WO2019142712A1 - 指令生成装置および指令生成方法 - Google Patents

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林峰 蘭
友博 福村
剛一 高江
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日本電産株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/298—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature and field supply
    • H02P7/2985—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature and field supply whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value

Definitions

  • the present invention relates to a command generation device and a command generation method for generating a command related to the operation of a motor.
  • a motor control device controls the rotation of a motor based on a position command and a rotational speed command from a host device.
  • Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2015-156734 discloses a motor drive device that generates internal command information based on command information from a host device and causes the motor to follow the internal command information.
  • the motor drive device generates the internal position command of the trapezoidal velocity pattern based on the position command according to the pulse train command from the host device.
  • Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2015-156734 is limited to the method of generating the internal position command.
  • the internal position command is generated by an open loop using a pulse train command from the host device, the degree of freedom of command generation is low, and the accuracy of command generation is not sufficient.
  • this invention aims at providing the command production
  • the command generation device of one mode of the present invention is a command receiving part which receives a high-order command value about operation of a motor from a high-order device, and a position of the motor based on the high-order command value. And an internal target generation unit that generates an internal target value including the target value and the rotational speed target value.
  • the internal target generation unit has a feedback operation unit that generates the corrected internal target value based on the difference between the upper level command value and the internal target value, and the upper level command value generated by the command reception unit The corrected internal target value is generated in a cycle shorter than the reception cycle.
  • a target position value and a rotational speed target value of the motor are calculated based on the step of receiving a higher-level command value related to the operation of the motor from the host device Generating an internal target value to be included.
  • feedback calculation is performed to generate the corrected internal target value based on the difference between the upper command value and the internal target value, and the reception period of the upper command value is calculated.
  • the corrected internal target value is generated in a short cycle.
  • a motor control device that performs position control and rotational speed control of the motor based on the above-described command generation device and the internal target value generated by the command generation device. And a unit.
  • the motor control device is mounted on a circuit board, and the circuit board supplies drive power to the motor.
  • the target position value and the rotational speed target value of the motor are generated by performing the feedback calculation in a cycle shorter than the reception cycle of the upper order command value, so high-precision synchronous operation of the motor is possible.
  • Command value can be generated.
  • FIG. 1 is a configuration example of a motor drive system in the present embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of the motor unit.
  • FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration of the internal target generation unit.
  • FIG. 4 is a diagram showing another configuration of the internal target generation unit.
  • FIG. 1 is a configuration example of a motor drive system 10 in the present embodiment.
  • the motor drive system 10 includes a host device 1, a motor control device 2, and a motor 3.
  • the host device 1 includes a host command generation unit 11 that generates a host command value related to the operation of the motor, and transmits the host command value generated by the host command generation unit 11 to the motor control device 2.
  • the host device 1 is driven by a clock independent of the motor control device 2.
  • the upper order command value includes information on at least one of a position command value and a rotational speed command value of the motor 3.
  • the position command value as the upper command value is referred to as “upper position command value”
  • the rotational speed command value as the upper command value is referred to as “upper rotational speed command value”.
  • the upper order command value is a digital electrical signal (pulse train command)
  • the motor control device 2 can acquire the rotational speed command value from the position command value from the pulse reception time of the pulse train command and the pulse width of the pulse train command. That is, the upper order command value in the present embodiment includes both information on the position command value of the motor 3 and information on the rotational speed command value of the motor 3.
  • the motor control device 2 includes a command reception unit 21, an internal target generation unit 22, and an operation control unit 23.
  • the command receiving unit 21 receives the upper command value transmitted from the upper device 1.
  • the command receiving unit 21 since the upper command value is a pulse train signal, the command receiving unit 21 receives information on the position command value and information on the rotational speed command value from the upper device 1 at predetermined time intervals.
  • the command receiving unit 21 outputs the upper command value received from the upper device 1 to the internal target generating unit 22.
  • the internal target generation unit 22 generates an internal target value based on the upper order command value received by the command reception unit 21, and outputs the generated internal target value to the operation control unit 23.
  • the internal target value includes the position target value and the rotational speed target value of the motor 3.
  • the position target value as the internal target value is referred to as "internal position target value”
  • the rotational speed target value as the internal target value is referred to as "internal rotational speed target value”.
  • the operation control unit 23 performs position control and rotational speed control of the motor 3 based on the internal position target value and the internal rotational speed target value generated by the internal target generation unit 22.
  • the command receiving unit 21 and the internal target generating unit 22 correspond to a command generating device.
  • FIG. 2 is a diagram showing a specific configuration of the motor unit.
  • the motor unit includes a motor control device 2 and a motor 3.
  • the motor control device 2 is mounted on a circuit board (not shown), and the circuit board supplies drive power to the motor 3.
  • the motor 3 is attached with a position sensor 3 a that detects a motor rotation angle.
  • the position sensor 3a can be, for example, a magnetic sensor such as a Hall sensor.
  • the position sensor 3a may be an optical sensor, a resolver, or the like.
  • the output signal of the position sensor 3a is acquired by the time capture 23a.
  • the sensor signal processing unit 23b measures the motor rotation angle (motor actual position) and the motor rotation speed based on the output signal of the position sensor 3a acquired by the time capture 23a, and outputs it to the position / speed control unit 23c. .
  • the position / speed control unit 23c is based on the internal position target value and the internal rotation speed target value generated by the internal target generation unit 22, and the actual motor position and motor rotation speed measured by the sensor signal processing unit 23b. Generate voltage command value.
