WO2012053405A1 - 制御装置及び制御方法 - Google Patents

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野村　祐樹
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Thk株式会社
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
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    • 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
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
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    • G—PHYSICS
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    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41449—Speed reference and derived position ffw to compensate delay of position control

Definitions

  • the present invention relates to a control device and a control method.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2010-237819 for which it applied to Japan on October 22, 2010, and uses the content here.
  • Servo motor (hereinafter referred to as motor) control using a position feedback mechanism is calculated by calculating the motor drive amount based on the position command value input from the outside and the deviation (position deviation) of the current position of the motor.
  • the motor is driven using the drive amount (Patent Document 1).
  • An object of the present invention is to provide a control device and a control method capable of reducing the settling time in controlling a motor using a position feedback mechanism.
  • the control device of the present invention is a control device that drives a motor, and calculates a change amount of a position command value from a position command value input from the outside at regular intervals, and based on the calculated change amount, the motor A position command correction unit that calculates a correction value that corrects a delay in operation with respect to the position command value that occurs in the drive, and a drive that supplies power to the motor according to the corrected position command value obtained by correcting the position command value by the correction value A portion.
  • the control method of the present invention is a control method in a control device that drives a motor, and calculates a change amount of a position command value from a position command value input at regular intervals from the outside, and based on the calculated change amount
  • a position command correction step for calculating a correction value for correcting an operation delay with respect to the position command value generated in the motor, and power corresponding to the position correction command value obtained by correcting the position command value by the correction value to the motor.
  • a driving step of supplying is supplying.
  • the delay of the current position of the motor with respect to the position command value can be reduced.
  • the current position of the motor can be made to follow the position command value.
  • the settling time when driving the motor can be shortened.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a linear motor device 1 according to this embodiment.
  • the linear motor device 1 includes a control device 10 and a linear motor 20.
  • the control device 10 is a device that performs control to drive the linear motor 20.
  • the linear motor 20 includes a long stator 21, a mover 25 that moves on the stator 21, and a pair of guide devices 22 and 22 that assemble the stator 21 and the mover 25.
  • the guide device 22 includes a track rail 23 and a slide block 26 assembled via a ball.
  • the track rail 23 is fixed to the base 54 of the stator 21.
  • the slide block 26 is fixed to the mover 25. Thereby, the mover 25 is freely guided along the track rail 23 on the stator 21.
  • the stator 21 includes a plurality of drive magnets 24 arranged between a pair of track rails 23.
  • the plurality of drive magnets 24 are arranged in such a manner that the N-pole and S-pole poles alternate in the direction in which the mover 25 moves (hereinafter referred to as the movement direction).
  • Each drive magnet 24 has the same length in the moving direction, and a constant thrust is obtained regardless of the position of the mover 25.
  • the mover 25 includes an armature 60 having a plurality of coils, a table 53 to which a moving object is attached, and an MR (Magnetoresitive Elements) sensor 27.
  • the MR sensor 27 is a kind of magnetic sensor.
  • the MR sensor 27 outputs a signal corresponding to the direction of the magnetic flux line of the magnetic field from the driving magnet 24 arranged on the stator 21 to the control device 10.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the principle of the MR sensor 27 in the present embodiment.
  • the MR sensor 27 is formed of a ferromagnetic thin-film metal of an alloy mainly composed of a ferromagnetic metal such as nickel (Ni) or iron (Fe) formed on a silicon (Si) or glass substrate 271.
  • the resistance value of the magnetoresistive element 272 changes according to the angle formed by the direction of the magnetic flux passing through the magnetoresistive element 272 with respect to the direction of current flow (Y-axis direction).
  • the MR sensor 27 has two full bridge circuits configured by combining a plurality of magnetoresistive elements 272.
  • the MR sensor 27 is arranged so that the two full bridge circuits output two signals (cosine wave signal, sine wave signal) having a phase difference of 90 °.
  • An element whose resistance value changes in a specific magnetic field direction is referred to as an AMR (Anisotropic Magneto-Resistance) sensor (reference: “Vertical type MR sensor technical data”, [online], October 2005. 1st, Hamamatsu Photoelectric Co., Ltd., “Search September 30, 2010”, Internet ⁇ URL;http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf>).
  • the control device 10 calculates the position of the mover 25 on the stator 21 and the moving speed based on the signal output from the MR sensor 27.
