KR101916894B1 - 모터 제어장치 - Google Patents
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Abstract
기계의 사이클 타임을 단축한다.
위치 명령에 관한 목표치(미분 후의 위치 명령)를 사용하여 모터 기계 모델(38)의 위치를 제어하는 모델 제어 시스템(30)과, 위치 명령에 관한 목표치(미분 후의 위치 명령) 및 모델 제어 시스템(30)의 제어량(모델 위치)을 사용하여 모터(70)의 위치를 제어하는 피드백 제어 시스템(60)을 구비하며, 피드백 제어 시스템(60)은 모델 제어 시스템(30)의 제어량(모델 위치)을 상시 사용하여 모터(70)의 위치를 제어한다.
위치 명령에 관한 목표치(미분 후의 위치 명령)를 사용하여 모터 기계 모델(38)의 위치를 제어하는 모델 제어 시스템(30)과, 위치 명령에 관한 목표치(미분 후의 위치 명령) 및 모델 제어 시스템(30)의 제어량(모델 위치)을 사용하여 모터(70)의 위치를 제어하는 피드백 제어 시스템(60)을 구비하며, 피드백 제어 시스템(60)은 모델 제어 시스템(30)의 제어량(모델 위치)을 상시 사용하여 모터(70)의 위치를 제어한다.
Description
본 발명은 기계의 사이클 타임을 단축할 수 있는 모터 제어장치에 관한 것이다.
공작 기계와 같은 가공을 행하는 기계는 가공 품질의 향상뿐만 아니라 사이클 타임의 단축도 요구된다. 사이클 타임을 단축하기 위해, 가공시의 추종성을 향상시켜 가공시간을 단축하는 것과 가공 종료 후의 위치 결정을 고속화하여 신속히 원위치로 회귀시키는 것이 필요하다.
가공시의 추종성은 피드백 제어의 이득을 높임으로써 향상시킨다. 한편, 가공 종료 후의 위치 결정의 고속화는 기계의 강성을 감안한 제어에 의해 실현된다.
고속으로 위치 결정하면 기계의 강성부족에 의해 흔들림이 생기는 것이 많다. 이 때문에 모터 제어장치는 기계의 흔들림을 억제하고 위치 결정 정정시간을 단축할 수 있는 제진 제어장치를 탑재한다.
제진 제어에 의해 위치 결정의 고속화를 실현하는 기술로서는 하기 특허문헌 1에 나타내는 기술이 있다. 하기 특허문헌 1에 개시하고 있는 기술은 기계 기반 모델을 사용하고, 기계의 흔들림이 억제되도록 모델 제어 시스템에서 제진 제어를 행하며, 흔들림을 억제하기 위한 명령은 모델 제어 시스템으로부터 피드백 제어 시스템에 준다.
그러나 모델 제어 시스템은 위상특성이 선형이 아니기 때문에 가공과 같은 궤적 제어시에 사용하는 것을 불가능하다. 따라서, 궤적 제어시는 모델 제어 시스템은 사용하지 않고 피드백 제어 시스템을 사용한다.
인용문헌 1에 나타난 기술에서 기계의 사이클 타임을 단축하기 위해서는 모델 제어 시스템과 피드백 제어 시스템을 궤적 제어시와 위치 결정 제어시에 전환(스위치) 할 필요가 있다. 그러나 그것들의 제어 시스템을 민첩하게 전환한다고 해도 모델 제어 시스템의 제어 지연에 의해 피드백 제어 시스템의 위치 결정에 위치 어긋남을 일으킬 가능성이 있다.
이것은 모델 제어 시스템으로부터 출력되는 모델의 위치 변화량이 피드백 제어 시스템의 위치 명령이 되지만, 모델 제어 시스템의 위치 명령의 변화량이 0이 된다고 해도, 모델의 위치 변화량은 바로는 0이 되지 않기 때문이다. 모델의 위치 변화량이 남아 있는 채로 모델 제어 시스템으로부터 피드백 제어 시스템으로 전환되면, 남아있는 모델의 위치의 변화량 분이 피드백 제어 시스템의 위치 어긋남 양이 되어 버린다. 특히 흔들림의 진동 주파수가 낮은 경우엔, 모델 제어 시스템의 이득을 높게 할 수 없으므로, 모델의 위치 어긋남이 0이 되기까지는 상당한 시간이 걸려 버린다.
따라서 종래 피드백 제서 시스템에서, 위치 어긋남을 회피하기 위해서는 모델 위치의 변화량이 0이 되면서부터 모델 제어 시스템으로부터 피드백 제어 시스템으로 제어 시스템이 전환되어야 하며, 따라서 제어 시스템의 전환을 고속으로 하는 것이 불가능했다.
