JPH01194884A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、位置指令値と位置検出値との偏差、すなわち
位置誤差量に基づいてモータ（サーボモータ）の位置制
御あるいは速度制御を行なうモータの制御装置に関する
ものである。

（従来の技術） 従来の一般的なサーボモータ制御装置の構成例を第４図
に示す。この第４図はブラシレスサーボモータ（永久磁
石型同期電動機）を制御する装置を示したもので、数値
制御（以下、ＮＣとする）工作機械等の軸駆動方法とし
て広く用いられている方法である。

以下にその動作を説明すると、関数発生部１はＮＣ加ニ
ブログラム等の外部入力データに基づいて工具等の穆動
すべき位置の算出、すなわち関数発生を行ない、発生さ
れた位置指令値ｐｓを位置誤差量算出部２及び速度フィ
ードフォワード制御部１１に転送する。速度フィードフ
ォワード制御部１１は、−次遅れ制御系における位置決
め無駄時間あるいは後述する位置誤差量ＤＩＦＦの発生
による悪影響を軽減し、高速位置決めを行なうことを目
的とするものであり、関数発生部１より転送された位置
指令値ＰＳに基づいて速度指令データＳＤを生成し、位
置制御部３を経ることなく速度指令データＳＯを速度誤
差量算出部５へ転送する。このような速度フィードフォ
ワード制御の機能により、サーボモータ９が等速運動を
しているよう／を定常状態では位置誤差ｉｒ＋＋ｒＦを
７とすることができる。また、位置誤差量算出部２はサ
ーボモータ９に結合された位置検出器１０から得られる
モータ位置検出値ＭＳと、前記位置指令値ｐｓとの偏差
、すなわち位置誤差量ＤＩＦＦを算出し、この位置誤差
量ＤＩＦＦを位置制御部３へ転送する。位置制御部３は
、位置誤差量ＤＩＦＦに位置制御ループケイン（Ｋｖ）
を乗算することによりサーボモータ９の回転速度指令Ｒ
５を算出し、この回転速度指令Ｒ５を速度誤差量算出部
５に転送する。

一方、速度算出部４は公知の技術により、位置検出器１
０からのモータ位置検出値ＭＳに基づいてサーボモータ
９の実際の速度（速度検出値ＲＶ）を算出する。そして
、速度誤差量算出部５は、位置制御部３からの回転速度
指令Ｒ５及び速度フィードフォワード制御部１１からの
速度指令データＳＤと、速度算出部４からの速度検出値
ＲＶとの差分をとり、速度誤差量ＳＥとして速度制御部
６に転送する。速度制御部６は人力された速度誤差量Ｓ
ＥをＰＩ（比例、積分）増幅することにより、サーボ千
−夕９に出力すべきトルク指令値ＴＱを算出して電流指
令算出部７に人力する。電流指令算出部７は、速度制御
部６の出力であるトルク指令値ＴＱに電流の振幅を比例
させ、サーボモータ９の回転位置に応じた単位正弦波を
乗算して交流電流指令とする。ここに、３相電流の和は
常に零となる関係が成立するので、電流指令算出部７は
３相のうちの２相、たとえばＵ相及びＶ相についてのみ
処理を行ない、それぞれの相電流指令値をＩ　Ｕｍ及び
Ｉｖ″とじて電流制御部８に転送する。電流制御部８は
公知の方法によって電流制御ループを構成し、サーボモ
ータ９の各相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに対する電流指令値を生成
し、パワー増幅によりサーボモータ９の各相巻線に電流
指令値に基づいた電流が流され、サーボモータ９は所定
の方向１位置へ速かに駆動される。

