WO2021124603A1 - モータ制御装置、モータ制御方法 - Google Patents

モータ制御装置、モータ制御方法 Download PDF

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motor
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雄介 上井
輝朋 近藤
裕理 高野
哲男 梁田
英人 高田
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株式会社日立産機システム
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    • H02P2203/03—Determination of the rotor position, e.g. initial rotor position, during standstill or low speed operation

Definitions

  • the present invention relates to a motor control device and a motor control method.
  • the present invention relates to a motor control device and a motor control method for controlling a motor using position information from an encoder.
  • Servo motors are used, for example, in driving robots, metal processing machines, semiconductor manufacturing equipment, etc., and are required to operate more freely than ordinary motors. In particular, it is required to follow the user's command with high accuracy regarding the rotation speed, torque, and positioning.
  • a servomotor is equipped with an encoder for monitoring the motor position, and the motor control device controls the position of the motor using the position information from the encoder.
  • the user The position may be different from the intended position.
  • Patent Document 1 is a conventional technique for improving the accuracy of positioning.
  • Patent Document 1 discloses a system that enables highly accurate position control by a servomotor and a servomotor control device.
  • Patent Document 1 in addition to the normal encoder attached to the servomotor, an expensive high-resolution encoder for absolute position measurement is used at the same time, and the position is utilized by utilizing the difference in the number of pulses between the encoder and the high-resolution encoder. It is disclosed that it is used for correction at the time of control.
  • Patent Document 1 correction is performed on the premise that the value of the high-resolution encoder is absolutely correct, but in an actual device, the situation where the assembly error is completely 0 is extremely rare. , Correction using a high resolution encoder is not realistic. Further, since the high resolution encoder is expensive, there is a need to substitute another position measuring means. Further, in the actual use of the servomotor, there are many cases where the section requiring advanced position control does not start from the machine origin position, and the positioning control by the technique of Patent Document 1 is such. It is difficult to deal with the device.
  • a motor control device that supplies power to a motor
  • the motor control device includes a storage unit that stores position correction data and information on the machine origin position of the motor
  • the motor control device is a motor control device.
  • a position command input from the outside and the position correction data are used to generate a corrected position command, and the power supplied to the motor is converted based on the corrected position command and the position information input from the encoder.
  • the position correction data is recorded in association with the correction position and the correction amount, and the start position of the correction position is different from the machine origin position.
  • Example 1 It is a figure which shows the whole structure in Example 1 to which this invention was applied. It is a figure which shows the structure of the motor and the load in Example 1 to which this invention was applied. It is a figure which shows an example of the position correction data in Example 1 to which this invention is applied. It is a figure which shows the structure in the motor control apparatus in Example 1 to which this invention was applied. It is a figure which shows the structure of the position command generator in Example 1 to which this invention was applied. It is a figure which shows the processing flow of the position command generator in Example 1 to which this invention was applied. It is a figure which shows an example of the position correction data in Example 1 to which this invention is applied. It is a conceptual diagram explaining the amount of displacement of the position in Example 1 to which this invention is applied.
  • FIG. 1 shows a configuration example of an entire system including a servomotor control device to which the present invention is applied.
  • the system for position correction includes a servomotor 1 for position measurement, an encoder 2 for acquiring rotational position information of the servomotor 1, and a servo for controlling the servomotor 1 (hereinafter, simply referred to as "motor").
  • the motor control device 5 such as an amplifier
  • the absolute position measuring means 3 the information processing device 6
  • the information processing device 6 such as a personal computer in which a program for measuring and processing the error between the absolute position measuring means 3 and the servo motor 1 is installed, and the servo motor 1.
  • the absolute position measuring means 3 is, for example, a laser length measuring device
  • the load 8 is a means for transmitting the power of a servomotor such as a ball screw, a belt, a gear, or a chain to a work target 9.
  • a servomotor such as a ball screw, a belt, a gear, or a chain
  • the motor 1 is described by taking a rotary motor as an example in FIG. 1, the present invention is also applied to a motor fixed by a stator and a mover and driven linearly, such as a linear motor. Is possible.
  • FIG. 2 shows a configuration example of the motor and the load portion. It is a figure which shows the structural example of the ball screw 8 which is a load attached to the motor 1 and the pedestal 9 which is a work target.
  • the ball screw 8 assembled with the motor 1 by the coupling 7 rotates according to the rotational operation of the motor 1, and the work object 9 attached to the ball screw 8 (here, a pedestal will be described as an example) 9. It is configured to move to the same position as the work target device 20.
  • Such a configuration is applied to, for example, a semiconductor manufacturing apparatus or the like.
  • the pedestal 9 is moved by 10 mm from the machine origin position Homeposition to the work position Workpoint 1.
  • the amount of movement of the motor 1 required to move the pedestal 9 by 10 mm is 100,000 pulses, if all the parts are ideally assembled, the pedestal 9 is the machine origin when the number of pulses fed back from the encoder is 100,000. It should have moved to a position 10 mm from the position.
  • the position measurement for generating the position correction data 400 is carried out by the following method.
  • the user determines the physical position of the work target 9 as the origin. Usually, it is often set at the end of the movable range of the load 8.
  • the rotor position of the servomotor 1 corresponding to this origin is stored in the motor control device 5 as the machine origin. Specifically, the position corresponding to the origin is specified visually by the user or by a sensor, and the pulse information of the encoder at that time is stored in the motor control device 5 as the machine origin position.
  • the work target 9 is moved by rotating the motor 1 from the machine origin position determined in this way to an arbitrary correction start position.