제어 시스템의 전환을 실현하는 기술로서는 하기 특허문헌 2에 나타난 기술이 있다. 하기 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술은, 제어 대상의 특성을 동정하고 제어 대상의 모델을 동정하는 모델 동정부와, 동정된 모델에 근거하여 선택 신호를 출력하는 제어기 선택부를 구비한다. 복수의 피드 포워드 제어기 중에서 1개를 선택하고, 선택된 피드 포워드 제어기에 위치 명령을 입력한다. 선택 신호에 의해 복수의 피드백 제어기의 중에서 1개를 선택하고, 선택된 피드백 제어기에 피드 포워드 신호 및 위치 검출 신호를 입력하여 토크 명령을 출력한다. 토크 명령을 사용하여 전류제어를 행사하고, 전동기를 구동하여 제어 대상을 동작시킨다.
그러나 상기 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술에서는, 제어 대상의 특정의 동정 결과에 근거하여 피드 포워드 제어기 및 피드백 제어기를 선택하여 제어를 행하나, 실시간으로 피드 포워드 제어기 및 피드백 제어기를 전환하는 제어는 행하지 않는다.
이 때문에 특허문헌 2에 개시되어 있는 기술에서도, 피드 포워드 제어기 및 피드백 제어기를 고속으로 전환하여 사용하는 것은 불가능하다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것이며, 모델을 사용하는 제어와 모델을 사용하지 않은 제어를 고속으로 전환할 수 있으며, 기계의 사이클 타임을 단축할 수 있는 모터 제어 장치의 제공을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 모델을 사용하는 제어와 모델을 사용하지 않는 제어를 고속으로 전환한다고 해도, 모터의 동작이 매끄러워, 위치 어긋남이 생기지않는 모터 제어장치의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 모터 제어 장치는 모델 제어 시스템과 피드백 제어 시스템을 포함한다. 모델 제어 시스템은 위치 명령에 관한 목표치를 사용하여 모델의 위치를 제어한다. 피드백 제어 시스템은 위치 명령에 관한 목표치 및 모델 제어 시스템의 제어량을 사용하여 모터의 위치를 제어한다. 피드백 제어 시스템은 모델 제어 시스템의 제어량을 상시 사용하여 모터의 위치를 제어한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 모터 제어장치에 의하면, 피드백 제어 시스템은 모델 제어 시스템의 제어량을 상시 사용하여 모터의 위치를 제어하므로, 모델 제어 시스템과 피드백 제어 시스템을 고속으로 전환할 수 있으며, 기계의 사이클 타임을 단축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 모터 제어장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예2에 따른 모터 제어장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예3에 따른 모터 제어장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예2에 따른 모터 제어장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예3에 따른 모터 제어장치의 구성도이다.
이하에 본 발명에 따른 모터 제어장치의 실시예를 <실시예1> ~ <실시예3>으로 나누어서 설명한다.
<실시예1>
(모터 제어장치(100)의 구성)
도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 모터 제어장치의 구성도이다. 모터 제어장치(100)는 모델 제어 시스템(30)과 피드백 제어 시스템(60)을 구비한다. 모델 제어 시스템(30)은 위치 명령에 관한 목표치를 사용하여 모델의 위치를 제어한다. 피드백 제어 시스템(60)은 위치 명령에 관한 목표치 및 모델 제어 시스템(30)의 제어량을 사용하여 모터의 위치를 제어한다. 피드백 제어 시스템(60)은 모델 제어 시스템(30)의 제어량을 상시 사용하여 모터의 위치를 제어한다. 위치 명령에 관한 목표치는 도 1에서는 미분 후의 위치 명령을 나타내나, 이것에 한정되지 않고, 다른 처리가 된 후의 명령도 포함한다. 또한, 모델 제어 시스템(30)의 제어량은 도 1에서는 모델 위치를 나타내나 이것에 한정되지 않는다.
모델 제어 시스템(30)은 적분기(32), 모델 위치 제어기(34), 모델 속도 제어기(36), 모터 기계 모델(38), 제진 보상기(40), 속도 산출기(42), 미분기(44)를 포함한다. 또한, 피드백 제어 시스템(60)은 적분기(62), 위치 제어기(64), 속도 제어기(66), 토크 제어기(68), 모터(70), 기계(72), 인코더(74), 속도 산출기(76), 미분기(78)를 포함한다.
적분기(32)는 입력된 위치에 관한 명령(미분기(20)가 미분한 위치 명령과 미분기(44)가 미분한 모델 위치의 편차)를 적분한다. 모델 위치 제어기(34)는 적분기(32)가 출력하는 적분 후의 명령으로부터 모델 속도명령을 출력한다. 모델 속도 제어기(36)는 입력되는 속도에 관한 명령(모델 속도 명령과 속도 산출기(42)가 출력하는 조작량인 모델 속도의 편차)으로부터 조작량인 모델 토크 명령을 출력한다. 모터 기계 모델(38)은 모델 토크 명령으로부터 모델 위치를 출력한다. 모터 기계 모델(38)은 모터(70)의 관성과 기계(72)를 모델화한 모델이다.
제진 보상기(40)는 기계(72)의 흔들림(진동)을 억제하기 위해, 모델 위치로부터 산출한 보상명령을 모델 속도 제어기(36)의 출력부에 피드백한다. 속도 산출기(42)는 모델 위치로부터 모델 속도를 출력한다. 미분기(44)는 모델 위치를 미분하여 적분기(32)에 피드백하는 동시에, 모델 위치를 적분기(62)에 입력하는 위치에 관한 명령에 가산한다.