（発明が解決しようとする課題） 上述したような位置指令値ＰＳとモータ位置検出値ＭＳ
との偏差、すなわぢ位置誤差量ＤＩＦＦに位置制御ルー
プゲインＫｖを乗じて回転速度指令ｎｓを生成するとい
う制御方法においては、位置誤差量Ｄ　Ｉ　Ｆ　Ｆは位
置制御ループゲインＫｖの逆数で決まる時定数で、指数
関数的に雫に収束する。今、位置誤差量をＤＩＦＦ　［
ｍｍ］　、回転速度指令ｎｓをｖ　　［ｍｍ／５ｅｃｌ
、位置ループゲインなＫＶ　［１７ｓｅｃ　］とすると
、ＤＩＦＦ・位置指令値ｐｓ−実際の位置検出値ＭＳｖ
　−ＤＩＦＦ　　ｘ　　Ｋｖ−−（１）となり、上記（
１）式より ＤＩＦＦ　−ｖ／ｋｖ＋＋＋＋　（２）となる。すなわ
ち、位置誤差量ＤＩＦＦは、位置制御ループゲインＫｖ
が大きい程小さくなることが分かる。そして、位置制御
ループゲインに９は追従側、すなわちサーボモータ９１
機械系負荷、制御回路等の応答性が良い程位置指令値Ｐ
Ｓに肉薄して追従できる為、大きい値を設定することが
で籾る。また、位置誤差量ＤＩＦＦは、２釉以上の同期
運転を行なう工作機械においては切削加工精度に直接影
響する為、実現可能な範囲内で極力小さくおさえたいと
いう恒常的な要求となる。

しかしながら、上述の如くサーボモータ、機械系負荷、
制御回路等の応答性の問題があり、これらを考慮せずに
大ぎい位置制御ループゲインＫｖを設定すると機械振動
等の悪影響が発生ずるので、サーボ制御上の最悪使用条
件の場合でも、不都合が生じない範囲での上限値をもっ
て位置制御ループゲインに９として採用していた。そし
て、このゲイン値Ｋｖは一定値として運用される。速度
制御ループにおける比例動作ゲインＰ、積分動作ゲイン
Ｉ等のゲインも、位置制御ループゲインに、と同一の考
え方により上限値を決定し、一定値として速度制御ルー
プで採用している。

このように、位置制御ループゲインに９及び速度制御ル
ープケインＰ、Ｉ等は、定常制御状態での機械共振、振
動を回避できる定数が採用されるが、位置誤差量ＤＩＦ
Ｆは過渡的にはかなり大きな値となり、その結果加工精
度の悪化は、位置制御ループゲインＫｖを大きくしたこ
とに起因する機械振動による加工精度の悪化よりも大き
くなることがある。第５図は過渡的な位置誤差量ＤＩＦ
Ｆの発生、収束の様子を示す一例であり、この例では位
置制御ループゲインＬ　−３５［１７ｓｅｃコで一定と
なっている。また、この第５図は機械系負荷が接続され
ていないモータ単体を制御した例であり、図中１−１゜
にて速度Ｏｎ＋ｍ／ｓｅｃ　−＋　６０００ｍｍ／ｓｅ
ｃへの加速開始、ｔ、〜ｔ２の時間は速度６０００ｍｍ
／ｓｅｃの定速指令、１−１２にて速度６０００ａ＋＋
ｎ／ｓｅｃ→０＋ｎＩ＋＋／ｓｅｃへの減速開始、ｔ−
ｔ３にて速度Ｏｍｍ／ｓｅｃ　、となるように回転速度
指令Ｒ５を発生したものである。この第５図から分かる
ように、サーボモータ９の速度が変化するような場合に
、位置誤差量ＤＩＦＦが過渡的に大きく発生する。例え
ば時点ｔ。から始まる加速時には位置誤差量ＤＩＦＦは
１３μＩに達し、これが１／Ｋｖ・１／３５　　［ｓｅ
ｃ　］の時定数で指数関数的に減衰している。第５図の
場合はモータ単体制御の例であるが、モータ負荷として
工作機械が接続され、位置検出をテーブル下部に設置し
た位置検出器（例えばインダクトシン）で行なう場合は
機械系の遅れ要素も加わってくる為、加減速１１！ｆに
発生する位置誤差量ＤＩＦＦは第５図の場合よりもさら
に大きくなる。

