JPWO2019188154A1 - Motor drive - Google Patents

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    • G05B11/36Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential

Abstract

モータ駆動装置は、モータを駆動するモータ駆動装置であって、制御指令からトルク指令を生成するモータ制御部と、モータに接続される負荷の特性及びトルク指令に基づいて模擬トルク指令を生成することによって、負荷の特性を模擬する負荷特性模擬部と、模擬トルク指令に基づいてモータを制御するモータ駆動部とを備える。The motor drive device is a motor drive device that drives a motor, and generates a simulated torque command based on a motor control unit that generates a torque command from a control command, a characteristic of a load connected to the motor, and a torque command. A load characteristic simulation unit that simulates the load characteristics and a motor drive unit that controls the motor based on the simulated torque command are provided.

Description

本開示は、モータ駆動装置に関する。 The present disclosure relates to a motor drive device.

近年、HILS(Hardware−In−the−Loop−Simulation)と呼ばれる、実機を仮想的に再現した環境で実機コントローラの開発を行なう手法の適用例が、車載装置の分野で増えてきている。産業分野でも、負荷装置及びサーボモータとこれを制御するモータ駆動装置とからなるモータ駆動システムのシミュレーションにおいて、一部に実機を用いて実現するものがある(例えば、特許文献1を参照)。 In recent years, application examples of a method called HILS (Hardware-In-the-Loop-Simulation) for developing an actual controller in an environment that virtually reproduces an actual machine are increasing in the field of in-vehicle devices. In the industrial field as well, in the simulation of a motor drive system including a load device and a servomotor and a motor drive device for controlling the load device, there is a simulation of a motor drive system partially realized by using an actual machine (see, for example, Patent Document 1).

従来の構成では、負荷系と駆動系と制御系とを有するモータ駆動システムのうち、負荷系及び駆動系に対する数学モデルに制御系の実機の出力を入力して、数学モデルの出力を制御系の実機に入力する。これにより、すべてをシミュレーションモデルで実現する場合と比べて、より正確なシミュレーションを実現しようとしている。 In the conventional configuration, among the motor drive systems having a load system, a drive system, and a control system, the output of the actual control system is input to the mathematical model for the load system and the drive system, and the output of the mathematical model is the control system. Input to the actual machine. As a result, we are trying to realize a more accurate simulation than when everything is realized by a simulation model.

この構成では、モータ駆動装置の駆動系、及び、モータ、軸、負荷装置などの実機の多くが不要である。よって、モータ駆動装置単体でのシミュレーションも可能となる。しかしながら、この構成では、駆動系及び負荷系のシミュレーションの精度は、ソフトウェアブロックにおけるシミュレーションモデルの精度に依存してしまう。 In this configuration, the drive system of the motor drive device and many of the actual machines such as the motor, the shaft, and the load device are unnecessary. Therefore, it is possible to perform a simulation of the motor drive device alone. However, in this configuration, the accuracy of the drive system and load system simulation depends on the accuracy of the simulation model in the software block.

この構成には実際に電流が流れる駆動系、及び、可動する負荷系が存在しないため、シミュレーション結果はソフトウェアブロックの内部情報が出力されるだけである。このため、実機動作で生じる音、振動などの情報が失われて、臨場感に欠けるという欠点がある。 Since there is no drive system in which current actually flows and a movable load system in this configuration, the simulation result only outputs the internal information of the software block. For this reason, there is a drawback that information such as sound and vibration generated in the actual operation is lost, and the sense of presence is lacking.

特開2001−290515号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-290515

本開示は、このような従来の問題を解決する。本開示は、シミュレーションの精度を向上させつつ、より臨場感あふれる負荷特性シミュレーション機能を備えた、モータ駆動装置を提供することを目的とする。 The present disclosure solves such conventional problems. An object of the present disclosure is to provide a motor drive device having a load characteristic simulation function with a more realistic feeling while improving the accuracy of simulation.

上記問題を解決するために、本開示に係るモータ駆動装置の一態様は、モータを駆動するモータ駆動装置であって、制御指令からトルク指令を生成するモータ制御部と、モータに接続される負荷の特性及びトルク指令に基づいて模擬トルク指令を生成することによって、負荷の特性を模擬する負荷特性模擬部と、模擬トルク指令に基づいてモータを制御するモータ駆動部とを備える。 In order to solve the above problem, one aspect of the motor drive device according to the present disclosure is a motor drive device that drives a motor, a motor control unit that generates a torque command from a control command, and a load connected to the motor. A load characteristic simulation unit that simulates load characteristics by generating a simulated torque command based on the characteristics and torque command of the above, and a motor drive unit that controls a motor based on the simulated torque command are provided.

このようなモータ駆動装置の駆動系及び負荷系のうち、駆動系において、モータの実機を用いることで、モータの数学モデルを用いる従来の構成より精度のよいシミュレーションが可能となる。このシミュレーションでは実際にモータが動作することで、シミュレーション結果として実機動作で生じうる音及び振動を再現できる。これにより、臨場感あふれるモータ駆動装置のシミュレーションを提供することができる。 Among the drive system and load system of such a motor drive device, by using the actual motor in the drive system, it is possible to perform a simulation with higher accuracy than the conventional configuration using the mathematical model of the motor. In this simulation, when the motor actually operates, the sound and vibration that can occur in the actual operation can be reproduced as the simulation result. This makes it possible to provide a simulation of a motor drive device with a sense of realism.

また、本開示のモータ駆動装置の一態様において、負荷特性模擬部は、負荷の特性として剛体特性を模擬する係数を有し、トルク指令に係数を乗算することで模擬トルク指令を生成してもよい。 Further, in one aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit has a coefficient for simulating a rigid body characteristic as a load characteristic, and even if the simulated torque command is generated by multiplying the torque command by the coefficient. Good.

また、本開示のモータ駆動装置の一態様において、負荷特性模擬部は、共振周波数、反共振周波数、共振減衰比及び反共振減衰比の少なくとも一つをパラメータに持つ共振特性を模擬する2次フィルタを含んでもよい。 Further, in one aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulation unit is a secondary filter that simulates a resonance characteristic having at least one of a resonance frequency, an antiresonance frequency, a resonance attenuation ratio, and an antiresonance attenuation ratio as parameters. May include.

また、本開示のモータ駆動装置の一態様において、負荷特性模擬部は、直列結合された複数の2次フィルタを含んでもよい。 Further, in one aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit may include a plurality of quadratic filters connected in series.

また、本開示のモータ駆動装置の一態様において、負荷特性模擬部は、負荷の特性及びトルク指令と、外乱トルクを模擬した模擬外乱トルクとに基づいて模擬トルク指令を生成してもよい。 Further, in one aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulation unit may generate a simulated torque command based on the load characteristic and the torque command and the simulated disturbance torque simulating the disturbance torque.

これらの各構成により、一般的な負荷系の多くを高い精度でシミュレーションすることができる。 With each of these configurations, many general load systems can be simulated with high accuracy.

本開示によれば、シミュレーションの精度を向上させつつ、より臨場感あふれる負荷特性シミュレーション機能を備えた、モータ駆動装置を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a motor drive device having a load characteristic simulation function with a more realistic feeling while improving the accuracy of the simulation.

図1は、実施の形態1に係るモータ駆動装置の制御ブロック図である。FIG. 1 is a control block diagram of the motor drive device according to the first embodiment. 図2は、実施の形態1に係るモータ駆動装置の模擬対象であるモータ駆動装置の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of a motor drive device which is a simulated target of the motor drive device according to the first embodiment. 図3Aは、図2に示される構成において負荷装置を剛体系と仮定した場合の制御ブロック図である。FIG. 3A is a control block diagram in the case where the load device is assumed to be a rigid system in the configuration shown in FIG. 図3Bは、図3Aに示される制御ブロック図の演算順序を交換した構成を示す制御ブロック図である。FIG. 3B is a control block diagram showing a configuration in which the calculation order of the control block diagram shown in FIG. 3A is exchanged. 図3Cは、図3Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 3C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 3B. 図4Aは、図2に示される構成において負荷装置を2慣性系と仮定した場合の制御ブロック図である。FIG. 4A is a control block diagram in the case where the load device is assumed to be a two inertial system in the configuration shown in FIG. 図4Bは、図4Aに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 4B is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 4A. 図4Cは、図4Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 4C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 4B. 図4Dは、実施の形態2に係るモータ駆動装置の制御ブロック図である。FIG. 4D is a control block diagram of the motor drive device according to the second embodiment. 図5は、実施の形態3に係るモータ駆動装置の制御ブロック図である。FIG. 5 is a control block diagram of the motor drive device according to the third embodiment. 図6Aは、図4Aに示される制御ブロック図において外乱トルクを残して変形した制御ブロック図である。FIG. 6A is a control block diagram in which the control block diagram shown in FIG. 4A is deformed while leaving a disturbance torque. 図6Bは、図6Aに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 6B is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6A. 図6Cは、図6Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 6C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6B. 図6Dは、図6Cに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 6D is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6C.

本開示のモータ駆動装置の第1の態様は、モータを駆動するモータ駆動装置であって、制御指令からトルク指令を生成するモータ制御部と、モータに接続される負荷の特性及びトルク指令に基づいて模擬トルク指令を生成することによって、負荷の特性を模擬する負荷特性模擬部と、模擬トルク指令に基づいてモータを制御するモータ駆動部とを備える。 The first aspect of the motor drive device of the present disclosure is a motor drive device that drives a motor, based on a motor control unit that generates a torque command from a control command, characteristics of a load connected to the motor, and a torque command. It includes a load characteristic simulation unit that simulates the load characteristics by generating a simulated torque command, and a motor drive unit that controls the motor based on the simulated torque command.

これにより、モータ駆動装置の駆動系及び負荷系のうち、駆動系において、モータ特性に実機を用いた場合に、モータの数学モデルを用いる従来の構成より精度のよいシミュレーションが可能となる。また副次的な効果として、このシミュレーションでは実際にモータが動作することで、シミュレーション結果として実機動作で生じうる音及び振動を再現できる。これにより、臨場感あふれるモータ駆動装置のシミュレーションを提供することができる。 As a result, among the drive system and the load system of the motor drive device, when the actual machine is used for the motor characteristics in the drive system, it is possible to perform a simulation with higher accuracy than the conventional configuration using the mathematical model of the motor. As a secondary effect, in this simulation, the actual operation of the motor makes it possible to reproduce the sounds and vibrations that can occur in the actual operation as a result of the simulation. This makes it possible to provide a simulation of a motor drive device with a sense of realism.

本開示のモータ駆動装置の第2の態様において、負荷特性模擬部は、負荷の特性として剛体特性を模擬する係数を有し、トルク指令に係数を乗算することで模擬トルク指令を生成する。 In the second aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit has a coefficient for simulating a rigid body characteristic as a load characteristic, and generates a simulated torque command by multiplying the torque command by the coefficient.

これにより、この係数を変化させることで、負荷系を剛体とみなしたときの負荷イナーシャを模擬的に変化させるシミュレーションが可能となる。 As a result, by changing this coefficient, it is possible to perform a simulation in which the load inertia when the load system is regarded as a rigid body is simulated.

本開示のモータ駆動装置の第3の態様において、負荷特性模擬部は、共振周波数、反共振周波数、共振減衰比及び反共振減衰比の少なくとも一つをパラメータに持つ共振特性を模擬する2次フィルタを含む。 In the third aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit is a secondary filter that simulates a resonance characteristic having at least one of a resonance frequency, an antiresonance frequency, a resonance attenuation ratio, and an antiresonance attenuation ratio as parameters. including.

これにより、2慣性系の特性を持つ負荷系のシミュレーションが可能となる。 This makes it possible to simulate a load system having the characteristics of a two-inertial system.

本開示のモータ駆動装置の第4の態様において、負荷特性模擬部は、直列結合された複数の2次フィルタを含む。 In the fourth aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit includes a plurality of quadratic filters connected in series.

これにより、3慣性系またはそれ以上の多慣性系の特性を持つ負荷系のシミュレーションが可能となる。 This makes it possible to simulate a load system having the characteristics of a multi-inertial system of three or more inertial systems.

本開示のモータ駆動装置の第5の態様において、負荷特性模擬部は、負荷の特性及びトルク指令と、外乱トルクを模擬した模擬外乱トルクとに基づいて模擬トルク指令を生成する。 In the fifth aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit generates a simulated torque command based on the load characteristic and the torque command and the simulated disturbance torque simulating the disturbance torque.

これにより、偏荷重、及び、動摩擦、粘性摩擦などの摩擦特性といった外乱トルクを模擬したシミュレーションが可能となる。 This makes it possible to simulate eccentric load and disturbance torque such as friction characteristics such as dynamic friction and viscous friction.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序等は、一例であって、本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. It should be noted that all of the embodiments described below show a specific example of the present disclosure. Therefore, the numerical values, the components, the arrangement and connection form of the components, the steps and the order of the steps, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Therefore, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept of the present disclosure will be described as arbitrary components.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Further, each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. In each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted or simplified.