적분기(62)는 입력되는 위치에 관한 명령(미분기(20)가 미분한 위치 명령, 미분기(44)가 미분한 모델 위치)과 미분기(78)가 미분한 모터 위치(인코더(74)의 출력)의 편차를 적분한다. 위치 제어기(64)는 적분기(62)가 출력하는 적분 후의 편차로부터 속도 명령을 출력한다. 속도 제어기(66)는 입력되는 속도에 관한 명령(모델 제어 시스템(30)으로부터의 모델 속도, 위치 제어기(64)로부터의 속도 명령)과 속도 산출기(76)로부터의 모터속도의 편차로부터 토크 명령을 출력한다. 토크 제어기(68)는 모델 제어 시스템(30)으로부터의 모델 토크 명령 및 속도 제어기(66)로부터의 토크 명령으로부터 모터(70)의 구동 전력을 출력한다.
모터(70)는 기계(72)의 구성 요소를 구동한다. 인코더(74)는 검출한 모터(70)의 회전위치로부터 모터 위치를 출력한다. 속도 산출기(76)는 모터 위치로부터 모터 속도를 출력한다. 미분기(78)는 모터위치를 미분한다.
미분기(20)와 가감산기(31)간에 제1 스위치(52)를 설치한다. 미분기(20)와 가감산기(61) 간에 제2 스위치(54)를 설치한다. 속도 산출기(42)의 출력측과 가감산기(65) 간에 제3 스위치(56)를 설치한다. 모터 기계 모델(38)의 입력측과 가산기(67)의 입력측 간에 제4 스위치(58)를 설치한다.
제1 스위치(52)는 입력되는 위치에 관한 명령(목표치)을 모델 제어 시스템(30)에 준다. 제2 스위치(61)는 입력되는 위치에 관한 명령(목표치)을 피드백 제어 시스템(60)에 준다. 제3 스위치(56)는 조작량인 모델 속도를 피드백 제어 시스템(60)에 준다. 제4 스위치(58)는 조작량인 모델 토크 명령을 피드백 제어 시스템(60)에 준다.
제1 내지 제4 스위치(52), (54), (56), (58)는 기계(72)가 위치 결정 제어되는 때와 궤적 제어되는 때에 ON, OFF 가 전환된다. 기계(72)가 위치 결정 제어되는 때에는 제1 스위치(52), 제3 스위치(56), 제4 스위치(58)가 ON 되고, 제2 스위치(54)가 OFF 된다. 기계(72)가 궤적 제어되는 때에는 제1 스위치(52), 제3 스위치(56), 제4 스위치(58)는 OFF, 제2 스위치(54)는 ON 된다.
기계의 제어 장치로부터 스위치 전환기(80)를 향해, 궤적 제어/위치 결정 제어 전환신호가 출력된다. 스위치 전환기(80)는 기계(72)로부터 궤적 제어전환신호가 출력되는 때(궤적 제어시)와 위치 결정 제어 전환 신호가 출력되는 때(위치결정 제어시)에 제1 내지 제4 스위치(52), (54), (56), (58)의 ON, OFF를 전환한다. 또한, 스위치 전환기(80)는 위치 명령에 관한 목표치가 규정치(예를 들면 0)가 되기 전에, 궤적 제어/위치결정 제어전환신호를 입력하고, 위치 명령에 관한 목표치가 규정치가 되었을 때 제1 스위치(52)와 제2 스위치(54)의 ON, OFF를 전환한다.
구체적으로는 스위치 전환기(80)는 기계(72)의 위치 결정 제어시에는 제1 스위치(52), 제3 스위치(56), 제4 스위치(58)를 ON, 제2 스위치(54)를 OFF로 하고, 피드백 제어 시스템(60)이 모델 제어 시스템(30)의 모델 위치를 사용하여 모터(70)의 위치를 제어할 수 있도록 한다. 또한, 기계(72)의 궤적 제어시에는 제1 스위치(52), 제3 스위치(56), 제4 스위치(58)를 OFF로, 제2 스위치(54)를 ON으로 하며, 피드백 제어 시스템(60)은 미분 후의 위치명령 및 모델 제어 시스템(30)의 모델 위치를 사용하여 모터(70)의 위치를 제어할 수 있도록 한다.
(모터 제어장치(100)의 동작)
우선, 기계(72)가 위치 결정제어되는 때에 대하여 설명한다. 위치 결정제어되는 때에는 스위치 전환기(80)에 기계(72)의 제어장치로부터 위치 결정 제어 전환신호가 출력되며, 도 1에 나타내듯이, 제1 스위치(52), 제3 스위치(56), 제4 스위치(58)가 스위치 전환기(80)가 출력하는 스위치 전환신호에 의해 ON되며, 제2 스위치(54)가 OFF 된다. 즉, 기계(72)가 위치 결정 제어되는 때에는 모델 제어 시스템(30)을 동작시켜, 모델 제어 시스템(30)으로부터의 모델 위치, 모델속도, 모델 토크 명령을 피드백 제어 시스템(60)에서 사용한다.
