WO1988008640A1 - Device for controlling speed of servo motor - Google Patents

Description

明 細 書

サーボモ ー タ の速度制御装置

技 術 分 野

本発明 は、 ゲ イ ン を可変 と し た デ ィ ジ タ ルサーボ シ ス テ ム を構成す る サーボモ ー タ の速度制御装置 に関す る 。 背 景 技 術

通常のデ ィ ジタ ルサーボ シス テ ム で は、 指令速度 と 実 速度 と の誤差信号に基づい て サーボモ ー タ の ト ルク 指令 を設定 し て お り 、 一般 に実速度を検出す る た めの速度検 出手段 と し て パ ルス コ ーダ な ど が使用 さ れて レ、 る 。

上記誤差信号か ら サーボモ ー タ の速度 と 位置 と を正確 に制御す る た め に は、 通常比例動作 と 積分動作を行な う P I 補償回路が必要で あ り 、 こ う し た補償回路を含むサ ー ボ シ ス テ ム 内 で の摩擦抵抗の影響 を最小 に す る 目 的 で、 サーボモ ー タ の速度 に応 じ て補償回路の比例ゲ イ ン や積分ゲイ ン を変更す る こ と も考え ら れて レ、 る 。

こ の よ う な従来のサーボ シ ス テ ム で は、 外乱 に よ る影 響を除去 し て位置精度を保 と う と す る と き 、 積分ゲ イ ン を適正 に変更す る 必要が生 じ る 。 し か し、 モ ータ 速度が 低速に な る と フ ィ ー ド バ ッ ク 系の安定 し た動作が _f失わ れ る 。 パ ルス コ ーダな ど速度検出手段か ら の実速度信号が 離散的 に帰還さ れ、 低速回転時 に は速度検出の分解能が 低下す る か ら で あ る 。

即ち 、 検出速度の分解能が低下す る と き 、 極低速運転 時のサーボシス テ ム に は静摩擦抵抗に よ る オ フ セ ッ ト が 生 じ る 。 こ の た め、 パ ルス コーダか ら帰還さ れる実速度 信号に基づいて積分ゲイ ン を変更し、 位置決め精度を向 上さ せ よ う と し て も、 オ フ セ ッ ト 量を適正に評価し てゲ— ィ ン を変更する こ と がで きず、 サーボモ ー タ の回転速度 にむ ら が生 じ てい た。

発 明 の 開 示

本発明は、 こ う し た問題点を解決すべ く な された も の で、 デ ィ ジ タ ルサーボ シ ス テ ム で の積分ゲ イ ン を可変 し た P I 補償回路を設け た速度帰還ルー プ に よ り 、 離散的 に帰還さ れる実速度信号に基づいて高速位置決めを可能 に し たサーボモータ の速度制御装置を提供す る こ と を 目 的 と してい る 。 · .

末発明 に よ れば、 サーボモータ か ら離散的 に検出さ れ る実速度 と指令速度と の誤差を演算す る演算手段 と 、 可 変の積分ゲ イ ン を含む制御ゲ イ ン を有す る も の で あ つ て、 前記演算手段の誤差出力に基づいて前記サーボモー タへの ト ルク指令を形成す る補償手段 と 、 前記補償手段 め積分ゲイ ン を前記サーボモータ の推定速度に反比例す よ う に設定制御す る制御手段 と を具備し、 離散的な速 度指令信号 に よ り サーボモータ の速度を制御する _:サーボ モー タ の速度制御装置が提供で き る 。

本発明のサーボモータ の速度制御装置に よれば、 離散 的に帰還さ れてく る速度'信号か ら サ一ボモー タ の推定速 度を演算 し、 それ に反比例す る積分ゲ イ ン を得る こ と に よ り 、 結果的 に低速時の速度信号の分解能が向上 し、 こ れ に よ っ て デ ィ ジ タ ルサー ボ シ ス テ ム で の積分ゲ イ ン を 変化さ せ て、 P I 補償回路を設け た速度帰還ルー プ に よ り 離散的 に帰還さ れ る実速度信号か ら の高速位置決め を 可能に す る 。

