JP7394669B2 - モータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御モード切り換え機能を備えたモータ制御装置に関するものである。

スポット溶接用サーボガンでは、溶接ガンの電極部の溶接チップでワークを挟んでモータのトルクを制御して加圧し、電極チップ間を通電しワークを溶着させている。このような溶接ガンでは、位置制御や速度制御で加圧対象に接触する手前まで移動し、トルク制御に切り換えて加圧している。また、トルク制御に切り換えた時に過大な速度が発生して加圧対象に衝突する事がないように、速度制限機能を備えたトルク制御を実施している。溶着が終了すると、再び位置制御や速度制御で移動を行う。このような位置制御や速度制御とトルク制御と組み合わせて用いる場合には、制御モードを切り換えてモータの制御を行っている。

上記の例では、位置制御モードや速度制御モードからトルク制御モードに切り換えて制御を実施している。こういった制御モード切換え時に、トルク指令値の不連続によって制御対象にショックが発生する場合がある。そこで、ショックを低減するために、モータを停止させてトルク指令値が小さくなってから制御モードを切り換えている。しかし、モータを停止させて切り換えているのでは、無駄な時間が発生してしまい、機械の動作を高速化できなくなってしまう。

このような制御モードを、モータを停止させることなく切り換えた例として特許文献１がある。特許文献１には、サーボモータを用い、トルク制御モードと位置、速度制御モードとを切り換えて行うサーボ系において、トルク制御モード中において、速度ループの積分器の値をトルク制御におけるトルク指令に書換え、トルク制御モードから位置、速度制御モードへの制御モードの切り換え時において、積分器の値をサーボモータに与えるトルク指令値とすることを特徴とするサーボモータを用いたサーボ系の制御モード切り換え方法が記載されている。しかし、このような速度ループの積分器の値をトルク制御におけるトルク指令に書き換える方式では、書き換えを速度ループ処理毎に行わなければならず、処理時間が増大してしまうという問題があった。また、位置、速度制御モードからトルク制御モードへの切り換えには対応できないという問題や、トルク制御モードは速度制限機能のないトルク制御であり、速度制限機能付きトルク制御には対応できないという問題もあった。

速度制限機能付きトルク制御に対応し、位置制御モードや速度制御モードからトルク制御モードへの切り換えに対応した例としては特許文献２がある。特許文献２には、速度指令にモータの速度フィードバックが一致するようにＰＩ制御演算を行い内部トルク指令を算出する速度制御部と、外部から指令される制御切換信号に基づいて速度指令に速度フィードバックが一致するように速度制御を行う速度制御モードと外部トルク指令にモータの発生トルクが一致するようにトルク制御を行うトルク制御モードとの制御モード切り換えを行い切換信号を出力する制御切換部と、切換信号に基づいて内部トルク指令と外部トルク指令とを切り換えてトルク指令を出力するトルク指令切換器と、トルク指令に基づいてモータを駆動する電流制御部と、を備えたモータ制御装置において、トルク制御モードの時に外部トルク指令を補正するトルク補正値を算出する補正トルク演算部を備え、制御切換部は、速度制御モードからトルク制御モードへの切り換え時に外部トルク指令と速度制御部の積分器の値とに基づいて初期値を算出し、補正トルク演算部は、速度制限指令と速度フィードバックと初期値とに基づいてトルク補正値を算出することを特徴とするモータ制御装置が記載されている。

しかし、特許文献２の手法では、トルク制御モードの時に外部トルク指令を補正するトルク補正値を算出する補正トルク演算部を設けた制御系にしか適用できず、さらに、速度が制限された状態のトルク制御にしか切り換えられないという問題があった。また、トルク制御モードから位置制御モードや速度制御モードへの切り換えには対応できないという問題があった。