모델 제어 시스템(30)에서는 미분기(20)에서 미분한 위치 명령을 제1 스위치(52)를 통해 미분 위치 명령으로서 입력한다. 미분된 위치 명령과 미분기(44)에서 미분한 모델 위치의 편차는 적분기(32)에서 적분되고, 모델 위치 제어기(34)로부터 모델 속도 명령이 출력된다. 모델 속도 명령과 속도 산출기(42)가 모델 위치를 사용하여 산출한 모델 속도의의 편자는 모델 속도 제어부(36)에 입력되며, 모델 속도 제어부(36)로부터는 모델 토크 명령이 출력된다. 모델 토크 명령과 제진 보상기(40)가 모델 위치를 사용하여 산출한 보상명령과의 편차는 모터 기계 모델(38)에 입력되고 모터 기계 모델(38)로부터 모델 위치가 출력된다.
제진 보상기(40)는 모델위치로부터 보상명령을 산출하며, 모터 기계 모델(38)의 진동을 없애기 위한 보상명령을 출력한다. 속도 산출부(42)는 모델 위치로부터 모델 속도를 산출한다. 미분기(44)는 모델 위치를 미분한다.
피드백 제어 시스템(60)에서는 모델 제어 시스템(30)의 미분기(44)에서 미분한 모델 위치와 피드백 제어 시스템(60)의 미분기(78)에서 미분한 모터 위치의 편차가 적분기(62)에서 적분되어 위치제어기(64)로부터 속도 명령이 출력된다. 위치제어기(64)가 출력하는 속도 명령, 제3 스위치(56)를 통하여 입력하는 모델 제어 시스템(30)의 조작량인 모델 속도, 속도 산출기(76)가 모터 위치를 사용하여 산출한 모터 속도의 편차는, 속도 제어기(66)에 입력되어 토크 명령이 출력된다. 제4 스위치(58)를 통하여 입력하는 모델 제어 시스템(30)의 조작량인 모델 토크 명령과 속도 제어기(66)가 출력하는 토크 명령은 가산되어 토크 제어기(68)에 입력된다. 토크 제어기(68)는 모터(70)의 구동 전력을 출력하고, 모터(70)는 기계(72)의 구성요소를 구동한다.
모터(70)의 모터위치(회전위치)는 인코더(74)에 의해 검출된다. 속도 산출기(76)는 모터위치로부터 모터 속도를 산출한다. 미분기(78)는 모터 속도를 미분한다.
이상과 같이 위치 결정제어되는 때에는 제1 스위치(52), 제3 스위치(56), 제4 스위치(58)가 ON 되므로, 피드백 제어 시스템(60)에서는 모델 제어 시스템(30)의 미분 후의 모델위치, 모델속도, 모델 토크 명령이 주어진다. 피드백 제어 시스템(60)은 모델 제어 시스템(30)으로부터의 이것들의 조작량 및 제어량도 사용하여 모터(70)의 위치 결정제어(모델 추종 제어)를 행한다. 특히 모델 제어 시스템(30)으로부터의 미분 후의 모델 위치는 스위치를 통과하지 않으므로, 피드백 제어 시스템(60)에 상시 주어진다.
다음으로, 기계(72)가 궤적 제어되는 때에 대해서 설명한다. 궤적제어되는 때에는 스위치 전환기(80)에, 기계(72)의 제어 장치로부터 궤적 제어 전환 신호가 출력되며, 위치 결정 제어되는 때에는 반대로, 제1 스위치(52), 제3 스위치(56), 제4 스위치(58)가 OFF 되며, 제2 스위치(54)가 ON 된다. 따라서, 기계(72)가 궤적제어되는 때에는 모델 제어 시스템(30)으로부터는 미분 후의 모델 위치만 피드백 제어 시스템(60)에 주어진다.
피드백 제어 시스템(60)에서는 미분기(20)에서 미분한 위치 명령을 제2 스위치(54)를 통하여 미분 위치 명령으로서 입력한다. 미분 위치 명령, 미분기(44)에서 미분한 모델 위치, 미분기(78)에서 미분한 모터 위치의 편차는 적분기(62)에서 적분되며, 위치 제어기(64)로부터는 속도 명령이 출력된다. 위치 제어기(64)로부터 출력되는 속도 지령과 속도 산출기(76)가 모터 위치를 사용하여 산출한 모터 속도와의 편차는, 속도 제어기(66)에 입력되어 토크 명령이 출력된다. 토크 제어기(68)는 토크 명령으로부터 모터(70)의 구동 전력을 출력하고, 모터(70)는 기계(72)의 구성 요소를 구동한다.
인코더(74)는 모터(70)의 모터 위치를 검출하며, 속도 산출기(76) 및 미분기(78)에 출력한다. 속도 제어부(76)는 모터 위치로부터 모터 속도를 출력한다. 미분기(78)는 모터 위치를 미분한다.
