JP6653542B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関するものである。

大型チップマウンタや大型工作機械は、１つの可動部を２台のモータによって駆動することにより、可動部にヨーイングが生じないようにしつつ位置精度を向上させている。大型射出成型機は、１つの可動部を２台のモータで駆動することにより機械を小型化している。

下記特許文献１においては、射出スクリュ−の両側にボールねじを設けて２台のモータにより駆動し、この２台のモータは同期制御される。

下記特許文献２は、モータ間の速度差を補償して同期させる技術を開示している。同文献においては、モータ速度とその他モータ速度との間の差分を補償する処理を、モータ毎にそれぞれ実施することにより、モータ速度を同期させている。

下記特許文献３は、モータ間の位置差を補償して同期させる技術を開示している。同文献においては、主サーボ回路の位置帰還値と各従サーボ回路の位置帰還値との間の差分に対してゲインを乗じることにより位置補正値を求め、この位置補正値を用いて速度指令を位置補正している。

特開昭６１−２３７６１５号公報 特開２００５−２６９７５８号公報 特開平１１−３０５８３９号公報

上記特許文献２記載の技術は、他のモータ速度との間の差分を補償する処理を各モータについて実施するので、３台以上のモータに対して同技術を適用することは困難であると考えられる。モータが３台以上ある場合、いずれのモータを基準として差分を補償すればよいのかを定めることが困難だからである。

上記特許文献３記載の技術は、位置差を補償しているのみなので、モータ間の同期誤差を必ずしも十分に小さくすることができない可能性がある。また位置差を補償したとしても速度差が生じる可能性があるので、モータが駆動する機械においてその速度差に起因するねじり振動が生じるおそれがある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、３台以上のモータを同期制御することができるとともに、モータ間の同期誤差を充分に小さくすることができるモータ制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るモータ制御装置は、第１モータに対する指令に基づき第１モータを駆動制御するとともに、第１モータと第２モータとの間の位置差と速度差を補償することにより第２モータを第１モータに同期させる。

本発明に係るモータ制御装置によれば、３台以上のモータを精度よく同期させ、ねじり振動を抑制することができる。

実施形態１に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。 実施形態２に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。 実施形態３に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。 実施形態４に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。 実施形態５に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。 実施形態６に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。 実施形態７に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。 実施形態８に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。 実施形態９に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。本実施形態１に係るモータ制御装置１０００は、機械５００を駆動する第１モータ４１０と第２モータ４３０を同期させて駆動制御する装置である。図１においては見易さの観点から、第１モータ４１０を制御する制御系と第２モータ４３０を制御する制御系をそれぞれ点線枠によって囲んでいる。これら制御系によってモータ制御部が構成される。モータ制御装置１０００が備える各制御器などの動作については以下に説明する。

第１回転位置センサ４２０は、第１モータ４１０の回転位置（第１位置Ｐ１）を検出する。第２回転位置センサ４４０は、第２モータ４３０の回転位置（第２位置Ｐ２）を検出する。これらセンサの例としては例えばエンコーダが挙げられるが、これに限らない。

モータ制御装置１０００は、第１位置Ｐ１を時間微分することにより第１モータ４１０の速度（第１速度）Ｖ１を求める。この微分演算は例えば適当な微分器によって実施することができる。以下に説明するその他微分演算についても同様である。

モータ制御装置１０００は、第１モータ４１０に対する位置指令を受け取る。位置制御器１１０は、位置指令と第１モータ４１０の位置（第１位置Ｐ１）との間の差分に基づき、第１モータ４１０に対する第１速度指令を算出する。第１速度指令は、位置指令と第１位置Ｐ１との間の差分を補償するように構成される。位置指令と第１位置Ｐ１との間の差分は、減算器を用いて取得する。以下に説明するその他減算処理や加算処理についても同様である。

速度制御器１３０は、第１速度指令と第１速度Ｖ１との間の差分に基づき、第１モータ４１０に対する第１トルク指令を算出する。第１トルク指令は、第１速度指令と第１速度Ｖ１との間の差分を補償するように構成される。

