JP4166157B2 - Electric motor control device - Google Patents
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Description
この発明は、制御対象にふさわしい制御器を選択して用いる電動機制御装置に関するものである。 The present invention relates to an electric motor control device that selects and uses a controller suitable for an object to be controlled.
従来の電動機制御装置では、位置偏差を入力して位置決め時間と、オーバーシュート、サーボロック時の振動を診断する応答診断部と、応答診断結果に基づいて位置制御部と速度制御部、トルクフィルタ部、電流制御部、速度信号作成部、速度フィードフォワード制御部、トルクフィードフォワード補償部の調整を行うゲイン調整部と、調整されたゲインに基づいて再びモータを駆動するというサイクルを数回繰り返して、最適なゲインを自動的にチューニングし、所定の評価関数に基づいてチューニングを終了させるチューニング終了判定部とを備え、各制御器のパラメータを自動で調整していた。 In a conventional motor control device, a position diagnosing unit that inputs a position deviation, diagnoses vibration during positioning, overshoot, and servo lock, a position control unit, a speed control unit, and a torque filter unit based on the response diagnosis result The current controller, the speed signal generator, the speed feedforward controller, the gain adjuster for adjusting the torque feedforward compensator, and the cycle of driving the motor again based on the adjusted gain are repeated several times. A tuning end determination unit that automatically tunes the optimum gain and ends the tuning based on a predetermined evaluation function, and automatically adjusts the parameters of each controller.
従来の電動機制御装置では、制御器のゲインを自動的に調整する機能を備えているが、多種多様な制御対象を高性能に制御するためには制御対象にふさわしい制御器を選択することが必要であるにもかかわらず、制御器を自動的に選択する機能は備えておらず、予め選択され設定された制御器を用いていた。このため、制御器の変更などの自由度が制約され、高精度で自由度の高い制御を得ることが困難であった。 Conventional motor control devices have a function to automatically adjust the gain of the controller, but in order to control a wide variety of control targets with high performance, it is necessary to select a controller suitable for the control target. However, the controller does not have a function of automatically selecting a controller, and a controller selected and set in advance is used. For this reason, the degree of freedom such as changing the controller is restricted, and it is difficult to obtain a highly accurate control with a high degree of freedom.
この発明は、上記のような問題点を改善するためになされたものであり、電動機制御装置を構成する各制御部で用いる制御器を、制御対象に応じて自動的に切り替え選択して設定することを可能にして、多種多様な制御対象を高性能に制御できる自由度の高い電動機制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to improve the above-described problems, and the controller used in each control unit constituting the motor control device is automatically switched, selected, and set according to the control target. It is an object of the present invention to provide a motor control device with a high degree of freedom that can control various types of control objects with high performance.
この発明に係る電動機制御装置は、位置指令を生成する指令発生部と、電動機を含む制御対象の位置を検出して位置検出信号を出力する検出器と、第1の選択信号により複数のフィードフォワード制御器の中から1つを切り替え選択し、上記位置指令を該選択されたフィードフォワード制御器へ入力しフィードフォワード信号を出力するフィードフォワード制御部と、第2の選択信号により複数のフィードバック制御器の中から1つを切り替え選択し、上記フィードフォワード信号および上記位置検出信号を該選択されたフィードバック制御器へ入力しトルク指令を出力するフィードバック制御部と、上記トルク指令を入力として電流制御を行い上記電動機を駆動して上記制御対象を動作させる電流制御部と、上記フィードフォワード制御器および上記フィードバック制御器を選択する上記選択信号を出力する調整装置とを備える。そして、該調整装置は、上記制御対象の機械構造、制御条件などの仕様を入力する仕様入力部と、周波数特性同定用の加振信号を上記フィードバック制御器へ入力し、該加振信号、加振動作時の上記トルク指令、上記位置検出信号、および入力された上記制御対象の仕様に基づいて、上記制御対象の周波数特性を含む特性を同定して上記制御対象のモデルを同定するモデル同定部と、該同定されたモデルに基づいて上記第1、第2の選択信号を出力する制御器選択部とを備えるものである。 An electric motor control device according to the present invention includes a command generation unit that generates a position command, a detector that detects a position of a control target including the electric motor and outputs a position detection signal, and a plurality of feedforwards based on a first selection signal. A feedforward control unit that switches and selects one of the controllers, inputs the position command to the selected feedforward controller, and outputs a feedforward signal; and a plurality of feedback controllers based on the second selection signal A feedback control unit that selects and selects one of the above, inputs the feedforward signal and the position detection signal to the selected feedback controller and outputs a torque command, and performs current control using the torque command as an input. A current control unit for driving the electric motor to operate the control target; and the feedforward controller And and an adjusting device for outputting the selection signal for selecting the feedback controller. Then, the adjustment device inputs a specification input unit for inputting specifications such as the mechanical structure to be controlled and control conditions, and an excitation signal for frequency characteristic identification to the feedback controller. A model identification unit that identifies a characteristic including the frequency characteristic of the controlled object based on the torque command, the position detection signal, and the input specification of the controlled object, and identifies the controlled object model based on the vibration operation And a controller selection unit that outputs the first and second selection signals based on the identified model.