図面の簡単な説明

第 1 図は、 本発明の一実施例を示す ブ ロ ッ ク 図、 第 2 図は、 同実施例の作用 を説明す る タ イ ミ ン グ図で あ る 。 荥明を実施す る た め の最良の形態

以下、 図面を用いて本発明の一実施例 に つい て ^細 に 説明す る

第 1 図は、 本発明の一実施例の速度制御装置を示す ブ ロ ッ ク 図で あ り 、 こ の速度制御装置 に は、 速度指令 V c πι d が、 加算回路 1 を介 し て所定の制御ゲイ ン を有す る補償 回路 2 に 供給 さ れ る 。 こ の補償回路 2 で は、 速度指令 V c m dがサーボモ ー タ 3 に 対す る ト ル ク 指令 T に変換さ れ、 こ の 卜 ル ク指令 T に り サーボモ一タ 3 を指令速度 V c m d 通 り に 駆動制御 し て い る 。

上記加算回路 1 に.は 、 サ一ボモ ータ 3 か ら の実速度を 推定す る こ と で得 ら れ る推定速度 w が帰還さ れ、 .こ こ で 速度指令 V c m dと の誤差が演算さ れ て、 そ れが速度偏差 と し て補償回路 2 に 出力 さ れて レヽ る 。

上記補償回路 2 は、 上目じ迷度偏差 に 基づ い て サ ー ボ モ ー タ 3 に 所定の駆動電流な どの パ ヮ一を設定す る た めの も の で、 そ の制御ゲイ ン G は、

G = K p + K i / s

に設定されてい る。 こ こ で、 K p は比例ゲ イ ン 、 K i は 積分ゲイ ン で あ る 。 そ し て こ の積分ゲイ ン K i が、 推定 速度 に応 じ て以下の よ う に可変 と さ れる こ と に 、 本発 明の速度制御装置の特徴があ る。

すなわ ち 、 こ の速度制御装置は、 サーボモータ 3 か ら の実速度信号 Wが、 例え ばパルス コ ーダな どの速度検出 手段に よ り 離散的 に形成さ れる速度に比例 し た周波数の パ ルス信号 と して入力さ れてい る。 そ して通常ほサーボ モータ 3 が高速回転す る た め に 、 こ の速度検出手段の速 度検出範囲を大き く 設定し て、い る。 そ の た め、 低速時の 速度分解能が、 相対的に低下する こ と に な る 。 そ こ で こ こ で は、 サーボモータ 3 か ら実速度信号 W をパ ルス コ ー ダな どか ら得た場合に、 こ の実速度信号 W と 上記 ト ルク 指令 T と か ら 推定速度 を演算す る オ ブザーバ 4 を設 け、 推定速度 に反比例する よ う に補償回路 2 の積分ゲ イ ン K i を設定し てい る 。 5 は、 推定速度 があ る値以 上の時は積分ゲイ ン K i を零-に し、 サーボモータ 3 の速 度が低下し てパ ルス コ ーダの速度分解能が或る程度低下 し た と こ ろ で、 積分ゲイ ン K i を推定速度 ^ に 反比例す る よ う に増加する ゲイ ン設定器であ る 。

なお、 上記構成に おいて、 加算回路 1 へ帰還さ れ る速 度信号も オ ブザーバ 4 の推定速 $ w と し てい る が、 必ず し も推定速度 を誤差演算 使用 しな く て も よ い。 加算 回路 1 に サーボモータ 3 の実速度信号 W を帰還す る構成 と すれば良いか ら で あ る 。

こ の よ う に構成 さ れ る サーボモ ー タ の速度制御装置 に ぉ レ、 て、 速度指令 V c m dに よ り P I 制御を行な っ て高速 に 位置決めす る と き 、 離散的 に帰還さ れて く る実速度信号 w か ら サーボ モ ー タ 3 の推定速度 w を演算 し、 ·そ れ に反 比例す る よ う に補償回路 2 の積分ゲイ ン を変更で き る 。

' 第 2 図は、 モ ー タ 速度 ( 同図 ( a ) ) と 可変 さ れる積分 ゲ イ ン i の関係を示 し て レヽ る 。 同図 （ b ) に は、 ノ ル ス コ ーダ な ど の速度検出手段か ら の実速度信号 W が低速 時 に速度分解能が低-下す る様子を示す。