  • the information processing device 6 moves from the correction start position to an arbitrary position, measures the absolute position at that time by the absolute position measuring means 3, and compares it with the position measured by the encoder 2.
  • the data is measured, for example, the number of pulses and absolute position of the encoder when the motor is moved by 1 ° from the correction start position, the number of pulses and absolute position moved by 2 ° from the correction start position, and so on. Measure a total of X data moved from the start position to the correction end position X °. For each of these data, the deviation between the absolute position and the pulse information of the encoder is calculated and stored in the motor control device 5 as position correction data 400. These data are output as, for example, a tabular data file.
  • the information processing device 6 generates position correction data using the distance conversion data for converting the number of pulses output from the encoder into the actual distance.
  • the distance conversion data is, for example, data on how many ⁇ m one pulse of the encoder actually is.
  • the information processing device 6 obtains the distance specified by the motor control device 5 from the number of pulses input from the encoder, measures the error by comparing with the distance measured by the absolute position measuring means 3, and how many pulses. Generate data as to whether the minute correction should be performed.
  • the correction start position does not necessarily have to be the same as the machine origin position.
  • the section that needs to be positioned with high accuracy is the section facing the work target device 20, and the Work range (work) in the figure. It will be within the range).
  • the Move range which is a section that does not face the work target device 20, is a section used for movement, and positioning accuracy within this range is not required. Therefore, even if the machine origin position is Home position, by setting the correction start position Pstart and the correction end position Pend to be the same as the start / end position of Workrange, only within the required range of the device in which the motor is incorporated.
  • the position correction data 400 can be created. In this way, by setting the range in which positioning correction is possible to an arbitrary start position and section, the limited capacity in the motor control device 5 can be effectively utilized without generating position correction data 400 in an unnecessary range. It becomes possible to do.
  • the interval N of the data measurement positions is not limited to 1 °, and may be any interval of 0.01 ° or 3 °, and the data range may be any range up to 360 ° or 720 °.
  • the finer the interval between measurement positions the more precise the position correction becomes possible.
  • the processing by the information processing device 6 takes time, and the motor control device that stores the position correction data 400.
  • the storage capacity in 5 also increases.
  • the data interval N and the number of data X can be arbitrarily set by the user according to the movable range of the work target 9.
  • FIG. 3 is an example of saving the position correction data 400 in a table format.
  • the correction position N (x) for correction is stored in the first column, N (0) is at the correction start position Pstart position in FIG. 2, and N (X) is at the correction end position Pend position. Corresponds to each.
  • the value of the correction pulse Pofst (X) applied to the position saved in the first column is saved in the second column.
  • This position correction data is generated by the information processing device 6, stored in a storage unit in the motor control device 5, and is read out and used by the position correction device 30 when performing position correction.
  • FIG. 4 shows an overall schematic configuration diagram of the motor control device 5 according to an embodiment to which the present invention is applied.
  • the motor 1 includes a stator and a mover (not shown), and the load 8 is a drive target load driven by the motor 1.
  • the motor control device 5 is a device that supplies electric power to the motor 1 to control the motor. Examples of the motor control device 5 include an inverter and a servo amplifier.
  • the electric power coming from the power source is converted by the electric power converter 505 and supplied to the stator of the motor.
  • the power converter 505 is a switching element such as a transistor.
  • the current controller 504 controls this switching element so that a desired current is output from the power converter 505.
  • the current controller 504 controls the power converter 505 by supplying a voltage to the gate of the transistor constituting the power converter 505 and switching ON / OFF of the switching element, for example.
  • the position command generator 501 acquires the position command Pref input to the motor control device 5 from the upper motor control device (not shown) and the correction data from the storage unit 507 in which the position correction data is stored in advance. , Outputs the corrected position command Pcrct.
  • the subtractor 508 is a subtractor that calculates the position deviation Perr by subtracting the corrected position command Pcrct, which is the output value of the position command generator 501, and the position detection value Pfb, which is the output value of the encoder 2.
  • the position controller 502 is a position controller that outputs a speed command value Nref according to the position deviation Perr.
  • the speed detector 511 is a speed calculator that calculates and outputs the speed detection value Nfb of the motor 1 from the position detection value Pfb which is the output of the encoder 2.
  • the subtractor 509 is a subtractor that calculates the speed deviation Nerr between the speed command value Nref and the speed detection value Nfb of the servomotor 1.
  • the speed controller 503 is a speed controller that outputs a torque current command value iqref according to the speed deviation Nerr.
  • the current detector 506 is a current detector that detects the torque current detection value iq supplied to the motor 1, and is a current deviation that is an amount of deviation between the torque current command value iqref and the torque current detection iq supplied to the motor 1.
  • the iqerr operation is performed by the subtractor 510.
  • the current controller 504 is a current controller that adjusts the output current of the power converter according to the torque current deviation equalr.
  • FIG. 5 shows a detailed configuration of the position command generator 501 in this embodiment.
  • the position command generator 501 includes a position corrector 30 that calculates the correction pulse Pofst corresponding to the position command Pref, and an adder 31 that adds the correction pulse Pofst to the position command Pref.
  • FIG. 6 shows an example of the processing flow in the position corrector 30.
  • the position corrector 30 calculates where the target position N (M) for which the motor is to be moved corresponds to the correction position N (x) according to the position command Pref input in STEP 301 (STEP 302).
  • the distance from the correction start position is calculated from the difference between the position command Pref and the correction start position Pstart by the following equation (1).
  • the data number M for calculating the correction pulse can be obtained.
  • STEP303 determines whether the target position N (M) is within the range from the correction start position to the correction end position. Specifically, it is determined whether the data number M obtained by (Equation 1) is 0 ⁇ M ⁇ X.
