JPH0538173A - モータ制御装置 - Google Patents

モータ制御装置

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JPH0538173A
JPH0538173A JP3189091A JP18909191A JPH0538173A JP H0538173 A JPH0538173 A JP H0538173A JP 3189091 A JP3189091 A JP 3189091A JP 18909191 A JP18909191 A JP 18909191A JP H0538173 A JPH0538173 A JP H0538173A
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JP
Japan
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speed
gain
signal
proportional gain
deviation signal
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JP3189091A
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English (en)
Inventor
Takeshi Aida
健 相田
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Juki Corp
Original Assignee
Juki Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高精度のゲイン調整ができ、応答速度が速い
モータ速度が可能なモータ制御装置を提供する。 【構成】 速度指令信号と速度フィードバック信号の差
に従ってアナログの速度偏差信号を発生する手段(2
0)と、前記速度偏差信号の比例ゲインを設定する手段
(30)と、設定された比例ゲインに従って比例ゲイン
をデジタル値として出力する手段(22)と、前記速度
偏差信号を前記デジタル値で乗算し増幅する乗算型のD
/A変換器(25)とを設け、比例ゲインを前記設定手
段を介しデジタル的に調節できるようにする。また、速
度偏差信号のデジタル値に従ってCPUで積分補償量を
演算し、速度偏差信号と加算してPI補償を行なう。こ
のような構成にすることにより比例ゲインと積分ゲイン
を独立して調節することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、モータ制御装置、更に
詳細には、モータの速度指令信号に従ってモータの速度
を制御するモータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4にはこのようなモータ制御装置の速
度ループ部が図示されている。同図において演算増幅器
1には速度指令信号と速度フィードバック信号が入力さ
れ、その偏差に従って演算増幅器1から速度偏差信号が
形成され、トルク指令信号となっている。このトルク指
令信号に従ってモータのトルクが調節され、モータの速
度が速度指令信号に対応した値に制御される。通常この
ような演算増幅器はPI補償を行ない、その場合PI補
償伝達関数は、比例ゲインをKv、積分ゲインをKiと
して GC(s) = Kv{1+Ki(1/s)}で表され、また図4の回路の伝
達関数は、 G(s) = (VR1/(R1・R3))・(VR2+R3){1+(1/(VR1・VC))・
(1/s)}と表されるので、 Kv = (VR1/(R1・R3))・(VR2+R3)、Ki = 1/(VR1・VC) となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このように従来のモー
タ制御装置に速度ループ処理部では速度ゲインKv並び
に積分ゲインKiを調整するのにボリュームVR1で行
なっているためにゲイン調整の再現性が困難となる。こ
れを解決するためにロータリースイッチに複数の抵抗を
設け、それを切り換える方式も提案されているが、この
ような構成では多くても16段階くらいしか切り換えを
行なうことができずゲインの調整範囲が狭いか、調整ス
テップが粗すぎるという問題がある。
【0004】また図4のようにアナログ回路で構成する
と、上記伝達関数から判るようにボリュームVR1を変
