WO1998040801A1 - Dispositif de commande de position - Google Patents

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Kazuhiro Tsuruta
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Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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Definitions

  • the present invention relates to a position control device such as a motor, a robot, and a machine tool, and more particularly to a position control device that requires a high-speed response.
  • a position control device aiming for high-speed response, for example, a command generation unit that generates a position command, a position command and the position of the motor to be controlled are input, and a speed command is output so that they match, and position control is performed
  • the control system itself is affected by the delay of the low-pass filter, which is a low-pass filter provided to suppress vibration induced by the mechanical system. There is a problem that it tends to vibrate. Disclosure of the invention
  • a first position control device includes: a command generation unit that generates a position command; a position control unit that inputs a position command and a position of a motor to be controlled and outputs a speed command so that they match, and performs position control. Input the speed command and speed of the motor A speed control unit that performs a speed control by outputting a torque command so that the degrees match, and a current control unit that performs a current control based on the torque command.
  • a speed feedback filter that calculates the new speed of the motor by filtering with a speed, a subtractor that calculates the speed deviation by subtracting the new speed from the speed command, and a speed deviation integrated value that integrates the speed deviation with the time constant Ti ,
  • a multiplier that multiplies the speed command by a coefficient ⁇ (0.0.0 ⁇ ⁇ ⁇ 1.0), an adder / subtractor that adds the multiplier signal and the speed deviation integral value and reduces the speed, and an adder / subtractor
  • a torque filter that calculates a torque command by multiplying the output by the speed loop gain ⁇ , and a torque filter that filters the torque command with a one-pass filter to obtain a new torque command.
  • a position control unit performs time differentiation of a position command and multiplies the result by a speed feed constant FF (0.0 FF 1.0).
  • the speed control unit performs time differentiation of the speed command and multiplies it by (motor inertia + load inertia), and multiplies the torque command by a torque feed constant F Fa (0 ⁇ FFa ⁇ l ), And an adder for obtaining a new torque command by adding the signal of the torque feed-feed device to the signal of the multiplier.
  • FIG. 1 is a block diagram of a motor control system to which the present invention is applied
  • FIG. 2 is a diagram showing details of a position control unit in FIG. 1,
  • FIG. 3 is a diagram showing details of a speed control unit in FIG. 1,
  • FIG. 4 is a diagram showing an operation example when a single-axis rolling slider is driven by using the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a motor control system to which the present invention is applied.
  • Command generation unit 1 1 outputs position command Pref
  • position control unit 1 2 outputs position command Pref and detector 1 6
  • the speed controller 13 inputs the speed Vfb of the motor obtained by calculating the difference between the speed command Vref and the position Pfb by the differentiator 17 and controls the speed so that the speed command Vref and the speed Vfb are equal to each other. Is output.
  • the current control unit 14 receives the torque command Tref, outputs a current corresponding to the input, and drives the motor 15.
  • FIG. 2 is a diagram showing details of the position control unit 12.
  • the position control unit 12 receives the position command Pref and the motor position Pfb, subtracts the motor position Pfb from the position command Pref to obtain the position deviation Pe, and multiplies the position deviation Pe by the position loop gain Kp.
  • multiplier 1 2 2 that outputs the speed command Vref and time-differentiates the position command Pref and multiplies it by the speed feedforward constant FF (0 ⁇ FF ⁇ 1.0) to generate the speed feedforward signal FFdPr.
  • a speed feedforward unit 1 2 3 to be obtained and an adder 1 2 4 that adds a speed feedforward signal FFclPr to the speed command Vref to generate a new speed command Vref are provided. 1 Output to 3.
  • FIG. 3 is a diagram showing details of the speed control unit 13.
  • the speed control unit 13 inputs the speed command Vref and the speed Vfb, filters the speed Vfb with a low-pass filter to obtain the speed FVfb, and the speed FB filter 131, and subtracts the speed FVfb from the speed command Vref to speed error.
  • a subtractor 1 3 2 for obtaining Ve an integrator 1 3 3 for obtaining the speed deviation integral value SVe by integrating the speed deviation Ve with the time constant Ti, and an ⁇ (0.0 ⁇ ⁇ 1.
