JPH08147038A - モータの駆動制御装置 - Google Patents

モータの駆動制御装置

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JPH08147038A
JPH08147038A JP6286783A JP28678394A JPH08147038A JP H08147038 A JPH08147038 A JP H08147038A JP 6286783 A JP6286783 A JP 6286783A JP 28678394 A JP28678394 A JP 28678394A JP H08147038 A JPH08147038 A JP H08147038A
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JP
Japan
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motor
reference model
driven
driven object
actual
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JP6286783A
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English (en)
Inventor
Hisao Nishii
久雄 西井
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Tsubakimoto Chain Co
Original Assignee
Tsubakimoto Chain Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被駆動対象の負荷変動の如何にかかわらず、
モータの特性を安定維持し、また被駆動対象が弾性を有
する場合には、その振動を速やかに減衰させる。 【構成】 モータ及びその被駆動対象の任意の特性に基
づいて規範モデル2を構成し、この規範モデル2から得
た前記モータ角速度、及びモータ回転角度と、実際のモ
ータ実角速度、及びモータの実回転角度との各偏差に基
づいて電流指令I1 を補正し、実際のモータに対する電
流指令I2 を求め、これをモータに与える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被駆動対象に負荷変動
が発生しても均一な駆動性能を維持し、また被駆動系の
弾性による振動の抑制を可能としたモータの駆動制御装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来におけるモータの駆動制御装
置における制御内容を示すブロック線図である。モータ
に対する位置指令uに、モータに付設してある位置セン
サ(図示せず)にて検出したモータの実回転角度θmを
負帰還し、その位置偏差に位置制御器(Gp :比例ゲイ
ン)41にて偏差を解消するための比例演算を施し、こ
の演算結果にモータに付設してある速度センサ(図示せ
ず)にて検出したモータの実角速度を負帰還し、その角
速度偏差に速度制御器(Gv :比例ゲイン)42にて、
偏差を解消するための比例・積分演算を施す。この演算
結果を慣性要素(伝達関数1/(Jm +Ja ) Jm
モータイナーシャ,Ja :被駆動対象イナーシャ)43
にて両イナーシャの和で除し、目標とするモータの角加
速度を得、これを積分器44,45にて夫々積分するこ
とで、目標とするモータの回転角度θmを得る。
【0003】図4に示す制御内容は被駆動対象を完全な
剛体とみなした場合であるが、実際には、モータと被駆
動対象との間に介在する減速機構,伝達機構には弾性要
素が含まれる。図5は被駆動対象の弾性を考慮した場合
における従来の制御内容を示すブロック線図である。図
4に示す制御においては、位置センサで検出したモータ
の回転角度θmを位置指令uに負帰還しているが、図5
に示す制御ではこれと同時に、これを減速要素(伝達関
数:1/N N:減速比)46にて除した値に被駆動対
象に付設の位置センサにて検出した被駆動対象の回転角
度θaを負帰還し、その偏差に比例器47にてバネ定数
Kを乗じる。
【0004】この値を慣性要素(伝達関数:1/Ja