化させた場合、速度ゲインならびに積分ゲインが同時に
変化するために、それぞれ独立して調節することができ
ずゲイン調整が複雑になるという欠点がある。
【0005】このような困難を回避するために速度偏差
信号をA/D変換器でデジタル値に変換し、それをCP
Uなどのソフトウェアで処理した後再びD/A変換器で
アナログ信号に変換し速度制御を行なう方式も考えられ
ているが、演算時間の遅れによる応答性の劣化、エンコ
ーダ信号からの低速度の速度検出の粗さの問題からアナ
ログ回路構成より性能が落ちるという欠点がある。
【0006】従って本発明はこのような従来の問題点を
解消するためになされたもので、高精度のゲイン調整が
でき、応答速度が速いモータ速度が可能なモータ制御装
置を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために、モータの速度指令信号に従ってモ
ータの速度を制御するモータ制御装置において、速度指
令信号と速度フィードバック信号の差に従ってアナログ
の速度偏差信号を発生する手段と、前記速度偏差信号の
比例ゲインを設定する手段と、設定された比例ゲインに
従って比例ゲインをデジタル値として出力する手段と、
前記速度偏差信号を前記デジタル値で乗算し増幅する乗
算型のD/A変換器とを設け、前記比例ゲインを前記設
定手段を介しデジタル的に調節し、乗算型のD/A変換
器により速度偏差信号を調節された比例ゲインで増幅す
る構成を採用した。
【0008】また、本発明では、モータの速度指令信号
に従ってモータの速度を制御するモータ制御装置におい
て、速度指令信号と速度フィードバック信号の差に従っ
てアナログの速度偏差信号を発生する手段と、前記アナ
ログの速度偏差信号をデジタル値に変換するA/D変換
器と、前記デジタル値に従って積分補償量を演算する手
段と、前記積分補償量をアナログ値に変換するD/A変
換器と、前記速度偏差信号とアナログ値に変換された積
分補償量を加算する手段とを設け、前記加算された量に
従ってモータの速度を制御する構成も採用している。
【0009】
【作用】このような構成では、速度指令信号と速度フィ
ードバック信号の差に従って形成されたアナログの速度
偏差信号は、必要に応じて増幅された後乗算型のD/A
変換器に入力される。この乗算型のD/A変換器は所定
のデジタル値で速度偏差信号を乗算し増幅された速度偏
差信号を発生する。この比例増幅ゲインを設定する手段
が設けられ、設定された比例ゲインに従って乗算型のD
/A変換器に入力されるデジタル値が決められるので、
比例ゲインをデジタル的に調節することが可能になる。
【0010】また、本発明では、速度指令信号と速度フ
ィードバック信号の差に従って形成されたアナログの速
度偏差信号がデジタル値に変換され、CPUでそのデジ
タル値に従って積分補償量が演算される。この積分補償
量はアナログ値に変換された後、速度偏差信号と加算さ
れ、PI補償が行なわれる。
【0011】
【実施例】以下図面に示す実施例に従って本発明を詳細
に説明する。
【0012】図1において符号10で示すものは制御し
ようとするサーボモータであり、このサーボモータ10
により負荷11が駆動される。モータ10にはエンコー
ダ12が取り付けられており、それによりモータ10の
位置並びに速度が検出され、位置フィードバック信号は
偏差カウンタ13に入力される。この偏差カウンタ13
にはモータ10の位置を示す指令パルスが入力され、そ
れにより偏差カウンタ13は目標位置と実際位置の差に
従った位置偏差信号を出力し、これがD/A変換器14
に入力される。
【0013】このD/A変換器14の出力は速度指令信
号となり速度ループ処理部15に入力される。この処理
部にはエンコーダ12からの速度信号がフィードバック
される。この速度フィードバック信号は周波数/電圧変
換器19を介して電圧信号に変換されてから速度ループ
処理部15に入力される。速度ループ処理部15は速度
指令信号と速度フィードバック信号の差に従ってトルク
指令を発生し、このトルク指令信号が電流ループ処理部
16に入力される。この電流指令信号にしたがって増幅
器17を介してパルス幅変調された信号がモータ10に
入力され、それによりモータ10が指令値あるいは速度
指令値に従った値に制御される。モータ10に流れる電
流は電流センサ18により検出されてそれが電流ループ
処理部16にフィードバックされ、モータ10の速度応
答性を向上させている。
【0014】図2は図1の速度ループ処理部の更に詳細