  • Torque guide device 1 37 adder 1 3 8 that adds torque command Tref and torque feed signal FFadVr to generate new torque command Tref, and low-passes torque command Tref
  • a torque filter 13 is newly provided as a torque command Tref by filtering with a filter, and the torque command Tref is output to the current controller 14.
  • FIG. 4 is a diagram showing an operation example when a single-axis rolling slider is driven by using the present invention.
  • B is a response using the present invention, which is obtained by adding a speed FB filter to the conventional example.
  • Pref is a position command
  • Pfb is a motor position
  • Pe is a position deviation
  • Pe ' is an enlargement of Pe
  • Tref is a torque command.
  • the speed FB filter is provided in the speed control unit, the control system itself becomes oscillating even if the speed loop gain is increased or the time constant is shortened.
  • the target value can be reached quickly, it is possible to provide a high-performance and practical position control device.

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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

明 細 書 位置制御装置 技 術 分 野
本発明は、 モータ、 ロボット及び工作機械等の位置制御装置、 特に高速応答 を要求される位置制御装置に関する。 背 景 技 術
高速応答を目指す位置制御装置として、 例えば、 位置指令を発生する指令発生 部と、 位置指令と制御対象であるモータの位置を入力しそれらが一致するよう速 度指令を出力して位置制御をする位置制御部と、 速度指令と速度を入力しそれら がー致するよう トルク指令を出力して速度制御をする速度制御部と、 入力された トルク指令に基づいて電流制御をする電流制御部とを備え、 速度指令から速度を 減じて速度偏差を求める減算器と、 速度偏差を時定数 T1で時間積分して速度偏差 積分値を求める積分器と、 速度指令に α (0. 0≤ α≤1. 0)を乗じる乗算器と、 乗算 器の信号と速度偏差積分値を加えるとともに速度を減じる加減算器と、 加減算器 の出力に速度ループゲインを乗じる乗算器と、 乗算器の信号を口一パスフィルタ でフィルタリングして新たにトルク指令とする トルクフィルタとを備える位置制 御装置がある。
しかし、 速度ループゲインを上げていった場合や時定数を短く していった場合、 機械系から誘発される振動を抑制するために設けたローパスフィルタからなる ト ルクフィルタの遅れによって制御系自体が振動的になりやすいという問題がある。 発 明 の 開 示
