JPH05210420A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】パターンテーブル等を利用した速度指令値の生
成手段を用いずにモータに加減速動作を行わせるモータ
の制御装置を提供する。 【構成】位置指令値およびゲインの設定手段１００は、
加減速動作における移動距離とこの動作での設定最高速
度およびモータの最大発生駆動力から、制御系への位置
指令値とゲイン、およびこれらの値の動作中における切
り替えの有無などを定める制御則を決定し、一定値であ
る位置指令値を位置偏差計算手段１０１に与え、ゲイン
乗算手段１０２の定数ゲインを設定する。位置偏差計算
手段とゲイン乗算手段から求められた制御量はモータの
特性補償手段１０３により修正され、制御対象であるモ
ータ１０４に与えられ、モータ位置は位置検出手段１０
６により検出され、位置偏差計算手段１０１に入力され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＮＣ工作機械やロボッ
ト関節を駆動するモータの加減速制御を行う制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＸＹテーブルやロボット関節を駆
動するモータの加減速動作時の制御系は、たとえば図７
に示すように、時々刻々与えられる速度指令値に対して
モータ速度が追従するように構成されていた。テーブル
データを参照して速度あるいは位置変分指令値を生成す
る方法あるいは装置として、たとえば、特開平2− 1
44705号公報に記載のように、無次元化した速度パター
ンテーブルを順次参照してこれに変換定数を乗じること
によるものなどが知られている。また、速度指令値に対
して、これに追従するように追従制御系を構成すること
は公知の技術である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、加減
速動作の際に、速度指令値を生成するための手段を必要
とする。この公報では、速度パターンテーブルを用いた
速度指令値の生成を行っている。この場合、テーブルを
格納するために必要な記憶領域は無視できない大きさに
なる。それとともに、この公報では、速度パターンテー
ブルは表１および図８に示されるようにある語長の整数
値として無次元化されており、実際の速度指令値を得る
ための演算を要することや、移動距離が長い場合や最高
速度が大きい場合などテーブルの拡大・伸長に相当する
演算を要する場合には、量子化の影響から指令値が階段
状の不連続なものになるため、機構系の振動を励起する
といった問題がある。

【０００４】

【表１】

【０００５】また、追従制御系を構成するためには、速
度検出手段あるいは速度推定手段を実現するために、ア
ナログ系であれば多くの回路部品が必要であり、ディジ
タル系であればそれに加えて多くの演算量が必要とな
る。

【０００６】本発明の目的は、パターンテーブル等を利
用した速度指令値の生成手段を用いずにモータに加減速
動作を行わせるモータの制御装置を提供することにあ
る。

【０００７】本発明の他の目的は、速度指令値に対する
追従制御系を構成することなく、位置検出器のみによる
モータの加減速動作を実現する制御系を持つモータの制
御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、現在位置と目標位置の中間点を位置指令
値として、これと実際の位置との差に、移動距離と設定
最高速度および最大発生可能駆動力から求められる定数
ゲインを乗算することによって制御量を求め、さらにモ
ータの駆動力−速度特性を単なる積分特性とみなせるよ
うにするための特性補償手段により上記の制御量を修正
するようにすることによって、現在位置と目標位置との
間を加減速動作させるようにしたものである。また、前
記の加減速動作における最高速度が設定最高速度を超え
る場合は、これを超えないようにゲインを設定し直すと
ともに、等速・減速区間の開始位置をそれぞれ計算し、
まず、等速区間の開始位置を位置指令値として前記ゲイ
ンをもってモータを加速動作させ、モータ位置が等速区
間の開始位置に達した時点でゲインを零に切り替えるこ
とによりモータを等速動作させ、モータ位置が減速区間
の開始位置に達した時点でゲインを元の値に戻し、減速
区間の開始位置を位置指令値として減速動作させること
によりモータに等速区間を持つ加減速動作をさせるよう
にした。

【０００９】本発明はさらに、上記の他の目的を達成す
るために、指令値と実際の位置との差に動作前に求めら
れた定数ゲインを乗算することによって制御量を求め、
これを特性補償手段によって修正するといった単純な構
成をとるようにした。

【００１０】

【作用】本発明によれば、速度パターンテーブル等を用
いた速度指令値の発生手段を用いることなくモータに加
減速動作を行わせることができるため、指令値発生に要
していた演算手段が不要になるとともにテーブル作成に
要していた記憶手段の領域を節約することができる。そ
れによって制御装置を簡単化することができる。

【００１１】また、本発明によれば、パターンテーブル
の拡大・伸長等により速度指令値が階段状の不連続値に
なるといった問題を回避できるため、機構系に対して無
用の振動を励起することがなくなる。

