JPH0621963B2 - 位置制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、位置制御装置に係り、特に位置制御を行うサ
ーボモータを電気的にダンピングして制御を行う位置制
御装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来の位置制御を行うサーボモータの制御原理説明ブロ
ツク図である第１図により、従来技術を説明する。

すなわち、１は、サーボモータを使用するロボツト等の
上位システム、２Ａはサーボモータの位置制御装置、３
は直流モータ等のサーボモータ、４及び５はサーボモー
タ３に接続した速度センサ及び位置センサである。

そして、上記の位置制御装置２Ａは、上位システム１の
位置指令値θ_ｃと位置センサ５の位置検出値θ_ｆとから
速度指令値ω_ｃを計算する位置演算部（APR）２１，そ
の速度指令値ω_ｃと速度センサ４の速度検出値ω_ｆとか
ら電流指令値ｉ_ｃを計算する速度演算部（ASR）２２，
この電流指令値ｉ_ｃと、モータ電流ｉ_ｍを検出する電流
検出器２４の電流検出値ｉ_ｆとから、モータ電流ｉ_ｍを
電流指令値ｉ_ｃに一致させるように動作する電流制御部
（ACR）２３とからなるものである。

このような位置制御装置において、サーボモータ３の位
置制御をするときには、位置指令値→速度指令値→電流
指令値というように指令値が演算され、電流制御部２３
でモータ電流ｉ_ｍに変換されるときに、各々の演算及び
変換の際、時間遅れが生じ、必ずしも、所期の理想的な
動作をしない。

この様子を示すものが、第２図の位置偏差−速度曲線図
である。

すなわち、位置偏差は、位置指令値θ_ｃと位置検出値θ
_ｆとの差である。

図示の点線は、理想曲線であり、何ら振動することな
く、位置偏差が零になつたとき、速度も零となる理想的
状態を示すものである。

これに対し、実線は、位置偏差が零となつたａ点で速度
が零にならず、残留速度値ω_ｏとなつている。

次いで、上記のａ点から、位置偏差の負の方向に動き、
速度が零になるｂ点では、逆に残留位置偏差θ_ｏを持つ
ものである。

さらに、これに次いで速度は負の方向になり、位置偏差
が零になるように動作するが、図示のｃ→ｄ→ｏのよう
に、原点ｏに何回か旋回して停止する。

この旋回の数は、サーボモータ位置制御装置との総合的
ダンピングの大きさで決まり、一般的に、サーボモータ
の摩擦トルクが大きいと、旋回数も少なく、速く停止す
る。

このため、サーボモータに、特別に摩擦トルクが大きく
なるように、摩擦板等のダンピング装置を設ける場合も
ある。

しかしながら、摩擦板等のダンピング装置は、位置制御
の動作終了寸前にはダンピング効果を発揮して、その効
果が大きいものであるが、その始動時、あるいは位置制
御で位置偏差が大きい、途中の状況では高速回転でサー
ボモータが回転し、摩擦板等の損失が大となつて効率が
低下し、サーボモータを過熱するおそれがある。

また、摩擦板等の摩耗が起るおそれもあり、その信頼性
に切けるという欠点を有していたものである。

〔発明の目的〕

本発明は、位置制御における位置決め時に、電気的にダ
ンピング効果を奏するようにした位置制御装置の提供
を、その目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明に係る位置制御装置の構成は、速度センサと位置
センサとを有し、位置制御を行うサーボモータを制御す
るようにした位置制御装置において、上位システムから
の位置指令値と位置センサからの位置検出値とから速度
指令値を演算する位置演算部と、その速度指令値と速度
センサからの速度検出決とから電流指令値ｉ_ｃを演算す
る速度演算部と、速度センサからの速度検出値に基づい
てダンピング電流指令値ｉ_ｏを演算する制動演算部と、
前記電流指令値ｉ_ｃとダンピング電流指令値ｉ_ｏとの加
算値ｉ_coに基づきモータ電流を制御する電流制御部とよ
り構成したものである。

なお詳述すると、次のとおりである。

すなわち、ダンピング効果は摩擦トルクにより生じ、こ
の摩擦トルクをサーボモータの電流により発生させれば
等価的なダンパが形成できる点に着目したものであり、
また、電気ダンパを位置制御の動作終了寸前、すなわち
速度が低いときのみ動作させ、高速回転ではダンピング
効果を減少あるいは零にし、効率の低下を防止するよう
にしたものである。