49にて被駆動対象イナーシャJaで徐し、その結果を
積分器50,51にて夫々積分することで、被駆動対象
を目標とする回転角θaだけ回転させる。一方、前記偏
差にバネ定数Kを乗じた値を減速要素48を経て速度制
御器42の出力に負帰還、換言すれば被駆動対象の角加
速度と比例した力をモータのトルク発生源に負帰還す
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した如
き従来におけるモータの制御装置にあっては、前者の場
合には被駆動対象イナーシャJa は時間的に変化するパ
ラメータであり、被駆動対象夫々によって異なるから、
最適な制御を行うためには位置制御器及び速度制御器の
ゲイン調整を行なわねばならない。また被駆動対象イナ
ーシャJa が変化すると加速特性が変化し、例えば被駆
動対象イナーシャJa がモータイナーシャJm の40倍
になると応答性が低下することは勿論、被駆動対象系は
振動系となってしまう等の問題がある。
【0006】また後者の場合には、被駆動対象の加速度
と比例した力をモータのトルク発生源、具体的には速度
制御器42の出力に負帰還する結果、モータと被駆動対
象系とが共振し、減衰の遅い振動を発生させるという問
題があった。本発明はかかる事情に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは、モータ及びその被駆
動対象の任意の特性について、規範モデルを構成し、そ
の出力をモータへの駆動指令とすることで被駆動対象の
負荷変動に対し均一な特性を維持し得るようにしたモー
タの駆動制御装置を提供するにある。
【0007】また、本発明の他の目的は被駆動対象の弾
性が無視出来ない場合、オブザーバにて外乱を推定し、
これを積分してモータの駆動指令に負帰還することで振
動を速やかに減衰させ得るようにしたモータの駆動制御
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】第1発明に係るモータの
駆動制御装置は、モータにより駆動される被駆動対象の
負荷変動に対して安定した駆動特性を維持すべくモータ
を制御するモータの駆動制御装置において、モータ及び
その被駆動対象の特性に基づき規範モデルを構成し、該
規範モデルから得たモータ角速度、及びモータ回転角度
と、モータの実角速度、及びモータの実回転角度との各
偏差に基づき、前記規範モデルから得たモータに対する
駆動指令を補正し、これをモータへ与える適応制御器を
備えることを特徴とする。
【0009】第2発明に係るモータの駆動制御装置は、
モータの実角速度と補正したモータに対する駆動指令と
に基づいて、被駆動対象の外乱を推定するオブザーバを
有し、推定した外乱を積分し、その結果を、前記規範モ
デルから得られるモータに対する駆動指令に負帰還する
防振制御器を備えることを特徴とする。
【0010】
【作用】第1の発明にあっては、規範モデルのモータ角
速度、及びモータ回転角度と実際のモータ実角速度、及
びモータ実回転角度との偏差にて規範モデルによるモー
タに対する電流指令を補正することで、実際のモータに
対する電流指令を得、これをモータに与えることで、実
際のモータ特性を規範モデル特性に追従させ、被駆動対
象の負荷変動によってもモータ特性を均一に維持するこ
とが可能となる。
【0011】第2の発明にあっては、第1の発明の作用
に加えて、オブザーバにて外乱を推定し、これを積分し
てその結果をモータの駆動指令に負帰還させることで被
駆動対象の振動を速やかに減衰させることが可能とな
る。
【0012】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づき
具体的に説明する。図1は本発明に係るモータの駆動制
御装置の制御内容を示すブロック線図である。モータの
被駆動対象を完全な剛性とみなし、防振制御器3の防振
ゲインKxを零とした場合について説明する。図4に示
す従来の制御装置における慣性要素43,積分器44,
45と対応する慣性要素12,積分器13,14を備え
る他、これとは別に規範モデル2を含む適応制御器1及
び防振制御器3を備える。
【0013】先ず加え合わせ点11にてモータに対する
電流指令u1 に外乱Tを加え合わせ、この加算値を慣性
要素(伝達関数1/(Jm +Ja ))12にてモータイ
