JPS63213489A - ダイレクト・ドライブ・モ−タシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、多関節形のロボットの関節駆動等に用いられ
るダイレクト・ドライブ・モータシステムに関するもの
である。

［従来の技術］ 多関節形のロボットの関節駆動等のように、定速で高ト
ルクを必要とする用途では、ＤＣモータと減速機を用い
た駆動系が多く用いられている。

しかし、この駆動系では、ＤＣモータのブラシや減速機
の寿命、あるいは潤滑油のメインテナンス等の問題があ
る。

このような問題点を解決するものとして、磁気誘導子形
モータでロボットを直接駆動（Ｑｉｒｅｃｔ　　Ｑｒｉ
ｖｅ−Ｄ、Ｄ、）する駆動系がある。このような駆動系
に使用されるモータをＤＤモータとする。

ＤＤモータの駆動１ｉＩＪ　１１１回路としては−、モ
ータの回転位置と回転速度をそれぞれフィードバック制
御するものがある。

［発明が解決しようとする問題点］ このような制御回路では、適切な制御を行うには、モー
タの固有振動数や負荷イナーシャに応じて制御パラメー
タの値が変えられることが必要である。

しかし、従来の制御回路では、モータの負荷トルクが不
明のときは、制御パラメータ値の設定が不可能かまたは
非常に困難であった。

本発明はこのような問題点を除去するためになされたも
のであり、モータの負荷イナーシャが不明のときでもサ
ーボ系を容易に調整できるＤＯモータシステムを実現す
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、 モータ部と、このモータ部を駆動する駆動回路と、前記
モータ部のロータの回転を検出するエンコーダ部と、前
記エンコーダ部の検出信号をもとに前記モータ部の回転
速度をフィードバック制御する速度制御部と、前記エン
コーダ部の検出信号をもとに前記モータ部の回転位置を
フィードバック制御する位置制御部と、前記速度制御部
と位置制御部のサーボ系を調整するチューニング部を具
備し、 前記憶１制御部は、前記モータ部の固有振動数及び負荷
イナーシャの値とこれらの値に応じた最適な制御パラメ
ータ値を対応させたゲインテーブルと、位置指令信号と
して既知のテスト信号を発生するテスト信号発生手段を
有し、 前記チューニング部は、所定の範囲内でイナーシャを複
数段階に設定し設定値で前記ゲインテーブルから最適な
制御パラメータ値を読み出してモータ部の回転制御に用
いるイナーシャ設定スイッチと、テスト信号が与えられ
たときに前記位置制御部が出力する制御信号を取出すモ
ニタ出力端子を有することを特徴とするダイレクト・ド
ライブ拳モータシステムである。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明を説明する。

第１図は本発明にかかるＤＤモータシステムの一実施例
の概略構成図である。

図で、１００はモータ部、２００はモータ部１００を駆
動する駆動回路、３００はモータ部１００の回転をエン
コーダ３００Ｉで検出しエンコーダインタフェイズ（以
下、エンコーダＩ／Ｆとする＞３００２を介して検出信
号を出力するエンコーダ部、４００はモータ部１００の
回転速度をフィードバック制御する速度制御部、５００
はモータ部１００の回転位置をフィードバック制御する
位置制御部、６００は速度制御部４００と位置制御部５
００のサーボ系を調整するチューニング部である。

これらの具体的構成を第２図に示す。

図で、モータ部１００は外側にロータ内側にステータが
配列された３相の誘導子形のモータである。

駆動回路２００において、２０１，２０２はモータ部の
コイルＬ＋　、Ｌ２に流れる励磁電流を検出する電流検
出回路、２０３，２０４は速度制御部４００からの電流
指令値と電流検出回路２０１゜２０２の検出電流の差を
とる減算器である。２０５は電力増幅回路で、減算器２
０３，２０４からの信号をもとにＰＷＭ回路２０６で生
成したＰＷＭ信号で励磁回路２０７のトランジスタをオ
ン・オフし、減算器２０３．２０４の差電流が零になる
ようにモータに３相正弦波電流を流す。電流検出回路２
０１．２０２は、コイルが接続されたライン！に接続さ
れた抵抗ｒの両端電圧をもとにコイルの励磁電流を検出
する。

次に、エンコーダ部３００の構成について説明する。

エンコーダ３００＋は、所定ピッチの配列で位置検出用
の透光スリット３０１と原点検出用の透光スリット３０
２が設けられた符号板３０３をモータ部１００のロータ
に取付け、これらのスリットに投光し、スリットの通過
光をもとにしてロータの回転を検出する光学式のロータ
リーエンコーダである。