  • the voltage control unit 23 d calculates the duty ratio of the PWM signal based on the voltage command value generated by the position / speed control unit 23 c.
  • the inverter control unit 23e generates a PWM signal based on the duty ratio calculated by the voltage control unit 23d.
  • the gate driver 23 f performs on / off control of the switching elements constituting the inverter 23 g based on the PWM signal generated by the inverter control unit 23 e.
  • the inverter 23g is configured to include the switching element, and supplies driving power to the motor 3 according to the control of the gate driver 23f.
  • the command reception unit 21, the internal target generation unit 22, the sensor signal processing unit 23b, the position / speed control unit 23c, the voltage control unit 23d, and the inverter control unit 23e can be configured by software (S / W).
  • the inverter 23g can be configured by hardware (H / W).
  • FIG. 3 is a block diagram showing a specific configuration of the internal target generation unit 22.
  • the internal target generation unit 22 includes a feedforward calculation unit 221, a difference calculation unit 222, a correction value generation unit 223, an addition unit 224, and an integrator 225.
  • the difference calculating unit 222 and the correction value generating unit 223 constitute a feedback calculating unit 226.
  • the feedforward operation unit 221 receives the upper order command value from the command reception unit 21 described above, and generates the feedforward speed target value ⁇ FF using a predetermined model based on the upper order command value.
  • the ford forward operation unit 221 includes a pulse measurement unit 221a, a moving average processing unit 221b, and a reciprocal calculator 221c.
  • the pulse measurement unit 221a is a timer that records the counter value from the rising edge to the rising edge of the pulse train signal, which is the upper command value, and measures the cycle T1.
  • the moving average processing unit 221b is configured to include a moving average filter, and calculates a period T2 that is a moving average value of the period T1.
  • the inverse calculator 221c calculates the inverse of the cycle T2 using the inverse function model, and generates the calculation result as the feedforward speed target value ⁇ FF .
  • the feedforward operation unit 221 measures the period of the pulse train command, which is the upper command value, with a timer, and based on the result of moving averaging processing, feedsforward using a predetermined model (inverse function model) A target speed value ⁇ FF is generated.
  • a predetermined model inverse function model
  • a target speed value ⁇ FF is generated.
  • smoothing means other than the moving average may be used.
  • a low pass filter or the like may be used as an example of the smoothing means.
  • the feedforward speed target value ⁇ FF generated by the feedforward calculation unit 221 is corrected by the correction value ⁇ FB generated by the feedback calculation unit 226, and is used as an internal rotation speed target value ⁇ ref which is an internal target value after correction. It is output. That is, it can be said that the feedforward speed target value ⁇ FF is a reference value of the internal target value.
  • the feedback operation unit 226 generates a correction value ⁇ FB for correcting the feedforward speed target value ⁇ FF , which is a reference value of the internal target value, based on the difference between the upper command value and the internal target value.
  • the difference calculating unit 222 calculates the difference between the upper command value and the internal target value. Specifically, the difference calculation unit 222 calculates the difference ⁇ between the upper position command value theta * and the internal position setpoint theta ref.
  • the correction value generation unit 223 generates a correction value for correcting the reference value based on the difference between the upper command value calculated by the difference calculation unit 222 and the internal target value.
  • the correction value generation unit 223 includes a switch 223a, a correction value calculation unit 223b, and a limiter 223c.
  • Switch 223a is in the on state, and outputs the difference ⁇ between the upper position command value theta * and the internal position setpoint theta ref to the correction value calculation unit 223b.
  • the correction value calculation unit 223b calculates a correction value of the feedforward speed target value ⁇ FF for making the internal position target value ⁇ ref coincide with the upper position command value ⁇ * based on the difference ⁇ .
  • the limiter 223c provides an upper limit and a lower limit to the correction value calculated by the correction value calculation unit 223b, and outputs a feedback speed target value ⁇ FB that is a final correction value.
  • the addition unit 224 adds the feedback speed target value ⁇ FB generated by the feedback calculation unit 226 to the feed forward speed target value ⁇ FF generated by the feedforward calculation unit 221, and the corrected internal target value is obtained.
  • the internal rotational speed target value ⁇ ref is output.
  • the integrator 225 integrates the internal rotational speed target value ⁇ ref output from the adding unit 224 to generate an internal position target value ⁇ ref .
  • the period of integration by the integrator 225 is set to be shorter than the period in which the internal target generation unit 22 receives the upper command value. That is, the internal target generation unit 22 generates the corrected internal target value at a cycle shorter than the reception cycle of the upper command value.
  • FIG. 4 is a block diagram showing another configuration of the internal target generation unit 22.
  • the internal target generation unit 22 shown in FIG. 3 described above has the feedforward operation unit 221 and the feedback operation unit 226, the internal target generation unit 22 shown in FIG. 4 has only the feedback operation unit 226.
  • the internal target generation unit 22 illustrated in FIG. 4 does not include the feedforward calculation unit 221 and the addition unit 224, but includes an integrator 225 and a feedback calculation unit 226.
  • the feedback calculation unit 226 generates the corrected internal target value based on the difference between the upper order command value and the internal target value.
  • the feedback operation unit 226 calculates the feedback speed target value ⁇ FB using proportional / differential / integral operation etc.
