JPH0322891A - サーボモータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ４豊立亘刀 ［産業上の利用分野］ 本発明はサーボモータに通電する駆動電流値を外部から
の指令値に応じて制御するサーボモータ制御装置に関す
る。

［従来の技術］ 従来のこの種のサーボモータ制御装置で（よ　例えばＰ
ＷＭ制御を行なう装置としてトルク指令値とフィードバ
ック値とを比較し、その偏差値を予め設定した関数に代
入することによりＰＷＭ指令値を求め、求めたＰＷＭ指
令値１こ対応する大きさの三相交流をＰＷＭ制御により
サーボモータに供給する制御装置がある。例えば特開昭
６３−１４８８９１号公報（トルク制御装置の制御方式
）記載の装置［戴　ＰＷＭ指令値を演算する関数をサー
ボモータ電機子コイルの抵抗値およびそのインダクタン
ス値を加味して設定することにより、サーボモータとの
間に構成される制御系の応答性の向上を図っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述の構成ではＰＷＭ指令値を求める関
数や電流のフィードバックゲインを改善して応答性の向
上を図っても、個々のサーボモータの特性変化にまで対
応することができず、応答性の向上に限度があるという
問題があった　これは運転状態の変化に伴いサーボモー
タの特性が変化してエネルギ損失等の値が変動し、演算
したＰＷＭ指令値に対応する大きさの電流を通電しても
、サーボモータに必要な駆動力が発生しなくなるからで
ある。こうしてサーボモータに必要な駆動力が発生しな
くなれｌ′Ｌ　　応答性の向上が妨げられるだけでなく
、サーボモータの出力トルクが巨視的には一定であって
も、微視的には変動を伴うものとなる。この結稟　サー
ボモータを加工装置の工具駆動源とした場合、極めて精
密な加工を行なう際に加工面にムラができるという問題
を招く．本発明のサーボモータ制御装置は上記課題を解
決し、その応答性の向上を図ることを目的とする。

及朋ｍ慮 かかる目的を達成する本発明の構成について以下説明す
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明のサーボモータ制御装置ＩＬ サーボモータに通電する駆動電流値を、外部からの指令
値に基づき、所定の相関関係を参照して求め、該駆動電
流値によりサーポモータを駆動するサーボモータ制御装
置であって、 前記サーボモータの指令偽　駆動速度等の運転状態を検
出する運転状態検出手段と、 前記相関関係を、接続されるサーボモータ自体の駆動力
が前記指令値に近づくように運転状態に応じて予め設定
し、該設定した相関関係を記憶した相関関係記憶手段と
、 前記サーボモータを駆動する限　該記憶された相関関係
から前記運転状態に応じた相関関係を特定し、該特定さ
れた相関関係に基づき前記指令値に対する駆動電流値を
求める駆動電流値算出手段と、 を備えることを特徴とする。

［作用コ 上記構成を有する本発明のサーボモータ制御装置は外部
から指令値が与えられると、運転状態検出手段によって
検出された運転状態に応じた相関関係を、相関関係記憶
手段が記憶している相関関係の中から駆動電流値算出手
段により特定し、特定した相関関係に基づいて外部指令
値に対応する駆動電流値を求める。相関関係記憶手段が
記憶している相関関係（友　接続される特定のサーボモ
ータ自体について、運転状態（こ応じて駆動力が指令値
に近づくように予め設定したものである。従って、運転
状態の変化に伴って接続したサーボモータの特性が変化
しエネルギ損失等の値が変動しても、本発明の構成で（
よ　そのときの運転状態においてサーボモータの駆動力
が指令値に近づくように設定した相関関係に基づいて指
令値に対応する駆動電流値を求め、指令値と駆動力との
偏差値１二応じた電流値によく対応する電流をサーボモ
ータに実際に通電する． 尚、指令値としては例えばトルク指令値が該当するが、
　トルク指令値がサーボモータのトルクのの値をほぼ示
すように　指令値は運転状態を表す一つの因子でありえ
る．従って、指令値を運転状態として加味してもよい．
こうした場合、相関関係記憶手段が記憶している相関関
係（上　接続される特定のサーボモータ自体について、
指令値を含む運転状態に応じて駆動力が指令値に近づく
ように予め設定したものである． ［実施例コ 以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするた
めに　以下本発明のサーボモータ制御装置の好適な実施
例について説明する　第１図は本発明一実施例としての
サーボモータ制御装置の制御システムを示すブロック線
は　第２図は制御装置の構成図である。

