WO2006075554A1 - モータ制御装置とその制御方法 - Google Patents
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B11/00—Automatic controllers
- G05B11/01—Automatic controllers electric
- G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
- G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/14—Estimation or adaptation of motor parameters, e.g. rotor time constant, flux, speed, current or voltage
Definitions
- the present invention relates to a motor control device for identifying an inertia in a control device such as a robot or a machine tool.
- FIG. 2 shows a control configuration of a conventional motor control device.
- 21 is a motor control unit
- 22 is a model control unit
- 23 is a speed control proportional gain
- 24 is a differentiator
- 25 is an integrator
- 26 is a speed control proportional gain of the model control unit
- 27 is an initial of the model control unit.
- An integrator representing Sha, 28 is an integrator.
- Vref is the speed command
- Vfb is the motor speed
- Tref is the torque command
- STref is the torque command time integral value
- Vfb ' is the model speed
- STref' is the model torque command time integrated value.
- the conventional motor control device includes a motor control unit that controls the motor speed and a model control unit that simulates speed control using a model.
- the value STref obtained by time-integrating the torque command of the speed control unit and the torque command of the model control unit are The inertia is identified by the ratio to STref 'that is time-integrated (see Patent Document 1).
- a motor control unit for controlling the motor speed and a model control unit for simulating the speed control using a model are provided, and a value obtained by filtering the torque command Tref of the motor control unit is set to a predetermined interval [a, Inertia J is identified and identified by the ratio of the torque command time integral value STref time integrated in b) and the model torque control time integral value STref 'obtained by time integration of the torque command Tref' of the model speed controller in the same interval.
- the speed gain Kv of the motor control unit is adjusted based on the inertia J (see Patent Document 2).
- Patent Document 1 Pamphlet of International Publication No. 1996/37039 (6 pages, Fig. 1)
- Patent Document 2 JP 2001-218488 A (2 pages, Fig. 1)
- a conventional inertia identification device does not constitute a position control unit but a speed control unit! Therefore, in an environment where the load is affected by external forces such as gravity such as a vertical axis, a large acceleration torque is generated if the position after identification deviates from the position at the start of identification or the inertia exceeds the allowable value. Therefore, there is a problem that it is difficult to realize.
- the present invention has been made in view of such problems. Even if there is an external force, the position after identification does not deviate from the position force at the start of identification, and even if the inertia exceeds a permissible value, a large torque is required. It is an object of the present invention to provide a motor control device and a control method thereof that can perform inertia identification that is easy to realize without generating any noise.
- the present invention according to claim 1 is a position control unit that generates a speed command based on a position command and a motor position, a speed control unit that generates a torque command based on the speed command and a motor speed, and a torque command force that generates a motor current.
- a motor control device composed of a motor drive unit, a speed feedforward command generation unit that differentiates a position command and generates a speed feedforward command, and a model that generates a model torque command based on the speed feedforward command and the model speed Based on the ratio between the control unit and the motor torque command integrated value obtained by time integration of the motor torque command in a predetermined interval and the model torque command integrated value obtained by time-integrating the model torque command in a predetermined interval from the predetermined position command.
- An inertia identification unit for identifying inertia is provided.
- a proportional gain setting unit for changing the position control proportional gain according to the maximum allowable value of inertia is provided.
- the motor control device according to the first aspect, further comprising a proportional gain setting unit that sets the position control proportional gain so that the relationship between the maximum allowable value of inertia and the position control proportional gain is inversely proportional. It is a thing.
- the present invention described in claim 4 includes a position control unit that generates a speed command from the position command and the motor position, a speed control unit that generates a torque command from the speed command and the motor speed, and a torque command force that generates a motor current.
- a step of generating a predetermined position command a step of differentiating the position command to generate a speed feed forward command, and a speed feed forward command And mode
- a step of generating a model torque command based on the speed of the motor a step of generating a motor torque command integrated value obtained by integrating the motor torque command over a predetermined interval, and a model torque obtained by integrating the model torque command over a predetermined interval.
- an inertia can be identified without causing a displacement due to the identification operation even when an external force is applied.
- the identification operation can be performed without generating a large caloric velocity.
- the present invention according to claim 3 is easy to realize.
- the present invention according to claim 4 can provide a method capable of identifying an inertia that does not cause a displacement due to an identification operation even when an external force is applied.
- FIG. 1 is a control configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 Control configuration diagram showing a conventional inertia identification device
- FIG. 9 is a flowchart showing the method of the present invention.
- Vref2 Speed command 2 generated by the speed feedforward command generator
- FIG. 1 shows a control configuration of the inertia identification device of the present invention.