  • the position corrector 30 When M is out of the range from the correction start position to the correction end position, the position corrector 30 outputs the correction pulse Pofsto as 0, and as a result, the position command Pref is output from the position command generator 501 without being corrected. (STEP304).
  • the target position N (M) specified by the position command Pref matches any of the correction positions N (x) in which the correction pulse amount is saved. Correction may be performed using the correction pulse Pofst [M] corresponding to the saved correction position N (M).
  • FIG. 7 shows the relationship between the position command Pref and the correction pulse Pofst.
  • the horizontal axis is the position command Pref
  • the vertical axis is the correction pulse Post.
  • the data interval N is a value obtained by dividing the position correction area from the correction start position Pstart to the correction end position Pend at equal intervals by the saved correction pulses.
  • the target position N (M) specified by the position command Pref does not match the correction position where the correction pulse amount is saved because M is not an integer, and it is necessary to interpolate the position correction data to obtain Pofst. ..
  • an interpolation method for example, linear interpolation using the following equation (2) can be considered.
  • M is m ⁇ M ⁇ m + 1 (m is an integer) and the following processing is performed.
  • the distance from the correction position N (m) to N (M) is calculated by calculating the difference between the values obtained by multiplying the data table number M and the data interval N with respect to the position command Pref. Next, the data interval N is divided, and the difference between the correction pulse Pofst [m + 1] and the correction pulse Pofst [m] is multiplied. By adding the correction pulse Pofst [m] to the obtained value, the linearly interpolated correction pulse Pofst (M) can be obtained.
  • the position command Pref is generated by using the distance conversion data in the host device that has been designated by the user, and is input from the host device to the motor control device.
  • the distance conversion data may be stored in the storage unit 507 and generated in the motor control device 5.
  • the target position information is input from the host device to the motor control device 5, and the position information is converted into the number of pulses of the encoder in the motor control device 5 using the distance conversion data.
  • the position command Pref is generated by using the distance conversion data in the host device that has been designated by the user, and is input from the host device to the motor control device.
  • the distance conversion data may be stored in the storage unit 507 and generated in the motor control device 5.
  • the target position information is input from the host device to the motor control device 5, and the position information is converted into the number of pulses of the encoder in the motor control device 5 using the distance conversion data.
  • the position correction data when converting from the position information to the number of pulses of the encoder, by using the same distance conversion data as that used in the information processing
  • FIG. 8 is a diagram showing the effect of the present invention. With the horizontal axis as the position command and the vertical axis as the actual machine position of the rotor, if it moves without misalignment, it will be positioned as shown in the ideal position graph 60, but since misalignment actually occurs, the actual position graph An example of operating as in 61 is shown.
  • the ideal machine position is Pm1, but when the actual positioning is completed, it will be the position of the machine position Prereal1.
  • the error angle between the machine position Preal1 and the correction position Pm1 is the correction pulse Pofst measured in advance by the difference between the encoder 2 and the absolute position measuring means 3.
  • the position is controlled based on the corrected position command Pcrct obtained by adding the correction pulse Pofst to the position command Pref, the position becomes the machine position Pm1 when the positioning is completed.
  • the position commands Pref2 to Pref5 can also be positioned at the ideal positions Pm2 to Pm5 by using the correction pulse Pofst.
  • the position correction data generated in advance can be set to an arbitrary area regardless of the machine origin position, so that the amount of data can be set to an appropriate amount according to the size of the correction area and the application, and the motor control can be performed. It is possible to reduce the processing load of the device.
  • Example 2 a plurality of application ranges of error angles can be applied. Hereinafter, it will be described with reference to FIG.
  • the position correction data in the case of Workrange1 is measured from the correction position N (0) to N (x), and then the position in the case of Worlrage2.
  • the correction data is measured from the correction position N'(0) to N'(x).
  • 10A and 10B describe a method of performing position correction without re-measuring the error angle even when the motor control device 5 which has obtained the position correction data from the information processing device 6 in advance changes the machine origin position. There is.
  • position correction data for position correction is generated in the work range Workrange from the correction start position Pstart to the correction end position Pend based on the initial machine origin position Homeposition1.
  • the determination of whether the position correction process is performed or not is performed from the correction start position Pstart to the correction end position with the position command Pref using the first machine origin position Homeposition1 as a reference position. It is determined whether it is within the correction range of Pend, and the position correction process is executed when the equations (3) and (4) are satisfied.
  • the machine origin position Sethome at the time of generation is a value set as in Eq. (5) every time the machine origin is reset.
  • HomepositionA is the origin return position data of the machine origin position
  • Homeposition_err is the distance to the first machine origin position with the machine origin position as the reference position.
  • Sethome HomepositonA - Homepositon_err... Expression (5) For example, if the initial machine origin position Homeposition1 is the machine origin position and the origin position is set to 0, the machine origin position at the time of generation is set to 0 because the machine origin position is the machine origin position when the position correction data is generated.
  • the machine origin position is reset to the machine origin position Homeposition2 and the origin position is set to 30, the first machine origin position Homeposition1 will be -60 with respect to the machine origin position Homeposition2, so it will be generated.
  • the machine origin position Sethome is -30.
  • the machine origin position Sethome at the time of generation is added to the correction start position Pstart and the correction end position Pend as shown in equations (6) and (7), respectively.
  • Pref-Homeposition When changing the machine origin from the servomotor control device to another origin position, the difference between the machine origin position when the error angle is measured and the machine origin position to be set next is output, and the difference from the servomotor control device is output.