  • the control device 10 supplies current to the plurality of coils 28u, 28v, 28w of the armature 60 according to the calculated position and speed of the mover 25 and the position command value input at regular intervals from the upper control device. Shed. Thereby, the movable element 25 is driven along the track rail 23 by the action of the magnetic field generated in the plurality of coils and the magnetic field from the driving magnet 24 of the stator 21.
  • the host control device changes the position command value according to the operation pattern corresponding to the distance to the movement destination (target position) of the mover 25 of the linear motor 20.
  • FIG. 3 is a perspective view of the linear motor 20 in this embodiment (including the cross section of the table 53).
  • FIG. 4 is a front view of the linear motor 20 in the present embodiment.
  • the linear motor 20 is a flat type linear motor.
  • the stator 21 includes a plurality of plate-like drive magnets 24 in which a surface on which an N pole or an S pole is magnetized is arranged toward the mover 25.
  • the mover 25 moves linearly relative to the stator 21.
  • the armature 60 of the mover 25 is opposed to the driving magnet 24 via the gap g.
  • a plurality of driving magnets 24 are arranged in a line in the moving direction on the elongated base 54 of the stator 21.
  • the base 54 includes a bottom wall portion 54a and a pair of side wall portions 54b provided on both sides in the width direction of the bottom wall portion 54a.
  • a plurality of driving magnets 24 are attached to the bottom wall portion 54a.
  • each driving magnet 24 an N pole and an S pole are formed on both end faces in a direction (vertical direction in FIG. 4) orthogonal to the moving direction.
  • the plurality of drive magnets 24 are arranged in a state where the magnetic poles are reversed with respect to the pair of adjacent drive magnets 24.
  • the N pole and the S pole (magnetic pole) of the drive magnet 24 alternately oppose the MR sensor 27 of the mover 25.
  • the track rail 23 of the guide device 22 is attached to the upper surface of the side wall 54b of the base 54.
  • a slide block 26 is slidably assembled to the track rail 23.
  • a plurality of balls are interposed between the track rail 23 and the slide block 26 so as to be capable of rolling motion (not shown).
  • the slide block 26 is provided with a track-shaped ball circulation path for circulating a plurality of balls.
  • a plurality of balls roll and move between them, and the plurality of balls circulate in the ball circulation path. Thereby, the smooth linear motion of the slide block 26 is attained.
  • the table 53 of the mover 25 is attached to the upper surface of the slide block 26 of the guide device 22.
  • the table 53 is made of a nonmagnetic material such as aluminum.
  • a movement target is attached to the table 53.
  • An armature 60 is suspended from the lower surface of the table 53. As shown in FIG. 4, a gap g is provided between the driving magnet 24 and the armature 60.
  • the guide device 22 maintains the clearance g constant even when the armature 60 moves relative to the drive magnet 24.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the moving direction of the mover 25 in the present embodiment.
  • An armature 60 is attached to the lower surface of the table 53 via a heat insulating material 63.
  • the armature 60 is a core 64 made of a magnetic material such as silicon steel and a plurality of coils.
  • the plurality of coils have coils 28u, 28v, 28w wound around salient poles 64u, 64v, 64w of the core 64.
  • a three-phase alternating current having a phase difference is supplied from the control device 10 to each of the coils 28u, 28v, 28w. After winding the three coils 28u, 28v, 28w around the salient poles 64u, 64v, 64w, the three coils 28u, 28v, 28w are sealed with resin.
  • a pair of auxiliary cores 67 are attached to the lower surface of the table 53 with the armature 60 interposed therebetween. The auxiliary core 67 is provided to reduce cogging generated in the linear motor 20.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing the relative positions of the MR sensor 27, the coils 28u, 28v, 28w and the driving magnet 24 in the present embodiment.
  • the driving magnets 24 are arranged at equal intervals and in a row on the bottom wall portion 54 a of the base 54.
  • Driving magnets 24N arranged with the N pole facing the MR sensor 27 and driving magnets 24S arranged with the S pole facing the MR sensor 27 are alternately arranged.
  • the coils 28u, 28v, and 28w pass through the center of the driving magnet 24 of the stator 21 and are arranged at positions that pass on a straight line parallel to the moving direction.
  • the MR sensor 27 is attached in the same manner as the coils 28u, 28v, 28w.
  • the MR sensor 27 is attached at a position passing through the center of each driving magnet 24 and passing on a straight line parallel to the moving direction of the mover 25. As a result, the MR sensor 27 can pass through the position where the magnetic field generated by the drive magnet 24 is strongest.