【００１２】また、本発明によれば、加減速動作のため
に時々刻々変化する速度指令値に対する複雑な追従制御
系を構成する必要がなく、速度推定手段あるいは速度推
定手段も必要としないため、制御装置を簡単化すること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図を用いて説明す
る。

【００１４】図１は本発明の一実施例であるモータ制御
装置の制御系の構成を示す。この制御系は角度指令値お
よびゲインの設定手段１００，角度指令値と実際の角度
との差をとる角度偏差計算手段１０１，設定された定数
ゲインＫを角度偏差に乗算するゲイン乗算手段１０２，
制御対象のモータのトルク−角速度特性を単純な積分特
性にする特性補償手段１０３，制御対象であるモータ１
０４，モータ角速度と角度の関係を表す積分要素１０
５，モータ角度の検出手段１０６からなる。角度指令値
およびゲインの設定手段１００は与えられた移動距離θ
ｅ，設定したい最大角速度ωmax ，モータの仕様から定
まっている最大トルクから、後述のアルゴリズムに従い
角度指令値θｒと定数ゲインＫを計算し設定する。角度
偏差計算手段１０１は角度指令値と実際の角度との差を
計算する。ゲイン乗算手段１０２は計算された角度偏差
に定数ゲインＫを乗じる。特性補償手段１０３はモータ
のトルク−角速度特性を単純な積分要素で表せるように
特性補償を行う。この補償手段により修正された制御量
は制御対象であるモータ１０４を駆動する。モータ角度
の検出手段１０６はモータの角度を検出する。

【００１５】次に本発明による加減速動作制御について
説明する。

【００１６】モータのトルク−角速度特性はたとえば次
のように表される。

【００１７】

【数１】

【００１８】ここでＪはモータロータおよび負荷の慣性
モーメントの和、Ｄは機械系の粘性係数である。この場
合には特性補償手段の伝達特性は次のようになる。

【００１９】

【数２】

【００２０】これは比例および積分要素からなり、容易
に実現できる。このような補償を加えると図１は図２の
ような単純な制御系とみなすことができる。このとき、
モータ角度に関する運動方程式は次のようになる。

【００２１】

【数３】

【００２２】Ｋが定数であることより次式が成り立つこ
とが必要である。

【００２３】

【数４】

【００２４】また、加減速動作前後の角度と角速度に関
して次の条件が満たされなければならない。

【００２５】

【数５】

【００２６】ただしここでは動作前の角度を基準にして
いる。ｔｅは加減速動作終了時刻である。（数３）と
（数４）の条件を満たすθ（ｔ）とθｒの組合わせのひ
とつとして次式が考えられる。

【００２７】

【数６】

【００２８】

【数７】

【００２９】このときゲインＫは次のようになる。

【００３０】

【数８】

【００３１】よって、（数２）で表される特性補償手段
を用意し、ゲインを（数８）で計算される値に設定し
（数７）に示される角度指令値を与えることにより、モ
ータ角度を（数６）で表されるような形に時間変化させ
ることができる。図３にこの場合の角度と角速度の時間
変化を示す。

【００３２】次に、ある最大発生トルクのもとで、移動
距離と設定最高角速度を与えた場合の角度指令値とゲイ
ンおよび制御則について説明する。図４にフローチャー
トを示す。

【００３３】加減速動作による移動距離をθｅ、設定最
高角速度をωmax と与える。またモータの最大発生トル
クはτmax であるとする。モータの角速度と角加速度は
（数６）をそれぞれ１回及び２回微分することより次の
ように表せる。

【００３４】

【数９】

【００３５】

【数１０】

【００３６】角速度の絶対値の最大値はｔ＝ｔｅ／２の
ときでその値は次のようになる。

【００３７】

【数１１】

【００３８】同様に、角加速度の絶対値の最大値はｔ＝
０またはｔ＝ｔｅのときでその値は次のようになる。

【００３９】

【数１２】

【００４０】特性補償手段により、トルクは角加速度に
慣性モーメントを乗じたものに等しくなっている。これ
が最大発生トルクを超えてはいけない。この条件は次の
ように表される。

【００４１】

【数１３】

【００４２】これをｔｅについて解くと次のようにな
る。

【００４３】

【数１４】

【００４４】以上のように、トルク上の制約から加減速
動作時間の範囲が制限された。以下では等号の場合を用
いることにする。これを（数１１）に代入すると角速度
の絶対値の最大値は次のようになる。

【００４５】

【数１５】

【００４６】（数１５）の値と設定最高角速度ωmax と
の大小で等速区間の有無について場合分けをする。

【００４７】１）｛（数１５）の値｝≦ωmax の場合 移動角度とトルク上の制約から決定される最高角速度は
設定最高角速度より小さい。この場合には等速区間なし
で加減速動作を行わせることができる。そのときの角度
指令値は次のようになる。