  • the servomotor is moved to the machine origin by the machine origin return operation command. By this operation, the servomotor, the encoder, and the high-resolution encoder for absolute position measurement are aligned with the origin of the mechanical absolute position.
  • the servomotor is moved to an arbitrary correction start position by the servomotor control device, positioned every time, for example, from the correction start position, and the position of the high-resolution encoder for absolute position measurement and the servomotor at that position is detected.
  • Both position data of the encoder are captured by a personal computer, and the error angle data obtained by subtracting the position data of the encoder from the absolute angle of the high resolution encoder for absolute position measurement and the position data of the high resolution encoder for absolute position measurement is obtained.
  • the absolute angle and error angle data of the servomotor are acquired by repeatedly executing the positioning, the absolute angle and error angle data are output as a tabular data file.
  • the number of output data can be set arbitrarily, and the error angle is obtained by positioning each equally divided angle of the high resolution encoder for absolute position measurement.
  • Servo motor correction measures the correction position from the machine origin.
  • the machine origin changes due to a change in the mechanism, etc., it is possible to correct using the same correction data by setting the correction amount from the machine origin.
  • Servo motor 2 Encoder 3: Absolute position measuring means 5: Motor control device 6: Information processing device 7: Coupling 8: Load 9: Work target 30: Position corrector 400: Position correction data 501: Position command generator 502: Position controller 503: Speed controller 504: Current controller 505: Power converter

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Abstract

モータへ電力を供給するモータ制御装置であって、モータ制御装置が、位置補正データ及びモータの機械原点位置の情報を格納する記憶部を備え、モータ制御装置が、外部から入力された位置指令と位置補正データを用いて補正後位置指令を生成し、補正後位置指令及びエンコーダから入力される位置情報に基づいてモータへ供給する電力を変換するものであり、位置補正データが、補正位置及び補正量を対応付けて記録されたものであり、補正位置の開始位置が機械原点位置とは異なるものである。

Description

モータ制御装置、モータ制御方法
　本発明は、モータ制御装置、モータ制御方法に関する。特に、エンコーダからの位置情報を用いてモータを制御するモータ制御装置、モータ制御方法に関する。
　サーボモータは、例えばロボットの駆動や金属加工機、半導体製造装置等に用いられ、通常のモータよりも自由自在に動作することが要求される。特に、回転速度、トルク、位置決めについて、ユーザの指令に対して高精度に追従することが求められる。通常、サーボモータにはモータ位置をモニタするためのエンコーダがついており、エンコーダからの位置情報を用いてモータ制御装置はモータの位置制御を行う。
　しかしながら、エンコーダとモータの組付け誤差や、エンコーダ自体の分解性能、モータとその先の負荷との組付け誤差等により、サーボモータ制御装置からの指令値通りにモータを制御したとしても、ユーザの意図と異なる位置になってしまう場合がある。
　位置決めについて精度を向上させる従来技術として、例えば、特許文献１があげられる。特許文献１には、サーボモータとサーボモータ制御装置によって高精度に位置制御を可能とするシステムが開示されている。
特開２００５－２９２８９８号公報
　特許文献１においては、サーボモータに取り付けられている通常のエンコーダに加え、高価な絶対位置計測用高分解能エンコーダを同時に使用し、エンコーダと高分解能エンコーダとのパルス数の違いを利用して、位置制御時の補正に用いることが開示されている。
