JP2004126984A

JP2004126984A - Method for shortening time required for positioning motor drive

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Publication number: JP2004126984A
Application number: JP2002290913A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Suzuki; 鈴木　健一; Kazunari Narasaki; 楢崎　和成
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-10-03
Filing date: 2002-10-03
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: JP3966142B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive that can shorten a temporal time required for positioning the drive according to an apparatus. <P>SOLUTION: A method for shortening the time required for positioning the motor drive comprises generating an instruction for a speed 8 by multiplying a deviation for a position 6, which is a difference between an instructed position 4 and a feedback position 5 by a position gain 7, adding a value derived by multiplying a speed deviation 11, which is the difference between the instruction for the speed 8 and a feedback speed 10 by a proportional speed gain 12, and adding a value derived by multiplying a deviation value for the speed 11 obtained through an integrator 13 by an integrated speed gain 14 to the multiplied speed deviation; and further continually adding an integration compensation value 18 to an input of the integrator 13 until an absolute value of a position deviation 6 comes into a threshold value range since a motor stops while a position control means is generating an instruction of an electrical current 15. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位置制御手段を持つモータ駆動装置の位置決め時間の短縮に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業用機器の中でも特に半導体製造装置や部品実装機などでは、高速化、タクトアップの要望が強く、機器の駆動源であるサーボモータとその駆動装置において、位置決め時間短縮が課題となってきている。
【０００３】
図６は従来のモータ駆動装置における位置制御手段の例をブロック図で示したものである。
【０００４】
モータ１の位置を検出するエンコーダ２からの位置フィードバック５と、外部からの位置指令４をサーボアンプ３は受け取る。その差である位置偏差６に、一定の位置ゲイン７を乗ずることで速度指令８を生成する。また速度指令８と、速度検出手段９により算出される速度フィードバック１０との差である速度偏差１１に対し、速度比例ゲイン１２を乗じた結果と、速度偏差１１を積分器１３で積分したあと速度積分ゲイン１４を乗じた結果を加算し、電流指令１５を生成する。最後に電流制御器１６が、この電流指令１５に従いモータ１に流れる電流を制御することで、モータの位置制御が実現される。
【０００５】
このような位置制御手段における位置決め時間の短縮では、位置偏差がしきい値以下になった場合に位置ゲインを補正し、モータ１が動作状態から停止状態に移行する位置決め整定時のフィードバックゲインを高めることで、位置偏差６の収束を早める構成をとる方式などが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１２２７２４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、位置ゲインの補正パターン次第でハイゲイン化による微振動が起きたり、負荷に合わせた補正パターンを作成するのが困難な場合があった。
【０００８】
従来の方法で位置偏差６の収束が遅くなるのは、位置決め整定時において、位置偏差６および速度偏差１１が小さくなり、比例分と比較すると応答性の低い速度積分ゲイン１４の出力に、電流指令１５が依存するようになるためである。
【０００９】
また、位置決め整定近辺では、位置偏差６の収束を遅らせる摩擦トルクなどの外乱トルクや、電流指令１５が小さいときの電流制御器１６自体の直線性悪化なども存在し、位置決め整定時間を短縮する上で大きな妨げとなっている。
【００１０】
本発明はこれら従来の課題を解決するものであり、機器に応じて位置決め整定時間を短縮できるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明では、モータ停止後から位置偏差の絶対値がしきい値以内に入るまで、速度積分器への入力に積分補償値を加えることを特徴とする。
【００１２】
積分補償値を適切に設定することで、速度積分ゲインの出力応答を早めることができ、位置決め整定近辺での位置偏差の収束を早めることができる。また、一旦位置偏差が所望の範囲内に入ったあとは積分補償値を切ることで、高応答化によるモータ停止時の微振動を避けることができる。また積分器は入力が不連続でも出力を連続にする働きがあるため、一般に用いられる位置ゲイン・速度比例ゲイン・速度積分ゲインなどの切替と比較して、補償の切替がスムーズにできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項１記載の発明は、位置指令と位置フィードバックの差である位置偏差に位置ゲインを乗じて速度指令を生成し、速度指令と速度フィードバックの差である速度偏差に速度比例ゲインを乗じたものと、速度偏差を積分器に通した値に速度積分ゲインを乗じたものを加算して、電流指令を生成する位置制御手段において、モータ停止後から位置偏差の絶対値がしきい値以内に入るまで、積分器への入力に積分補償値を加えることを特徴としており、位置決め整定時に重要となる速度積分ゲインの出力を高応答化し、位置偏差の収束を早めることができる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載内容のなかで、位置偏差の絶対値としきい値との比較に、ヒステリシスを持たせることを特徴としており、高周波数の共振点を持つ負荷での駆動時などに、位置偏差が振動的な波形となり、積分補償値の有無が整定範囲近辺で頻繁に切り替わることで、振動を励起するといった現象を防ぐことができる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載内容のなかで、モータ停止の判定に位置指令を用いることを特徴としており、例えば、位置ループゲインが低い場合、モータの実際の速度がなかなか停止判定レベルまで下がらない場合などでも位置指令を用いた判定を用いることで早い時点から積分補償を行うことができ、本発明の適用範囲を広げることができる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項１記載内容のなかで、積分補償値に、位置偏差と同じ符号を持つ固定値を用いることを特徴としており、積分補償値設定が簡単になるとともに、位置偏差を０近辺に留めようとする電流指令が常時働くようにできる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は、本発明の位置制御手段のブロック図を示しており、モータ１から電流制御器１６までは、従来例の図６と同じ符号を用いており詳細な説明を省略する。
【００１９】
図２は、積分補償値決定手段１７の実施例１におけるフローチャートである。
【００２０】
積分補償値決定手段１７は、位置指令４あるいは速度フィードバック１０を入力とし、モータ停止判別を行う。また、位置偏差６と内部に持つ整定範囲設定値との比較で、モータが整定範囲に入っているか否かの判定を行う。
【００２１】
そして、モータ停止かつ整定範囲外の場合にのみ積分補償値１８を出力し、それ以外の場合は積分補償値１８を０とする。
【００２２】
（実施例２）
図３は、積分補償値決定手段１７の実施例２におけるフローチャートで、実施例１と異なるのは、位置決め整定判定にヒス幅で設定されるヒステリシス特性を持たせていることである。
【００２３】
これにより、ヒス幅以内の微小な位置偏差の変動を無視することができ、積分補償値の切替が頻繁に生ずる現象を防ぐことができる。
【００２４】
（実施例３）
図４は、積分補償値決定手段１７の実施例３におけるフローチャートで、実施例１と異なるのは、モータ停止判定に位置指令を用いていることである。
【００２５】
これにより、モータの実速度の応答が低い場合でも、早い時点から積分補償値を効かせることができるようになる。
【００２６】
（実施例４）
図５は、積分補償値決定手段１７の実施例４におけるフローチャートで、実施例１と異なるのは、積分補償値として固定値を用い、位置偏差の符号に同期して、積分補償値の符号も変化させている点である。
【００２７】
積分補償値を１パラメータで設定できることから、調整が簡便になり、位置偏差と積分補償値の符号を揃えることで、常時位置偏差を０に留めるよう電流指令を補正することができる。
【００２８】
【発明の効果】
上記の実施例から明らかなように、請求項１記載の発明によれば、位置決め整定時に重要となる速度積分ゲインの出力を高応答化し、位置偏差の収束を早めることができる。
【００２９】
また、請求項２記載の発明によれば、高周波数の共振点を持つ負荷での駆動時などに、位置偏差が振動的な波形となることで、積分補償値の有無が頻繁に切り替わり、振動を励起することを防ぐことができる。
【００３０】
また、請求項３記載の発明によれば、モータの実際の速度がなかなか停止判定レベルまで下がらない場合などでも、位置指令を用いた判定を用いることで、早い時点から積分補償を行うことができ、本発明の適用範囲を広げる効果がある。
【００３１】
また、請求項４記載の発明によれば、実機応答を見ながら調整する積分補償値の設定を簡単にする効果がある。
【００３２】
このように、本発明による各種の位置制御手段を適用することで、位置決め時間の短縮が可能なモータ制御装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるモータ制御装置の位置制御手段のブロック図
【図２】本発明の実施例１における積分補償値決定手段のフローチャート
【図３】本発明の実施例２における積分補償値決定手段のフローチャート
【図４】本発明の実施例３における積分補償値決定手段のフローチャート
【図５】本発明の実施例４における積分補償値決定手段のフローチャート
【図６】従来のモータ制御装置の位置制御手段のブロック図
【符号の説明】
１　モータ
２　エンコーダ
３　サーボアンプ
４　位置指令
５　位置フィードバック
６　位置偏差
７　位置ゲイン
８　速度指令
９　速度検出手段
１０　速度フィードバック
１１　速度偏差
１２　速度比例ゲイン
１３　積分器
１４　速度積分ゲイン
１５　電流指令
１６　電流制御器
１７　積分補償値決定手段
