JPH05220641A - Driving device - Google Patents

Driving device

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Publication number
JPH05220641A
JPH05220641A JP5701192A JP5701192A JPH05220641A JP H05220641 A JPH05220641 A JP H05220641A JP 5701192 A JP5701192 A JP 5701192A JP 5701192 A JP5701192 A JP 5701192A JP H05220641 A JPH05220641 A JP H05220641A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inertia
servo motor
gain
ratio
motor
Prior art date
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Pending
Application number
JP5701192A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Futoshi Matsuyama
太 松山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brother Industries Ltd
Original Assignee
Brother Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brother Industries Ltd filed Critical Brother Industries Ltd
Priority to JP5701192A priority Critical patent/JPH05220641A/en
Publication of JPH05220641A publication Critical patent/JPH05220641A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To secure a high responsiveness even when a small motor with small inertia is employed by adding a weight on the rotor side of the servo motor, reducing the ratio of the inertia on the servo motor side to the inertia on the driven part side, and providing a control means to execute the driving control of the servo motor. CONSTITUTION:An inertia load 6 is added to a rotor 2 of a servo motor 1, and the ratio of the inertia (JM+JA) on the servo motor 1 side to the inertia JL of the driven part 4 side is reduced for the part rear of the power shaft coupling 3. Thus, if the gain affordability in the high frequency region where the phase becomes -180 deg. is kept constant, the gain in the low frequency region can be increased, the reduction of the responsiveness can be suppressed and the high responsiveness can be secured.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は工作機械の送り軸やロボ
ットの各軸等をサーボモータで駆動する駆動装置に関
し、特にサーボモータの応答性を向上させた駆動装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a drive device for driving a feed shaft of a machine tool, each axis of a robot, etc. by a servo motor, and more particularly to a drive device having improved responsiveness of the servo motor.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、工作機械のテーブル移動等の負荷
を持ったサーボモータの駆動系は、周波数が100〜1
50Hzの間で機械系の追従が無くなり、見かけ上、モ
ータイナーシャ+負荷イナーシャの状態から、モータイ
ナーシャのみの状態に特性が移り変わることがある。モ
ータイナーシャJM と負荷イナーシャJL の比率による
ゲイン低下量をGとすると、 G=20log(JM /(JM +JL ))=20log(1/
(1+N)) N=JL /JM となる。即ち、Jl =JM とするとイナーシャ比N=1
であり、 G=20log(1/(1+1))=−6dB 同様にJL =JM ×9とするとイナーシャ比N=9であ
り、 G=20log(1/(1+9))=−20dB となる。これをボード線図で見ると図4のようになる。
モータ軸に接続される負荷が剛体であれば前述の如く一
様にゲインが低下するが、実際の機械では動力伝達部材
にガタ、ねじれ、たわみ等の非線型要素が存在するため
一様にはならず、図5に示すように、低周波では全負荷
イナーシャによるゲイン特性となり高周波では無負荷に
近いゲイン特性となる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a drive system of a servo motor having a load such as table movement of a machine tool has a frequency of 100 to 1
The characteristic of the mechanical system may disappear in the range of 50 Hz, and the characteristics may change from the state of motor inertia + load inertia to the state of only motor inertia. When the amount of gain decrease due to the ratio of the motor inertia J M and the load inertia J L is G, G = 20log (J M / (J M + J L )) = 20log (1 /
(1 + N)) N = J L / J M. That is, when J l = J M , the inertia ratio N = 1
G = 20log (1 / (1 + 1)) =-6 dB Similarly, if J L = J M × 9, then the inertia ratio N = 9, and G = 20log (1 / (1 + 9)) =-20 dB. .. This can be seen in the Bode diagram as shown in FIG.
If the load connected to the motor shaft is a rigid body, the gain will decrease uniformly as described above, but in an actual machine there will be non-linear elements such as rattling, twisting, and bending in the power transmission member, so it will not be uniform. However, as shown in FIG. 5, the gain characteristic is due to the full-load inertia at low frequencies, and the gain characteristic is close to no load at high frequencies.