  • the internal target generation unit 22 generates the corrected internal target value in a cycle shorter than the reception cycle of the upper command value.
  • the motor control device 2 in the present embodiment includes the command generation device that generates the internal target value based on the upper-order command value related to the operation of the motor 3 from the higher-level device 1.
  • the motor control device 2 further includes an operation control unit 23 that performs position control and rotational speed control of the motor 3 based on the internal target value generated by the command generation device. Since the motor control device 2 includes the command generation device and the operation control unit 23, position control or rotational speed control of the motor 3 incorporated in the high-level device 1 can be performed regardless of which product the high-level device 1 is. It can be done precisely.
  • the command generation device includes a command reception unit 21 and an internal target generation unit 22.
  • the command receiving unit 21 receives, from the host device 1, a host command value related to the operation of the motor 3. Further, the internal target generation unit 22 generates an internal target value including the position target value and the rotational speed target value of the motor 3 based on the upper order command value received by the command reception unit 21.
  • the internal target generation unit 22 can have a feedback operation unit 226 that generates a corrected internal target value based on the difference between the upper order command value and the internal target value. At this time, the internal target generation unit 22 generates the corrected internal target value at a cycle shorter than the reception cycle of the upper command value. As described above, the internal target generation unit 22 includes the feedback calculation unit 226, and further corrects the internal target value generated based on the upper order command value by feedback calculation. Therefore, it is possible to generate a command value that enables high-precision synchronous operation of the motor. Further, since the internal target generation unit 22 generates the internal target value in a cycle shorter than the reception cycle of the upper order command value, the command value can be generated more accurately (the motor 3 can be controlled smoothly).
  • the internal target generation unit 22 can generate both the position target value and the rotational speed target value with high accuracy as the internal target value. Therefore, the operation control unit 23 can perform both position control and rotational speed control of the motor 3 with high accuracy, and high-precision synchronous operation of the motor 3 becomes possible.
  • the corrected internal target value is generated by feedback calculation based on the difference between the upper order command value and the internal target value, and the motor 3 is controlled based on the corrected internal target value. Do. Therefore, it is possible to control the motor 3 with high accuracy by suppressing the influence of the disturbance of the above signal.
  • the upper order command value is a pulse train signal.
  • a pulse train signal is used as the upper order command value, the above-mentioned expensive dedicated hardware is unnecessary, and the cost can be reduced accordingly.
  • the position command value and the rotational speed command value included in the upper command value can be easily obtained by detecting the rise and fall of the pulse train signal, and the internal target value Can be generated appropriately.
  • the internal target generation unit 22 can include a feedforward calculation unit 221, a feedback calculation unit 226, and an addition unit 224.
  • the feedforward calculation unit generates a reference value of the internal target value using a predetermined model based on the upper command value.
  • the feedback operation unit generates a correction value for correcting the reference value generated by the feedforward operation unit 221 based on the difference between the upper command value and the internal target value.
  • the addition unit adds the correction value to the reference value to generate a corrected internal target value.
  • the feedback operation unit 226 is a difference operation unit 222 that calculates the difference between the upper order command value and the internal target value, and a correction value generation unit that generates a correction value for correcting the reference value based on the difference. And 223.
  • the internal target generation unit 22 corrects the target value predicted by the feedforward calculation by feedback calculation, and generates the corrected internal target value.
  • the target value predicted by the feedforward operation may include an error, which adversely affects the motor control accuracy.
  • the error included in the target value predicted by the feedforward calculation can be appropriately corrected. As a result, an internal target value used for motor control can be generated with high accuracy.
  • feed forward operation unit 221 generates a reference value of internal rotational speed target value ⁇ ref
  • feedback operation unit 226 performs an internal operation based on the difference between upper position command value ⁇ * and internal position target value ⁇ ref.
  • a correction value is generated to correct the reference value of the rotational speed target value ⁇ ref .
  • the reference value of the rotational speed target value is generated by the feedforward calculation unit 221
  • the reference value of the rotational speed target value is calculated by the feedback calculation unit 226 based on the difference between the position command value and the position target value.
  • the feedforward operation unit 221 acquires the period T1 of the pulse train signal by the timer, and uses a predetermined model based on the acquired period T1 of the pulse train signal, using the reference value of the internal rotational speed target value ⁇ ref. A certain feedforward speed target value ⁇ FF is generated. At this time, the feedforward operation unit 221 can generate the smoothed reference value. As a result, the feedforward operation unit 221 can suppress the signal variation of the upper order command value and appropriately generate the feedforward speed target value ⁇ FF .
  • the command generation method in the command generation device includes the step of receiving the upper level command value related to the operation of the motor from the upper level device, and the target position value and rotational speed of the motor based on the upper level command value. Generating an internal target value including the target value. Then, in the step of generating the internal target value, feedback calculation is performed to generate the corrected internal target value based on the difference between the upper command value and the internal target value, and the cycle is shorter than the reception cycle of the upper command value. Generate the corrected internal target value.
  • a feedforward operation for generating a reference value of the internal target value using a predetermined model based on the upper command value, and a difference between the upper command value and the internal target value
  • Feedback calculation for generating a correction value for correcting the reference value and calculation for generating the corrected internal target value by adding the correction value to the reference value, and from the reception cycle of the upper command value
  • the corrected internal target value can also be generated in a short cycle.
  • the motor drive system 10 of this embodiment is suitable for a system in which position control and rotational speed control of a motor are strongly required.
