JP7358942B2 - Motor control device and motor control method - Google Patents

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本発明は、摩擦トルクを有する機械負荷を駆動するモータの速度または回転子位置を制御するためのモータ制御装置及びモータ制御方法に関するものである。 The present invention relates to a motor control device and a motor control method for controlling the speed or rotor position of a motor that drives a mechanical load having frictional torque.

モータによって機械負荷を駆動する際に、機械負荷の摩擦トルクによって所望の運動が妨げられる場合がある。特に、モータに対して方向反転を伴って運動させる場合には、運動方向の反転によって摩擦トルクの方向も反転するため、機械負荷の運動が一時的に所望の状態から大きくずれることがしばしばある。この現象を抑制するために、従来から、次のような技術が提供されている。 When driving a mechanical load with a motor, the desired movement may be hindered by the frictional torque of the mechanical load. In particular, when a motor is caused to move with a reversal of direction, the direction of friction torque is also reversed due to the reversal of the direction of movement, so that the movement of the mechanical load often deviates temporarily from a desired state. In order to suppress this phenomenon, the following techniques have been conventionally provided.

例えば、特許文献1には、図9に示すごとく、制御装置100と制御対象(モータ+機械負荷)200とからなるシステムにおいて、制御対象200が有するクーロン摩擦トルクを補償する技術が記載されている。すなわち、図9において、速度制御部110はモータの速度検出値を速度指令に追従させるようなトルク指令を生成すると共に、制御対象200のクーロン摩擦トルクFとは逆極性の符号関数であるクーロン摩擦補償トルクF’を速度検出値に基づき同定してトルク指令に加算することにより、クーロン摩擦トルクを相殺しつつ速度制御を行っている。この方法は、良く知られている摩擦補償方法である。 For example, Patent Document 1 describes a technique for compensating the Coulomb friction torque of a controlled object 200 in a system including a control device 100 and a controlled object (motor + mechanical load) 200, as shown in FIG. . That is, in FIG. 9, the speed control unit 110 generates a torque command that causes the motor speed detection value to follow the speed command, and also generates a Coulomb friction that is a function with a sign opposite to the Coulomb friction torque F of the controlled object 200. By identifying the compensation torque F' based on the detected speed value and adding it to the torque command, speed control is performed while canceling the Coulomb friction torque. This method is a well-known friction compensation method.

また、上述した符号関数を用いる摩擦補償に代えて、図10に示すように、摩擦補償入力(速度指令または速度検出値)に第1の定数を乗算した結果を第2の定数により制限して摩擦補償出力(摩擦補償値)を得るようにした、いわゆる折れ線型関数を用いた補償方法も知られている。図11は、上記の折れ線型関数を用いて摩擦補償を行った場合の入出力を示しており、摩擦補償出力は、摩擦補償入力の変化に応じて第2の定数により制限されながら折れ線状に変化することになる。 Also, instead of friction compensation using the sign function described above, as shown in FIG. 10, the result of multiplying the friction compensation input (speed command or detected speed value) by a first constant is limited by a second constant. A compensation method using a so-called polygonal function that obtains a friction compensation output (friction compensation value) is also known. FIG. 11 shows the input and output when friction compensation is performed using the above-mentioned polygonal linear function, and the friction compensation output changes linearly while being limited by the second constant according to changes in the friction compensation input. It's going to change.

特許第3463355号公報([0023],[0024]、図4,図5等)Patent No. 3463355 ([0023], [0024], Fig. 4, Fig. 5, etc.)

摩擦トルクを有する機械負荷を駆動する際に、図9に示した符号関数型の摩擦補償トルクを用いて補償する方法では、モータの速度指令を入力として摩擦補償トルクを求めると符号反転が早過ぎてしまい、一時的に過補償となって速度が乱れることがある。速度指令の代わりに速度検出値を入力として摩擦補償トルクを求めれば、符号反転が早過ぎる恐れはなくなるが、方向反転中に摩擦によってモータの回転が止まると摩擦補償トルクを正しく出力できなくなる。 When driving a mechanical load with friction torque, the method of compensating using the friction compensation torque of the sign function type shown in Fig. 9 causes the sign to reverse too quickly when the friction compensation torque is determined using the motor speed command as input. This may cause temporary overcompensation and speed disturbance. If the friction compensation torque is determined by inputting the speed detection value instead of the speed command, there is no risk of the sign reversing too quickly, but if the motor rotation stops due to friction during direction reversal, the friction compensation torque cannot be output correctly.