本発明の目的は、 この問題を解決する位置制御装置を提供することにある。 本発明の第 1の位置制御装置は、 位置指令を発生する指令発生部と、 位置指令 と制御対象であるモータの位置を入力しそれらが一致するよう速度指令を出力し て位置制御をする位置制御部と、 速度指令とモータの速度を入力し速度指令と速 度が一致するよう トルク指令を出力して速度制御を行う速度制御部と、 トルク指 令に基づいて電流制御を行う電流制御部とを有し、 速度制御部は、 速度を口一パ スフィルタでフィルタリングしてモータの新たな速度を求める速度フィードバッ クフィルタと、 速度指令から新たな速度を減じて速度偏差を求める減算器と、 速 度偏差を時定数 Tiで時間積分して速度偏差積分値を求める積分器と、 速度指令に 係数 α (0. 0≤ α≤ 1. 0)を乗じる乗算器と、 乗算器の信号と速度偏差積分値を加え るとともに速度を減じる加減算器と、 加減算器の出力に速度ループゲイン Κνを乗 じてトルク指令を算出する乗算器と、 トルク指令を口一パスフィルタでフィルタ リングして新たなトルク指令とする トルクフィルタとを有する。
本発明の第 2の位置制御装置は、 位置制御部が、 位置指令を時間微分して速度 フィ一ドフォヮ一ド定数 FF (0. 0 FF 1. 0)を乗じる速度フィ一ドフォヮード器と、 速度フィードフォヮ一ド器の信号を速度指令に加えて新たな速度指令を求める加 算器とを有する。
本発明の第 3の位置制御装置は、 速度制御部が、 速度指令を時間微分して （モ —タイナーシャ +負荷イナ一シャ）倍し、 これにトルクフィ一ドフォヮード定数 F Fa (0≤FFa≤l) を乗じるトルクフィ一ドフォヮード器と、 トルクフィードフォヮ ―ド器の信号を乗算器の信号に加えて新たなトルク指令を求める加算器とを有す る。 図面の簡単な説明
第 1図は本発明を適用するモータ制御システムのブロック図、
第 2図は第 1図における位置制御部の詳細を示す図、
第 3図は第 1図における速度制御部の詳細を示す図、
第 4図は本発明を用いて 1軸ころがりスライダを駆動した場合の動作例を示す図 である。 発明を実施するための最良の形態
第 1図は、 本発明を適用するモータ制御システムのブロック図である。 指令発 生部 1 1は位置指令 Prefを出力し、 位置制御部 1 2は位置指令 Prefと検出器 1 6 で検出されたモータ 1 5の位置 Pfbを入力し位置指令 Prefと位置 Pfbがー致するよ うに位置制御を行い、 速度指令 Vrefを出力する。 速度制御部 1 3は速度指令 Vref と差分器 1 7が位置 Pfbの差分をとって求めたモータの速度 Vfbを入力し速度指令 Vrefと速度 Vfbがー致するように速度制御を行い、 トルク指令を出力する。電流制 御部 1 4はトルク指令 Trefを入力してこれに応じた電流を出力しモータ 1 5を駆 動する。
そして、 速度制御部 1 3と、 電流制御部 1 4と、 モータ 1 5と、 検出器 1 6と、 差分器 1 7とで形成される速度制御ループによって、 モータ 1 5が位置制御部 1 2の速度指令 Vrefに応じた速度で回転するよう速度制御される。 また、 この制御 ループに位置制御部 1 2を加えた位置制御ループによって、 モータ 1 5の回転位 置が指令発生部 1 1の位置指令 Prefに応じたものとなるよう位置制御される。 第 2図は位置制御部 1 2の詳細を示す図である。位置制御部 1 2は、位置指令 P refとモータ位置 Pfbを入力し位置指令 Prefからモータ位置 Pfbを減じて位置偏差 P eを求める減算器 1 2 1 と、 位置偏差 Peを位置ループゲイン Kp倍して速度指令 Vre fを出力する乗算器 1 2 2と、位置指令 Prefを時間微分し速度フィードフォヮ—ド 定数 FF (0≤FF≤1. 0)を乗じて速度フィ一ドフォヮ—ド信号 FFdPrを求める速度フ イードフォワード器 1 2 3と、 速度指令 Vrefに速度フィ一ドフォヮ—ド信号 FFclP rを加えて新たに速度指令 Vrefを作る加算器 1 2 4を備え、速度指令 Vrefを速度制 御部 1 3に出力する。
第 3図は速度制御部 1 3の詳細を示す図である。 速度制御部 1 3は速度指令 Vr efと速度 Vfbを入力し、 速度 Vfbをローパスフィルタでフィルタリングして速度 FV fbを求める速度 F Bフィルタ 1 3 1と、 速度指令 Vrefから速度 FVfbを減じて速度 偏差 Veを求める減算器 1 3 2と、 速度偏差 Veを時定数 Tiで時間積分して速度偏差 積分値 SVeを求める積分器 1 3 3と、速度指令 Vrefに α (0. 0≤ひ≤ 1. 0)を乗じて比 例信号 ct Vrefを求める乗算器 1 3 4と、比例信号ひ Vrefと速度偏差積分値 SVeを加 えるとともに速度 Vfbを減じる加減算器 1 3 5と、加減算器の出力に速度ループゲ イン Kvを乗じてトルク指令 Trefを算出する乗算器 1 3 6と、 速度指令 Vrefを時間 微分し、 Jをモータのイナ一シャと負荷のイナ一シャの和として J倍し、 トルク フィ一ドフォヮ一ド定数 FFa (0≤FFa≤1. 0)を乗じてトルクフィードフォヮ一ド信 号 FFadVrを出力する トルクブイ一 ドフォヮ一ド器 1 3 7と、 トルク指令 Trefと ト ルクフィ—ドフォヮ—ド信号 FFadVrを加えて新たにトルク指令 Trefを作る加算器 1 3 8と、 トルク指令 Trefをローパスフィルタでフィルタリングして新たにトル ク指令 Trefとする トルクフィルタ 1 3 9とを備え、電流制御部 1 4にトルク指令 T refを出力する。