特開平９－６９０１３号公報 特開２００９－１４１９８７号公報

本発明は、以上の様な問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、トルク補正値を算出する補正トルク演算部の無い速度制限機能付きトルク制御に適用して、処理時間が大きく増加することなく、位置制御や速度制御モードから速度制限されていない状態のトルク制御モードへの切り換え、位置制御や速度制御モードから速度制限された状態のトルク制御モードへの切り換え、速度制限されていない状態のトルク制御モードから位置制御や速度制御モードへの切り換え、速度制限されている状態のトルク制御モードから位置制御や速度制御モードへの切り換えのすべての状態に対応でき、トルク指令値の不連続による制御対象へのショックを防止できるモータの制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点によれば、トルク又は速度のいずれかの制御モード指令に基づきモータを制御するモータ制御装置において、前記トルク制御モードにおいては速度制限指令に応じて速度を制限しながらモータのトルクを制御し、前記速度制御モードにおいては速度指令に応じてモータの速度を制御するモータ制御装置であって、前記モータ制御装置は、前記モータの速度を検出する速度検出部と、前記トルク指令に基づいて、トルク指令に基づく速度偏差を算出する速度偏差算出器と、前記トルク指令に基づく速度偏差と前記速度検出部から出力された速度とを加算してトルク指令に基づく速度指令を出力する加算器と、前記トルク指令に基づく速度指令を前記速度制限指令で指令される速度制限値で速度制限して、制限後の速度指令を出力する速度制限部と、前記制御モード指令に基づき、速度指令と前記制限後の速度指令とを切り換え可能である、モータ速度指令を出力する制御モード切り換え部と、前記モータ速度指令から前記モータの速度を減算して速度偏差を出力する減算器と、前記速度偏差を入力として速度制御演算を行い、モータトルク指令を出力する速度制御器と、前記モータトルク指令に基づくトルクを出力させるモータトルク制御部と、を備え、前記速度制御器は、比例制御器と、積分制御器とを有し、前記積分制御器は、積分値の初期値を設定可能であり、かつ積分動作と前記積分動作を停止させて積分器の値を減衰させる動作とが可能であることを特徴とするモータ制御装置が提供される。

前記速度指令は、位置指令から導出されたものであっても良い。
前記速度制御器は、前記制御モード切り換え部により選択された指令に基づき、前記比例積分制御器として動作する状態と、前記比例制御器として動作する状態とに切り換え可能である。

（定常状態の速度制御器の制御）
前記制御モード切り換え部により前記速度制御モードが選択された場合には、
前記速度制御器を、前記比例制御器と前記積分制御器とを動作させて比例積分制御器とし、前記制御モード切り換え部により前記トルク制御モードが選択された場合であって、前記トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令より小さいときには、前記速度制御器を、前記比例制御器として動作させ、前記トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令以上のときには、前記速度制御器を前記比例制御器と前記積分制御器として動作させて比例積分制御器とすることが好ましい。

〔遷移状態の速度制御器の制御１〕
前記速度制御モードから前記トルク制御モードに切り換わる場合であって、前記トルク指令に基づく速度指令が前記速度制限指令より小さいときには、前記積分制御器の積分値を所定の初期値に設定し、前記積分器に前記積分減衰ゲインを乗算して前記積分器の入力に戻し、所定の期間内に前記積分器の出力をゼロにまで減衰させて、前記速度制御器を比例積分制御器から比例制御器とし、前記トルク指令に基づく速度指令が前記速度制限指令以上のときには、前記速度制御器は比例積分制御器のままとすることが好ましい。

〔遷移状態の速度制御器の制御２〕
前記トルク制御モードから前記速度制御モードに切り換わる場合であって、切り換え前のトルク指令に基づく速度指令が速度制限指令より小さいときには、前記速度指令に、所定の初期値を設定し、前記積分制御器の積分値を所定の初期値に設定し、前記速度制御器を前記比例制御器から前記比例積分制御器にし、 切り換え前のトルク指令に基づく速度指令が速度制限指令以上のときには、前記速度制御器は比例積分制御器のままとすることが好ましい。

本発明によれば、トルク補正値を算出する補正トルク演算部の無い速度制限機能付きトルク制御に適用して、処理時間が大きく増加することなく、位置制御や速度制御モードから速度制限されていない状態のトルク制御モードへの切り換え、位置制御や速度制御モードから速度制限された状態のトルク制御モードへの切り換え、速度制限されていない状態のトルク制御モードから位置制御や速度制御モードへの切り換え、速度制限されている状態のトルク制御モードから位置制御や速度制御モードへの切り換えのすべての状態に対応でき、トルク指令値の不連続による制御対象へのショックを防止できるモータの制御技術を提供することができる。

