JPH09247975A - モータドライブ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実際に動作させる位置指令と機械系の共振等
に適したゲインを自動設定できるモータドライブ装置を
提供することを目的とする。 【解決手段】 調整すべき実際の位置指令を調整パター
ンとし、位置指令払い出し完了検出器１８と位置指令払
い出し完了から任意の時間を計測するタイマー２０と、
その計測中の速度偏差の絶対値を積算する絶対値積算器
２１と、その計測中の位置偏差の絶対値を積算する絶対
値積算器２２と、位置ループゲイン、速度ループゲイ
ン、速度ループ積分時間を自動調整するゲイン調整器２
３，２４，２５を設け、両積算器の値が最小となるよう
繰り返しゲイン調整を行うようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オートチューニン
グ機能を改善したモータドライブ装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来からモータドライブ装置に、オート
チューニング機能が用いられているが、以下従来のモー
タドライブ装置について説明する。

【０００３】図８に示す速度制御系において、速度ルー
プゲインＫｖと、積分時間Ｔｉは調整パラメータ、Ｊは
モータと負荷のイナーシャである。

【０００４】この系の入出力間の特性方程式は次式とな
る。

【０００５】

【数１】

【０００６】上式より、Ｋｖ／Ｊが一定であれば同時性
となる。このため、Ｋｖ／Ｊの最適値と、イナーシャＪ
がわかれば最適なＫｖが設定できるので、イナーシャＪ
を推定する方法が多く行われている。

【０００７】オートチューニング機構には、モータの運
転中、常にゲイン調整を行うオンライン調整タイプのも
のと、オフライン時にテストパターンを発生し運転前に
１度だけゲイン調整を行うタイプのものがある。前者で
は、運転時、通常の制御演算にゲイン調整処理が加わる
ためマイクロプロセッサの負荷が大きくなる。このため
運転中にイナーシャの変動の小さい場合は、後者のオフ
ライン調整が適している。

【０００８】以下オフラインタイプのオートチューニン
グ機構について説明する。図５は、従来の第１例におけ
るモータドライブ装置の構成図である。図５において、
１は位置ループゲイン乗算器、２は速度制御演算器、３
は磁極検出器、４はトルク指令と磁極データを乗算する
乗算器、５は電流指令をＤ／Ａ変換するＤ／Ａコンバー
タ、６はモータ８へ電流を供給する電流アンプ、７は回
転位置を検出するエンコーダ、９はエンコーダ信号より
速度検出を行なう速度検出器、１０はテストパターン発
生器、１１は速度制御演算器出力とテストパターン発生
器出力の切り替えスイッチ、１２はトルク指令値と速度
検出値からイナーシャを推定し速度ループゲインを調整
するゲイン調整器である。

【０００９】図６は、従来の第２例におけるモータドラ
イブ装置の構成図であり、図６において、１３は位置ル
ープゲイン乗算器出力とテストパターン発生器出力の切
り替えスイッチであり、１４は応答遅れ時間を計測する
タイマーである。

【００１０】図７は、従来の第３例におけるモータドラ
イブ装置の構成図である。以上のように構成された従来
のモータドライブ装置の動作を説明する。

【００１１】図５に示す第１例では、まず、切り替えス
イッチ１１をテストパターン発生器１０側にし、次に、
ステップ状のトルク指令をテストパターン発生器１０よ
り出力する。

【００１２】さらに、ゲイン調整器１２にて、モータ８
の加速時間を測定することによりイナーシャＪを推定し
最適な速度ループゲインを設定する。

【００１３】図６に示す第２例では、まず、切り替えス
イッチ１３をテストパターン発生器１０側にし、次に、
ステップ状の速度指令をテストパターン発生器１０より
出力する。

【００１４】さらに、ゲイン調整器１２にて、モータ８
の応答遅れ時間を測定することにより、イナーシャＪを
推定し最適な速度ループゲインを設定する。

【００１５】図７に示す第３例では、まず、切り替えス
イッチ１３をテストパターン発生器１０側にし、次に、
速度指令をテストパターン発生器１０より出力する。さ
らに、ゲイン調整器１２にて、トルク指令と検出速度を
観測することにより、イナーシャＪを推定し最適な速度
ループゲインを設定する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
モータドライブ装置では、モータドライブ装置内で駆動
パターンを発生させその応答より最適と考えられるゲイ
ンを推定し設定しているため、カスタマの位置指令パタ
ーンに適したゲインを得がたい。さらに第１、第２例で
は、機械系に衝撃が加わることを考慮してトルク指令の
大きさを定める必要がある。また、位置管理ができない
ため、機械系に取り付けてのゲイン調整に制限がある。