　しかしながら、特許文献1においては高分解能エンコーダの値が絶対に正しいという前提のもとで補正が行われているが、実際の装置においては、組付け誤差が完全に０という状況は極めて稀であり、高分解能エンコーダを用いた補正は現実的ではない。また、高分解能エンコーダは高価であるため、別の位置測定手段でも代用したいというニーズがある。さらには、実際にサーボモータを活用する場面においては、高度な位置制御が必要な区間が、機械原点位置からの開始ではない場合も多々あり、特許文献1の技術での位置決め制御ではこのような装置への対応が困難である。
　上述した課題を解決するため、特許請求の範囲に記載の構成を採用する。一例をあげるならば、モータへ電力を供給するモータ制御装置であって、前記モータ制御装置が、位置補正データ及びモータの機械原点位置の情報を格納する記憶部を備え、前記モータ制御装置が、外部から入力された位置指令と前記位置補正データを用いて補正後位置指令を生成し、前記補正後位置指令及びエンコーダから入力される位置情報に基づいて前記モータへ供給する電力を変換するものであり、前記位置補正データが、補正位置及び補正量を対応付けて記録されたものであり、前記補正位置の開始位置が前記機械原点位置とは異なるものである。
　本発明により、低コストかつモータを組込む装置の使用態様に応じた位置制御が可能なモータ制御装置、モータ制御方法を提供することができる。
本発明を適用した実施例１における全体構成を示す図である。 本発明を適用した実施例１におけるモータおよび負荷の構成を示す図である。 本発明を適用した実施例１における位置補正データの一例を示す図である。 本発明を適用した実施例１におけるモータ制御装置内の構成を示す図である。 本発明を適用した実施例１における位置指令生成器の構成を示す図である。 本発明を適用した実施例1における位置指令生成器の処理フローを示す図である。 本発明を適用した実施例１における位置補正データの一例を示す図である。 本発明を適用した実施例１における位置のずれ量を説明する概念図である。 本発明を適用した実施例２におけるモータおよび負荷の構成を示す図である。 本発明を適用した実施例３におけるモータおよび負荷の構成を示す図である。 本発明を適用した実施例３におけるモータおよび負荷の構成を示す図である。
　以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。まずは図１、図２を用いて、位置補正に用いるデータの取得方法について説明する。
　図１に、本発明を適用したサーボモータ制御装置を含む全体システムの構成例を示す。位置補正のためのシステムには、位置測定の対象となるサーボモータ１、サーボモータ１の回転位置情報を取得するエンコーダ２、サーボモータ1(以下、単に「モータ」と称する。)を制御するサーボアンプ等のモータ制御装置５、絶対位置測定手段３、絶対位置測定手段３とサーボモータ1との誤差を計測処理するプログラムがインストールされたパソコン等の情報処置装置６、サーボモータ１の回転動作に合わせて駆動する負荷8、サーボモータ１と負荷８を連結するカップリング７、負荷8に取り付けられた仕事対象９から構成される。絶対位置測定手段３は、例えばレーザ測長器等であり、負荷8は例えばボールねじやベルト、ギア、チェーン等のサーボモータの動力を仕事対象9へ伝達する手段である。なお、図１ではモータ１は回転型のモータを例に挙げて説明しているが、リニアモータのように固定子と可動子で固定され直線状に駆動するモータにも本発明を適用することが可能である。
　図２には、モータおよび負荷部分の構成例を示す。モータ１に組付けられた負荷であるボールねじ８及び仕事対象となる台座９の構成例を示す図である。カップリング７によってモータ１と組付けられたボールねじ８は、モータ１の回転動作に合わせて回転し、ボールねじ８に取付られた仕事対象(ここでは台座を例に挙げて説明する)９を仕事対象装置２０と同じ位置まで移動させる構成としている。このような構成は例えば、半導体製造装置等に適用される。
　例えば、台座９を機械原点位置Homeposition（ホームポジション）から仕事位置Workpoint（ワークポイント）１まで１０ｍｍ移動させたいとする。台座９を１０ｍｍ移動させるのに必要なモータ１の移動量が１０００００ｐｕｌｓｅだったとき、すべての部品が理想的に組み付けられていれば、エンコーダからフィードバックされるパルス数が１０００００の時に台座９は機械原点位置から１０ｍｍの位置に移動しているはずである。しかし、実際には台座９の位置が１０．００６ｍｍであった場合、０．００６ｍｍの誤差の補正が必要となる。そこで、以下の方法により位置補正データ４００を生成するための位置測定を実施する。
　まず始めに、サーボモータ１と負荷8が組付けられる際に、ユーザが仕事対象9の物理的位置を原点として定める。通常は、負荷8の可動範囲の端等に定められる場合が多い。この原点と対応するサーボモータ１の回転子位置を機械原点としてモータ制御装置5に記憶する。具体的には、原点に対応する位置をユーザの目視あるいはセンサによって特定し、その時点でのエンコーダのパルス情報を機械原点位置としてモータ制御装置５に記憶する。
　このようにして定めた機械原点位置から、任意の補正開始位置までモータ１を回転させて仕事対象９を移動させる。補正開始位置から、任意の位置まで移動させ、その時の絶対位置を絶対位置測定手段３で測定し、エンコーダ２で測定した位置との比較を情報処理装置６が行う。データの測定は、例えば補正開始位置からモータを１°分移動させた時のエンコーダのパルス数及び絶対位置、補正開始位置から２°分移動させたパルス数及び絶対位置、…、のように補正開始位置から補正終了位置X°まで移動させた計X個のデータを測定する。このデータ毎に、絶対位置とエンコーダのパルス情報とのずれを算出し、位置補正データ400としてモータ制御装置５へ格納する。これらのデータは例えば表形式のデータファイルとして出力される。
　このとき、情報処理装置6は、エンコーダから出力されるパルス数を実際の距離に換算するための距離換算データを用いて位置補正データを生成する。距離換算データとは、例えばエンコーダの1パルスが実際には何μメートルなのか、というデータである。これによって、情報処理装置6は、エンコーダから入力されたパルス数からモータ制御装置5が指定した距離を求め、絶対位置計測手段３で計測した距離と比較することで、誤差を測定し、何パルス分の補正を行うべきかのデータを生成する。