１８　積分補償値[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to shortening a positioning time of a motor driving device having a position control means.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been a strong demand for higher speed and higher tact time, especially in semiconductor manufacturing equipment and component mounting machines among industrial equipment, and shortening of positioning time has become an issue for servo motors that are driving sources of equipment and their driving devices. ing.
[0003]
FIG. 6 is a block diagram showing an example of position control means in a conventional motor drive device.
[0004]
The servo amplifier 3 receives a position feedback 5 from the encoder 2 for detecting the position of the motor 1 and a position command 4 from the outside. The speed command 8 is generated by multiplying the position deviation 6 which is the difference by a constant position gain 7. Further, a result obtained by multiplying a speed deviation 11 which is a difference between the speed command 8 and the speed feedback 10 calculated by the speed detecting means 9 by a speed proportional gain 12 and a speed deviation 11 after integrating the speed deviation 11 by an integrator 13. The result obtained by multiplying by the integral gain 14 is added to generate a current command 15. Finally, the current controller 16 controls the current flowing through the motor 1 in accordance with the current command 15, thereby realizing the position control of the motor.
[0005]
In such a shortening of the positioning time by the position control means, the position gain is corrected when the position deviation becomes equal to or less than the threshold value, and the feedback gain at the time of positioning stabilization at which the motor 1 shifts from the operation state to the stop state is increased. Thus, there is a method of adopting a configuration for accelerating the convergence of the position deviation 6 (for example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2000-122724 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional method, there are cases where a slight vibration occurs due to the high gain depending on the correction pattern of the position gain, and it is difficult to create a correction pattern according to the load.
[0008]
The reason why the convergence of the position error 6 is slowed down by the conventional method is that the position error 6 and the speed error 11 become small at the time of positioning stabilization, and the current command This is because 15 becomes dependent.
[0009]
In addition, in the vicinity of the positioning settling, there are disturbance torques such as a friction torque that delays the convergence of the position deviation 6, and linearity of the current controller 16 itself deteriorates when the current command 15 is small. It is a big hindrance.
[0010]
An object of the present invention is to solve these conventional problems, and an object of the present invention is to provide a motor drive device capable of shortening a positioning settling time according to a device.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention is characterized in that an integral compensation value is added to the input to the speed integrator until the absolute value of the position deviation falls within the threshold value after the motor stops.
[0012]
By appropriately setting the integral compensation value, the output response of the speed integral gain can be accelerated, and the convergence of the position deviation near the positioning settling can be accelerated. Further, once the position deviation falls within a desired range, the integral compensation value is cut off, so that a minute vibration at the time of stopping the motor due to a high response can be avoided. In addition, since the integrator has a function of making the output continuous even when the input is discontinuous, the switching of the compensation can be performed more smoothly as compared with the commonly used switching of position gain, speed proportional gain, speed integration gain, and the like.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 generates a speed command by multiplying a position deviation, which is a difference between the position command and the position feedback, by a position gain, and generates a speed deviation, which is a difference between the speed command and the speed feedback. Is multiplied by the speed proportional gain and the value obtained by multiplying the value obtained by passing the speed deviation through the integrator by the speed integration gain, and the position control means for generating the current command outputs the absolute value of the position deviation after the motor stops. Until the value falls within the threshold, an integral compensation value is added to the input to the integrator. The response of the speed integral gain, which is important at the time of positioning stabilization, is made highly responsive and the convergence of the position error is accelerated. Can be.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the comparison between the absolute value of the position deviation and the threshold has a hysteresis, and the load having a high-frequency resonance point is provided. For example, when driving at a time, the position deviation becomes an oscillating waveform, and the phenomenon of exciting the vibration can be prevented by frequently switching the presence / absence of the integral compensation value near the settling range.