실시예1에 따른 모터 제어장치(100)는 기계(72)가 위치 결정 제어되는 때에는 제1 스위치(52), 제3 스위치(56), 제4 스위치(58)를 ON, 제2 스위치(54)를 OFF시키며, 기계(72)가 궤적 제어되는 때에는 제1 스위치(52), 제3 스위치(56), 제4 스위치(58)를 OFF, 제2 스위치(54)를 ON시킨다. 제1 내지 제4스위치(52),(54),(56),(58)의 ON, OFFF의 타이밍은 미분된 위치 명령인 미분 위치 명령(목표치)이 0(규정치)이 된 때이다.
제1 내지 제4스위치(52),(54),(56),(58)의 ON, OFF동작과, 미분 위치 명령이 0이 되었는지 아닌지의 확인은 스위치 전환부(80)가 수행한다. 모터 제어장치(100)는 위치 결정 제어로부터 궤적 제어로 이행하는 때에는 미분 위치 명령이 0이 된 때에, 제1 스위치(52), 제3 스위치(56), 제4 스위치(58)를 ON으로부터 OFF로 하며, 제2 스위치(54)를 OFF로부터 ON으로 한다. 미분 위치 명령이 0이 되었는지 아닌지의 인식을 기계의 제어측에서 행해도 좋다. 이 경우는 스위치 전환기(80)에는 미분 위치 명령이 0이 되었는지 아닌지의 판단기능은 필요 없다.
모터 제어장치(100)에서는 위치 결정 제어 및 궤적 제어의 어떤 때에도 모델 제어 시스템(30)의 미분 후의 모델 위치가 피드백 제어 시스템(60)에 항상 주어진다. 따라서 기계(72)가 위치 결정 제어로부터 궤적제어로 이행되는 때에 모델 제어 시스템(30)으로부터 피드백 제어 시스템(60)으로 전환된다고 해도, 모델 제어 시스템(30)의 제어 지연에 의한 모델 위치가 피드백 제어 시스템(60)에 끌려가기 때문의 모터(70)의 모터 위치에 위치 어긋남은 생기지 않는다.
또한, 궤적 제어로부터 위치 결정 제어로 이행하는 때에도, 모터(70)의 위치에 위치 어긋남은 생기지 않는다.
이상과 같이 실시예1에 관한 모터 제어장치(100)에 의하면, 피드백 제어 시스템(60)은 모델 제어 시스템(30)의 모델 위치를 상시 사용하여 기계(72)의 위치를 제어하도록 했으므로, 모델 제어 시스템(30)과 피드백 제어 시스템(60)을 고속으로 전환하는 것이 가능하며, 기계의 사이클 타임을 단축할 수 있다. 또한, 모델 제어 시스템(30)과 피드백 제어 시스템(60)을 고속으로 전환했다 해도, 모터(70)의 위치의 동작이 매끄럽고, 모터 위치의 위치 어긋남은 생기지 않는다.
<실시예2>
(모터 제어장치(200)의 구성)
도 2는 본 발명의 실시예2에 따른 모터 제어장치의 구성도이다. 모터 제어장치(200)는 모터 제어 시스템(130)과 피드백 제어 시스템(160)을 포함한다.
모델 제어 시스템(130)은 적분기(132), 모델 위치 제어기(134), 모델 속도 제어기(136), 모터 기계 모델(138), 제진 보상기(140), 속도 산출기(142), 미분기(144)를 포함한다. 또한, 피드백 제어 시스템(160)은 적분기(162), 위치 제어기(164), 속도 제어기(166), 토크 제어기(168), 모터(170), 기계(172), 인코더(174), 속도 산출기(176), 미분기(178)를 포함한다.
모터 제어장치(200)에서의 적분기(132), 모델 위치 제어기(134), 모델 속도제어기(136), 모터 기계 모델(138), 제진 보상기(140), 속도 산출기(142), 미분기(144)는, 실시예1에 따른 모터 제어장치(100)의 적분기(32), 모델 위치 제어기(34), 모델 속도제어기(36), 모터 기계 모델(38), 제진 보상기(40), 속도 산출기(42), 미분기(44)와 동일하다. 또한, 모터 제어장치(200)에서의 적분기(162), 위치 제어기(164), 속도제어기(166), 토크 제어기(168), 모터(170), 기계(172), 인코더(174), 속도 산출기(176), 미분기(178)는, 실시예1에 따른 모터 제어장치(100)의 적분기(62), 위치 제어기(64), 속도제어기(66), 토크 제어기(68), 모터(70), 기계(72), 인코더(74), 속도 산출기(76), 미분기(78)와 동일하다.
모터 제어장치(200)의 구성이 실시예1에 따른 모터 제어장치(100)의 구성에 대하여 유일하게 다른 점은, 모델 제어 시스템(130)의 조작량인 모델 속도가 피드백 제어 시스템(160)에 상시 주어진다는 것이다.