図１は、モータ制御装置及び方法の一態様を示すブロック図である。 図２は、具体的な速度制御器の構成例を示した図である。 図３は、速度制御器設定処理部による速度制御器の制御の流れを示すフローチャート図である。 図４は、モータ制御装置及び方法の別の態様（トルク制御と位置制御を切り換える例）を示すブロック図である。

以下に、本発明に係るモータ制御装置及び方法の実施の態様を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の態様の説明如何により本発明の範囲が限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の技術的範囲に属する限り、如何なる態様であっても本発明の範囲に含まれるものである。

（第１の実施の形態）
図１に、モータ制御装置及び方法の一態様を示す。
トルク指令と速度制限指令に基づいてモータ速度を制限しながらモータのトルクを制御するモータ制御装置及び制御方法は、前記〔背景技術〕の項でも述べたとおり、公知のものであるので、詳細の説明は省略するが、本発明の実施の態様は次のとおりである。

本発明のモータ２１のモータのトルクと速度を制御するモータ制御装置Ａは、概略、エンコーダＥＮ２３、エンコーダＥＮ２３の位置を微分して速度を求める速度検出部２５と、速度偏差算出器１、加算器３、速度制限部５、制御モード切り換え部７、減算器１１、速度制御器１５、速度制御器設定処理部１６、モータトルク制御器１７、モータ２１などから構成されている。

図１に示す実施例は、トルク制御と速度制御を切り換え可能な例を示したものである。モータ制御装置Ａの各部の機能は以下のとおりである。トルク指令Ｔ_Ｃを速度偏差算出器１に通してトルク指令に基づく速度偏差Ｓ_ＤＴを求める。トルク指令に基づく速度偏差Ｓ_ＤＴと速度Ｖを加算器３により加算してトルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣを求める。速度制限部５において、トルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣを速度制限指令Ｓ_ＬＣで指令される速度制限値で速度制限して、制限後の速度指令Ｓ_ＣＬを求める。制御モード切り換え部７では、制御モード指令Ｍ_Ｃに基づき、速度指令Ｓ_Ｃと制限後の速度指令Ｓ_ＣＬを切り替え、モータ速度指令Ｓ_ＭＣを求める。制御モード指令Ｍ_Ｃが速度制御モードの場合は速度指令Ｓ_Ｃをモータ速度指令Ｓ_ＭＣとし、制御モード指令Ｍ_Ｃがトルク制御モードの場合は、制限後の速度指令Ｓ_ＣＬをモータ速度指令Ｓ_ＭＣとする。そして、モータ速度指令Ｓ_ＭＣに基づき、モータを速度制御する。具体的には、モータに付けられているエンコーダＥＮ２３の位置を微分して速度を求める。モータ速度指令Ｓ_ＭＣから速度を減算して速度偏差Ｓ_Ｄを求め、速度制御器１５を通してモータトルク指令Ｔ_ＭＴを算出する。モータトルク指令Ｔ_ＭＴに基づき、モータトルク制御器１７によりモータトルク指令Ｔ_ＭＴ通りのトルクがモータから出力される。モータから出力されたトルクにより回転した位置をエンコーダＥＮ２３で検出し、モータ速度指令Ｓ_ＭＣと一致するように速度制御が行われる。

速度制御器１５は比例制御器１５ａを有し、制御状態に基づく速度制御器設定処理部１６からの指令により、比例制御器１５ａのみで動作させたり、比例制御器１５ａと積分制御器１５ｂの両方を動作させたりする。

図２は、図１における速度制御器１５のより具体的な構成例を示した図である。比例ゲイン１５ａ－１により比例制御器１５ａが構成され、積分ゲイン１５ｂ－１と積分器１５ｂ－２、そして積分減衰ゲイン１５ｂ－３と切替スイッチ１５ｂ－４とから積分制御器１５ｂが構成されている。