一方、図10,図11に示した折れ線型関数を用いて補償する方法では、前述した符号反転時の摩擦補償トルクの乱れは軽減されるが、図11から明らかなように、理想的な方向反転時刻tより前の時刻tから摩擦補償出力が弱められるため、時刻tに達する前に速度がゼロになってしまい、折れ線型関数の傾きを調整しても十分な摩擦補償を実現できない恐れがある。
また、折れ線型関数の傾きの最適値は方向反転中の加速度に依存するので、この加速度が一意に与えられない運動を行う場合も満足な摩擦補償を得ることが難しい。
On the other hand, in the compensation method using the polygonal function shown in FIGS. 10 and 11, the disturbance of the friction compensation torque at the time of sign reversal as described above is reduced, but as is clear from FIG. Since the friction compensation output is weakened from time t a before the reversal time t 0 , the speed becomes zero before reaching time t 0 , and sufficient friction compensation is achieved even if the slope of the polygonal function is adjusted. There is a possibility that it cannot be done.
Further, since the optimum value of the slope of the polygonal function depends on the acceleration during direction reversal, it is difficult to obtain satisfactory friction compensation even when the motion is performed in which this acceleration is not uniquely given.

そこで、本発明の解決課題は、摩擦トルクを有する機械負荷を駆動する際に従来技術より良好な摩擦補償を実現可能としたモータ制御装置及びモータ制御方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor control device and a motor control method that can achieve better friction compensation than the prior art when driving a mechanical load having frictional torque.

上記課題を解決するため、請求項1に係るモータ制御装置は、摩擦トルクを有する機械負荷を駆動するモータの速度または回転子位置を制御するモータ制御装置であって、前記モータの速度実際値が速度指令に追従するように動作する速度フィードバック制御手段と、前記速度フィードバック制御手段から出力されるトルク指令に基づいて前記モータの電流を制御する電流制御手段と、を有するモータ制御装置において、
前記モータの速度指令から摩擦補償値を演算する摩擦補償手段と、
前記摩擦補償手段から出力された摩擦補償値を前記トルク指令に加算する加算手段と、
を備え、
前記摩擦補償手段は、
前記速度指令に低域通過フィルタ演算を施した値と第1の定数との乗算結果と、一演算周期前の摩擦補償値の前回値と、を加算した値の絶対値を、第2の定数により制限して摩擦補償値の今回値として出力することを特徴とする。
In order to solve the above problem, a motor control device according to claim 1 is a motor control device that controls the speed or rotor position of a motor that drives a mechanical load having frictional torque, wherein the actual speed value of the motor is A motor control device comprising a speed feedback control means that operates to follow a speed command, and a current control means that controls a current of the motor based on a torque command output from the speed feedback control means,
Friction compensation means for calculating a friction compensation value from the speed command of the motor;
addition means for adding the friction compensation value output from the friction compensation means to the torque command;
Equipped with
The friction compensation means includes:
The absolute value of the sum of the product of the speed command subjected to low-pass filter calculation and the first constant and the previous value of the friction compensation value one calculation cycle ago is calculated as a second constant. The present invention is characterized in that it is output as the current value of the friction compensation value.

請求項2に係るモータ制御装置は、請求項1に記載したモータ制御装置において、前記低域通過フィルタは、慣性以外の負荷トルクを持たない前記機械負荷に対して速度フィードバック制御を行った場合の前記速度指令に対する速度実際値に等しい伝達特性を有することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the motor control device according to the first aspect, the low-pass filter is configured to perform speed feedback control on the mechanical load having no load torque other than inertia. It is characterized in that it has a transfer characteristic equal to the actual speed value with respect to the speed command.