  • FIG. 7 is a schematic block diagram showing the configuration of the control device 10 in the present embodiment.
  • the control device 10 includes a position command correction unit 12, a speed detection unit 14, a position detection unit 16, and a drive unit 18.
  • the position command correction unit 12 includes a differentiator 121, a correction coefficient multiplier 122, and an adder 123.
  • the differentiator 121 calculates the change amount of the position command value from the position command value input at regular intervals.
  • the adder 123 adds the correction value calculated by the correction coefficient multiplier 122 and the position command value, and outputs the addition result to the drive unit 18 as a corrected position command value.
  • the position command correction unit 12 calculates a correction value corresponding to a change amount of the position command value input from the outside for each unit time, and outputs a corrected position command value obtained by adding the calculated correction value and the position command value. .
  • the speed detector 14 detects the moving speed of the mover 25 from two signals (sine wave signal and cosine wave signal) output by the MR sensor 27 according to the movement of the mover 25.
  • the position detection unit 16 detects the position of the mover 25 from the two signals (sine wave signal and cosine wave signal) output from the MR sensor 27.
  • the position of the movable element 25 detected by the position detection unit 16 is represented by a relative position with respect to the origin, with a predetermined position as the origin. One end of the movable section of the mover 25 may be the origin.
  • the drive unit 18 includes a position deviation calculator 181, a position controller 182, a speed deviation calculator 183, a speed controller 185, a current deviation calculator 186, a current controller 187, a power converter 188, and a current transformer 189.
  • the position deviation calculator 181 calculates a position deviation by subtracting a value indicating the position (current position) detected by the position detection unit 16 from the corrected position command value calculated by the position command correction unit 12.
  • the position controller 182 calculates a speed command value by multiplying the position deviation calculated by the position deviation calculator 181 by a predetermined position gain Kp.
  • the speed deviation calculator 183 calculates a speed deviation by subtracting the moving speed detected by the speed detector 14 from the speed command value calculated by the position controller 182.
  • the speed controller 185 calculates a current command value indicating a current value flowing through the linear motor 20 from the speed deviation calculated by the speed deviation calculator 183.
  • the speed controller 185 calculates a current command value from the speed deviation using a known technique such as PI control or PID control.
  • the current deviation calculator 186 subtracts the current value flowing through the linear motor 20 detected by the current transformer 189 from the current command value calculated by the speed controller 185 to calculate a current deviation.
  • the current controller 187 calculates a voltage value corresponding to the current deviation calculated by the current deviation calculator 186 so that the current value of the current flowing through the linear motor 20 becomes the same as the current command value, and the calculated voltage value is calculated. Output as voltage command value.
  • the power converter 188 performs pulse width modulation on the voltage supplied from the outside based on the voltage command value output from the current controller 187 and applies the voltage indicated by the voltage command value to the linear motor 20. (Known configuration).
  • the current transformer 189 detects the current value of the current flowing through the linear motor 20.
  • the position command correction unit 12 calculates a corrected position command value obtained by correcting the position command value.
  • the control device 10 controls the motor based on the corrected position command value.
  • the corrected position command value is calculated based on the following equations (1) and (2) for calculating the speed command value when controlling the motor.
  • equation (3) is derived from equations (1) and (2).
  • the delay (position deviation) generated when driving the motor using the position command value can be calculated by multiplying the position command value deviation (position command value change amount) by the reciprocal of the position gain.
  • the position command correction unit 12 calculates a speed command value that is a change amount of the position command value, and multiplies the calculated speed command value by the reciprocal of the position gain Kp to cause a delay that occurs when driving the motor. (Position deviation) is calculated (see equation (3)).
  • the position command correction unit 12 calculates the corrected position command value by using the calculated position deviation as a correction value and adding the correction value and the position command value.
  • the control device 10 estimates a delay that occurs when the motor is driven with respect to the position command value, and calculates a corrected position command value that is corrected so that the estimated delay does not occur.
  • the drive unit 18 drives the linear motor 20 based on the corrected position command value in which the delay with respect to the position command value is corrected. Thereby, the control apparatus 10 can move the position of the needle
  • the control device 10 can shorten the settling time.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an operation example of the linear motor device 1 according to the present embodiment.
  • A shows a case where the position command value is not corrected (comparative example). The position command value and the position of the mover 25 are shown.
  • B shows the case where the position command value is corrected (this embodiment). The position of the mover 25, the position command value, and the corrected position command value are shown.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates the position of the mover 25.
