JP2020046709A - サーボ制御装置及びサーボシステム - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、内挿には誤差が存在するため、エンコーダによる位置検出値には、前述した物理的目盛間隔を周期とした周期的誤差が含まれる。このような周期的誤差を含む位置検出値やこれを微分した速度検出値を用いて位置制御、速度制御を行う場合、モータ及びモータに結合された駆動対象物には振動が発生する。
図5は、この位置検出器50のブロック図であり、60はモータ(図示せず)により駆動される位置検出対象、50aは位置検出部、50bは検出位置に応じた誤差を補正量として出力する位置検出補正データ部、50cは補正前位置検出値と補正量とを加算して補正後位置検出値を演算する加算器、50dは補正後位置検出値を微分して速度を算出する速度算出部、50eは算出速度に応じたノッチ周波数を設定するノッチフィルタ周波数設定部、50fは補正後位置検出値からノッチ周波数成分を除去するノッチフィルタ部である。
この従来技術は、位置検出値の内挿誤差に起因する振動の周波数がモータ速度に依存する点に着目したものであり、算出速度に応じてノッチ周波数を変化させることにより上記の振動を抑制している。
図6は、このモータ制御装置のブロック図であり、51はモータMの回転子位置を検出するエンコーダ等の位置検出部、52は位置検出値を微分して速度を求める速度検出部、53は位置検出値に基づいて補正量を求める補正量算出部、54は速度検出値を補正する減算器、55は速度指令生成部、56は補正後の速度検出値が速度指令に一致するようにトルク指令を生成するトルク指令生成部、57はトルク指令に従い半導体スイッチング素子をオン・オフさせてモータMを駆動する電力変換器である。
図6の速度検出部52から出力される速度検出値には、位置検出部51に固有の内挿誤差に起因して周期λで繰り返し発生する速度検出誤差が含まれる。補正量算出部53は、位置検出値に基づいて生成した複数の正弦波を重ね合わせて補正量を算出し、減算器54により上記補正量を速度検出値(速度検出誤差)から減算して速度検出誤差を低減している。
従って、特許文献2により速度指令値に対して行う補正と同様の補正を位置検出値に対して行おうとすると、補正のためのパラメータ調整が難しくなるという問題がある。
前記位置検出値補正部から出力される補正後位置検出値から速度検出値を算出する速度検出部と、
前記回転子の位置指令と前記補正後位置検出値とから速度指令を生成する位置制御部と、
前記速度指令と前記速度検出値とからトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて前記モータにトルク電流を通流させる電流制御部と、
前記エンコーダの物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差を複数の正弦波状関数の和によって近似するための関数パラメータを、検出誤差情報として出力する検出誤差情報生成部と、
所定の運転条件の下で、前記検出誤差情報に基づいて前記補正用パラメータを更新可能とする補正用パラメータ調整部と、を備えたことを特徴とする。
前記運転条件が、速度指令または速度検出値の大きさが所定の速度下限値以上であり、かつ、前記速度指令または前記速度検出値の瞬時値と当該瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値が所定の速度変動上限値以下である状態が、所定時間以上継続するという条件であることを特徴とする。
前記検出誤差情報は、前記エンコーダの物理的目盛を所定の自然数により除算した値を単位周期とし、かつ、前記位置検出値または前記補正後位置検出値に基づいて算出した物理的目盛内位置を位相とする信号を前記複数の正弦波状関数にそれぞれ入力した場合の出力と、前記位置検出値の微分値を第1のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタに通して得た出力と、の乗算結果を、第2のカットオフ周波数を有するローパスフィルタに通した値であることを特徴とする。
前記第1のカットオフ周波数及び前記第2のカットオフ周波数が、前記モータを速度下限値にて運転した時の前記位置検出値の微分値に含まれるリプルの周波数より低いことを特徴とする
前記位置検出値を前記補正用パラメータに従って補正する位置検出値補正部、前記位置検出値補正部から出力される補正後位置検出値から速度検出値を算出する速度検出部、前記回転子の位置指令と前記補正後位置検出値とから速度指令を生成する位置制御部、前記速度指令と前記速度検出値とからトルク指令を生成する速度制御部、前記トルク指令に基づいて前記モータにトルク電流を通流させる電流制御部、前記エンコーダの物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差を複数の正弦波状関数の和によって近似するための関数パラメータを検出誤差情報として出力する検出誤差情報生成部、及び、所定の運転条件の下で前記検出誤差情報に基づいて前記補正用パラメータを更新可能とする補正用パラメータ調整部、を備えた制御装置と、
を備え、
前記制御装置の起動時に、前記補正用パラメータ調整部が前記不揮発メモリから前記補正用パラメータを読み出すことを特徴とする。
前記運転条件が、速度指令または速度検出値の大きさが所定の速度下限値以上であり、かつ、前記速度指令または前記速度検出値の瞬時値と当該瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値が所定の速度変動上限値以下である状態が、所定時間以上継続するという条件であることを特徴とする。