【００１７】第３例では、速度指令パターンに制限がな
いが、トルク指令と検出速度よりイナーシャＪを推定し
ており、機械系の共振点や粘性など検出できないものが
多く、正しいゲイン設定ができないという問題点を有し
ていた。

【００１８】そこで本発明は、実際に動作させる位置指
令と機械系の共振等に適したゲインを自動設定できるモ
ータドライブ装置を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明のモータドライブ
装置は、調整すべき実際の位置指令を調整パターンと
し、位置指令払い出し完了検出器と、位置指令払い出し
完了から任意の時間を計測するタイマーと、その計測中
の速度偏差の絶対値を積算する積算器と、その計測中の
位置偏差の絶対値を積算する積算器と、位置ループゲイ
ン、速度ループゲイン、速度ループ積分時間を自動調整
するゲイン調整器を設け、両積算器の値が最小となるよ
う繰り返しゲイン調整を行うようにしたものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、調整すべ
き実際の位置指令を調整パターンとし、位置指令払い出
し完了検出器と位置指令払い出し完了から任意の時間を
計測するタイマーと、その計測中の速度偏差の絶対値を
積算する積算器と、その計測中の位置偏差の絶対値を積
算する積算器と、位置ループゲイン、速度ループゲイ
ン、速度ループ積分時間を自動調整するゲイン調整器を
設け、両積算器の値が最小となるよう繰り返しゲイン調
整を行うようにしたので、位置指令払い出し後の速度振
動、位置振動を観測しながら徐々に位置指令、機械系に
適したゲインへ調整することができる。

【００２１】請求項２に記載の発明では、チューニング
対象となる位置指令が外部から入力されるから、外部か
ら入力される位置指令に対し最適なゲイン調整を設定で
きる。

【００２２】請求項３に記載の発明では、速度偏差、位
置偏差の絶対値を積算する２つの積算器が、行きすぎ量
に対しては重み付けを大きくして積算するから、整定状
態の調整を行う際、行きすぎ量に対する重み付けが大き
いため調整結果がオーバーシュート状態にならないよう
にすることができる。

【００２３】以下、本発明の実施の形態について、図１
から図３を用いて説明する。図１は、本発明の一実施の
形態におけるモータドライブ装置のブロック図である。
図１において、１は位置ループゲイン乗算器、３はモー
タ磁極を検出する磁極検出器、４はトルク指令値とモー
タ磁極検出値を乗算し電流指令を算出する乗算器、５は
電流指令をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器、６はモータコ
イルに電流を供給する電流アンプ、７はモータ８の回転
位置を検出するエンコーダ、９は速度を検出する速度検
出器である。

【００２４】１５は速度指令と速度検出値の差を積分し
増幅する積分器、１６は速度指令と速度検出値の差と積
分器１５の和を増幅する速度ループゲイン乗算器、１７
はオートチューニング要求信号である。

【００２５】１８は位置指令払い出し完了検出器、１９
は位置指令払い出し完了信号、２０配置指令払い出し完
了から任意の時間を計測するタイマー、２１はその計測
中の速度偏差の絶対値を積算する絶対値積算器、２２は
その計測中の位置偏差の絶対値を積算する絶対値積算器
である。

【００２６】２３は絶対値積算器２１の値が最小になる
ように速度ループゲインを繰り返し自動調整するゲイン
調整器、２４は絶対値積算器２１の値が最小になるよう
に速度ループ積分時間を繰り返し自動調整するゲイン調
整器、２５は絶対値積算器２２の値が最小になるように
位置ループゲインを繰り返し自動調整するゲイン調整
器、２６はゲイン調整器２３の調整完了信号、２７はゲ
イン調整器２４の調整完了信号、２８はゲイン調整器２
５の調整完了信号、２９はゲイン調整器選択器、３０は
ゲイン調整器２３の選択信号、３１はゲイン調整器２４
の選択信号、３２はゲイン調整器２５の選択信号、３３
はゲイン調整完了信号である。

