JP3969093B2 - サーボモータの制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータを位置決め制御する制御装置に関し、特に、制御ゲインを切り替え、高速に位置決めするサーボモータの制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の位置決め制御を行うサーボモータの制御装置(以下、従来例1と呼ぶ)を説明する。図5は、従来のサーボモータの制御装置の構成を示すブロック図である。図5において、1は負荷イナーシャ推定部、2はゲインテーブル、3は制御ゲイン設定部、4は位置制御部、5は速度制御部、6は電流制御部、7はパラメータ設定部、8はサーボモータ、9はエンコーダ、10は機械系負荷、11は位置指令発生器である。ここで、ゲインテーブル2は位置制御を行うための位置比例ゲイン、位置積分ゲイン及び速度制御を行うための速度比例ゲイン、速度積分ゲイン等を記憶している。負荷イナーシャ推定部1でサーボモータ8に接続された機械系負荷10のイナーシャの推定値である推定負荷イナーシャを推定し、オートチューニングを行う。オートチューニングとは推定負荷イナーシャをリアルタイムに推定し、その値に応じた最適な制御ゲインを自動的に設定することである。
【0003】
ゲインテーブル2は位置比例ゲイン、速度比例ゲイン等の複数の制御ゲインセットから成り、パラメータに応じて制御ゲインセットが段階的に対応付けされている。例えば、パラメータの値を大きくすると、位置比例ゲイン、速度比例ゲインも大きくなるよう制御ゲインセットが設定されている。ゲインテーブル2からはユーザーがパラメータ設定部7で設定したパラメータに対応するゲインセットと負荷イナーシャ推定部1で推定された推定負荷イナーシャに基づいて自動的に制御ゲイン設定部3により制御ゲインが設定される。
【0004】
位置指令発生器11から出力される位置指令と、エンコーダ9とのフィードバック信号である位置により位置制御部4において位置比例ゲインと位置積分ゲインを用いて位置PI制御を行い、その出力信号を速度指令とし、速度制御部4で速度比例ゲインと速度積分ゲインを用いて速度PI制御を行う。電流制御部6において電流制御を行い、モータ電流と、モータ速度を用いて負荷意ナーシャ推定部1で負荷イナーシャの推定を行う。
【0005】
応答を高速にするためにパラメータ設定部7のパラメータの値を大きくし、位置比例ゲイン、速度比例ゲインを大きくすると停止中のモータが振動現象を起こすという問題があるために、ユーザーはパラメータを小さいほうから順次上げていき、停止中において振動を起こさない範囲でパラメータを大きく設定する。この設定値は、停止中を基準としているために位置比例ゲイン、速度比例ゲインが低いため、移動中の追従性が悪く、その結果として位置決めに時間がかかる。
【0006】
従来例1の課題を解決するサーボモータの制御装置として特開平7−143783号公報(以下、従来例2と呼ぶ)がある。従来例2は、負荷を推定しパラメータ値によってゲインセットが与えられるオートチューニングではなく、手動で制御ゲインを設定し、予め定めた速度指令以上の場合の制御ゲインとそれ以下の場合の制御ゲインを切り替える。従来例2は可変速制御であるが位置決め制御についても同様なことが言える。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例2のように制御ゲインを切り替える方法はオートチューニングとの組み合わせで使用されるものではなかった。
【0008】
このため、オートチューニングを行う場合では制御ゲイン切り替えを用いないので、オートチューニングを行う場合はマニュアルで制御ゲインを調整する場合に比べて、位置決め時間が長くなっていた。
【0009】
また、従来例2はでは制御ゲイン切り替えを速度指令によって切り替えており、速度指令に対する実際の動作の遅れを考慮していない。このため速度指令が完了したとしても実モータ動作は未だ停止中の範囲に入っていない場合がある。このときゲイン切り替えが行われると、速度指令と実モータ動作の遅れ間は制御ゲインが低めになるため、位置決め時間が長くなる場合がある。
【0010】
また、動作中の制御ゲインを高め、停止中の制御ゲインを低めにするとあるが、何を基準に高め、低めにするか言及されておらず、動作中のゲインを高めに設定したつもりが低過ぎ、位置決め時間を短くできない場合もある。その逆に停止中のゲインを低めに設定しても実際は高過ぎ、振動、音が発生する場合もある。