  • a system for driving and controlling a motor used for an OA apparatus, a laser radar, a fan and the like there is, for example, a system for driving and controlling a motor used for an OA apparatus, a laser radar, a fan and the like.
  • the feedback calculation unit 226 generates the feedback speed target value ⁇ FB based on the difference ⁇ between the upper position command value ⁇ * and the internal position target value ⁇ ref has been described.
  • the feedback operation unit 226 is not limited to the configuration for feeding back the position target value, and may be a configuration for feeding back the rotation speed target value.
  • the feedforward operation unit 221 generates the reference value of the internal position target value ⁇ ref
  • the feedback operation unit 226 calculates the upper rotational speed command value and the internal rotational speed target.
  • a correction value for correcting the reference value may be generated based on the difference with the value ⁇ ref .
  • the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained.
  • the feedforward calculation unit 221 generates a reference value of one of the position target value and the rotation speed target value
  • the feedback calculation unit 226 generates the reference value of the position target value and the rotation speed target value. Based on the difference between the upper command value and the internal target value in the other, a correction value for correcting the reference value is generated.
  • the upper command value is the pulse train signal.
  • the upper command value may include information on at least one of the position command value and the rotational speed command value of the motor 3. It is not limited to the pulse train signal.
  • the upper order command value includes only information on one of the position command value and the rotation speed command value
  • the other information of the position command value and the rotation speed command value is generated using a predetermined model. can do. Therefore, both the position target value and the rotational speed target value can be appropriately generated as the internal target values.
  • the internal target generation unit 22 shown in FIG. 3 may switch to a configuration in which the switch 223a is turned off and the feedback calculation is turned off to make only the feedforward calculation unit function, according to the estimated state of the command value.
  • the actual motor position may be switched back according to the control method of the motor 3.
  • the switch 223a may be turned on and off according to the state of the motor, and feedback calculation may be turned on and off. For example, when the rotation state of the motor is good, the switch 223a may be turned on, and when the rotation state of the motor is bad and the actual position of the motor varies, the switch 223a may be turned off.
  • the higher-level device 1 may include the command generation device.
  • the motor control device 2 including the operation control unit 24 includes the command generation device, the command value generated by the command generation device can be used for motor control with high accuracy, and the operation of the motor is controlled with high accuracy. It becomes possible.
  • SYMBOLS 1 Host apparatus, 2 ... Motor control apparatus, 3 ... Motor, 10 ... Motor drive system, 21 ... Command reception part, 22 ... Internal target production part, 23 ... Operation control part, 221 ... Feedforward arithmetic part, 222 ... Difference Operation unit, 223 ... correction value generation unit, 224 ... addition unit, 225 ... integrator, 226 ... feedback operation unit