トルク制御器１６０は、第１トルク指令にしたがって第１モータ４１０のトルクを制御することにより、第１モータ４１０を駆動する。

モータ制御装置１０００は、第２位置Ｐ２を時間微分することにより第２モータ４３０の速度（第２速度）Ｖ２を求める。

位置補償器２２０は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の差分に基づき、第２モータ４３０に対する位置指令（第１位置Ｐ１）と第２位置Ｐ２との間の差分を補償するための補償値を演算する。モータ制御装置１０００は、位置補償器２２０が出力する補償値と第１速度指令値とを加算することにより、第２モータ４３０に対する第２速度指令を算出する。

速度制御器２３０は、第２速度指令と第２速度Ｖ２との間の差分に基づき、第２モータ４３０に対するトルク指令を算出する。このトルク指令は、第２速度指令と第２速度Ｖ２との間の差分を補償するように構成される。

速度補償器２４０は、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２との間の差分に基づき、第２モータ４３０に対するトルク補償値を算出する。このトルク補償値は、第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２との間の差分を補償するように構成される。

モータ制御装置１０００は、速度制御器２３０が算出したトルク指令と速度補償器２４０が算出したトルク補償値とを加算することにより、第２モータ４３０に対する第２トルク指令を算出する。

トルク制御器２６０は、第２トルク指令にしたがって第２モータ４３０のトルクを制御することにより、第２モータ４３０を駆動する。

上記構成において、位置補償器２２０は第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２が等しくなるように制御し、さらに速度補償器２４０は第１速度Ｖ１と第２速度Ｖ２が等しくなるように制御する。したがって、モータ間の誤差が位置のみでなく速度の次元においても同期するように制御されることになる。モータ位置の微分がモータ速度であるので、各モータを精度よく同期させ、モータ間の位置誤差を小さくすることができる。また各モータの速度が精度よく同期されるので、機械５００におけるねじり振動を抑制することができる。

＜実施の形態２＞
図２は、本発明の実施形態２に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。本実施形態２においてモータ制御装置１０００は、機械５００を駆動する第１モータ４１０、第２モータ４３０、および第３モータ４５０を同期させて駆動制御する装置である。第３回転位置センサ４６０は、第３モータ４５０の回転位置（第３位置Ｐ３）を検出する。本実施形態２におけるモータ制御装置１０００は、モータが３台になったことにともなう差異点を除き概ね実施形態１と同様の構成を備えるので、以下では主にその差異点について説明する。

モータ制御装置１０００は、第３位置Ｐ３を時間微分することにより第３モータ４５０の速度（第３速度）Ｖ３を求める。

位置補償器３２０は、第１位置Ｐ１と第３位置Ｐ３との間の差分に基づき、第３モータ４５０に対する位置指令（第１位置Ｐ１）と第３位置Ｐ３との間の差分を補償するための補償値を演算する。モータ制御装置１０００は、位置補償器３２０が出力する補償値と第１速度指令値とを加算することにより、第３モータ４５０に対する第３速度指令を算出する。

速度制御器３３０は、第３速度指令と第３速度Ｖ３との間の差分に基づき、第３モータ４５０に対するトルク指令を算出する。このトルク指令は、第３速度指令と第３速度Ｖ３との間の差分を補償するように構成される。

速度補償器３４０は、第１速度Ｖ１と第３速度Ｖ３との間の差分に基づき、第３モータ４５０に対するトルク補償値を算出する。このトルク補償値は、第１速度Ｖ１と第３速度Ｖ３との間の差分を補償するように構成される。

モータ制御装置１０００は、速度制御器３３０が算出したトルク指令と速度補償器３４０が算出したトルク補償値とを加算することにより、第３モータ４５０に対する第３トルク指令を算出する。

トルク制御器３６０は、第３トルク指令にしたがって第３モータ４５０のトルクを制御することにより、第３モータ４５０を駆動する。

上記構成において、位置補償器３２０は第１位置Ｐ１と第３位置Ｐ３が等しくなるように制御し、さらに速度補償器３４０は第１速度Ｖ１と第３速度Ｖ３が等しくなるように制御する。したがって、第３モータ４５０についても位置と速度それぞれの次元で第１モータ４１０と精度よく同期させることができる。これにより第３モータ４５０についても実施形態１と同様の効果を発揮することができる。

＜実施の形態３＞
図３は、本発明の実施形態３に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。本実施形態３において、モータ制御装置１０００は、実施形態１で説明した構成に加えて加速度差を補償するための構成を備える。その他構成は概ね実施形態１と同様であるため、以下では主に差異点について説明する。