(実施の形態1)
実施の形態1に係るモータ駆動装置について図1を用いて説明する。
(Embodiment 1)
The motor drive device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図1は、実施の形態1に係るモータ駆動装置1の制御ブロック図である。なお、図1には、モータ駆動装置1に接続されたモータ2及び検出器3も併せて示されている。 FIG. 1 is a control block diagram of the motor drive device 1 according to the first embodiment. Note that FIG. 1 also shows the motor 2 and the detector 3 connected to the motor drive device 1.

図1に示されるように、モータ駆動装置1は、モータ制御部13と、負荷特性模擬部15と、モータ駆動部17とを備える。 As shown in FIG. 1, the motor drive device 1 includes a motor control unit 13, a load characteristic simulation unit 15, and a motor drive unit 17.

モータ制御部13は、制御指令11からトルク指令14を生成する制御部である。制御指令11はモータの回転を制御する指令値である。トルク指令14は、負荷装置が接続されたように模擬したモータを回転させるためのトルクを示す指令値である。本実施の形態では、モータ制御部13は、制御指令11と、モータ2に接続された検出器3からのフィードバック値12とに基づいてトルク指令14を生成する。モータ制御部13において用いられる制御の構成は、特に限定されない。例えば、一般的なPID(Proportional−Integral−Differential)制御に代表されるフィードバック制御、制御指令11を入力とするフィードフォワード制御、これらを組み合わせた複合制御などを用いてもよい。また、位置制御においては、例えば速度制御を内包したカスケード制御などを用いてもよい。 The motor control unit 13 is a control unit that generates a torque command 14 from a control command 11. The control command 11 is a command value for controlling the rotation of the motor. The torque command 14 is a command value indicating a torque for rotating a motor simulated as if a load device is connected. In the present embodiment, the motor control unit 13 generates the torque command 14 based on the control command 11 and the feedback value 12 from the detector 3 connected to the motor 2. The control configuration used in the motor control unit 13 is not particularly limited. For example, feedback control typified by general PID (Proportional-Integral-Differential) control, feedforward control with control command 11 as an input, combined control combining these, and the like may be used. Further, in the position control, for example, cascade control including speed control may be used.

検出器3は、モータ2の状態を検出する計測機器である。検出器3としては、モータ2の位置情報を検出するエンコーダ、レゾルバなどの計測機器、又はモータ2の速度情報を検出するタコジェネレータなどの計測機器を用いることができる。 The detector 3 is a measuring device that detects the state of the motor 2. As the detector 3, a measuring device such as an encoder or a resolver that detects the position information of the motor 2 or a measuring device such as a tacho generator that detects the speed information of the motor 2 can be used.

なお、制御指令11は外部から与えても、モータ駆動装置1内で生成してもよい。フィードバック値12は、モータ2の状態を示す値であれば特に限定されない。フィードバック値12は、例えば、エンコーダ、レゾルバなどからなる検出器3を用いた場合に得られる位置情報、又は、タコジェネレータなどからなる検出器3を用いた場合に得られる速度情報が用いられる。 The control command 11 may be given from the outside or generated in the motor drive device 1. The feedback value 12 is not particularly limited as long as it is a value indicating the state of the motor 2. As the feedback value 12, for example, position information obtained when a detector 3 made of an encoder, a resolver or the like is used, or speed information obtained when a detector 3 made of a tacho generator or the like is used is used.

負荷特性模擬部15は、モータ2に接続される負荷の特性を模擬する処理部である。負荷特性模擬部15は、負荷の特性及びトルク指令14に基づいて模擬トルク指令16を生成する。模擬トルク指令16は、負荷が接続されている場合の動作をモータ2に模擬させる指令値である。本実施の形態では、負荷特性模擬部15は、負荷の特性として剛体特性を模擬する係数を有し、トルク指令に係数を乗算することで模擬トルク指令を生成する。 The load characteristic simulation unit 15 is a processing unit that simulates the characteristics of the load connected to the motor 2. The load characteristic simulation unit 15 generates a simulated torque command 16 based on the load characteristics and the torque command 14. The simulated torque command 16 is a command value that causes the motor 2 to simulate the operation when a load is connected. In the present embodiment, the load characteristic simulation unit 15 has a coefficient that simulates a rigid body characteristic as a load characteristic, and generates a simulated torque command by multiplying the torque command by the coefficient.

モータ駆動部17は、模擬トルク指令16に基づいて、モータ2を制御する駆動部である。モータ駆動部17は、模擬トルク指令通りのトルクをモータ2が出力するように電流制御を行う。 The motor drive unit 17 is a drive unit that controls the motor 2 based on the simulated torque command 16. The motor drive unit 17 controls the current so that the motor 2 outputs the torque according to the simulated torque command.

モータ駆動部17として、一般的には模擬トルク指令16から計算される電流指令とモータ電流の検出値との比較を行う電流制御部と、その出力である電圧指令を実際のモータに印加するためのPWM(Pulse Width Modulaton)制御回路とからなることが多い。しかし、この形態にとらわれるものではなく模擬トルク指令16を受けてモータ2を制御するものであれば特に限定されない。 As the motor drive unit 17, a current control unit that generally compares the current command calculated from the simulated torque command 16 with the detected value of the motor current, and a voltage command that is the output thereof are applied to the actual motor. Often consists of a PWM (Pulse Width Modulato) control circuit. However, the motor 2 is not particularly limited as long as it is not limited to this form and controls the motor 2 in response to the simulated torque command 16.

次に、本実施の形態に係る負荷特性模擬部15の導出方法について図2〜図3Cを用いて説明する。 Next, a method of deriving the load characteristic simulating unit 15 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 3C.

図2は、実施の形態1に係るモータ駆動装置1の模擬対象であるモータ駆動装置10の制御ブロック図である。図2に示されるように、本実施の形態に係るモータ駆動装置1の模擬対象であるモータ駆動装置10には、モータ2及び負荷装置4が接続されている。 FIG. 2 is a control block diagram of the motor drive device 10 which is a simulated target of the motor drive device 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the motor 2 and the load device 4 are connected to the motor drive device 10, which is a simulated target of the motor drive device 1 according to the present embodiment.

図2に示される模擬対象であるモータ駆動装置10は、負荷特性模擬部15がない点において、図1に示されるモータ駆動装置1と相違する。モータ駆動装置10においては、トルク指令14に基づいてモータ駆動部17がモータ2を制御する。モータ2に実際の負荷装置4が接続されている。図2に示される状態におけるモータ2の動作を図1の構成でシミュレーションすることが本開示の目的となる。 The motor drive device 10 which is the simulated object shown in FIG. 2 is different from the motor drive device 1 shown in FIG. 1 in that the load characteristic simulating unit 15 is not provided. In the motor drive device 10, the motor drive unit 17 controls the motor 2 based on the torque command 14. The actual load device 4 is connected to the motor 2. It is an object of the present disclosure to simulate the operation of the motor 2 in the state shown in FIG. 2 with the configuration of FIG.

図3Aは、図2に示される構成において負荷装置4を剛体系と仮定した場合の制御ブロック図である。図3Bは、図3Aに示される制御ブロック図の演算順序を交換した構成を示す制御ブロック図である。図3Cは、図3Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。 FIG. 3A is a control block diagram in the case where the load device 4 is assumed to be a rigid system in the configuration shown in FIG. FIG. 3B is a control block diagram showing a configuration in which the calculation order of the control block diagram shown in FIG. 3A is exchanged. FIG. 3C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 3B.

図2に示されるモータ駆動部17及びモータ2は十分高速な応答特性を持つと仮定し、検出器3の出力をモータ速度とする。この場合、モータ駆動部17、モータ2及び検出器3は、図3Aに示されるようにモータイナーシャJmのみからなる剛体系としてモータ剛体特性演算部21の式で近似できる。モータ2と負荷装置4とが剛体結合されている場合、負荷イナーシャをJlとすれば、負荷装置4の特性は総イナーシャ比演算部41で代表できる。なお、図3Aに示される構成では、図2のモータ駆動部17が、モータ駆動装置1Aの外部のモータ2及び検出器3とともに剛体系を形成している。このため、モータ駆動装置1Aは、モータ制御部13だけを備え、モータ駆動部17を備えない。 It is assumed that the motor drive unit 17 and the motor 2 shown in FIG. 2 have sufficiently high response characteristics, and the output of the detector 3 is taken as the motor speed. In this case, the motor drive unit 17, the motor 2 and the detector 3 can be approximated by the equation of the motor rigid body characteristic calculation unit 21 as a rigid system consisting of only the motor inertia Jm as shown in FIG. 3A. When the motor 2 and the load device 4 are rigidly coupled, if the load inertia is Jl, the characteristics of the load device 4 can be represented by the total inertia ratio calculation unit 41. In the configuration shown in FIG. 3A, the motor drive unit 17 of FIG. 2 forms a rigid system together with the motor 2 and the detector 3 outside the motor drive device 1A. Therefore, the motor drive device 1A includes only the motor control unit 13 and does not include the motor drive unit 17.

図3Aの制御ブロック図上で演算順序は交換可能である。したがって、負荷装置4の特性を代表する総イナーシャ比演算部41とモータ剛体特性演算部21との演算順序を交換し、総イナーシャ比演算部41をモータ駆動装置1Aに入れることができる。このように、総イナーシャ比演算部41をモータ駆動装置1Aに入れたモータ駆動装置1Bを用いる構成を図3Bに示す。 The operation order is interchangeable on the control block diagram of FIG. 3A. Therefore, the total inertia ratio calculation unit 41 representing the characteristics of the load device 4 and the motor rigid body characteristic calculation unit 21 can exchange the calculation order, and the total inertia ratio calculation unit 41 can be put into the motor drive device 1A. As described above, FIG. 3B shows a configuration using the motor drive device 1B in which the total inertia ratio calculation unit 41 is housed in the motor drive device 1A.

ここで、総イナーシャ比演算部41を負荷特性模擬部15とし、一旦近似したモータ剛体特性演算部21を元のモータ駆動部17とモータ2と検出器3とに戻すことで、図3Cに示されるように、図1に示される制御ブロック図と等価な制御ブロック図を得ることができる。 Here, the total inertia ratio calculation unit 41 is used as the load characteristic simulation unit 15, and the motor rigid body characteristic calculation unit 21 once approximated is returned to the original motor drive unit 17, the motor 2, and the detector 3, as shown in FIG. 3C. As a result, a control block diagram equivalent to the control block diagram shown in FIG. 1 can be obtained.

以上のように構成されたモータ駆動装置について、以下その動作及び作用を説明する。 The operation and operation of the motor drive device configured as described above will be described below.

モータ駆動装置が負荷特性模擬部15を備えない場合は、トルク指令14はモータ2単体のモータ剛体特性演算部21を駆動するのに必要な値となる。一方、本実施の形態に係るモータ駆動装置1のように負荷特性模擬部15を備える場合には、負荷特性模擬部15は、負荷装置4の特性として剛体特性を模擬する係数を有し、トルク指令に当該係数を乗算することで模擬トルク指令を生成する。より具体的には、負荷特性模擬部15は、トルク指令14に1未満の係数Jm/(Jm+Jl)を乗じた模擬トルク指令16として出力するため、模擬トルク指令16は、トルク指令14より小さな値となる。そのため、実際にはモータ2に負荷装置4が接続されていないにもかかわらず、あたかも負荷装置4が接続されているかのように、モータ2はゆっくり加速する。その結果、フィードバック値12の変化もゆっくりとなるため、モータ制御部13は制御指令11に追従すべくより大きなトルク指令14を出力することとなる。以上のように、モータ駆動装置1が負荷特性模擬部15を備えることにより、モータ駆動装置1にモータ2だけを接続した状態で、総イナーシャ比演算部41を持つ負荷装置4がモータ2に接続された場合の動作シミュレーションが可能となる。このため、上記係数を変化させることで、負荷系を剛体とみなしたときの負荷イナーシャを模擬的に変化させるシミュレーションが可能となる。したがって、図1に示される構成にて、制御指令11、フィードバック値12及びトルク指令14をそのまま観測することで、図2に示される構成における制御指令11、フィードバック値12及びトルク指令14と同等の値を観測できる。 When the motor drive device does not include the load characteristic simulation unit 15, the torque command 14 is a value required to drive the motor rigid body characteristic calculation unit 21 of the motor 2 alone. On the other hand, when the load characteristic simulating unit 15 is provided as in the motor drive device 1 according to the present embodiment, the load characteristic simulating unit 15 has a coefficient for simulating a rigid body characteristic as a characteristic of the load device 4, and has a torque. A simulated torque command is generated by multiplying the command by the coefficient. More specifically, since the load characteristic simulation unit 15 outputs as a simulated torque command 16 obtained by multiplying the torque command 14 by a coefficient Jm / (Jm + Jl) of less than 1, the simulated torque command 16 has a value smaller than that of the torque command 14. It becomes. Therefore, although the load device 4 is not actually connected to the motor 2, the motor 2 accelerates slowly as if the load device 4 is connected. As a result, the feedback value 12 also changes slowly, so that the motor control unit 13 outputs a larger torque command 14 in order to follow the control command 11. As described above, since the motor drive device 1 is provided with the load characteristic simulation unit 15, the load device 4 having the total inertia ratio calculation unit 41 is connected to the motor 2 in a state where only the motor 2 is connected to the motor drive device 1. It is possible to simulate the operation when this is done. Therefore, by changing the above coefficient, it is possible to perform a simulation in which the load inertia when the load system is regarded as a rigid body is simulated. Therefore, by observing the control command 11, the feedback value 12, and the torque command 14 as they are in the configuration shown in FIG. 1, they are equivalent to the control command 11, feedback value 12, and torque command 14 in the configuration shown in FIG. The value can be observed.