Abstract

本発明の例示的な一の実施形態に係る指令生成装置は、上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信する指令受信部と、上位指令値に基づいて、モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する内部目標生成部と、を備える。内部目標生成部は、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、補正後の内部目標値を生成するフィードバック演算部を有し、指令受信部による上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の内部目標値を生成する。

Description

指令生成装置および指令生成方法
　本発明は、モータの動作に関する指令を生成する指令生成装置および指令生成方法に関する。
　従来、モータ制御装置は、上位装置からの位置指令や回転速度指令に基づいて、モータを回転制御している。
　日本国公開公報特開２０１５－１５６７３４号公報には、上位装置からの指令情報をもとに内部指令情報を生成し、当該内部指令情報に対してモータを追従させるモータ駆動装置が開示されている。ここで、モータ駆動装置は、上位装置からのパルス列指令による位置指令をもとに、台形速度パターンの内部位置指令を生成するようにしている。
日本国公開公報：特開２０１５－１５６７３４号公報
　しかしながら、日本国公開公報特開２０１５－１５６７３４号公報に記載の技術は、内部位置指令の生成方法に限られる。また、内部位置指令は、上位装置からのパルス列指令を利用したオープンループにより生成されるため、指令生成の自由度が低く、指令生成の精度は十分ではない。
　そこで、本発明は、高精度にモータを制御するための指令値（内部目標値）を生成することができる指令生成装置および指令生成方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の一つの態様の指令生成装置は、上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信する指令受信部と、前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する内部目標生成部と、を備える。前記内部目標生成部は、前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、補正後の前記内部目標値を生成するフィードバック演算部を有し、前記指令受信部による前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成する。
　また、本発明の一つの態様の指令生成方法は、上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信するステップと、前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成するステップと、を含む。前記内部目標値を生成するステップでは、前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、補正後の前記内部目標値を生成するフィードバック演算を行い、前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成する。
　さらに、本発明の一つの態様のモータ制御装置は、上記の指令生成装置と、前記指令生成装置により生成された前記内部目標値に基づいて、前記モータの位置制御および回転速度制御を行う動作制御部と、を備える。
　また、本発明の一つの態様のモータユニットにおいて、上記のモータ制御装置は、回路基板に載置され、前記回路基板は、前記モータに駆動電力を供給する。
　本発明の一つの態様によれば、上位指令値の受信周期よりも短い周期でフィードバック演算を行って、モータの位置目標値および回転速度目標値を生成するので、モータの高精度同期運転が可能な指令値を生成することができる。
図１は、本実施形態におけるモータ駆動システムの構成例である。 図２は、モータユニットの具体的構成を示す図である。 図３は、内部目標生成部の具体的構成を示す図である。 図４は、内部目標生成部の別の構成を示す図である。
  以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
  なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
　図１は、本実施形態におけるモータ駆動システム１０の構成例である。
　モータ駆動システム１０は、上位装置１と、モータ制御装置２と、モータ３と、を備える。
　上位装置１は、モータの動作に関する上位指令値を生成する上位指令生成部１１を備え、上位指令生成部１１により生成された上位指令値をモータ制御装置２へ送信する。この上位装置１は、モータ制御装置２とは独立したクロックで駆動される。
　また、上位指令値は、モータ３の位置指令値および回転速度指令値の少なくとも一方に関する情報を含む。　
なお、以下の説明では、上位指令値としての位置指令値を「上位位置指令値」、上位指令値としての回転速度指令値を「上位回転速度指令値」という。
　本実施形態では、上位指令値がデジタル電気信号（パルス列指令）である場合について説明する。モータ制御装置２は、パルス列指令のパルス受信時刻から位置指令値、パルス列指令のパルス幅から回転速度指令値を取得することができる。つまり、本実施形態における上位指令値は、モータ３の位置指令値に関する情報と、モータ３の回転速度指令値に関する情報との両方を含む。
　モータ制御装置２は、指令受信部２１と、内部目標生成部２２と、動作制御部２３と、を備える。　
　指令受信部２１は、上位装置１から送信される上位指令値を受信する。本実施形態では、上位指令値はパルス列信号であるため、指令受信部２１は、上位装置１から所定の時間間隔で位置指令値に関する情報と回転速度指令値に関する情報とを受信することになる。指令受信部２１は、上位装置１から受信した上位指令値を内部目標生成部２２へ出力する。
　内部目標生成部２２は、指令受信部２１により受信された上位指令値に基づいて内部目標値を生成し、生成した内部目標値を動作制御部２３に出力する。ここで、内部目標値は、モータ３の位置目標値および回転速度目標値を含む。なお、以下の説明では、内部目標値としての位置目標値を「内部位置目標値」、内部目標値としての回転速度目標値を「内部回転速度目標値」という。　
　動作制御部２３は、内部目標生成部２２により生成された内部位置目標値および内部回転速度目標値に基づいて、モータ３の位置制御および回転速度制御を行う。　
この図１において、指令受信部２１および内部目標生成部２２が指令生成装置に対応している。
　図２は、モータユニットの具体的構成を示す図である。
　モータユニットは、モータ制御装置２と、モータ３と、を備える。モータ制御装置２は、回路基板（不図示）に載置され、当該回路基板は、モータ３に駆動電力を供給する。
　図２に示すように、モータ３には、モータ回転角を検出する位置センサ３ａが取り付けられている。ここで、位置センサ３ａは、例えばホールセンサ等の磁気センサとすることができる。なお、位置センサ３ａは、光学センサやレゾルバ等であってもよい。　
　位置センサ３ａの出力信号は、タイムキャプチャ２３ａによって取得される。センサ信号処理部２３ｂは、タイムキャプチャ２３ａによって取得された位置センサ３ａの出力信号をもとに、モータ回転角（モータ実位置）およびモータ回転速度を測定し、位置・速度制御部２３ｃに出力する。