【0003】このため、図5のボード線図上でこの切替
え周波数であたかも固有振動数を持つように見える。特
に、サーボモータのイナーシャと負荷イナーシャの比
(イナーシャ比N)が大きいと、その間のゲインのギャ
ップが大きく、そのためゲインの跳ね上がりも大きくな
る。一方、サーボシステムの安定性は位相が−180度
となる高周波領域でのゲイン余裕で決まるため、無負荷
時のゲイン特性での安定性を確保する必要がある。従っ
て、速度ループのゲインが高い場合は速度ループの安定
性が確保できないので、やむをえず低い速度ループゲイ
ンのみでしか使用できず、機械の精度をアップできない
場合がある。故に従来は、高い速度ループゲインを得て
高応答性を確保するには、イナーシャ比を小さくするた
め、モータイナーシャの大きな大型モータを採用しなけ
ればならなかった。
Therefore, on the Bode diagram of FIG. 5, this switching frequency seems to have a natural frequency. In particular, when the ratio of the inertia of the servo motor and the inertia of the load (inertia ratio N) is large, the gain gap between them is large, and therefore the gain jump also becomes large. On the other hand, since the stability of the servo system is determined by the gain margin in the high frequency region where the phase is -180 degrees, it is necessary to secure the stability in the gain characteristic under no load. Therefore, when the gain of the speed loop is high, the stability of the speed loop cannot be ensured, so that it is unavoidable that only the low speed loop gain can be used, and the accuracy of the machine cannot be improved. Therefore, in the past, in order to obtain a high speed loop gain and ensure a high response, a large motor with a large motor inertia had to be adopted in order to reduce the inertia ratio.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高応答
性を確保するための大型モータの採用は、出力的には不
必要に大きすぎてスペース的、コスト的に不合理であ
る。一方、サーボモータ技術の向上に伴いモータ自体は
ますます小型化高出力化が進み出力的には充分小型モー
タで対応できるようになってきた。しかし、イナーシャ
比の問題は変わらないので小型モータを採用する場合は
イナーシャ比が大きくなり応答性を下げざるを得ないと
いう問題点があった。本発明は上記の問題点を解決する
ためなされたものであり、その目的とするところは、小
型モータを採用して高応答性を確保することができる駆
動装置を提供することにある。
However, the adoption of a large-sized motor for ensuring high response is unnecessarily large in terms of output and is unreasonable in terms of space and cost. On the other hand, as the servo motor technology has improved, the motor itself has become smaller and higher in output, and it has become possible to use a sufficiently small motor for output. However, since the problem of inertia ratio does not change, when a small motor is adopted, there is a problem that the inertia ratio becomes large and the responsiveness must be lowered. The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a drive device that can employ a small motor to ensure high responsiveness.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の駆動装置は、サーボモータと、そのサー
ボモータのロータとそのロータよりも大きなイナーシャ
を有し、サーボモータにより駆動される被駆動部とを接
続する動力伝達部材とを備え、前記サーボモータのロー
タ側に重量物を付加し、サーボモータ側のイナーシャと
前記被駆動部側のイナーシャとの比を小さくすると共
に、前記サーボモータを駆動制御する制御手段を備えて
いる。
In order to achieve the above object, a drive device of the present invention has a servomotor, a rotor of the servomotor, and an inertia larger than the rotor, and is driven by the servomotor. And a power transmission member connecting the driven part to each other, adding a heavy load to the rotor side of the servomotor to reduce the ratio between the inertia on the servomotor side and the inertia on the driven part side, and A control means for driving and controlling the servo motor is provided.

【0006】[0006]

