JP6717399B1 - 電動機駆動系におけるバックラッシュ制御装置およびバックラッシュ制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
インバータに接続された電動機によって、ギアを介して負荷を駆動する電動機駆動系におけるバックラッシュ制御装置であって、
バックラッシュ区間を判定する手段を有し、設定された速度指令に対応するトルク指令が入力され、バックラッシュ区間内でトルクを加速させるための、前記トルク指令に対して制限をかけた加速トルクを生成する処理と、バックラッシュ区間を抜ける方向と逆方向のトルク成分を打ち消すための摩擦補償トルクを、前記加速トルクに加算する摩擦補償トルク加算処理とを実施してバックラッシュ考慮トルク指令を演算するバックラッシュ制御部を備え、
前記バックラッシュ制御部は、
前記加速トルクを生成する処理の実施が決定されたときに加速トルクを生成する加速トルク生成部と、
バックラッシュ区間における電動機−ギア間のモータ軸とギア−負荷間の負荷軸とのねじり角に対する負荷トルクの関係を、不感帯を備えて設定したバックラッシュブロックを境とし、電動機側ブロック、バックラッシュブロック、負荷側ブロックに分けて前記電動機駆動系を表現した内部モデルを有し、前記内部モデルによって、前記加速トルク生成部の出力トルクから、推定モータ角速度を演算し、前記モータ軸の負荷軸に対する推定ねじり角速度と、前記モータ軸の負荷軸に対する推定ねじり角又は推定負荷トルクを演算して出力する演算部と、
前記摩擦補償トルク加算処理の実施が決定されたときに、前記加速トルク生成部の出力トルクに対して摩擦補償トルクを加算する摩擦補償トルク加算部と、
前記演算部で演算されたモータ軸の負荷軸に対する推定ねじり角または推定負荷トルクと、モータ軸の負荷軸に対する推定ねじり角速度と、前記速度指令に対応するトルク指令とを入力とし、バックラッシュ区間であるか否かの判定を行い、その判定結果に基づいて、前記加速トルク生成部における加速トルクを生成する処理の実施、不実施の決定、前記摩擦補償トルク加算部における摩擦補償トルク加算処理の実施、不実施の決定を行う判定部と、を備え、
前記バックラッシュ制御部で演算されたバックラッシュ考慮トルク指令に基づいて前記インバータを制御することを特徴としている。
前記加速トルク生成部は、入力されたトルク指令に対して上限、下限の制限をかけるリミッタを有していることを特徴とする。
前記加速トルク生成部は、前記内部モデルで演算された推定ねじり角速度が、設定した速度指令となるように速度制御するバックラッシュ速度制御部を有していることを特徴とする。
前記内部モデルは、前記電動機の角速度を検出した検出モータ角速度と前記演算された推定モータ角速度との偏差をとり、その偏差分が零となるように内部モデルにフィードバックする外乱補償系を有していることを特徴とする。
前記判定部は、
前記モータ軸の負荷軸に対する推定ねじり角が前記ギアのバックラッシュ位相範囲内であるか、又は推定負荷トルクが零付近であるとき、バックラッシュ区間であると判定し、それ以外はバックラッシュ区間でないと判定する第1の判定処理と、
前記第1の判定処理によりバックラッシュ区間であると判定された場合に、前記速度指令に対応するトルク指令が、設定した不感帯内であるか否かを判定する第2の判定処理と、
前記第2の判定処理により不感帯内でないと判定された場合に、推定ねじり角速度が、設定した不感帯内であるか否かを判定する第3の判定処理とを行い、
前記第1の判定処理によりバックラッシュ区間でないと判定された場合と、第2の判定処理によりトルク指令が不感帯内であると判定された場合に、前記加速トルクを生成する処理の不実施および摩擦補償トルク加算処理の不実施を決定し、
前記第3の判定処理により推定ねじり角速度が不感帯内であると判定された場合に、前記加速トルクを生成する処理の実施を決定し、摩擦補償トルク加算処理の不実施を決定し、
前記第3の判定処理により推定ねじり角速度が不感帯内でないと判定された場合に、前記加速トルクを生成する処理の実施および摩擦補償トルク加算処理の実施を決定することを特徴としている。
請求項1から5のいずれか1項に記載の電動機駆動系におけるバックラッシュ制御装置を実行することを特徴としている。
(2)請求項2に記載の発明によれば、トルク上限を超えることのないバックラッシュ考慮トルク指令に基いて制御を行うことができる。
(3)請求項3に記載の発明によれば、モータ軸の負荷軸に対するねじり角速度を適切に制御するトルクを加速トルクとしたので、パラメータ誤差の影響を受けにくく、バックラッシュ区間の制御性能が向上する。
(4)請求項4に記載の発明によれば、外乱により、電動機駆動系を表現した内部モデルと実際の電動機駆動系との間で誤差が生じても、その誤差による影響を抑制することができる。
(5)請求項5に記載の発明によれば、バックラッシュ制御部の出力(バックラッシュ考慮トルク指令)のチャタリング発生を防ぐことができる。
2…モータ軸
3…ギア
4…負荷軸
5…負荷
11…速度制御部
12…バックラッシュ制御部
13…電流制御部
14…インバータ
21…リミッタ
22…判定部
23…加速トルクスイッチ
24、54…演算部
25、45、86…加算器