(모터 제어장치(200)의 동작)
모터 제어장치(200)의 동작은 실시예1에 따른 모터 제어장치(100)의 동작과 거의 동일하다. 모터 제어장치(200)에서도 모델 제어 시스템(130)의 미분 후의 모델 위치가 피드백 제어 시스템(160)에 항상 주어진다. 따라서 기계(172)가 위치 결정 제어로부터 궤적제어로 이행되는 때에 모델 제어 시스템(130)으로부터 피드백 제어 시스템(160)으로 고속으로 전환됐다고 해도, 모델 제어 시스템(130)의 모터 위치에 위치 어긋남은 생기지 않는다.
또한, 모터 제어장치(200)는 모터 제어 시스템(130)으로부터의 모델 속도도 피드백 제어 시스템(150)에 항상 주어진다. 따라서, 기계(172)가 위치 결정 제어로부터 궤적 제어로 이행되는 때에, 모델 제어 시스템(130)으로부터 피드백 제어 시스템(160)으로 전환됐다고 해도 모델 제어 시스템(130)의 제어 지연에 의한 모델 속도가 피드백 제어 시스템(160)에 끌려가기 때문에, 속도 명령이 급격히 변화하지 않고, 전환에 동반한 피드백 제어 시스템(160)의 속도의 동작이 매끄럽게 된다.
<실시예3>
(모터 제어장치(300)의 구성)
도 3은 본 발명의 실시예3에 따른 모터 제어장치의 구성도이다. 모터 제어장치(300)는 모델 제어 시스템(230)과 피드백 제어 시스템(260)을 포함한다.
모델 제어 시스템(230)은 적분기(232), 모델 위치제어기(234), 모델속도제어기(236), 모터 기계 모델(238), 제진 보상기(240), 속도 산출기(242), 미분기(244)를 포함한다. 또한, 피드백 제어 시스템(260)은 적분기(262), 위치 제어기(264), 속도 제어기(266), 토크 제어기(268), 모터(270), 기계(272), 인코더(274), 속도 산출기(276), 미분기(278)를 포함한다.
모터 제어장치(300)에서의 적분기(232), 모델 위치제어기(234), 모델속도제어기(236), 모터 기계 모델(238), 제진 보상기(240), 속도 산출기(242), 미분기(244)는 실시예1에 따른 모터 제어장치(100)의 적분기(32), 모델 위치제어기(34), 모델 속도 제어기(36), 모터 기계 모델(38), 제진 보상기(40), 속도 산출기(42), 미분기(44)와 동일하다. 또한, 모터 제어장치(300)에서의 적분기(262), 위치 제어기(264), 속도 제어기(266), 토크 제어기(268), 모터(270), 기계(272), 인코더(274), 속도 산출기(276), 미분기(278)는 실시예1에 따른 모터 제어장치(100)의 적분기(62), 위치 제어기(64), 속도 제어기(66), 토크 제어기(68), 모터(70), 기계(72), 인코더(74), 속도 산출기(76), 미분기(78)와 동일하다.
모터 제어장치(300)의 구성이, 실시예1에 따른 모터 제어장치(100)의 구성에 대해 다른 것은 모터 제어 시스템(230)의 조작량인 모델 속도와 모델 토크 명령이 피드백 제어 시스템(260)에 상시 입력되는 것이다.
(모터 제어장치(300)의 동작)
모터 제어장치(300)의 동작은 실시예1에 따른 모터 제어장치(100)의 동작과 거의 동일하다. 모터 제어장치(300)에서도 모델 제어 시스템(230)의 미분 후의 모델 위치가 피드백 제어 시스템(260)에 항상 주어진다. 따라서, 기계(272)가 위치 결정 제어로부터 궤적 제어로 이행되는 때에, 모델 제어 시스템(230)으로부터 피드백 제어 시스템(260)으로 전환된다고 해도 모델 제어 시스템(230)의 제어 지연에 의한 모델 위치가 피드백 제어 시스템(260)에 끌려가기 때문에, 모터(270)의 모터 위치에 위치 어긋남은 생기지 않는다.
또한, 모터 제어장치(300)에서는 모델 제어 시스템(230)으로부터의 모델 속도에 피드백 제어 시스템(260)에 항상 준다. 따라서 기계(272)가 위치 결정제어로부터 궤적 제어로 이행되는 때에, 모델 제어 시스템(230)으로부터 피드백 제어 시스템(260)으로 전환된다고 해도, 모델제어 시스템(230)의 제어 지연에 의한 모델 속도가 피드백 제어 시스템(260)에 끌려가기 때문에, 속도 명령이 급격히 변화하지 않고, 전환에 동반하는 피드백 제어 시스템(260)의 속도의 동작이 매끄럽게 된다.
더욱이, 모터 제어장치(300)에서는 모델 제어 시스템(230)으로부터의 모델 토크 명령도 피드백 제어 시스템(260)에 항상 주어진다. 따라서 기계(272)가 위치 결정 제어로부터 궤적 제어로 이행되는 때에, 모델 제어 시스템(230)으로부터 피드백 제어 시스템(260)으로 전환된다고 해도 모델 제어 시스템(230)의 제어 지연에 의한 모델 토크 명령이 피드백 제어 시스템(260)에 끌려가기 때문에, 토크 명령이 급격히 변화하지 않고, 전환에 동반하는 피드백 제어 시스템(260)의 속도의 동작이 매끄럽게 된다.
