WO1986003074A1 - System for controlling the speed of a servo motor - Google Patents

Description

明 . 細 書 '

サ ー ボ モ ー タ の速度制御方式

技 術 分 野

*発明 は、 工作機械や産業用 ロボ ッ ト 等に用 い る サ ー ボモー タ の速度制御方式に関する。

背 景 技 術

サ ― ボ モ ー タ の 速度 を フ ィ 一 ド バ ッ ク 制御す る場合 に 、 実速度を検出す る 必要があ る。 こ の実速度 を検出 す る手段 と し て 、 従来、 例えば、 位置検出用の ロ ー タ リ エ ン コ ー ダが用 レ、 られている。 かかる ロー タ リ エ ン コ ー ダ はモー タ の 1 回転当 り を数千か ら 2 万程度ま で分割 し て パル ス を発生 させ る よ う に構成されてお り 、 そ の 出力パ ル ス周波数ほ モ ー タ の 回転速度に比例す る こ と に な る 。

し か し なが ら 、 α — タ リ エ ン コー ダは特に 、 モー タ の 低速回転時、 そ の パ ル ス列が非常に間隔がひ ら い て離散 的 と な り 、 こ れを そ の ま まモー タ の速度情報 と し て使用 する と 回転 ム ラ と な っ て表われる こ と に な る 。

こ の よ う に位置の検出用 と し て用い られてい る ロ ー タ リ エ ン コ ー ダ を速度検出 に も使用 し よ う と す る と ア ナ 口 グ型の検出器 に比 し て速度分解能が低 く 、 こ の た め 、 精 度 の 高 い 円滑 な速度制御 を 行 な い 得 な い と い う 問題が あ っ た 。

発 明 の 開 示

术発明は、 サ一 ボ モー タ に取付け られた ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか ら の位置情報に基づいて推定器 を用い て速度 を 推定す る場合 に '、 定常的な推定誤差を生ずる 原因 と な'る 負荷 ト ル ク を 同時に推定 して、 精度の高い円滑 な速度制 御 を行 ない得 る サー ボモー タ の速度制御方式を提供す る こ と を 目 的 と する 。

*癸明 に よれば、 機械負荷を駆動する サー ボ モー タ に 取付 け ら れ た ロ ー タ リ エ ン コ ー ダ か ら の 位置情報 を フ ィ ー ト ノ ッ ク し 、 别 記サー ボモー タ への ト ル ク 指令信 号を生成す る サーポ モ ー タ の速度制御方式に おいて、 前 記 ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか らの位置情報 と サー ボ モー タ の モー タ 電流お よび負荷 ト ル ク 信号に基づ い て サ ー ボ モ 一 タ の速度推定値を得 る推 ^器と 、 該推疋器か ら 出力 され る速度推定値 と 速度指令信号に基づいて ト ル ク 指令信号 演算す る 演箕手段 と を有する サ一ボモー タ の速度制御方 式が提供 され る 。

*発明 に よ る サー ボモ — タ の速度制御方式は 、 推疋器 に よ リ ロ 一 タ リ ヱ ン コ 一 - ダか ら の位置情報 に基づい て サー ボ モー タ の速度 を推定する場合に、 定常的 な推定誤 差を生ず る 原因 と な る 負荷 ト ル ク を考慮 し て速度推疋 を 得 る よ う に し た の で 、 サ 一 ボ モ ー タ の低速時な ど に ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか ら のパル ス列が雞散的 と な る 従来 の欠点が解消 され、 適切に補間 された速度推定値を得 る こ と が で き 、 高精度の速度制御を行 う こ と がで き る 。

図面の簡単な説明

第 1 図は *発明 に係る速度制御方式の ブ ロ ッ ク 図、 第 2 図 （ a ) は モー タ 電流ルー プ処理 レ ぺ ル の説明図、 第 2 図 （ b ) は速度処理 レ ペル の説明図、 第 3 図 は モ ー タ 電流ル ー プ レ ベ ル に お け る オ ブザ ー バの処理 を示す フ ロ ー チ ャ ー ト 、 第 4 図は速 '度ル ー プ処理の フ ロ ー チ ヤ 一 ト であ る 。