　補正開始位置は、必ずしも機械原点位置と同一である必要はない。たとえば図２においては、台座9が仕事対象装置２０に対向する位置まで移動する場合、高精度に位置決めをする必要がある区間は仕事対象装置２０に対向する区間であり、図中のWorkrange（ワークレンジ）の範囲内となる。仕事対象装置２０に対向しない区間であるMoverange（ムーブレンジ）は、移動に使われる区間でありこの範囲内での位置決めの精度は求められない。そのため、機械原点位置がHomepositionであっても、補正開始位置Pstart及び補正終了位置PendはWorkrangeの開始・終了位置と同一に設定しておくことで、モータが組み込まれる装置の必要な範囲内のみで位置補正データ４００を作成することができる。このように、位置決め補正が可能な範囲を任意の開始位置及び区間とすることで、不要な範囲の位置補正データ４００を生成することなく、モータ制御装置5内の限られた容量を有効に活用することが可能となる。
　また、データ測定位置の間隔Nは１°に限らず、０．０１°でも３°でも任意の間隔で良く、データの範囲も３６０°まででも７２０°まででも任意の範囲で良い。測定位置の間隔が細かければ細かいほど、精密な位置補正が可能となる一方、データ量が膨大になれば情報処理装置６での処理に時間がかかり、位置補正データ４００を格納するモータ制御装置５内の記憶容量も多くなってしまう。データ間隔Nおよびデータ個数Xは、仕事対象９の可動範囲に応じてユーザが任意に設定できるものとする。
　図３は、位置補正データ４００を表形式で保存する例である。1列目には、補正を行う補正位置Ｎ（ｘ）が保存されており、N(0)は図２中の補正開始位置Pstartの位置に、Ｎ(X)は補正終了位置Pendの位置にそれぞれ対応する。2列目には1列目に保存した位置に対して適用する補正パルスPofst(X)の値を保存している。この位置補正データは、情報処理装置6で生成され、モータ制御装置5内の記憶部へ格納され、位置補正を行う際に位置補正器３０が読みだして使用する。
　次に、図４、図５を用いて生成した位置補正データ４００を用いたモータ制御方法について説明する。
　図４に、本発明を適用した実施例によるモータ制御装置５の全体概略構成図を示す。モータ１は固定子と可動子(図示せず)からなり、負荷8はモータ１により駆動される駆動対象負荷である。モータ制御装置５はモータ1に電力を供給しモータを制御する装置である。モータ制御装置５としては例えばインバータやサーボアンプ等があげられる。
　電源から来た電力は、電力変換器５０５によって変換され、モータの固定子へ供給される。電力変換器５０５はトランジスタ等のスイッチング素子である。このスイッチング素子を制御して電力変換器５０５から所望の電流が出力されるようにするのが電流制御器５０４である。電流制御器５０４は、例えば電力変換器５０５を構成するトランジスタのゲートへ電圧を供給しスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで電力変換器５０５の制御を行う。
　位置指令生成器５０１は、上位のモータ制御装置(図示せず)からモータ制御装置５に対して入力される位置指令Prefと、予め位置補正データを保存した記憶部５０７からの補正データを取得し、補正後位置指令Pcrctを出力する。
　減算器５０８は、位置指令生成器５０１の出力値である補正後位置指令Pcrctと、前記エンコーダ２の出力値である位置検出値Pfbの減算を行い、位置偏差Perrを演算する減算器である。位置制御器５０２は、位置偏差Perrに応じて速度指令値Nrefを出力する位置制御器である。
　速度検出器５１１は、エンコーダ２の出力である位置検出値Pfbから、モータ１の速度検出値Nfbを演算して出力する速度演算器である。減算器５０９は速度指令値Nrefと前記サーボモータ１の速度検出値Nfbとの速度偏差Nerrを演算する減算器である。速度制御器５０３は、速度偏差Nerrに応じてトルク電流指令値iqrefを出力する速度制御器である。
　電流検出器５０６は、モータ１に供給されるトルク電流検出値iqを検出する電流検出器であり、トルク電流指令値iqrefとモータ１に供給されるトルク電流検出iqとの偏差量である電流偏差iqerrの演算を減算器５１０で行う。電流制御器５０４は、トルク電流偏差ｉｑｅｒｒに応じて前記電力変換器の出力電流を調整する電流制御器である。
　図５に本実施例における位置指令生成器５０１の詳細な構成を示す。位置指令生成器501内には、位置指令Preｆに対応する補正パルスPofstを算出する位置補正器30と、位置指令Preｆに対して補正パルスPofstを加算する加算器31とを備える。
　図６には、位置補正器３０内の処理フローの一例を示す。
　まず位置補正器３０は、ＳＴＥＰ３０１で入力された位置指令Prefによってモータを移動させようとしている目標位置N(M)が補正位置N(x)のどこに対応するのかを算出する（ＳＴＥＰ３０２）。例えば、以下の式(1)によって、位置指令Prefと補正開始位置Pstartの差分から、補正開始位置からの距離を算出する。補正開始位置からの距離に対し、データ間隔Nを除算することで、補正パルスを算出するデータ番号Mを求めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ＳＴＥＰ３０３では、目標位置N(M)が補正開始位置から補正終了位置の範囲内であるかを判断する。具体的には、（式1）で求めたデータ番号Mが、０≦M≦Xであるかを判定する。
　Mが補正開始位置から補正終了位置の範囲外であった場合、位置補正器３０は補正パルスＰｏｆｓｔを０として出力し、結果として位置指令Ｐｒｅｆは補正されずに位置指令生成器５０１から出力される（ＳＴＥＰ３０４）。
　Mが補正開始位置から補正終了位置の範囲内であった場合には、データ番号Mが整数であるかを判断する（ＳＴＥＰ305）。データテーブル番号Mが整数であれば、位置指令Prefによって指定される目標位置N（M)は補正パルス量を保存した補正位置N(x)のいずれかと一致しているため、位置補正データテーブルに保存した補正位置N(M)に対応する補正パルスPofst[M]を用いて補正を行えばよい。
　データ番号Mが整数ではない場合にはSTEP306へ進み、図7で説明する方法により補正パルスを求める。