第 4図は本発明を用いて 1軸ころがりスライダを駆動した場合の動作例を示す 図である。 （a ) は従来例で示したように、 位置制御では P (比例） 制御， 速度 制御では I— P (積分比例） 制御 （α = 0 ) とし、 振動を抑制するためにトルク フィルタを入れている。 なお、 速度フィードフォワー ド及びトルクフィー ドフォ ワードは使用していない （FF=FFa=0) 。 （b ) は本発明を用いた応答であり、 従 来例に速度 F Bフィルタを加えたものである。 制御パラメータは従来例と本発明 の実施例とで同じにしており、位置ループゲイン Kp=200rad/s、速度ループゲイン Kv=200Hz、速度ループ積分時定数 Ti=l. 56ms、 トルクフィルタ Tf=0. 4msとなってい る。 ただし、 本発明の実施例では速度 F Bフィルタを設けており、 時定数は Tk=0. 4msとなっている。図から明らかなように、従来例では位置決め時にオーバーシュ —トがでている。 これをなくすには Kvを上げるか Tiを短くすればよいが、 振動が 起こるためにこれ以上調整できず、 また、 Kpを下げてもオーバーシュートをなく すことができるが位置決め時間が長くなつてしまう。 一方、 本発明の実施例では オーバーシュートすることなく高速な位置決めが実現できている。 なお、 図中 Pr efは位置指令、 Pfbはモータ位置、 Peは位置偏差、 Pe'は Peの拡大及び Trefはトル ク指令である。 産業上の利用可能性
以上に説明したように、 本発明によれば、 速度制御部に速度 F Bフィルタを設 けたので、 速度ループゲインを上げたり、 時定数を短く したりしても制御系自体 が振動的になることはなく、 目標値に素早く達することができるので、 性能が高 く実用性のある位置制御装置を提供することできる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . モータの位置を制御する位置制御装置であって、
位置指令を発生する指令発生部と、
位置指令と制御対象であるモータの位置を入力しこれらが一致するよう速度指 令を出力して位置制御をする位置制御部と、
速度指令と前記モータの速度を入力しこれらが一致するよう トルク指令を出力 して速度制御を行う速度制御部と、
トルク指令に基づいて電流制御を行う電流制御部とを有し、
速度制御部が、
速度を口一パスフィルタでフィルタリングしてモ一タの新たな速度を求める速 度フィードバックフィルタと、
速度指令から新たな速度を減じて速度偏差を求める減算器と、
速度偏差を時定数 Tiで時間積分して速度偏差積分値を求める積分器と、 速度指令に係数 α (0. 0≤ α≤ 1. 0)を乗じる乗算器と、
乗算器の信号と速度偏差積分値を加えるとともに速度を減じる加減算器と、 加減算器の出力に速度ループゲイン Κνを乗じてトルク指令を算出する乗算器と、 トルク指令を口一パスフィルタでフィルタリングして新たなトルク指令とする トルクフィルタとを備えた位置制御装置。
2 . 前記位置制御部は、
位置指令を時間微分して速度フィードフォヮ一ド定数 FF (0. 0≤FF≤1. 0)を乗じ る速度フィ一ドフォヮード器と、
速度フィードフォヮ一ド器の信号を速度指令に加えて新たな速度指令を求める 加算器とを有する請求項 1記載の位置制御装置。
3 . 前記速度制御部は、
速度指令を時間微分して （モータイナーシャ +負荷イナ一シャ） 倍し、 これに トルクフィードフォヮ一ド定数 FFa (0≤FFa≤l) を乗じるトルクフィ一ドフォヮ ―ド器と、
トルクフィードフォヮ一ド器の信号を前記乗算器の信号に加えて新たなトルク 指令を求める加算器とを有する請求項 1または請求項 2記載の位置制御装置。
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