発明 を実施するための最良の形態 以下、 太発明 を 図面 に示す実施例に基づい て具体的 に 説明す る 。

第 1 図は *発明 に係 る速度制御方式の プ ロ ッ ク 図で あ る 。 図中、 1 乃至 3 は演算器、 4 は推定器、 つ ま リ オ プ ザ一バ 、 5 は サー ボ モ ー タ 、 V c は速度指今、 U は ト ル ク 指令、 I は モー タ 電流、 は 負 荷 ト ル ク を 示 す 電 流、 V は サ 一 ボ モー タ の速度、 0 は位置、 は積分ゲ イ ン 、 k 2 は フ ィ ー ド バ ッ ク ゲ イ ン 、 K m は モ ー タ の定 数、 T mは R a を モ ー タ巻線抵抗、 L a を イ ン ダ ク タ ン ス と す る と き に L a と R a と の比、 つま り L a / R a 値 で あ る 。 ま た 、 K t は ト ル ク定数、 J は 負荷 と モー タ を カロえ合せた イ ナ一シ ャ 、 K p は 口 一 タ リ エ ン コ ー ダに よ る 換算係数で あ り 、 S は d Z d t を表わ し て い る 。 尚 、 こ こ で推定器 自 体は一般的に用い られて お リ 、 それを速 度検出器 と 組 み合せた も のが 日 本国特許 出願で あ る特願 昭 5 9 — 5 5 1 1 4 号 と して提案されて い る 。

次に 、 本発明 に よ る 速度制御方式の動作につい て説明 す る 。

ま ず、 速度指令値 V c と後述する速度推定値 の差が 演算器 1 か ら 出力 さ れ る 。 こ の出力信号 は積分 され演算 器 2 に 出力 され る 。 一方、 該演箕器 2 に は、 後述す る 速 度推定値 V に フ ィ 一 ドバ ッ ク ゲ イ ン k ₂ をかけ た も の が 入力 され、 該演箕器 2 はそれ ら の入力信号間の差を ト ル ク 指今 U と し て出力 し 、 該 ト ルク指令 U に よ っ てモ ー タ 5 が制御 され る 。 そ し て、 該モー タ 5 の速度は V と し て 出力 さ れ、 口 一 タ リ エ ン コ ー ダに よ っ て位置 e が検出 さ れる 。 こ こ で位置 e の情報には演箕器 3 に おい て負荷 ト ル ク （ ク ー ロ ン摩擦） を示す電流 1 が加え ら れた結果 が含まれる 。

そ こ で 、 末発明 に お い て は 、 推定器 、 つ ま り 、 ォ ブ ザー バ 4 を用 い て速度推定値を得る が、 こ の時 に定常的 な推定誤差を生ずる 原因 と な る 負荷 ト ル ク を同時に推定 する 。 即 ち 、 推定器 4 に は ¾ー タ電流 I と 負荷 ト ル ク を 示す電流 I を考慮 し た位置情報 6 を入力 し 、 速度推定 値 V を 出力す る 。

こ の 点 につ いて、 更 に詳細に説明する と 、 前記モー タ 電流 I 、 モ ー タ の速度 V 位置 Θ 、 負荷 ト ル ク に よ る 電 流 I と し て 、 同一次元オブザーバを構成す る と 、 次の ょ ラ に な る 。

0 kp 0

I

o ο o

実際 に検出 し 、 推定器つま リ 、 オ ブザ ーバ 4 に入力す る も の はモー タ 電流 I と位置 e であ り 、 デ ィ ジ タ ル処理 す る 為 の同一次元オ ブザーバは βη Λί ζ ' 十 ス ζ 丁

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ン 、 3 0

/ L ノ こ こ で、 T は サ ン プ リ ン グ周期、 λ 1 , λ 2 ， は オ ブザ ー バの 搔で あ り 、 必要な収束 ス テ ッ プ数 に ょ リ 块 定 さ れ る 。

そ こ で、 こ れ を マ イ ク D プ ロ セ ッ サ で処理す る 為 に 上 記 の オ ブザー バ を下記の アルゴ リ ズ ム で実現す る 。

Λθ^ί

ゾ [ ···■(-!) lu* ί

第 2 図は こ の速度推定 を得 る ため の 情報処理 を説明 す る 説明 図 で あ り 、 第 2 図 （ a ) はモー タ 電流ル ー プ の 処理 レ ベ ル （ j ) を 、 第 2 図 （ b ) は速度処理 レ ベ ル ( m ) を それ ぞれ説明 し てい る 。

尚 、 オ ブ ザ ー バ 4 は 上記 サ ン プ リ ン グ 時間 T に き た ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか ら のパ ル ス数厶 ø を 積箕 す る カ ウ ン タ を ハ ー ド 的 に備 え 、 上記の場合は、 5 ス テ ッ プ に 推 定誤差 が P と な る よ う な オ ブザーバの極 λ ι ， 2 ， λ