  • the linear motor 20 was driven based on the corrected position command value (G3) obtained by correcting the position command value (G4).
  • the position of the mover 25 (current position, G5) follows the position command value.
  • the target position is reached simultaneously with the position command value.
  • a delay in movement of the mover 25 with respect to the position command value is reduced.
  • High followability to position command value As a result, the settling time can be shortened from time t2 to time t1 as compared with the case (a) where the position command value is not corrected.
  • the configuration using the flat type linear motor 20 is shown, but is not limited thereto.
  • a rod type linear motor may be used, or a motor that performs rotational motion may be used.
  • the control device 10 may have a computer system inside.
  • the process of the position command correction unit 12, the speed detection unit 14, the position detection unit 16, and the drive unit 18 is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program.
  • the above processing is performed by the computer reading and executing this program.
  • the computer-readable recording medium is a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.
  • the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the computer program.

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Abstract

　制御装置（１０）は、外部より一定間隔ごとに入力される位置指令値から位置指令値の変化量を算出し、算出した変化量に基づいて、モータ（１）において生じる位置指令値に対する動作の遅れを補正する補正値を算出する位置指令補正部（１２）と、補正値により位置指令値を補正した補正位置指令値に応じた電力をモータ（１）に供給する駆動部（１８）と、を具備する。

Description

制御装置及び制御方法
　本発明は、制御装置及び制御方法に関する。
　本願は、２０１０年１０月２２日に日本に出願された特願２０１０－２３７８１９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　位置フィードバック機構を用いたサーボモータ（以下、モータという）の制御は、外部から入力される位置指令値とモータの現在位置の偏差（位置偏差）に基づいて、モータの駆動量を算出し、算出した駆動量を用いてモータを駆動する（特許文献１）。
特開２００６－３２５３０５号公報
　位置フィードバック機構を用いてモータを駆動すると、モータの現在位置は、位置指令値に対して常に遅れが生じる。このため、位置指令値の変化に対してモータの駆動が遅れて、整定時間が長くなってしまう問題がある。
　本発明の目的は、位置フィードバック機構を用いたモータの制御において、整定時間を短縮することができる制御装置及び制御方法を提供することである。
　本発明の制御装置は、モータを駆動する制御装置であって、外部より一定間隔ごとに入力される位置指令値から位置指令値の変化量を算出し、算出した変化量に基づいて、前記モータにおいて生じる前記位置指令値に対する動作の遅れを補正する補正値を算出する位置指令補正部と、前記補正値により前記位置指令値を補正した補正位置指令値に応じた電力を前記モータに供給する駆動部と、を具備する。
