JP2015186332A - モータ制御装置、その制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ102を制御するモータ制御装置101は、駆動周波数と駆動方向とを設定してモータ102を駆動し、モータ102の駆動位置情報及び駆動速度情報を取得して、駆動周波数と駆動速度との関係を示すFN特性データを生成する。FN特性データを生成する処理において駆動方向が変更される際に減速処理を実行する。これによって、速度変動による過大なメカ負荷発生を抑制することが可能となる。
【選択図】図1
Description
しかしながら、USMでは、モータ固有の共振周波数が存在し、共振周波数近辺では急峻な速度変化が生じ、また、周波数に対する速度変化がリニアではないといった特性を持っている。さらに、それら特性は、モータ個体によってばらつきが大きい。
上記のような課題を解決するために、予め計測した駆動周波数と駆動速度との関係(FN特性)に基づいて駆動制御時に補正を行う技術が提案されている(特許文献1、2を参照)。
しかしながら、往復動作でのFN特性取得において、特に高速度域で方向反転をする際、急激な速度変動によって、ギア等の可動部分及びネジ等により固定された部分に大きなメカ負荷がかかってしまうおそれがある。
図1は、第1の実施形態に係るモータ制御装置101の構成を示すブロック図である。
モータ制御装置101は、入力されたエンコーダ信号から、モータ102の駆動位置及び駆動速度の計測、FN特性の計測を行い、サーボ演算、駆動信号演算により駆動信号を生成してモータ102を駆動制御する。
サーボ演算部104は、上位の制御手段から位置あるいは速度の目標指令値3が与えられ、その目標指令値3とエンコーダ処理部103で計測された駆動位置・速度情報2とを用いて、制御指令値4を決定するために内部演算を行う。制御指令値4には、駆動速度制御情報と駆動方向制御情報とが含まれる。
FN計測処理部107は、モータ102の駆動周波数と、エンコーダ処理部103で計測された駆動位置・速度情報2との関係からFN特性データ5を生成する。また、FN計測処理時は、駆動信号生成部106に駆動条件(FN取得駆動周波数・位相差9)を出力する。
駆動信号生成部106は、駆動信号演算部105で決定した駆動条件、あるいはFN計測処理部107から与えられる駆動条件により、モータドライバ109の仕様に合わせた駆動信号7を生成する。
駆動対象物のモータ102は、USMであり、可動範囲が限定される装置、例えば生産用ロボットの指部分や腕部分に組み込まれている。モータ102は、モータ駆動信号8の周波数及び位相差に応じた駆動トルクが発生し、任意の駆動方向及び駆動速度で回転運動あるいは直線運動する。
エンコーダ108は、モータ102の回転量・移動量に応じて2相のパルス信号あるいは正弦波状の電気信号を出力する。
通常、初期化処理が実行される場合、ステップS302の基準位置への移動処理を実行して終了するが、本実施形態では、ステップS302の処理を行う前に、ステップS301の往復FN計測処理を実施する。
ステップS301の往復FN計測処理は、FN計測処理部107において実行される。往復FN計測処理は、FN計測処理部107で所定の駆動周波数を決定し、その際、好適な駆動信号の位相差、すなわち回転方向を制御することで、可動範囲が限定される装置においても可動限界位置(メカ端)への接触を起こさずにFN特性データを取得することが可能になる。
その後、駆動信号生成部106で駆動信号7を生成することで、モータドライバ109を経由してモータ102を駆動する。モータ102の駆動によりエンコーダ108がモータ102の駆動位置情報及び駆動速度情報を2相信号として出力する。出力された2相信号は、エンコーダ信号1としてモータ制御装置101に入力される。
モータ制御装置101に入力されたエンコーダ信号1は、エンコーダ処理部103でモータ102の駆動位置情報及び駆動速度情報として計測、保存される。エンコーダ処理部103で計測されたモータ102の駆動位置情報及び駆動速度情報は、FN計測処理部107に入力される。FN計測処理部107では、駆動指示を行うために設定した駆動周波数と、入力されたモータ102の駆動位置情報及び駆動速度情報をFN特性データ(補正データ)として取得する。駆動信号演算部105で、このFN特性データを用いることで、モータ個別の特性ばらつき補正が可能となる。
図9に、FN計測処理部107で取得されたFN特性データの例を示す。FN901、FN902は、それぞれ別のモータのFN特性を示している。このようにUSMにはモータ個別の特性ばらつきが存在し、また、経時変化や環境変化の影響によってもこのFN特性が変化する。
サーボ演算部104から制御指令値4が与えられると、駆動信号演算部105は、速度周波数変換部1051に保存されるFN特性データを参照して駆動周波数を決定する。図9に示すように、制御指令値4に含まれる目標速度(駆動速度制御情報)がvtである場合、駆動周波数はFN901の場合はfd1、FN902の場合はfd2となる。速度周波数変換部1051内に保存されるFN特性データの形式は、ルックアップテーブル又は速度指令値を入力とする演算式となる。
上記のようにして、サーボ演算部104から与えられる目標速度と実際のモータ駆動速度とを等しくするために、適切な駆動周波数を決定することがFN補正である。