なお、特許文献1の構成と比較して、本実施の形態に係る構成の方がモータ駆動部17、モータ2及び検出器3として実機を用いた分だけ、より精度のよいシミュレーションが可能となる。 Compared with the configuration of Patent Document 1, the configuration according to the present embodiment enables more accurate simulation because the actual machine is used as the motor drive unit 17, the motor 2, and the detector 3. ..

以上のように、本実施の形態に係るモータ駆動装置1は、モータ2を駆動するモータ駆動装置1であって、制御指令11からトルク指令14を生成するモータ制御部13と、モータ2に接続される負荷の特性及びトルク指令14に基づいて模擬トルク指令16を生成することによって、負荷の特性を模擬する負荷特性模擬部15と、模擬トルク指令16に基づいてモータ2を制御するモータ駆動部17とを備える。 As described above, the motor drive device 1 according to the present embodiment is the motor drive device 1 that drives the motor 2, and is connected to the motor control unit 13 that generates the torque command 14 from the control command 11 and the motor 2. A load characteristic simulation unit 15 that simulates the load characteristics by generating a simulated torque command 16 based on the load characteristics and the torque command 14 to be performed, and a motor drive unit that controls the motor 2 based on the simulated torque command 16. 17 and is provided.

すなわち、本実施の形態に係るモータ駆動装置1は、負荷特性を模擬する負荷特性模擬部15から出力される模擬トルク指令に基づいてモータ2を駆動することで、モータ2に負荷装置4を接続した状態のシミュレーションを行うことができる。さらに、本実施の形態では、モータ駆動装置の駆動系及び負荷系のうち、駆動系においてモータ2の実機を用いることで、モータの数学モデルを用いる従来の構成より精度のよいシミュレーションが可能となる。 That is, the motor drive device 1 according to the present embodiment connects the load device 4 to the motor 2 by driving the motor 2 based on the simulated torque command output from the load characteristic simulation unit 15 that simulates the load characteristics. It is possible to perform a simulation of this state. Further, in the present embodiment, among the drive system and the load system of the motor drive device, by using the actual motor 2 in the drive system, it is possible to perform a simulation with higher accuracy than the conventional configuration using the mathematical model of the motor. ..

なお、モータ駆動部の制御は、通常モータ制御部の演算より高速で行なわれる。このため、これをソフトウェアブロックのシミュレーションモデルで実現するための計算負荷は膨大となる。したがって、評価装置のコストアップにつながる。また、駆動系及びモータ特性には、理論上近似が困難な非線形特性があり、実用的な精度でシミュレーションしきれない場合もある。これらのいずれの問題も、本実施の形態に係るモータ駆動装置1を用いれば解決し得る。 The control of the motor drive unit is usually performed at a higher speed than the calculation of the motor control unit. Therefore, the computational load for realizing this with the simulation model of the software block becomes enormous. Therefore, it leads to an increase in the cost of the evaluation device. In addition, the drive system and motor characteristics have non-linear characteristics that are theoretically difficult to approximate, and may not be able to be simulated with practical accuracy. Any of these problems can be solved by using the motor drive device 1 according to the present embodiment.

さらに、本実施の形態に係るモータ駆動装置1にモータ2の実機を接続する場合には、実際にモータ2が動作する。このため、シミュレーション結果として実機動作で生じうる音、振動などを再現できる。したがって、臨場感あふれるモータ駆動装置1のシミュレーションを提供することができる。このようなモータ駆動装置1をさまざまな機能のデモ装置、ゲイン調整のトレーニング装置などとして用いることで、より現場での作業に即した対応を学ぶことができる。 Further, when the actual machine of the motor 2 is connected to the motor drive device 1 according to the present embodiment, the motor 2 actually operates. Therefore, as a simulation result, it is possible to reproduce sounds, vibrations, and the like that may occur in actual machine operation. Therefore, it is possible to provide a simulation of the motor drive device 1 having a sense of reality. By using such a motor drive device 1 as a demonstration device for various functions, a training device for gain adjustment, and the like, it is possible to learn how to respond to work in the field.

(実施の形態2)
実施の形態2に係るモータ駆動装置について説明する。本実施の形態に係るモータ駆動装置は、負荷装置を2慣性系と仮定する点において実施の形態1に係るモータ駆動装置と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係るモータ駆動装置について、実施の形態1に係るモータ駆動装置1との相違点を中心に図4A〜図4Dを用いて説明する。
(Embodiment 2)
The motor drive device according to the second embodiment will be described. The motor drive device according to the present embodiment is different from the motor drive device according to the first embodiment in that the load device is assumed to be a two-inertial system, and is the same in other respects. Hereinafter, the motor drive device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4D, focusing on the differences from the motor drive device 1 according to the first embodiment.

図4Aは、図2に示される構成において負荷装置4を2慣性系と仮定した場合の制御ブロック図である。図4Bは、図4Aに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。図4Cは、図4Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。図4Dは、実施の形態2に係るモータ駆動装置101の制御ブロック図である。 FIG. 4A is a control block diagram in the case where the load device 4 is assumed to be a two inertial system in the configuration shown in FIG. FIG. 4B is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 4A. FIG. 4C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 4B. FIG. 4D is a control block diagram of the motor drive device 101 according to the second embodiment.

図4Aに示される制御ブロック図は、図3Aに示される制御ブロック図と同じ前提のもとに、モータ駆動部17、モータ2及び検出器3をモータ剛体特性演算部21で近似している。図4Aに示されるように、2慣性系ではモータ剛体特性演算部21への入力がトルク指令14そのものでなく、トルク指令14からねじれトルク42を減算したものとなる。ねじれトルク42は、ダンパ係数D及びばね係数Kで近似することによって模擬したシャフト特性演算部44を用いて得られる値である。ねじれトルク42は、モータ速度であるフィードバック値12と負荷装置4側の負荷速度43との差を、シャフト特性演算部44に入力した場合に得られるシャフト特性演算部44の出力である。ここで、負荷速度43は、ねじれトルク42から外乱トルク45を減算した結果を、負荷イナーシャJlを持つ負荷剛体特性演算部46に入力した場合に得られる負荷剛体特性演算部46の出力である。 The control block diagram shown in FIG. 4A approximates the motor drive unit 17, the motor 2 and the detector 3 by the motor rigid body characteristic calculation unit 21 based on the same premise as the control block diagram shown in FIG. 3A. As shown in FIG. 4A, in the bi-inertial system, the input to the motor rigid body characteristic calculation unit 21 is not the torque command 14 itself, but the torque command 14 minus the torsional torque 42. The torsional torque 42 is a value obtained by using the shaft characteristic calculation unit 44 simulated by approximating with the damper coefficient D and the spring coefficient K. The torsional torque 42 is an output of the shaft characteristic calculation unit 44 obtained when the difference between the feedback value 12 which is the motor speed and the load speed 43 on the load device 4 side is input to the shaft characteristic calculation unit 44. Here, the load speed 43 is an output of the load rigid body characteristic calculation unit 46 obtained when the result of subtracting the disturbance torque 45 from the torsional torque 42 is input to the load rigid body characteristic calculation unit 46 having the load inertia Jl.

図4Aに示される制御ブロック図で外乱トルク45を0として変形すると、トルク指令14を入力とするモータ剛体特性演算部21と、その出力からモータ速度であるフィードバック値12までの共振特性を表す2次フィルタ47の第1伝達関数、負荷装置側の負荷速度43までの共振特性を表す2次フィルタ48の第2伝達関数からなる、図4Bの制御ブロック図が導き出される。図4Bの共振周波数ω、反共振周波数ω、共振減衰比ζ及び反共振減衰比ζは、シャフト特性演算部44のダンパ係数D及びバネ係数K、並びに、モータイナーシャJm及び負荷イナーシャJlから、下式で表される。When the disturbance torque 45 is transformed to 0 in the control block diagram shown in FIG. 4A, the motor rigid body characteristic calculation unit 21 that inputs the torque command 14 and the resonance characteristics from the output to the feedback value 12 that is the motor speed are represented. The control block diagram of FIG. 4B is derived, which comprises the first transfer function of the secondary filter 47 and the second transfer function of the secondary filter 48 representing the resonance characteristics up to the load speed 43 on the load device side. The resonance frequency ω p , the anti-resonance frequency ω z , the resonance attenuation ratio ζ p, and the anti-resonance attenuation ratio ζ z in FIG. 4B are the damper coefficient D and the spring coefficient K of the shaft characteristic calculation unit 44, and the motor inertia Jm and the load inertia. From Jl, it is expressed by the following formula.

Figure 2019188154
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ここで、図4Bに示される負荷速度43の推定は差し当たって不要なため、図4Bに示される制御ブロック図から2次フィルタ48(つまり、第2伝達関数で表されるフィルタ)を取り除く。さらに、2次フィルタ47(つまり、第1伝達関数で表されるフィルタ)をモータ駆動装置1A内に移動する。これによって、図4Cに示されるように、制御ブロック図は、モータ制御部13及び2次フィルタ47を備えるモータ駆動装置101Cと、モータ剛体特性演算部21とを用いて表される。 Here, since the estimation of the load speed 43 shown in FIG. 4B is unnecessary for the time being, the quadratic filter 48 (that is, the filter represented by the second transfer function) is removed from the control block diagram shown in FIG. 4B. Further, the secondary filter 47 (that is, the filter represented by the first transfer function) is moved into the motor drive device 1A. Thereby, as shown in FIG. 4C, the control block diagram is represented by using the motor drive device 101C including the motor control unit 13 and the secondary filter 47, and the motor rigid body characteristic calculation unit 21.

最終的に、2次フィルタ47を負荷特性模擬部115として、モータ剛体特性演算部21を元のモータ駆動部17とモータ2と検出器3とに戻す。これによって、図1に示される制御ブロック図と同様の構成を有する図4Dに示される制御ブロック図が得られる。図4Dに示されるモータ駆動装置101は、負荷特性模擬部115の演算式において実施の形態1に係るモータ駆動装置1と相違し、その他の点において一致する。 Finally, the secondary filter 47 is used as the load characteristic simulating unit 115, and the motor rigid body characteristic calculation unit 21 is returned to the original motor drive unit 17, the motor 2, and the detector 3. As a result, the control block diagram shown in FIG. 4D having the same configuration as the control block diagram shown in FIG. 1 is obtained. The motor drive device 101 shown in FIG. 4D is different from the motor drive device 1 according to the first embodiment in the calculation formula of the load characteristic simulation unit 115, and is in agreement in other respects.

以上のように構成されたモータ駆動装置101について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and operation of the motor drive device 101 configured as described above will be described below.