〔発明の実施例〕

本発明に係る位置制御装置の一実施例を第３図ないし第
６図により説明する。

ここで、第３図は、本発明の一実施例に係る、位置制御
を行うサーボモータの制御原理説明ブロツク図、第４図
は、制動演算部の動作を説明する速度−ダンピング電流
指令関係図、第５図は、本発明の一実施例に係る位置制
御装置の制御回路図、第６図は、位置偏差−速度曲線図
である。

図で、さきの第１，２図と同一符号は同等のものを示
し、２はサーボモータ３の位置制御装置、６は、位置制
御装置２に電力を供給する交流電源、２５は加算器、２
６は制御演算部であり、３１は電流演算部、３２はコン
バータ、３３は平滑コンデンサ、３４はＰＷＭ（Pulse
Width Modulation）回路、３０はＰＷＭ位相制御器であ
る。

まず、第３図において、位置制御装置２の位置演算部２
１，速度演算部２２の動作は、さきの第１図と同じであ
るが、速度センサ４の速度検出値ω_ｆを基にダンピング
電流指令値ｉ_ｏを計算する制動演算部２６，電流指令値
ｉ_ｃと前記のダンピング電流指令値ｉ_ｏを加算して総合
電流指令値ｉ_coを計算する加算器２５，総合電流指定値
ｉ_coと、モータ電流ｉ_ｍを検出する電流検出器２４の電
流検出値ｉ_ｆとからモータ電流ｉ_ｍを総合電流指令値ｉ
_coに一致させるように動作する電流制御部２３とから構
成されるようにしたものである。

そして、制動演算部２６は、速度検出値ω_ｆよりダンピ
ング電流指令値ｉ_ｏを第４図に示す関係によつて計算す
る。

すなわち、速度が零に近い低速領域では、次の(1)式
の関係とし、高速領域では、同(2)式の関係とするも
のである。

ｉ_ｏ＝ｋ_１ω_ｆ ……………(1) ただし、ｋ_１＜０_ｏ ｉ_ｏ＝ｋ_２ω_ｆ＋α ……………(2) ただし、ｋ_２＞_１，通常はｋ_２≧０ α＜０………ω_ｆ＞０ のとき α＞０………ω_ｆ＜０ のとき しかして、上記の(1)式あるいは(2)式の関係とするとい
うことは、制動演算部２６の構成を、上述の第４図に示
したように、そのダンピング電流指令値ｉ_ｏの速度にた
いする傾きを、低速領域で大に、高速領域で小にす
るように構成したということである。

上記の第３図の構成により、ダンピング電流指令値ｉ_ｏ
が発生し、その結果として、モータ電流ｉ_ｍに、ダンピ
ング成分が常に形成することができる。

モータ電流とモータトルクとは、通常、比例関係にあ
り、結果としてダンピングトルクを形成することができ
るものである。

しかして、次に述べる装置を含め、速度センサを省略し
位置センサの位置検出値を微分して速度検出値を求める
ようにし、あるいは位置センサを省略し、速度センサの
速度検出値を積分して位置検出値を求める等で、回転セ
ンサのどちらかを省略しても、本発明に係るものを構成
することができる。

次に、本発明の一実施例に係るものを、第５図を参照し
て説明する。

すなわち、図示の交流電源６は、コンバータ３２により
整流され直流電圧になり、平滑コンデンサ３３により平
滑された直流電圧になつて、ＰＷＭ回路３４により、サ
ーボモータ３に必要な電圧が供給される。

位置制御は、位置演算部２１により、上位システム１か
らの位置指令値θ_ｃと位置センサ５からの位置検出値θ
_ｆとから速度指令値ω_ｃを計算し、速度演算部２２によ
り、速度指令値ω_ｃと、速度センサ４からの速度検出値
ω_ｆとから電流指令値ｉ_ｃを計算する。