図4は、第1の実施形態における往復FN計測処理(図3のステップS301)を示すフローチャートである。往復FN計測処理によるFN特性データの取得は、モータ102を低回転から徐々に高速回転させて、図9に示すように、駆動周波数に対する駆動速度をプロットする。
ステップS402で、FN取得の初期駆動条件として駆動周波数と駆動方向とを設定する。ここで設定される駆動周波数は、モータの個体差、材料の特性等から若干変動するが、モータ102がほとんど回転しない任意の値に設定する必要がある。また、駆動方向は、CW、CCW方向のどちらでもかまわない。
ステップS404で、モータ102の駆動速度の計測及び保存処理を行う。
ステップ405で、次回方向反転に先立って減速処理を実行することにより、モータ102の速度をゼロにする。この減速処理は、速度指令値をゼロとしてサーボ制御に切り替えてもよいし、FN計測処理部107において減速駆動するための駆動周波数を生成してもよい。いずれにしても、減速処理は、FN計測中の速度から駆動方向反転、すなわち速度がゼロになるまでの間の速度変動を小さくし、急激な速度変動を抑制することを目的としている。これによって、速度変動による過大なメカ負荷発生を抑制することが可能となる。この減速処理中のモータ102の駆動速度の計測・保存処理を行わない。
所定値を超えていない場合、ステップS407で、駆動周波数から所定の更新周波数を減算し、次回駆動周波数として設定する。更新周波数は、小さくすると細かいプロットでFN特性データが取得できるが、処理時間が多くかかるため、製品のユースケースに応じて任意に設定値を決定する必要がある。
ステップS408で、駆動方向を反転する。ステップS408の処理1回目はステップS402で設定された駆動方向とは逆方向の駆動方向に設定し、以降は前回ステップS408で設定された駆動方向と逆方向に駆動方向を設定する。
ステップS409で、駆動周波数が終了周波数を超えたか否かを判定する。終了周波数を超えている場合、エラー終了し、超えていない場合、ステップS403からの処理を繰り返し実行する。
また、装置に組み込んだ状態でのFN特性データの取得が可能であるため、待機状態でFN特性データの再取得が可能になり、環境変化等の動的なFN特性のズレへの対応が可能になる。
さらには、FNデータ取得時の駆動周波数と駆動方向を好適に選択することによって、FNデータ取得の時間短縮が可能となり、生産性向上につながる。
以上により、精密な可動部を有し、その可動範囲は限定されるものであり、また、装置として比較的高速な起動・再起動による高生産性が求められる生産ライン組立用ロボットの可動部各部に好適なUSM制御装置を提供できる。
第2の実施形態は、第1の実施形態とFN特性データの取得方法を変更した例である。モータ制御装置101の構成及び基本的な処理動作は第1の実施形態と同様であり、以下では第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図5は、第2の実施形態における往復FN計測処理(図3のステップS301)を示すフローチャートである。本処理は、図4で説明した処理において、ステップS403の処理をステップS501の処理に変更したものである。それ以外の処理については同様であり、ここでは図4との相違点のみを説明する。
ステップS403では、所定時間(T1)の駆動指示で駆動を開始するのに対して、ステップS501では、所定距離(X1)の駆動指示で駆動を開始する。駆動距離(移動距離)を設定することによって、より確実に、可動範囲内(メカ端に当たるまで)でのFN特性データの取得が可能になる。
第3の実施形態は、第1の実施形態とFN特性データの取得方法を変更した例である。モータ制御装置101の構成及び基本的な処理動作は第1の実施形態と同様であり、以下では第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図6は、第3の実施形態における往復FN計測処理(図3のステップS301)を示すフローチャートである。図4、図5のフローチャートでは、駆動方向を反転しながら実行している。本処理では、所定位置までモータ102が移動する間は、駆動周波数を更新するとともに同方向の駆動を繰り返し実行することである。ここでも図4との相違点のみを説明する。
なお、ステップS601では移動距離と所定値X2で方向反転の有無を決定しているが、これは現在位置と所定範囲でもよい。ただし、この所定範囲は可動範囲内の任意の範囲である。
次に、第4の実施形態を説明する。モータ制御装置101の構成及び基本的な処理動作は第1の実施形態と同様であり、以下では第1の実施形態との相違点となるFN計測処理と、その中で実行される減速処理とについて説明する。
図7は、第4の実施形態における往復FN計測処理(図3のステップS301)を示すフローチャートである。
ステップS701で、駆動周波数及び駆動方向を、予め用意されるテーブルデータ(FN計測用駆動周波数・駆動方向データ709)から読み出す。このテーブルデータの例として、図10(a)に駆動周波数データを、図10(b)に駆動方向データを示す。図10(c)は、図10(a)と図10(b)の駆動条件で駆動した場合のモータ102の回転速度を示している。
図10(a)に示すように、テーブルデータは徐々に速度が増していく駆動周波数の単純減少ではなく、低速駆動になる高駆動周波数と、高速駆動になる低駆動周波数を交互配置される。駆動方向は、装置の可動範囲限界を超えないように設定され、また、駆動方向反転時は低速駆動になる高駆動周波数が配置されることを特徴とする。第4の実施形態では、このときの低速駆動が減速処理も兼ねる動作となる。