このように、真の軌跡からの偏差である位置誤差ｆｆ１
ＤＩＦＦが大きな過度状態でも、位置誤差４ｉｊ　ＤＩ
　Ｆ　Ｆの収束は定常状態で定めた位置制御ループケイ
ンに９によって決まる時定数で行なわれ、位置制御ルー
プゲインＫｖより大きな値のに９を適用する手段が無い
為、加工形状誤差の大きい切削が比較的長く続いてしま
うという欠点があった。この欠点は、昨今の高速、高精
度加工要求が高まりつつある状況においては非常に重大
なデメリットとなっている。

本発明は上述のような事情よりなされたものであり、木
発明の目的は、位置誤差量ＤＩＦＦの大きさに対応して
位置制御及び速度制御の各ループゲインを可変とし、位
置誤差量ＤＩＦＦが大きくなるに従って各ゲインも大き
く設定できるようにし、高速加工時や急加速、急減速時
の加工精度を確保できるモータの制御装置を提供するこ
とにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、モータと、このモータの位置を検出してフィ
ードバックする位習検出手段と、位置指令値及び実際の
位置検出値との位置誤差量を検出する位置誤差量検出手
段とを備え、所定の位置制御ループケイン及び速度制御
ループゲインに基づい°Ｃ前記モータを制御するモータ
の制御装置に関するもので、本発明の前記目的は、前記
位置誤差量に対応して予め設定された関数に従って前記
位置制御ループゲイン及び速度制御ループゲインを決定
するゲイン決定手段を設け、前記関数を、前記位置誤差
量が大きくなるに従って前記各ゲインを大きくする特性
とすることによって達成される。

（作用） 本発明では、位置指令値と実際の位置検出値との偏差で
ある位置誤差量に応じて、予め設定されている関数に従
って位置制御ループゲイン及び速度制御ループゲインを
決定するゲイン決定手段を設けている。ゲイン決定手段
は人力される位置誤差量に従って各ゲインを変えており
、位１＋Ｍ、　誤差量が大きくなりたときに前記各ルー
プケインを大きくするようにしている。この結果、過渡
的に０置誤差量が過大となるような運転を行なっても位
置誤差量を速かに零に収束できるため、常に高い加工精
度を維持することができる。

（実施例） 木発明の一実施例を第４図の従来例に対応させて第１図
に示す。本発明を例示する第１図において、位置誤差１
ＤＩＦＦが算出されるまでの動作については第４図で説
明した従来装置と全く同一である。

木発明においては、過渡的に位置誤差量ＤＩＦＦが太き
（発生する場合でも速かに位置誤差量ＤＩＦＦを零に収
束させ、加工形状精度を高く保つ目的で、位置誤差量Ｄ
ＩＦＦが大きくなるに従って位置制御ループゲインに、
及び速度制御ループゲインＰ、Ｉを大きくするゲイン決
定部１２を設けている。ゲイン決定部１２は、算出され
た位置誤差ｆｆ１ＤＩＦＦに対応して予め設定されてい
る関数に従って位置制御ループゲインＫＶを決定し、位
置制御部３に転送して乗算すべきループゲインとする。

第２図はゲイン決定部１２に設定されている関数の一例
を示すものであり、位置誤差量ＤＩＦＦの絶対値ｌ　Ｄ
ＩＦＦ　ｌによりＩＤＩＦＦＩ≦ｄ、にてＫｖ−α、（
下限値）ｌ　ＤＴＦＦ　ｌ≧ｄ２にてに９・α２　（上
限値）ｄｌ　　＜ＩＤＩＦＦＩ＜　ｄ２にて の関係から、位置制御ループゲインＫｖを決定している
。位置制御部３は位置誤差量ＤＩＦＦとこの位置誤差ｆ
ｆ１ＤＩＦＦの大きさにより、上述の如くゲイン決定部
１２で決定された位置制御ループゲインＫｖに基づいて
回転速度指令Ｒ５を生成する。