モータ制御装置１０００は、第１位置Ｐ１を２回時間微分することにより第１モータ４１０の加速度（第１加速度）Ａ１を求め、第２位置Ｐ２を２回時間微分することにより第２モータ４３０の加速度（第２加速度）Ａ２を求める。

加速度補償器２５０は、第１加速度Ａ１と第２加速度Ａ２との間の差分に基づき、第２モータ４３０に対するトルク指令を補償するためのトルク補償値を算出する。このトルク補償値は、第１加速度Ａ１と第２加速度Ａ２との間の差分を補償するように構成される。

モータ制御装置１０００は、速度制御器２３０が算出したトルク指令と速度補償器２４０が算出したトルク補償値とを加算することにより得られたトルク指令に対して、加速度補償器２５０が算出したトルク補償値をさらに加算することにより、第２トルク指令を算出する。トルク制御器２６０は、この第２トルク指令を用いて第２モータ４３０を制御する。

本実施形態３においては、第１モータ４１０と第２モータ４３０との間の加速度差を補償するので、各モータを加速度の次元においても同期させることができる。位置の微分が速度であり、速度の微分が加速度であるので、各モータを精度よく同期させ、モータ間の位置誤差をさらに小さくすることができる。また各モータの加速度が精度よく同期されるので、機械５００におけるねじり振動をさらに抑制することができる。

＜実施の形態４＞
図４は、本発明の実施形態４に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。本実施形態４において、モータ制御装置１０００は、実施形態１で説明した構成に加えて位置制御器２１０を備え、第１モータ４１０に対する位置指令を第２モータ４３０に対する位置指令としても用いる。すなわち各モータ間で共通の位置指令に基づき各モータが制御される。その他構成は概ね実施形態１と同様であるため、以下では主に差異点について説明する。

位置制御器２１０は、位置指令と第２位置Ｐ２との間の差分に基づき、第２モータ４３０に対する速度指令を算出する。この速度指令は、位置指令と第２位置Ｐ２との間の差分を補償するように構成される。モータ制御装置１０００は、位置補償器２２０が出力する補償値と位置制御器２１０が算出した速度指令値とを加算することにより、第２モータ４３０に対する第２速度指令を算出する。

本実施形態４においても、実施形態１と同様に、モータ間の誤差を位置と速度の次元で同期させることができるので、モータ間の位置誤差を小さくすることができる。

＜実施の形態５＞
図５は、本発明の実施形態５に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。本実施形態５において、モータ制御装置１０００は、実施形態４で説明した構成に加えて、実施形態３で説明した加速度補償器２５０を備え、さらに第１加速度Ａ１と第２加速度Ａ２を算出する。加速度補償器２５０により、モータ間の誤差を位置と速度の次元に加えて加速度の次元においても同期させることができるので、モータ間の位置誤差をさらに小さくすることができる。

＜実施の形態６＞
図６は、本発明の実施形態６に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。本実施形態６において、モータ制御装置１０００は、実施形態１で説明した位置制御器１１０を備えていない。またモータ制御装置１０００は、第１モータ４１０に対する位置指令に代えて、第１モータ４１０に対する速度指令を受け取る。その他構成は概ね実施形態１と同様であるため、以下では主に差異点について説明する。

速度制御器１３０は、モータ制御装置１０００が受け取る速度指令を、実施形態１における第１速度指令に代えて用いる。モータ制御装置１０００は、受け取った速度指令と位置補償器２２０が出力する補償値とを加算することにより、第２速度指令を算出する。その他構成は実施形態１と同様である。

本実施形態６においても、実施形態１と同様に、モータ間の誤差を位置と速度の次元で同期させることができるので、モータ間の位置誤差を小さくすることができる。

＜実施の形態７＞
図７は、本発明の実施形態７に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。本実施形態７において、モータ制御装置１０００は、実施形態６で説明した構成に加えて、実施形態３で説明した加速度補償器２５０を備え、さらに第１加速度Ａ１と第２加速度Ａ２を算出する。加速度補償器２５０により、モータ間の誤差を位置と速度の次元に加えて加速度の次元においても同期させることができるので、モータ間の位置誤差をさらに小さくすることができる。

＜実施の形態８＞
図８は、本発明の実施形態８に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。本実施形態８において、モータ制御装置１０００は、実施形態１で説明した位置制御器１１０、速度制御器１３０、速度制御器２３０を備えていない。またモータ制御装置１０００は、第１モータ４１０に対する位置指令に代えて、第１モータ４１０に対するトルク指令を受け取る。その他構成は概ね実施形態１と同様であるため、以下では主に差異点について説明する。