エンコーダＩ　／　Ｆ　３００２は、エンコーダ３００
１の検出光を電気信号に変換して速度制御部４００と位
置制御部５００に送る。

次に、速度制御部４００の構成について説明する。

速度制御部４００で、４０１は速度制御と位置制御の切
換えスイッチである。このスイッチは速度制御をすると
きは接点り、側に接続され、速度制御をするときは接点
ｈ２側に接続される。４０２はＦ／Ｖ変換器であり、エ
ンコーダＩ／Ｆ３００２の出力信号を速度信号に変換す
る。

４０３はスイッチ４０１からの信号（速度の指令値とな
る）とＦ／Ｖ変換器４０２からの信号の差をとる減算器
である。

４０４はマルチプライング・デジタル・アナログ変換器
（以下、ＭＤＡとする）で、デジタル信号でゲインが変
えられ、アナログ入力信号を増幅する。ゲインの設定信
号は位置制御部５００またはチューニング部６００から
与えられる。

４０５は電圧制御リミッタ（以下、ＶＣＬとする）であ
り、ゲイン４０４の出力を一定の上限値または下限値に
押える。

４０６．４０７はＭＤＡｔ−あり、ＶＣＬ４０５からの
信号を受け、位置制御部５００からの転流制御信号に従
って電流信号１ｓｉｎθｅまたは■５ｉｎ（θｅ＋１２
０°）を電流指令値として減算器２０３，２０４に与え
る（Ｉは電流）。

次に、位置制御部５００の構成について説明する。

位置制御部５００で、５０１は位置の指令パルス信号と
回転方向信鉤をもとに位置の指令信号を生成して発生す
るカウンタ、５０２はノーマルモードでは接点に、側に
接続され、テストモードではテスト信号発生手段５０２
′によりテスト信号が与えられる接点に２側に接続され
るスイッチである。

５０３は減算器であり、スイッチ５０２からの信号（位
置の指令信号となる）と位置検出手段５０４からの信号
の差をとる。

５０５は位置制御手段であり、エンコーダに／Ｆ３００
＋またはチューニング部６００からの信号によりゲイン
テーブル５０６から読み出したパラメータをもとに、Ｍ
ＤＡ４０４のゲインを調整する。位置制御手段５０５は
ソフトウェアによりＩ−ＰＤ（積分、比例、微分）動作
を行う３次のサーボ系を構成している。

ゲインテーブル５０６は、例えば第３図に示すようにモ
ータの負荷イナーシｔｙＪ及びモータの固有撮動数ｆ１
とこれらの値に応じた最適な制御パラメータ値ｘＩ　Ｉ
　＊　Ｘ　Ｉ　２　＋　ｘｌ　３等を対応させたテーブ
ルである。ゲインテーブル５０６には速度制御用と位置
制御用のテーブルがあり、更に速度制御用テーブルと位
置制御用テーブルにはＰ動作（比例動作）用テーブルと
■動作（積分動作）用テーブルがある。

５０７はエンコーダＩ　／　Ｆ　３００　＋からの信号
をもとに掛算器４０６，４０７に信号を送ってモータの
転流を制御する転流制御手段、５０８は位Ｉ　Ｉｌｌ　
Ｉｌｌ１手段５０５の出力をデジタル・アナログ変換す
るＤ／Ａ変換器、５０９はＤ／Ａ変換器５０８の出力を
サンプル・ホールドしてチューニング部６００に送るサ
ンプル・ホールド回路（以下、Ｓ／８回路とする）であ
る。

速度制御をするときは、スイッチ４０１を接点り、側に
接続し、速度の指令値としてのアナログ速度入力とＦ／
Ｖ変換器４０２の速度信号の差を減算器４０３でとる。

ＭＤＡ４０４のゲインは、後述するスイッチ６０１．６
０２によりゲインテーブル５０６から読み出される制御
パラメータ値により設定される。

位置制御をするときは、スイッチ４０１を接点ｈ２側に
接続するとともにスイッチ５０２を接点に１側に接続す
る。そして、カウンタ５０１からの位置指令信号と位置
検出手段５０４の出力信号の差を減算器５０３でとる。

位置制御手段５０５では、スイッチ６０１．６０２によ
りゲインテーブル５０６から制御パラメータを読出し、
この制御パラメータを用いて位置制御アルゴリズムによ
りＭＤＡ４０４のゲインを調整する。

次に、チューニング部６００の構成について説明する。

チューニング部６００において、６０１，６０２はサー
ボチューニングスイッチである。６０１は所定の範囲内
で固有振動数ｆｕ＠複数段階に設定する固有振動数設定
スイッチである。例えば、このスイッチにより固有振動
数は５〜２０１−Ｉ　Ｚの範囲で１６段階に設定される
。