この発明によると、制御対象の仕様、特性に応じてフィードフォワード制御器および上記フィードバック制御器を選択する選択信号を出力する調整装置を備えたため、制御対象にふさわしい制御器を自動選択して設定でき、多種多様な制御対象を高性能に制御できる自由度の高い電動機制御が実現できる。 According to the present invention, the feedforward controller and the adjusting device that outputs a selection signal for selecting the feedback controller according to the specification and characteristics of the control target are provided, so that a controller suitable for the control target can be automatically selected and set. Therefore, it is possible to realize motor control with a high degree of freedom capable of controlling a wide variety of controlled objects with high performance.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1による電動機制御装置について以下に説明する。
図1はこの発明の実施の形態1による電動機制御装置を示すブロック図である。
図1に示すように、電動機制御装置は、指令発生部1、主制御装置15、制御器の選択及びケインの調整を行う調整装置19および電動機16を含む制御対象18で構成される。主制御装置15は、フィードフォワード制御部2、フィードバック制御部6、非線形補償部10、電流制御部14、およひ加振信号発生部24で構成され、調整装置19は、仕様入力部20、モデル同定部21、制御器選択部22、およびケイン調整部23で構成される。また、制御対象18には検出器としての位置検出器17が備えられる。
Hereinafter, an electric motor control apparatus according to
1 is a block diagram showing an electric motor control apparatus according to
As shown in FIG. 1, the electric motor control device includes a
まず、主制御装置15の構成および動作について説明する。
指令発生部1から位置指令がフィードフォワード制御部2に入力される。フィードフォワード制御部2は、複数(この場合3個)のフィードフォワード制御器4a〜4c、フィードフォワード制御器入力切替スイッチ3およびフィードフォワード制御器出力切替スイッチ5を備え、調整装置19内の制御器選択部22からの選択信号により、例えば選択されたフィードフォワード制御器4aに入力と出力が切り替えられる。フィードフォワード制御部2に入力された位置指令は、フィードフォワード制御器4aに入力され、フィードフォワード制御器4aでは、フィードフォワード信号としてのフィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、およびフィードフォワードトルク指令が演算されてフィードバック制御部6に出力される。
First, the configuration and operation of the main controller 15 will be described.