位置補償器２２０は、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の差分に基づき、第２モータ４３０に対する位置指令（第１位置Ｐ１）と第２位置Ｐ２との間の差分を補償するためのトルク補償値を演算する。

モータ制御装置１０００は、位置補償器２２０が出力するトルク補償値と速度補償器２４０が算出するトルク補償値とを加算する。モータ制御装置１０００は、その加算後の値に対して第１モータ４１０のトルク指令をさらに加算することにより、第２モータ４３０に対する第２トルク指令を算出する。これにより各モータは、共通のトルク指令にしたがって制御されることになる。

本実施形態８においても、実施形態１と同様に、モータ間の誤差を位置と速度の次元で同期させることができるので、モータ間の位置誤差を小さくすることができる。

＜実施の形態９＞
図９は、本発明の実施形態９に係るモータ制御装置１０００の構成を示す制御ブロック図である。本実施形態９において、モータ制御装置１０００は、実施形態８で説明した構成に加えて、実施形態３で説明した加速度補償器２５０を備え、さらに第１加速度Ａ１と第２加速度Ａ２を算出する。

モータ制御装置１０００は、位置補償器２２０が出力するトルク補償値、速度補償器２４０が算出するトルク補償値、および加速度補償器２５０が算出するトルク補償値を第１モータ４１０のトルク指令に対して加算することにより、第２トルク指令を算出する。

加速度補償器２５０により、モータ間の誤差を位置と速度の次元に加えて加速度の次元においても同期させることができるので、モータ間の位置誤差をさらに小さくすることができる。

＜本発明の変形例について＞
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について他の構成の追加・削除・置換をすることができる。

上記各構成（各制御器、補償器、加算器、減算器、微分器など）は、その機能を実現する回路デバイスなどのハードウェアを用いて構成することもできるし、その機能を実装したソフトウェアをＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置が実行することにより構成することもできる。

以上の実施形態１〜９において説明した位置制御器や位置補償器は、例えば比例制御器によって構成することができる。また速度制御器や速度補償器は、例えば比例積分制御器によって構成することができる。差分を適切に補償することができるのであれば、その他適当な制御器を用いてもよい。

実施形態３〜９において、実施形態２と同様の手法により、３台以上のモータを同期制御するとともに、各モータの位置と速度を同期させることができる。具体的には、（ａ）第１モータ４１０に対する指令値を他のモータに対する指令値としても用い、（ｂ）位置差、速度差、加速度差を補償する補償値をその指令値に対して加算すればよい。

１１０：位置制御器、１３０：速度制御器、１６０：トルク制御器、２１０：位置制御器、２２０：位置補償器、２３０：速度制御器、２４０：速度補償器、２５０：加速度補償器、２６０：トルク制御器、１０００：モータ制御装置。

Claims (10)