請求項3に係るモータ制御装置は、請求項1または2に記載したモータ制御装置において、前記第1の定数を、前記モータの方向反転時近傍における速度指令変化率の絶対値に対して単調増加するように設定したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the motor control device according to the first or second aspect, the first constant increases monotonically with respect to the absolute value of the speed command change rate near the time when the direction of the motor is reversed. It is characterized by being set to do so.

請求項4に係るモータ制御装置は、請求項1~3の何れか1項に記載したモータ制御装置において、前記第2の定数を、前記機械負荷を駆動したときの負荷トルクが前記モータの速度に対してヒステリシスを持たずに直線的に変化する範囲において負荷トルクを前記モータの速度に対する一次関数により近似した直線の切片として設定したことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the motor control device according to any one of the first to third aspects, the second constant is set such that the load torque when driving the mechanical load is the speed of the motor. The present invention is characterized in that the load torque is set as an intercept of a straight line approximated by a linear function with respect to the speed of the motor in a range where the load torque changes linearly without hysteresis.

請求項5に係るモータ制御方法は、摩擦トルクを有する機械負荷を駆動するモータの速度または回転子位置を制御するモータ制御方法であって、速度実際値が速度指令に追従するように速度フィードバック制御を行ってトルク指令を生成すると共に、前記速度指令から演算した摩擦補償値と前記トルク指令との加算結果に基づいて前記モータの電流を制御するようにしたモータ制御方法において、
前記速度指令に低域通過フィルタ演算を施した値と第1の定数との乗算結果と、一演算周期前の摩擦補償値の前回値と、を加算した値の絶対値を、第2の定数により制限して摩擦補償値の今回値とすることを特徴とする。
A motor control method according to claim 5 is a motor control method for controlling the speed or rotor position of a motor that drives a mechanical load having frictional torque, and the method includes speed feedback control so that an actual speed value follows a speed command. In the motor control method, the motor current is controlled based on the addition result of the friction compensation value calculated from the speed command and the torque command, while generating a torque command by performing the following steps:
The absolute value of the sum of the product of the speed command subjected to low-pass filter calculation and the first constant and the previous value of the friction compensation value one calculation cycle ago is calculated as a second constant. The current value of the friction compensation value is set by limiting the friction compensation value.

本発明によれば、摩擦トルクを有する機械負荷をモータによって駆動する場合、特にモータの方向反転時における摩擦補償を適切に行って良好な速度制御や位置制御を実現することができる。 According to the present invention, when a mechanical load having frictional torque is driven by a motor, it is possible to appropriately compensate for friction especially when the direction of the motor is reversed, thereby realizing excellent speed control and position control.

本発明の第1実施形態に係るモータ制御装置の主要部を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing main parts of a motor control device according to a first embodiment of the present invention. 図1における摩擦補償手段の構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram of friction compensation means in FIG. 1; 図2における低域通過フィルタの構成図である。3 is a configuration diagram of a low-pass filter in FIG. 2. FIG. 摩擦補償入力の変化に対する低域通過フィルタ出力及び摩擦補償出力のそれぞれの変化を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining changes in the low-pass filter output and friction compensation output with respect to changes in the friction compensation input. 第2の定数の設定方法を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a method of setting a second constant. 本発明の第2実施形態における摩擦補償手段の構成図である。It is a block diagram of the friction compensation means in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係るモータ制御装置の主要部を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing main parts of a motor control device according to a third embodiment of the present invention. 摩擦補償効果を比較した実験結果の波形図であり、(a)は補償なしの場合、(b)は従来技術による場合、(c)は本発明による場合である。3A and 3B are waveform diagrams of experimental results comparing friction compensation effects, in which (a) is a case without compensation, (b) is a case according to the prior art, and (c) is a case according to the present invention. 特許文献1に記載された従来技術を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing the conventional technology described in Patent Document 1. 折れ線型関数を用いて摩擦補償を行う従来技術のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a conventional technique that performs friction compensation using a polygonal function. 折れ線型関数を用いて摩擦補償を行った場合の摩擦補償入力及び摩擦補償出力の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of friction compensation input and friction compensation output when friction compensation is performed using a polygonal function.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るモータ制御装置の主要部を示すブロック図である。この実施形態は、摩擦トルクを有する機械負荷を駆動するモータの速度制御に関するものである。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the main parts of a motor control device according to a first embodiment of the present invention. This embodiment relates to speed control of a motor that drives a mechanical load with frictional torque.