負荷特性模擬部115は、周波数特性として、共振周波数ωにおいて共振減衰比ζに応じたピークを持ち、反共振周波数ωにおいて反共振減衰比ζに応じたディップを持つ。そのため、模擬トルク指令16もトルク指令14の共振周波数ω成分が増幅され、反共振周波数ω成分が減衰した値となる。これにより、実際にはモータ2単体しか接続されていないにもかかわらず、あたかも負荷装置4が接続されているかのようにフィードバック値12に共振周波数の振動が発生する。これに対応するため、モータ制御部13は通常反共振周波数ω以下に応答性が制限される。以上のように、本実施の形態に係る負荷特性模擬部115は、共振周波数ω、反共振周波数ω、共振減衰比ζ及び反共振減衰比ζの少なくとも一つをパラメータに持つ共振特性を模擬する2次フィルタを含む。モータ駆動装置101が、このような負荷特性模擬部115を備えることにより、モータ駆動装置101にモータ2だけを接続した状態で、図2に示される構成において、2慣性系の特性を持つ負荷装置4が接続された場合のシミュレーションが可能となる。したがって、図4Dの構成にて、制御指令11、フィードバック値12及びトルク指令14をそのまま観測することで、図2に示される構成における制御指令11、フィードバック値12及びトルク指令14と同等の値を観測できる。As a frequency characteristic, the load characteristic simulating unit 115 has a peak corresponding to the resonance attenuation ratio ζ p at the resonance frequency ω p and a dip corresponding to the antiresonance attenuation ratio ζ z at the antiresonance frequency ω z. Therefore, the simulated torque command 16 also has a value in which the resonance frequency ω p component of the torque command 14 is amplified and the anti-resonance frequency ω z component is attenuated. As a result, even though only the motor 2 is actually connected, vibration of the resonance frequency is generated in the feedback value 12 as if the load device 4 is connected. In order to cope with this, the responsiveness of the motor control unit 13 is usually limited to the anti-resonance frequency ω z or less. As described above, the load characteristic simulation unit 115 according to the present embodiment has resonance having at least one of a resonance frequency ω p , an anti-resonance frequency ω z , a resonance attenuation ratio ζ p, and an anti-resonance attenuation ratio ζ z as parameters. Includes a quadratic filter that simulates the characteristics. When the motor drive device 101 is provided with such a load characteristic simulation unit 115, the load device has the characteristics of a two-inertial system in the configuration shown in FIG. 2 in a state where only the motor 2 is connected to the motor drive device 101. Simulation is possible when 4 is connected. Therefore, by observing the control command 11, the feedback value 12, and the torque command 14 as they are in the configuration of FIG. 4D, the values equivalent to the control command 11, the feedback value 12, and the torque command 14 in the configuration shown in FIG. 2 can be obtained. It can be observed.

なお、2慣性系だけでなく、3慣性系及びそれ以上の多慣性系の特性を持つ負荷装置4を用いる場合においても、同様の式変形で、直列結合された複数の2次フィルタを含む負荷特性模擬部を得られる。このような負荷特性模擬部を備えるモータ駆動装置を用いることで、3慣性系及びそれ以上の多慣性系の特性のような複雑な共振特性を持つ負荷装置4をモータ2に接続した場合のシミュレーションが可能となる。 When a load device 4 having the characteristics of a three-inertial frame and a multi-inertial frame of reference or more is used as well as a two-inertial frame, a load including a plurality of quadratic filters connected in series with the same equation modification. A characteristic simulation part can be obtained. By using a motor drive device provided with such a load characteristic simulation unit, a simulation when a load device 4 having complicated resonance characteristics such as characteristics of a three-inertial system and a multi-inertial system having more than three inertial systems is connected to the motor 2. Is possible.

(実施の形態3)
実施の形態3に係るモータ駆動装置について説明する。本実施の形態に係るモータ駆動装置は、負荷特性模擬部が模擬外乱トルクを受け付けることができる点において、実施の形態2に係るモータ駆動装置101と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係るモータ駆動装置について、実施の形態2に係るモータ駆動装置101との相違点を中心に図5〜図6Dを用いて説明する。
(Embodiment 3)
The motor drive device according to the third embodiment will be described. The motor drive device according to the present embodiment is different from the motor drive device 101 according to the second embodiment in that the load characteristic simulating unit can receive the simulated disturbance torque, and is the same in other respects. Hereinafter, the motor drive device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 6D, focusing on the differences from the motor drive device 101 according to the second embodiment.

図5は、実施の形態3に係るモータ駆動装置201の制御ブロック図である。図6Aは、図4Aに示される制御ブロック図において外乱トルク45を残して変形した制御ブロック図である。図6Bは、図6Aに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。図6Cは、図6Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。図6Dは、図6Cに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。 FIG. 5 is a control block diagram of the motor drive device 201 according to the third embodiment. FIG. 6A is a modified control block diagram in which the disturbance torque 45 is left in the control block diagram shown in FIG. 4A. FIG. 6B is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6A. FIG. 6C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6B. FIG. 6D is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6C.

図5に示されるように、本実施の形態に係るモータ駆動装置201は、実施の形態2に係るモータ駆動装置101と同様に、モータ制御部13と、負荷特性模擬部215と、モータ駆動部17とを備える。図5に示されるように、本実施の形態に係るモータ駆動装置201は、負荷特性模擬部215が模擬外乱トルク18の入力を受け付ける点において、実施の形態2に係るモータ駆動装置101と相違し、その他の点において一致する。 As shown in FIG. 5, the motor drive device 201 according to the present embodiment has the motor control unit 13, the load characteristic simulation unit 215, and the motor drive unit, similarly to the motor drive device 101 according to the second embodiment. It is provided with 17. As shown in FIG. 5, the motor drive device 201 according to the present embodiment is different from the motor drive device 101 according to the second embodiment in that the load characteristic simulating unit 215 receives the input of the simulated disturbance torque 18. , In other respects.

この制御ブロック図の導出のために、実施の形態2で図4Aから図4Bへの変形時に省略した外乱トルク45をそのまま残して変形すると、第3伝達関数で表される2次フィルタ49と第4伝達関数で表される2次フィルタ50とを加えた図6Aに示される制御ブロック図のようになる。ここで負荷速度43の推定は差し当たって必要ないので、第2伝達関数で表される2次フィルタ48と、第4伝達関数で表される2次フィルタ50を削除すると、図6Bに示される制御ブロック図が得られる。図6Bに示される制御ブロック図において、上述の各実施の形態と同様にモータ剛体特性演算部21を残して、他のブロックをモータ駆動装置1A内に移動する。これにより、図6Cに示されるように、制御ブロック図は、モータ制御部13及び2次フィルタ47及び49を備えるモータ駆動装置201Cと、モータ剛体特性演算部21とを用いて表される。続いて、近似であるモータ剛体特性演算部21を元のモータ駆動部17とモータ2と検出器3とに戻し、外乱トルク45をモータ駆動装置201内部で生成する模擬外乱トルク18とすることで、図5と等価なブロック図6Dが得られる。図6Dに示されるように、本実施の形態に係るモータ駆動装置201の負荷特性模擬部215は、2次フィルタ47及び49を含む。 In order to derive this control block diagram, if the disturbance torque 45 omitted during the transformation from FIG. 4A to FIG. 4B in the second embodiment is left as it is and deformed, the quadratic filter 49 and the second filter represented by the third transfer function are deformed. The control block diagram shown in FIG. 6A with the addition of the quadratic filter 50 represented by the four transfer functions is obtained. Since the estimation of the load speed 43 is not necessary for the time being, if the quadratic filter 48 represented by the second transfer function and the quadratic filter 50 represented by the fourth transfer function are deleted, it is shown in FIG. 6B. A control block diagram is obtained. In the control block diagram shown in FIG. 6B, the other blocks are moved into the motor drive device 1A, leaving the motor rigid body characteristic calculation unit 21 as in each of the above-described embodiments. Thereby, as shown in FIG. 6C, the control block diagram is represented by using the motor drive device 201C including the motor control unit 13 and the secondary filters 47 and 49, and the motor rigid body characteristic calculation unit 21. Subsequently, the approximate motor rigid body characteristic calculation unit 21 is returned to the original motor drive unit 17, the motor 2, and the detector 3, and the disturbance torque 45 is set to the simulated disturbance torque 18 generated inside the motor drive device 201. , A block diagram 6D equivalent to FIG. 5 is obtained. As shown in FIG. 6D, the load characteristic simulating unit 215 of the motor drive device 201 according to the present embodiment includes the secondary filters 47 and 49.

以上のように、本実施の形態に係るモータ駆動装置201においては、負荷装置4の特性及びトルク指令14と、外乱トルクを模擬した模擬外乱トルク18とに基づいて模擬トルク指令16を生成する。このため、実機における外乱トルク45の影響をシミュレーションできる。 As described above, in the motor drive device 201 according to the present embodiment, the simulated torque command 16 is generated based on the characteristics of the load device 4 and the torque command 14 and the simulated disturbance torque 18 simulating the disturbance torque. Therefore, the influence of the disturbance torque 45 on the actual machine can be simulated.

(変形例など)
以上、本開示に係るモータ駆動装置について、各実施の形態に基づいて説明した。しかし、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
(Modification example, etc.)
The motor drive device according to the present disclosure has been described above based on each embodiment. However, the present disclosure is not limited to the above embodiment.

例えば、本開示に係るモータ駆動装置の駆動対象は、回転モータに限定されるものではなく、リニアモータにおいても回転系の単位を直動系に置き換えるだけで適用できる。また、検出器をモータ2だけでなく、負荷装置4にも取り付けて、負荷の位置及び速度情報をフィードバック値12に加えるフルクローズ制御構成としても、さほど大きな変更を必要とせずに、モータ駆動装置のシミュレーションは可能である。 For example, the drive target of the motor drive device according to the present disclosure is not limited to the rotary motor, and can be applied to the linear motor only by replacing the unit of the rotary system with the linear motion system. Further, even in a fully closed control configuration in which the detector is attached not only to the motor 2 but also to the load device 4 and the position and speed information of the load is added to the feedback value 12, the motor drive device does not require a large change. Simulation is possible.

また、検出器3の特性がシミュレーション用と実機用とで異なる場合に、それらの特性差を負荷特性模擬部15に取り込むことも可能である。 Further, when the characteristics of the detector 3 are different between those for simulation and those for the actual machine, it is also possible to incorporate the difference in characteristics into the load characteristic simulation unit 15.

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。 In addition, it is realized by applying various modifications to each embodiment that can be conceived by those skilled in the art, or by arbitrarily combining the components and functions of each embodiment without departing from the spirit of the present disclosure. Also included in this disclosure.

本開示に係るモータ駆動装置は、負荷特性を模擬できるシミュレーション用のモータ駆動装置として利用できる。 The motor drive device according to the present disclosure can be used as a motor drive device for simulation that can simulate load characteristics.

本開示に係るモータ駆動装置は、臨場感あふれるシミュレーションが可能であるため、さまざまな機能のデモ装置、ゲイン調整のトレーニング装置などとして特に有用である。 The motor drive device according to the present disclosure is particularly useful as a demonstration device for various functions, a training device for gain adjustment, and the like because it enables realistic simulation.

本開示に係るモータ駆動装置の負荷特性模擬部は、負荷装置のさまざまな特性を模擬できる。したがって、負荷装置を接続しないと動作しない機能をテストする場合などに有用である。また、周波数特性測定機能などで負荷装置の特性を測定できたなら、実際の装置がある場所から遠く離れた遠隔地でモータとモータ駆動装置だけでシミュレーションを行い、最適な調整結果を実機に適用するといったアプローチも可能となる。したがって、車載装置の分野及び産業分野において、さまざまな応用が考えられる。 The load characteristic simulation unit of the motor drive device according to the present disclosure can simulate various characteristics of the load device. Therefore, it is useful when testing a function that does not operate unless a load device is connected. Also, if the characteristics of the load device can be measured with the frequency characteristic measurement function, etc., a simulation is performed only with the motor and the motor drive device at a remote location far from the actual device, and the optimum adjustment result is applied to the actual machine. An approach such as doing is also possible. Therefore, various applications can be considered in the fields of in-vehicle devices and industrial fields.

1、1A、1B、10、101、101C、201、201C モータ駆動装置
2 モータ
3 検出器
4 負荷装置
11 制御指令
12 フィードバック値
13 モータ制御部
14 トルク指令
15、115、215 負荷特性模擬部
16 模擬トルク指令
17 モータ駆動部
18 模擬外乱トルク
21 モータ剛体特性演算部
41 総イナーシャ比演算部
42 ねじれトルク
43 負荷速度
44 シャフト特性演算部
45 外乱トルク
46 負荷剛体特性演算部
47、48、49、50 2次フィルタ
1, 1A, 1B, 10, 101, 101C, 201, 201C Motor drive 2 Motor 3 Detector 4 Load device 11 Control command 12 Feedback value 13 Motor control unit 14 Torque command 15, 115, 215 Load characteristic simulation unit 16 Simulation Torque command 17 Motor drive unit 18 Simulated disturbance torque 21 Motor rigid body characteristic calculation unit 41 Total inertia ratio calculation unit 42 Torque torque 43 Load speed 44 Shaft characteristic calculation unit 45 Disturbance torque 46 Load rigid body characteristic calculation unit 47, 48, 49, 50 2 Next filter

本開示は、モータ駆動装置に関する。 The present disclosure relates to a motor drive device.

近年、HILS(Hardware−In−the−Loop−Simulation)と呼ばれる、実機を仮想的に再現した環境で実機コントローラの開発を行なう手法の適用例が、車載装置の分野で増えてきている。産業分野でも、負荷装置及びサーボモータとこれを制御するモータ駆動装置とからなるモータ駆動システムのシミュレーションにおいて、一部に実機を用いて実現するものがある(例えば、特許文献1を参照)。 In recent years, application examples of a method called HILS (Hardware-In-the-Loop-Simulation) for developing an actual controller in an environment that virtually reproduces an actual machine are increasing in the field of in-vehicle devices. In the industrial field as well, in the simulation of a motor drive system including a load device and a servomotor and a motor drive device for controlling the load device, there is a simulation of a motor drive system partially realized by using an actual machine (see, for example, Patent Document 1).