図７には、位置指令Prefと補正パルスPofstの関係を示す。横軸は位置指令Pref、縦軸は補正パルスPostである。データ間隔Nは、補正開始位置Pstartから、補正終了位置Pendまでの位置補正領域を、保存した補正パルス分だけ等間隔で分割した値である。位置指令Prefによって指定される目標位置N(M)は、Mが整数ではないため、補正パルス量を保存した補正位置と一致せず、Pofstを求めるのに位置補正データの補間を行う必要がある。補間の方法としては、例えば以下の式(2)を用いた直線補間が考えられる。
このとき、Mはm<M<m+1(mは整数)として以下の処理を行う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　補正パルスPofstの直線補間は、補正位置N(m)に対して位置指令で指定された目標位置N(M)からの距離を求め、補正パルスPofst[ｍ]から補正パルスPofst[ｍ+1]までの補正を行う。
　すなわち、位置指令Prefに対し、データテーブル番号Mとデータ間隔Nを乗算した値の差分を算出することで、補正位置N(m)からN(M)までの距離を算出する。次にデータ間隔Nを除算するし、補正パルスPofst[m+1]と補正パルスPofst[m]の差分値を乗算する。得られた値に、補正パルスPofst[m]を加算することで、直線補間した補正パルスPofst(M)を求めることができる。
　このように、位置指令Preｆで、補正データ取得位置ではない位置を指定された場合であっても、目標位置の前後の補正位置及び補正パルスのデータを用いて補間することで高精度な位置制御が可能となる。
　なお、本実施例では位置指令Prefは、ユーザから位置の指定を受けた上位装置内で、距離換算データを用いて生成し、上位装置からモータ制御装置へと入力される構成としているがこれに限定されるものではない。例えば、距離換算データを記憶部507へ格納しておき、モータ制御装置5内で生成する構成としてもよい。その場合には、目標とする位置情報が上位装置からモータ制御装置5へ入力され、モータ制御装置5内で距離換算データを用いて位置情報をエンコーダのパルス数へと変換する。いずれの場合においても、位置情報からエンコーダのパルス数へ変換を行う際に、情報処理装置6で用いたものと同じ距離換算データを用いることで位置補正データとのずれがなくなり、高精度に位置制御を行うことができる。
　図８は、本発明による効果を表した図である。横軸を位置指令、縦軸を実際の回転子の機械位置とし、位置ずれなく動いた場合は、理想位置グラフ６０のように位置決めされるが、実際に位置ずれが発生するため、実位置グラフ６１のように動作する例を示している。
　例えば、補正パルスPofstによる位置指令補正を用いずに、位置指令Pref1まで駆動した場合、理想的な機械位置はPm1であるが、実際の位置決め完了時には機械位置Preal1の位置となってしまう。
　機械位置Preal1と補正位置Pm1の誤差角度は、エンコーダ２と絶対位置測定手段３との差分により、予め測定された補正パルスPofstである。位置指令Prefに対して補正パルスPofstを加算した補正後位置指令Pcrctに基づいて位置制御を行うと、位置決め完了時には機械位置Pm1の位置となる。同様にして、位置指令Pref2～Pref5も補正パルスPofstを用いることで、それぞれ理想位置Pm2～Pm5で位置決め可能となる。
　以上述べたように、エンコーダのパルス数と実際の距離とを対応付けた距離換算データと、位置補正を行うための位置補正データとを用いてモータ制御を行うことで、機器の動作時には特別な追加部材を用いることなく、モータ制御装置とエンコーダ情報から高精度な位置制御を行うことができる。また、事前に生成する位置補正データは、位置補正領域が機械原点位置に限らず任意の領域を設定できるため、補正領域の広さや用途に応じた適切なデータ量とすることができ、モータ制御装置の処理負荷を低減することが可能である。
　実施例２では、誤差角度の適用範囲を複数できる。以下、図９を用いて説明する。
　図９のようにworkrangeが複数ある負荷へサーボモータを組付ける場合には、Workrange１の場合の位置補正データを補正位置N(0)からN(ｘ)まで測定し、次にWorlrage2の場合の位置補正データを補正位置N'(0)からN'(x)まで測定する。
　このように、位置補正を行う区間を複数に分けることで、データ総量を減らしつつ、必要な区間では細かくデータを採ることができ、高精度な位置補正を行うことができる。
　実施例３では、機械原点位置を変更した時の位置補正データについて説明する。
　図１０Ａ、１０Ｂは、情報処理装置6から予め位置補正データを得たモータ制御装置5が、機械原点位置を変更した場合でも、誤差角度を再測定することなく位置補正を行う方法について説明している。
　初回機械原点位置Homeposition1を基準に補正開始位置Pstartから補正終了位置Pendまでの仕事範囲Workrangeで位置補正するための位置補正データを生成したとする。
　このとき、位置補正処理実施、未実施の判定は、式（３）、式（４）で示すように、位置指令Prefが初回機械原点位置Homeposition1を基準位置として、補正開始位置Pstartから補正終了位置Pendの補正範囲であるか判定し、式（３）・式（４）を満たす場合に位置補正処理を実行する。
　　Pref ＋ Homeposition1 ≧ Pstart　…　式（３）
　　Pref ＋ Homeposition1 ≦ Pend　　…　式（４）
補正開始位置Pstartと補正終了位置Pendは、初回機械原点位置Homeposition1からの移動距離を保存しているため、機械原点位置を再設定し、初回機械原点位置Homeposition1の情報が消失した場合、位置補正処理が正常に行えなくなる。
　本実施例では、位置補正データテーブルを生成した際の機械原点位置を保存することで、機械原点位置を変更しても位置補正データテーブルを再測定する必要はない。生成時機械原点位置Sethomeは機械原点を再設定するごとに式(5)のように設定される値である。HomepositionAは機械原点位置の原点復帰位置データであり、Homeposition_errは機械原点位置を基準位置とした初回機械原点位置までの距離である。
　　Sethome = HomepositonA － Homepositon_err　　…　式（5)
　例えば、初回機械原点位置Homeposition1が機械原点位置で、その原点位置を0と設定した場合、位置補正データを生成した時の機械原点位置となるため、生成時機械原点位置Sethomeは０となる。