図1において、モータの速度指令と速度実際値との偏差が減算手段51により求められ、この偏差をなくすように速度フィードバック制御手段20が動作してトルク指令が生成されると共に、速度指令を入力とする摩擦補償手段10により摩擦補償値が演算される。
摩擦補償値は、加算手段52により、速度フィードバック制御手段20から出力されたトルク指令に加算される。そして、このトルク指令にモータの出力トルクが追従するように、ドライバ及びモータからなる電流制御手段30が電流制御を行って機械負荷40を駆動する。
In FIG. 1, the deviation between the motor speed command and the actual speed value is determined by the subtraction means 51, and the speed feedback control means 20 operates to eliminate this deviation to generate a torque command and input the speed command. A friction compensation value is calculated by the friction compensation means 10.
The friction compensation value is added to the torque command output from the speed feedback control means 20 by the addition means 52. Then, the current control means 30 consisting of a driver and a motor performs current control to drive the mechanical load 40 so that the output torque of the motor follows this torque command.

次に、本実施形態の主要部である摩擦補償手段10の構成及び作用について説明する。
図2は、摩擦補償手段10の構成を示すブロック図である。
図2において、摩擦補償入力としてのモータの速度指令に低域通過フィルタ11による演算を施した値を第1の変数とし、この変数に第1の定数を乗算して得た第2の変数が加算手段12に入力される。
一方、加算手段12の出力の絶対値を制限手段13にて第2の定数により制限した値を、一周期前に演算した摩擦補償値の前回値として前記第2の変数に加算することにより、摩擦補償値の今回値を得る。この摩擦補償値の今回値は、前述した図1の加算手段52に入力される。
Next, the structure and operation of the friction compensating means 10, which is the main part of this embodiment, will be explained.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the friction compensating means 10. As shown in FIG.
In FIG. 2, the first variable is the value calculated by the low-pass filter 11 on the motor speed command as the friction compensation input, and the second variable obtained by multiplying this variable by the first constant is It is input to the adding means 12.
On the other hand, by adding a value obtained by limiting the absolute value of the output of the adding means 12 by a second constant by the limiting means 13 to the second variable as the previous value of the friction compensation value calculated one cycle ago, Obtain the current value of the friction compensation value. This current value of the friction compensation value is input to the addition means 52 of FIG. 1 described above.

図3は、図2における低域通過フィルタ11の具体例を示している。ここでは、図1の速度フィードバック制御手段20が比例積分制御を行うものとして、その比例ゲインをkvp、積分ゲインをkviとしている。なお、sはラプラス演算子である。
仮に、機械負荷40が慣性以外の負荷トルクを持たないと仮定した場合、上記比例積分制御を行うと、図3のフィルタ演算を行った時と等しい理想的な応答速度が実現される。実際に駆動する機械負荷40には摩擦トルクが存在するが、本実施形態では、摩擦補償手段10が速度指令に応じて演算した摩擦補償値をトルク指令に加算することにより、理想的な応答速度を実現できる。
FIG. 3 shows a specific example of the low-pass filter 11 in FIG. 2. Here, assuming that the speed feedback control means 20 in FIG. 1 performs proportional-integral control, the proportional gain is k vp and the integral gain is k vi . Note that s is a Laplace operator.
Assuming that the mechanical load 40 does not have any load torque other than inertia, performing the proportional-integral control will achieve an ideal response speed that is the same as when performing the filter calculation in FIG. 3. Although friction torque exists in the mechanical load 40 that is actually driven, in this embodiment, the friction compensation means 10 adds the friction compensation value calculated according to the speed command to the torque command, thereby achieving an ideal response speed. can be realized.

