JP2018117410A - Motor control device and motor control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置、モータ制御方法に関し、特にモータの回転駆動を制御するためのモータ制御装置、モータ制御方法に関する。 The present invention relates to a motor control device and a motor control method, and more particularly to a motor control device and a motor control method for controlling rotational driving of a motor.
従来から、質量のある物体を動かすために必要な力を生み出すための要素としてモータが知られている。例えば家庭にあるモータとして、扇風機や換気扇、冷蔵庫やエアコンなどの電気機器や、工場の生産設備機械などにもモータが使用されている。 Conventionally, a motor is known as an element for generating a force necessary to move a mass object. For example, as motors in homes, motors are also used in electric devices such as electric fans, ventilation fans, refrigerators and air conditioners, and production equipment machines in factories.
図８は、制御モータとして一般的な同期モータのトルクと回転速度との関係を示す図である。
図８に示すように、モータは、負荷の変化に応じてトルクは出るが、トルクの大小によって速度が変化することがわかる。
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between torque and rotational speed of a general synchronous motor as a control motor.
As shown in FIG. 8, it can be seen that the motor generates torque according to the change in load, but the speed changes depending on the magnitude of the torque.
ところが、このモータに負荷をかけると、モータは負荷トルクに応じたトルクを出すと共に回転速度が低下する。このようなモータのトルクと速度との関係は「速度−トルク特性」または「トルク−速度特性」と呼ばれている。 However, when a load is applied to this motor, the motor outputs torque corresponding to the load torque and the rotational speed decreases. Such a relationship between the torque and the speed of the motor is called “speed-torque characteristic” or “torque-speed characteristic”.
この「速度−トルク特性」によってモータは、負荷の大きさにより速度が上下してしまう。そこで、モータの回転速度を制御するために、モータの回転速度を検出し、モータが所望の回転速度となるように制御装置の出力電圧を上下させることで、モータの回転速度を制御するモータの制御方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。 Due to this “speed-torque characteristic”, the speed of the motor increases and decreases depending on the magnitude of the load. Therefore, in order to control the rotation speed of the motor, the rotation speed of the motor that controls the rotation speed of the motor is detected by detecting the rotation speed of the motor and raising or lowering the output voltage of the control device so that the motor has a desired rotation speed. A control method is known (see, for example, Patent Document 1).
図９は、モータの制御装置の概要を示す図である。
図９に示すように、モータ１０は、制御装置２０および回転数センサ３０によって制御されている。ここでいう制御装置２０は、通称サーボアンプと呼称され、電圧および電流を任意に制御するための装置である。
FIG. 9 is a diagram showing an outline of a motor control device.
As shown in FIG. 9, the
例えば、入力電源が一定のモータ１０の回転数を一定なるように制御する場合、制御装置２０に目標値である所望の速度を入力し、モータ１０に電圧を印加し、負荷に応じた電流が制御装置２０から供給されモータ１０を回転させる。回転したモータ１０は回転数センサ３０によって回転数が測定され、測定されたモータ１０の回転数は制御装置２０にフィードバックされる。
For example, when the input power source is controlled so that the rotation speed of the
このフィードバックされたモータ１０の回転速度と目標値である所望の速度とを比較し、制御装置２０によりモータ１０に印加する電圧を調節することでモータ１０の制御を行っている。具体的には、モータ１０の回転を測定する回転数センサ３０が目標値を超える回転数を検出した場合は、制御装置２０が印加電圧を下げてモータ１０の回転速度を下げる制御を行い、逆にモータ１０の回転を測定する回転数センサ３０が目標値に満たない回転数を検出した場合は、制御装置２０が印加電圧を上げてモータ１０の回転速度を上げる制御を行う。
The
しかし、上記のような制御装置による制御方法だと、負荷が要求する制御応答に追随できない、負荷が要求する制御内容を実現できない問題があった。
図１０は、入力電源電圧が一定のモータにおける回転速度ＮとトルクＴとの関係図である。
図（Ａ）に示すように、最高回転速度Ｎｍのモータ１０は、斜線の範囲で回転速度ＮおよびトルクＴが制御される。
However, the control method using the control device as described above has a problem that it cannot follow the control response required by the load and cannot realize the control content required by the load.
FIG. 10 is a relationship diagram between the rotational speed N and the torque T in a motor with a constant input power supply voltage.
As shown in FIG. 1A, the rotational speed N and the torque T of the
図（Ｂ）に示すように、例えば目標値を値点Ａに設置する場合は、制御装置で電流を制御し、回転速度をＮａにすることでトルクＴａを出力することができる。
しかし、モータ１０の最高回転速度Ｎｍであり、その最高回転速度Ｎｍ値と、制御すべき値点Ａの回転速度Ｎａとには差Ｈが生じてしまう。
As shown in FIG. 4B, for example, when the target value is set at the value point A, the torque Ta can be output by controlling the current by the control device and setting the rotation speed to Na.
