JPH0974783A - モータ制御装置 - Google Patents

モータ制御装置

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JPH0974783A
JPH0974783A JP7246986A JP24698695A JPH0974783A JP H0974783 A JPH0974783 A JP H0974783A JP 7246986 A JP7246986 A JP 7246986A JP 24698695 A JP24698695 A JP 24698695A JP H0974783 A JPH0974783 A JP H0974783A
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motor
reversal
friction
disturbance torque
command
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JP7246986A
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Fumihiro Horikawa
文宏 堀川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 数値制御装置において、機械反転時のフリク
ションによる位置誤差を減少させ、真円切削時の象限切
換時の軌跡誤差を減少させる。 【解決手段】 フリクションによる位置誤差は機械反転
時、すなわちモータ反転時に顕著に現われる。外乱トル
クオブザーバ8は、電流指令、検出器7の出力に基づい
て速度と外乱を推定する。モータ反転検出部10はモー
タの反転を判断する。可変ゲイン9はモータ反転検出部
10の出力によりモータ反転からの一定時間以外の定常
時に小さいゲインにて推定外乱補償量を弱める。これに
より、高い帯域設定により外乱トルクオブザーバ8を使
用した時に起こる、定常時の微小振動を出さずに、機械
反転時の急激なフリクション変化に対応する補償ができ
るため、位置誤差を減少することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータ制御装置に
関し、特に、モータ反転時のフリクション(摩擦)によ
る外乱影響を少なくするモータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、工作機械、特に大きいフリク
ションを有する機械や高速加工で高精度が要求される機
械においては、駆動モータのフリクション特に反転時の
フリクションによる外乱影響を少なくすることが望まれ
ている。
【0003】この種のフリクション補償は、特開平1−
234136号公報(従来技術1)に示すように、数値
制御装置などで、サーボ制御装置により、モータ反転時
に起こるフリクションによる位置誤差をなくすために用
いられており、円弧切削における象限切換時の形状精度
を改善するために用いられている。
【0004】図3は、上記公報に記載された従来のフリ
クション補償方式を示すブロック図である。従来の装置
は、位置指令を発生する位置指令発生部1、位置指令に
より位置を制御し、速度指令を出す位置制御部2、速度
指令により速度を制御し、電流指令を出す速度制御部
3、電流指令により電流を制御し、アンプに指令を出す
電流制御部4、モータ及びそのモータを駆動するアンプ
5、前記モータによって駆動される機械6、モータの位
置、速度と電流値を検出する検出器7、位置指令と速度
指令からモータ反転を検出するモータ反転検出部10、
モータ反転検出部10の信号により、電流制御部4の入
力に加算するフリクション補償量を切り換えるフリクシ
ョン補償部11から構成されている。
【0005】次に動作について説明する。フリクション
による位置誤差は機械の反転時、すなわちモータの反転
時に顕著に現われる。モータ反転検出部10は、位置指
令と速度指令を入力し、位置指令が反転した後、速度指
令が反転した時をモータの反転と判断し、フリクション
補償部11に伝える。フリクション補償部11は、モー
タ反転検出部10の判断を受け、電流制御部4の入力に
加算するフリクション補償量を切り換える。
【0006】フリクション補償量は、調整時に設定する
固定値では対応できないフリクションの経時変化、稼働
中の変化に対応できるように適時更新する。更新するタ
イミングは、モータの高速時に増加する粘性抵抗の影響
を受けない低速又は中速時であって、かつ加減速の影響
を受けない一定速度中に行ない、その時の負荷トルクを
近似的にモータにスタティックにかかるフリクションと
みなし、フリクション補償量を更新する。フリクション
が移動方向によって異なる場合は移動方向を考慮に入れ
てフリクション補償量を設定する。実際の補償では、モ
ータの反転により切り替わる図2の(C)に示すような
補償を行なう。図2においてtoはモータ反転時を示
す。
【0007】また、従来の別のフリクション補償方式と
して、特開平5−134707号公報(従来技術2)に
示されているような外乱トルクオブザーバを用い、モー
タのフリクションを外乱として推定し、これを打ち消す
ように電流指令に補償量を加算する方法がある。
【0008】図4は上記公報に記載された従来の外乱ト
ルクオブザーバを備えたサーボ制御装置示すブロック図
である。このサーボ制御装置は、位置指令を発生する位
置指令発生部1、位置指令により位置を制御し、速度指