【0011】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、オートチューニングを行う場合で適切に制御ゲインを切り替え位置決め時間を短くするサーボモータ制御装置を提供することを目的とする。
【0012】
【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のサーボモータ制御装置は、位置指令とサーボモータの位置と位置比例ゲインKpに基づき速度指令を作成する位置制御部と、速度指令と前記サーボモータの速度と速度比例ゲインKvとに基づき電流指令を作成する速度制御部と、前記電流指令に基づき前記サーボモータに流れる電流を制御する電流制御部と、前記速度と、前記電流指令あるいは前記サーボモータに流れる電流とに基づきサーボモータに接続された負荷のイナーシャの推定値である推定負荷イナーシャJを推定する負荷イナーシャ推定手段と、前記位置比例ゲインKp、前記速度比例ゲインKvおよび前記推定負荷イナーシャJを、Kp<(Kv/J)/4の関係を満たすように前記位置比例ゲインKpと前記速度比例ゲインKvとのうち少なくとも1つを設定する第1ゲインテーブルと、前記位置比例ゲインKp、前記速度比例ゲインKvおよび前記推定負荷イナーシャJを、Kp>(Kv/J)/4の関係を満たすように前記位置比例ゲインKpと前記速度比例ゲインKvとのうち少なくとも1つを設定する第2ゲインテーブルと、前記速度または前記速度指令に基づき、前記第1ゲインテーブルと前記第2ゲインテーブルとを切り替える切替手段と、から構成される。
【0013】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のサーボモータの制御装置であって、前記切替手段は、前記速度がある設定値以上のときに、前記第1ゲインテーブルから前記第2ゲインテーブルに切り替える。
【0014】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のサーボモータの制御装置であって、前記切替手段は、前記速度指令がある場合に、前記第2ゲインテーブルに切り替え、前記速度指令がない場合に、前記第1ゲインテーブルに切り替える。
【0015】
上記の構成により、サーボモータの動作状況に応じて制御ゲインを切り替えることにより、オートチューニング時でも位置決め時間を短くできる。
【0016】
また、上記の構成により、常に最適な制御ゲインを用いることができるため、動作中の追従性と位置決め時間を短くでき、停止中では振動、音が発生しにくくすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のサーボモータ制御装置に係る実施例について添付の図面を参照して説明する。
【0018】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係るサーボモータの制御装置について説明する。
【0019】
図1は、本発明の実施例におけるサーボモータの制御装置の構成を示すブロック図である。図1において、図5と同一の機能を有するものには同一の符号を付して説明を省略する。図1において、第1ゲインテーブル20と第2ゲインテーブル21が切り替えスイッチ22によって切り替えられる構成になっている。第1ゲインテーブル20および第2ゲインテーブル21は位置比例ゲイン、位置積分ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン等で構成される複数の制御ゲインセットを記憶し、パラメータに応じて制御ゲインセットが段階的に対応付けされており、パラメータの値を大きくすると、位置比例ゲイン、速度比例ゲインも大きくなるように制御ゲインセットが設定されている。
【0020】
図2は、位置制御のブロック図である。図2において、位置積分制御、速度積分制御を省いている。この図より位置制御系のクローズドループ伝達関数Gは式(1)のようになる。ここでKvは速度比例ゲイン、Kpは位置比例ゲイン、Jはサーボモータ8のイナーシャに機械系負荷10のイナーシャを加算したものを表す。
【0021】
【数1】
【0022】
式(1)より、ダンピングファクタξは式(2)のようになる。ダンピングファクタξは1のとき、制御理論上オーバーシュートが生じない最適な値である。
【0023】
【数2】
【0024】
ダンピングファクタξを1としたとき式(2)から、式(3)のような関係式が得られる。
【0025】
【数3】
【0026】
停止中は位置比例ゲインを低めにしたほうが振動、音の面からよい。このため第1ゲインテーブル20の位置比例ゲインKpを低めの値として例えばKp=(Kv/J)/5を満たすように設定する。一方、動作中は追従性を高め、位置決め時間を短くするために高くした方がよい。このため第2ゲインテーブル21中の位置比例ゲインKpを高めの値として例えばKp=(Kv/J)/3を満たすように設定する。