【作用】上記のように構成された駆動装置では、重量物
の付加によりサーボモータ側のイナーシャが大きくなり
イナーシャ比Nを小さくすることができる。イナーシャ
比Nを小さくすることにより、見かけ上、モータイナー
シャ+負荷イナーシャの状態から、モータイナーシャの
みの状態に特性が移り変わる際のゲインの変化G=20
log(JM /(JM +JL ))=20log(1/(1+
N))N=JL /JMを小さくすることができる。従っ
て、位相が−180度となる高周波領域でのゲイン余裕
を一定に保持するならば、低周波領域のゲインをより高
くすることができ応答性の低下を少なくして高応答性を
確保できる。
In the drive device configured as described above, the inertia on the servo motor side is increased and the inertia ratio N can be reduced by adding a heavy object. By reducing the inertia ratio N, apparently the change in gain when the characteristics change from the motor inertia + load inertia state to the motor inertia only state G = 20
log (J M / (J M + J L )) = 20 log (1 / (1+
N)) N = J L / J M can be reduced. Therefore, if the gain margin in the high frequency region where the phase is −180 degrees is kept constant, the gain in the low frequency region can be made higher, and the decrease in response can be reduced to ensure high response.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
説明する。図1は駆動装置の全体構成を示すブロック図
である。サーボモータ1はサーボアンプ11により駆動
される。サーボアンプ11には位置制御部13からの速
度指令が入力されると共にタコジェネレータ(TG)1
2からの速度フィードバック信号が返還され速度ループ
を構成している。位置制御部13にはエンコーダ14か
らの位置パルスフィードバック信号が返還され位置ルー
プを形成している。サーボアンプ11及び位置制御部1
3はサーボモータ1を駆動制御する本発明に制御手段を
構成する。図2は第1の実施例を示す断面図である。サ
ーボモータ1のロータ軸2は軸継手3により被駆動部4
の軸5に接続されている。この軸継手3は本発明の動力
伝達部材を構成する。ロータ軸2には重量物として慣性
負荷6が一体に取り付けられている。慣性負荷6のイナ
ーシャをJA 、軸継手3のサーボモータ側のイナーシャ
をJCM、軸継手3の被駆動部側のイナーシャをJCL、被
駆動部4のイナーシャをJL 、サーボモータ1のロータ
のイナーシャをJM とすると、イナーシャ比Nは、 N=(JL +JCL)/(JM +JCM+JA ) となり、慣性負荷6の取り付けによりイナーシャ比Nを
小さくでき、応答性の低下を少なくできる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the drive device. The servo motor 1 is driven by the servo amplifier 11. The servo amplifier 11 receives a speed command from the position control unit 13 and the tacho generator (TG) 1
The velocity feedback signal from 2 is returned to form a velocity loop. The position pulse feedback signal from the encoder 14 is returned to the position controller 13 to form a position loop. Servo amplifier 11 and position control unit 1
Reference numeral 3 constitutes a control means in the present invention for driving and controlling the servo motor 1. FIG. 2 is a sectional view showing the first embodiment. The rotor shaft 2 of the servomotor 1 is driven by the shaft coupling 3 to the driven portion 4
Is connected to the shaft 5. The shaft coupling 3 constitutes the power transmission member of the present invention. An inertial load 6 as a heavy object is integrally attached to the rotor shaft 2. The inertia of the inertial load 6 is J A , the inertia of the shaft coupling 3 on the servo motor side is J CM , the inertia of the driven part of the shaft coupling 3 is J CL , the inertia of the driven part 4 is J L , and the inertia of the servo motor 1 is When the inertia of the rotor and J M, inertia ratio N is, N = (J L + J CL) / (J M + J CM + J a) , and the can be reduced inertia ratio N by mounting the inertial load 6, reduction of the response Can be reduced.

【0008】いま、JM =1、JL =10、JCM=JCL
=0として、JA =1とJA =0の場合を考える。 慣性負荷JA =0の場合は、低周波領域での伝達関数
は、 A(ω)/(JM +JL )=A(ω)/(1+10)=
A(ω)/11 高周波領域では A(ω)/JM =A(ω)/1=A(ω) となる。一方、慣性負荷JA =1の場合は、低周波領域
での伝達関数は A(ω)×(12/11)/(1+1+10)=A
(ω)/11 上式で12/11は慣性負荷JA =0における低周波領
域での伝達関数と等しくするための係数であり、速度ル
ープのゲインを調整することにより実現される。また、
慣性負荷JA =1における高周波領域での伝達関数は、 A(ω)×(12/11)/(1+1)=A(ω)×
(6/11) となり、慣性負荷JA =1における高周波領域での伝達
関数は慣性負荷JA =0における高周波領域での伝達関
数A(ω)に比べて略1/2に低下している。従って、
慣性負荷6の取り付けによりゲイン余裕が増え、それだ
け安定になる。このため、JA =1の場合はJA =0の
ときよりも伝達関数A(ω)を大きく、すなわち、シス
テムのゲインを高くすることができる。
Now, J M = 1, J L = 10, J CM = J CL
= 0, consider the case of J A = 1 and J A = 0. When the inertial load J A = 0, the transfer function in the low frequency region is A (ω) / (J M + J L ) = A (ω) / (1 + 10) =
A (ω) / 11 In the high frequency region, A (ω) / J M = A (ω) / 1 = A (ω). On the other hand, when the inertial load J A = 1, the transfer function in the low frequency region is A (ω) × (12/11) / (1 + 1 + 10) = A
(Ω) / 11 In the above equation, 12/11 is a coefficient for equalizing the transfer function in the low frequency region when the inertial load J A = 0, and is realized by adjusting the gain of the speed loop. Also,
The transfer function in the high frequency region when the inertial load J A = 1 is: A (ω) × (12/11) / (1 + 1) = A (ω) ×
(6/11), and the transfer function at high frequencies in the inertial load J A = 1 is reduced to about 1/2 as compared with the transfer function A in the high frequency range (omega) in the inertial load J A = 0 .. Therefore,
By attaching the inertial load 6, the gain margin increases and the gain becomes stable accordingly. Therefore, when J A = 1 the transfer function A (ω) is larger than when J A = 0, that is, the gain of the system can be increased.