- 1 is the mode Control unit
- 2 is a model control unit
- 3 is a position control unit
- 4 is a speed control unit
- 5 is a speed feedforward command generation unit
- 6 is a position control proportional gain
- 7 is a speed control proportional gain
- 8 is a motor drive.
- 9 is an inertia identification unit
- 10 and 11 are differentiators
- 12 is a speed control proportional gain of the model control unit
- 13 is an integrator representing the motor inertia
- 14 is an integrator.
- 30 is a control target part
- 31 is a motor
- 32 is a position sensor
- 33 is a load.
- Pref is the position command
- Pfb is the motor position generated by the position sensor
- Vrefl is the speed command 1 generated by the position control proportional gain
- Vref2 is the speed command 2 generated by the speed feedforward command generator
- V fb is the motor.
- Motor speed obtained by differentiating position Tref is torque command
- Ifb is motor current
- S Tref is torque command time integral value
- Vfb is model speed
- S Tref is model torque command time It is an integral value.
- the features of the present invention are as follows.
- the motor controller is composed of a position controller and a speed controller. Furthermore, a speed feedforward command obtained by differentiating the position command is given to the speed control unit. Accordingly, it is possible to improve the speed responsiveness in the position control.
- the speed response when using the present invention in FIG. 3 the speed command and the speed response are almost the same.
- a torque command corresponding to the speed command is given to the motor, and a speed response similar to the case without the conventional position control unit is obtained. Therefore, as in the conventional method, the torque command time integrated value STref obtained by integrating the value obtained by passing the filter through the torque command Tref of the motor speed control unit in the predetermined interval [a, b] shown in FIG.
- the inertial identification device of the present invention when used when a vertical axis slider is operated by a motor, the position after the identification operation can be returned to the position at the start of identification because the position control is configured. it can.
- inertia identification is performed by the conventional method shown in Fig. 2 using a similar machine, the position after the end of the same operation is shifted downward due to the influence of gravity because it is configured with speed control. It becomes.
- the simulation results comparing the position response of the present invention and the conventional method in Fig. 6 show that Shows that the position response does not return to 0 when the conventional method is used.
- the inertia identification apparatus of the present invention can be applied to a machine configuration that is affected by the influence of other external forces such as a vertical axis slider as an example of the machine configuration.
- Example 2
- the motor when the inertia to be identified is extremely large, the motor may generate a large torque and the operation may become unstable.
- the inertia identification device according to claim 2 the position gain is changed in accordance with the allowable range of the inertia to be identified, so that the operation can be stabilized without generating a large torque.
- the inertia identification device according to claim 3 a simple expression is set according to the allowable range of the inertia to be identified, and the position gain is automatically determined, so that the operation is easy.
- Kp is the position control proportional gain
- ⁇ is the speed control proportional gain
- J is the inertia
- the maximum allowable inertia is J
- FIG. 9 is a flowchart showing the method of the present invention.
- a predetermined position command is generated in step ST1
- a position feed command is generated by differentiating the position command in step ST2
- a speed feed forward command and a model speed force model are generated in step ST3.
- the motor torque command is integrated for a predetermined time to generate a motor torque command integrated value
- the model torque command is integrated for a predetermined time to generate a model torque command integrated value.
- the inertia is obtained from the motor torque command value and the model torque command integral value.
- the present invention can be expected to be applied to measuring the weight and inertia in home appliances and automobiles that are connected only by control devices such as robots and machine tools.