従来の構成では、負荷系と駆動系と制御系とを有するモータ駆動システムのうち、負荷系及び駆動系に対する数学モデルに制御系の実機の出力を入力して、数学モデルの出力を制御系の実機に入力する。これにより、すべてをシミュレーションモデルで実現する場合と比べて、より正確なシミュレーションを実現しようとしている。 In the conventional configuration, among the motor drive systems having a load system, a drive system, and a control system, the output of the actual control system is input to the mathematical model for the load system and the drive system, and the output of the mathematical model is the control system. Input to the actual machine. As a result, we are trying to realize a more accurate simulation than when everything is realized by a simulation model.

この構成では、モータ駆動装置の駆動系、及び、モータ、軸、負荷装置などの実機の多くが不要である。よって、モータ駆動装置単体でのシミュレーションも可能となる。しかしながら、この構成では、駆動系及び負荷系のシミュレーションの精度は、ソフトウェアブロックにおけるシミュレーションモデルの精度に依存してしまう。 In this configuration, the drive system of the motor drive device and many of the actual machines such as the motor, the shaft, and the load device are unnecessary. Therefore, it is possible to perform a simulation of the motor drive device alone. However, in this configuration, the accuracy of the drive system and load system simulation depends on the accuracy of the simulation model in the software block.

この構成には実際に電流が流れる駆動系、及び、可動する負荷系が存在しないため、シミュレーション結果はソフトウェアブロックの内部情報が出力されるだけである。このため、実機動作で生じる音、振動などの情報が失われて、臨場感に欠けるという欠点がある。 Since there is no drive system in which current actually flows and a movable load system in this configuration, the simulation result only outputs the internal information of the software block. For this reason, there is a drawback that information such as sound and vibration generated in the actual operation is lost, and the sense of presence is lacking.

特開2001−290515号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-290515

本開示は、このような従来の問題を解決する。本開示は、シミュレーションの精度を向上させつつ、より臨場感あふれる負荷特性シミュレーション機能を備えた、モータ駆動装置を提供することを目的とする。 The present disclosure solves such conventional problems. An object of the present disclosure is to provide a motor drive device having a load characteristic simulation function with a more realistic feeling while improving the accuracy of simulation.

上記問題を解決するために、本開示に係るモータ駆動装置の一態様は、モータを駆動するモータ駆動装置であって、制御指令からトルク指令を生成するモータ制御部と、モータに接続される負荷の特性及びトルク指令に基づいて模擬トルク指令を生成することによって、負荷の特性を模擬する負荷特性模擬部と、模擬トルク指令に基づいてモータを制御するモータ駆動部とを備える。 In order to solve the above problem, one aspect of the motor drive device according to the present disclosure is a motor drive device that drives a motor, a motor control unit that generates a torque command from a control command, and a load connected to the motor. A load characteristic simulation unit that simulates load characteristics by generating a simulated torque command based on the characteristics and torque command of the above, and a motor drive unit that controls a motor based on the simulated torque command are provided.

このようなモータ駆動装置の駆動系及び負荷系のうち、駆動系において、モータの実機を用いることで、モータの数学モデルを用いる従来の構成より精度のよいシミュレーションが可能となる。このシミュレーションでは実際にモータが動作することで、シミュレーション結果として実機動作で生じうる音及び振動を再現できる。これにより、臨場感あふれるモータ駆動装置のシミュレーションを提供することができる。 Among the drive system and load system of such a motor drive device, by using the actual motor in the drive system, it is possible to perform a simulation with higher accuracy than the conventional configuration using the mathematical model of the motor. In this simulation, when the motor actually operates, the sound and vibration that can occur in the actual operation can be reproduced as the simulation result. This makes it possible to provide a simulation of a motor drive device with a sense of realism.

また、本開示のモータ駆動装置の一態様において、負荷特性模擬部は、負荷の特性として剛体特性を模擬する係数を有し、トルク指令に係数を乗算することで模擬トルク指令を生成してもよい。 Further, in one aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit has a coefficient for simulating a rigid body characteristic as a load characteristic, and even if the simulated torque command is generated by multiplying the torque command by the coefficient. Good.

また、本開示のモータ駆動装置の一態様において、負荷特性模擬部は、共振周波数、反共振周波数、共振減衰比及び反共振減衰比の少なくとも一つをパラメータに持つ共振特性を模擬する2次フィルタを含んでもよい。 Further, in one aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulation unit is a secondary filter that simulates a resonance characteristic having at least one of a resonance frequency, an antiresonance frequency, a resonance attenuation ratio, and an antiresonance attenuation ratio as parameters. May include.

また、本開示のモータ駆動装置の一態様において、負荷特性模擬部は、直列結合された複数の2次フィルタを含んでもよい。 Further, in one aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit may include a plurality of quadratic filters connected in series.

また、本開示のモータ駆動装置の一態様において、負荷特性模擬部は、負荷の特性及びトルク指令と、外乱トルクを模擬した模擬外乱トルクとに基づいて模擬トルク指令を生成してもよい。 Further, in one aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulation unit may generate a simulated torque command based on the load characteristic and the torque command and the simulated disturbance torque simulating the disturbance torque.

これらの各構成により、一般的な負荷系の多くを高い精度でシミュレーションすることができる。 With each of these configurations, many general load systems can be simulated with high accuracy.

本開示によれば、シミュレーションの精度を向上させつつ、より臨場感あふれる負荷特性シミュレーション機能を備えた、モータ駆動装置を提供できる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a motor drive device having a load characteristic simulation function with a more realistic feeling while improving the accuracy of the simulation.

図1は、実施の形態1に係るモータ駆動装置の制御ブロック図である。FIG. 1 is a control block diagram of the motor drive device according to the first embodiment. 図2は、実施の形態1に係るモータ駆動装置の模擬対象であるモータ駆動装置の制御ブロック図である。FIG. 2 is a control block diagram of a motor drive device which is a simulated target of the motor drive device according to the first embodiment. 図3Aは、図2に示される構成において負荷装置を剛体系と仮定した場合の制御ブロック図である。FIG. 3A is a control block diagram in the case where the load device is assumed to be a rigid system in the configuration shown in FIG. 図3Bは、図3Aに示される制御ブロック図の演算順序を交換した構成を示す制御ブロック図である。FIG. 3B is a control block diagram showing a configuration in which the calculation order of the control block diagram shown in FIG. 3A is exchanged. 図3Cは、図3Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 3C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 3B. 図4Aは、図2に示される構成において負荷装置を2慣性系と仮定した場合の制御ブロック図である。FIG. 4A is a control block diagram in the case where the load device is assumed to be a two inertial system in the configuration shown in FIG. 図4Bは、図4Aに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 4B is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 4A. 図4Cは、図4Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 4C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 4B. 図4Dは、実施の形態2に係るモータ駆動装置の制御ブロック図である。FIG. 4D is a control block diagram of the motor drive device according to the second embodiment. 図5は、実施の形態3に係るモータ駆動装置の制御ブロック図である。FIG. 5 is a control block diagram of the motor drive device according to the third embodiment. 図6Aは、図4Aに示される制御ブロック図において外乱トルクを残して変形した制御ブロック図である。FIG. 6A is a control block diagram in which the control block diagram shown in FIG. 4A is deformed while leaving a disturbance torque. 図6Bは、図6Aに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 6B is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6A. 図6Cは、図6Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 6C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6B. 図6Dは、図6Cに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。FIG. 6D is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6C.

本開示のモータ駆動装置の第1の態様は、モータを駆動するモータ駆動装置であって、制御指令からトルク指令を生成するモータ制御部と、モータに接続される負荷の特性及びトルク指令に基づいて模擬トルク指令を生成することによって、負荷の特性を模擬する負荷特性模擬部と、模擬トルク指令に基づいてモータを制御するモータ駆動部とを備える。 The first aspect of the motor drive device of the present disclosure is a motor drive device that drives a motor, based on a motor control unit that generates a torque command from a control command, characteristics of a load connected to the motor, and a torque command. It includes a load characteristic simulation unit that simulates the load characteristics by generating a simulated torque command, and a motor drive unit that controls the motor based on the simulated torque command.

これにより、モータ駆動装置の駆動系及び負荷系のうち、駆動系において、モータ特性に実機を用いた場合に、モータの数学モデルを用いる従来の構成より精度のよいシミュレーションが可能となる。また副次的な効果として、このシミュレーションでは実際にモータが動作することで、シミュレーション結果として実機動作で生じうる音及び振動を再現できる。これにより、臨場感あふれるモータ駆動装置のシミュレーションを提供することができる。 As a result, among the drive system and the load system of the motor drive device, when the actual machine is used for the motor characteristics in the drive system, it is possible to perform a simulation with higher accuracy than the conventional configuration using the mathematical model of the motor. As a secondary effect, in this simulation, the actual operation of the motor makes it possible to reproduce the sounds and vibrations that can occur in the actual operation as a result of the simulation. This makes it possible to provide a simulation of a motor drive device with a sense of realism.

本開示のモータ駆動装置の第2の態様において、負荷特性模擬部は、負荷の特性として剛体特性を模擬する係数を有し、トルク指令に係数を乗算することで模擬トルク指令を生成する。 In the second aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit has a coefficient for simulating a rigid body characteristic as a load characteristic, and generates a simulated torque command by multiplying the torque command by the coefficient.

これにより、この係数を変化させることで、負荷系を剛体とみなしたときの負荷イナーシャを模擬的に変化させるシミュレーションが可能となる。 As a result, by changing this coefficient, it is possible to perform a simulation in which the load inertia when the load system is regarded as a rigid body is simulated.

本開示のモータ駆動装置の第3の態様において、負荷特性模擬部は、共振周波数、反共振周波数、共振減衰比及び反共振減衰比の少なくとも一つをパラメータに持つ共振特性を模擬する2次フィルタを含む。 In the third aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit is a secondary filter that simulates a resonance characteristic having at least one of a resonance frequency, an antiresonance frequency, a resonance attenuation ratio, and an antiresonance attenuation ratio as parameters. including.

これにより、2慣性系の特性を持つ負荷系のシミュレーションが可能となる。 This makes it possible to simulate a load system having the characteristics of a two-inertial system.

本開示のモータ駆動装置の第4の態様において、負荷特性模擬部は、直列結合された複数の2次フィルタを含む。 In the fourth aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit includes a plurality of quadratic filters connected in series.

これにより、3慣性系またはそれ以上の多慣性系の特性を持つ負荷系のシミュレーションが可能となる。 This makes it possible to simulate a load system having the characteristics of a multi-inertial system of three or more inertial systems.

本開示のモータ駆動装置の第5の態様において、負荷特性模擬部は、負荷の特性及びトルク指令と、外乱トルクを模擬した模擬外乱トルクとに基づいて模擬トルク指令を生成する。 In the fifth aspect of the motor drive device of the present disclosure, the load characteristic simulating unit generates a simulated torque command based on the load characteristic and the torque command and the simulated disturbance torque simulating the disturbance torque.

これにより、偏荷重、及び、動摩擦、粘性摩擦などの摩擦特性といった外乱トルクを模擬したシミュレーションが可能となる。 This makes it possible to simulate eccentric load and disturbance torque such as friction characteristics such as dynamic friction and viscous friction.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序等は、一例であって、本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings. It should be noted that all of the embodiments described below show a specific example of the present disclosure. Therefore, the numerical values, the components, the arrangement and connection form of the components, the steps and the order of the steps, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Therefore, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept of the present disclosure will be described as arbitrary components.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。 Further, each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. In each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted or simplified.

(実施の形態1)
実施の形態1に係るモータ駆動装置について図1を用いて説明する。
(Embodiment 1)
The motor drive device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図1は、実施の形態1に係るモータ駆動装置1の制御ブロック図である。なお、図1には、モータ駆動装置1に接続されたモータ2及び検出器3も併せて示されている。 FIG. 1 is a control block diagram of the motor drive device 1 according to the first embodiment. Note that FIG. 1 also shows the motor 2 and the detector 3 connected to the motor drive device 1.

図1に示されるように、モータ駆動装置1は、モータ制御部13と、負荷特性模擬部15と、モータ駆動部17とを備える。 As shown in FIG. 1, the motor drive device 1 includes a motor control unit 13, a load characteristic simulation unit 15, and a motor drive unit 17.