However, it is the maximum rotation speed Nm of the
前述の通り、この差Ｈを制御するにはモータ１０の回転数を回転数センサ３０が測定し、その測定した回転数を制御装置２０にフィードバックすることでモータの回転数の制御を行う。つまりモータ１０に電力を印加してから制御するまでには時間差があり、この差Ｈは、モータ１０の回転速度が制御すべき値点Ａから外れる可能性のある差である。
As described above, in order to control this difference H, the
このように、モータのトルクと回転速度との間に速度−トルク特性があるため、モータの回転速度を制御するには、回転したモータの回転数をフィードバックしてモータを制御するしかなかったが、このフィードバックする制御方法で制御精度を向上させるには時間差が生じるため限界があった。また、負荷が要求する制御応答に追随できない、負荷が要求する制御内容を実現できない問題があった。 Thus, since there is a speed-torque characteristic between the motor torque and the rotational speed, the only way to control the rotational speed of the motor is to control the motor by feeding back the rotational speed of the rotated motor. In order to improve the control accuracy with this feedback control method, there is a limit because a time difference occurs. In addition, there is a problem that it is impossible to follow the control response required by the load and the control content required by the load cannot be realized.
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、負荷が要求する制御応答に追随し、負荷が要求する制御内容を実現させるモータ制御装置、およびモータ制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such points, and an object of the present invention is to provide a motor control device and a motor control method that follow the control response required by the load and realize the control content required by the load. To do.
本発明では上記問題を解決するために、モータの回転駆動を制御するためのモータ制御装置において、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する印加電圧変更手段を備えることを特徴とするモータ制御装置が提供される。
これにより、印加電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する。
In the present invention, in order to solve the above problem, in the motor control device for controlling the rotational drive of the motor, an applied voltage changing means for arbitrarily changing the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotational drive is provided. A motor control device is provided.
Thereby, the applied voltage changing means arbitrarily changes the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotational drive.
また本発明では、モータの回転駆動を制御するためのモータ制御装置において、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプと前記モータとの間で、インピーダンス電圧を任意に変更するインピーダンス電圧変更手段を備えることを特徴とするモータ制御装置が提供される。
これにより、インピーダンス電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプとモータとの間で、インピーダンス電圧を任意に変更する。
In the present invention, the motor control device for controlling the rotational drive of the motor includes an impedance voltage changing means for arbitrarily changing the impedance voltage between a servo amplifier and the motor related to the rotational drive from a power source. A motor control device is provided.
Thereby, the impedance voltage changing means arbitrarily changes the impedance voltage between the servo amplifier and the motor related to the rotational drive from the power source.
また本発明では、モータの回転駆動を制御するためのモータ制御装置において、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する印加電圧変更手段と、前記サーボアンプと前記モータとの間で、インピーダンス電圧を任意に変更するインピーダンス電圧変更手段とを備えることを特徴とするモータ制御装置が提供される。 According to the present invention, in the motor control device for controlling the rotational drive of the motor, applied voltage changing means for arbitrarily changing the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotational drive, the servo amplifier, and the motor A motor control device comprising an impedance voltage changing means for arbitrarily changing the impedance voltage between the two is provided.
これにより、印加電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更し、インピーダンス電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプとモータとの間で、インピーダンス電圧を任意に変更する。 As a result, the applied voltage changing means arbitrarily changes the applied voltage from the power supply to the servo amplifier related to the rotational drive, and the impedance voltage changing means is the impedance voltage between the servo amplifier related to the rotational drive and the motor. Is changed arbitrarily.
また本発明では、モータの回転駆動を制御するためのモータ制御方法において、印加電圧変更手段が、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する工程を備えることを特徴とするモータ制御方法が提供される。
これにより、印加電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する。
According to the present invention, in the motor control method for controlling the rotational drive of the motor, the applied voltage changing means includes a step of arbitrarily changing the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotational drive. A motor control method is provided.
Thereby, the applied voltage changing means arbitrarily changes the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotational drive.
また本発明では、モータの回転駆動を制御するためのモータ制御方法において、インピーダンス電圧変更手段が、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプと前記モータとの間でインピーダンス電圧を任意に変更する工程を備えることを特徴とするモータ制御方法が提供される。
これにより、インピーダンス電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプとモータとの間でインピーダンス電圧を任意に変更する。
According to the present invention, in the motor control method for controlling the rotation drive of the motor, the impedance voltage changing means arbitrarily changes the impedance voltage between the servo amplifier related to the rotation drive and the motor from a power source. A motor control method is provided.
Thereby, the impedance voltage changing means arbitrarily changes the impedance voltage between the servo amplifier and the motor related to the rotational drive from the power source.
また本発明では、モータの回転駆動を制御するためのモータ制御方法において、印加電圧変更手段が、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する工程と、インピーダンス電圧変更手段が、前記サーボアンプと前記モータとの間でインピーダンス電圧を任意に変更する工程とを備えることを特徴とするモータ制御方法が提供される。 According to the present invention, in the motor control method for controlling the rotational drive of the motor, the applied voltage changing means arbitrarily changes the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotational drive, and the impedance voltage changing means Is provided with a step of arbitrarily changing an impedance voltage between the servo amplifier and the motor.
これにより、印加電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更し、インピーダンス電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプとモータとの間でインピーダンス電圧を任意に変更する。 Thereby, the applied voltage changing means arbitrarily changes the applied voltage from the power supply to the servo amplifier related to the rotational drive, and the impedance voltage changing means changes the impedance voltage between the servo amplifier related to the rotational drive and the motor from the power supply. Change it arbitrarily.
また本発明では、モータの回転駆動を制御するためのモータ制御プログラムにおいて、
コンピュータを、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する印加電圧変更手段として機能させることを特徴とするモータ制御プログラムが提供される。
これにより、印加電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する。
In the present invention, in the motor control program for controlling the rotational drive of the motor,
There is provided a motor control program for causing a computer to function as an applied voltage changing means for arbitrarily changing an applied voltage from a power supply to a servo amplifier related to the rotational drive.