同図 （ c ) は、 上記ォ ブザーバ 4 に よ る サーボモータ 3 の推定速度 w を示 し て い る 。 こ こ で速度が連続的 に推 定さ れ る こ と に よ り 、 パ ルス コ一ダの速度分解能が或る 程度低下 し た と こ ろ で、 ゲ イ ン設定器 5 を介 し て補償回 路 2 の積分ゲイ ン K i を推定速度 w に反比例 さ せ て変化 さ せ る こ と が で き る （ 同図 （ d ) ) o

つ ま り 同図 （ d ) で は、 P I 制御 に おい て積分ゲイ ン K i を低速時の実速度信号 W に対応さ せて変化さ せ る と き に 生 じ る K i の振動の様子を破線 に よ り 示 し て；レ、 る 。 こ れ に対 し て上記実施例の場合 に は、 実線で示す よ う に ォ ブザー バ 4 で の推定速度 w に対応 し て変更さ れ た積分 ゲ イ ン i が、 低速時 に 帰還 さ れ る速度信号の 分解能を向上さ せ て い る の で あ る 。 なお、 上記ゲイ ン設定器 5 に よ り 積分ゲイ ン K i を可 変設定す る に 当 り 、 推定速度 に対 し て連続的 に変更す る こ と が好ま しいが、 実用的な範囲で離散的 に行な っ て も よい

以上 、 本発明の一実施例を説明 し たが、 本発明は こ れ に限定さ れる も の で な く 、 本発明の要旨の範囲內で種々 の変形が可能で あ っ て、 こ れら を本発明の範囲か ら排除 す る も の で は ない。

産業上の利用可能性

本発明のサーボモータの速度制御装置は、 離散的 に帰 還されて く る速度信号か ら サーボモ ータ の推定速度を演 算し、 それに反比例す る よ う.に積分ゲイ ン を変更して、 結果的 に低速時の速度信号の分解能を向上さ せ る こ と が で き る

Claims

請 求 の 範 囲

( 1 ) 離散的 な速度指令信号 に よ り サーボモ ー タ の速度 を制御す る も の であ っ て、 実速度の検出 に つ き 一定の分 解能の制限を有す る サーボモータ の速度制御装置は、 次 を含む ：

前記サーボモータ か ら離散的 に検出 さ れ る実速度 と 指 令速度 と の誤差を演算す る演算手段 ；

可変の積分ゲイ ン を含む制御ゲイ ン を有す る も の で あ つ て 、 刖記 ¾算手段の誤差出力 に基づい て前記サーボモ — タ への 卜 ルク 指令を形成す る補償手段 ：

前記補償手段の積分ゲイ ン を前記サーボモ ー タ の推定 速度 に 反比例す る よ う に設定制御す る制御手段。

( 2 ) 前記制御手段は、 前記実速度信号 と ト ルク 指令 と か ら推定速度を演算す る オ ブザーバ に よ り 推定速度を得 て い る こ と を特徴 と す る請求の範囲第 （ 1 ) 項記載の ーボモ ー タ の速度制御装置。

( 3 ) 前記補償手段は、 比例積分回路か ら構成さ れて い て、 推定速度が所定値以上の と き に は積分ゲ イ ン が零 に さ れ、 サーボモータ 速度が所定値以下の と き の 積分ゲ ィ ン が推定速度 に反比例す る よ う に設定制御さ れ る こ と を特徴 と す る請求の範囲第 （ 1 ) 項記載のサーボモー タ の速度制御装置。

( 4 ) 前記補償手段の積分ゲイ ン ほ、 前記制御手段 に よ り 連続的 に設定制御さ れる こ と を特徴 と す る請求の範囲 第 （ 1 ) 項記載のサーボモータ の速度制御装置。

( 5 ) 前記演算手段、 補償手段、 制御手段は、 デ ィ ジタ ル信号を処理する コ ン ピ ュ ータ シス テム と し て構成さ てい る こ と-を特徴 と す る請求の範囲第 （ 1 ) 項記載のサ

—ボモ ータ の速度制御装置。