이상과 같이 실시예3에 따른 모터 제어장치(300)에 의하면, 모델을 사용하는 제어와 모델을 사용하지 않는 제어를 고속으로 전환할 수 있으며, 고속으로 전환하더라도 모터의 동작이 매끄럽고, 기계의 사이클 타임을 단축할 수 있다.
이상의 3개의 실시예에 있어서는 모델 제어 시스템으로부터 피드백 제어 시스템에 모델 속도나 모델 토크를 출력하는 타입의 모터 제어장치를 예시했으나, 모델 제어 시스템으로부터 피드백 제어 시스템으로 모델 속도에 근거하는 속도 명령이나 모델 토크에 근거하는 토크 명령을 출력하지 않는 타입의 모터 제어장치에 대해서도 본 발명은 적용가능하다.
또한, 모델 제어 시스템에 더해지는 위치 명령 또는 미분 위치 명령으로부터 모델 속도 명령이나 모델 토크 명령에 미분기, 비례이득, LFP(로우 패스 필터)등을 사용하여 구성되는 피드 포워드 보상을 행하는 것에 대해서도 본 발명은 적용가능하다.
더욱이, 피드백 제어 시스템에 더해지는 위치 명령 또는 미분 명령으로부터 피드백 제어 시스템의 속도 명령이나 토크 명령에, 미분기, 비례이득, LPF(로우 패스 필터) 등을 사용하여 구성되는 피드 포워드 보상을 행하는 것에 대해서도 본 발명은 적용가능하다.
또한, 모델 제어 시스템으로부터 피드백 제어 시스템으로의 각 명령의 토출이 종료하면, 모델 제어 시스템으로부터 각 명령을 스위치 등의 차단기를 사용하여 절단하도록 해도 좋다.
이와 같이 종래의 모터 제어장치는 모델 제어 시스템과 피드백 제어 시스템의 전환을 고속으로 하면, 기계의 위치 어긋남이 생기며, 속도나 토크의 급격한 변화를 유발하기 때문에, 고속의 전환하는 것이 불가능했다.
그러나 본 발명에서는 피드백 제어를 행하는 경우에, 모델 제어 시스템의 응답 지연에 의해 남아 있는 모델 명령의 토출 분을 피드백 제어 시스템에 이행할 수 있도록 한다. 이 때문에, 위치 명령의 변화량이 0이 되면, 즉석에서 모델 제어 시스템으로부터 피드백 제어 시스템으로 전환되게 되며, 기계의 사이클 타임을 단축할 수 있게 된다.
20 미분기
120 미분기
220 미분기
30 모델 제어 시스템
130 모델 제어 시스템
230 모델 제어 시스템
32 적분기
132 적분기
232 적분기
34 모델 위치 제어기
138 모델 위치 제어기
234 모델 위치 제어기
36 모델 속도 제어기
136 모델 속도 제어기
236 모델 속도 제어기
38 모터 기계 모델
138 모터 기계 모델
238 모터 기계 모델
40 제진 보상기
140 제진 보상기
240 제진 보상기
42 속도 산출기
142 속도 산출기
242 속도 산출기
44 미분기
144 미분기
244 미분기
52 제1 스위치
152 제1 스위치
252 제1 스위치
54 제2 스위치
154 제2 스위치
254 제2 스위치
56 제3 스위치
58 제4 스위치
158 제4 스위치
60 피드백 제어 시스템
160 피드백 제어 시스템
260 피드백 제어 시스템
62 적분기
162 적분기
262 적분기
64 위치 제어기
164 위치 제어기
264 위치 제어기
66 속도 제어기
166 속도 제어기
266 속도 제어기
68 토크 제어기
168 토크 제어기
268 토크 제어기
70 모터
170 모터
270 모터
72 기계
172 기계
272 기계
74 인코더
174 인코더
274 인코더
76 속도 산출기
176 속도 산출기
276 속도 산출기
78 미분기
178 미분기
278 미분기
100 모터 제어 장치
200 모터 제어 장치
300 모터 제어 장치
120 미분기
220 미분기
30 모델 제어 시스템
130 모델 제어 시스템
230 모델 제어 시스템
32 적분기
132 적분기
232 적분기
34 모델 위치 제어기
138 모델 위치 제어기
234 모델 위치 제어기
36 모델 속도 제어기
136 모델 속도 제어기
236 모델 속도 제어기
38 모터 기계 모델
138 모터 기계 모델
238 모터 기계 모델
40 제진 보상기
140 제진 보상기
240 제진 보상기
42 속도 산출기
142 속도 산출기
242 속도 산출기
44 미분기
144 미분기
244 미분기
52 제1 스위치
152 제1 스위치
252 제1 스위치
54 제2 스위치
154 제2 스위치
254 제2 스위치
56 제3 스위치
58 제4 스위치
158 제4 스위치
60 피드백 제어 시스템
160 피드백 제어 시스템
260 피드백 제어 시스템
62 적분기
162 적분기
262 적분기
64 위치 제어기
164 위치 제어기
264 위치 제어기
66 속도 제어기
166 속도 제어기
266 속도 제어기
68 토크 제어기