前記検出誤差情報は、前記エンコーダの物理的目盛を所定の自然数により除算した値を単位周期とし、かつ、前記位置検出値または前記補正後位置検出値に基づいて算出した物理的目盛内位置を位相とする信号を前記複数の正弦波状関数にそれぞれ入力した場合の出力と、前記位置検出値の微分値を第1のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタに通して得た出力と、の乗算結果を、第2のカットオフ周波数を有するローパスフィルタに通した値であることを特徴とする。
前記第1のカットオフ周波数及び前記第2のカットオフ周波数が、前記モータを速度下限値にて運転した時の前記位置検出値の微分値に含まれるリプルの周波数より低いことを特徴とする。
図1は、本発明に係るサーボ制御装置を示すブロック図である。図1において、エンコーダ11により検出したモータMの回転子の位置検出値は位置検出値補正部14に入力され、後述する補正用パラメータを用いて位置検出値を補正した補正後位置検出値がフィードバック信号として位置制御部15に入力されている。
速度制御部17は速度検出値が速度指令に一致するように演算を行ってトルク指令を生成し、電流制御部18はこのトルク指令に従ってモータMに供給するトルク電流を制御している。
図2において、12aはエンコーダ11から出力される位置検出値を微分する微分手段、12bは第1のカットオフ周波数fc1を有するハイパスフィルタ、12cは位置検出値からエンコーダ11の物理的目盛間隔(例えば、ロータリーエンコーダの隣り合うスリット相互の間隔)内の位置を抽出する物理的目盛内位置抽出手段、12dは物理的目盛内位置抽出手段12cの出力のcos値を演算するcos関数、12eは同じくsin値を演算するsin関数、12f,12gは各関数12d,12eの出力とハイパスフィルタ12bの出力とを乗算する乗算手段、12h,12iは乗算手段12f,12gの出力がそれぞれ与えられて第2のカットオフ周波数fc2を有するローパスフィルタであり、これらのローパスフィルタ12h,12iの出力が検出誤差情報として図1の補正用パラメータ調整部13に送られている。
この検出誤差情報は、エンコーダ11の物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差を複数の正弦波状関数の和により近似する関数パラメータとしての意義を有する。
ここで、ハイパスフィルタ12bの第1のカットオフ周波数fc1、及びローパスフィルタ12h,12iの第2のカットオフ周波数fc2は、モータMを下限速度で運転した場合に位置検出値の微分値、すなわち速度検出値に含まれるリプルの周波数よりも低くなるように設定される。
図2において、物理的目盛内位置抽出手段12cは、位置検出値(または補正後位置検出値)からエンコーダ11の物理的目盛間隔内の位置、すなわち物理的目盛内位置を算出し、物理的目盛間隔を所定の自然数により除算した値を単位周期とし、前記物理的目盛内位置を位相とした信号を生成してcos関数12d及びsin関数12eに与える。
なお、上記速度検出値に含まれるリプルの周期は、速度検出値にモータ1回転当たりのエンコーダ11の物理的目盛数と上記自然数とを乗じた値として得られる。
内挿誤差による位置検出誤差の一成分として、実際位置θに対してAsin(Nθ+φ)の検出誤差が生じる場合(Aは振幅、Nはエンコーダのスリット数、φは物理的目盛内位置としての位相)、位置検出値を微分するとANωcos(Nθ+φ)(ω=dθ/dt)なるリプルが生ずる。後述するように、補正条件調整許可フラグがONになるのはほぼ等速運転中とみなせる場合に限定しているので、上記リプルの振幅と位相とが求まれば位置検出誤差に関する振幅と位相とが決まり、これをもって適切な補正用パラメータを得ることができる。
図3において、補正条件調整許可フラグは、以下の第1の条件及び第2の条件が共に成立している状態(論理積手段27の出力が「High」レベル)がオンディレイ手段28の設定時間以上、継続した場合にONとなる。
すなわち、第1の条件は、速度指令または速度検出値の絶対値が所定の速度下限値以上であること(比較手段26の出力が「High」レベル)、第2の条件は、速度指令または速度検出値の瞬時値とこの瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値が、所定の速度変動上限値以下であること(比較手段24の出力が「High」レベル)、であり、言い換えれば、所定の速度範囲内でモータMがほぼ等速運動していることである。
上記の第1,第2の条件は、以下の理由により規定されている。
更に、速度に関する上記の第1,第2の条件が成立してから検出誤差情報が正しく得られるようになるのは、少なくとも、図2の各フィルタ12b,12h,12iの時定数より時間が十分に経過してからであるため、オンディレイ手段28を設けている。
図1に示したサーボ制御装置の実施形態との相違点は、モータMと一体的に不揮発メモリ19を設け、この不揮発メモリ19に補正用パラメータを記憶するようにした点である。補正用パラメータ調整部13によって補正用パラメータを更新した際に、その補正用パラメータを不揮発メモリ19に書き込み、また、制御装置の起動時に不揮発メモリ19から補正用パラメータを読み出して補正用パラメータ調整部13に送るように構成されている。
11:エンコーダ
12:検出誤差情報推定部
12a:微分手段
12b:ハイパスフィルタ
12c:物理的目盛内位置抽出手段
12d:cos関数
12e:sin関数
12f,12g:乗算手段
12h,12i:ローパスフィルタ