な構成が図示されている。この処理部15は演算増幅器
20を有し、その各入力には速度指令信号並びに速度フ
ィードバック信号がそれぞれ抵抗R1、R2を介して入
力され、出力にはその差に従った速度偏差信号が得られ
る。この出力は抵抗R3を介してフィードバックされ、
所定のゲインKaにより速度偏差を増幅している。速度
偏差信号はA/D変換器21によりデジタル信号に変換
されCPU22に入力される。このCPU22で速度偏
差に従った積分補償が行なわれ、この積分補償量はD/
A変換器23を介してアナログ値に変換された後抵抗R
5を介して演算増幅器24のマイナス入力端子に入力さ
れる。
【0015】また演算増幅器20からの速度偏差信号は
抵抗R4を介して同様に演算増幅器24のマイナス入力
端子に入力される。速度偏差信号は演算増幅器20より
所定のゲインで比例増幅されているので、速度偏差信号
は演算増幅器24により比例補償量と積分補償量が加算
され、それによりPI補償が行なわれる。
【0016】演算増幅器24の出力は乗算型D/A変換
器25に入力され、それにより上記加算量がCPU22
から出力されるデジタル値26により乗算され、その出
力が抵抗R7を介して演算増幅器27に入力される。演
算増幅器24の出力は抵抗R6を介しマイナス入力端子
にフィードバックされ所定のゲインKbで入力を増幅す
る。また演算増幅器27の出力は抵抗R8を介してマイ
ナス入力端子にフィードバックされそれにより所定のゲ
インKcを得ている。
【0017】さらにCPU22には、デジタルスイッチ
30、31が接続されている。デジタルスイッチ30は
速度ループの比例ゲインを調節するもので、その値は2
6を介して乗算型D/A変換器25に入力される。また
デジタルスイッチ31は積分補償のゲインを調節するも
ので、その値はD/A変換器23に入力される。
【0018】次にこのように構成された装置の動作を図
3に示す流れにしたがって説明する。
【0019】図3の(A)のステップS1で初期化を行
なった後、ステップS2でA/D変換器21でデジタル
値に変換された速度偏差信号(ve)を取り入れる。そ
の場合、デジタルスイッチ30より比例ゲイン調整デー
タmを入力する。続いてステップS4で速度ループゲイ
ンKVを計算する。またステップS5においてデジタル
スイッチ31を介して積分ゲイン調整データnを入力
し、ステップS6において積分補償用ゲインKIを計算
する。ステップS4、ステップS6で計算されるゲイン
KV、KIの例はKV0を最低速度ループゲイン、KI0
を最低積分ループゲインとしてKV=KV0+m、KI
=KI0+nの式にしたがって計算される。
【0020】続いてステップS7で積分補償量の演算が
CPU22で行なわれる。この積分補償の演算は図3の
(B)で示したように行なわれる。すなわちステップS
20でA/Dデータに積分ゲインKIを乗算し、ステッ
プS21において積算レジスタにそのデータを加算し、
ステップS22において積算レジスタの値を既定値でス
ケーリングして積分補償データとする。
【0021】このように演算された積分補償量はステッ
プS8でD/A変換器23に出力され、また速度ループ
ゲインKVはステップS9で乗算型D/A変換器25に
出力される。続いてS10でタイマ割込があった場合に
は再びステップS2に戻り速度偏差信号をCPU22に
取り込む。
【0022】今、速度偏差信号をve、トルク指令信号
をτ、演算増幅器24、27のゲインをKb、Kc、乗算
型D/A変換器25のゲインをKD/A、ステップS22
で演算した積分補償量をKI/Aとすると、
【0023】
【数1】
【0024】となり、また、
【0025】
【数2】
【0026】とすると、
【0027】
【数3】
【0028】となる。一方PI補償量GCは、
【0029】
【数4】
【0030】で表されるから、乗算型D/A25に出力
されるデータKVは、速度ループの比例ゲインKvと等
しくなり、一方積分ゲインKiはKI/Aと等しくなる
ので、速度ループの比例ゲインと積分ゲインをそれぞれ
独立してスイッチ30、31で調節することが可能にな
る。
【0031】また、KvとKiのバランスが崩れると、周
波数特性上フィードバック系が不安定となり、大きな振
動を起こし易く危険になったりあるいは機械的な損傷が
発生したりすることがある。特にKvが小さいときに問
題が発生する。そこで、KI’=(KI0+m)・K=
KI・(KV/B)(Bは、KVとしてよく用いられる
代表的な値を示す)のように積分ゲインを計算すると、