速度制御器１５を比例積分制御で動作させる場合は、切替スイッチ１５ｂ－４を１にし、積分制御器１５ｂに積分動作を行わせる。速度制御器１５を比例制御器で動作させる場合は、切替スイッチ１５ｂ－４を２にし、積分器１５ｂ－２の値をマイナス符号の積分減衰ゲインに基づき減衰させて０にして、比例動作を行わせる。これらのモータ制御を行う各部はソフトウェアで構成することができ、制御サンプル毎に制御演算が行われる。

次いで、制御モード指令Ｍ_Ｃが、速度制御モード又はトルク制御モードのいずれかである場合の制御の動作と、制御モード指令Ｍ_Ｃが、両者の制御モードのいずれか一方から他方に切り換える場合のモータ制御の動作について、順に説明する。
まず、制御モード指令Ｍ_Ｃがトルク制御モードの場合は、制御モード切り換え部７は制限後の速度指令Ｓ_ＣＬを選択し、次のようにして速度制限機能付きのトルク制御が実施される。

速度制御器１５を比例制御器１５ａで構成し、そのゲインをＧＰとすると、速度制御ループの演算は、以下のようになる。
モータ速度指令Ｓ_ＭＣ－速度Ｖ＝速度偏差Ｓ_Ｄ ・・・（１）
速度偏差Ｓ_Ｄ×ＧＰ＝モータトルク指令Ｔ_ＭＴ ・・・（２）
上式より、モータトルク指令Ｔ_ＭＴからモータ速度指令Ｓ_ＭＣは以下のように逆算できる。
速度偏差Ｓ_Ｄ＝モータトルク指令Ｔ_ＭＴ／ＧＰ ・・・（３）
モータ速度指令Ｓ_ＭＣ＝速度偏差Ｓ_Ｄ＋速度Ｖ ・・・（４）

本態様では、外部から与えられるトルク指令Ｔ_Ｃに対して、この計算を流用し、トルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣを算出する。
トルク指令に基づく速度偏差Ｓ_ＤＴ＝トルク指令Ｔ_Ｃ／ＧＰ ・・・（５）
トルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣ＝トルク指令に基づく速度偏差Ｓ_ＤＴ
＋速度Ｖ ・・・（６）

そして、求められたトルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣに対して速度制限指令Ｓ_ＬＣで指令される速度制限値で速度制限を行い、制限後の速度指令Ｓ_ＣＬを求める。この制限後の速度指令Ｓ_ＣＬに従ってモータの速度比例制御を行うと、モータトルク指令Ｔ_ＭＴは以下のようになる。
モータトルク指令Ｔ_ＭＴ＝速度偏差Ｓ_Ｄ×ＧＰ＝（モータ速度指令Ｓ_ＭＣ－速度Ｖ）
×ＧＰ＝（制限後の速度指令Ｓ_ＣＬ－速度Ｖ）×ＧＰ

ここで、トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣより小さい場合は、制限後の速度指令Ｓ_ＣＬ＝トルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣのため、モータトルク指令Ｔ_ＭＴは以下のようになる。
モータトルク指令Ｔ_ＭＴ＝（制限後の速度指令Ｓ_ＣＬ－速度Ｖ）×ＧＰ＝（トルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣ－速度Ｖ）×ＧＰ
＝｛（トルク指令に基づく速度偏差Ｓ_ＤＴ＋速度Ｖ）－速度Ｖ｝×ＧＰ
＝（トルク指令に基づく速度偏差Ｓ_ＤＴ）×ＧＰ＝トルク指令Ｔ_Ｃ／ＧＰ×ＧＰ＝トルク指令Ｔ_Ｃ

このように、モータトルク指令Ｔ_ＭＴはトルク指令Ｔ_Ｃと一致し、このモータトルク指令Ｔ_ＭＴに基づきトルク制御を行い、モータトルク指令Ｔ_ＭＴ通りのモータトルクがモータから出力される。
トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣ以上の場合は、モータ速度指令Ｓ_ＭＣは速度制限指令Ｓ_ＬＣになり、速度制限指令Ｓ_ＬＣに基づくモータの速度制御が行われ、速度制限指令Ｓ_ＬＣに速度が制御される。また、トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣ以上の場合は、速度制御器１５の積分制御器１５ｂも動作させ、比例積分制御器にして、摩擦等の外乱の影響を抑制する。