【００２７】以上のように構成された本形態のモータド
ライブ装置について、以下その動作を説明する。

【００２８】ゲイン調整器選択器２９にオートチューニ
ング要求信号１７が入力されると、まず、位置指令の入
力待ち状態となる。位置指令が入力され払い出しが完了
すると、位置指令払い出し完了検出器１８が位置指令払
い出し完了信号１９を出力する。タイマー２０は、位置
指令払い出し完了信号１９が入力されるとスタートし２
０ｍｓ後にカウントアップ信号３４を出力する。また絶
対値積算器２１は、位置指令払い出し完了信号１９が入
力されると、速度検出器９によって検出された速度の絶
対値を１ｍｓ毎に積算していき、カウントアップ信号３
４が入力されると積算をストップする。

【００２９】同様に絶対値積算器２２は、位置指令払い
出し完了信号１９が入力されると、エンコーダ７より検
出された位置偏差の絶対値を１ｍｓ毎に積算していき、
カウントアップ信号３４が入力されると積算をストップ
する。

【００３０】次に、ゲイン調整選択器２９にカウントア
ップ信号３４が入力されると、まず速度ループゲインの
調整のためゲイン調整器選択信号３０が出力される。ゲ
イン調整器２３は、後述するゲイン変更を行い次の位置
指令払い出し完了を待ち、絶対値積算器２１の値が前回
より小さくなったかどうかをチェックする。

【００３１】この動作を指令が入力される毎に行い、絶
対値積算器２１の値が最小になったところでゲイン調整
完了信号２６を出力する。

【００３２】ゲイン調整選択器２９は、調整完了信号２
６が入力されると、次のゲイン調整を行うためゲイン調
整選択信号３１を出力する。以下同様に、速度ループ積
分時間の調整を行うためゲイン調整器２４、調整完了信
号２７、ゲイン調整器２４の選択信号３１が動作する。

【００３３】さらに、位置ループゲイン調整を行うた
め、ゲイン調整器２５、調整完了信号２８、ゲイン調整
器２５選択信号３２が動作し、調整完了信号２８が出力
されると、再度速度ループゲインを調整するためゲイン
調整選択信号３０が出力されるといった様に、速度ルー
プゲイン、速度ループ積分時定数、位置ループゲインの
順番にゲイン調整を繰り返す。

【００３４】ゲイン調整を繰り返し行っているうちに、
絶対値積算器２２の値が許容範囲内に入ると、ゲイン調
整をストップしゲイン調整完了信号３３を出力し、オー
トチューニングを完了する。

【００３５】ここで絶対値積算器２１、２２の動作につ
いて詳しく説明する。図２は、本発明の一実施の形態に
おけるゲイン調整時の速度波形を示すグラフである。図
２において、Ａは速度指令（位置指令の微分値）、Ｂは
調整前の速度波形、Ｃは調整後の速度波形、Ｄは位置指
令払い出し完了点、Ｅはタイマー２０のカウントアップ
信号３４の出力点である。

【００３６】絶対値積算器２１は、位置指令払い出し完
了信号を入力した時、Ｄ点で積分値をクリアし波形Ｂの
絶対値を積分し始め、タイマー２０のタイムアップ信号
出力点Ｅで積分値を保持する。この動作を指令が完了す
る毎に実行しゲイン調整器２３，２４にデータを送る。

【００３７】次に、ゲイン調整器２３，２４，２５の動
作説明を行う。図３は、本発明の一実施の形態における
ゲイン調整器の処理を示すフローチャートである。図３
において３５はこのゲイン調整器２３が選択されている
かどうかを判定する判定部、３６は絶対値積算器２１の
読み込み部、３７は前回の絶対値積算器２１の出力と今
回の絶対値積算器２１の出力の大きさの比較を行う比較
部、３８は速度ループゲイン変更部、３９は前回データ
の記憶部、４０はＮＧ調整回数カウント部、４１は調整
完了判断部、４２はゲインのアップ、ダウン設定部、４
３は調整完了信号２６の出力部である。次に動作を説明
する。