Thereby, the applied voltage changing means arbitrarily changes the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotational drive.
モータの回転駆動を制御するためのモータ制御プログラムにおいて、コンピュータを、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプと前記モータとの間で、インピーダンス電圧を任意に変更するインピーダンス電圧変更手段として機能させることを特徴とするモータ制御プログラムが提供される。
これにより、インピーダンス電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプとモータとの間でインピーダンス電圧を任意に変更する。
In a motor control program for controlling rotational driving of a motor, the computer is caused to function as impedance voltage changing means for arbitrarily changing an impedance voltage between a servo amplifier and the motor related to the rotational driving from a power source. A featured motor control program is provided.
Thereby, the impedance voltage changing means arbitrarily changes the impedance voltage between the servo amplifier and the motor related to the rotational drive from the power source.
モータの回転駆動を制御するためのモータ制御プログラムにおいて、コンピュータを、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する印加電圧変更手段、および前記サーボアンプと前記モータとの間で、インピーダンス電圧を任意に変更するインピーダンス電圧変更手段として機能させることを特徴とするモータ制御プログラムが提供される。 In a motor control program for controlling rotational driving of a motor, an applied voltage changing means for arbitrarily changing a voltage applied from a power source to a servo amplifier related to the rotational driving, and between the servo amplifier and the motor Thus, there is provided a motor control program that functions as impedance voltage changing means for arbitrarily changing the impedance voltage.
これにより、印加電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更し、インピーダンス電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプとモータとの間でインピーダンス電圧を任意に変更する。 Thereby, the applied voltage changing means arbitrarily changes the applied voltage from the power supply to the servo amplifier related to the rotational drive, and the impedance voltage changing means changes the impedance voltage between the servo amplifier related to the rotational drive and the motor from the power supply. Change it arbitrarily.
本発明のモータ制御装置、モータ制御方法、およびモータ制御プログラムによれば、印加電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更し、インピーダンス電圧変更手段が、電源から回転駆動に関わるサーボアンプとモータとの間でインピーダンス電圧を任意に変更するので、モータの回転速度領域が制限され、サーボモータの制御精度を向上、また容易に負荷が要求する制御応答に追随し、負荷が要求する制御内容を実現させることができる。 According to the motor control device, the motor control method, and the motor control program of the present invention, the applied voltage changing means arbitrarily changes the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotation drive, and the impedance voltage changing means Since the impedance voltage is arbitrarily changed between the servo amplifier and the motor related to the rotational drive, the motor speed range is limited, the control accuracy of the servo motor is improved, and the control response required by the load is easily followed Thus, the control content required by the load can be realized.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態に係るサーボモータ制御装置の構成を示す図である。
図１に示すように、モータ制御装置１００は、可変電源１１０、サーボアンプ１２０、および可変インピーダンス１３０を備えており、モータ制御装置はサーボモータ２００に接続され、サーボモータ２００の制御を行っている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a servo motor control apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the
可変電源１１０は、交流電源または直流電源に接続され、電源より供給された電力によりモータに印加する印加電圧を任意に変更するためのものである。また可変電源１１０はサーボアンプに接続されている。
The
サーボアンプ１２０は、可変電源１１０および可変インピーダンス１３０に接続され、可変インピーダンス１３０を介して接続されたサーボモータ２００の制御を行うためのものである。
The
またサーボアンプ１２０は、モータ制御装置１００に接続された図示しないコントローラから出される指令信号を受け取り、その指令信号によりサーボモータ２００を駆動することができる。
The
サーボアンプ１２０によって駆動されたサーボモータ２００は、図示しないセンサがサーボモータ２００の制御状態を確認し、その制御状態の情報をセンサがサーボアンプ１２０にフィードバックを行う。制御状態の情報を受信したサーボアンプ１２０は、その制御状態の情報とコントローラからの指令信号との差が小さくなるようにサーボモータ２００の制御を行う。
可変インピーダンス１３０は、サーボアンプ１２０およびサーボモータ２００に接続され、インピーダンスを任意に変更するためのものである。
In the
The
以上のように、モータ制御装置１００は、可変電源１１０および可変インピーダンス１３０により電圧およびインピーダンスを任意に変更可能とし、図示しないコントローラから入力された指令信号によりサーボモータ２００を制御することができる。
As described above, the
図２は、サーボモータの回転速度とトルクとの関係を示す図である。
図２に示すように、最高回転速度Ｎｍのサーボモータ２００に負荷をかけると、サーボモータ２００はトルクを出すと共に回転速度が低下する。さらに負荷を増加させると一定の値までは回転速度が下がると共にトルクが増加するが、やがてサーボモータ２００の最大トルクＴｍａｘを超えればサーボモータ２００は止まってしまう。
または、モータ電流とモータトルクは比例、相関関係にあるので、モータ制御装置１００の最大電流以上の負荷がかかればサーボモータ２００は止まってしまう。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the rotation speed and torque of the servo motor.