【0009】図3は第2の実施例を示す断面図である。
図3に示す軸継手3の被駆動部側ハブ32はアルミ材で
形成されているが、サーボモータ側ハブ31は慣性負荷
としての機能を持たせるため、鉄材で形成され、形状も
被駆動部側ハブ32より大きくされている。この時のイ
ナーシャ比Nは、 N=(JL +JCL)/(JM +JCM) となるが、軸継手3のサーボモータ側のイナーシャJCM
が大きいのでイナーシャ比Nを小さくでき、応答性の低
下を少なくできる。
FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment.
The driven part side hub 32 of the shaft coupling 3 shown in FIG. 3 is formed of an aluminum material, but the servo motor side hub 31 is formed of an iron material in order to have a function as an inertia load, and the shape of the driven part side is also the driven part. It is made larger than the side hub 32. The inertia ratio N at this time is N = (J L + J CL ) / (J M + J CM ), but the inertia J CM on the servomotor side of the shaft coupling 3 is
Is large, the inertia ratio N can be made small, and the decrease in responsiveness can be suppressed.

【0010】以上説明した実施例では動力伝達部材とし
て軸継手3を用いたが、軸継手以外に歯車、ベルト車等
を動力伝達部材として用いても同様のことが言える。
Although the shaft coupling 3 is used as the power transmission member in the embodiments described above, the same can be said when a gear, a belt wheel or the like is used as the power transmission member other than the shaft coupling.

【0011】[0011]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、上記の
構成を有しサーボモータのロータ側に重量物を付加し、
サーボモータ側のイナーシャと前記被駆動部側のイナー
シャとの比を小さくするものであるから、イナーシャの
小さな小型モータを採用しても高応答性を確保すること
ができるという優れた効果がある。
As described above in detail, the present invention has the above-mentioned structure and adds a heavy load to the rotor side of the servomotor,
Since the ratio between the inertia on the servo motor side and the inertia on the driven portion side is made small, there is an excellent effect that high responsiveness can be secured even if a small motor having a small inertia is adopted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 駆動装置の全体構成を示すブロック図FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a drive device.

【図2】 第1の実施例を示す断面図FIG. 2 is a sectional view showing a first embodiment.

【図3】 第2の実施例を示す断面図FIG. 3 is a sectional view showing a second embodiment.

【図4】 ボード線図[Figure 4] Bode diagram

【図5】 ボード線図[Figure 5] Bode diagram

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 サーボモータ 2 ロータ軸 3 軸継手(動力伝達部材) 4 被駆動部 6 慣性負荷(重量物) 1 Servo motor 2 Rotor shaft 3 Shaft coupling (power transmission member) 4 Driven part 6 Inertial load (heavy load)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サーボモータと、そのサーボモータのロ
ータとそのロータよりも大きなイナーシャを有し、サー
ボモータにより駆動される被駆動部とを接続する動力伝
達部材とを備えた駆動装置において、 前記サーボモータのロータ側に重量物を付加し、サーボ
モータ側のイナーシャと前記被駆動部側のイナーシャと
の比を小さくすると共に、前記サーボモータを駆動制御
する制御手段を備えたことを特徴とする駆動装置。
1. A drive device comprising: a servo motor; and a rotor for the servo motor and a power transmission member having a larger inertia than the rotor and connecting a driven portion driven by the servo motor. A heavy load is added to the rotor side of the servo motor to reduce the ratio of the inertia on the servo motor side to the inertia on the driven part side, and a control means for driving and controlling the servo motor is provided. Drive.
JP5701192A 1992-02-06 1992-02-06 Driving device Pending JPH05220641A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5701192A JPH05220641A (en) 1992-02-06 1992-02-06 Driving device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5701192A JPH05220641A (en) 1992-02-06 1992-02-06 Driving device

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JPH05220641A true JPH05220641A (en) 1993-08-31

Family

ID=13043504

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5701192A Pending JPH05220641A (en) 1992-02-06 1992-02-06 Driving device

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JP (1) JPH05220641A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7576457B2 (en) 2005-07-28 2009-08-18 Mitsubishi Electric Corporation Electric power steering apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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