モータ制御部13は、制御指令11からトルク指令14を生成する制御部である。制御指令11はモータの回転を制御する指令値である。トルク指令14は、負荷装置が接続されたように模擬したモータを回転させるためのトルクを示す指令値である。本実施の形態では、モータ制御部13は、制御指令11と、モータ2に接続された検出器3からのフィードバック値12とに基づいてトルク指令14を生成する。モータ制御部13において用いられる制御の構成は、特に限定されない。例えば、一般的なPID(Proportional−Integral−Differential)制御に代表されるフィードバック制御、制御指令11を入力とするフィードフォワード制御、これらを組み合わせた複合制御などを用いてもよい。また、位置制御においては、例えば速度制御を内包したカスケード制御などを用いてもよい。 The motor control unit 13 is a control unit that generates a torque command 14 from a control command 11. The control command 11 is a command value for controlling the rotation of the motor. The torque command 14 is a command value indicating a torque for rotating a motor simulated as if a load device is connected. In the present embodiment, the motor control unit 13 generates the torque command 14 based on the control command 11 and the feedback value 12 from the detector 3 connected to the motor 2. The control configuration used in the motor control unit 13 is not particularly limited. For example, feedback control typified by general PID (Proportional-Integral-Differential) control, feedforward control with control command 11 as an input, combined control combining these, and the like may be used. Further, in the position control, for example, cascade control including speed control may be used.

検出器3は、モータ2の状態を検出する計測機器である。検出器3としては、モータ2の位置情報を検出するエンコーダ、レゾルバなどの計測機器、又はモータ2の速度情報を検出するタコジェネレータなどの計測機器を用いることができる。 The detector 3 is a measuring device that detects the state of the motor 2. As the detector 3, a measuring device such as an encoder or a resolver that detects the position information of the motor 2 or a measuring device such as a tacho generator that detects the speed information of the motor 2 can be used.

なお、制御指令11は外部から与えても、モータ駆動装置1内で生成してもよい。フィードバック値12は、モータ2の状態を示す値であれば特に限定されない。フィードバック値12は、例えば、エンコーダ、レゾルバなどからなる検出器3を用いた場合に得られる位置情報、又は、タコジェネレータなどからなる検出器3を用いた場合に得られる速度情報が用いられる。 The control command 11 may be given from the outside or generated in the motor drive device 1. The feedback value 12 is not particularly limited as long as it is a value indicating the state of the motor 2. As the feedback value 12, for example, position information obtained when a detector 3 made of an encoder, a resolver or the like is used, or speed information obtained when a detector 3 made of a tacho generator or the like is used is used.

負荷特性模擬部15は、モータ2に接続される負荷の特性を模擬する処理部である。負荷特性模擬部15は、負荷の特性及びトルク指令14に基づいて模擬トルク指令16を生成する。模擬トルク指令16は、負荷が接続されている場合の動作をモータ2に模擬させる指令値である。本実施の形態では、負荷特性模擬部15は、負荷の特性として剛体特性を模擬する係数を有し、トルク指令に係数を乗算することで模擬トルク指令を生成する。 The load characteristic simulation unit 15 is a processing unit that simulates the characteristics of the load connected to the motor 2. The load characteristic simulation unit 15 generates a simulated torque command 16 based on the load characteristics and the torque command 14. The simulated torque command 16 is a command value that causes the motor 2 to simulate the operation when a load is connected. In the present embodiment, the load characteristic simulation unit 15 has a coefficient that simulates a rigid body characteristic as a load characteristic, and generates a simulated torque command by multiplying the torque command by the coefficient.

モータ駆動部17は、模擬トルク指令16に基づいて、モータ2を制御する駆動部である。モータ駆動部17は、模擬トルク指令通りのトルクをモータ2が出力するように電流制御を行う。 The motor drive unit 17 is a drive unit that controls the motor 2 based on the simulated torque command 16. The motor drive unit 17 controls the current so that the motor 2 outputs the torque according to the simulated torque command.

モータ駆動部17として、一般的には模擬トルク指令16から計算される電流指令とモータ電流の検出値との比較を行う電流制御部と、その出力である電圧指令を実際のモータに印加するためのPWM(Pulse Width Modulaton)制御回路とからなることが多い。しかし、この形態にとらわれるものではなく模擬トルク指令16を受けてモータ2を制御するものであれば特に限定されない。 As the motor drive unit 17, a current control unit that generally compares the current command calculated from the simulated torque command 16 with the detected value of the motor current, and a voltage command that is the output thereof are applied to the actual motor. Often consists of a PWM (Pulse Width Modulato) control circuit. However, the motor 2 is not particularly limited as long as it is not limited to this form and controls the motor 2 in response to the simulated torque command 16.

次に、本実施の形態に係る負荷特性模擬部15の導出方法について図2〜図3Cを用いて説明する。 Next, a method of deriving the load characteristic simulating unit 15 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 3C.

図2は、実施の形態1に係るモータ駆動装置1の模擬対象であるモータ駆動装置10の制御ブロック図である。図2に示されるように、本実施の形態に係るモータ駆動装置1の模擬対象であるモータ駆動装置10には、モータ2及び負荷装置4が接続されている。 FIG. 2 is a control block diagram of the motor drive device 10 which is a simulated target of the motor drive device 1 according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the motor 2 and the load device 4 are connected to the motor drive device 10, which is a simulated target of the motor drive device 1 according to the present embodiment.

図2に示される模擬対象であるモータ駆動装置10は、負荷特性模擬部15がない点において、図1に示されるモータ駆動装置1と相違する。モータ駆動装置10においては、トルク指令14に基づいてモータ駆動部17がモータ2を制御する。モータ2に実際の負荷装置4が接続されている。図2に示される状態におけるモータ2の動作を図1の構成でシミュレーションすることが本開示の目的となる。 The motor drive device 10 which is the simulated object shown in FIG. 2 is different from the motor drive device 1 shown in FIG. 1 in that the load characteristic simulating unit 15 is not provided. In the motor drive device 10, the motor drive unit 17 controls the motor 2 based on the torque command 14. The actual load device 4 is connected to the motor 2. It is an object of the present disclosure to simulate the operation of the motor 2 in the state shown in FIG. 2 with the configuration of FIG.

図3Aは、図2に示される構成において負荷装置4を剛体系と仮定した場合の制御ブロック図である。図3Bは、図3Aに示される制御ブロック図の演算順序を交換した構成を示す制御ブロック図である。図3Cは、図3Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。 FIG. 3A is a control block diagram in the case where the load device 4 is assumed to be a rigid system in the configuration shown in FIG. FIG. 3B is a control block diagram showing a configuration in which the calculation order of the control block diagram shown in FIG. 3A is exchanged. FIG. 3C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 3B.

図2に示されるモータ駆動部17及びモータ2は十分高速な応答特性を持つと仮定し、検出器3の出力をモータ速度とする。この場合、モータ駆動部17、モータ2及び検出器3は、図3Aに示されるようにモータイナーシャJmのみからなる剛体系としてモータ剛体特性演算部21の式で近似できる。モータ2と負荷装置4とが剛体結合されている場合、負荷イナーシャをJlとすれば、負荷装置4の特性は総イナーシャ比演算部41で代表できる。なお、図3Aに示される構成では、図2のモータ駆動部17が、モータ駆動装置1Aの外部のモータ2及び検出器3とともに剛体系を形成している。このため、モータ駆動装置1Aは、モータ制御部13だけを備え、モータ駆動部17を備えない。 It is assumed that the motor drive unit 17 and the motor 2 shown in FIG. 2 have sufficiently high response characteristics, and the output of the detector 3 is taken as the motor speed. In this case, the motor drive unit 17, the motor 2 and the detector 3 can be approximated by the equation of the motor rigid body characteristic calculation unit 21 as a rigid system consisting of only the motor inertia Jm as shown in FIG. 3A. When the motor 2 and the load device 4 are rigidly coupled, if the load inertia is Jl, the characteristics of the load device 4 can be represented by the total inertia ratio calculation unit 41. In the configuration shown in FIG. 3A, the motor drive unit 17 of FIG. 2 forms a rigid system together with the motor 2 and the detector 3 outside the motor drive device 1A. Therefore, the motor drive device 1A includes only the motor control unit 13 and does not include the motor drive unit 17.

図3Aの制御ブロック図上で演算順序は交換可能である。したがって、負荷装置4の特性を代表する総イナーシャ比演算部41とモータ剛体特性演算部21との演算順序を交換し、総イナーシャ比演算部41をモータ駆動装置1Aに入れることができる。このように、総イナーシャ比演算部41をモータ駆動装置1Aに入れたモータ駆動装置1Bを用いる構成を図3Bに示す。 The operation order is interchangeable on the control block diagram of FIG. 3A. Therefore, the total inertia ratio calculation unit 41 representing the characteristics of the load device 4 and the motor rigid body characteristic calculation unit 21 can exchange the calculation order, and the total inertia ratio calculation unit 41 can be put into the motor drive device 1A. As described above, FIG. 3B shows a configuration using the motor drive device 1B in which the total inertia ratio calculation unit 41 is housed in the motor drive device 1A.

ここで、総イナーシャ比演算部41を負荷特性模擬部15とし、一旦近似したモータ剛体特性演算部21を元のモータ駆動部17とモータ2と検出器3とに戻すことで、図3Cに示されるように、図1に示される制御ブロック図と等価な制御ブロック図を得ることができる。 Here, the total inertia ratio calculation unit 41 is used as the load characteristic simulation unit 15, and the motor rigid body characteristic calculation unit 21 once approximated is returned to the original motor drive unit 17, the motor 2, and the detector 3, as shown in FIG. 3C. As a result, a control block diagram equivalent to the control block diagram shown in FIG. 1 can be obtained.

以上のように構成されたモータ駆動装置について、以下その動作及び作用を説明する。 The operation and operation of the motor drive device configured as described above will be described below.

モータ駆動装置が負荷特性模擬部15を備えない場合は、トルク指令14はモータ2単体のモータ剛体特性演算部21を駆動するのに必要な値となる。一方、本実施の形態に係るモータ駆動装置1のように負荷特性模擬部15を備える場合には、負荷特性模擬部15は、負荷装置4の特性として剛体特性を模擬する係数を有し、トルク指令に当該係数を乗算することで模擬トルク指令を生成する。より具体的には、負荷特性模擬部15は、トルク指令14に1未満の係数Jm/(Jm+Jl)を乗じた模擬トルク指令16として出力するため、模擬トルク指令16は、トルク指令14より小さな値となる。そのため、実際にはモータ2に負荷装置4が接続されていないにもかかわらず、あたかも負荷装置4が接続されているかのように、モータ2はゆっくり加速する。その結果、フィードバック値12の変化もゆっくりとなるため、モータ制御部13は制御指令11に追従すべくより大きなトルク指令14を出力することとなる。以上のように、モータ駆動装置1が負荷特性模擬部15を備えることにより、モータ駆動装置1にモータ2だけを接続した状態で、総イナーシャ比演算部41を持つ負荷装置4がモータ2に接続された場合の動作シミュレーションが可能となる。このため、上記係数を変化させることで、負荷系を剛体とみなしたときの負荷イナーシャを模擬的に変化させるシミュレーションが可能となる。したがって、図1に示される構成にて、制御指令11、フィードバック値12及びトルク指令14をそのまま観測することで、図2に示される構成における制御指令11、フィードバック値12及びトルク指令14と同等の値を観測できる。 When the motor drive device does not include the load characteristic simulation unit 15, the torque command 14 is a value required to drive the motor rigid body characteristic calculation unit 21 of the motor 2 alone. On the other hand, when the load characteristic simulating unit 15 is provided as in the motor drive device 1 according to the present embodiment, the load characteristic simulating unit 15 has a coefficient for simulating a rigid body characteristic as a characteristic of the load device 4, and has a torque. A simulated torque command is generated by multiplying the command by the coefficient. More specifically, since the load characteristic simulation unit 15 outputs as a simulated torque command 16 obtained by multiplying the torque command 14 by a coefficient Jm / (Jm + Jl) of less than 1, the simulated torque command 16 has a value smaller than that of the torque command 14. It becomes. Therefore, although the load device 4 is not actually connected to the motor 2, the motor 2 accelerates slowly as if the load device 4 is connected. As a result, the feedback value 12 also changes slowly, so that the motor control unit 13 outputs a larger torque command 14 in order to follow the control command 11. As described above, since the motor drive device 1 is provided with the load characteristic simulation unit 15, the load device 4 having the total inertia ratio calculation unit 41 is connected to the motor 2 in a state where only the motor 2 is connected to the motor drive device 1. It is possible to simulate the operation when this is done. Therefore, by changing the above coefficient, it is possible to perform a simulation in which the load inertia when the load system is regarded as a rigid body is simulated. Therefore, by observing the control command 11, the feedback value 12, and the torque command 14 as they are in the configuration shown in FIG. 1, they are equivalent to the control command 11, feedback value 12, and torque command 14 in the configuration shown in FIG. The value can be observed.

なお、特許文献1の構成と比較して、本実施の形態に係る構成の方がモータ駆動部17、モータ2及び検出器3として実機を用いた分だけ、より精度のよいシミュレーションが可能となる。 Compared with the configuration of Patent Document 1, the configuration according to the present embodiment enables more accurate simulation because the actual machine is used as the motor drive unit 17, the motor 2, and the detector 3. ..