As shown in FIG. 2, when a load is applied to the
Alternatively, since the motor current and the motor torque are proportional and correlated, the
このようにサーボモータ２００には回転速度とトルクとには特性があり、このような特性は「速度−トルク特性」と呼ばれている。なお便宜上、図２のように曲線を描きながらトルクの増加と共の回転速度が低下するカーブを「速度−トルク特性カーブ」と呼ぶこととする。
As described above, the
またサーボモータ２００における印加電圧Ｖ[Ｖｒｍｓ]、逆起電力Ｅ[Ｖｒｍｓ]、相電流Ｉ[Ａｒｍｓ]、および相インピーダンスＺ[Ω]の関係は、電圧の関係式「Ｖ＝Ｅ＋Ｉ×Ｚ」で表される。なお相インピーダンスＺは、モータ設計で固定された値となる。
The relationship between the applied voltage V [Vrms], the counter electromotive force E [Vrms], the phase current I [Arms], and the phase impedance Z [Ω] in the
図２のＥｍは、回転速度Ｎｍ[1／ｍｉｎ]の時の逆起電力または誘起電圧を示しており、誘起電圧定数または逆起電力定数をＫｎ[Ｖｒｍｓ／Ｎ]とすると、回転速度Ｎｍの時の逆起電力または誘起電圧は、「Ｅｍ＝Ｋｎ×Ｎｍ」で表される。 Em in FIG. 2 indicates a counter electromotive force or an induced voltage at a rotational speed Nm [1 / min]. When the induced voltage constant or the counter electromotive force constant is Kn [Vrms / N], the rotational speed Nm The counter electromotive force or induced voltage at the time is represented by “Em = Kn × Nm”.
このときサーボモータ２００にかかる負荷が０とすると、相電流Ｉは、ほぼ０である。これにより負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下であるＩ×Ｚも、ほぼ０となる。つまりモータにかかる負荷が０の時、上記の電圧の関係式「Ｖ＝Ｅ＋Ｉ×Ｚ」は、「Ｖ＝Ｅ＋０」となりＶとＥとは等しくなることがわかる。
At this time, if the load applied to the
またトルク定数をＫＩ[Ｎｍ／Ａｒｍｓ]、サーボアンプ１２０で制限される最大電流をＩＭ[Ａｒｍｓ]とすると、最大トルクＴｍａｘ[Ｎｍ]は、「Ｔｍａｘ＝ＫＩ×ＩＭ」で表される。
Further, when the torque constant is KI [Nm / Arms] and the maximum current limited by the
図３は、サーボモータに印加する印加電圧のみ可変にした場合の回転速度とトルクとの関係を示す図である。
図３に示すように、可変電源１１０でサーボモータ２００に異なる印加電圧Ｖ１〜Ｖ４を印加したとき、印加される印加電圧Ｖが低下するにつれてサーボモータ２００の回転速度Ｎは印加される印加電圧Ｖに依存してＮ１〜Ｎ４のように低下することがわかる。ただし、サーボモータ２００に印加する印加電圧Ｖの値の比は「Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞Ｖ４」とする。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the rotational speed and torque when only the applied voltage applied to the servomotor is variable.
As shown in FIG. 3, when different applied voltages V1 to V4 are applied to the
また負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下による速度−トルク特性カーブは印加される電圧が変化しても同じようなカーブで描かれている。これはモータ設計によって相インピーダンスＺが固定されることによる。 Further, the speed-torque characteristic curve due to the impedance voltage drop depending on the load current is drawn in a similar curve even when the applied voltage changes. This is because the phase impedance Z is fixed by the motor design.
印加電圧Ｖ４においては、トルクＴが上昇するにつれて回転速度Ｎ４は低下し、やがて速度−トルク特性カーブはトルクＴの軸線と交わる。これは、印加された印加電圧Ｖ４よりも負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下「Ｉ×Ｚ」が大きくなり、最大トルクＴｍａｘよりも小さなトルクＴで速度が０になってしまうことを示している。 At the applied voltage V4, the rotational speed N4 decreases as the torque T increases, and the speed-torque characteristic curve eventually intersects the axis of the torque T. This indicates that the impedance voltage drop “I × Z” depending on the load current becomes larger than the applied voltage V4 applied, and the speed becomes zero with a torque T smaller than the maximum torque Tmax.
このように、サーボアンプ１２０に印加する印加電圧Ｖを変化させることで、サーボモータ２００の最高回転速度を低下させることができる。
In this manner, the maximum rotation speed of the
これにより、可変電源１１０がサーボアンプ１２０に印加する印加電圧Ｖを任意に変更することでサーボモータ２００の最高回転速度Ｎを制限することができる。
また最高回転速度Ｎを制限することで、サーボモータ２００の制御範囲を狭くすることが可能となり、サーボモータ２００の制御精度を向上、また容易に負荷が要求する制御応答に追随し、負荷が要求する制御内容を実現することができる。
Thus, the maximum rotational speed N of the
Also, by limiting the maximum rotation speed N, it becomes possible to narrow the control range of the
図４は、サーボモータとサーボアンプとの間に可変インピーダンスのみを挿入した場合の回転速度とトルクとの関係を示す図である。
図４に示すように、サーボアンプ１２０に印加する印加電圧Ｖを一定にし、サーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間に異なるインピーダンスＺｅｘ１〜Ｚｅｘ３を挿入したとき、サーボモータ２００の最高回転速度Ｎは一定であるが、負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下による速度−トルク特性カーブが変化することがわかる。ただし、サーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間に挿入するインピーダンスＺｅｘの値の比を「Ｚｅｘ１＜Ｚｅｘ２＜Ｚｅｘ３」とする。
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the rotational speed and the torque when only the variable impedance is inserted between the servo motor and the servo amplifier.