　本発明の制御方法は、モータを駆動する制御装置における制御方法であって、外部より一定間隔ごとに入力される位置指令値から位置指令値の変化量を算出し、算出した変化量に基づいて、前記モータにおいて生じる前記位置指令値に対する動作の遅れを補正する補正値を算出する位置指令補正ステップと、前記補正値により前記位置指令値を補正した位置補正指令値に応じた電力を前記モータに供給する駆動ステップと、を有する。
　本発明によれば、位置指令値に対するモータの現在位置の遅れを低減させることができる。モータの現在位置を位置指令値に追従させることができる。モータを駆動する際の整定時間を短縮することができる。
本実施形態におけるリニアモータ装置１を示す概略図である。 本実施形態におけるＭＲセンサ２７の原理を示す斜視図である。 本施形態におけるリニアモータ２０の斜視図（テーブル５３の断面を含む）である。 本実施形態におけるリニアモータ２０の正面図である。 本実施形態における可動子２５の移動方向に沿った断面図を示す図である。 本実施形態におけるＭＲセンサ２７及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと駆動用磁石２４の相対的な位置を示す模式図である。 本実施形態における制御装置１０の構成を示す概略ブロック図である。 本実施形態におけるリニアモータ装置１の動作例を示す概略図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるモータの制御装置及び制御方法を説明する。本実施形態では、リニアモータを制御対象にした場合について説明する。
　図１は、本実施形態におけるリニアモータ装置１を示す概略図である。リニアモータ装置１は、制御装置１０とリニアモータ２０を備える。制御装置１０は、リニアモータ２０を駆動させる制御をする装置である。リニアモータ２０は、長尺の固定子２１と、固定子２１上を移動する可動子２５と、固定子２１及び可動子２５を組み付ける一対の案内装置２２、２２と、を備える。
　案内装置２２は、ボールを介して組みつけられた軌道レール２３及びスライドブロック２６から構成される。軌道レール２３は、固定子２１のベース５４に固定される。スライドブロック２６は、可動子２５に固定される。これにより、可動子２５は、固定子２１上を軌道レール２３に沿って自在に案内される。
　固定子２１は、一対の軌道レール２３の間に並べられた複数の駆動用磁石２４を備える。複数の駆動用磁石２４は、可動子２５が移動する方向（以下、移動方向という）において、Ｎ極及びＳ極の磁極が交互になるように並ぶ。各駆動用磁石２４は、移動方向において同じ長さを有しており、可動子２５の位置にかかわらず一定の推力が得られる。
　可動子２５は、複数のコイルを有する電機子６０と、移動対象を取り付けるテーブル５３と、ＭＲ（Magnetoresitive Elements；磁気抵抗素子）センサ２７と、を備える。
　ＭＲセンサ２７は、磁気センサの一種である。ＭＲセンサ２７は、固定子２１に配列された駆動用磁石２４からの磁界の磁束線の方向に応じた信号を制御装置１０に出力する。
　図２は、本実施形態におけるＭＲセンサ２７の原理を示す斜視図である。ＭＲセンサ２７は、シリコン（Ｓｉ）又はガラス基板２７１と、その上に形成されたニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）などの強磁性金属を主成分とする合金の強磁性薄膜金属で形成される磁気抵抗素子２７２と、を有する。磁気抵抗素子２７２は、電流の流れる方向（Ｙ軸方向）に対して、磁気抵抗素子２７２を通過する磁束の方向がなす角度に応じて、抵抗値が変化する。
　ＭＲセンサ２７は、複数の磁気抵抗素子２７２を組み合わせて構成された２つのフルブリッジ回路を有する。ＭＲセンサ２７は、この２つのフルブリッジ回路が９０°の位相差を有する２つの信号(余弦波信号、正弦波信号)を出力するように配置される。
　特定の磁界方向で抵抗値が変化する素子を、ＡＭＲ（Anisotropic Magneto-Resistance；異方性磁気抵抗素子）センサという（参考文献：「垂直タイプＭＲセンサ技術資料」、[online]、２００５年１０月１日、浜松光電株式会社、「２０１０年９月３０日検索」、インターネット＜ＵＲＬ；http://www.hkd.co.jp/technique/img/amr-note1.pdf＞）。
　図１に戻って、制御装置１０は、ＭＲセンサ２７が出力する信号に基づいて、固定子２１上における可動子２５の位置及び移動する速度を算出する。
制御装置１０は、算出した可動子２５の位置及び速度と、上位の制御装置より一定間隔ごとに入力される位置指令値とに応じて、電機子６０の複数のコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗに電流を流す。
　これにより、複数のコイルに生じる磁界と固定子２１の駆動用磁石２４からの磁界の作用により、可動子２５を軌道レール２３に沿って駆動させる。このとき、上位の制御装置は、リニアモータ２０の可動子２５の移動先（目標位置）までの距離に対応する動作パターンに応じて、位置指令値を変化させる。