13:補正用パラメータ調整部
14:位置検出値補正部
15:位置制御部
16:微分手段
17:速度制御部
18:電流制御部
19:不揮発メモリ
21:ローパスフィルタ
22:減算手段
23,25:絶対値検出手段
24,26:比較手段
27:論理積手段
28:オンディレイ手段
Claims (8)
- エンコーダにより得たモータの回転子の位置検出値を補正用パラメータに従って補正する位置検出値補正部と、
前記位置検出値補正部から出力される補正後位置検出値から速度検出値を算出する速度検出部と、
前記回転子の位置指令と前記補正後位置検出値とから速度指令を生成する位置制御部と、
前記速度指令と前記速度検出値とからトルク指令を生成する速度制御部と、
前記トルク指令に基づいて前記モータにトルク電流を通流させる電流制御部と、
前記エンコーダの物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差を複数の正弦波状関数の和によって近似するための関数パラメータを、検出誤差情報として出力する検出誤差情報生成部と、
所定の運転条件の下で、前記検出誤差情報に基づいて前記補正用パラメータを更新可能とする補正用パラメータ調整部と、
を備えたことを特徴とするサーボ制御装置。 - 請求項1に記載したサーボ制御装置において、
前記運転条件は、
速度指令または速度検出値の大きさが所定の速度下限値以上であり、かつ、前記速度指令または前記速度検出値の瞬時値と当該瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値が所定の速度変動上限値以下である状態が、所定時間以上継続するという条件であることを特徴としたサーボ制御装置。 - 請求項1または2に記載したサーボ制御装置において、
前記検出誤差情報は、
前記エンコーダの物理的目盛を所定の自然数により除算した値を単位周期とし、かつ、前記位置検出値または前記補正後位置検出値に基づいて算出した物理的目盛内位置を位相とする信号を前記複数の正弦波状関数にそれぞれ入力した場合の出力と、前記位置検出値の微分値を第1のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタに通して得た出力と、の乗算結果を、第2のカットオフ周波数を有するローパスフィルタに通した値であることを特徴とするサーボ制御装置。 - 請求項3に記載したサーボ制御装置において、
前記第1のカットオフ周波数及び前記第2のカットオフ周波数が、前記モータを速度下限値にて運転した時の前記位置検出値の微分値に含まれるリプルの周波数より低いことを特徴とするサーボ制御装置。 - エンコーダによる回転子の位置検出値を補正するための補正用パラメータが記憶される不揮発メモリを備えたモータと、
前記位置検出値を前記補正用パラメータに従って補正する位置検出値補正部、前記位置検出値補正部から出力される補正後位置検出値から速度検出値を算出する速度検出部、前記回転子の位置指令と前記補正後位置検出値とから速度指令を生成する位置制御部、前記速度指令と前記速度検出値とからトルク指令を生成する速度制御部、前記トルク指令に基づいて前記モータにトルク電流を通流させる電流制御部、前記エンコーダの物理的目盛間隔の内挿誤差に起因する位置検出誤差を複数の正弦波状関数の和によって近似するための関数パラメータを検出誤差情報として出力する検出誤差情報生成部、及び、所定の運転条件の下で前記検出誤差情報に基づいて前記補正用パラメータを更新可能とする補正用パラメータ調整部、を備えた制御装置と、
を備え、
前記制御装置の起動時に、前記補正用パラメータ調整部が前記不揮発メモリから前記補正用パラメータを読み出すことを特徴とするサーボシステム。 - 請求項5に記載したサーボシステムにおいて、
前記運転条件は、
速度指令または速度検出値の大きさが所定の速度下限値以上であり、かつ、前記速度指令または前記速度検出値の瞬時値と当該瞬時値をローパスフィルタに通した値との差の絶対値が所定の速度変動上限値以下である状態が、所定時間以上継続するという条件であることを特徴としたサーボシステム。 - 請求項5または6に記載したサーボシステムにおいて、
前記検出誤差情報は、
前記エンコーダの物理的目盛を所定の自然数により除算した値を単位周期とし、かつ、前記位置検出値または前記補正後位置検出値に基づいて算出した物理的目盛内位置を位相とする信号を前記複数の正弦波状関数にそれぞれ入力した場合の出力と、前記位置検出値の微分値を第1のカットオフ周波数を有するハイパスフィルタに通して得た出力と、の乗算結果を、第2のカットオフ周波数を有するローパスフィルタに通した値であることを特徴とするサーボシステム。 - 請求項7に記載したサーボシステムにおいて、
前記第1のカットオフ周波数及び前記第2のカットオフ周波数が、前記モータを速度下限値にて運転した時の前記位置検出値の微分値に含まれるリプルの周波数より低いことを特徴とするサーボシステム。
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CN115528974A (zh) * | 2022-11-30 | 2022-12-27 | 上海艾利特机器人有限公司 | 一种伺服电机测速反馈控制***及方法 |
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2018
- 2018-09-14 JP JP2018172210A patent/JP7200560B2/ja active Active
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