以上のように、本実施の形態に係るモータ駆動装置1は、モータ2を駆動するモータ駆動装置1であって、制御指令11からトルク指令14を生成するモータ制御部13と、モータ2に接続される負荷の特性及びトルク指令14に基づいて模擬トルク指令16を生成することによって、負荷の特性を模擬する負荷特性模擬部15と、模擬トルク指令16に基づいてモータ2を制御するモータ駆動部17とを備える。 As described above, the motor drive device 1 according to the present embodiment is the motor drive device 1 that drives the motor 2, and is connected to the motor control unit 13 that generates the torque command 14 from the control command 11 and the motor 2. A load characteristic simulation unit 15 that simulates the load characteristics by generating a simulated torque command 16 based on the load characteristics and the torque command 14 to be performed, and a motor drive unit that controls the motor 2 based on the simulated torque command 16. 17 and is provided.

すなわち、本実施の形態に係るモータ駆動装置1は、負荷特性を模擬する負荷特性模擬部15から出力される模擬トルク指令に基づいてモータ2を駆動することで、モータ2に負荷装置4を接続した状態のシミュレーションを行うことができる。さらに、本実施の形態では、モータ駆動装置の駆動系及び負荷系のうち、駆動系においてモータ2の実機を用いることで、モータの数学モデルを用いる従来の構成より精度のよいシミュレーションが可能となる。 That is, the motor drive device 1 according to the present embodiment connects the load device 4 to the motor 2 by driving the motor 2 based on the simulated torque command output from the load characteristic simulation unit 15 that simulates the load characteristics. It is possible to perform a simulation of this state. Further, in the present embodiment, among the drive system and the load system of the motor drive device, by using the actual motor 2 in the drive system, it is possible to perform a simulation with higher accuracy than the conventional configuration using the mathematical model of the motor. ..

なお、モータ駆動部の制御は、通常モータ制御部の演算より高速で行なわれる。このため、これをソフトウェアブロックのシミュレーションモデルで実現するための計算負荷は膨大となる。したがって、評価装置のコストアップにつながる。また、駆動系及びモータ特性には、理論上近似が困難な非線形特性があり、実用的な精度でシミュレーションしきれない場合もある。これらのいずれの問題も、本実施の形態に係るモータ駆動装置1を用いれば解決し得る。 The control of the motor drive unit is usually performed at a higher speed than the calculation of the motor control unit. Therefore, the computational load for realizing this with the simulation model of the software block becomes enormous. Therefore, it leads to an increase in the cost of the evaluation device. In addition, the drive system and motor characteristics have non-linear characteristics that are theoretically difficult to approximate, and may not be able to be simulated with practical accuracy. Any of these problems can be solved by using the motor drive device 1 according to the present embodiment.

さらに、本実施の形態に係るモータ駆動装置1にモータ2の実機を接続する場合には、実際にモータ2が動作する。このため、シミュレーション結果として実機動作で生じうる音、振動などを再現できる。したがって、臨場感あふれるモータ駆動装置1のシミュレーションを提供することができる。このようなモータ駆動装置1をさまざまな機能のデモ装置、ゲイン調整のトレーニング装置などとして用いることで、より現場での作業に即した対応を学ぶことができる。 Further, when the actual machine of the motor 2 is connected to the motor drive device 1 according to the present embodiment, the motor 2 actually operates. Therefore, as a simulation result, it is possible to reproduce sounds, vibrations, and the like that may occur in actual machine operation. Therefore, it is possible to provide a simulation of the motor drive device 1 having a sense of reality. By using such a motor drive device 1 as a demonstration device for various functions, a training device for gain adjustment, and the like, it is possible to learn how to respond to work in the field.

(実施の形態2)
実施の形態2に係るモータ駆動装置について説明する。本実施の形態に係るモータ駆動装置は、負荷装置を2慣性系と仮定する点において実施の形態1に係るモータ駆動装置と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係るモータ駆動装置について、実施の形態1に係るモータ駆動装置1との相違点を中心に図4A〜図4Dを用いて説明する。
(Embodiment 2)
The motor drive device according to the second embodiment will be described. The motor drive device according to the present embodiment is different from the motor drive device according to the first embodiment in that the load device is assumed to be a two-inertial system, and is the same in other respects. Hereinafter, the motor drive device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4D, focusing on the differences from the motor drive device 1 according to the first embodiment.

図4Aは、図2に示される構成において負荷装置4を2慣性系と仮定した場合の制御ブロック図である。図4Bは、図4Aに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。図4Cは、図4Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。図4Dは、実施の形態2に係るモータ駆動装置101の制御ブロック図である。 FIG. 4A is a control block diagram in the case where the load device 4 is assumed to be a two inertial system in the configuration shown in FIG. FIG. 4B is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 4A. FIG. 4C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 4B. FIG. 4D is a control block diagram of the motor drive device 101 according to the second embodiment.

図4Aに示される制御ブロック図は、図3Aに示される制御ブロック図と同じ前提のもとに、モータ駆動部17、モータ2及び検出器3をモータ剛体特性演算部21で近似している。図4Aに示されるように、2慣性系ではモータ剛体特性演算部21への入力がトルク指令14そのものでなく、トルク指令14からねじれトルク42を減算したものとなる。ねじれトルク42は、ダンパ係数D及びばね係数Kで近似することによって模擬したシャフト特性演算部44を用いて得られる値である。ねじれトルク42は、モータ速度であるフィードバック値12と負荷装置4側の負荷速度43との差を、シャフト特性演算部44に入力した場合に得られるシャフト特性演算部44の出力である。ここで、負荷速度43は、ねじれトルク42から外乱トルク45を減算した結果を、負荷イナーシャJlを持つ負荷剛体特性演算部46に入力した場合に得られる負荷剛体特性演算部46の出力である。 The control block diagram shown in FIG. 4A approximates the motor drive unit 17, the motor 2 and the detector 3 by the motor rigid body characteristic calculation unit 21 based on the same premise as the control block diagram shown in FIG. 3A. As shown in FIG. 4A, in the bi-inertial system, the input to the motor rigid body characteristic calculation unit 21 is not the torque command 14 itself, but the torque command 14 minus the torsional torque 42. The torsional torque 42 is a value obtained by using the shaft characteristic calculation unit 44 simulated by approximating with the damper coefficient D and the spring coefficient K. The torsional torque 42 is an output of the shaft characteristic calculation unit 44 obtained when the difference between the feedback value 12 which is the motor speed and the load speed 43 on the load device 4 side is input to the shaft characteristic calculation unit 44. Here, the load speed 43 is an output of the load rigid body characteristic calculation unit 46 obtained when the result of subtracting the disturbance torque 45 from the torsional torque 42 is input to the load rigid body characteristic calculation unit 46 having the load inertia Jl.

図4Aに示される制御ブロック図で外乱トルク45を0として変形すると、トルク指令14を入力とするモータ剛体特性演算部21と、その出力からモータ速度であるフィードバック値12までの共振特性を表す2次フィルタ47の第1伝達関数、負荷装置側の負荷速度43までの共振特性を表す2次フィルタ48の第2伝達関数からなる、図4Bの制御ブロック図が導き出される。図4Bの共振周波数ω、反共振周波数ω、共振減衰比ζ及び反共振減衰比ζは、シャフト特性演算部44のダンパ係数D及びバネ係数K、並びに、モータイナーシャJm及び負荷イナーシャJlから、下式で表される。 When the disturbance torque 45 is transformed to 0 in the control block diagram shown in FIG. 4A, the motor rigid body characteristic calculation unit 21 that inputs the torque command 14 and the resonance characteristics from the output to the feedback value 12 that is the motor speed are represented. The control block diagram of FIG. 4B is derived, which comprises the first transfer function of the secondary filter 47 and the second transfer function of the secondary filter 48 representing the resonance characteristics up to the load speed 43 on the load device side. The resonance frequency ω p , the anti-resonance frequency ω z , the resonance attenuation ratio ζ p, and the anti-resonance attenuation ratio ζ z in FIG. 4B are the damper coefficient D and the spring coefficient K of the shaft characteristic calculation unit 44, and the motor inertia Jm and the load inertia. From Jl, it is expressed by the following formula.

Figure 2019188154
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ここで、図4Bに示される負荷速度43の推定は差し当たって不要なため、図4Bに示される制御ブロック図から2次フィルタ48(つまり、第2伝達関数で表されるフィルタ)を取り除く。さらに、2次フィルタ47(つまり、第1伝達関数で表されるフィルタ)をモータ駆動装置1A内に移動する。これによって、図4Cに示されるように、制御ブロック図は、モータ制御部13及び2次フィルタ47を備えるモータ駆動装置101Cと、モータ剛体特性演算部21とを用いて表される。 Here, since the estimation of the load speed 43 shown in FIG. 4B is unnecessary for the time being, the quadratic filter 48 (that is, the filter represented by the second transfer function) is removed from the control block diagram shown in FIG. 4B. Further, the secondary filter 47 (that is, the filter represented by the first transfer function) is moved into the motor drive device 1A. Thereby, as shown in FIG. 4C, the control block diagram is represented by using the motor drive device 101C including the motor control unit 13 and the secondary filter 47, and the motor rigid body characteristic calculation unit 21.

最終的に、2次フィルタ47を負荷特性模擬部115として、モータ剛体特性演算部21を元のモータ駆動部17とモータ2と検出器3とに戻す。これによって、図1に示される制御ブロック図と同様の構成を有する図4Dに示される制御ブロック図が得られる。図4Dに示されるモータ駆動装置101は、負荷特性模擬部115の演算式において実施の形態1に係るモータ駆動装置1と相違し、その他の点において一致する。 Finally, the secondary filter 47 is used as the load characteristic simulating unit 115, and the motor rigid body characteristic calculation unit 21 is returned to the original motor drive unit 17, the motor 2, and the detector 3. As a result, the control block diagram shown in FIG. 4D having the same configuration as the control block diagram shown in FIG. 1 is obtained. The motor drive device 101 shown in FIG. 4D is different from the motor drive device 1 according to the first embodiment in the calculation formula of the load characteristic simulation unit 115, and is in agreement in other respects.

以上のように構成されたモータ駆動装置101について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and operation of the motor drive device 101 configured as described above will be described below.

負荷特性模擬部115は、周波数特性として、共振周波数ωにおいて共振減衰比ζに応じたピークを持ち、反共振周波数ωにおいて反共振減衰比ζに応じたディップを持つ。そのため、模擬トルク指令16もトルク指令14の共振周波数ω成分が増幅され、反共振周波数ω成分が減衰した値となる。これにより、実際にはモータ2単体しか接続されていないにもかかわらず、あたかも負荷装置4が接続されているかのようにフィードバック値12に共振周波数の振動が発生する。これに対応するため、モータ制御部13は通常反共振周波数ω以下に応答性が制限される。以上のように、本実施の形態に係る負荷特性模擬部115は、共振周波数ω、反共振周波数ω、共振減衰比ζ及び反共振減衰比ζの少なくとも一つをパラメータに持つ共振特性を模擬する2次フィルタを含む。モータ駆動装置101が、このような負荷特性模擬部115を備えることにより、モータ駆動装置101にモータ2だけを接続した状態で、図2に示される構成において、2慣性系の特性を持つ負荷装置4が接続された場合のシミュレーションが可能となる。したがって、図4Dの構成にて、制御指令11、フィードバック値12及びトルク指令14をそのまま観測することで、図2に示される構成における制御指令11、フィードバック値12及びトルク指令14と同等の値を観測できる。 As a frequency characteristic, the load characteristic simulating unit 115 has a peak corresponding to the resonance attenuation ratio ζ p at the resonance frequency ω p and a dip corresponding to the antiresonance attenuation ratio ζ z at the antiresonance frequency ω z. Therefore, the simulated torque command 16 also has a value in which the resonance frequency ω p component of the torque command 14 is amplified and the anti-resonance frequency ω z component is attenuated. As a result, even though only the motor 2 is actually connected, vibration of the resonance frequency is generated in the feedback value 12 as if the load device 4 is connected. In order to cope with this, the responsiveness of the motor control unit 13 is usually limited to the anti-resonance frequency ω z or less. As described above, the load characteristic simulation unit 115 according to the present embodiment has resonance having at least one of a resonance frequency ω p , an anti-resonance frequency ω z , a resonance attenuation ratio ζ p, and an anti-resonance attenuation ratio ζ z as parameters. Includes a quadratic filter that simulates the characteristics. When the motor drive device 101 is provided with such a load characteristic simulation unit 115, the load device has the characteristics of a two-inertial system in the configuration shown in FIG. 2 in a state where only the motor 2 is connected to the motor drive device 101. Simulation is possible when 4 is connected. Therefore, by observing the control command 11, the feedback value 12, and the torque command 14 as they are in the configuration of FIG. 4D, the values equivalent to the control command 11, the feedback value 12, and the torque command 14 in the configuration shown in FIG. 2 can be obtained. It can be observed.