この実施形態では、摩擦補償値を速度指令に対する一価関数として与えるのではなく、図2に示したように、摩擦補償値の前回値を第2の変数に加算して摩擦補償値を更新するようにしている。
これにより、例えば速度指令が図4(a)のごとく時刻tでゼロとなるように変化する場合、速度指令に対して一次遅れとなる低域通過フィルタ11の出力、言い換えれば速度実際値は図4(b)のように変化し、摩擦補償値は図4(c)のように変化する。ここで、制限手段13に与える第2の定数を、機械負荷40の摩擦トルクの実測値に合わせて設定すれば、速度実際値が時刻t’でゼロになるまで実際の摩擦トルクに等しい摩擦補償値を出力させることができ、期待するタイミングである時刻t’より前にモータが停止してしまうのを防ぐことができる。そして、モータの速度実際値がゼロになった時刻t’から摩擦補償値の変化が開始され、その後の時刻t”においてそれまでとは逆極性の値(第2の定数の正値)に到達することにより、理想に近い摩擦補償を実現することができる。
In this embodiment, instead of giving the friction compensation value as a single-valued function to the speed command, the previous value of the friction compensation value is added to the second variable to update the friction compensation value, as shown in FIG. That's what I do.
As a result, for example, when the speed command changes to zero at time t0 as shown in FIG. The friction compensation value changes as shown in FIG. 4(b), and the friction compensation value changes as shown in FIG. 4(c). Here, if the second constant given to the limiting means 13 is set in accordance with the actual measured value of the friction torque of the mechanical load 40, the friction equal to the actual friction torque until the actual speed value becomes zero at time t0 '. A compensation value can be output, and it is possible to prevent the motor from stopping before the expected timing, time t0 '. Then, the friction compensation value starts changing from time t 0 ' when the actual speed value of the motor becomes zero, and at the subsequent time t 0 ', the value has the opposite polarity (the positive value of the second constant). By reaching , near-ideal friction compensation can be achieved.

第2の定数の具体的な与え方、すなわち摩擦トルクの実測方法については、機械負荷40を駆動したときの負荷トルクをモータ速度に対して描画した時にヒステリシスを持たずに直線的に変化する範囲において、負荷トルクをモータ速度に対する一次関数により近似した直線の切片として与えれば良い。例えば、モータ速度に対する負荷トルクが図5(a)のように描かれた場合には、ヒステリシス範囲より外側の直線的に変化する範囲において図5(b)のように直線近似し、この直線が負荷トルク軸と交わる値を摩擦トルクとみなして、この値を第2の定数に設定すれば良い。 Regarding the specific method of giving the second constant, that is, the method of actually measuring the friction torque, the range in which the load torque when driving the mechanical load 40 changes linearly without hysteresis when plotted against the motor speed is as follows. In this case, the load torque may be given as the intercept of a straight line approximated by a linear function with respect to the motor speed. For example, when the load torque with respect to the motor speed is drawn as shown in Figure 5(a), a linear approximation is made as shown in Figure 5(b) in a linearly changing range outside the hysteresis range, and this straight line is The value that intersects with the load torque axis may be regarded as the friction torque, and this value may be set as the second constant.

なお、第1実施形態に係る図1~図3に示した機能は、モータの速度指令を入力とする単一の速度制御装置により実現しても良いし、速度指令及びフィードフォワードトルクを出力する上位コントローラと、速度指令及びフィードフォワードトルクを入力とする速度制御装置と、を組み合わせたシステムとして実現しても良い。 Note that the functions shown in FIGS. 1 to 3 according to the first embodiment may be realized by a single speed control device that inputs a motor speed command, or outputs a speed command and a feedforward torque. It may be realized as a system that combines a host controller and a speed control device that receives speed commands and feedforward torque as inputs.