比例ゲインKVが小さくなる場合自動的に積分ゲインK
I’も小さくなり、制御系のバランスはくずれず、暴走
的な振動を防止することができる。
【0032】また、KI=KI0+n>C・veの場合、
KI=KI0+mーC・veで、KI=KI0+n≦C・
veの場合、KI=0に従って計算すると、積分ゲイン
は速度偏差が大きいときは小さく、また速度偏差が小さ
いときは大きくでき、オーバーシュートを小さくするこ
とができる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明では、速度
指令信号と速度フィードバック信号の差に従って形成さ
れたアナログの速度偏差信号が乗算型のD/A変換器に
入力され、この乗算型のD/A変換器により所定のデジ
タル値で乗算されて増幅されるので、このデジタル値を
調節することにより比例ゲインをデジタル的に調節する
ことが可能になる。
【0034】また、本発明では、速度指令信号と速度フ
ィードバック信号の差に従って形成されたアナログの速
度偏差信号がデジタル値に変換され、CPUでそのデジ
タル値に従って積分補償量が演算され、この積分補償量
がアナログ値に変換された後、速度偏差信号と加算され
てPI補償が行なわれるので、応答速度の要求される比
例成分はデジタル処理の遅れと分解能の悪さがなく、そ
のまま処理されまたそれほど速度の要求されない積分成
分はデジタル的にきめ細かく処理され、その場合比例ゲ
インと積分ゲインを独立して調節することができるとい
う効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】モータ制御装置の全体の構成を示す構成図であ
る。
【図2】速度ループ処理部の詳細な構成を示すブロック
図である。
【図3】処理の流れを示すフローチャート図である。
【図4】従来の速度ループ処理部の構成を示す回路図で
ある。
【符号の説明】
20、24、27 演算増幅器 25 乗算型D/A変換器 30、31 デジタルスイッチ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータの速度指令信号に従ってモータの
    速度を制御するモータ制御装置において、 速度指令信号と速度フィードバック信号の差に従ってア
    ナログの速度偏差信号を発生する手段と、 前記速度偏差信号の比例ゲインを設定する手段と、 設定された比例ゲインに従って比例ゲインをデジタル値
    として出力する手段と、 前記速度偏差信号を前記デジタル値で乗算し増幅する乗
    算型のD/A変換器とを設け、 前記比例ゲインを前記設定手段を介しデジタル的に調節
    し、乗算型のD/A変換器により速度偏差信号を調節さ
    れた比例ゲインで増幅することを特徴とするモータ制御
    装置。
  2. 【請求項2】 モータの速度指令信号に従ってモータの
    速度を制御するモータ制御装置において、 速度指令信号と速度フィードバック信号の差に従ってア
    ナログの速度偏差信号を発生する手段と、 前記アナログの速度偏差信号をデジタル値に変換するA
    /D変換器と、 前記デジタル値に従って積分補償量を演算する手段と、 前記積分補償量をアナログ値に変換するD/A変換器
    と、 前記速度偏差信号とアナログ値に変換された積分補償量
    を加算する手段とを設け、 前記加算された量に従ってモータの速度を制御すること
    を特徴とするモータ速度制御装置。
  3. 【請求項3】 積分ゲインを設定する手段を設け、設定
    された積分ゲインで積分補償量を演算することを特徴と
    する請求項2に記載のモータ速度制御装置。
  4. 【請求項4】 前記速度偏差信号の比例ゲインを設定す
    る手段と、設定された比例ゲインに従って比例ゲインを
    デジタル値として出力する手段と、前記加算量を前記デ
    ジタル値で乗算し増幅する乗算型のD/A変換器とを設
    け、前記比例ゲインを前記設定手段を介しデジタル的に
    調節し、乗算型のD/A変換器により加算量を調節され
    た比例ゲインで増幅することを特徴とする請求項3また
    は4に記載のモータ制御装置。
JP3189091A 1991-07-30 1991-07-30 モータ制御装置 Pending JPH0538173A (ja)

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