JPH05220641A - 駆動装置 - Google Patents
駆動装置Info
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- JPH05220641A JPH05220641A JP5701192A JP5701192A JPH05220641A JP H05220641 A JPH05220641 A JP H05220641A JP 5701192 A JP5701192 A JP 5701192A JP 5701192 A JP5701192 A JP 5701192A JP H05220641 A JPH05220641 A JP H05220641A
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- JP
- Japan
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- inertia
- servo motor
- load
- ratio
- gain
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Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 6
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
(57)【要約】
【構成】 サーボモータ１のロータ２に慣性負荷６を付
加し、動力軸継手３を境としてサーボモータ１側のイナ
ーシャ（ＪM ＋ＪA ）と被駆動部４側のイナーシャ（Ｊ
L ）との比（Ｎ＝ＪL ／ＪM ＋ＪA ）を小さくする。 【効果】 有負荷時のサーボモータ１の周波数応答特性
は無負荷時の特性に比べてＧ＝２０Log(１／（１＋
Ｎ））〔ｄＢ〕だけ低下する。故に、イナーシャ比Ｎを
小さくすれば低下の度合いが小さくなって高応答性を確
保できる。
加し、動力軸継手３を境としてサーボモータ１側のイナ
ーシャ（ＪM ＋ＪA ）と被駆動部４側のイナーシャ（Ｊ
L ）との比（Ｎ＝ＪL ／ＪM ＋ＪA ）を小さくする。 【効果】 有負荷時のサーボモータ１の周波数応答特性
は無負荷時の特性に比べてＧ＝２０Log(１／（１＋
Ｎ））〔ｄＢ〕だけ低下する。故に、イナーシャ比Ｎを
小さくすれば低下の度合いが小さくなって高応答性を確
保できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は工作機械の送り軸やロボ
ットの各軸等をサーボモータで駆動する駆動装置に関
し、特にサーボモータの応答性を向上させた駆動装置に
関する。
ットの各軸等をサーボモータで駆動する駆動装置に関
し、特にサーボモータの応答性を向上させた駆動装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、工作機械のテーブル移動等の負荷
を持ったサーボモータの駆動系は、周波数が１００〜１
５０Ｈｚの間で機械系の追従が無くなり、見かけ上、モ
ータイナーシャ＋負荷イナーシャの状態から、モータイ
ナーシャのみの状態に特性が移り変わることがある。モ
ータイナーシャＪM と負荷イナーシャＪL の比率による
ゲイン低下量をＧとすると、 Ｇ＝２０log(ＪM ／（ＪM ＋ＪL ））＝２０log(１／
（１＋Ｎ）） Ｎ＝ＪL ／ＪM となる。即ち、Ｊl ＝ＪM とするとイナーシャ比Ｎ＝１
であり、 Ｇ＝２０log(１／（１＋１））＝−６ｄＢ 同様にＪL ＝ＪM ×９とするとイナーシャ比Ｎ＝９であ
り、 Ｇ＝２０log(１／（１＋９））＝−２０ｄＢ となる。これをボード線図で見ると図４のようになる。
モータ軸に接続される負荷が剛体であれば前述の如く一
様にゲインが低下するが、実際の機械では動力伝達部材
にガタ、ねじれ、たわみ等の非線型要素が存在するため
一様にはならず、図５に示すように、低周波では全負荷
イナーシャによるゲイン特性となり高周波では無負荷に
近いゲイン特性となる。