制御モード指令Ｍ_Ｃが速度制御モードの場合、制御モード切り換え部７は速度指令Ｓ_Ｃを選択し、モータ速度指令Ｓ_ＭＣは速度指令Ｓ_Ｃになり、速度指令Ｓ_Ｃに基づく速度制御が行われる。また、速度制御器１５は比例積分制御器１５ａ，１５ｂで構成し、モータに加わる摩擦等の外乱を抑制した速度制御を行う。

ここで、速度制御モードからトルク制御モードに切り換える場合は、制御モード指令Ｍ_Ｃを速度制御モードからトルク制御モードに変更する。制御モード切り換え部７は、モータ速度指令Ｓ_ＭＣの接続先を、速度指令Ｓ_Ｃから制限後の速度指令Ｓ_ＣＬに切り換える。トルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣが速度制限指令Ｓ_ＬＣより小さい場合は、速度制御器１５の比例制御器出力はトルク指令Ｔ_Ｃと同じ値になるので、速度制御器１５の積分制御器１５ｂの積分器の初期値を以下の値にする。
積分制御器初期値＝（制御モード切り換えの１制御サンプル前のモータトルク指令Ｔ_ＭＴ’）－（トルク指令Ｔ_Ｃ）

これにより、トルク制御モードに切り換わった時のモータトルク指令Ｔ_ＭＴは、以下のようになる。
モータトルク指令Ｔ_ＭＴ＝（速度比例制御器出力）＋（速度積分制御器出力）＝（トルク指令Ｔ_Ｃ）＋（積分制御器初期値）
＝（トルク指令Ｔ_Ｃ）＋（制御モード切り換えの１制御サンプル前のモータトルク指令Ｔ_ＭＴ’）－（トルク指令Ｔ_Ｃ）
＝（制御モード切り換えの１制御サンプル前のモータトルク指令Ｔ_ＭＴ’）
このように、モータトルク指令Ｔ_ＭＴが連続的な動作になる。

そして、速度制御器１５を比例制御器１５ａとして動作させ、積分器１５ｂ－２の値を一定の時定数で減衰させる。具体的には、積分制御器１５ｂの切替スイッチ１５ｂ－４を２にし、積分器１５ｂ－２の値を積分減衰ゲインに基づき減衰させて０にして積分器１５ｂ－２を停止させ、比例動作を行わせる。これにより、滑らかに速度積分値は低減して０になり、トルク指令Ｔ_Ｃ通りのトルク制御が実現されるようになる。
トルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣが速度制限指令Ｓ_ＬＣ以上の場合は、切り換えの前後とも速度制御器１５は比例積分制御器のままでよいため積分器は継続的に動作させ、初期値の設定は行わない。

トルク制御モードから速度制御モードに切り換える場合は、制御モード指令Ｍ_Ｃをトルク制御から速度制御にする。制御モード切り換え部７は、モータ速度指令Ｓ_ＭＣの接続先を、制限後の速度指令Ｓ_ＣＬから速度指令Ｓ_Ｃに切り換える。切り換え前のトルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣが速度制限指令Ｓ_ＬＣ値より小さい場合は、速度制御器１５を比例制御器１５ａから比例積分制御器１５ａ，１５ｂにして積分器１５ｂ－２の初期値を以下の値にする。
積分制御器初期値＝（制御モード切り換えの１制御サンプル前のモータトルク指令Ｔ_ＭＴ’）
また、速度を上位コントローラに出力し、上位コントローラは、速度指令Ｓ_Ｃの初期値を以下の値にする。
速度指令Ｓ_Ｃの初期値＝（制御モード切り換えの１制御サンプル前の速度Ｖ’）