　図３、図４を用いて、本実施形態におけるリニアモータ２０の構成を説明する。
　図３は、本実施形態におけるリニアモータ２０の斜視図（テーブル５３の断面を含む）である。図４は、本実施形態におけるリニアモータ２０の正面図である。
　リニアモータ２０は、フラットタイプのリニアモータである。固定子２１は、Ｎ極又はＳ極が着磁された面を可動子２５に向けて配列した複数の板状の駆動用磁石２４を備える。可動子２５は、固定子２１に対して相対的に直線運動をする。可動子２５の電機子６０は、駆動用磁石２４とすきまｇを介して対向する。
　固定子２１が有する細長く伸びたベース５４上には、複数の駆動用磁石２４が、移動方向に一列に配列される。ベース５４は、底壁部５４ａと、底壁部５４ａの幅方向の両側に設けられた一対の側壁部５４ｂと、から構成される。底壁部５４ａには、複数の駆動用磁石２４が取り付けられる。
　各駆動用磁石２４には、移動方向と直交する方向（図４において上下方向）の両端面にＮ極及びＳ極が形成される。複数の駆動用磁石２４は、それぞれが隣接する一対の駆動用磁石２４に対して磁極を反転させた状態で並ぶ。可動子２５が移動すると、可動子２５のＭＲセンサ２７に対して駆動用磁石２４のＮ極とＳ極（磁極）が交互に対向する。
　ベース５４の側壁部５４ｂの上面には、案内装置２２の軌道レール２３が取り付けられる。軌道レール２３には、スライドブロック２６がスライド可能に組み付けられる。軌道レール２３と、スライドブロック２６との間には、転がり運動可能に複数のボールが介在する（図示せず)。
　スライドブロック２６には、複数のボールを循環させるためのトラック状のボール循環経路が設けられる。軌道レール２３に対してスライドブロック２６がスライドすると、複数のボールがこれらの間を転がり運動し、また複数のボールがボール循環経路を循環する。これにより、スライドブロック２６の円滑な直線運動が可能になる。
　案内装置２２のスライドブロック２６の上面には、可動子２５のテーブル５３が取り付けられる。テーブル５３は、アルミニウムなどの非磁性素材からなる。テーブル５３には、移動対象が取り付けられる。テーブル５３の下面には、電機子６０が吊り下げられる。図４に示すように、駆動用磁石２４と電機子６０の間には、すきまｇが設けられる。案内装置２２は、電機子６０が駆動用磁石２４に対して相対的に移動するときも、このすきまｇを一定に維持する。
　図５は、本実施形態における可動子２５の移動方向に沿った断面図を示す図である。
　テーブル５３の下面には、断熱材６３を介して電機子６０が取り付けられる。電機子６０は、珪素鋼などの磁性素材からなるコア６４と複数のコイルである。複数のコイルは、コア６４の突極６４ｕ、６４ｖ、６４ｗに巻かれるコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを有する。
　コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗのそれぞれには、位相差を有する三相交流が制御装置１０から供給される。突極６４ｕ、６４ｖ、６４ｗに３つのコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを巻いた後、３つのコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、樹脂封止される。
　テーブル５３の下面には、電機子６０を挟んで一対の補助コア６７が取り付けられる。補助コア６７は、リニアモータ２０に発生するコギングを低減するために設けられる。
　図６は、本実施形態におけるＭＲセンサ２７及びコイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと駆動用磁石２４の相対的な位置を示す模式図である。
　固定子２１には、ベース５４の底壁部５４ａ上に、駆動用磁石２４が等間隔に、かつ一列に配列される。ＭＲセンサ２７に対してＮ極を向けて配置された駆動用磁石２４Ｎと、ＭＲセンサ２７に対しＳ極を向けて配置された駆動用磁石２４Ｓとが、交互に配列される。
　可動子２５において、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、固定子２１の駆動用磁石２４の中心を通過し、移動方向に対し平行な直線上を通過する位置に配列される。
　ＭＲセンサ２７は、コイル２８ｕ、２８ｖ、２８ｗと同様に、取り付けられる。ＭＲセンサ２７は、各駆動用磁石２４の中心を通過し、可動子２５の移動方向に対し平行な直線上を通過する位置に取り付けられる。これにより、ＭＲセンサ２７を駆動用磁石２４が生じさせる磁界の最も強い位置を通過させることができる。
　図７は、本実施形態における制御装置１０の構成を示す概略ブロック図である。制御装置１０は、位置指令補正部１２、速度検出部１４、位置検出部１６、駆動部１８を備える。
　位置指令補正部１２は、微分器１２１と、補正係数乗算器１２２と、加算器１２３とを有する。
　微分器１２１は、一定間隔ごとに入力される位置指令値から、位置指令値の変化量を算出する。