令を出す位置制御部2、速度指令により速度を制御し、
電流指令を出す速度制御部3、電流指令により電流を制
御し、アンプに指令を出す電流制御部4、モータ及びア
ンプ5、機械6、モータの位置、速度と電流値を検出す
る検出器7、電流指令とモータの速度を入力とし推定外
乱トルクを出力する外乱トルクオブザーバ8、推定外乱
トルクを入力とし出力を電流制御部4の入力に対し減算
するノッチフィルタ12から構成される。
【0009】図5は外乱トルクオブザーバ8の一構成例
を示すブロック図である。外乱トルクオブザーバ8は、
電流指令Icを入力しモータトルク乗数KTを乗じてモ
ータ発生トルクTrを出力する乗算部13、モータ速度
Vfを微分部15を介して入力しモータのイナーシャ
(慣性モーメント)とモータ軸換算の負荷イナーシャの
和Jを乗じてモータにかかるトルクTmを出力する乗算
部14、13の出力から14の出力を減算して算出され
る外乱トルクTLを入力とし推定外乱トルク*TLを出力
とする時定数Tの一次フィルタ16から構成される。
【0010】ここでモータのトルク電流をIとするとモ
ータの運動方程式より、 J×dVf/dt =KT×I+TL (1) となるので、 TL=J×dVf/dt−KT×I (2) より、外乱トルクTLを推定することができる。式
(2)においてモータのトルク電流Iの代わりに電流指
令Icを用いると図5のブロック図で示す構成となる。
外乱トルクTLに一次フィルタ16を通し過渡的な推定
誤差を除去して推定外乱トルク*TLを出力する。
【0011】しかし、外乱トルクオブザーバ8の推定性
能を上げるため一次フィルタ16の時定数Tを小さくす
る等して外乱トルクオブザーバ16の帯域を高く設定す
ると機械系の共振周波数を設定帯域内に含むことにな
る。そのため、外乱トルクオブザーバ8の出力である推
定外乱に対し機械系の共振周波数のみを除去するノッチ
フィルタ12を通し電流指令に加算する構成とする。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】第1の問題点は、従来
技術1のモータ回転中の負荷トルクにより設定するフリ
クション補償量では、モータ反転時のフリクションに対
応する補償が十分にできないことである。図2(A)は
モータ反転時toにおけるフリクションの変化を示すも
ので、この図からも明らかなように、モータ反転時to
のフリクションは主に静止摩擦(図の±b)によるの
で、モータ回転中の動摩擦(図の±a)に基づく設定で
は補償しきれない。
【0013】第2の問題点は、従来技術1のようなモー
タ反転時に図2(C)に示すスタティックなフリクショ
ン補償をかける方式では、モータ反転時のフリクション
に対応する補償ができないことである。その理由は、モ
ータ反転時のフリクションは図2(A)のように動摩擦
(±a)と静止摩擦(±b)とのダイナミックな切り換
えによるものなので、フリクション補償値もそれに応じ
てダイナミックに切り換わる必要があるためである。
【0014】第3の問題点は、従来技術2では、フリク
ション補償量を外乱トルクオブザーバによって常時推定
しているので、上記の2つの問題点を解決する可能性が
あるが、外乱トルクオブザーバをモータ反転時の急激な
フリクション変化に対応できる高い帯域に設定して補償
に用いると、定常時に微小振動が起こることである。そ
の理由は、オブザーバの設定帯域を高くすると定常時に
量子化誤差や無駄時間の影響等がホワイトノイズ状に
(即ち広い周波数帯域にわたって)顕著に出るため一定
周波数を除くノッチフィルタでは対応できないためであ
る。
【0015】本発明は、以上の点にかんがみて成された
もので、数値制御装置において、モータ反転時のフリク
ションに対する補償を適切に行ない、モータ反転時のフ
リクションによる位置誤差を減少し、例えば真円切削時
の象限切換時の軌跡誤差を減少することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明においては、フリクションを含む外乱を推定
する外乱トルクオブザーバと、モータの反転を判断する
モータ反転検出手段と、モータ反転時以外においてオブ
ザーバの出力値を抑制する抑制手段を設けるようにし
た。
【0017】
【発明の実施の形態】次に本発明について図面を参照し
て説明する。図1は、本発明の一実施例を示すブロック
図である。図1を参照すると、実施例の装置は、位置移
動量を指令として発生する位置指令発生部1、位置指令
から位置を制御し、速度指令を出す位置制御部2、速度
指令から速度を制御し、電流指令を出す速度制御部3、
電流指令から電流を制御し、アンプに指令を出す電流制
御部4、モータ及びアンプ5、モータにより駆動される
機械6、電流値とモータの位置、速度を検出する検出器
7、電流指令と検出器7からの信号を入力とする外乱ト
ルクオブザーバ8、位置指令、速度指令からモータの反
転を検出するモータ反転検出部10、モータ反転検出部
10の出力より推定外乱トルク量にかかる可変ゲインを
切り換える可変ゲイン9から構成される。
【0018】外乱トルクオブザーバ8の構成及び動作は
図5に示すものと同様である。可変ゲイン9は、増幅器
であって、図2(C)に示すように、モータ反転時to
から一定時間Tの間のゲインが「1」、それ以外のゲイ
ンは1以下(0より大)である。
【0019】次に、本実施例の動作について説明する。
外乱トルクオブザーバ8は、モータ5と機械6のモデル
を持ち、電流指令Icと検出器7からの信号(モータ速
度Vf)よりフリクションを含む外乱トルクを推定し、