5 を予 め計算 し て与 え て お く も の と す る 。

第 3 図 は モ ー タ 電 流 ル ー プ 処理 レ ペ ル に お け る ォ ブ ザ一 バ 4 に よ る 処理 の流れを示すも の で あ り 、 第 4 図 は 速度ル ー プ処理の流れ を示す も のであ る 。

ま ず 、 モ ー タ 電流 ル ー プに ついては、 オ ブザ ー バ 4 は 位置情報 j 及び モ ー タ電流 I mを取込 み、 次い で 、 そ れ ら の 積 分 を 行 な う 。 次 に 、 オ ブ ザ ー バ 4 は前記 ( 1 ) 式に基づいて 、 位置推定情報 速度推定情 報 V iW 、 ト ル ク 負荷を示す電流推定情報 を計算す る 。 そ し て、 オ ブザー バ 4 は 5 回目 の処理がで きた ら 、 速度推定情報 m_{+ l}を速度処理プロ グラ ム へ渡す よ う に す る 。 こ の関係は第 2 図 （ a ) 及び第 2 図 （ b ) か ら明 ら かであ る 。

次に 、 速度ルー プ処理は第 4 図の フ ロ 一か ら 明 らか な よ う に 、 オ ブザ ー バ 4 は ま ず 、 速度指今 V ₅ m を取込 み、 次いでそれ ら の積分を行な う。 次に 、 オ ブザー バ 4： は そ の積分値 に積分ゲ イ ン を掛算 し 、 そ の積か ら速 度推定情報 V ₅ m と フ ィ ー ドバ ッ ク ゲ イ ン k ₂ と の積 を 減算 し て ト ル ク 指令 U ₅ mを得る よ う に す る 。

以上の よ う に 、 ' *実施例に よれば、 推定器 4 は負荷 ト ル ク を示す電流 Iし を含む口 一 タ リ エ ン コ ー ダの位置信 号 と サ 一ボモ ー タ 5 のモー タ電流 I と に基づい て速度推 定値 V を得る よ う に したので、 モー タ の低速時 な どに パ ル ス列が離散的に な る従来の欠点を解消 し 、 適切に補間 された速度推定値を得る こ とができ る 。 つま り 、 定常的 な推定誤差を生ずる 負荷 ト ル ク を同時に推定す る こ と が で き る の で、 ア ナ ロ グ制御方式に比する と 速度分解能ほ 劣 る デ ィ ジ タ ル制御方式を採用 しなが ら も精度の高い円 滑な速度制御 を行な ラ こ と がで き る 。

以上、 太発明 を 図示の実施例に よ り 説明 し たが、 本発 明は実施例に示 された も ののみに限定される も の では な く' 、 太癸明の主'旨 に従い、 種 々 の変形が可能 あ り 、 こ れ ら を末発明 の範囲か ら铼除する も のでは ない。

. 産業上の利用可能性

以上 の よ う に 、 *発明はサーボモー タ 低速時 に おい て も 精度の高い速度制御を行 う こ と がで き る の で 、 特に高 精度を 要求 さ れ る 工作機械のべ ッ ドゃ産業用 α ボ ッ ト 等 を作動する サ ー ボモ ー タ の速度制御に適用 し て好適で あ る 。

Claims

請 求 の 範 囲

1 、 機械 負荷 を 駆動す る サ ー ボ モ ー タ に取付け られた ロ ー タ リ エ ン コ ー ダ か ら の位置情報 を フ ィ ー ドバ ッ ク し 、 前記サー ボモー タ への ト ル ク指今信号を生成する よ う に し たサー ボ モ ー タ の速度制御方式は 、 次を合む ： 前記 ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか ら の位置情報 と 、 サ一 ボ モ ー タ の モ ー タ 電流 お よ び負荷 ト ル ク 信号に基づい て サ一 ボ モ ー タ の速度推定値を得る推定器 ；

該推定器か ら 出力 される速度推定値 と 速度指今信号 に 基づい て ト ル ク 指今信号を演算する演算手段。

2 、 前記 口 一 タ リ エ ン コ ーダか らの。位置信号に は負荷 ト ル ク を '含んでい る こ と を特徵 と する請求の範囲第 1 項記 載のサ 一 ボモ ー タ の速度制御方式。

3 、 前記演算手段は 、 前記速度指今 と 前記速度推定値 の 差を演算す る 演算器 と 、 該演算器か らの 出力値 と 前記速 度推定値 と に基づい て ト ル ク指令を出力する演算器 と を 有する こ と を特徴 と する請求の範囲第 1 項記 のサー ボ モ ー タ の速度制御方式。