As shown in FIG. 4, when the applied voltage V applied to the
Ｚｅｘ＝０のとき、つまりサーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間にインピーダンスを挿入しないとき、モータ設計で決定される相インピーダンスＺにより負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下はＩ×Ｚとなる。また一定に印加される印加電圧Ｖは逆起電力をＥ１とすると、電圧の関係式「Ｖ＝Ｅ１＋Ｉ×Ｚ」で表される。
When Zex = 0, that is, when no impedance is inserted between the
サーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間にインピーダンスＺｅｘ１が挿入されるとき、モータ設計で決定される相インピーダンスＺと挿入されたインピーダンスＺｅｘ１とにより負荷電流に依存したインピーダンス電圧効果は「Ｉ×（Ｚ＋Ｚｅｘ１）」となる。
When the impedance Zex1 is inserted between the
また一定に印加される印加電圧Ｖは逆起電力をＥ２とすると、「Ｖ＝Ｅ２＋Ｉ×（Ｚ＋Ｚｅｘ１）」で表される。これによりＺｅｘ１の時の速度−トルク特性カーブはＺ＝０の時の速度−トルク特性カーブよりも下回ることがわかる。 Further, the constant applied voltage V is represented by “V = E2 + I × (Z + Zex1)”, where E2 is the back electromotive force. As a result, it can be seen that the speed-torque characteristic curve when Zex1 is lower than the speed-torque characteristic curve when Z = 0.
サーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間にインピーダンスＺｅｘ２が挿入されるとき、モータ設計で決定される相インピーダンスＺと挿入されたインピーダンスＺｅｘ２とにより負荷電流に依存したインピーダンス電圧効果は「Ｉ×（Ｚ＋Ｚｅｘ２）」となる。
When the impedance Zex2 is inserted between the
また一定に印加される印加電圧Ｖは逆起電力をＥ３とすると、「Ｖ＝Ｅ３＋Ｉ×（Ｚ＋Ｚｅｘ２）」で表される。これによりＺｅｘ２の時の速度−トルク特性カーブはＺｅｘ１の時の速度−トルク特性カーブよりも下回ることがわかる。 Further, the constant applied voltage V is represented by “V = E3 + I × (Z + Zex2)” where the back electromotive force is E3. This shows that the speed-torque characteristic curve at Zex2 is lower than the speed-torque characteristic curve at Zex1.
サーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間にインピーダンスＺｅｘ３が挿入されるとき、モータ設計で決定される相インピーダンスＺと挿入されたインピーダンスＺｅｘ３とにより負荷電流に依存したインピーダンス電圧効果は「Ｉ×（Ｚ＋Ｚｅｘ３）」となる。
When the impedance Zex3 is inserted between the
またＺｅｘ３においては、トルクＴが上昇するにつれて速度は低下し、やがて速度−トルク特性カーブはトルクＴの軸線と交わる。これは、印加された印加電圧Ｖよりも負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下「Ｉ×（Ｚ＋Ｚｅｘ３）」が大きくなり、最大トルクＴｍａｘよりも小さなトルクで速度が０になってしまうことを示している。 In Zex3, the speed decreases as the torque T increases, and the speed-torque characteristic curve eventually intersects the axis of the torque T. This indicates that the impedance voltage drop “I × (Z + Zex3)” depending on the load current is larger than the applied voltage V, and the speed becomes zero with a torque smaller than the maximum torque Tmax. .
これにより、可変インピーダンス１３０が負荷電流によりサーボモータ２００の電圧を任意に降下させるので、サーボモータ２００への負荷トルクに対する回転速度を制限することができる。
Thereby, since the
またサーボモータ２００への負荷トルクに対する回転速度を制限することで、サーボモータ２００を、「トルク−速度特性」を使い、容易に負荷が要求する制御応答に追随し、負荷が要求する制御内容を実現することができる。
Further, by limiting the rotation speed with respect to the load torque to the
図５は、サーボアンプの印加電圧を可変にし、さらにサーボモータとサーボアンプとの間に可変インピーダンスを挿入した場合の回転速度とトルクとの関係を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the rotational speed and torque when the applied voltage of the servo amplifier is variable and a variable impedance is inserted between the servo motor and the servo amplifier.