[0015]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, a position command is used to determine whether the motor is stopped. For example, when the position loop gain is low, the actual speed of the motor is difficult. Even in the case where the stop determination level does not fall, the use of the determination using the position command allows the integral compensation to be performed from an earlier point in time, and the application range of the present invention can be expanded.
[0016]
The invention according to claim 4 is characterized in that, in the contents of claim 1, a fixed value having the same sign as the position deviation is used as the integral compensation value, so that the integral compensation value setting is simplified. In addition, a current command for keeping the position deviation close to zero can always be operated.
[0017]
【Example】
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0018]
(Example 1)
FIG. 1 is a block diagram of the position control means of the present invention. The components from the motor 1 to the current controller 16 have the same reference numerals as those in FIG.
[0019]
FIG. 2 is a flowchart of the integral compensation value determining means 17 according to the first embodiment.
[0020]
The integral compensation value determining means 17 receives the position command 4 or the speed feedback 10 as input, and performs a motor stop determination. In addition, it is determined whether the motor is in the settling range or not by comparing the position deviation 6 with the settling range set value contained therein.
[0021]
Then, the integral compensation value 18 is output only when the motor is stopped and outside the settling range, and otherwise, the integral compensation value 18 is set to 0.
[0022]
(Example 2)
FIG. 3 is a flowchart in the second embodiment of the integral compensation value determining means 17, which is different from the first embodiment in that the positioning settling determination has a hysteresis characteristic set by a hysteresis width.
[0023]
This makes it possible to disregard a minute change in the position deviation within the hiss width and prevent a phenomenon that the integral compensation value is frequently switched.
[0024]
(Example 3)
FIG. 4 is a flowchart of the integral compensation value determining means 17 according to the third embodiment. The difference from the first embodiment is that a position command is used to determine whether to stop the motor.
[0025]
As a result, even when the response of the actual speed of the motor is low, the integral compensation value can be activated from an early point.
[0026]
(Example 4)
FIG. 5 is a flowchart of the integral compensation value determining means 17 according to the fourth embodiment. The difference from the first embodiment is that a fixed value is used as the integral compensation value, and the sign of the integral compensation value is also synchronized with the sign of the position deviation. The point that is changing.
[0027]
Since the integral compensation value can be set with one parameter, the adjustment is simplified, and the current command can be corrected so that the position deviation is always kept at 0 by aligning the sign of the position deviation with the sign of the integral compensation value.
[0028]
【The invention's effect】
As is apparent from the above embodiment, according to the first aspect of the present invention, the output of the speed integral gain, which is important at the time of positioning settling, can be made highly responsive, and the convergence of the position deviation can be accelerated.
[0029]
According to the second aspect of the present invention, when driving with a load having a high-frequency resonance point or the like, the presence or absence of the integral compensation value is frequently switched because the position deviation has an oscillating waveform. Can be prevented from being excited.
[0030]
According to the third aspect of the present invention, even when the actual speed of the motor does not readily decrease to the stop determination level, integral compensation can be performed from an early point by using the determination using the position command. This has the effect of expanding the application range of the present invention.
[0031]
Further, according to the invention of claim 4, there is an effect that the setting of the integral compensation value to be adjusted while observing the response of the actual device is simplified.
[0032]
As described above, by applying various position control means according to the present invention, a motor control device capable of shortening the positioning time can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a position control unit of a motor control device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart of an integral compensation value determining unit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a flowchart of an integral compensation value determining unit according to a third embodiment of the present invention. FIG. 5 is a flowchart of an integral compensation value determining unit according to a fourth embodiment of the present invention. Block diagram of position control means of device [Description of reference numerals]
1 Motor 2 Encoder 3 Servo amplifier 4 Position command 5 Position feedback 6 Position deviation 7 Position gain 8 Speed command 9 Speed detection means 10 Speed feedback 11 Speed deviation 12 Speed proportional gain 13 Integrator 14 Speed integration gain 15 Current command 16 Current controller 17 integral compensation value determination means 18 integral compensation value