　位置・速度制御部２３ｃは、内部目標生成部２２により生成された内部位置目標値および内部回転速度目標値と、センサ信号処理部２３ｂにより測定されたモータ実位置およびモータ回転速度とに基づいて、電圧指令値を生成する。電圧制御部２３ｄは、位置・速度制御部２３ｃにより生成された電圧指令値に基づいて、ＰＷＭ信号のデューティ比を演算する。インバータ制御部２３ｅは、電圧制御部２３ｄにより演算されたデューティ比をもとにＰＷＭ信号を生成する。　
　ゲートドライバ２３ｆは、インバータ制御部２３ｅにより生成されたＰＷＭ信号に基づいて、インバータ２３ｇを構成するスイッチング素子をオン／オフ制御する。インバータ２３ｇは、上記スイッチング素子を含んで構成され、ゲートドライバ２３ｆの制御に従ってモータ３に駆動電力を供給する。
　図２に示すように、モータ制御装置２を構成する各部のうち、指令受信部２１、内部目標生成部２２、センサ信号処理部２３ｂ、位置・速度制御部２３ｃ、電圧制御部２３ｄおよびインバータ制御部２３ｅは、ソフトウェア（Ｓ／Ｗ）により構成することができる。また、インバータ２３ｇは、ハードウェア（Ｈ／Ｗ）により構成することができる。
　次に、内部目標生成部２２の具体的構成について説明する。　
　図３は、内部目標生成部２２の具体的構成を示すブロック図である。内部目標生成部２２は、フィードフォワード演算部２２１と、差分演算部２２２と、補正値生成部２２３と、加算部２２４と、積分器２２５と、を備える。ここで、差分演算部２２２および補正値生成部２２３は、フィードバック演算部２２６を構成している。　
　フィードフォワード演算部２２１は、上述した指令受信部２１から上位指令値が入力され、当該上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いてフィードフォワード速度目標値ωFFを生成する。フォードフォワード演算部２２１は、パルス測定部２２１ａと、移動平均化処理部２２１ｂと、逆数計算器２２１ｃと、を備える。
　パルス測定部２２１ａは、上位指令値であるパルス列信号の立ち上がりから立ち上がりまでのカウンタ値を記録し、周期Ｔ１を測定するタイマである。移動平均化処理部２２１ｂは、移動平均フィルタを含んで構成され、周期Ｔ１の移動平均値である周期Ｔ２を演算する。逆数計算器２２１ｃは、逆関数モデルを用いて周期Ｔ２の逆数を演算し、演算結果をフィードフォワード速度目標値ωFFとして生成する。
　このように、フィードフォワード演算部２２１は、上位指令値であるパルス列指令の周期をタイマにより測定し、移動平均化処理した結果をもとに、所定のモデル（逆関数モデル）を用いてフィードフォワード速度目標値ωFFを生成する。　
　なお、本実施形態では、移動平均化処理部２２１ｂにおいて移動平均化処理を行う場合について説明するが、移動平均以外の平滑化手段を用いてもよい。例えば、平滑化手段の例として、ローパスフィルタなどを用いてもよい。　
　フィードフォワード演算部２２１により生成されたフィードフォワード速度目標値ωFFは、フィードバック演算部２２６により生成される補正値ωFBにより補正され、補正後の内部目標値である内部回転速度目標値ωrefとして出力される。つまり、フィードフォワード速度目標値ωFFは、内部目標値の基準値であるといえる。
　フィードバック演算部２２６は、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、内部目標値の基準値であるフィードフォワード速度目標値ωFFを補正するための補正値ωFBを生成する。　
　差分演算部２２２は、上位指令値と内部目標値との差分を演算する。具体的には、差分演算部２２２は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθを演算する。　
　補正値生成部２２３は、差分演算部２２２により演算された上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、上記基準値を補正するための補正値を生成する。具体的には、補正値生成部２２３は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθに基づいて、フィードフォワード速度目標値ωFFを補正するための補正値として、フィードバック速度目標値ωFBを生成する。
　補正値生成部２２３は、スイッチ２２３ａと、補正値演算部２２３ｂと、リミッタ２２３ｃと、を備える。　
　スイッチ２２３ａは、オン状態において、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθを補正値演算部２２３ｂに出力する。補正値演算部２２３ｂは、差分Δθに基づいて、内部位置目標値θrefを上位位置指令値θ*に一致させるためのフィードフォワード速度目標値ωFFの補正値を演算する。リミッタ２２３ｃは、補正値演算部２２３ｂにより演算された補正値に対して上限および下限を設けて最終的な補正値であるフィードバック速度目標値ωFBを出力する。
　加算部２２４は、フィードフォワード演算部２２１により生成されたフィードフォワード速度目標値ωFFに、フィードバック演算部２２６により生成されたフィードバック速度目標値ωFBを加算して、補正後の内部目標値である内部回転速度目標値ωrefを出力する。
　積分器２２５は、加算部２２４から出力された内部回転速度目標値ωrefを積分し、内部位置目標値θrefを生成する。ここで、上記積分器２２５による積分の周期は、内部目標生成部２２が上位指令値を受信する周期よりも短く設定されている。つまり、内部目標生成部２２は、上位指令値の受信周期よりも短い周期で、補正後の内部目標値を生成する。
　図４は、内部目標生成部２２の別の構成を示すブロック図である。　
　上述した図３に示す内部目標生成部２２は、フィードフォワード演算部２２１とフィードバック演算部２２６とを有するのに対し、図４に示す内部目標生成部２２は、フィードバック演算部２２６のみを有する。より具体的には、図４に示す内部目標生成部２２は、フィードフォワード演算部２２１および加算部２２４を有さず、積分器２２５と、フィードバック演算部２２６と、を有する。　
　この場合、フィードバック演算部２２６は、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、補正後の内部目標値を生成する。つまり、フィードバック演算部２２６は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθに基づいて、比例・微分・積分演算等を用いてフィードバック速度目標値ωFBを演算し、そのまま補正後の内部目標値である内部回転速度目標値ωrefとして出力する。また、図３と同様に、内部目標生成部２２は、上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の内部目標値を生成する。
　以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置２は、上位装置１からのモータ３の動作に関する上位指令値に基づいて内部目標値を生成する指令生成装置を備える。また、モータ制御装置２は、指令生成装置により生成された内部目標値に基づいて、モータ３の位置制御および回転速度制御を行う動作制御部２３を備える。モータ制御装置２が、指令生成装置と動作制御部２３とを備えることにより、上位装置１がどのような製品であっても、上位装置１に組み込まれたモータ３の位置制御または回転速度制御を精度良く行うことができる。　
　ここで、指令生成装置は、指令受信部２１と、内部目標生成部２２と、を備える。指令受信部２１は、上位装置１からモータ３の動作に関する上位指令値を受信する。また、内部目標生成部２２は、指令受信部２１により受信された上位指令値に基づいて、モータ３の位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する。
　また、図４に示すように、内部目標生成部２２は、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、補正後の内部目標値を生成するフィードバック演算部２２６を有することができる。このとき、内部目標生成部２２は、上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の内部目標値を生成する。　