図５に示すように、サーボアンプ１２０の印加電圧Ｖによって最高回転速度Ｎが変化し、可変インピーダンスＺｅｘの値によって速度−トルク特性カーブが変更することがわかる。
As shown in FIG. 5, it can be seen that the maximum rotational speed N changes depending on the applied voltage V of the
ただし、サーボアンプ１２０の印加電圧Ｖは「Ｖ１＞Ｖ２」、またサーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間に挿入するインピーダンスＺｅｘの値の比を「Ｚｅｘ１＜Ｚｅｘ２」とする。
However, the applied voltage V of the
サーボアンプ１２０の印加電圧ＶがＶ１であり、かつ相インピーダンスがＺｅｘ＝０のとき、電圧がＶ１で負荷が０のときの回転速度はＮ１となる。またモータ設計で決定される相インピーダンスＺにより負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下が生じ、トルクが増加すると共に回転速度Ｎが低下する。
When the applied voltage V of the
またサーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間に挿入するインピーダンスＺｅｘの値をＺｅｘ１、Ｚｅｘ２と変化させることで、負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下もそれぞれ変化し、回転速度Ｎ１から各々の速度−トルク特性カーブを描いてトルクＴが増加すると共に回転速度は低下していく。
Further, by changing the value of the impedance Zex inserted between the
サーボアンプ１２０の印加電圧ＶがＶ２であり、かつ相インピーダンスがＺｅｘ＝０のとき、電圧がＶ２で負荷が０のときの回転速度はＮ２となる。またモータ設計で決定される相インピーダンスＺにより負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下が生じ、トルクが増加すると共に回転速度Ｎが低下する。
When the applied voltage V of the
またサーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間に挿入するインピーダンスＺｅｘの値をＺｅｘ１、Ｚｅｘ２と変化させることで、負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下もそれぞれ変化し、回転速度Ｎ２から各々の速度−トルク特性カーブを描いてトルクＴが増加すると共に回転速度は低下していく。
Further, by changing the value of the impedance Zex inserted between the
上記のように、サーボアンプ１２０への印加電圧Ｖを任意に可変、さらにサーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間に挿入するインピーダンスＺｅｘの値を任意に可変することで得られる速度−トルク特性カーブは、負荷およびトルクによる任意の回転速度Ｎが、印加電圧ＶとインピーダンスＺｅｘとに依存して得ることができる。
As described above, the speed-torque characteristic curve obtained by arbitrarily varying the applied voltage V to the
なおトルクは印加電圧ＶまたはインピーダンスＺｅｘに依存するものではなく、負荷に依存する。 The torque does not depend on the applied voltage V or the impedance Zex, but depends on the load.
また可変電源１１０が行う印加電圧Ｖの制御は、マイクロセカンドという非常に小さな単位で制御できる。これはサーボモータ２００への負荷の変化に対して、同様にマイクロセカンドという非常に小さな単位で制御ができることを示している。
Further, the control of the applied voltage V performed by the
これにより、可変電源１１０がサーボアンプ１２０に印加する印加電圧Ｖを任意に変更することでサーボモータ２００の最高回転速度Ｎを任意に制御することができ、可変インピーダンス１３０が負荷電流によりサーボモータ２００の電圧を任意に制御させるので、サーボモータ２００への負荷トルクに対する回転速度を制御することができる。
Thus, the maximum rotational speed N of the
また最高回転速度Ｎおよびサーボモータ２００への負荷トルクに対する回転速度を制御することで、サーボモータ２００の「トルク−速度特性」を使い、容易に負荷が要求する制御応答に追随し、負荷が要求する制御内容を実現することができる。
In addition, by controlling the maximum rotational speed N and the rotational speed with respect to the load torque to the
また、サーボアンプ１２０への印加電圧Ｖを任意に可変、さらにサーボモータ２００とサーボアンプ１２０との間に挿入するインピーダンスＺｅｘの値を任意に可変することで速度−特性カーブを任意に設定することができる。
Further, the speed-characteristic curve can be arbitrarily set by arbitrarily changing the applied voltage V to the
またサーボアンプ１２０への印加電圧Ｖを非常に小さな単位で制御することで、速度−特性カーブの制御も非常に小さな単位で制御することができる。
これらにより、例えば回転速度高でトルク大や回転速度低でトルク小など任意の回転速度および任意のトルクを非常に小さな単位で制御することが可能となる。
Further, by controlling the applied voltage V to the
Thus, for example, it is possible to control an arbitrary rotational speed and an arbitrary torque in a very small unit such as a high rotational speed and a large torque and a low rotational speed and a small torque.
図６は、本実施の形態に係るサーボモータ制御装置により制御されたサーボモータを用いたサーボプレスで、可変インピーダンスの値を変化させて行う板抜き加工を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing plate cutting performed by changing the value of the variable impedance by a servo press using a servo motor controlled by the servo motor control apparatus according to the present embodiment.
プレス機械は生産力と成型精度を最適化するため、サーボモータ２００を用いて高精度な加工を可能とするサーボプレスが開発されている。
このサーボプレスは、サーボモータ２００で金型のスライド速度やスライドモーションを任意に設定することで、生産力の向上、成型精度の向上、製品精度の向上、金型寿命の向上などに貢献している。
In order to optimize the production capacity and molding accuracy of the press machine, a servo press that enables high-precision machining using a
This servo press contributes to improvement of productivity, improvement of molding accuracy, improvement of product accuracy, improvement of die life, etc. by arbitrarily setting the slide speed and slide motion of the die with the
図６に示すように、時間軸ｔに沿って板厚Ｍの鋼板３００の位置Ｐ０から位置Ｐ１にかけてサーボプレスは加工を行う。
サーボプレスは、サーボモータ２００が回転することでサーボプレスが有する金型がスライドし鋼板３００の加工を行う。
As shown in FIG. 6, the servo press performs processing from position P0 to position P1 of a
In the servo press, when the
サーボプレスが備える金型は、鋼板３００に接触する直前までは負荷＝０であり、スライド速度ｖで鋼板３００に向かって進入する。金型がスライドして鋼板３００に接触すると、サーボモータ２００に負荷がかかり始める。金型はそのまま鋼板３００を加工しながらスライドを続け、金型が位置Ｐ０に到達する前に鋼板３００は破断する。この破断する位置を破断点と呼ばれている。