また、図2における第1の定数は、低域通過フィルタ11の出力(第1の変数)に対する摩擦補償値の変化の比に相当するが、方向反転時の速度変化率が一意に与えられている場合、実際にその速度変化率によって方向を反転させたときの速度波形の乱れが最も小さくなるように第1の定数を調整すれば良い。
方向反転時の速度変化率が一意に与えられない場合、第1の定数は速度変化率の絶対値に対して単調増加するように設定すれば良い。この場合の摩擦補償手段の一例を、第2実施形態として図6に示す。
Further, the first constant in FIG. 2 corresponds to the ratio of the change in the friction compensation value to the output (first variable) of the low-pass filter 11, but the rate of change in speed at the time of direction reversal is uniquely given. If so, the first constant may be adjusted so that the disturbance in the speed waveform when the direction is actually reversed is minimized depending on the speed change rate.
If the speed change rate at the time of direction reversal is not uniquely given, the first constant may be set to increase monotonically with respect to the absolute value of the speed change rate. An example of friction compensation means in this case is shown in FIG. 6 as a second embodiment.

図6に示す摩擦補償手段10Aでは、摩擦補償入力(速度指令)を変化率絶対値演算手段14に入力して速度変化率の絶対値を求め、この絶対値に第3の定数を乗算した結果を図2の第1の定数に相当する値とし、この乗算結果を乗算手段15により低域通過フィルタ11の出力に乗算して加算手段12に入力している。この場合、第3の定数は、ある速度変化率でモータの回転方向を反転させたときの速度波形の乱れが最も小さくなるように調整すると良い。 In the friction compensation means 10A shown in FIG. 6, the friction compensation input (speed command) is input to the change rate absolute value calculation means 14 to obtain the absolute value of the speed change rate, and this absolute value is multiplied by a third constant. is a value corresponding to the first constant in FIG. In this case, the third constant is preferably adjusted so that the disturbance of the speed waveform when the rotational direction of the motor is reversed at a certain speed change rate is minimized.

次に、図7は本発明の第3実施形態の主要部を示すブロック図である。この第3実施形態は、モータの回転子位置を制御する位置制御に本発明を適用した場合のものである。
図7において、モータの位置指令と実際の位置とが入力される減算手段53と、比例ゲインKと、速度実際値を演算する微分手段60とを含む位置制御ループに、前記同様の速度フィードバック制御手段20、摩擦補償手段10(または10A)、及びブロック70(電流制御手段30及び機械負荷40)を内包しており、第1または第2実施形態と同様の動作によって機械負荷40の摩擦トルクを補償しながら所望の位置制御を行うことができる。
Next, FIG. 7 is a block diagram showing the main parts of the third embodiment of the present invention. This third embodiment is a case where the present invention is applied to position control that controls the rotor position of a motor.
In FIG. 7, a speed feedback similar to that described above is added to a position control loop including a subtraction means 53 into which a motor position command and an actual position are input, a proportional gain Kp , and a differentiation means 60 that calculates an actual speed value. It includes a control means 20, a friction compensation means 10 (or 10A), and a block 70 (current control means 30 and mechanical load 40), and the friction torque of the mechanical load 40 is controlled by the same operation as in the first or second embodiment. Desired position control can be performed while compensating for