Claims

位置指令と位置フィードバックの差である位置偏差に位置ゲインを乗じて速度指令を生成し、速度指令と速度フィードバックの差である速度偏差に速度比例ゲインを乗じたものと、速度偏差を積分器に通した値に速度積分ゲインを乗じたものを加算して、電流指令を生成する位置制御手段において、モータ停止後から位置偏差の絶対値が整定範囲以内に入るまでの間、積分器への入力に積分補償値を加えることを特徴とするモータ駆動装置の位置決め時間短縮方法。Generates a speed command by multiplying the position deviation, which is the difference between the position command and position feedback, by the position gain, and multiplies the speed deviation, which is the difference between the speed command and the speed feedback, by the speed proportional gain, and the speed deviation to the integrator. In the position control means for generating a current command by adding the value obtained by multiplying the passed value by the speed integration gain, the input to the integrator is provided until the absolute value of the position deviation falls within the settling range after the motor stops. A method for shortening the positioning time of a motor drive device, characterized by adding an integral compensation value to the motor driving device.

位置偏差の絶対値と比較される整定範囲に、ヒステリシスを持たせることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置の位置決め時間短縮方法。2. The method according to claim 1, wherein the setting range compared with the absolute value of the position deviation has hysteresis.

モータ停止の判定に、位置指令を用いることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置の位置決め時間短縮方法。2. The method according to claim 1, wherein a position command is used to determine whether the motor is stopped.

積分補償値に、位置偏差と同じ符号を持つ固定値を用いることを特徴とする請求項１記載のモータ駆動装置の位置決め時間短縮方法。2. The method according to claim 1, wherein a fixed value having the same sign as the position deviation is used as the integral compensation value.