　機械原点位置が機械原点位置Homeposition2となるよう機械原点位置を再設定し、その原点位置を３０と設定した場合、初回機械原点位置Homeposition1は、機械原点位置Homeposition2を基準として-60となるため、生成時機械原点位置Sethomeは-30となる。
　式（5)を用いて、式(6)・式(7)に示すように補正開始位置Pstartと補正終了位置Pendに対し、それぞれ生成時機械原点位置Sethomeを加算する。
Pref ＋ Homeposition2 ≧ Pstart + Sethome …　(式6)
Pref ＋ Homeposition2 ≦ Pend + Sethome   …　(式7)
　例えば、機械原点位置Homeposition2の場合、補正開始位置Pstart=120 - 30=90、補正開始位置Pend=160 - 30=120、機械原点位置Homepositon2=30であるため、機械原点位置を変更しても、初回原点復帰位置の情報が失われず、位置補正を正常に行うことが可能となる。
　前回機械原点位置Homeposition1と、更新機械原点位置Homeposition2の差分値を算出し、更新機械原点位置Homeposition2とする。
　Pref-Homeposition
　サーボモータ制御装置からの機械原点を別の原点位置に変更する場合、誤差角度を測定した際の機械原点位置と、次に設定する機械原点位置との差分を出力し、サーボモータ制御装置からの機械原点復帰運転指令により、機械原点へサーボモータを移動させる。この動作により、サーボモータとエンコーダ及び絶対位置計測用高分解能エンコーダを機械的な絶対位置の原点に位置合わせする。
　サーボモータをサーボモータ制御装置で、任意の補正開始位置まで移動させ、補正開始位置から例えば1度毎に位置決めし、その位置決めしたときの絶対位置計測用高分解能エンコーダとサーボモータの位置検出をするエンコーダの両位置データをパソコンで取り込み、絶対位置計測用高分解能エンコーダの絶対角度と絶対位置計測用高分解能エンコーダの位置データからエンコーダの位置データを引き算した誤差角度データを得る。
　前記位置決めを繰り返し実行してサーボモータの絶対角度と誤差角度データを取得すると、絶対角度と誤差角度データは表形式のデータファイルとして出力される。出力されるデータ数は任意に設定可能で、絶対位置計測用高分解能エンコーダの等分割した角度毎に位置決めして誤差角度を得る。
　サーボモータの補正は機械原点から補正位置を測定する。メカの変更などにより機械原点が変わった場合、機械原点からの補正量を設定することで、同じ補正データを使って補正可能となる。
　実施例４では、補正データ間の補正量を直線補間以外に、1字曲線補間やその他の補間を用いるかを判定して補正を行うことができる。
　1：サーボモータ
　2：エンコーダ
　3：絶対位置測定手段
　5：モータ制御装置
　6：情報処理装置
　7：カップリング
　8：負荷
　9：仕事対象
　30：位置補正器
　400：位置補正データ
　501：位置指令生成器
　502：位置制御器
　503：速度制御器
　504：電流制御器
　505：電力変換器

Claims (8)

  1. 　モータへ電力を供給するモータ制御装置であって、
    　前記モータ制御装置が、位置補正データ及びモータの機械原点位置の情報を格納する記憶部を備え、
    　前記モータ制御装置が、外部から入力された位置指令と前記位置補正データを用いて補正後位置指令を生成し、前記補正後位置指令及びエンコーダから入力される位置情報に基づいて前記モータへ供給する電力を変換するものであり、
    　前記位置補正データが、補正位置及び補正量を対応付けて記録されたものであり、
    　前記補正位置の開始位置が前記機械原点位置とは異なるものである、
    　ことを特徴とするモータ制御装置。
  2. 　請求項１に記載のモータ制御装置であって、
    　前記モータ制御装置は、前記位置指令に対応した補正位置を特定し、前記補正位置及び前記位置補正データから補正量を算出し、前記位置指令に前記補正量を加算することで前記補正後位置指令を生成するものである、
    　ことを特徴とするモータ制御装置。
  3. 　請求項２に記載のモータ制御装置であって、
    　前記モータ制御装置は、前記位置指令に対応した補正位置が前記位置補正データの範囲内に存在しなかった場合、前記補正量を０として前記補正後位置指令を生成するものである、
    　ことを特徴とするモータ制御装置。
  4. 　請求項２に記載のモータ制御装置であって、
    　前記モータ制御装置は、前記位置指令に対応した補正位置が、前記位置補正データの範囲内に存在し、かつ一致する補正位置データが存在しなかった場合、前記位置補正データを補間して得られた補間データを用いて、前記補正量を算出するものである、
    　ことを特徴とするモータ制御装置。
  5. 　モータへ電力を供給するモータ制御装置で行われるモータ制御方法であって、
    　外部から入力された位置指令と位置補正データを用いて補正後位置指令を生成し、
    　前記補正後位置指令及びエンコーダから入力される位置情報に基づいて前記モータへ供給する電力を変換し、
    　前記位置補正データとして、前記モータの機械原点位置とは異なる補正位置の開始位置及び補正量を対応付けて記録する、
    　ことを特徴とするモータ制御方法。
  6. 　請求項５に記載のモータ制御方法であって、
    　前記位置指令に対応した補正位置を特定し、前記補正位置及び前記位置補正データから補正量を算出し、前記位置指令に前記補正量を加算することで前記補正後位置指令を生成する、
    　ことを特徴とするモータ制御方法。
  7. 　請求項６に記載のモータ制御方法であって、
    　前記位置指令に対応した補正位置が前記位置補正データの範囲内に存在しなかった場合、前記補正量を０として前記補正後位置指令を生成する、
    　ことを特徴とするモータ制御方法。
  8. 　請求項６に記載のモータ制御方法であって、
    　前記位置指令に対応した補正位置が、前記位置補正データの範囲内に存在し、かつ一致する補正位置データが存在しなかった場合、前記位置補正データを補間して得られた補間データを用いて、前記補正量を算出する、
    　ことを特徴とするモータ制御方法。
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