A position command is input from the
フィードバック制御部6は、複数(この場合6個)のフィードバック制御器8a〜8f、フィードバック制御器入力切替スイッチ7およびフィードバック制御器出力切替スイッチ9を備え、調整装置19内の制御器選択部22からの選択信号により、例えば選択されたフィードバック制御器8bに入力と出力が切り替えられる。フィードバック制御部6には、フィードフォワード制御部2から出力されるフィードフォワード位置指令、フィードフォワード速度指令、およびフィードフォワードトルク指令、非線形補償部10から出力される非線形補償トルク、位置検出器17から出力される位置検出信号、および加振信号発生部24から出力される加振信号が入力される。フィードバック制御部6に入力されたこれらの信号は、フィードバック制御器8bに入力され、フィードバック制御器8bでは、補償済みトルク指令が演算されて電流制御部14に出力される。
The
非線形補償部10は、複数(この場合3個)の非線形補償器12a〜12c、非線形補償器入力切替スイッチ11および非線形補償器出力切替スイッチ13を備え、調整装置19内の制御器選択部22からの選択信号により、例えば選択された非線形補償器12bに入力と出力が切り替えられる。なお、選択信号により非線形補償器12a〜12cに接続しない状態に切り替える場合もある。非線形補償部10には、指令発生部1から与えられる外部補償トルク、フィードフォワード制御部2から出力されるフィードフォワード位置指令、位置検出器17から出力される位置検出信号が入力される。非線形補償部10に入力されたこれらの信号は、非線形補償器12bに入力され、非線形補償器12bでは、非線形補償トルクが演算されてフィードバック制御部6に出力される。
The
電流制御器14はフィードバック制御部6から出力された補償済みトルク指令を入力として、該補償済みトルク指令に基づいて電動機16を駆動して電動機16が含まれる制御対象18を動作させる。そして、制御対象18に備えられた検出器17からの位置検出信号がフィードバック制御部6と非線形補償部10に出力される。
なお、フィードフォワード制御部2、フィードバック制御部6、非線形補償部10では、まず、例えば、フィードフォワード制御器4a、フィードバック制御器8a、非線形補償器12aに初期設定して動作させ、調整装置19により、後述するモデル同定を用いて決定される選択信号により所望の機器に切り替える。
The current controller 14 receives the compensated torque command output from the
In the
次に調整装置19の構成および動作について説明する。
仕様入力部20では、制御対象18の制御目的、機械構造、伝達機構、制約条件、検出器について、全てあるいは一部からなる仕様が入力される。図2に仕様入力部20の構成を示す。制御目的は始点と終点のみが与えられる位置決め、常に指令値に追従する必要のある軌跡制御、ベルトコンベアや印刷機などの速度を一定に保つ速度制御、その他から選択して入力する。機械構造については、XYテーブルなどの直線運動、ロボットなどのリンク機構、ベルトコンベア、印刷機などのドラム、その他から選択する。伝達機構については、ボールネジ、歯車、ベルト、リニアモータやダイレクトドライブモータなどのダイレクト、その他から1つ、あるいは複数を選択する。検出器については、負荷側エンコーダ、リニアスケール、圧力センサ、モータのみから選択する。制約条件については、最大加速度、最大速度、許容誤差、許容オーバシュート量を数値で入力する。
Next, the configuration and operation of the adjusting
In the
モデル同定部21では、主制御装置15内の加振信号発生部24に加振周波数範囲と振幅を指定する指令信号を出力して、フィードバック制御部6に加振信号発生部24から加振信号を与える。これにより加振動作時にフィードバック制御部6から出力される補償済みトルク指令と位置検出器17から出力される位置検出信号とをモデル同定部21に入力し、モデル同定部21では制御対象18の周波数特性を演算し、演算された周波数特性を剛体、2慣性、3慣性のいずれか最も近い参照モデルへの当てはめを行う。また、モデル同定部21は、入力された仕様に基づいて典型的な動作における位置指令を指令発生部1に生成させて主制御装置15を動作させ、その時の補償済みトルク指令と位置検出信号が入力される。高加速度運動時の補償済みトルク指令と位置検出信号からはイナーシャが、低加速度運動時の補償済みトルク指令と位置検出信号からは外乱特性が演算される。このように、モデル同定部21では、仕様、周波数特性、参照モデル、イナーシャ、外乱特性から成る制御対象18のモデルを同定する。