一方、制動演算部２６により、速度指令値ω_ｆからダン
ピング電流指令値ｉ_ｏを計算する。

次いで、加算器２５により、電流指令値ｉ_ｃとダンピン
グ電流指令値ｉ_ｏとを加算し、総合電流指令値ｉ_coを計
算する。

電流演算部３１は、電流検出器２４からの電流検出値ｉ
_ｆと総合電流指令値ｉ_coとから、ＰＷＭ点弧位相角θ_ｃ
を計算する。

ＰＷＭ位相制御器３０は、ＰＷＭ点弧位相角θ_ｃに基づ
き、ＰＷＭ回路３４に点弧信号θを伝送する。

以上の構成により、モータ電流ｉ_ｍの中に、位置−速度
演算に基づく電流指令値ｉ_ｃ成分と、ダンピング電流指
令値ｉ_ｏ成分を作ることができる。

この結果、第６図に示すように、振動の数が極めて少な
く、短時間で停止することができるものである。

しかして、第７図は、さきの第２図に示すようなハンチ
ング現象にたいする防止がない場合を示すものである。

すなわち、電流指令値ｉ_ｃが図示のようになつていると
き、サーボモータの電流ｉ_ｍは、ほぼ電流指令値ｉ_ｃに
近い値となる。

したがつて、サーボモータの発生トルクτ_ｍは、τ_ｍ∝
ｉ_ｍより、図示のようになり、このトルク脈動により、
サーボモータの回転数ωは、図示のように大きく変化す
るものである。

これに対し、第８図は、本発明の実施例に係る、ハンチ
ング現象の防止がある場合を示すものである。

すなわち、電流指令値ｉ_ｃが変動するとき、制動演算部
（AFR）２６により、ダンピング電流指令値ｉ_ｏがフイ
ードバツクされるので、ｉ_ｃ＋ｉ_ｏが、電流指令値とな
り、サーボモータ３には、図示のｉ_ｍという電流が流れ
る。

この電流ｉ_ｍは、電流指令値ｉ_ｃより脈動が小さくなつ
ている。

したがつて、この電流ｉ_ｍにより発生するモータのトル
クは図示のτ_ｍとなり、このτ_ｍによりサーボモータ３
の回転数ωが変化するが、この回転数ωの脈動は小さい
ものである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、位置制御を行うサーボモータに対し
て、機械的ダンピング装置を特別に設けることなく、電
気的にダンピング効果を得ることができるので、従来例
で述べた摩耗等のおそれがなく、信頼性の高い位置制御
装置を得ることができ、また、機械的ダンピングと異な
り、高速領域での損失を小さいものとすることができ、
効率の良い位置制御装置を得ることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の位置制御を行うサーボモータの制御原
理説明ブロツク図、第２図は、位置偏差−速度曲線図、
第３図は、本発明の一実施例に係る位置制御を行うサー
ボモータの制御原理説明ブロツク図、第４図は、制動演
算部の動作を説明する速度−ダンピング電流指令関係
図、第５図は、本発明の一実施例に係る位置制御装置の
制御回路図、第６図は、位置偏差−速度曲線図、第７，
８図は、モータの回転数変化説明図である。 １……上位システム、２……位置制御装置、３……サー
ボモータ、４……速度センサ、５……位置センサ、６…
…交流電源、２１……位置演算部、２２……速速演算
部、２３……電流制御部、２４……電流検出器、２５…
…加算器、２６……制動演算部、３０……ＰＷＭ位相制
御器、３１……電流演算部、３２……コンバータ、３３
……平滑コンデンサ、３４……ＰＷＭ回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉浦 康之 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 田島 文男 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−123386（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−175021（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−34878（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−17221（ＪＰ，Ａ) 特公 昭58−44576（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】速度センサと位置センサとを有し、位置制
   御を行うサーボモータを制御するようにした位置制御装
   置において、上位システムからの位置指令値と位置セン
   サからの位置検出値とから速度指令値を演算する位置演
   算部と、その速度指令値と速度センサからの速度検出値
   とから電流指令値ｉ_ｃを演算する速度演算部と、速度セ
   ンサからの速度検出値に基づいてダンピング電流指令値
   ｉ_ｏを演算する制動演算部と、前記電流指令値ｉ_ｃとダ
   ンピング電流指令値ｉ_ｏとの加算値ｉ_coに基づきモータ
   電流を制御する電流制御部とより構成したことを特徴と
   する位置制御装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載のものにおい
   て、制動演算部を、そのダンピング電流指令値ｉ_ｏの速
   度にたいする傾きを、低速領域で大に、高速領域で小に
   なるように構成したものである位置制御装置。