　補正係数乗算器１２２は、微分器１２１が算出する位置指令値の変化量に対して、駆動部１８において位置制御に用いられる位置ゲインＫｐの逆数を乗じて、補正値（＝変化量×（１／Ｋｐ））を算出する。この補正値は、リニアモータ２０を駆動する際に生じる位置指令値に対する動作の遅れを補正するために用いられる。
　加算器１２３は、補正係数乗算器１２２が算出する補正値と位置指令値を加算し、この加算結果を補正位置指令値にして駆動部１８に出力する。位置指令補正部１２は、単位時間ごとに、外部から入力される位置指令値の変化量に応じた補正値を算出し、算出した補正値と位置指令値を加算した補正位置指令値を出力する。
　速度検出部１４は、ＭＲセンサ２７が可動子２５の移動に応じて出力する２つの信号（正弦波信号及び余弦波信号）から可動子２５の移動速度を検出する。
　位置検出部１６は、ＭＲセンサ２７が出力する２つの信号（正弦波信号及び余弦波信号）から可動子２５の位置を検出する。
　位置検出部１６が検出する可動子２５の位置は、予め定められた位置を原点にし、この原点に対する相対位置により表される。可動子２５の可動区間の一端を原点にしてもよい。
　駆動部１８は、位置偏差算出器１８１、位置制御器１８２、速度偏差算出器１８３、速度制御器１８５、電流偏差算出器１８６、電流制御器１８７、電力変換器１８８、変流器１８９を有する。
　位置偏差算出器１８１は、位置指令補正部１２が算出した補正位置指令値から、位置検出部１６が検出した位置（現在位置）を示す値を減算して位置偏差を算出する。
　位置制御器１８２は、位置偏差算出器１８１が算出する位置偏差に予め定められた位置ゲインＫｐを乗じて速度指令値を算出する。
　速度偏差算出器１８３は、位置制御器１８２が算出する速度指令値から、速度検出部１４が検出する移動速度を減算して速度偏差を算出する。
　速度制御器１８５は、速度偏差算出器１８３が算出する速度偏差からリニアモータ２０に流す電流値を示す電流指令値を算出する。速度制御器１８５は、ＰＩ制御や、ＰＩＤ制御などの公知の技術を用いて、速度偏差から電流指令値を算出する。
　電流偏差算出器１８６は、速度制御器１８５が算出する電流指令値から、変流器１８９が検出するリニアモータ２０に流れる電流値を減算して、電流偏差を算出する。
　電流制御器１８７は、リニアモータ２０に流れる電流の電流値が電流指令値と同じになるように、電流偏差算出器１８６が算出する電流偏差に応じた電圧値を算出し、算出した電圧値を電圧指令値にして出力する。
　電力変換器１８８は、電流制御器１８７が出力する電圧指令値に基づいて、外部より供給される電圧に対してパルス幅変調をして、電圧指令値が示す電圧をリニアモータ２０に印加する構成（公知の構成）を有する。
　変流器１８９は、リニアモータ２０に流れる電流の電流値を検出する。
　制御装置１０では、位置指令補正部１２が位置指令値を補正した補正位置指令値を算出する。制御装置１０は、この補正位置指令値に基づいてモータを制御する。これにより、制御装置１０は、位置指令値に対してモータの駆動が遅れることを防いでいる。この補正位置指令値は、モータを制御する際に速度指令値の算出する次式（１）及び（２）に基づいて算出する。
　（速度指令値）＝（位置偏差）×（位置ゲイン）　…　（１）
　（速度指令値）＝（位置指令値の偏差）　　　　　…　（２）
　ただし、（位置偏差）＝（位置指令値）－（現在位置）、（位置指令値の偏差）＝（位置指令値の変化量）である。
　ここで、式（１）及び（２）から式（３）が導かれる。
　（位置偏差）＝（位置指令値の偏差）／（位置ゲイン）　…　（３）
　位置指令値の偏差（位置指令値の変化量）に、位置ゲインの逆数を乗じることにより、位置指令値を用いてモータを駆動する際において生じる遅れ（位置偏差）を算出することができる。
　制御装置１０では、位置指令補正部１２が、位置指令値の変化量である速度指令値を算出し、算出した速度指令値に位置ゲインＫｐの逆数を乗じて、モータを駆動する際において生じる遅れ（位置偏差）を算出する（式（３）参照）。
　位置指令補正部１２は、算出した位置偏差を補正値にし、補正値と位置指令値とを加算して補正位置指令値を算出する。
　制御装置１０は、位置指令値に対してモータを駆動する際において生じる遅れを推定し、推定した遅れが生じないように補正した補正位置指令値を算出する。そして、駆動部１８は、位置指令値に対する遅れが補正された補正位置指令値に基づいて、リニアモータ２０を駆動する。これにより、制御装置１０は、可動子２５の位置を位置指令値に対して遅れが生じないように移動させて、位置指令値に追従させることができる。制御装置１０は、整定時間を短縮することができる。
　位置指令値を補正しない場合と補正した場合の動作を比較して、位置指令値を補正した場合の効果を説明する。
　図８は、本実施形態におけるリニアモータ装置１の動作例を示す概略図である。
　（ａ）は、位置指令値を補正しない場合（比較例）を示す。位置指令値と可動子２５の位置を示す。
　（ｂ）は、位置指令値を補正した場合（本実施形態）を示す。可動子２５の位置、位置指令値、補正位置指令値を示す。
　（ａ）、（ｂ）において、横軸は時間を示し、縦軸は可動子２５の位置を示す。