In the
モデル同定部21による加振信号の指令および、周波数特性の演算は、まず広い周波数範囲の小さい振幅を指定して加振を行い、位置検出信号から計算される速度と補償済みトルク指令との相関値を計算し、相関値が十分大きくなるまで徐々に振幅を大きくして周波数特性の同定を行う。次に、広い周波数範囲での同定結果に基づいて、共振周波数および***振周波数近傍の狭い周波数範囲を指定し、分解能を高くした十分な振幅を持つ加振信号で周波数特性の同定を再度行う。このように同定動作を繰り返し、共振周波数および***振周波数を正確に同定する。
制御対象18がXYテーブルやリンク機構である場合にはXYテーブルの位置やリンク機構の姿勢を何通りか変化させて周波数特性の同定を実施して、位置や姿勢による変動量を計測する。また、ワークの搭載などにより負荷が変動する場合には、ワークを搭載した状態と、ワークを搭載しない状態での周波数特性の同定を実施して変動量を把握する。
For the command of the vibration signal and the calculation of the frequency characteristic by the
When the
モデル同定部21にて同定された周波数特性は、制御器選択部22に転送されると共に指令発生部1にも転送され、指令発生部1ではモデルの周波数特性に基づいて、加減速時間の調整や移動平均フィルタの段数調整により、制御対象18の共振周波数を含まないような速度指令パターンを生成し、位置指令に変換して出力する。
制御器選択部22では、モデル同定部21から出力される仕様、周波数特性、参照モデル、イナーシャ、外乱特性が入力され、それらに基づいてフィードフォワード制御器4a〜4c、フィードバック制御器8a〜8f、および非線形補償器12a〜12cをそれぞれ選択する選択信号を出力する。
The frequency characteristic identified by the
The
ゲイン調整部23では、制御器選択部22から出力される選択信号に基づいて、選択されるフィードフォワード制御器4a〜4c、フィードバック制御器8a〜8f、非線形補償器12a〜12c、および電流制御器に含まれるトルクフィルタのゲインを調整する。 このゲインの調整は、まず、仕様、周波数特性、参照モデル、イナーシャ、外乱特性に基づいて初期ゲインを設定する。次に初期ゲインを用いた制御動作を実行し、フィードバック制御部6から出力される補償済みトルク指令と位置検出器17から出力される位置検出信号とをゲイン調整部23に入力し、動作確認を行う。許容されないオーバーシュートや振動が認められる場合にはゲインの変更と動作確認を繰り返してゲインを調整し最終ゲインを設定する。
In the
次に主制御装置15内のフィードフォワード制御部2の詳細について説明する。
調整装置19内の制御部選択部22からの選択信号により、フィードフォワード制御部2は、1つのフィードフォワード制御器4a〜4cを選択するが、この選択は、モデル同定部21から出力される参照モデルに応じて、剛体、2慣性、3慣性モデル用フィードフォワード制御器4a〜4cを選択する。図3はフィードフォワード制御部2の詳細を説明するブロック図である。なお、sはラプラス演算子を示す。
フィードフォワード制御器4aは、剛体モデル用のフィードフォワード制御器であり、位置指令を目標応答周波数ω0を含む4次のローパスフィルタに通したものを位置フィードフォワード指令θr、位置フィードフォワード指令θrを微分したものを速度フィードフォワード指令ωr、速度フィードフォワード指令ωrを微分して制御対象18から同定されたモデルイナーシャJmを掛けたものをトルクフィードフォワード指令τrとして、フィードフォワード信号(位置フィードフォワード指令θr、速度フィードフォワード指令ωr、トルクフィードフォワード指令τr)を出力する。
Next, details of the