168 토크 제어기
268 토크 제어기
70 모터
170 모터
270 모터
72 기계
172 기계
272 기계
74 인코더
174 인코더
274 인코더
76 속도 산출기
176 속도 산출기
276 속도 산출기
78 미분기
178 미분기
278 미분기
100 모터 제어 장치
200 모터 제어 장치
300 모터 제어 장치
Claims (9)
- 위치 명령에 관한 목표치를 사용하여 모델의 위치를 제어하는 모델 제어 시스템; 그리고,
모터의 위치가 상기 위치 명령에 관한 목표치가 되도록 모터의 위치를 제어하는 피드백 제어 시스템을 포함하며,
상기 피드백 제어 시스템은 상기 모델 제어 시스템의 제어량을 상시 가산상태로 하고,
상기 모델 제어 시스템과 상기 피드백 제어 시스템을 전환해서 모터를 제어하는 모터 제어장치. - 위치 명령에 관한 목표치를 사용하여 모델의 위치를 제어하는 모델 제어 시스템; 그리고,
모터의 위치가 상기 위치 명령에 관한 목표치가 되도록 모터의 위치를 제어하는 피드백 제어부를 포함하며,
상기 피드백 제어 시스템은 상기 모델 제어 시스템의 조작량 및 제어량을 상시 가산상태로 하고,
상기 모델 제어 시스템과 상기 피드백 제어 시스템을 전환해서 모터를 제어하는 모터 제어장치. - 위치 명령에 대한 목표치를 이용하여 모델의 위치를 제어하는 모델 제어 시스템; 그리고
모터의 위치가 상기 위치 명령에 관한 목표치가 되도록 모터의 위치를 제어하는 피드백 제어 시스템을 포함하며,
상기 피드백 제어 시스템은 적어도 상기 모델 제어 시스템의 제어량이 유효치를 가지는 기간은 상기 제어량을 가산하고,
상기 모델 제어 시스템 및 상기 피드백 제어 시스템을 전환하여 모터를 제어하는 모터 제어 장치. - 위치 명령에 관한 목표치를 이용하여 모델의 위치를 제어하는 모델 제어 시스템; 그리고
모터의 위치가 상기 위치 명령에 관한 목표치가 되도록 모터의 위치를 제어하는 피드백 제어 시스템을 포함하고,
상기 피드백 제어 시스템은 적어도 상기 모델 제어 시스템의 조작량이 유효치를 가지는 기간은 상기 조작량을 가산하고, 적어도 상기 모델 제어 시스템의 제어량이 유효치를 가지는 기간에 상기 제어량을 가산하고,
상기 모델 제어 시스템 및 상기 피드백 제어 시스템을 전환하여 모터를 제어하는 모터 제어 장치. - 청구항 1 내지 청구항 4중 어느 한 청구항에 있어서,
상기 위치 명령에 관한 목표치를 상기 모델 제어 시스템에 주는 제1 스위치;
상기 위치 명령에 관한 목표치를 상기 피드백 제어 시스템에 주는 제2 스위치; 그리고
상기 위치 명령에 관한 목표치가 규정치가 될 때에, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 ON, OFF를 전환하는 스위치 전환기를 더 포함하는 모터 제어장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 스위치 전환기는,
모터의 위치 결정 제어시에는 상기 제1 스위치를 ON으로, 상기 제2 스위치를 OFF로 하여, 상기 피드백 제어 시스템이 상기 모델 제어 시스템의 제어량을 사용하여 상기 모터의 위치를 제어할 수 있도록 하며,
기계의 궤적 제어시에는 상기 제1 스위치를 OFF로, 상기 제2 스위치를 ON으로 하며, 상기 피드백 제어 시스템이 상기 위치 명령에 관한 목표치 및 상기 모델 제어 시스템의 제어량을 사용하여 상기 모터의 위치를 제어할 수 있도록 하는 모터 제어장치. - 청구항 2 또는 청구항 4에 있어서,
상기 모델 제어 시스템의 조작량은 모터 속도 또는 모델 속도 및 모델 토크 명령인 모터 제어장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 스위치 전환기는 상기 기계로부터 입력되는 궤적 제어/위치 결정 제어 전환 신호를 사용하여 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 ON, OFF를 전환하는 스위치 전환신호를 출력하는 모터 제어장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 스위치 전환기는 상기 위치 명령에 관한 목표치가 규정치가 되기 전에, 상기 궤적 제어/위치 결정 제어 신호를 입력하고, 상기 위치 명령에 관한 목표치가 규정치가 될 때, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 ON, OFF를 전환하는 모터 제어장치.
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