を持ったサーボモータの駆動系は、周波数が１００〜１
５０Ｈｚの間で機械系の追従が無くなり、見かけ上、モ
ータイナーシャ＋負荷イナーシャの状態から、モータイ
ナーシャのみの状態に特性が移り変わることがある。モ
ータイナーシャＪM と負荷イナーシャＪL の比率による
ゲイン低下量をＧとすると、 Ｇ＝２０log(ＪM ／（ＪM ＋ＪL ））＝２０log(１／
（１＋Ｎ）） Ｎ＝ＪL ／ＪM となる。即ち、Ｊl ＝ＪM とするとイナーシャ比Ｎ＝１
であり、 Ｇ＝２０log(１／（１＋１））＝−６ｄＢ 同様にＪL ＝ＪM ×９とするとイナーシャ比Ｎ＝９であ
り、 Ｇ＝２０log(１／（１＋９））＝−２０ｄＢ となる。これをボード線図で見ると図４のようになる。
モータ軸に接続される負荷が剛体であれば前述の如く一
様にゲインが低下するが、実際の機械では動力伝達部材
にガタ、ねじれ、たわみ等の非線型要素が存在するため
一様にはならず、図５に示すように、低周波では全負荷
イナーシャによるゲイン特性となり高周波では無負荷に
近いゲイン特性となる。
【０００３】このため、図５のボード線図上でこの切替
え周波数であたかも固有振動数を持つように見える。特
に、サーボモータのイナーシャと負荷イナーシャの比
（イナーシャ比Ｎ）が大きいと、その間のゲインのギャ
ップが大きく、そのためゲインの跳ね上がりも大きくな
る。一方、サーボシステムの安定性は位相が−１８０度
となる高周波領域でのゲイン余裕で決まるため、無負荷
時のゲイン特性での安定性を確保する必要がある。従っ
て、速度ループのゲインが高い場合は速度ループの安定
性が確保できないので、やむをえず低い速度ループゲイ
ンのみでしか使用できず、機械の精度をアップできない
場合がある。故に従来は、高い速度ループゲインを得て
高応答性を確保するには、イナーシャ比を小さくするた
め、モータイナーシャの大きな大型モータを採用しなけ
ればならなかった。
え周波数であたかも固有振動数を持つように見える。特
に、サーボモータのイナーシャと負荷イナーシャの比
（イナーシャ比Ｎ）が大きいと、その間のゲインのギャ
ップが大きく、そのためゲインの跳ね上がりも大きくな
る。一方、サーボシステムの安定性は位相が−１８０度
となる高周波領域でのゲイン余裕で決まるため、無負荷
時のゲイン特性での安定性を確保する必要がある。従っ
て、速度ループのゲインが高い場合は速度ループの安定
性が確保できないので、やむをえず低い速度ループゲイ
ンのみでしか使用できず、機械の精度をアップできない
場合がある。故に従来は、高い速度ループゲインを得て
高応答性を確保するには、イナーシャ比を小さくするた
め、モータイナーシャの大きな大型モータを採用しなけ
ればならなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高応答
性を確保するための大型モータの採用は、出力的には不
必要に大きすぎてスペース的、コスト的に不合理であ
る。一方、サーボモータ技術の向上に伴いモータ自体は
ますます小型化高出力化が進み出力的には充分小型モー
タで対応できるようになってきた。しかし、イナーシャ
比の問題は変わらないので小型モータを採用する場合は
イナーシャ比が大きくなり応答性を下げざるを得ないと
いう問題点があった。本発明は上記の問題点を解決する
ためなされたものであり、その目的とするところは、小
型モータを採用して高応答性を確保することができる駆
動装置を提供することにある。
性を確保するための大型モータの採用は、出力的には不
必要に大きすぎてスペース的、コスト的に不合理であ
る。一方、サーボモータ技術の向上に伴いモータ自体は
ますます小型化高出力化が進み出力的には充分小型モー
タで対応できるようになってきた。しかし、イナーシャ
比の問題は変わらないので小型モータを採用する場合は
イナーシャ比が大きくなり応答性を下げざるを得ないと
いう問題点があった。本発明は上記の問題点を解決する
ためなされたものであり、その目的とするところは、小
型モータを採用して高応答性を確保することができる駆