The
The
フィードフォワード制御器4bは、2慣性モデル用のフィードフォワード制御器であり、位置指令を目標応答周波数ω0を含む4次のローパスフィルタと、同定されたモデルの***振周波数ωz、粘性係数cを含む2次フィルタとに通したものを位置フィードフォワード指令θr、位置フィードフォワード指令θrを微分したものを速度フィードフォワード指令ωr、位置指令を目標応答周波数ω0を含む4次のローパスフィルタと、同定されたモデルの共振周波数ωp、粘性係数cを含む2次フィルタとに通したものを2階微分してモデルイナーシャJmを掛けたものをトルクフィードフォワード指令τrとしてフィードフォワード信号を出力する。
フィードフォワード制御器4cは、3慣性モデル用のフィードフォワード制御器であり、位置指令を目標応答周波数ω0、モデルの共振周波数ωp2、粘性係数c2を含む6次のフィルタと、モデルの***振周波数ωz、粘性係数cを含む2次フィルタとに通したものを位置フィードフォワード指令θr、位置フィードフォワード指令θrを微分したものを速度フィードフォワード指令ωr、目標応答周波数ω0、モデルの共振周波数ωp2、粘性係数c2を含む6次のフィルタと、もう一方のモデルの共振周波数ωp、粘性係数cを含む2次フィルタとに通したものを2階微分してモデルイナーシャJmを掛けたものをトルクフィードフォワード指令τrとしてフィードフォワード信号を出力する。
The
次に主制御装置15内のフィードバック制御部6の詳細について説明する。
調整装置19内の制御部選択部22からの選択信号により、フィードバック制御部6は、1つのフィードバック制御器8a〜8fを選択する。フィードバック制御部6には、検出器(位置検出器17)がモータエンコーダだけの場合のフィードバック制御器8a、8b、8cと、検出器がモータエンコーダと負荷側のリニアスケールなどの検出器とがある場合のフィードバック制御器8d、8e、8fが備えられている。
Next, details of the
The
図4はフィードバック制御部6の詳細を説明するブロック図である。検出器がモータエンコーダだけの場合で、重力や摩擦以外の外乱が作用している場合には外乱抑制機能を持つフィードバック制御器8bが選択される。検出器がモータエンコーダだけの場合で、モデルが2慣性に近似でき、かつ、モデルの共振周波数とモデルの***振周波数が一定の割合にある場合には外乱オブザーバを含むフィードバック制御器8cが選択される。それら以外で検出器がモータエンコーダだけの場合には、フィードバック制御器8aが選択される。
負荷側にも検出器がある場合で、電動機16と負荷との間に機械共振が1つだけ存在する場合には状態フィードバックを行うフィードバック制御器8fが選択される。電動機16と負荷との間に複数の機械共振が存在する場合には、ハイパスフィルタを通した電動機側位置検出値と、ローパスフィルタを通した負荷側位置検出値を位置フィードバックに用いるフィードバック制御器8eが選択される。それら以外で負荷側にも検出器がある場合には、フィードバック制御器8dが選択される。
FIG. 4 is a block diagram illustrating details of the
When there is a detector on the load side and there is only one mechanical resonance between the
フィードバック制御器8aでの制御演算を以下に説明する。
位置フィードフォワード指令θrから電動機側位置検出値θmを減算したものに位置比例ゲインKpを積算して速度指令を生成する。この速度指令に速度フィードフォワード指令ωrに速度フィードフォワードゲインFFvを積算したものを加算し、さらに電動機側位置検出値θmの微分値を減算して速度誤差信号を生成する。速度誤差信号に速度比例ゲインKvを積算したものと、速度誤差信号の積分値に速度比例ゲインKvと速度積分ゲインKiを積算したものとを加算してトルク指令を計算する。このトルク指令に、トルクフィードフォワード指令τrと、非線形補償部10からの出力である非線形補償トルクτcを加算したものを、補償済みトルク指令τ*として出力する。
The control calculation in the feedback controller 8a will be described below.