　（ａ）では、可動子２５の位置（現在位置、Ｇ２）は、位置指令値（Ｇ１）に対して遅れる。時刻ｔ１において位置指令値が目標位置に達した後に、時刻ｔ２において目標位置に達する。
　これに対して、（ｂ）では、位置指令値（Ｇ４）を補正した補正位置指令値（Ｇ３）に基づいてリニアモータ２０を駆動した。可動子２５の位置（現在位置、Ｇ５）は、位置指令値に追従する。時刻ｔ１において位置指令値と同時に目標位置に達する。
　位置指令値に対する可動子２５の移動の遅れが低減される。位置指令値に対する追従性が高い。この結果、位置指令値を補正しない場合（ａ）に比べて、整定時間を時刻ｔ２から時刻ｔ１に短縮できた。
　本実施形態では、フラットタイプのリニアモータ２０を用いた構成を示した、これに限らない。ロッドタイプのリニアモータを用いてもよいし、回転運動をするモータを用いてもよい。
　制御装置１０は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。その場合、位置指令補正部１２、速度検出部１４、位置検出部１６、駆動部１８の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶される。このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
　コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータがこのコンピュータプログラムを実行するようにしても良い。
　１…リニアモータ装置、　１０…制御装置、　１２…位置指令補正部、　１４…速度検出部、　１６…位置検出部、　１８…駆動部、　２０…リニアモータ、　２５…可動子、　２７…ＭＲセンサ、　１２１…微分器、　１２２…補正係数乗算器、　１２３…加算器、　１８１…位置偏差算出器、　１８２…位置制御器、　１８３…速度偏差算出器、　１８５…速度制御器、　１８６…電流偏差算出器、　１８７…電流制御器、　１８８…電力変換器、　１８９…変流器

Claims (4)

  1. 　モータを駆動する制御装置であって、
    　外部より一定間隔ごとに入力される位置指令値から位置指令値の変化量を算出し、算出した変化量に基づいて、前記モータにおいて生じる前記位置指令値に対する動作の遅れを補正する補正値を算出する位置指令補正部と、
    　前記補正値により前記位置指令値を補正した補正位置指令値に応じた電力を前記モータに供給する駆動部と、
    を具備することを特徴とする制御装置。
  2. 　前記駆動部は、前記モータが有する可動子の位置を示す値と前記補正位置指令値の差分である位置偏差に対して位置ゲインを乗じて速度指令値を算出し、算出した速度指令に基づいて前記モータに電力を供給し、
    　前記位置指令補正部は、前記位置指令値の変化量に前記位置ゲインの逆数を乗じて前記補正値を算出し、算出した補正値と前記位置指令値を加算して前記補正位置指令値を算出する
    ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記位置指令補正部は、
    　前記位置指令値から前記位置指令値の変化量を算出する微分器と、
    　前記微分器が算出した変化量に前記位置ゲインの逆数を乗じて前記補正値を算出する補正係数乗算器と、
    　前記補正係数乗算器が算出した前記補正値と前記位置指令値を加算して前記補正位置指令値を算出する加算器と、
    を備え、
    　前記駆動部は、
    　前記加算器が算出した前記補正位置指令値から前記可動子の位置を示す値を減算して前記位置偏差を算出する位置偏差算出器と、
    　前記位置偏差算出器が算出した前記位置偏差に前記位置ゲインを乗じて前記速度指令値を算出する位置制御器と、
    　前記位置制御器が算出した前記速度指令値に基づいて前記モータを制御する速度制御器と、
    を備えることを特徴とする請求項２に記載の制御装置。
  4. 　モータを駆動する制御装置における制御方法であって、
    　外部より一定間隔ごとに入力される位置指令値から位置指令値の変化量を算出し、算出した変化量に基づいて、前記モータにおいて生じる前記位置指令値に対する動作の遅れを補正する補正値を算出する位置指令補正ステップと、
    　前記補正値により前記位置指令値を補正した位置補正指令値に応じた電力を前記モータに供給する駆動ステップと、
    を有することを特徴とする制御方法。
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JPS59187484A (ja) * 1983-04-05 1984-10-24 日本電子科学株式会社 産業用ロボツトのア−ム駆動装置
JP2005128762A (ja) * 2003-10-23 2005-05-19 Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd 制御装置

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