【００４８】

【数１６】

【００４９】ゲインは（数８）に（数１４）の等号の場
合を代入することにより次のように表される。

【００５０】

【数１７】

【００５１】これらの値は加減速動作中は不変である。

【００５２】２）｛（数１５）の値｝＞ωmax の場合 この場合には移動角度とトルク上の制約から決定される
最高角速度が設定最高角速度より大きいので、等速区間
なしで加減速動作を行わせることができない。そこで、
移動角度θｅのうち、上記の最高角速度が設定最高角速
度と等しくなるだけの角度をθｅ′とする。すなわち次
のように表せるとする。

【００５３】

【数１８】

【００５４】（数１８）からθｅ′は次のように計算さ
れる。

【００５５】

【数１９】

【００５６】この場合の加減速動作は三つの区間に分け
られる。それぞれの区間における制御則は以下の通りで
ある。図５に等速区間がある場合の加減速動作制御フロ
ーチャートを示す。

【００５７】移動角度をθとする。

【００５８】 ０≦θ≦θｅ′／２のとき：加速区間 角度指令値θｅ′／２、 ゲインＫ＝２
τmax ／θｅ′ θｅ′／２≦θ≦θｅ−θｅ′／２のとき：等速区間 角度指令値 任意、 ゲインＫ＝０ θｅ−θｅ′／２≦θ≦θｅのとき：減速区間 角度指令値θｅ−θｅ′／２、 ゲインＫ＝２
τmax ／θｅ′ 以上の制御則によって角速度ωmax の等速区間を持つ加
減速動作を実現できる。なお、加速・減速区間に要する
時間はこれをｔｅ′とすると次のように表せる。

【００５９】

【数２０】

【００６０】また、等速区間に要する時間をｔｅ″とす
ると次のように表せる。

【００６１】

【数２１】

【００６２】加減速動作全体に要する時間はｔｅ′とｔ
ｅ″の和になる。

【００６３】等速区間を入れた場合の角度および角速度
の時間変化の例を図６に示す。

【００６４】以上により、パターンテーブル等を用いた
角速度指令値発生手段と、左記手段により発生された角
速度指令値に対する追従制御系を用いることなく、モー
タを加減速動作させることができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、速度パターンテーブル
等を用いた速度指令値の発生手段を用いることなくモー
タに加減速動作を行わせることができるため、指令値発
生に要していた演算手段が不要になり、テーブル作成に
要していた記憶手段の領域を節約することができ、それ
によって制御装置を簡単化することができる。

【００６６】また、本発明によれば、加減速動作中に速
度指令値に対して追従を行っていないので、パターンテ
ーブルの拡大・伸長等により階段状の不連続値になって
いる速度指令値に対して追従しようとすることに起因す
る機構系に対する振動の励起を回避できる。

【００６７】また、本発明によれば、加減速動作のため
に時々刻々変化する速度指令値に対する複雑な追従制御
系を構成する必要がなく、速度推定手段あるいは速度推
定手段も必要としないため、制御装置を簡単化すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における制御系のフローチャート。

【図２】補償により単純化された制御系のフローチャー
ト。

【図３】本発明の制御則による角度・角速度の時間変化
特性図。

【図４】角度指令値・ゲイン計算フローチャート。

【図５】等速区間がある場合の加減速動作制御フローチ
ャート。

【図６】等速区間がある場合の角度と角速度の時間変化
特性図。

【図７】従来の加減速動作制御系のフローチャート。

【図８】速度パターンの特性図。

【符号の説明】

１００…角度指令値およびゲインの設定手段、１０１…
角度偏差計算手段、１０２…ゲイン乗算手段、１０３…
特性補償手段、１０４…モータ、１０５…モータ角速度
と角度の関係を表す積分要素、１０６…モータ角度の検
出手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 3/12 ３０６ Ｇ 9179−3Ｈ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータの制御装置であり、前記モータの移
   動量を検出する位置検出手段と、検出位置と指令位置の
   差を取る位置偏差検出手段と、前記位置偏差検出手段に
   より検出された位置偏差に定数ゲインを乗算するゲイン
   乗算手段と、前記モータの駆動力−速度特性が積分要素
   になるように前記位置検出手段，前記位置偏差検出手段
   および前記ゲイン乗算手段によって得られた制御量を修
   正する特性補償手段からなり、加減速動作において移動
   量と設定最高速度および前記モータの許容最大駆動力か
   らゲインを計算・設定し、目標位置と動作前の位置の中
   間点を位置指令値とすることにより前記モータに加減速
   動作を行わせることを特徴とするモータの制御装置。