ナーシャJm と被駆動対象イナーシャJa との和で徐
し、モータの目標角加速度を得、これを積分器13,1
4にて夫々積分してモータを所定角度θm回転させる。
積分器13の出力であるモータの実角速度を適応制御器
1における減算器31にて後述する積分器27の出力で
ある規範モデル2から得られるモータの角速度から減算
し、また積分器14の出力であるモータの実回転角度θ
mを同じく減算器29にて、積分器28の出力である規
範モデル2から得られるモータの回転角度から減算す
る。
【0014】適応制御器1の規範モデル2においては、
モータに対する位置指令uから減算器21にて規範モデ
ル2から得た回転角度θ1 を減算し、その偏差に位置制
御器22にて規範モデルの位置比例ゲインKp1を乗じる
比例演算を施す。比例演算を施した値から減算器23に
て規範モデル2より得た角速度θ1 ドットを減算し、こ
の減算値に速度制御器24にて速度比例ゲインKv1を乗
じる比例・積分演算を施し、規範モデルの電流指令I1
を得る。この規範モデルの電流指令I1 は下記(1)式
で与えられる。
【0015】
【数1】
【0016】前述の如く防振制御器3の防振ゲインKx
を零としてあるから、電流指令I1は減算器25を経
て、慣性要素(伝達関数1/J1 1 :規範モデルの
イナーシャ)26及び減算器33へ入る。なお、前述の
規範モデル2の位置比例ゲインKp1,速度比例ゲインK
v1及びイナーシャJ1 は制御特性により一意に決まる。
【0017】先ず、慣性要素26では規範モデルのイナ
ーシャJ1 で除して規範モデル2の回転角加速度を得、
これを積分器26,27で積分し、規範モデルの回転角
度θ 1 を得る。なお、積分器27の出力である規範モデ
ルの角速度は減算器23へ負帰還される他、減算器31
へ入り、また積分器28の出力である規範モデル2の回
転角度θ1 は、減算器21へ負帰還される他、減算器2
9へ入る。
【0018】減算器29では規範モデル2の回転角度θ
1 からモータの実回転角度θmを減算し、この偏差に対
し位置修正器30にて誤差修正位置比例ゲインKp2を乗
じ、次にこの値を減算器31にて、積分器27の出力で
ある規範モデル2の角速度と加算すると共に、この加算
値から積分器13の積分値であるモータの実角速度を減
算し、その偏差を速度修正器32へ与える。
【0019】速度修正器32にて、誤差修正速度比例ゲ
インKv2を乗じ、位置及び速度誤差を修正するための修
正電流値ΔIを得、これを減算器33へ入れる。減算器
33では、前述した規範モデルの電流指令I1 から誤差
修正電流値ΔIを減算し、新たな電流指令I2 を得、こ
れを実際のモータに対する位置指令u1として、前述の
如く減算器11へ与える他、防振制御器3へ与える。電
流指令I2 は下記(2)式で与えられる。
【0020】
【数2】
【0021】(2)式の右辺第1項は、規範モデル2の
イナーシャJ1 とJm +Ja が等しい場合は規範モデル
2と実際のモータ及び被駆動対象の特性とが等しいこと
から零となり、一方J1 と(Jm +Ja )とが一致して
いない場合、例えばJ1 <J m +Ja となる加速時には
(3),(4)式が成立し、(2)式の右辺第1項は正
となり、一層の加速指令を与えることとなる。
【0022】
【数3】
【0023】つまり、規範モデル2と実際のモータ及び
被駆動対象の特性とが異なる場合、(2)式の右辺第1
項は誤差を補正する機能を持つことを意味する。この結
果、規範モデル2と実際のモータ及び被駆動対象の特性
とは見かけ上一致し、被駆動対象の負荷変動による特性
の変化を生じないこととなる。図2は被駆動対象のイナ
ーシャJa が変化した場合におけるモータの実回転角度
のθmの変化を示したグラフであり、横軸に時間を、縦
軸に実回転角度θmをとって示してある。
【0024】図中○印はJ1 =Jm +Ja とした場合
の、また□印はJa をJm の40倍にした場合を、更に
実線はJa をJm の40倍にし、前述した本発明による
規範モデル2を有する適応制御器1により制御を行った
場合の各結果を示している。これから明らかな如くJa
をJm の40倍にした場合は、被駆動系は振動系となる
のに対し、本発明の規範モデル2により制御を施した場
合には振動を迅速に減衰し得ることが解る。次に被駆動