The mold included in the servo press has a load = 0 until just before contacting the
この金型が鋼板３００へ接触してからサーボモータ２００にかかる負荷は、負荷が大きくなれば大きくなるほど金型への負担が増し、金型が摩耗することで金型の寿命は短くなってしまう。また金型スライド速度を小さくすることで、金型への負担は小さくなり金型の寿命は長くなる。しかし金型のスライド速度を小さくすれば小さくするほど生産力は低下してしまう。
The load applied to the
このため、生産力および金型の寿命の両者を考慮すると、負荷がかからない位置Ｐ１までは高速で金型をスライドさせ、鋼板３００に接触して負荷がかかる位置Ｐ１から破断点までの距離Ｌは負荷を低減させるために金型のスライド速度を低減することが理想である。しかし従来の制御方法ではマイクロ、ミリセコンドの高精度な制御が行えないため、理想的なサーボプレスの制御は行えなかった。
Therefore, in consideration of both the production capacity and the life of the mold, the distance L from the position P1 where the mold is slid at a high speed to the position P1 where no load is applied and contacts the
図６に示すように、サーボモータ２００に印加する印加電圧Ｖを一定にし、可変インピーダンスＺｅｘで加工時間を任意に変化させている。
サーボプレスが備える金型は、鋼板３００に接触する直前までは負荷＝０であり、スライド速度ｖで鋼板３００に向かって進入する。
As shown in FIG. 6, the applied voltage V applied to the
The mold included in the servo press has a load = 0 until just before contacting the
さらに金型をスライドさせ、鋼板３００に接触すると同時にサーボモータ２００に負荷がかかりはじめる。サーボモータ２００に負荷がかかる位置は位置Ｐ１から破断点までの距離Ｌであり、金型が破断点に到達すると鋼板３００は破断しサーボモータ２００への負荷は再び０になる。
Further, the mold is slid to come into contact with the
このとき、サーボモータに印加する印加電圧Ｖは一定であり、サーボモータ２００の外部に備えた可変インピーダンスＺｅｘをＺｅｘ１、Ｚｅｘ２、Ｚｅｘ３と変化させることで金型のスライド速度ｖをｖ１、ｖ２、ｖ３と変化させることができる。
At this time, the applied voltage V applied to the servomotor is constant, and the variable impedance Zex provided outside the
モータ制御装置１００を用いたサーボプレスは、インピーダンスＺｅｘを任意に可変にすることで、負荷電流に依存したインピーダンス電圧降下を非常に細かい単位で制御することができる。つまり金型のスライド速度を任意な速度に変化させることができる。
The servo press using the
図７は、本実施の形態に係るサーボモータ制御装置により制御されたサーボモータを用いたサーボプレスで、サーボアンプへの印加電圧を変化させて行う板抜き加工を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing plate cutting performed by changing the voltage applied to the servo amplifier by a servo press using a servo motor controlled by the servo motor control apparatus according to the present embodiment.
図７に示すように、サーボモータ２００の外部に備えるインピーダンスＺｅｘを一定にし、サーボアンプ１２０に印加する印加電圧Ｖを位置Ｐ１および破断点で任意に変化させている。
As shown in FIG. 7, the impedance Zex provided outside the
サーボプレスが備える金型は、鋼板３００に接触する直前までは負荷＝０であり、スライド速度ｖで鋼板３００に向かって進入する。
さらに金型をスライドさせ、鋼板３００に接触すると同時にサーボモータ２００に負荷がかかりはじめる。サーボモータ２００に負荷がかかる位置は位置Ｐ１から破断点までの距離Ｌであり、金型が破断点に到達すると鋼板３００は破断しサーボモータ２００への負荷は再び０になる。
The mold included in the servo press has a load = 0 until just before contacting the
Further, the mold is slid to come into contact with the
このとき、サーボモータ２００の外部に備えるインピーダンスＺｅｘは一定であり、サーボモータに印加する印加電圧ＶをＶ１、Ｖ２と変化させることで金型のスライド速度ｖをｖ１、ｖ２と変化させることができる。
At this time, the impedance Zex provided outside the
モータ制御装置１００を用いたサーボプレスは、サーボアンプ１２０への印加電圧Ｖを任意に可変にすることで、金型のスライド速度を非常に細かい単位でサーボモータ２００の制御を行うことができる。つまり金型のスライド速度を位置Ｐ１および破断点の近傍で速度を変化させることができる。
The servo press using the
以上により、サーボプレスの金型のスライドは、モータ制御装置１００が備える可変電源１１０および可変インピーダンス１３０を変化させることで「トルク−速度特性」を使い、容易に負荷が要求する制御応答に追随し、負荷が要求する制御内容を実現することができる。
As described above, the mold slide of the servo press easily follows the control response required by the load by using the “torque-speed characteristics” by changing the
また本実施例では、サーボモータ２００への負荷が大きくなるほど回転速度Ｎがさがる定出力特性に近い性能カーブであるが、可変電源１１０および可変インピーダンス１３０を変化させることで逆定出力特性に近い性能カーブである回転速度高でトルク大、または速度低でトルク小という設定も実現できる。
In this embodiment, the performance curve is close to a constant output characteristic in which the rotation speed N decreases as the load on the
なお、サーボアンプ１２０への印加電圧Ｖを任意に可変にする可変電源１１０、およびサーボモータ２００へのインピーダンス電圧を任意に可変にする可変インピーダンス１３０は、モータ制御装置１００内部に設けたＣＰＵ（Central Processing Unit）、またはモータ制御装置１００の外部から接続したコンピュータなどを用いて制御することもできる。
Note that a
１０ モータ
２０ 制御装置
３０ 回転数センサ
１００ モータ制御装置
１１０ 可変電源
１２０ サーボアンプ
１３０ 可変インピーダンス
２００ サーボモータ
３００ 鋼板
Ｅ 逆起電力
Ｈ 差
Ｉ 相電流
Ｌ 距離
Ｎ 回転速度
Ｐ０、Ｐ１ 位置
Ｔ トルク
ｔ 時間軸
Ｍ 板厚
ｖ スライド速度
Ｖ 印加電圧
Ｚ インピーダンス
DESCRIPTION OF
Claims (12)
電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する印加電圧変更手段、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device for controlling the rotational drive of the motor,
Applied voltage changing means for arbitrarily changing the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotational drive,
A motor control device comprising:
可変電源であることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。 The applied voltage changing means includes
The motor control device according to claim 1, wherein the motor control device is a variable power source.