ステップS705で、モータ102の駆動速度の計測及び保存処理を行う。
ステップS706で、テーブルデータの読み出し状況を確認し、最終データまで読み出されていれば、FN計測処理を終了し、読み出されていなければ、ステップS701からの処理を繰り返し実行する。
なお、第4の実施形態では速度の制限や位置の制限を記載していないが、それらは第1の実施形態と同様に実施されてもよい。
第5の実施形態は、第4の実施形態とFN特性データの取得方法を変更した例であり、以下では第4の実施形態との相違点を中心に説明する。
図8は、第5の実施形態における往復FN計測処理(図3のステップS301)を示すフローチャートである。テーブルデータであるFN計測用駆動周波数・駆動方向データ801が第4の実施形態とは異なり、ステップS702とステップS703とが省略されたものであり、それ以外の処理は同じである。
テーブルデータの例として、図11(a)に駆動周波数データを、図11(b)に駆動方向データを示す。図11(c)は、図11(a)と図11(b)の駆動条件で駆動した場合のモータ102の回転速度を示している。
第5の実施形態では、ステップS701で読み出されるテーブルデータに含まれる駆動方向反転時に配置された高駆動周波数での低速駆動が減速処理を担う。そのため、図7のステップS703のように特別に減速処理を実行しない。さらに、図11(a)のテーブルデータ例では、方向反転時に、速度がゼロになる駆動周波数を配置しており、方向反転時の速度変化をより小さくしている。
第5の実施形態では、これまでに述べてきたように過大なメカ負荷発生を抑制するとともに、FN計測時間のさらなる短縮、さらには減速処理省略による処理回路の簡素化も実現できる。
例えばFN特性データは速度周波数変換部1051に保存されてもよいし、FN計測処理部107に保存、あるいは両方に保存されてもよい。FN計測処理部107に保存される場合、速度周波数変換部1051は、制御指令値4の駆動速度制御情報をもとにFN計測処理部107を参照し駆動周波数を取得する。
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
Claims (6)
- モータを制御するモータ制御装置であって、
駆動周波数及び駆動方向を設定して前記モータを駆動して駆動速度を計測することを、駆動周波数及び駆動方向を変更しながら繰り返して、駆動周波数と駆動速度との関係を示す特性データを取得する手段と、
前記特性データを取得する処理において駆動方向の変更に先立って減速処理を実行する手段とを備えたことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記減速処理を実行する手段は、現在設定されている駆動周波数及び駆動方向で前記モータを駆動して駆動速度を計測した後に減速処理を実行することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記特性データを取得する処理で使用する駆動周波数及び駆動方向の組み合わせが予め用意されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のモータ制御装置。
- 前記駆動周波数及び駆動方向の組み合わせにおいて設定された駆動周波数により減速処理が実行されることを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置。
- モータを制御するモータ制御装置を制御するモータ制御装置の制御方法であって、
駆動周波数及び駆動方向を設定して前記モータを駆動して駆動速度を計測することを、駆動周波数及び駆動方向を変更しながら繰り返して、駆動周波数と駆動速度との関係を示す特性データを取得するステップを有し、
前記特性データを取得する処理において駆動方向の変更に先立って減速処理を実行することを特徴とするモータ制御装置の制御方法。 - モータを制御するモータ制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、
駆動周波数及び駆動方向を設定して前記モータを駆動して駆動速度を計測することを、駆動周波数及び駆動方向を変更しながら繰り返して、駆動周波数と駆動速度との関係を示す特性データを取得する手段と、
前記特性データを取得する処理において駆動方向の変更に先立って減速処理を実行する手段としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
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JP2014059897A JP2015186332A (ja) | 2014-03-24 | 2014-03-24 | モータ制御装置、その制御方法及びプログラム |
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JP2002369557A (ja) * | 2001-06-01 | 2002-12-20 | Canon Inc | 振動型アクチュエータの制御装置 |
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