対象が完全な剛性ではなく、無視出来ない弾性を有する
ものとした場合について説明する。この場合は図1に示
す防振制御器3における防振ゲインKx が零でないもの
として扱う。
【0025】防振制御器3においては、モータに対する
位置指令u1 と積分器13の積分値とを観測情報として
オブザーバ34を設計し、外乱T(被駆動対象の回転角
加速度)を予測し、この予測外乱Tハットを積分器35
にて積分し、その積分値を比例器36にて防振ゲインK
x を乗じ、速度制御器24の出力である電流指令I1
負帰還する。つまり、外乱と被駆動対象の回転加速度と
は比例関係にあるから、外乱推定値Tハットを積分する
ことで、被駆動対象の角速度を得、電流指令I1 に負帰
還する。(5),(6)式はモータの状態方程式であ
る。
【0026】
【数4】
【0027】
【数5】
【0028】図3は防振動特性のシミュレーション結果
を示すグラフであり、横軸に時間を、また縦軸にモータ
及び被駆動対象の回転角度をとって示してある。図3
(a)は被駆動対象の回転角度特性を、また図3(b)
はモータの回転角度特性を示している。グラフ中実線は
防振ゲインKx =0の場合を、また実線はKx =100
の場合を夫々示している。図3(b)に示す如く防振ゲ
インKx =0の場合は、モータの回転角度θmは理想的
な挙動を示すが、図3(a)に示す如く被駆動対象の回
転角度θaは振動の減衰が遅くなる。これに対し、防振
ゲインKx =100の場合は、図3(b)に示す如くモ
ータの回転角度θmは勿論、図3(a)に示す如く被駆
動対象の振動も速やかに減衰し、所定値に収束すること
が解る。
【0029】
【発明の効果】以上の如く第1の発明にあっては、被駆
動対象のダイナミクスが変化してもゲイン調整すること
なく規範モデルによりモータの特性を安定に維持するこ
とが可能となる。
【0030】第2の発明にあっては、被駆動対象に無視
出来ない弾性が存在する場合に発生する振動を速やかに
減衰させることが出来、衝撃に弱い半導体製品の搬送系
等に用いて位置決め時間の短縮化が図れ、生産性を向上
出来、またオブザーバを用いることで新たなセンサ等を
必要とせず、コストアップを回避し得る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るモータの駆動制御装置の制御内容
を示すブロック線図である。
【図2】本発明に係るモータの駆動制御装置と従来装置
との比較結果を示すグラフである。
【図3】防振ゲインKx を0とした場合と、100とし
た場合とにおける被駆動対象の回転角度,モータの回転
角度の変化を示すグラフである。
【図4】従来装置の制御内容を示すブロック線図であ
る。
【図5】他の従来装置の制御内容を示すブロック線図で
ある。
【符号の説明】
1 適応制御器 2 規範モデル 3 防振制御器 22 位置制御器 24 速度制御器 25 減算器 30 位置修正器 32 速度修正器 34 オブザーバ 35 積分器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータにより駆動される被駆動対象の負
    荷変動に対して安定した駆動特性を維持すべくモータを
    制御するモータの駆動制御装置において、 モータ及びその被駆動対象の特性に基づき規範モデルを
    構成し、該規範モデルから得たモータ角速度及びモータ
    回転角度と、モータの実角速度及びモータの実回転角度
    との各偏差に基づき、前記規範モデルから得たモータに
    対する駆動指令を補正し、これをモータへ与える適応制
    御器を備えることを特徴とするモータの駆動制御装置。
  2. 【請求項2】 モータの実角速度と補正したモータに対
    する駆動指令とに基づいて、被駆動対象の外乱を推定す
    るオブザーバを有し、推定した外乱を積分し、その結果
    を、前記規範モデルから得られるモータに対する駆動指
    令に負帰還する防振制御器を備えることを特徴とする請
    求項1記載のモータの駆動制御装置。
JP6286783A 1994-11-21 1994-11-21 モータの駆動制御装置 Pending JPH08147038A (ja)

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