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Abstract
イナーシャ同定時に外力を受けても位置ずれしないモータ制御装置とその制御方法を提供する。 位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部（３）と、速度指令とモータ速度によりトルク指令を生成する速度制御部（４）と、トルク指令からモータ電流を生成するモータ駆動部（８）と、位置指令を微分して速度フィードフォワード指令を生成する速度フィードフォワード指令生成部（５）で構成されるモータ制御装置において、速度フィードフォワード指令とモデルの速度によりモデルトルク指令を生成するモデル制御部（２）と、所定の位置指令から、モータのトルク指令を所定の区間で時間積分したモータトルク指令積分値とモデルトルク指令を所定の区間で時間積分したモデルトルク指令積分値との比によりイナーシャを同定するイナーシャ同定部（９）を備えた。
Description
モータ制御装置とその制御方法
技術分野
[0001] 本発明は、ロボットや工作機械等の制御装置において、特にイナ一シャを同定する モータ制御装置に関する。
背景技術
[0002] 図 2は従来のモータ制御装置の制御構成を示す。 21はモータ制御部、 22はモデ ル制御部、 23は速度制御比例ゲイン、 24は微分器、 25は積分器、 26はモデル制 御部の速度制御比例ゲイン、 27はモデル制御部のイナ一シャを表す積分器、 28は 積分器である。また、 Vrefは速度指令、 Vfbはモータ速度、 Trefはトルク指令、 STre fはトルク指令時間積分値、 Vfb'はモデル速度、 STref 'はモデルトルク指令時間積 分値である。
従来のモータ制御装置では、モータ速度を制御するモータ制御部とモデルにより 速度制御をシミュレーションするモデル制御部を備え、速度制御部のトルク指令を時 間積分した値 STrefとモデル制御部のトルク指令を時間積分した STref'との比によ りイナ一シャを同定している (特許文献 1参照)。また、モータ速度を制御するモータ制 御部とモデルにより速度制御をシミュレートするモデル制御部を備え、モータ制御部 のトルク指令 Trefにフィルタを通した値を図 4に示す所定の区間 [a, b]で時間積分し たトルク指令時間積分値 STrefとモデル速度制御部のトルク指令 Tref'を同じ区間 で時間積分したモデルトルク指令時間積分値 STref'との比によりイナーシャ Jを同定 し、同定されたイナーシャ Jに基づ 、てモータ制御部の速度ゲイン Kvの調整を行うも のがある (特許文献 2参照)。
特許文献 1：国際公開第 1996/37039号パンフレット (6頁、図 1)
特許文献 2：特開 2001— 218488号公報（2頁、図 1)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 従来のイナーシャ同定装置は位置制御部を構成せず速度制御部で構成して!/、る
ため、垂直軸等、負荷が重力等の外力の影響を受ける環境では、同定後の位置が 同定開始時の位置からずれたり、イナ一シャが許容値を超える場合は、大きな加速ト ルクを発生してしまい、実現が困難であるという問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、外力があっても同定後の 位置が同定開始時の位置力もずれず、許容値を超える大きなイナーシャであっても、 大きなトルクを発生せず、実現が容易なイナーシャ同定が行えるモータ制御装置とそ の制御方法を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
請求項 1記載の本発明は、位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置 制御部と、速度指令とモータ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指 令力 モータ電流を生成するモータ駆動部とで構成されるモータ制御装置において 、位置指令を微分して速度フィードフォワード指令を生成する速度フィードフォワード 指令生成部と、速度フィードフォワード指令とモデルの速度によりモデルトルク指令を 生成するモデル制御部と、所定の位置指令から、モータのトルク指令を所定の区間 で時間積分したモー外ルク指令積分値とモデルトルク指令を所定の区間で時間積 分したモデルトルク指令積分値との比によりイナ一シャを同定するイナーシャ同定部 とを備えるようにしたものである。
請求項 2記載の本発明は、請求項 1記載のモータ制御装置において、イナーシャ の最大許容値により位置制御比例ゲインを変更する比例ゲイン設定部を備えるよう にしたものである。
請求項 3記載の本発明は、請求項 1記載のモータ制御装置において、イナーシャ の最大許容値と位置制御比例ゲインの関係が反比例するように位置制御比例ゲイン を設定する比例ゲイン設定部を備えるようにしたものである。
請求項 4記載の本発明は、位置指令とモータ位置から速度指令を生成する位置制 御部と、速度指令とモータ速度からトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令 力 モータ電流を生成するモータ駆動部と、生成部とで構成されるモータ制御装置 の制御方法において、所定の位置指令を生成するステップと、位置指令を微分して 速度フィードフォワード指令を生成するステップと、速度フィードフォワード指令とモデ