補償する。図2(A)で示すように機械反転時に機械に
かかるフリクションは動摩擦力(−a)から静止摩擦力
(−b)そして逆方向の静止摩擦力(b)から動摩擦力
(a)へと急激に変化するので、それを推定し、補償す
るために外乱トルクオブザーバ8の一次フィルタ16の
時定数Tを小さくする等しての設定帯域を高くし、図2
(B)に示すような補償を行なう。このとき、設定帯域
が低いと図2(B)の補償より角が丸くなった補償とな
るが、設定帯域を高くすると図2(A)により近い補償
を行うことができる。
【0020】前述したような、機械の反転によってスタ
ティックな補償値を切り替える補償をするフィードフォ
ワード方式(従来技術1)では、図2(D)に示すよう
な補償を行なうので反転時のフリクションの急激な変化
に対応した補償ができない。本装置によれば上述したよ
うにこのような急激な変化に対応した補償が可能であ
る。
【0021】高い帯域設定の外乱トルクオブザーバ8に
より外乱を推定し補償する場合、量子化誤差、無駄時間
等の影響により定常時に微小振動が起こる。それを回避
するための動作として、モータ反転検出部10は、位置
指令、速度指令からモータの反転を検出し、可変ゲイン
9はモータ反転検出部10の出力を受け、モータの反転
時から一定時間Tはゲインを「1」にし、それ以外はゲ
インを小さくする(図2(C)参照)。ゲインが小さく
なったことで弱まる定常時の外乱補償は速度制御部3の
通常のPI制御により十分行なうことができる。
【0022】さらに外乱トルクオブザーバ8の内部状態
に対しては可変部分を作らず、補償量に対して可変ゲイ
ンを用いるフィルタ処理をおこなっているので、外乱ト
ルクオブザーバ8の内部状態は安定しており、外乱トル
クオブザーバ8自体を変更せずに外乱トルクオブザーバ
8の外乱抑制の周波数応答を変えることができる。
【0023】以上のように、上記モータ制御装置におい
ては、フリクションを外乱トルクオブザーバにより常時
補償する。機械反転時の急激なフリクション変化に対応
できる高い帯域設定により定常時にでる微小振動は、補
償量に対する可変ゲインを定常時に小さくすることで抑
制する。モータの定常時の判断は、モータ反転検出部1
0によりモータ反転からの一定時間T以外を定常時とみ
なす。
【0024】
【発明の効果】本発明の第1の効果は、モータの反転時
にダイナミックに変化するフリクションに対応できるこ
とである。その理由は、常時、外乱トルクオブザーバで
フリクションを推定し、機械の反転時に推定量をそのま
ま補償量に用いているためである。
【0025】本発明の第2の効果は、高い帯域設定の外
乱トルクオブザーバを使用した場合にでる定常時の微小
振動がでないことである。その理由は、定常時に補償量
に対する可変ゲインを小さくすることにより、高い帯域
にしたために定常時に顕著に現われる外乱トルクオブザ
ーバの悪影響を弱くしたためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図2】(A)はモータ反転時のフリクション変化、
(B)は実施例のモータ反転時のフリクション補償、
(C)は実施例の可変ゲインのゲイン特性、(D)は従
来技術1のモータ反転時のフリクション補償をそれぞれ
示す図である。
【図3】従来技術1の装置を示すブロック図である。
【図4】従来技術2の装置を示すブロック図である。
【図5】外乱トルクオブザーバの構成を示すブロック図
である。
【符号の説明】
1 位置指令発生部 2 位置制御部 3 速度制御部 4 電流制御部 5 モータ及びアンプ 7 検出器 8 外乱トルクオブザーバ 9 可変ゲイン

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータの制御をフィードバック制御によ
    り行うモータ制御装置において、モータに対する位置移
    動量の指令を発生する位置指令発生部と、位置指令を入
    力とし位置制御をフィードバック制御によって行ない速
    度指令を出力する位置制御部と、速度指令を入力とし速
    度制御を行ない電流指令を出力する速度制御部と、電流
    指令を入力とし電流制御を行なう電流制御部と、モータ
    の外乱トルクを推定する外乱トルクオブザーバと、モー
    タ反転を検出するモータ反転検出部と、モータ反転時以
    外において前記外乱トルクオブザーバの出力値を抑制す
    る抑制手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装
    置。
  2. 【請求項2】 モータ反転検出手段および外乱トルクオ
    ブザーバを備えたモータ制御装置において、モータ反転
    時以外において前記外乱トルクオブザーバの出力値を抑
    制する抑制手段を設けたこと特徴とするモータ制御装
    置。
  3. 【請求項3】 モータの外乱トルクを推定し、その推定
    外乱トルクを打消すようにモータを制御するモータ制御
    方法において、モータの反転を検出し、モータ反転時に
    おいては外乱トルクの推定値をそのまま使用し、反転時
    以外においては前記推定値を減少させて使用することを
    特徴とするモータ制御方法。
JP7246986A 1995-08-31 1995-08-31 モータ制御装置 Pending JPH0974783A (ja)

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