この制御装置１よ　第２図に示すよう１：，構成の簡略
４ｔ　　汎用性を考慮して図示するようにマイクロコン
ピュータＣを中心としたディジタル回路により構成され
ている。すなわち、論理演算を実行するＣＰＩＪＩと、
ＣＰＵ１の実行する各種制御プログラムおよびプログラ
ムで使用するデータテー・プルを不揮発的に記憶してい
るＲＯＭ３と、情報を一時的に記憶してＣＰＵ１の演算
を補助するＲＡＭ５と、これら論理回路と他の機器との
情報の授受を受け持つ入出力ボート７とを主要な構成部
としている． 制御装置のその他の機器として｛よ　入出力ボート７か
ら出力されるＰＷＭ指令値に応じたＰＷＭ信号を出力す
るＰＷＭ回路９と、パワートランジスタにより構成され
たパワーアンプ１１と、ＰＷＭ回路９からのＰＷＭ信号
に基づきパワーアンプ１１を駆動する制御回路１３とが
設けられている．入出力ボート７から出力されるＰＷＭ
指令値はＣＰＩＪ１を中心とした論理回路により演算さ
れるもので、このＰＷＭ指令値に従ってＰＷＭ制御した
三相交流をパワーアンプ１１および制御回路１３がサー
ボモータＭに供給する． 実施例の制御装置（友　サーボモータＭをより高精度に
安定して制御するため、フィードバック制御方式を採用
している。帰還されるサーボモータＭの情報｛社　サー
ボモータＭに通電された電流の大きさを検出する電流検
出コイル１５の出力およびサーボモータＭの回転軸の回
転位置を検出するエンコーダ１７の出力である。

以上のように構成される装置において、制御装置のＲＯ
Ｍに（戴　位置決め制御のプログラムや、電流指令値お
よびＰＷＭ指令値の間の相関関係を規定するデータテー
ブルが予め記憶されている。

実施例の位置決め制御のプログラムは実行により次の制
御システムを構成するものである。第１図に示すように
、このシステムは位置アンプ１９を中心とする位置制御
のフィードバックループと，そのマイナルーブとしての
速度アンブ２１を中心とする速度制御のフィードバック
ルーブと、さらにそのマイナループとしてのトルクアン
プ２３を中心とするトルク制御のフィードバックループ
とからなる．上位システム２５から指令データが入力さ
れると、指令データの示す位置指令値に工具等の制御対
象を移送するためにトルクをデータテーブル記憶部２７
のデータを参照しながら制御し、制御対象を目標位置に
位置決めする。

一方、データテーブルは上記のデータテーブル記憶部２
７のデータに相当するもので、実施例では接続されるサ
ーボモータ自体に発生するエネルギ損失の値の変化を運
転状態の変化に対応して示したデータテーブルと、エネ
ルギ損失を補償するために必要なＰＷＭ指令値の補正量
をエネルギ損失の値に対応して示したデータテーブルと
からなる．第３図にこれらデータテーブルの一例をグラ
フ化して示す．なお，各データテーブルは接続される特
定のサーボモータ自体について、その発生するエネルギ
損失を運転状態を変更して測定し，また、エネルギ損失
を補償しうるＰＷＭ指令値の補正量を、エネルギ損失の
値を変更して実験により求め作成したものである．測定
および実験はフィードバック制御を実施しない条件で行
なった．データテーブルのうち、回転速度を変数として
変化する摩擦損失および鉄損によるエネルギ損失の値を
表す２つのテ・−プルを、第３図（Ａ）および（Ｂ）の
グラフに示す．摩擦損失は回転軸とハウジングの軸受と
の間などに発生する。鉄損は電機子コイルが巻かれてい
る鉄芯における漏れ磁束等により生ずる。いずれのエネ
ルギ損失の値も回転速度の増加１こ伴い増大する傾向が
ある。

３つめのデータテーブルとして、ＰＷＭ指令値を変数と
して変化する銅損によるエネルギ損失の値を表すテー゛
ブルを、第３図（Ｃ）のグラフに示す．銅損は主に発熱
にともなう損失によって発生する，ＰＷＭ指令値の増加
に伴って損失の値が増大する傾向がある。

４つめのデータテーブルとして、運転継続時間を変数と
して変化する入力エネルギの累積値および出力エネルギ
の累積値の間の差としてのエネルギ損失を表すテーブル
を、第３図（Ｄ）のグラフに示す。運転継続時間はサー
ボモータの温度上昇等１二関与するもので、これを変数
とするエネルギ損失は構成部材の特性の変化　例えば電
機子コイルの抵抗の変化や、パワーアンプの増幅率の変
化によって発生する。エネルギ損失値は運転継続時問の
増加に伴って増大する傾向がある。

以上の４種のエネルギ損失を補償するＰＷＭ指令値の補
正量を表すテーブルを、第３図（Ｅ）のグラフに示す。

エネルギ損失が増加するのに伴いＰＷＭ指令値の補正量
を増大するように実験結果から設定されている。上記４
種のエネルギ損失値の合計値がこのグラフのエネルギ損
失に相当する。