26…摩擦補償スイッチ
27…摩擦補償トルク設定部
31、34、41、46、82…減算器
32、35、38…関数乗算器
33a、33b…除算器
36、85…積分器
37…バックラッシュブロック
42、43、83、84…ゲイン乗算器
80…バックラッシュ速度制御部
81…速度指令設定部
Claims (6)
- インバータに接続された電動機によって、ギアを介して負荷を駆動する電動機駆動系におけるバックラッシュ制御装置であって、
バックラッシュ区間を判定する手段を有し、設定された速度指令に対応するトルク指令が入力され、バックラッシュ区間内でトルクを加速させるための、前記トルク指令に対して制限をかけた加速トルクを生成する処理と、バックラッシュ区間を抜ける方向と逆方向のトルク成分を打ち消すための摩擦補償トルクを、前記加速トルクに加算する摩擦補償トルク加算処理とを実施してバックラッシュ考慮トルク指令を演算するバックラッシュ制御部を備え、
前記バックラッシュ制御部は、
前記加速トルクを生成する処理の実施が決定されたときに加速トルクを生成する加速トルク生成部と、
バックラッシュ区間における電動機−ギア間のモータ軸とギア−負荷間の負荷軸とのねじり角に対する負荷トルクの関係を、不感帯を備えて設定したバックラッシュブロックを境とし、電動機側ブロック、バックラッシュブロック、負荷側ブロックに分けて前記電動機駆動系を表現した内部モデルを有し、前記内部モデルによって、前記加速トルク生成部の出力トルクから、推定モータ角速度を演算し、前記モータ軸の負荷軸に対する推定ねじり角速度と、前記モータ軸の負荷軸に対する推定ねじり角又は推定負荷トルクを演算して出力する演算部と、
前記摩擦補償トルク加算処理の実施が決定されたときに、前記加速トルク生成部の出力トルクに対して摩擦補償トルクを加算する摩擦補償トルク加算部と、
前記演算部で演算されたモータ軸の負荷軸に対する推定ねじり角または推定負荷トルクと、モータ軸の負荷軸に対する推定ねじり角速度と、前記速度指令に対応するトルク指令とを入力とし、バックラッシュ区間であるか否かの判定を行い、その判定結果に基づいて、前記加速トルク生成部における加速トルクを生成する処理の実施、不実施の決定、前記摩擦補償トルク加算部における摩擦補償トルク加算処理の実施、不実施の決定を行う判定部と、を備え、
前記バックラッシュ制御部で演算されたバックラッシュ考慮トルク指令に基づいて前記インバータを制御することを特徴とする電動機駆動系におけるバックラッシュ制御装置。 - 前記加速トルク生成部は、入力されたトルク指令に対して上限、下限の制限をかけるリミッタを有していることを特徴とする請求項1に記載の電動機駆動系におけるバックラッシュ制御装置。
- 前記加速トルク生成部は、前記内部モデルで演算された推定ねじり角速度が、設定した速度指令となるように速度制御するバックラッシュ速度制御部を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載の電動機駆動系におけるバックラッシュ制御装置。
- 前記内部モデルは、前記電動機の角速度を検出した検出モータ角速度と前記演算された推定モータ角速度との偏差をとり、その偏差分が零となるように内部モデルにフィードバックする外乱補償系を有していることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の電動機駆動系におけるバックラッシュ制御装置。
- 前記判定部は、
前記モータ軸の負荷軸に対する推定ねじり角が前記ギアのバックラッシュ位相範囲内であるか、又は推定負荷トルクが零付近であるとき、バックラッシュ区間であると判定し、それ以外はバックラッシュ区間でないと判定する第1の判定処理と、
前記第1の判定処理によりバックラッシュ区間であると判定された場合に、前記速度指令に対応するトルク指令が、設定した不感帯内であるか否かを判定する第2の判定処理と、
前記第2の判定処理により不感帯内でないと判定された場合に、推定ねじり角速度が、設定した不感帯内であるか否かを判定する第3の判定処理とを行い、
前記第1の判定処理によりバックラッシュ区間でないと判定された場合と、第2の判定処理によりトルク指令が不感帯内であると判定された場合に、前記加速トルクを生成する処理の不実施および摩擦補償トルク加算処理の不実施を決定し、
前記第3の判定処理により推定ねじり角速度が不感帯内であると判定された場合に、前記加速トルクを生成する処理の実施を決定し、摩擦補償トルク加算処理の不実施を決定し、
前記第3の判定処理により推定ねじり角速度が不感帯内でないと判定された場合に、前記加速トルクを生成する処理の実施および摩擦補償トルク加算処理の実施を決定することを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の電動機駆動系におけるバックラッシュ制御装置。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の電動機駆動系におけるバックラッシュ制御装置を実行することを特徴とする電動機駆動系におけるバックラッシュ制御方法。
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