電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプと前記モータとの間で、インピーダンス電圧を任意に変更するインピーダンス電圧変更手段、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device for controlling the rotational drive of the motor,
Impedance voltage changing means for arbitrarily changing the impedance voltage between the servo amplifier and the motor related to the rotational drive from a power source,
A motor control device comprising:
固定インピーダンスであることを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。 The impedance voltage changing means is
4. The motor control device according to claim 3, wherein the motor control device has a fixed impedance.
可変インピーダンスであることを特徴とする請求項３記載のモータ制御装置。 The impedance voltage changing means is
4. The motor control device according to claim 3, wherein the motor control device has a variable impedance.
電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する印加電圧変更手段と、
前記サーボアンプと前記モータとの間で、インピーダンス電圧を任意に変更するインピーダンス電圧変更手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 In the motor control device for controlling the rotational drive of the motor,
Applied voltage changing means for arbitrarily changing the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotational drive,
Impedance voltage changing means for arbitrarily changing the impedance voltage between the servo amplifier and the motor;
A motor control device comprising:
印加電圧変更手段が、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する工程、
を備えることを特徴とするモータ制御方法。 In the motor control method for controlling the rotational drive of the motor,
An applied voltage changing unit arbitrarily changing an applied voltage from a power source to a servo amplifier related to the rotational drive;
A motor control method comprising:
インピーダンス電圧変更手段が、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプと前記モータとの間でインピーダンス電圧を任意に変更する工程、
を備えることを特徴とするモータ制御方法。 In the motor control method for controlling the rotational drive of the motor,
An impedance voltage changing unit arbitrarily changing an impedance voltage between a servo amplifier and the motor involved in the rotation drive from a power source;
A motor control method comprising:
印加電圧変更手段が、電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する工程と、
インピーダンス電圧変更手段が、前記サーボアンプと前記モータとの間でインピーダンス電圧を任意に変更する工程と、
を備えることを特徴とするモータ制御方法。 In the motor control method for controlling the rotational drive of the motor,
An applied voltage changing unit arbitrarily changing an applied voltage from a power source to the servo amplifier related to the rotational drive; and
An impedance voltage changing unit arbitrarily changing an impedance voltage between the servo amplifier and the motor; and
A motor control method comprising:
コンピュータを、
電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する印加電圧変更手段、
として機能させることを特徴とするモータ制御プログラム。 In the motor control program for controlling the rotational drive of the motor,
Computer
Applied voltage changing means for arbitrarily changing the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotational drive,
A motor control program that functions as a computer program.
コンピュータを、
電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプと前記モータとの間で、インピーダンス電圧を任意に変更するインピーダンス電圧変更手段、
として機能させることを特徴とするモータ制御プログラム。 In the motor control program for controlling the rotational drive of the motor,
Computer
Impedance voltage changing means for arbitrarily changing the impedance voltage between the servo amplifier and the motor related to the rotational drive from a power source,
A motor control program that functions as a computer program.
コンピュータを、
電源から前記回転駆動に関わるサーボアンプへの印加電圧を任意に変更する印加電圧変更手段、および
前記サーボアンプと前記モータとの間で、インピーダンス電圧を任意に変更するインピーダンス電圧変更手段、
として機能させることを特徴とするモータ制御プログラム。
In the motor control program for controlling the rotational drive of the motor,
Computer
Applied voltage changing means for arbitrarily changing the applied voltage from the power source to the servo amplifier related to the rotation drive, and impedance voltage changing means for arbitrarily changing the impedance voltage between the servo amplifier and the motor,
A motor control program that functions as a computer program.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017005223A JP2018117410A (en) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Motor control device and motor control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017005223A JP2018117410A (en) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Motor control device and motor control method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2018117410A true JP2018117410A (en) | 2018-07-26 |
Family
ID=62984433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2017005223A Pending JP2018117410A (en) | 2017-01-16 | 2017-01-16 | Motor control device and motor control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2018117410A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7465427B2 (en) | 2020-02-21 | 2024-04-11 | 株式会社リコー | Driving mechanism, fixing device, conveying device, and image forming apparatus |
-
2017
- 2017-01-16 JP JP2017005223A patent/JP2018117410A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7465427B2 (en) | 2020-02-21 | 2024-04-11 | 株式会社リコー | Driving mechanism, fixing device, conveying device, and image forming apparatus |
| US11958715B2 (en) | 2020-02-21 | 2024-04-16 | Ricoh Company, Ltd. | Drive mechanism, fixing device, conveying device, and image forming apparatus |
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