６０２はイナーシャＪを所定の範囲内で複数段階に設定
するイナーシャ設定スイッチである。

これらのスイン、チロ０１，６０２によりｆＴＬとＪが
設定されると、ゲインテーブル５０６から設定値に対応
したＲ適な制御パラメータ値が読み出される。

スイッチ６０１．６０２を用いて位置制御を行うときは
、位置制御用のテーブルから読み出された制御パラメー
タ値をもとに、位置制御手段５０５がＭＤＡ４０４のゲ
インを調整する。３ａ度制御を行うときは、速度制御用
のテーブルから読み出された制御パラメータがＭＤＡ４
０４に送られてゲインが調整される。

６０３はスイッチ５０２の切換用スイッチ、６０４はス
イッチ４０１の切換用スイッチ、６０５は速度制御と・
位置制御を積分動作または比例動作に切′換えるスイッ
チである。このスイッチの切換によってゲインテーブル
５０６の積分動作用テーブルと比例動作用テーブルが使
い分けられる。ＤＤモータでロボットアームを動かす場
合において、゛　ロボットアームを位置決めするときは
積分動作による制御を行い、ロボットアームで物をつか
むときは比例動作による制御（コンプライアンス制御）
を行う。

６０６はＳ　／　Ｈ回路４０２を介して位置制御部５０
０の出力を取出すモニタ出力端子である。この出力は表
示装置例えばオッシロスコープに送られてモニタリング
される。

６０７はアップダウンパルス発生器６０８を介してイン
クリメンタルパルス信号を取出すパルス取出端子である
。

６０９はフォトダイオードＧ１．Ｇ２の出力を取出す原
点信号端子である。

パルス取出端子６０７と原点信号端子６０９から取出し
た出力はコントローラ（図示せず）に送らる。コントロ
ーラでは、パルス取出端子６０７の出力からモータの回
転位置の指令値をカウントし、原点信号端子６０９から
の出力から原点位置を検出する。

ＢＳはデータバスであり、エンコーダ部３００１速度制
御部４００、位置制御手段 ニング部６００の間の信号を伝送する。

ここで、モータの負荷イナーシャＪが不明のときは、ス
イッチ５０２を接点に２側に接続し、既知のテスト信号
を位置制御手段５０５に与え、このとき位置制御部５０
０が出力する信号をモータ出力端子を用いてモニタする
。そして、モニタ波形の歪をなくすようにイナーシャ設
定スイッチでイナーシャの設定値を調整する。

なお、ＦＴＬとＪの設定はスイッチによらず外部のコン
トローラで行うようにしてもよい。

［効果］ 本発明によれば次のような効果が得られる。

すなわら、モータの負荷イナーシャが不明なときは、既
知のテスト信号を位置制御手段５５０に与え、このとき
の位置制御部の出力をモニタ出力端子６０６から取出し
てモニタし、モニタ波形の歪がなくなるようにスイッチ
６０２で設定イナーシャ値を調整できる。これによって
、モータの負荷イナーシャが不明なときでも容易にサー
ボ系を調整できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるＤＤモータシステムの概略構成
図、第２図は第１図の具体的構成例を示した図、第３図
は位置制御部に格納されたゲインテーブルの一例を示し
た図である。 １００・・・モータ部、２００・・・駆動回路部、３０
０・・・エンコーダ部、４００・・・速度制御部、５０
０・・・位置制御部、５０２′・・・テスト信号発生手
段、５０６・・・ゲインテーブル、６００・・・チュー
ニング部、６０２・・・イナーシャ設定スイッチ、６０
６・・・モニタ出力端子。 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　モータ部と、このモータ部を駆動する駆動回路と、前
   記モータ部のロータの回転を検出するエンコーダ部と、
   前記エンコーダ部の検出信号をもとに前記モータ部の回
   転速度をフィードバック制御する速度制御部と、前記エ
   ンコーダ部の検出信号をもとに前記モータ部の回転位置
   をフィードバック制御する位置制御部と、前記速度制御
   部と位置制御部のサーボ系を調整するチューニング部を
   具備し、 前記位置制御部は、前記モータ部の固有振動数及び負荷
   イナーシャの値とこれらの値に応じた最適な制御パラメ
   ータ値を対応させたゲインテーブルと、位置指令信号と
   して既知のテスト信号を発生するテスト信号発生手段を
   有し、 前記チューニング部は、所定の範囲内でイナーシャを複
   数段階に設定し設定値で前記ゲインテーブルから最適な
   制御パラメータ値を読み出してモータ部の回転制御に用
   いるイナーシャ設定スイツチと、テスト信号が与えられ
   たときに前記位置制御部が出力する制御信号を取出すモ
   ニタ出力端子を有することを特徴とするダイレクト・ド
   ライブ・モータシステム。