　このように、内部目標生成部２２がフィードバック演算部２２６を有し、上位指令値をもとに生成される内部目標値に対して、さらにフィードバック演算による補正を行う。そのため、モータの高精度同期運転が可能な指令値を生成することができる。また、内部目標生成部２２は、上位指令値の受信周期よりも短い周期で内部目標値を生成するので、より精度良く（モータ３を滑らかに制御可能な）指令値を生成することができる。さらに、内部目標生成部２２は、内部目標値として、位置目標値と回転速度目標値の両方を高精度に生成することができる。そのため、動作制御部２３は、モータ３の位置制御と回転速度制御の両方を精度良く行うことができ、モータ３の高精度同期運転が可能となる。
　さらに、ノイズの重畳などにより上位指令値の信号が乱れると、モータ３の動作を高精度に制御することができなくなってしまう。これに対して、本実施形態では、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、フィードバック演算により補正後の内部目標値を生成し、補正後の内部目標値に基づいてモータ３を制御する。したがって、上記の信号の乱れの影響を抑制し、モータ３を高精度に制御することが可能となる。
　さらに、本実施形態において、上位指令値は、パルス列信号である。例えば独立なマイクロプロセッサの同期を実現するために、シリアル通信方式を採用する方法もあるが、その場合、通信専用のハードウェアが必要となり、コストアップにつながる。本実施形態では、上位指令値としてパルス列信号を用いるので、上記のようなコストの高い専用ハードウェアは不要であり、その分のコストを削減することができる。また、上位指令値としてパルス列信号を用いることで、パルス列信号の立ち上がりや立ち下がりの検出により、上位指令値に含まれる位置指令値および回転速度指令値を容易に取得することができ、内部目標値を適切に生成することができる。
　また、図３に示すように、内部目標生成部２２は、フィードフォワード演算部２２１と、フィードバック演算部２２６と、加算部２２４と、を備えることができる。フィードフォワード演算部は、上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いて内部目標値の基準値を生成する。フィードバック演算部は、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、フィードフォワード演算部２２１により生成された基準値を補正するための補正値を生成する。加算部は、上記基準値に上記補正値を加算して、補正後の内部目標値を生成する。
　ここで、フィードバック演算部２２６は、上位指令値と内部目標値との差分を演算する差分演算部２２２と、当該差分に基づいて上記基準値を補正するための補正値を生成する補正値生成部２２３と、を備える。このように内部目標生成部２２は、フィードフォワード演算により予測された目標値を、フィードバック演算により補正し、補正後の内部目標値を生成する。
　フィードフォワード演算により予測された目標値には、何らかの誤差が含まれているおそれがあり、この誤差は、モータ制御の精度に少なからず悪影響を与えてしまう。本実施形態では、フィードフォワード演算により予測された目標値を、フィードバック演算により補正するので、フィードフォワード演算により予測された目標値に含まれる上記誤差を適切に補正することができる。その結果、モータ制御に用いる内部目標値を精度良く生成することができる。
　さらに、フィードフォワード演算部２２１は、内部回転速度目標値ωrefの基準値を生成し、フィードバック演算部２２６は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分に基づいて、内部回転速度目標値ωrefの基準値を補正するための補正値を生成する。　
　このように、フィードフォワード演算部２２１において回転速度目標値の基準値を生成した場合、フィードバック演算部２２６においては、位置指令値と位置目標値との差分に基づいて、回転速度目標値の基準値を補正するための補正値を生成する。このように、位置目標値および回転速度目標値のうちいずれか一方の基準値を、他方における上記差分に基づいて生成された補正値によって補正する。したがって、フィードフォワード演算により予測された目標値を適切に補正することができ、内部目標値を精度良く生成することができる。
　また、フィードフォワード演算部２２１は、タイマによりパルス列信号の周期Ｔ１を取得し、取得されたパルス列信号の周期Ｔ１をもとに、所定のモデルを用いて内部回転速度目標値ωrefの基準値であるフィードフォワード速度目標値ωFFを生成する。このとき、フィードフォワード演算部２２１は、平滑化した上記基準値を生成することができる。これにより、フィードフォワード演算部２２１は、上位指令値の信号ばらつきを抑制し、フィードフォワード速度目標値ωFFを適切に生成することができる。
　以上説明したように、本実施形態における指令生成装置における指令生成方法は、上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信する工程と、上位指令値に基づいて、モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する工程と、を含む。そして、内部目標値を生成する工程では、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、補正後の内部目標値を生成するフィードバック演算を行い、上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の内部目標値を生成する。また、内部目標値を生成する工程では、上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いて内部目標値の基準値を生成するフィードフォワード演算と、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、基準値を補正するための補正値を生成するフィードバック演算と、基準値に補正値を加算して、補正後の内部目標値を生成する演算と、を行い、上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の内部目標値を生成することもできる。
　これにより、モータ制御装置２とは独立したクロックで駆動される上位装置１から送信される上位指令値に基づいて、モータ３が所定の時刻において所定の位置にあるという同期運転を、廉価かつ高効率、高精度に実現可能な内部目標値を生成することができる。したがって、上位指令値に対する高精度なモータ同期回転を実現することができる。　
　本実施形態のモータ駆動システム１０は、モータの位置制御および回転速度制御がシビアに要求されるシステムに好適である。このようなシステムとしては、例えば、ＯＡ機器、レーザレーダ、ファンなどに用いられるモータを駆動制御するシステムがある。
（変形例）
　上記実施形態においては、フィードバック演算部２２６は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθに基づいて、フィードバック速度目標値ωFBを生成する場合について説明した。しかしながら、フィードバック演算部２２６は、位置目標値をフィードバックする構成に限定されるものではなく、回転速度目標値をフィードバックする構成であってもよい。
　つまり、図３に示す内部目標生成部２２の場合、フィードフォワード演算部２２１は、内部位置目標値θrefの基準値を生成し、フィードバック演算部２２６は、上位回転速度指令値と内部回転速度目標値ωrefとの差分に基づいて、上記基準値を補正するための補正値を生成してもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。　