これにより切り換え時の速度偏差Ｓ_Ｄは０になり、速度制御器１５の比例制御器１５ａの出力も０になる。速度制御モードに切り換わった時のモータトルク指令Ｔ_ＭＴは、
モータトルク指令Ｔ_ＭＴ＝（速度比例制御器出力）＋（速度積分制御器出力）＝０＋（積分制御器初期値）
＝（制御モード切り換えの１制御サンプル前のモータトルク指令Ｔ_ＭＴ’）
となり、モータトルク指令Ｔ_ＭＴは制御モード切り換えの１制御サンプル前のモータトルク指令Ｔ_ＭＴ’となり、連続的な動作になる。
切り換え前のトルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣが速度制限指令Ｓ_ＬＣ以上の場合は、速度制御器１５は比例積分制御のままでよいため、積分器は継続的に動作させ、初期値の設定は行わない。
通常、トルク制御モードから速度制御モードに切り換える場合は、モータが停止している場合が多い。この場合は、上位コントローラは、速度指令Ｓ_Ｃの初期値を０からスタートさせればよい。

図３は、速度制御器設定処理部１６の制御の流れを示すフローチャート図である。図３において、まず処理を開始し（Ｓｔａｒｔ）、ステップＳ１において指令制御モードの判定を行う。
制御モードがトルク制御モードの場合はステップＳ２に進む。ステップＳ２で直前の制御が速度制御か否かの判定を行い、Ｎｏ（トルク制御）の場合はステップＳ３に進む。ここで、トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣ以上か否かの判定を行い、Ｎｏ（トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣより小さい）の場合はステップＳ４に進み、速度制御器は比例制御器のみで動作させる。ステップＳ３でＹｅｓの場合、（トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣ以上）の場合はステップＳ５に進み、速度制御器は比例制御器１５ａと積分制御器１５ｂで動作させる。
ステップＳ１において制御モードが速度制御モードの場合はステップＳ１０に進む。ステップＳ１０で、直前の制御がトルク制御か否かの判定を行い、Ｎｏ（速度制御）の場合はステップＳ１１に進み、速度制御器は比例制御器１５ａと積分制御器１５ｂで動作させる。
ステップＳ１において制御モードがトルク制御モードで、ステップＳ２でＹｅｓ（直前の制御が速度制御）の場合はステップＳ６に進む。ここで、トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣ以上か否かの判定を行い、Ｎｏ（トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣより小さい）の場合は、ステップＳ７、Ｓ８に進み、積分器の初期値を設定し、ステップＳ７で積分器の初期値を設定し、ステップＳ８で、速度制御器を比例制御器として動作させ、積分器の値を一定の時定数で減衰させ０にする。
ステップＳ６で、Ｙｅｓ（トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣ以上）の場合はステップＳ９に進み、速度制御器は比例制御器１５ａと積分制御器１５ｂで動作させる（比例積分制御器にする）。
ステップＳ１において制御モードが速度制御モードで、ステップＳ１０でＹｅｓ（直前の制御がトルク制御）の場合はステップＳ１２に進む。ここで、トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣ以上か否かの判定を行い、Ｎｏ（トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣより小さい）の場合は、ステップＳ１３，Ｓ１４に進み、速度指令の初期値と積分器の初期値を設定し、速度制御器を比例積分制御器として動作させる。ステップＳ１２で、Ｙｅｓ（トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令Ｓ_ＬＣ以上）の場合は、ステップＳ１１に進み、速度制御器は比例積分制御器として動作させる。