なお、2慣性系だけでなく、3慣性系及びそれ以上の多慣性系の特性を持つ負荷装置4を用いる場合においても、同様の式変形で、直列結合された複数の2次フィルタを含む負荷特性模擬部を得られる。このような負荷特性模擬部を備えるモータ駆動装置を用いることで、3慣性系及びそれ以上の多慣性系の特性のような複雑な共振特性を持つ負荷装置4をモータ2に接続した場合のシミュレーションが可能となる。 When a load device 4 having the characteristics of a three-inertial frame and a multi-inertial frame of reference or more is used as well as a two-inertial frame, a load including a plurality of quadratic filters connected in series with the same equation modification. A characteristic simulation part can be obtained. By using a motor drive device provided with such a load characteristic simulation unit, a simulation when a load device 4 having complicated resonance characteristics such as characteristics of a three-inertial system and a multi-inertial system having more than three inertial systems is connected to the motor 2. Is possible.

(実施の形態3)
実施の形態3に係るモータ駆動装置について説明する。本実施の形態に係るモータ駆動装置は、負荷特性模擬部が模擬外乱トルクを受け付けることができる点において、実施の形態2に係るモータ駆動装置101と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係るモータ駆動装置について、実施の形態2に係るモータ駆動装置101との相違点を中心に図5〜図6Dを用いて説明する。
(Embodiment 3)
The motor drive device according to the third embodiment will be described. The motor drive device according to the present embodiment is different from the motor drive device 101 according to the second embodiment in that the load characteristic simulating unit can receive the simulated disturbance torque, and is the same in other respects. Hereinafter, the motor drive device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 6D, focusing on the differences from the motor drive device 101 according to the second embodiment.

図5は、実施の形態3に係るモータ駆動装置201の制御ブロック図である。図6Aは、図4Aに示される制御ブロック図において外乱トルク45を残して変形した制御ブロック図である。図6Bは、図6Aに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。図6Cは、図6Bに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。図6Dは、図6Cに示される制御ブロック図を変形した制御ブロック図である。 FIG. 5 is a control block diagram of the motor drive device 201 according to the third embodiment. FIG. 6A is a modified control block diagram in which the disturbance torque 45 is left in the control block diagram shown in FIG. 4A. FIG. 6B is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6A. FIG. 6C is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6B. FIG. 6D is a control block diagram obtained by modifying the control block diagram shown in FIG. 6C.

図5に示されるように、本実施の形態に係るモータ駆動装置201は、実施の形態2に係るモータ駆動装置101と同様に、モータ制御部13と、負荷特性模擬部215と、モータ駆動部17とを備える。図5に示されるように、本実施の形態に係るモータ駆動装置201は、負荷特性模擬部215が模擬外乱トルク18の入力を受け付ける点において、実施の形態2に係るモータ駆動装置101と相違し、その他の点において一致する。 As shown in FIG. 5, the motor drive device 201 according to the present embodiment has the motor control unit 13, the load characteristic simulation unit 215, and the motor drive unit, similarly to the motor drive device 101 according to the second embodiment. It is provided with 17. As shown in FIG. 5, the motor drive device 201 according to the present embodiment is different from the motor drive device 101 according to the second embodiment in that the load characteristic simulating unit 215 receives the input of the simulated disturbance torque 18. , In other respects.

この制御ブロック図の導出のために、実施の形態2で図4Aから図4Bへの変形時に省略した外乱トルク45をそのまま残して変形すると、第3伝達関数で表される2次フィルタ49と第4伝達関数で表される2次フィルタ50とを加えた図6Aに示される制御ブロック図のようになる。ここで負荷速度43の推定は差し当たって必要ないので、第2伝達関数で表される2次フィルタ48と、第4伝達関数で表される2次フィルタ50を削除すると、図6Bに示される制御ブロック図が得られる。図6Bに示される制御ブロック図において、上述の各実施の形態と同様にモータ剛体特性演算部21を残して、他のブロックをモータ駆動装置1A内に移動する。これにより、図6Cに示されるように、制御ブロック図は、モータ制御部13及び2次フィルタ47及び49を備えるモータ駆動装置201Cと、モータ剛体特性演算部21とを用いて表される。続いて、近似であるモータ剛体特性演算部21を元のモータ駆動部17とモータ2と検出器3とに戻し、外乱トルク45をモータ駆動装置201内部で生成する模擬外乱トルク18とすることで、図5と等価なブロック図6Dが得られる。図6Dに示されるように、本実施の形態に係るモータ駆動装置201の負荷特性模擬部215は、2次フィルタ47及び49を含む。 In order to derive this control block diagram, if the disturbance torque 45 omitted during the transformation from FIG. 4A to FIG. 4B in the second embodiment is left as it is and deformed, the quadratic filter 49 and the second filter represented by the third transfer function are deformed. The control block diagram shown in FIG. 6A with the addition of the quadratic filter 50 represented by the four transfer functions is obtained. Since the estimation of the load speed 43 is not necessary for the time being, if the quadratic filter 48 represented by the second transfer function and the quadratic filter 50 represented by the fourth transfer function are deleted, it is shown in FIG. 6B. A control block diagram is obtained. In the control block diagram shown in FIG. 6B, the other blocks are moved into the motor drive device 1A, leaving the motor rigid body characteristic calculation unit 21 as in each of the above-described embodiments. Thereby, as shown in FIG. 6C, the control block diagram is represented by using the motor drive device 201C including the motor control unit 13 and the secondary filters 47 and 49, and the motor rigid body characteristic calculation unit 21. Subsequently, the approximate motor rigid body characteristic calculation unit 21 is returned to the original motor drive unit 17, the motor 2, and the detector 3, and the disturbance torque 45 is set to the simulated disturbance torque 18 generated inside the motor drive device 201. , A block diagram 6D equivalent to FIG. 5 is obtained. As shown in FIG. 6D, the load characteristic simulating unit 215 of the motor drive device 201 according to the present embodiment includes the secondary filters 47 and 49.

以上のように、本実施の形態に係るモータ駆動装置201においては、負荷装置4の特性及びトルク指令14と、外乱トルクを模擬した模擬外乱トルク18とに基づいて模擬トルク指令16を生成する。このため、実機における外乱トルク45の影響をシミュレーションできる。 As described above, in the motor drive device 201 according to the present embodiment, the simulated torque command 16 is generated based on the characteristics of the load device 4 and the torque command 14 and the simulated disturbance torque 18 simulating the disturbance torque. Therefore, the influence of the disturbance torque 45 on the actual machine can be simulated.

(変形例など)
以上、本開示に係るモータ駆動装置について、各実施の形態に基づいて説明した。しかし、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
(Modification example, etc.)
The motor drive device according to the present disclosure has been described above based on each embodiment. However, the present disclosure is not limited to the above embodiment.

例えば、本開示に係るモータ駆動装置の駆動対象は、回転モータに限定されるものではなく、リニアモータにおいても回転系の単位を直動系に置き換えるだけで適用できる。また、検出器をモータ2だけでなく、負荷装置4にも取り付けて、負荷の位置及び速度情報をフィードバック値12に加えるフルクローズ制御構成としても、さほど大きな変更を必要とせずに、モータ駆動装置のシミュレーションは可能である。 For example, the drive target of the motor drive device according to the present disclosure is not limited to the rotary motor, and can be applied to the linear motor only by replacing the unit of the rotary system with the linear motion system. Further, even in a fully closed control configuration in which the detector is attached not only to the motor 2 but also to the load device 4 and the position and speed information of the load is added to the feedback value 12, the motor drive device does not require a large change. Simulation is possible.

また、検出器3の特性がシミュレーション用と実機用とで異なる場合に、それらの特性差を負荷特性模擬部15に取り込むことも可能である。 Further, when the characteristics of the detector 3 are different between those for simulation and those for the actual machine, it is also possible to incorporate the difference in characteristics into the load characteristic simulation unit 15.

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、または、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。 In addition, it is realized by applying various modifications to each embodiment that can be conceived by those skilled in the art, or by arbitrarily combining the components and functions of each embodiment without departing from the spirit of the present disclosure. Also included in this disclosure.

本開示に係るモータ駆動装置は、負荷特性を模擬できるシミュレーション用のモータ駆動装置として利用できる。 The motor drive device according to the present disclosure can be used as a motor drive device for simulation that can simulate load characteristics.

本開示に係るモータ駆動装置は、臨場感あふれるシミュレーションが可能であるため、さまざまな機能のデモ装置、ゲイン調整のトレーニング装置などとして特に有用である。 The motor drive device according to the present disclosure is particularly useful as a demonstration device for various functions, a training device for gain adjustment, and the like because it enables realistic simulation.

本開示に係るモータ駆動装置の負荷特性模擬部は、負荷装置のさまざまな特性を模擬できる。したがって、負荷装置を接続しないと動作しない機能をテストする場合などに有用である。また、周波数特性測定機能などで負荷装置の特性を測定できたなら、実際の装置がある場所から遠く離れた遠隔地でモータとモータ駆動装置だけでシミュレーションを行い、最適な調整結果を実機に適用するといったアプローチも可能となる。したがって、車載装置の分野及び産業分野において、さまざまな応用が考えられる。 The load characteristic simulation unit of the motor drive device according to the present disclosure can simulate various characteristics of the load device. Therefore, it is useful when testing a function that does not operate unless a load device is connected. Also, if the characteristics of the load device can be measured with the frequency characteristic measurement function, etc., a simulation is performed only with the motor and the motor drive device at a remote location far from the actual device, and the optimum adjustment result is applied to the actual machine. An approach such as doing is also possible. Therefore, various applications can be considered in the fields of in-vehicle devices and industrial fields.

1、1A、1B、10、101、101C、201、201C モータ駆動装置
2 モータ
3 検出器
4 負荷装置
11 制御指令
12 フィードバック値
13 モータ制御部
14 トルク指令
15、115、215 負荷特性模擬部
16 模擬トルク指令
17 モータ駆動部
18 模擬外乱トルク
21 モータ剛体特性演算部
41 総イナーシャ比演算部
42 ねじれトルク
43 負荷速度
44 シャフト特性演算部
45 外乱トルク
46 負荷剛体特性演算部
47、48、49、50 2次フィルタ
1, 1A, 1B, 10, 101, 101C, 201, 201C Motor drive 2 Motor 3 Detector 4 Load device 11 Control command 12 Feedback value 13 Motor control unit 14 Torque command 15, 115, 215 Load characteristic simulation unit 16 Simulation Torque command 17 Motor drive unit 18 Simulated disturbance torque 21 Motor rigid body characteristic calculation unit 41 Total inertia ratio calculation unit 42 Torque torque 43 Load speed 44 Shaft characteristic calculation unit 45 Disturbance torque 46 Load rigid body characteristic calculation unit 47, 48, 49, 50 2 Next filter

Claims (5)

モータを駆動するモータ駆動装置であって、
制御指令からトルク指令を生成するモータ制御部と、
前記モータに接続される負荷の特性及び前記トルク指令に基づいて模擬トルク指令を生成することによって、前記負荷の特性を模擬する負荷特性模擬部と、
前記模擬トルク指令に基づいて前記モータを制御するモータ駆動部とを備える
モータ駆動装置。
A motor drive device that drives a motor
A motor control unit that generates torque commands from control commands,
A load characteristic simulation unit that simulates the load characteristics by generating a simulated torque command based on the load characteristics connected to the motor and the torque command.
A motor drive device including a motor drive unit that controls the motor based on the simulated torque command.
前記負荷特性模擬部は、前記負荷の特性として剛体特性を模擬する係数を有し、前記トルク指令に前記係数を乗算することで前記模擬トルク指令を生成する
請求項1記載のモータ駆動装置。
The motor drive device according to claim 1, wherein the load characteristic simulating unit has a coefficient that simulates a rigid body characteristic as the load characteristic, and generates the simulated torque command by multiplying the torque command by the coefficient.
前記負荷特性模擬部は、共振周波数、反共振周波数、共振減衰比及び反共振減衰比の少なくとも一つをパラメータに持つ共振特性を模擬する2次フィルタを含む
請求項1記載のモータ駆動装置。
The motor drive device according to claim 1, wherein the load characteristic simulating unit includes a secondary filter that simulates a resonance characteristic having at least one of a resonance frequency, an anti-resonance frequency, a resonance attenuation ratio, and an anti-resonance attenuation ratio as parameters.
前記負荷特性模擬部は、直列結合された複数の前記2次フィルタを含む
請求項3記載のモータ駆動装置。
The motor drive device according to claim 3, wherein the load characteristic simulating unit includes a plurality of the secondary filters coupled in series.
前記負荷特性模擬部は、前記負荷の特性及び前記トルク指令と、外乱トルクを模擬した模擬外乱トルクとに基づいて前記模擬トルク指令を生成する
請求項1記載のモータ駆動装置。
The motor drive device according to claim 1, wherein the load characteristic simulation unit generates the simulated torque command based on the load characteristics, the torque command, and the simulated disturbance torque simulating the disturbance torque.
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