【００３８】ゲイン調整器選択器２９が、ゲイン調整器
選択信号３０をｏｎすると、判断部３５が選択されたこ
とを認識し、比較部３７は、読み込み部３６で読み込ま
れた値が前回値より大きいか小さいかを判断し、小さけ
れば応答が改善したと判断し、更にゲイン変更部３８で
前回と同じ様にゲインをアップ、ダウンする。一方、大
きいと判断した場合は、前回より応答が悪くなったと判
断しＮＧ調整回数カウント部４０でＮＧ回数をカウント
アップし、調整完了判断部４１はＮＧ調整回数が１０回
以下の場合調整を完了していないと判断し、ゲインアッ
プダウン設定部４２においてアップダウンの符号を反転
してゲイン変更部３８の処理へ進む。又、ＮＧ調整回数
が１０回を超えた場合、調整完了と判断し出力部４３で
調整完了信号２６を出力して処理を終える。ゲイン調整
器２４，２５もそれぞれ速度ループ積分時間、位置ルー
プゲインを同様に調整する。

【００３９】図４は、本発明の一実施の形態における積
算器のフローチャートである。４４は位置指令の方向判
別部、４５は速度方向検出部、４６は重み付け量Ｋ乗算
部、４７は絶対値積算部である。以下重み付け積算器の
動作を説明する。まず、位置指令の方向判別部４４、速
度方向検出部４５において、オーバーシュート状態を検
出し、オーバーシュート検出時は、重み付け量Ｋ乗算部
４６で重み付け量Ｋ（＞１）が乗算され、絶対値積算部
４７で加算される。このためオーバーシュートが発生す
ると積算器の増加量は大きくなる。このように絶対値積
算器２１は、オーバーシュートに対し高い出力を発生す
る作用がある。このためゲイン調整器２３によって絶対
値積算器２１の出力が小さくなるように調整されるとオ
ーバーシュートを防止する作用を発生する。

【００４０】なお本形態のモータドライブ装置では、チ
ューニング対象となる位置指令は、外部から入力され、
速度偏差、位置偏差の絶対値を積算する２つの積算器
が、行きすぎ量に対しては重み付けを大きくして積算す
るようになっている。

【００４１】

【発明の効果】本発明のモータドライブ装置は、調整す
べき実際の位置指令を調整パターンとし、位置指令払い
出し完了検出器と、位置指令払い出し完了から任意の時
間を計測するタイマーと、その計測中の速度偏差の絶対
値を積算する積算器と、その計測中の一偏差の絶対値を
積算する積算器と、２つの積算器の値が最小になるよう
に位置ループゲイン、速度ループゲイン、速度ループ積
分時間を繰り返し自動調整するゲイン調整器を備えたの
で、機械剛性と位置指令に最適なオートチューニングが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態におけるモータドライブ
装置のブロック図

【図２】本発明の一実施の形態におけるゲイン調整時の
速度波形を示すグラフ

【図３】本発明の一実施の形態におけるゲイン調整器の
処理を示すフローチャート

【図４】本発明の一実施の形態における積算器のフロー
チャート

【図５】従来の第１例におけるモータドライブ装置の構
成図

【図６】従来の第２例におけるモータドライブ装置の構
成図

【図７】従来の第３例におけるモータドライブ装置の構
成図

【図８】従来のモータドライブ装置における速度制御ブ
ロック図

【符号の説明】

１８ 位置指令払い出し完了検出器 １９ 位置指令払い出し完了信号 ２０ タイマー ２１ 絶対値積算器 ２２ 絶対値積算器 ２３ ゲイン調整器 ２４ ゲイン調整器 ２５ ゲイン調整器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】調整すべき実際の位置指令を調整パターン
   とし、位置指令払い出し完了検出器と位置指令払い出し
   完了から任意の時間を計測するタイマーと、その計測中
   の速度偏差の絶対値を積算する積算器と、その計測中の
   位置偏差の絶対値を積算する積算器と、位置ループゲイ
   ン、速度ループゲイン、速度ループ積分時間を自動調整
   するゲイン調整器を設け、両積算器の値が最小となるよ
   う繰り返しゲイン調整を行うようにしたことを特徴とす
   るモータドライブ装置。
2. 【請求項２】チューニング対象となる位置指令は、外部
   から入力されることを特徴とする請求項１記載のモータ
   ドライブ装置。
3. 【請求項３】速度偏差、位置偏差の絶対値を積算する２
   つの積算器が、行きすぎ量に対しては重み付けを大きく
   して積算することを特徴とする請求項１記載のモータド
   ライブ装置。