ルの速度によりモデルトルク指令を生成するステップと、モータのトルク指令を所定の 区間で時間積分したモータトルク指令積分値を生成するステップと、モデルトルク指 令を所定の区間で時間積分したモデルトルク指令積分値を生成するステップと、モ 一タトルク指令積分値と前記モデルトルク指令積分値との比によりイナ一シャを同定 するステップとを備えるようにしたものである。
発明の効果
[0005] 請求項 1記載の本発明は、外力を受けても、同定動作に伴う位置ずれを生じさせる ことなく、イナ一シャを同定できる。
請求項 2記載の本発明は、許容値を超える大きなイナーシャであっても、大きなカロ 速度を発生せずに同定動作が行える。
請求項 3記載の本発明は、実現が容易である。
請求項 4記載の本発明は、外力を受けても、同定動作に伴う位置ずれを生じさせる ことなぐイナ一シャを同定できる方法を提供できる。
図面の簡単な説明
[0006] [図 1]本発明の第 1実施例を示す制御構成図
[図 2]従来のイナーシャ同定装置を示す制御構成図
[図 3]本発明を用いたときの速度応答のシミュレーション結果
[図 4]イナーシャ同定の計算に用いるトルクの積算区間を示す図
[図 5]速度フィードフォワード指令がないときの速度応答のシミュレーション結果
[図 6]本発明と従来法の位置応答を比較したシミュレーション結果
[図 7] (1)式を適用した場合の本発明のシミュレーション結果
[図 8] (1)式を適用しない場合の本発明のシミュレーション結果
[図 9]本発明の方法を示すフローチャート
符号の説明
[0007] 1 モータ制御部
2 モデル制御部
3 位置制御部
4 速度制御部
5 速度フィードフォワード指令生成部
6 位置制御比例ゲイン
7 速度制御比例ゲイン
8 モータ駆動部
9 イナーシャ同定部
10、 11 微分器
12 モデル制御部の速度制御比例ゲイン
13 モータのイナ一シャを表す積分器
14 積分器
30 制御対象部
31 モータ
32 位置センサ
33 負荷
Pref 位置指令
Pfb 位置センサが生成するモータ位置
Vrefl 位置制御比例ゲインが生成する速度指令 1
Vref2 速度フィードフォワード指令生成部が生成する速度指令 2
Vfb モータ位置を微分して得たモータ速度
Tref トルク指令
Ifb モータ電流
STref トルク指令時間積分値
Vfb' モデル速度
Tref モデルのトルク指令
STref モデルトルク指令時間積分値
発明を実施するための最良の形態
[0008] 以下、本発明の実施の形態として図を参照して説明する。
実施例 1
[0009] 図 1は本発明のイナーシャ同定装置の制御構成を表す。図 1において 1はモ
御部、 2はモデル制御部、 3は位置制御部、 4は速度制御部、 5は速度フィードフォヮ ード指令生成部、 6は位置制御比例ゲイン、 7は速度制御比例ゲイン、 8はモータ駆 動部、 9はイナーシャ同定部、 10、 11は微分器、 12はモデル制御部の速度制御比 例ゲイン、 13はモータのイナ一シャを表す積分器、 14は積分器である。次〖こ 30は制 御対象部、 31はモータ、 32は位置センサ、 33は負荷である。また、 Prefは位置指令 、 Pfbは位置センサが生成するモータ位置、 Vreflは位置制御比例ゲインが生成す る速度指令 1、 Vref2は速度フィードフォワード指令生成部が生成する速度指令 2、 V fbはモータ位置を微分して得たモータ速度、 Trefはトルク指令、 Ifbはモータ電流、 S Trefはトルク指令時間積分値、 Vfb，はモデル速度、 Tref'はモデルのトルク指令、 S Trefはモデルトルク指令時間積分値である。
[0010] 本発明の特徴は以下のとおりである。モータ制御部は位置制御部と速度制御部を 用いて構成する。さらに位置指令を微分した速度フィードフォワード指令を速度制御 部に与える。これらにより、位置制御における速度の応答性を向上することができる。 図 3の本発明を用いた場合の速度応答では、速度指令と速度応答がほぼ一致して いる。これにより、速度指令に応じたトルク指令がモータに与えられることになり、従来 の位置制御部のない場合と同様の速度応答が得られる。よって、従来の方法と同様 にモータ速度制御部のトルク指令 Trefにフィルタを通した値を図 4に示す所定区間 [ a, b]で時間積分したトルク指令時間積分値 STrefとモデル速度制御部のトルク指令 Trefを同じ区間で時間積分したモデルトルク指令時間積分値 STref 'との比により イナーシャ Jを同定することができる。図 5の速度フィードフォワード指令なしに位置制 御を用いた場合では、位置制御比例ゲイン Kpの影響で速度指令に対して速度応答 が遅れるため、イナーシャ同定の計算方法をそのまま適用すると精度が劣化する。
[0011] 次に動作について説明する。例えば垂直軸のスライダをモータで動作するときに、 本発明のイナーシャ同定装置を使用した場合には、位置制御を構成しているために 同定動作後の位置を同定開始時の位置に戻すことができる。同様の機械を用いて図 2に示す従来法でイナーシャ同定を行った場合、速度制御で構成しているために同 定動作終了後の位置が、重力の影響を受けて下方向にずれたままとなる。図 6の本 発明と従来法の位置応答を比較したシミュレーション結果では、本発明を用いたとき