補正量はＰＷＭ指令値に加算される量である。

以上説明した各データテーブル（よ　サーボモータが同
じ機種であっても、個々のサーボモータを構成する部材
の実際の寸法などによって微妙に相違するため、接続さ
れるサーボモータ自体について作成される。

こうして構成された実施例のサーボモータ制御装置は、
以下のとおりサーボモータを制御する。

第２図に示すように、上位システム２５から位置指令値
が入力されると、位置制御のフィードバックルーブで｛
上　位置指令値と、エンコーダ１７からの位置検出値と
をつき合わせ、その偏差値を位置アンプ１９に入力し、
位置指令値に位置検出値が追従するのに必要な速度指令
値を演算する処理を数ミリセカンドの間隔で行なう。

速度制御のフィードバックルーブで１よ　こうして演算
された速度指令値に対して、エンコーダ１７の位置検出
値を微分囚子Ｓをかけて微分した速度検出値にざら（こ
ゲインβ２をがけて得た値をつき合わせ、その偏差を速
度アンブ２１に入力し、速度指令値に速度検出値が追従
するのに必要なトルク指令値を演算する処理を数百マイ
クロセカンドの間隔で行なう。

更に　トルク制御のフィードバックループで｛よ速度ア
ンプ２１が算出したトルク指令値に対して、電流検出コ
イル１５の検出信号をＡ／Ｄ変換器２９を介しデジタル
変換した電流検出値にゲインβ３をかけて得た値をつき
合わせ、その偏差値をトルクアンプ２３に入力し、上述
した相関関係を規定するデータテーブルの記憶部２７の
データを参照してＰＷＭ指令値を求める処理を数十マイ
クロセカンドの間隔で行なう。

このトルク制御のフィードバックルーブにおいてＰＷＭ
指令値を求める処理ルーチンの一例を第４図のフローチ
ャートに示す。処理の開始により、まず、　トルク指令
値○ｔｒｑ，　　電流のフィードバック値Ｆｔｒｑ，　
　回転速度検出値Ｎ，運転継続時間日の４個の値の読込
（ステップ１００）を行なう。

回転速度検出値Ｎは速度制御ループのフィードバック値
を利用する。運転継続時間口はサーボモータＭの運転開
始時から所定のインターバルで繰り返されるソフトタイ
マ等により得られる。

次いで、読み込まれた値のうち、　トルク指令値Ｏｔｒ
ｑおよび電流のフィードバック値Ｆｔｒｑの偏差値Ｄを
求め、偏差値Ｄを所定の関数ｆ　（ｘ）に代入してＰＷ
Ｍ仮指令値Ｐ　ｒｏ　ｐｗｍを求める演算処理（ステッ
プ１１０）を行なう。偏差値Ｄを代入する関数ｆ（ｘ）
Ｉｔ．　　比例項や積分項などがらなり、公知のもので
ある。

次に、こうして得られた回転速度検出値Ｎ，　　ＰＷＭ
仮指令値ＰｒＯｐｗｎ，　　運転継続時間日の３つの運
転状態を示す値を、第２図（Ａ）ないし（Ｄ）に示すデ
〜タテーブルに照合し、この運転状態における４種のエ
ネルギ損失を求める処理を行なう。

回転速度検出値Ｎから｛上　第２図（Ａ）および（Ｂ）
のグラフを参照して摩擦損失および鉄損による２つのエ
ネルギ損失値ＥＬＩ，ＥＬ２を特定する（ステップ１２
０）。ＰＷＭ仮指令値ＰｒＯｐｗｍから｛上　第２図（
Ｃ）のグラフを参照して銅損によるエネルギ損失値ＥＬ
３を特定する（ステップ１３０）。運転継続時間口から
（上　第２図（Ｄ）のグラフを参照して入出力エネルギ
の間のエネルギ損失値ＥＬ４を特定する（ステップ１４
ｏ）。

こうして４つのエネルギ損失値ＥＬＩ，ＥＬ２，ＥＬ３
，　　ＥＬ４が求められると、これらを合計し，合計し
たエネルギ損失値Ｅ　Ｌ　ａｍｔから、第２図（Ｅ）の
グラフを参照してＰＷＭ仮指令値ＰｒＱｐｗｍの補正量
Ｃｖを特定する（ステップ１５０），最後｛へ　補正量
ｃｖをＰＷＭ仮指令値ＰｒＯｐｗｍに加算し、ＰＷＭ指
令値ＯＰｐｗｍを求める演算処理（ステップ］６０）を
行なう。

以上のフローチャートに示す処理によって、　そのとき
の運転状態におけるエネルギ損失を補償しうる値として
得られたＰＷＭ指令値Ｏ　Ｐ　ｐｗｍは入出力ボート７
からＰＷＭ回路９１二出力される。ＰＷＭ回路９Ｌｔ，
ＰＷＭ指令値に従いＰＷＭ信号を発生し、制御回路１３
がこのＰＷＭ信号に基づいてパワーアンプ１１を駆動し
、ＰＷＭ制御された三相交流を、接続されているサーボ
モータＭ１こ電機子電流として供給する。