次いで、本発明による効果を確認するために、摩擦トルクを有する機械負荷をモータにより実際に駆動した場合の実験結果を図8(a),(b),(c)に示す。モータの最大速度は何れも1200[r/min]であり、2種類(〔速度変化率大〕,〔速度変化率小〕)の台形加減速パターンを用意して、図7に示す構成により位置制御を行いながらモータを往復運転し、方向反転時における速度波形の乱れを観察した。
図8(a)は摩擦補償を行わない場合、図8(b)は図7の摩擦補償手段10を図11の折れ線型関数により実現した従来技術(摩擦補償値は、第1実施形態と同様に第2の定数により制限した)であり、図8(c)は図7の構成により摩擦補償を行った場合である。
なお、位置制御におけるフィードバック制御ゲインは、図8(a),(b),(c)の何れも同じ値とした。
Next, in order to confirm the effects of the present invention, experimental results when a mechanical load having frictional torque was actually driven by a motor are shown in FIGS. 8(a), (b), and (c). The maximum speed of each motor is 1200 [r/min], and two types of trapezoidal acceleration/deceleration patterns ([large speed change rate] and [small speed change rate]) are prepared, and the position is determined using the configuration shown in Fig. 7. The motor was operated reciprocally while being controlled, and the disturbance in the speed waveform was observed when the direction was reversed.
FIG. 8(a) shows the case where no friction compensation is performed, and FIG. 8(b) shows the conventional technology in which the friction compensation means 10 of FIG. 7 is realized by the polygonal linear function of FIG. (limited by a second constant), and FIG. 8(c) shows the case where friction compensation is performed using the configuration of FIG.
Note that the feedback control gain in position control was set to the same value in all of FIGS. 8(a), (b), and (c).

摩擦補償を行っていない図8(a)に対して従来技術による図8(b)では、実線で丸く囲んだa部とb部とを比較すると、方向反転時の速度波形の乱れはある程度低減されているが、若干の乱れが未だ残っている。一方、本発明による摩擦補償を行った図8(c)では、破線で丸く囲んだc部から明らかなように、図8(b)に比べて速度波形の乱れが更に低減されることが確認された。 In contrast to FIG. 8(a) where friction compensation is not performed, in FIG. 8(b) with the conventional technology, when comparing parts a and b circled by solid lines, the disturbance in the velocity waveform at the time of direction reversal is reduced to some extent. However, some disturbances still remain. On the other hand, in FIG. 8(c) where the friction compensation according to the present invention has been performed, it is confirmed that the disturbance in the speed waveform is further reduced compared to FIG. 8(b), as is clear from the part c circled by the broken line. It was done.

本発明は、工作機械や産業用ロボット等のサーボシステムを始めとして、摩擦トルクを有する各種の機械負荷の位置や速度を制御するモータ制御装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for the motor control apparatus which controls the position and speed of various mechanical loads which have frictional torque, including the servo system of machine tools, industrial robots, etc.

10,10A:摩擦補償手段
11:低域通過フィルタ
12:加算手段
13:制限手段
14:変化率絶対値演算手段
15:乗算手段
20:速度フィードバック制御手段
30:電流制御手段(ドライバ及びモータ)
40:機械負荷
51,53:減算手段
52:加算手段
60:微分手段
70:電流制御手段及び機械負荷
10, 10A: Friction compensation means 11: Low pass filter 12: Adding means 13: Limiting means 14: Rate of change absolute value calculation means 15: Multiplying means 20: Speed feedback control means 30: Current control means (driver and motor)
40: Mechanical load 51, 53: Subtraction means 52: Addition means 60: Differentiation means 70: Current control means and mechanical load

Claims (5)