（第２の実施の形態）
図４に本発明の第２の実施の形態を示す。第２の実施の形態では、トルク制御と位置制御を切り換え可能な例を示したものである。ここで、速度指令Ｓ_Ｃは、位置指令Ｌ_Ｃから導出されたものとする。
トルク指令Ｔ_Ｃを速度偏差算出器１に通してトルク指令に基づく速度偏差Ｓ_ＤＴを求める。トルク指令に基づく速度偏差Ｓ_ＤＴと速度Ｖを加算してトルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣを求める。トルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣを速度制限指令Ｓ_ＬＣで指令される速度制限値で速度制限して、制限後の速度指令Ｓ_ＣＬを求める。位置指令Ｌ_ＣをエンコーダＥＮ２３で検出した位置と比較し、位置偏差を求める。位置偏差を位置制御器３５に通して速度指令Ｓ_Ｃを求める。位置制御器３５は比例制御器で構成しそのゲインをＫＰとする。制御モード切り換え部７では、制御モード指令Ｍ_Ｃに基づき、速度指令Ｓ_Ｃと制限後の速度指令Ｓ_ＣＬを切り替え、モータ速度指令Ｓ_ＭＣを求める。
速度指令Ｓ_Ｃを求めるまでの構成及び機能が加わっていることを除けば、その余の動作は第１の実施の形態との差異がないので、説明を省略する。

第２の実施の態様におけるモータ制御の動作について以下に説明する。
第２の実施の態様においても、基本的には第１の実施の形態とほぼ同じ構成及び機能に基づきほぼ同じ制御の動作が行われる。異なる点は、前述した速度指令Ｓ_Ｃを求めるまでの構成及び機能に基づく制御の動作が追加されていることである。すなわち、第２の実施の態様においては、まず、トルク指令Ｔ_Ｃを速度偏差算出器１に通してトルク指令に基づく速度偏差Ｓ_ＤＴを求める。そして、トルク指令に基づく速度偏差Ｓ_ＤＴと速度Ｖを加算してトルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣを求める。次いで、トルク指令に基づく速度指令Ｓ_ＴＣを速度制限指令Ｓ_ＬＣで指令される速度制限値で速度制限して、制限後の速度指令Ｓ_ＣＬを求める。一方、位置指令Ｌ_ＣをエンコーダＥＮ２３で検出した位置と比較し、位置偏差を求める。この位置偏差を位置制御器３５に通して速度指令Ｓ_Ｃを求める。ここで、位置制御器３５は比例制御器で構成しそのゲインをＫＰとする。制御モード切り換え部７では、制御モード指令Ｍ_Ｃに基づき、速度指令Ｓ_Ｃと制限後の速度指令Ｓ_ＣＬを切り替え、モータ速度指令Ｓ_ＭＣを求める。このように、速度指令Ｓ_Ｃを求める構成及び機能に基づく制御の動作が追加されていることを除けば、その余の動作は第１の実施の形態との差異がないので、説明を省略する。

以上の様に本発明では、速度制御ループでのモータ速度指令からモータトルク指令を算出する計算の逆算を行う方法で、トルク指令を基にトルク指令に基づく速度指令を算出して速度制限を行って制限後の速度指令を求め、制御モード指令に基づき速度指令と制限後の速度指令を切り替えてモータ速度指令を求めて速度制御しており、トルク補正値を算出する補正トルク演算部が無く、構成が簡単である。また、位置制御モードや速度制御モードから速度制限されていない状態のトルク制御モードへの切り換え、位置制御モードや速度制御モードから速度制限された状態のトルク制御モードへの切り換え、速度制限されていない状態のトルク制御モードから位置制御モードや速度制御モードへの切り換え、速度制限されている状態のトルク制御モードから位置制御モータや速度制御モードへの切り換えのすべての状態に対応でき、制御モード切り換え時のみ僅かな処理時間を要する、トルク指令値の不連続による制御対象へのショックを防止したモータの制御装置を提供することができる。

上述した各態様は、いずれも本発明の一態様を示すものであって、本発明自体がそれらの態様によって示される具体的な構成に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載された事項に基づき当業者が想定し得るものはすべて含まれるものである。

Ａ モータ制御装置
Ｓ 速度検出部
Ｖ 速度
１ 速度偏差算出器
３ 加算器
５ 速度制限部
７ 制御モード切り換え部
１１ 減算器
１５ 速度制御器
１５ａ 比例制御器
１５ａ－１ 比例ゲイン
１５ｂ 積分制御器
１５ｂ－２ 積分器
１５ｂ－３ 減衰ゲイン
１５ｂ－４ 切替スイッチ
１７ モータトルク制御器
２１ モータ
２３ エンコーダ
Ｌ_Ｃ 位置指令
Ｍ_Ｃ 制御モード指令
Ｓ_Ｃ 速度指令
Ｓ_ＣＬ 制限後の速度指令
Ｔ_Ｃ トルク指令
Ｓ_Ｄ 速度偏差
Ｓ_ＤＴ トルク指令に基づく速度偏差
Ｓ_ＬＣ 速度制限指令
Ｓ_ＴＣ トルク指令に基づく速度指令
Ｓ_ＭＣ モータ速度指令
Ｔ_ＭＴ モータトルク指令