以上説明したよう１：，このサーボモータ制御装置によ
れｌ；Ｊ：　　速度アンプ２１から出力されるトルク指
令値Ｏ　ｔｒｑとそのフィードバック値Ｆ　ｔｒｃｌと
の偏差値ＤからＰＷＭ指令値○Ｐ　ｐｗｍを算出する際
　データテーブルを参照し、運転状態によって変化する
エネルギ損失を補償しうるＰＷＭ指令値ＯＰｐｗｍを得
るから、運転状態の変化に伴いサーボモータＭの特性が
変化しても、　トルク格令値Ｏｔｒｑによく対応するよ
うに三和交流を制御でき、応答性の向上を図ることがで
きるという優れた効果を奏する．例えｌ；［ＰＷＭ指令
値の算出に（友摩擦損失や鉄鳳　銅損などの要素に着目
したエネルギ損失値を用いているが、これら要素は接続
されるサーボモータの個々によって微妙に相違するもの
であり、かつサーボモータに発生する主なエネルギ損失
を決定するものであるから、実施例の構成で算出される
ＰＷＭ指令値（九　エネルギ損失をよく補償できるもの
となる。従って、サーボモータＭのトルクが巨視的にも
、微視的にも一定となる。サーボモータを加工装置の工
具駆動源とした場合、従来のように極めて精密な加工を
行なう際に加工面にムラができるおそれは解消される。

また、実施例で１ヨトルク指令値Ｏｔｒｑとそのフィー
ドバック値Ｆ　ｔｒｑとの偏差値からＰＷＭ仮指令値を
演算し、演算したＰＷＭ仮指令値に運転状態に応じて特
定する補正量を加算してＰＷＭ指令値を得る構成とした
から、相関関係として記憶するデータは運転状態の変化
に応じて変化するエネルギ損失のデータと、エネルギ損
失を補償するための補正量のデータのみでよく、記憶装
置の容量が小さくてもよいという利点がある。

さらに　サーボモータの温度上昇による特性変化は運転
継続時間口により推定して補償するから、温度センサを
新たに付加する必要がなく、装置構成が簡単になるとい
う効果を奏する。

以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこう
した実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得
ることは勿論である。例え（′：Ｌ　駆動電流値の演算
時１二参照する相関関係（飄駆動電流の補正量を示すも
のでなくとも、駆動電流値そのものの値を示すものでも
よい。エネルギ損失としては実施例に挙げたもの以外に
も、風損なと他の要素についてもみたものでもよい。ま
た、サーボモータに温度センサを取り付け、温度に対応
するエネルギ損失値を示すデータテーブルを予め設定し
てもよい。

艷豊二妻（ 以上詳述したように、本発明のサーボモータ制御装置に
よれ｛Ｌ　駆動電流値算出手段が、その運転状態１こお
けるサーボモータについて駆動力が指令値に近づくよう
に予め設定した相関関係を特定し、特定した相関関係に
基づいて指令値に対する駆動電流値を求めるから、運転
状態が変化し、サーボモータの特性が変化しても、　ト
ルク指令値によく対応するよう｛二三相交流を制御でき
、応答性が向上するという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例としてのサーボモータ制御装置
の制御システムを示すブロック線は　第２図は制御装置
の構成諷　第３図（Ａ），　　（Ｂ）．（Ｃ），　　（
Ｄ）．　　（Ｅ）は各々記憶した相関関係を示すグラフ
、第４図はトルクアンプにおけるＰＷＭ指令値算出処理
の一例を示すフローチャートである。 １　・・・ＣＰＵ　　　３・・・ＲＯＭ５・・・ＲＡＭ
　　９・・・ＰＷＭ回路１１・・・パワーアンプ　１３
・・・制御回路２７・・・データテーブル記憶部 Ｍ・・・サーボモータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　サーボモータに通電する駆動電流値を、外部からの
   指令値に基づき、所定の相関関係を参照して求め、該駆
   動電流値によりサーボモータを駆動するサーボモータ制
   御装置であって、 前記サーボモータの指令値、駆動速度等の運転状態を検
   出する運転状態検出手段と、 前記相関関係を、接続されるサーボモータ自体の駆動力
   が前記指令値に近づくように運転状態に応じて予め設定
   し、該設定した相関関係を記憶した相関関係記憶手段と
   、 前記サーボモータを駆動する際、該記憶された相関関係
   から前記運転状態に応じた相関関係を特定し、該特定さ
   れた相関関係に基づき前記指令値に対する駆動電流値を
   求める駆動電流値算出手段と、 を備えることを特徴とするサーボモータ制御装置。