動装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の駆動装置は、サーボモータと、そのサー
ボモータのロータとそのロータよりも大きなイナーシャ
を有し、サーボモータにより駆動される被駆動部とを接
続する動力伝達部材とを備え、前記サーボモータのロー
タ側に重量物を付加し、サーボモータ側のイナーシャと
前記被駆動部側のイナーシャとの比を小さくすると共
に、前記サーボモータを駆動制御する制御手段を備えて
いる。
めに、本発明の駆動装置は、サーボモータと、そのサー
ボモータのロータとそのロータよりも大きなイナーシャ
を有し、サーボモータにより駆動される被駆動部とを接
続する動力伝達部材とを備え、前記サーボモータのロー
タ側に重量物を付加し、サーボモータ側のイナーシャと
前記被駆動部側のイナーシャとの比を小さくすると共
に、前記サーボモータを駆動制御する制御手段を備えて
いる。
【０００６】
【作用】上記のように構成された駆動装置では、重量物
の付加によりサーボモータ側のイナーシャが大きくなり
イナーシャ比Ｎを小さくすることができる。イナーシャ
比Ｎを小さくすることにより、見かけ上、モータイナー
シャ＋負荷イナーシャの状態から、モータイナーシャの
みの状態に特性が移り変わる際のゲインの変化Ｇ＝２０
log(ＪM ／（ＪM ＋ＪL ））＝２０log(１／（１＋
Ｎ））Ｎ＝ＪL ／ＪMを小さくすることができる。従っ
て、位相が−１８０度となる高周波領域でのゲイン余裕
を一定に保持するならば、低周波領域のゲインをより高
くすることができ応答性の低下を少なくして高応答性を
確保できる。
の付加によりサーボモータ側のイナーシャが大きくなり
イナーシャ比Ｎを小さくすることができる。イナーシャ
比Ｎを小さくすることにより、見かけ上、モータイナー
シャ＋負荷イナーシャの状態から、モータイナーシャの
みの状態に特性が移り変わる際のゲインの変化Ｇ＝２０
log(ＪM ／（ＪM ＋ＪL ））＝２０log(１／（１＋
Ｎ））Ｎ＝ＪL ／ＪMを小さくすることができる。従っ
て、位相が−１８０度となる高周波領域でのゲイン余裕
を一定に保持するならば、低周波領域のゲインをより高
くすることができ応答性の低下を少なくして高応答性を
確保できる。
【０００７】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
説明する。図１は駆動装置の全体構成を示すブロック図
である。サーボモータ１はサーボアンプ１１により駆動
される。サーボアンプ１１には位置制御部１３からの速
度指令が入力されると共にタコジェネレータ（ＴＧ）１
２からの速度フィードバック信号が返還され速度ループ
を構成している。位置制御部１３にはエンコーダ１４か
らの位置パルスフィードバック信号が返還され位置ルー
プを形成している。サーボアンプ１１及び位置制御部１
３はサーボモータ１を駆動制御する本発明に制御手段を
構成する。図２は第１の実施例を示す断面図である。サ
ーボモータ１のロータ軸２は軸継手３により被駆動部４
の軸５に接続されている。この軸継手３は本発明の動力
伝達部材を構成する。ロータ軸２には重量物として慣性
負荷６が一体に取り付けられている。慣性負荷６のイナ
ーシャをＪA 、軸継手３のサーボモータ側のイナーシャ
をＪCM、軸継手３の被駆動部側のイナーシャをＪCL、被
駆動部４のイナーシャをＪL 、サーボモータ１のロータ
のイナーシャをＪM とすると、イナーシャ比Ｎは、 Ｎ＝（ＪL ＋ＪCL）／（ＪM ＋ＪCM＋ＪA ） となり、慣性負荷６の取り付けによりイナーシャ比Ｎを
小さくでき、応答性の低下を少なくできる。
説明する。図１は駆動装置の全体構成を示すブロック図
である。サーボモータ１はサーボアンプ１１により駆動
される。サーボアンプ１１には位置制御部１３からの速
度指令が入力されると共にタコジェネレータ（ＴＧ）１
２からの速度フィードバック信号が返還され速度ループ
を構成している。位置制御部１３にはエンコーダ１４か
らの位置パルスフィードバック信号が返還され位置ルー
プを形成している。サーボアンプ１１及び位置制御部１