【0027】
次にゲインテーブルの切り替え方法について図3を参照して説明する。図3は、実施例におけるゲイン切り替え方法を示すタイムチャートである。位置指令発生器11より位置指令が与えられ、サーボモータの位置と位置比例ゲインとに基づき図3の(イ)のように速度指令が与えられると、サーボモータ8は図3の(ロ)の如く回転するが、このときモータ速度が予め定められたレベルV0以上になると切り替えスイッチ22で、図3の(ハ)に示すように、第1ゲインテーブル20から第2ゲインテーブル21に切り替わって制御ゲインは第2ゲインテーブル21に基づいて最適な制御ゲインが演算設定される。また、モータ速度が前記V0未満になると第2ゲインテーブル21から第1ゲインテーブル20に切り替わって第1ゲインテーブル20に基づいて最適な制御ゲインが演算される。
【0028】
図3の例では始動時にも切り替えスイッチ22は第1ゲインテーブル選択と第2ゲインテーブルを切り替えているが、図4に示すように始動時は速度指令がありの場合とない場合で切り替えてもよい。
【0029】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明の制御装置によれば、サーボモータの動作状況に応じて制御ゲインを切り替えることにより、オートチューニング時でも位置決め時間を短くできる。
【0030】
また、本発明のサーボモータの制御装置によればサーボモータの速度に応じて制御ゲインを切り替えることにより、オートチューニング時でも位置決め時間を短くできる。
【0031】
また、本発明のサーボモータの制御装置によれば、常に最適な制御ゲインを用いることができるため、動作中の追従性と位置決め時間を短くでき、停止中では振動、音が発生しにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例におけるサーボモータの制御装置の構成を示すブロック図
【図2】 位置制御の制御ブロック図
【図3】 本発明の実施例におけるゲイン切り替え方法を示すタイムチャート
【図4】本発明の実施例におけるゲイン切り替え方法を示すタイムチャート
【図5】従来のサーボモータの制御装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
1 負荷イナーシャ推定部
2 ゲインテーブル
3 制御ゲイン設定部
4 位置制御部
5 速度制御部
6 電流制御部
7 パラメータ設定部
8 サーボモータ
9 エンコーダ
10 機械系負荷
11 位置指令発生部
20 第1ゲインテーブル
21 第2ゲインテーブル
22 切り替えスイッチ
Claims (3)
- 位置指令とサーボモータの位置と位置比例ゲインKpに基づき速度指令を作成する位置制御部と、
速度指令と前記サーボモータの速度と速度比例ゲインKvとに基づき電流指令を作成する速度制御部と、
前記電流指令に基づき前記サーボモータに流れる電流を制御する電流制御部と、
前記速度と、前記電流指令あるいは前記サーボモータに流れる電流とに基づきサーボモータに接続された負荷のイナーシャの推定値である推定負荷イナーシャJを推定する負荷イナーシャ推定手段と、
前記位置比例ゲインKp、前記速度比例ゲインKvおよび前記推定負荷イナーシャJを、Kp<(Kv/J)/4の関係を満たすように前記位置比例ゲインKpと前記速度比例ゲインKvとのうち少なくとも1つを設定する第1ゲインテーブルと、
前記位置比例ゲインKp、前記速度比例ゲインKvおよび前記推定負荷イナーシャJを、Kp>(Kv/J)/4の関係を満たすように前記位置比例ゲインKpと前記速度比例ゲインKvとのうち少なくとも1つを設定する第2ゲインテーブルと、
前記速度または前記速度指令に基づき、前記第1ゲインテーブルと前記第2ゲインテーブルとを切り替える切替手段と、
から構成されることを特徴とするサーボモータの制御装置。 - 請求項1に記載のサーボモータの制御装置であって、
前記切替手段は、前記速度がある設定値以上のときに、前記第1ゲインテーブルから前記第2ゲインテーブルに切り替えるサーボモータの制御装置。 - 請求項1に記載のサーボモータの制御装置であって、
前記切替手段は、前記速度指令がある場合に、前記第2ゲインテーブルに切り替え、前記速度指令がない場合に、前記第1ゲインテーブルに切り替えるサーボモータの制御装置。
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