　このように、フィードフォワード演算部２２１は、位置目標値および回転速度目標値のうちいずれか一方の内部目標値の基準値を生成し、フィードバック演算部２２６は、位置目標値および回転速度目標値のうち他方における上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、上記基準値を補正するための補正値を生成する。
　また、上記実施形態においては、上位指令値がパルス列信号である場合について説明したが、上位指令値は、モータ３の位置指令値および回転速度指令値の少なくとも一方に関する情報を含んでいればよく、パルス列信号に限定されない。例えば、上位指令値に位置指令値および回転速度指令値のいずれか一方に関する情報しか含まれない場合であっても、所定のモデルを用いて位置指令値および回転速度指令値の他方の情報を生成することができる。そのため、内部目標値として位置目標値と回転速度目標値の両方を適切に生成することができる。
　また、図３に示す内部目標生成部２２は、指令値の推定状態に応じてスイッチ２２３ａをオフし、フィードバック演算をオフしてフィードフォワード演算部のみを機能させる構成に切り替えてもよい。
　また、上記実施形態においては、フィードバック演算部２２６において、内部目標値をフィードバックする場合について説明したが、モータ３の制御方法に応じて、モータ実位置をフィードバックする構成に切り替えてもよい。モータ実位置をフィードバックする場合には、モータの状態に応じて、スイッチ２２３ａをオンオフし、フィードバック演算をオンオフする構成としてもよい。例えば、モータの回転状態が良好である場合にはスイッチ２２３ａをオンし、モータの回転状態が悪く、モータ実位置にばらつきがある場合には、スイッチ２２３ａをオフするようにしてもよい。
　さらに、上記実施形態においては、モータ制御装置２が指令生成装置を備える場合について説明したが、上位装置１が指令生成装置を備えていてもよい。ただし、動作制御部２４を備えるモータ制御装置２が指令生成装置を備える場合、指令生成装置によって生成された指令値を精度良くモータ制御に使用することができ、モータの動作を高精度に制御することが可能となる。
　１…上位装置、２…モータ制御装置、３…モータ、１０…モータ駆動システム、２１…指令受信部、２２…内部目標生成部、２３…動作制御部、２２１…フィードフォワード演算部、２２２…差分演算部、２２３…補正値生成部、２２４…加算部、２２５…積分器、２２６…フィードバック演算部

Claims (11)

  1. 　上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信する指令受信部と、
    　前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する内部目標生成部と、を備え、
    　前記内部目標生成部は、
    　前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、補正後の前記内部目標値を生成するフィードバック演算部を有し、
    　前記指令受信部による前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成することを特徴とする指令生成装置。
  2. 　上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信する指令受信部と、
    　前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する内部目標生成部と、を備え、
    　前記内部目標生成部は、
    　前記上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いて前記内部目標値の基準値を生成するフィードフォワード演算部と、
    　前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、前記基準値を補正するための補正値を生成するフィードバック演算部と、
    　前記基準値に前記補正値を加算して、補正後の前記内部目標値を生成する加算部と、有し、
    　前記指令受信部による前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成することを特徴とする指令生成装置。
  3. 　前記フィードフォワード演算部は、
    　前記位置目標値および前記回転速度目標値のいずれか一方の前記基準値を生成し、
    　前記フィードバック演算部は、
    　前記位置目標値および前記回転速度目標値の他方における前記差分に基づいて、一方の前記基準値を補正するための前記補正値を生成することを特徴とする請求項２に記載の指令生成装置。
  4. 　前記上位指令値は、パルス列信号であり、
    　前記フィードフォワード演算部は、
    　前記パルス列信号の周期をもとに、前記所定のモデルを用いて前記位置目標値および前記回転速度目標値のいずれか一方の前記基準値を生成することを特徴とする請求項３に記載の指令生成装置。
  5. 　前記フィードフォワード演算部は、
    　平滑化した前記基準値を生成することを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の指令生成装置。
  6. 　前記上位指令値は、前記モータの前記位置目標値および前記回転速度目標値の少なくとも一方に関する情報を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の指令生成装置。
  7. 　前記上位指令値は、パルス列信号であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の指令生成装置。
  8. 　上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信するステップと、
    　前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成するステップと、を含み、
    　前記内部目標値を生成するステップでは、
    　前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、補正後の前記内部目標値を生成するフィードバック演算を行い、
    　前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成することを特徴とする指令生成方法。
  9. 　上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信するステップと、
    　前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成するステップと、を含み、
    　前記内部目標値を生成するステップでは、
    　前記上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いて前記内部目標値の基準値を生成するフィードフォワード演算と、
    　前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、前記基準値を補正するための補正値を生成するフィードバック演算と、
    　前記基準値に前記補正値を加算して、補正後の前記内部目標値を生成する演算と、を行い、
    　前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成することを特徴とする指令生成方法。
  10. 　請求項１から７のいずれか１項に記載の指令生成装置と、
    　前記指令生成装置により生成された前記内部目標値に基づいて、前記モータの位置制御および回転速度制御を行う動作制御部と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。
  11. 　請求項１０に記載のモータ制御装置は、回路基板に載置され、
    　前記回路基板は、前記モータに駆動電力を供給することを特徴とするモータユニット。
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