３はサーボモータ１を駆動制御する本発明に制御手段を
構成する。図２は第１の実施例を示す断面図である。サ
ーボモータ１のロータ軸２は軸継手３により被駆動部４
の軸５に接続されている。この軸継手３は本発明の動力
伝達部材を構成する。ロータ軸２には重量物として慣性
負荷６が一体に取り付けられている。慣性負荷６のイナ
ーシャをＪA 、軸継手３のサーボモータ側のイナーシャ
をＪCM、軸継手３の被駆動部側のイナーシャをＪCL、被
駆動部４のイナーシャをＪL 、サーボモータ１のロータ
のイナーシャをＪM とすると、イナーシャ比Ｎは、 Ｎ＝（ＪL ＋ＪCL）／（ＪM ＋ＪCM＋ＪA ） となり、慣性負荷６の取り付けによりイナーシャ比Ｎを
小さくでき、応答性の低下を少なくできる。
【０００８】いま、ＪM ＝１、ＪL ＝１０、ＪCM＝ＪCL
＝０として、ＪA ＝１とＪA ＝０の場合を考える。 慣性負荷ＪA ＝０の場合は、低周波領域での伝達関数
は、 Ａ（ω）／（ＪM ＋ＪL ）＝Ａ（ω）／（１＋１０）＝
Ａ（ω）／１１ 高周波領域では Ａ（ω）／ＪM ＝Ａ（ω）／１＝Ａ（ω） となる。一方、慣性負荷ＪA ＝１の場合は、低周波領域
での伝達関数は Ａ（ω）×（１２／１１）／（１＋１＋１０）＝Ａ
（ω）／１１ 上式で１２／１１は慣性負荷ＪA ＝０における低周波領
域での伝達関数と等しくするための係数であり、速度ル
ープのゲインを調整することにより実現される。また、
慣性負荷ＪA ＝１における高周波領域での伝達関数は、 Ａ（ω）×（１２／１１）／（１＋１）＝Ａ（ω）×
（６／１１） となり、慣性負荷ＪA ＝１における高周波領域での伝達
関数は慣性負荷ＪA ＝０における高周波領域での伝達関
数Ａ（ω）に比べて略１／２に低下している。従って、
慣性負荷６の取り付けによりゲイン余裕が増え、それだ
け安定になる。このため、ＪA ＝１の場合はＪA ＝０の
ときよりも伝達関数Ａ（ω）を大きく、すなわち、シス
テムのゲインを高くすることができる。
＝０として、ＪA ＝１とＪA ＝０の場合を考える。 慣性負荷ＪA ＝０の場合は、低周波領域での伝達関数
は、 Ａ（ω）／（ＪM ＋ＪL ）＝Ａ（ω）／（１＋１０）＝
Ａ（ω）／１１ 高周波領域では Ａ（ω）／ＪM ＝Ａ（ω）／１＝Ａ（ω） となる。一方、慣性負荷ＪA ＝１の場合は、低周波領域
での伝達関数は Ａ（ω）×（１２／１１）／（１＋１＋１０）＝Ａ
（ω）／１１ 上式で１２／１１は慣性負荷ＪA ＝０における低周波領
域での伝達関数と等しくするための係数であり、速度ル
ープのゲインを調整することにより実現される。また、
慣性負荷ＪA ＝１における高周波領域での伝達関数は、 Ａ（ω）×（１２／１１）／（１＋１）＝Ａ（ω）×
（６／１１） となり、慣性負荷ＪA ＝１における高周波領域での伝達
関数は慣性負荷ＪA ＝０における高周波領域での伝達関
数Ａ（ω）に比べて略１／２に低下している。従って、
慣性負荷６の取り付けによりゲイン余裕が増え、それだ
け安定になる。このため、ＪA ＝１の場合はＪA ＝０の
ときよりも伝達関数Ａ（ω）を大きく、すなわち、シス
テムのゲインを高くすることができる。
【０００９】図３は第２の実施例を示す断面図である。
図３に示す軸継手３の被駆動部側ハブ３２はアルミ材で
形成されているが、サーボモータ側ハブ３１は慣性負荷
としての機能を持たせるため、鉄材で形成され、形状も
被駆動部側ハブ３２より大きくされている。この時のイ
ナーシャ比Ｎは、 Ｎ＝（ＪL ＋ＪCL）／（ＪM ＋ＪCM） となるが、軸継手３のサーボモータ側のイナーシャＪCM
が大きいのでイナーシャ比Ｎを小さくでき、応答性の低
下を少なくできる。
図３に示す軸継手３の被駆動部側ハブ３２はアルミ材で
形成されているが、サーボモータ側ハブ３１は慣性負荷
としての機能を持たせるため、鉄材で形成され、形状も
被駆動部側ハブ３２より大きくされている。この時のイ
ナーシャ比Ｎは、 Ｎ＝（ＪL ＋ＪCL）／（ＪM ＋ＪCM） となるが、軸継手３のサーボモータ側のイナーシャＪCM
が大きいのでイナーシャ比Ｎを小さくでき、応答性の低