摩擦トルクを有する機械負荷を駆動するモータの速度または回転子位置を制御するモータ制御装置であって、前記モータの速度実際値が速度指令に追従するように動作する速度フィードバック制御手段と、前記速度フィードバック制御手段から出力されるトルク指令に基づいて前記モータの電流を制御する電流制御手段と、を有するモータ制御装置において、
前記モータの速度指令から摩擦補償値を演算する摩擦補償手段と、
前記摩擦補償手段から出力された摩擦補償値を前記トルク指令に加算する加算手段と、
を備え、
前記摩擦補償手段は、
前記速度指令に低域通過フィルタ演算を施した値と第1の定数との乗算結果と、一演算周期前の摩擦補償値の前回値と、を加算した値の絶対値を、第2の定数により制限して摩擦補償値の今回値として出力することを特徴とするモータ制御装置。
A motor control device for controlling the speed or rotor position of a motor that drives a mechanical load having frictional torque, the speed feedback control means operating such that the actual speed value of the motor follows a speed command; and the speed A motor control device comprising: current control means for controlling the current of the motor based on a torque command output from a feedback control means,
Friction compensation means for calculating a friction compensation value from the speed command of the motor;
addition means for adding the friction compensation value output from the friction compensation means to the torque command;
Equipped with
The friction compensation means includes:
The absolute value of the sum of the product of the speed command subjected to low-pass filter calculation and the first constant and the previous value of the friction compensation value one calculation cycle ago is calculated as a second constant. A motor control device characterized in that the current value of a friction compensation value is outputted as a current value of a friction compensation value.
請求項1に記載したモータ制御装置において、
前記低域通過フィルタは、慣性以外の負荷トルクを持たない前記機械負荷に対して速度フィードバック制御を行った場合の前記速度指令に対する速度実際値に等しい伝達特性を有することを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 1,
A motor control device characterized in that the low-pass filter has a transmission characteristic equal to an actual speed value in response to the speed command when speed feedback control is performed on the mechanical load that has no load torque other than inertia. .
請求項1または2に記載したモータ制御装置において、
前記第1の定数を、前記モータの方向反転時近傍における速度指令変化率の絶対値に対して単調増加するように設定したことを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 1 or 2,
A motor control device characterized in that the first constant is set to increase monotonically with respect to an absolute value of a speed command change rate near a time when the direction of the motor is reversed.
請求項1~3の何れか1項に記載したモータ制御装置において、
前記第2の定数を、前記機械負荷を駆動したときの負荷トルクが前記モータの速度に対してヒステリシスを持たずに直線的に変化する範囲において前記負荷トルクを前記モータの速度に対する一次関数により近似した直線の切片として設定したことを特徴とするモータ制御装置。
In the motor control device according to any one of claims 1 to 3,
The second constant is approximated by a linear function of the load torque with respect to the speed of the motor in a range where the load torque when driving the mechanical load changes linearly with respect to the speed of the motor without hysteresis. A motor control device characterized in that the motor control device is set as an intercept of a straight line.
摩擦トルクを有する機械負荷を駆動するモータの速度または回転子位置を制御するモータ制御方法であって、速度実際値が速度指令に追従するように速度フィードバック制御を行ってトルク指令を生成すると共に、前記速度指令から演算した摩擦補償値と前記トルク指令との加算結果に基づいて前記モータの電流を制御するようにしたモータ制御方法において、
前記速度指令に低域通過フィルタ演算を施した値と第1の定数との乗算結果と、一演算周期前の摩擦補償値の前回値と、を加算した値の絶対値を、第2の定数により制限して摩擦補償値の今回値とすることを特徴とするモータの制御方法。
A motor control method for controlling the speed or rotor position of a motor that drives a mechanical load having frictional torque, the method comprising performing speed feedback control so that an actual speed value follows a speed command and generating a torque command, In the motor control method, the current of the motor is controlled based on the addition result of the friction compensation value calculated from the speed command and the torque command,
The absolute value of the sum of the product of the speed command subjected to low-pass filter calculation and the first constant and the previous value of the friction compensation value one calculation cycle ago is calculated as a second constant. A method for controlling a motor, characterized in that the current value of a friction compensation value is set by limiting the current value.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000103349A (en) 1998-09-30 2000-04-11 Mitsubishi Electric Corp Electric power steering device
JP2005170257A (en) 2003-12-11 2005-06-30 Showa Corp Electric power steering device
JP4121086B2 (en) 2001-12-27 2008-07-16 富士通株式会社 Abrasive embedding tool for lapping machine
WO2017154476A1 (en) 2016-03-08 2017-09-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 Motor control device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000103349A (en) 1998-09-30 2000-04-11 Mitsubishi Electric Corp Electric power steering device
JP4121086B2 (en) 2001-12-27 2008-07-16 富士通株式会社 Abrasive embedding tool for lapping machine
JP2005170257A (en) 2003-12-11 2005-06-30 Showa Corp Electric power steering device
WO2017154476A1 (en) 2016-03-08 2017-09-14 パナソニックIpマネジメント株式会社 Motor control device

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