は 0に戻っており、従来法を用いたときは位置応答が 0に戻っていないことがわかる。
[0012] ここでは機械の構成として垂直軸のスライダを例にあげた力 他の外力の影響を受 けるような機械の構成でも、本発明のイナーシャ同定装置を適用することができる。 実施例 2
[0013] 実施例 1に示したような機械において、同定するイナ一シャが極端に大きい場合、 モータが大きなトルクを発生して動作が不安定になる恐れがある。請求項 2記載のィ ナーシャ同定装置を使用すれば、同定するイナ一シャの許容範囲に合わせて位置 ゲインを変更するため、大きなトルクを生じずに動作を安定させることができる。また、 同様に請求項 3記載のイナーシャ同定装置を使用した場合、同定するイナ一シャの 許容範囲によって簡単な式を設定して位置ゲインを自動的に決定するため、操作が 容易である。
[0014] 本発明の実施結果は以下のとおりである。イナ一シャの増大に反比例して位置制 御比例ゲインを決定する式を次のように設定する。
Kp=Kv/J (1)
Kpは位置制御比例ゲイン、 Κνは速度制御比例ゲイン、 Jはイナーシャであり、イナ 一シャの最大許容値が J
maxであれば、 Kpを KVZJ maxに設定する。今、イナ一シャの 許容範囲をモータのイナ一シャの 20倍とし、速度ゲインを 40Hzとする。対象のイナ 一シャが 1倍の場合、位置ループゲイン =速度ループゲインとすると十分安定な応 答が得られる。し力しながら、許容範囲であるイナ一シャが 20倍の対象物では、（1) 式を用いて位置ループゲインを下げないと応答が不安定になる。図 7は（1)式を適用 した場合の結果であり、イナーシャ 20倍、位置ゲインを 2としたときの速度応答を示す 。加減速時に振動が生じているが、速度一定時において減衰している。図 8は（1)式 を適用しない場合の結果であり、イナーシャ 20倍、位置ゲイン 40のままとしたときの 速度応答を示す。加減速時に振動が発生し、速度一定時においても減衰せずに発 散している。
[0015] 図 9は本発明の方法を示すフローチャートである。図 9において、ステップ ST1で所 定の位置指令を生成し、ステップ ST2で、位置指令を微分して速度フィードフォヮ一 ド指令を生成、ステップ ST3で速度フィードフォワード指令とモデル速度力 モデルト
ルク指令を生成し、ステップ ST4でモータのトルク指令を所定の時間積分してモータ トルク指令積分値を生成し、ステップ ST5でモデルのトルク指令を所定の時間積分し てモデルトルク指令積分値を生成し、ステップ ST6でモータトルク指令値とモデルト ルク指令積分値からイナ一シャを求めるものである。
産業上の利用可能性
本発明は、ロボットや工作機械等の制御装置だけでなぐ家電や自動車において 重量やイナ一シャを計測する場合にも適用が期待できる。
Claims
[1] 位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と モータ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令からモータ電 流を生成するモータ駆動部とで構成されるモータ制御装置において、
前記位置指令を微分して速度フィードフォワード指令を生成する速度フィードフォヮ ード指令生成部と、
前記速度フィードフォワード指令とモデルの速度によりモデルトルク指令を生成する モデル制御部と、
所定の位置指令から、前記モータのトルク指令を所定の区間で時間積分したモー タトルク指令積分値と前記モデルトルク指令を所定の区間で時間積分したモデルトル ク指令積分値との比によりイナ一シャを同定するイナーシャ同定部と、
を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
[2] 前記位置制御部の比例ゲインを前記イナ一シャの最大許容値に反比例するように 変更する比例ゲイン設定部を備えたことを特徴とする請求項 1記載のモータ制御装 置。
[3] 前記イナ一シャの最大許容値と位置制御比例ゲインの関係が反比例するよう位置 制御比例ゲインを設定する比例ゲイン設定部を備えたことを特徴とする請求項 1記載 のモータ制御装置。
[4] 位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と モータ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令からモータ電 流を生成するモータ駆動部とで構成されるモータ制御装置のモータ制御方法におい て、
所定の位置指令を生成するステップと、
前記位置指令力 速度フィ一とフォワード指令を生成するステップと、
前記速度フィードフォワード指令とモデルの速度によりモデルトルク指令を生成する ステップと、
前記モータのトルク指令を所定の区間で時間積分したモー外ルク指令積分値を 生成するステップと、
前記モデルトルク指令を所定の区間で時間積分したモデルトルク指令積分値を生 成するステップと、
前記モータトルク指令積分値と前記モデルトルク指令積分値との比によりイナーシ ャを同定するステップと、
を備えたことを特徴とするモータ制御方法。
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