Claims (6)

1. トルク又は速度のいずれかの制御モード指令に基づきモータを制御するモータ制御装置において、トルク制御モードにおいては速度制限指令に応じて速度を制限しながらモータのトルクを制御し、速度制御モードにおいては速度指令に応じてモータの速度を制御するモータ制御装置であって、
   前記モータ制御装置は、
   前記モータの速度を検出する速度検出部と、
   トルク指令に基づいて、トルク指令に基づく速度偏差を算出する速度偏差算出器と、
   前記トルク指令に基づく速度偏差と前記速度検出部から出力された速度とを加算してトルク指令に基づく速度指令を出力する加算器と、
   前記トルク指令に基づく速度指令を前記速度制限指令で指令される速度制限値で速度制限して、制限後の速度指令を出力する速度制限部と、
   前記制御モード指令に基づき、速度指令と前記制限後の速度指令とを切り換え可能である、モータ速度指令を出力する制御モード切り換え部と、
   前記モータ速度指令から前記モータの速度を減算して速度偏差を出力する減算器と、
   前記速度偏差を入力として速度制御演算を行い、モータトルク指令を出力する速度制御器と、
   前記モータトルク指令に基づくトルクを出力させるモータトルク制御部と、を備え、
   前記速度制御器は、比例制御器と、積分制御器とを有し、
   前記積分制御器は、積分値の初期値を設定可能であり、かつ積分動作と前記積分動作を停止させて積分器の値を減衰させる動作とが可能である
   ことを特徴とするモータ制御装置。
2. 前記速度指令は、位置指令から導出されたものである
   請求項１に記載のモータ制御装置。
3. 前記速度制御器は、前記制御モード指令と前記トルク指令に基づく速度指令と前記速度制限指令に基づき、比例積分制御器として動作する状態と、前記比例制御器として動作する状態とに切り換え可能である
   請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. 前記制御モード切り換え部により前記速度制御モードが選択された場合には、
   前記速度制御器を、前記比例制御器と前記積分制御器とを動作させて比例積分制御器とし、
   前記制御モード切り換え部により前記トルク制御モードが選択された場合であって、
   前記トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令より小さいときには、前記速度制御器を、前記比例制御器として動作させ、
   前記トルク指令に基づく速度指令が速度制限指令以上のときには、前記速度制御器を前記比例制御器と前記積分制御器として動作させて比例積分制御器とする請求項１～３のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
5. 前記速度制御モードから前記トルク制御モードに切り換わる場合であって、
   前記トルク指令に基づく速度指令が前記速度制限指令より小さいときには、前記積分制御器の積分値を所定の初期値に設定し、前記積分器に積分減衰ゲインを乗算して前記積分器の入力に戻し、所定の期間内に前記積分器の出力をゼロにまで減衰させて、前記速度制御器を比例積分制御器から比例制御器とし、
   前記トルク指令に基づく速度指令が前記速度制限指令以上のときには、前記速度制御器は比例積分制御器のままとする
   請求項１～４のいずれか１項に記載のモータ制御装置。
6. 前記トルク制御モードから前記速度制御モードに切り換わる場合であって、
   切り換え前のトルク指令に基づく速度指令が速度制限指令より小さいときには、前記速度指令に、所定の初期値を設定し、前記積分制御器の積分値を所定の初期値に設定し、前記速度制御器を前記比例制御器から比例積分制御器にし、
   切り換え前のトルク指令に基づく速度指令が速度制限指令以上のときには、前記速度制御器は比例積分制御器のままとする
   請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ制御装置。

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