また、ゲイン決定部１２は算出された位置誤差量ＤＩＦ
Ｆに対応して、予め設定されている関数に従って速度制
御ループのＰゲイン（比例）、■ゲイン（積分）を決定
し、速度制御部６に転送してＩ’１制御する。第３図は
ゲイン決定部１２において、速度制御ループゲインＰ、
Ｉを決める関数の一例を示すものであり、位置誤差量Ｄ
ＩＦＦの絶対値Ｉ　ＤＩＦＦ　Ｉにより ＩＤＴＦＦ１≦ｄ！にてＰ−Ｐ、、　　ｌ−１１（下限
値）ｌ　ＤＩＦＦ　ｌ≧ｄ２にてＰ＝Ｐ２．　ｈｈ　　
（上限値）ｄｌ　　＜　ｌ　ＤＩＦＦ　ｌ　＜　Ｐ２．
１２にての関係から速度制御ループゲインＰ、Ｉを決定
している。

従来装置と同一の処理により生成された速度誤差ｆｆｉ
　ＳＥと、ゲイン決定部１２により上述の如く決定され
た速度制御ループのＰゲイン、■ゲインに基づいて、速
度制御部６はトルク指令値ＴＱを生成して電流指令算出
部７へ人力する。電流指令算出部７の動作以降サーボモ
ータ９の各相に指定された電流が流れ、サーボモータ９
が駆動するまでの動作について従来装置の場合と全く同
一である。

以上述べたように本発明においては、位置誤差ｉｏ＋Ｆ
ｐが算出される都度ゲイン決定部１２にて、位置誤差量
ｏ＋ＦＦの大きさに応じて位置制御ループゲインに９及
び速度制御ループゲインＰ、Ｉを位置誤差ｆｆ１ＤＩＦ
Ｆが大きくなるに従って大きくするように決定している
為、過渡的に位置誤差量ＤＩＦＦが大きくなっても速か
に位置誤差量ＤＩＦＦを零に収束させることが可能とな
る。また、定常制御状態においては、その制御系におい
て機械共振等を発生することもなく、安定に制御し得る
位置制御ループゲイン、速度制御ループゲインに設定し
ておくことができる。

（発明の効果） 本発明の制御装置によれば、位置誤差量ＤＩＦＦが大き
くなるに従って各制御ループゲインを大きくするように
している為、急加速、急減速時の如く過渡的に位置誤差
量ＤＩＦＦが過大となっても速かに零に収束できる。ま
た、定常制御状態における各制御ループゲインを位置誤
差量ＤＩＦＦの大きさにより、上記過渡状態における制
御ループゲインよりも相対的に小さく設定できるので、
機械共振等を発生することなく安定に制御し得る。これ
により、高速切削加工を行なっても加工軌跡誤差を小さ
くおさえることができ、サーボモータ等のモータを高速
かつ高精度に制御することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第２
図は位置制御ループゲインの関数例を示す図、第３図は
速度制御ループゲインの関数例を示す図、第４図は従来
のモータ制御装置の一例を示すブロック描成図、第５図
は位置謂差舟の特性例を示す図である。 ｌ・・・関数発生部、３・・・位ｕｔ制御部、４・・・
速度算出部、６・・・速度制御部、７・・・電流指令算
出部、９・・・サーボモータ、１０・・・位置検出器、
１２・・・ケイン決定部。 出願人代理人　　　安　形　雄　三 茶　２　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、モータと、このモータの位置を検出してフィードバ
   ックする位置検出手段と、位置指令値及び実際の位置検
   出値との位置誤差量を検出する位置誤差量検出手段とを
   備え、所定の位置制御ループゲイン及び速度制御ループ
   ゲインに基づいて前記モータを制御するモータの制御装
   置において、前記位置誤差量に対応して予め設定された
   関数に従って前記位置制御ループゲイン及び速度制御ル
   ープゲインを決定するゲイン決定手段を設け、前記関数
   を、前記位置誤差量が大きくなるに従って前記各ゲイン
   を大きくする特性としたことを特徴とするモータの制御
   装置。