1. 第１モータと第２モータが互いに同期するように前記第１および第２モータを制御するモータ制御部を備え、
   前記モータ制御部は、前記第１モータの位置に対する位置指令、前記第１モータの速度に対する速度指令、または前記第１モータのトルクに対するトルク指令に基づき独立して前記第１モータを制御し、
   前記モータ制御部は、前記第１モータの位置と前記第２モータの位置との間の差分を補償するとともに前記第１モータの速度と前記第２モータの速度との間の差分を補償した上で前記第２モータを制御することにより、前記第１モータの位置および速度に前記第２モータの位置および速度を同期させる
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記モータ制御部は、前記第１モータの加速度と前記第２モータの加速度との間の差分を補償した上で前記第２モータを制御することにより、前記第１モータの加速度に前記第２モータの加速度を同期させる
   ことを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
3. 前記モータ制御部は、
   前記位置指令と前記第１モータの位置との間の差分に基づき、前記第１モータに対する第１速度指令を算出する第１位置制御器、
   前記第１速度指令と前記第１モータの速度との間の差分に基づき、前記第１モータに対する第１トルク指令を算出する第１速度制御器、
   前記第１モータの位置と前記第２モータの位置との間の差分を補償する位置補償指令を算出する位置補償器、
   前記第１速度指令と前記位置補償指令とを合算することにより前記第２モータに対する第２速度指令を算出する速度指令合算器、
   前記第２モータの速度と前記第２速度指令との間の差分に基づき、前記第２モータに対する第２トルク指令を算出する第２速度制御器、
   前記第１モータの速度と前記第２モータの速度との間の差分を補償する速度補償指令を算出する速度補償器、
   前記第２トルク指令と前記速度補償指令を合算することにより前記第２トルク指令を補償するトルク指令合算器、
   を備えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
4. 前記モータ制御部は、
   前記第１モータの加速度と前記第２モータの加速度との間の差分を補償する加速度補償指令を算出する加速度補償器、
   前記トルク指令合算器によって補償した前記第２トルク指令に対して前記加速度補償指令を合算することにより前記第２トルク指令をさらに補償する第２トルク指令合算器、
   を備えることを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。
5. 前記モータ制御部は、
   前記位置指令と前記第１モータの位置との間の差分に基づき、前記第１モータに対する第１速度指令を算出する第１位置制御器、
   前記第１速度指令と前記第１モータの速度との間の差分に基づき、前記第１モータに対する第１トルク指令を算出する第１速度制御器、
   前記位置指令と前記第２モータの位置との間の差分に基づき、前記第２モータに対する第２速度指令を算出する第２位置制御器、
   前記第１モータの位置と前記第２モータの位置との間の差分を補償する位置補償指令を算出する位置補償器、
   前記第２速度指令と前記位置補償指令とを合算することにより前記第２速度指令を補償する速度指令合算器、
   前記第２モータの速度と前記速度指令合算器の出力との間の差分に基づき、前記第２モータに対する第２トルク指令を算出する第２速度制御器、
   前記第１モータの速度と前記第２モータの速度との間の差分を補償する速度補償指令を算出する速度補償器、
   前記第２トルク指令と前記速度補償指令を合算することにより前記第２トルク指令を補償するトルク指令合算器、
   を備えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
6. 前記モータ制御部は、
   前記第１モータの加速度と前記第２モータの加速度との間の差分を補償する加速度補償指令を算出する加速度補償器、
   前記トルク指令合算器によって補償した前記第２トルク指令に対して前記加速度補償指令を合算することにより前記第２トルク指令をさらに補償する第２トルク指令合算器、
   を備えることを特徴とする請求項５記載のモータ制御装置。
7. 前記モータ制御部は、
   前記速度指令と前記第１モータの速度との間の差分に基づき、前記第１モータに対する第１トルク指令を算出する第１速度制御器、
   前記第１モータの位置と前記第２モータの位置との間の差分を補償する位置補償指令を算出する位置補償器、
   前記速度指令と前記位置補償指令とを合算することにより前記第２モータに対する第２速度指令を算出する速度指令合算器、
   前記第２モータの速度と前記第２速度指令との間の差分に基づき、前記第２モータに対する第２トルク指令を算出する第２速度制御器、
   前記第１モータの速度と前記第２モータの速度との間の差分を補償する速度補償指令を算出する速度補償器、
   前記第２トルク指令と前記速度補償指令を合算することにより前記第２トルク指令を補償するトルク指令合算器、
   を備えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
8. 前記モータ制御部は、
   前記第１モータの加速度と前記第２モータの加速度との間の差分を補償する加速度補償指令を算出する加速度補償器、
   前記トルク指令合算器によって補償した前記第２トルク指令に対して前記加速度補償指令を合算することにより前記第２トルク指令をさらに補償する第２トルク指令合算器、
   を備えることを特徴とする請求項７記載のモータ制御装置。
9. 前記モータ制御部は、
   前記第１モータの位置と前記第２モータの位置との間の差分を補償する位置補償指令を算出する位置補償器、
   前記第１モータの速度と前記第２モータの速度との間の差分を補償する速度補償指令を算出する速度補償器、
   前記トルク指令、前記位置補償指令、および前記速度補償指令を合算することにより前記第２モータに対する第２トルク指令を算出するトルク指令合算器、
   を備えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
10. 前記モータ制御部は、
    前記第１モータの加速度と前記第２モータの加速度との間の差分を補償する加速度補償指令を算出する加速度補償器、
    前記トルク指令合算器によって補償した前記第２トルク指令に対して前記加速度補償指令を合算することにより前記第２トルク指令をさらに補償する第２トルク指令合算器、
    を備えることを特徴とする請求項９記載のモータ制御装置。

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