下を少なくできる。
【００１０】以上説明した実施例では動力伝達部材とし
て軸継手３を用いたが、軸継手以外に歯車、ベルト車等
を動力伝達部材として用いても同様のことが言える。
て軸継手３を用いたが、軸継手以外に歯車、ベルト車等
を動力伝達部材として用いても同様のことが言える。
【００１１】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明は、上記の
構成を有しサーボモータのロータ側に重量物を付加し、
サーボモータ側のイナーシャと前記被駆動部側のイナー
シャとの比を小さくするものであるから、イナーシャの
小さな小型モータを採用しても高応答性を確保すること
ができるという優れた効果がある。
構成を有しサーボモータのロータ側に重量物を付加し、
サーボモータ側のイナーシャと前記被駆動部側のイナー
シャとの比を小さくするものであるから、イナーシャの
小さな小型モータを採用しても高応答性を確保すること
ができるという優れた効果がある。
【図１】 駆動装置の全体構成を示すブロック図
【図２】 第１の実施例を示す断面図
【図３】 第２の実施例を示す断面図
【図４】 ボード線図
【図５】 ボード線図
１ サーボモータ ２ ロータ軸 ３ 軸継手（動力伝達部材） ４ 被駆動部 ６ 慣性負荷（重量物）
Claims (1)
- 【請求項１】 サーボモータと、そのサーボモータのロ
ータとそのロータよりも大きなイナーシャを有し、サー
ボモータにより駆動される被駆動部とを接続する動力伝
達部材とを備えた駆動装置において、 前記サーボモータのロータ側に重量物を付加し、サーボ
モータ側のイナーシャと前記被駆動部側のイナーシャと
の比を小さくすると共に、前記サーボモータを駆動制御
する制御手段を備えたことを特徴とする駆動装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5701192A JPH05220641A (ja) | 1992-02-06 | 1992-02-06 | 駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5701192A JPH05220641A (ja) | 1992-02-06 | 1992-02-06 | 駆動装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05220641A true JPH05220641A (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=13043504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5701192A Pending JPH05220641A (ja) | 1992-02-06 | 1992-02-06 | 駆動装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05220641A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7576457B2 (en) | 2005-07-28 | 2009-08-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric power steering apparatus |
-
1992
- 1992-02-06 JP JP5701192A patent/JPH05220641A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7576457B2 (en) | 2005-07-28 | 2009-08-18 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric power steering apparatus |
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