A speed command is generated by adding a position proportional gain Kp to a value obtained by subtracting the motor side position detection value θm from the position feedforward command θr. A speed error signal is generated by adding the speed feedforward command ωr to the speed feedforward gain FFv and adding the differential value of the motor side position detection value θm to the speed command. The torque command is calculated by adding the speed error gain Kv integrated to the speed error signal and the speed error signal integrated value adding the speed proportional gain Kv and the speed integral gain Ki. The torque command obtained by adding the torque feedforward command τr and the nonlinear compensation torque τc output from the
フィードバック制御器8bはフィードバック制御器8aのトルク指令演算を変更したものである。速度誤差信号に速度比例ゲインKvを積算したものと、速度誤差信号の積分値に速度比例ゲインKvと速度積分ゲインKiを積算したものとの加算値に、この加算値を時定数ωdのローパスフィルタに通したものに第2の速度比例ゲインKv2を積算したものを加算したものをトルク指令とする。他の部分はフィードバック制御器8aと同様である。
フィードバック制御器8cは、フィードバック制御器8aに外乱オブザーバを追加したものである。補償済みトルク指令τ*から電動機側位置検出値θmの2階微分値に電動機側イナーシャJMを積算したものを減算し、時定数ωq、ゲインKoのローパスフィルタに通して推定外乱を演算する。トルク指令に、トルクフィードフォワード指令τrと非線形補償トルクτcと推定外乱を加算したものを補償済みトルク指令τ*として出力する。他の部分はフィードバック制御器8aと同様である。
The
The
フィードバック制御器8dは、位置フィードフォワード指令θrから負荷側位置検出値θlを減算したものに位置比例ゲインKpを積算して速度指令を生成する。この速度指令に速度フィードフォワード指令ωrに速度フィードフォワードゲインFFvを積算したものを加算し、さらに電動機側位置検出値θmの微分値を減算して速度誤差信号を生成する。他の部分はフィードバック制御器8aと同様である。
フィードバック制御器8eは、位置フィードフォワード指令θrから、負荷側位置検出値θlを時定数ωLのローパスフィルタに通したものと電動機側位置検出値θmを時定数ωLのハイパスフィルタに通したものとの加算値を減算したものに、位置比例ゲインKpを積算して速度指令を生成する。他の部分はフィードバック制御器8aと同様である。
フィードバック制御器8fは、負荷側位置検出値θlからモータ側位置検出値θmを減算して捻れ量を計算する。この捻れ量に捻れ位置ゲインKspを積算したものと、捻れ量の微分値に捻れ速度ゲインKsvを積算したものとの加算値に、速度誤差信号に速度比例ゲインKvをを積算したものと、速度誤差信号の積分値に速度比例ゲインKvと速度積分ゲインKiとを積算したものとを加算してトルク指令を計算する。他の部分はフィードバック制御器8aと同様である。
The
From the position feedforward command θr, the feedback controller 8e is configured such that the load side position detection value θl is passed through a low-pass filter with a time constant ωL and the motor side position detection value θm is passed through a high-pass filter with a time constant ωL. A speed command is generated by adding the position proportional gain Kp to the value obtained by subtracting the added value. Other parts are the same as those of the feedback controller 8a.
The
次に主制御装置15内の非線形補償部10の詳細について説明する。
調整装置19内の制御部選択部22からの選択信号により、非線形補償部10は、1つの非線形補償器12a〜12c、あるいは何も接続しない状態を選択する。
非線形補償部10には、摩擦補償用の非線形補償器12a、重力補償用の非線形補償器12b、および外部入力用の非線形補償器12cが備えられる。制御対象18の外乱特性の同定結果に基づいて、電動機16の移動方向に応じて符号が変化する摩擦が作用している場合には非線形補償器12aを選択する。また、重力が作用している場合には非線形補償器12bを選択する。ワークの搭載/非搭載によりイナーシャが変動する場合や、リンク機構で状態によりイナーシャが変動する場合で、指令発生部1から外部補償トルクが与えられる場合には、非線形補償器12cを選択する。外乱がない場合には非接続を選択する。
Next, details of the
Based on a selection signal from the control
The
図5は非線形補償部10の詳細を説明するブロック図である。
非線形補償器12aは、位置フィードフォワード指令θrあるいは電動機側位置検出値θmを位置信号θとして入力し、位置信号θの微分値の符号を符号判別関数sign(・)で判別し、判別した0か1か−1の符号信号に摩擦補償ゲインfrcを積算して非線形補償トルクτcとして出力する。符号判別関数sign(・)は、初期出力が0で、入力が正の場合には1を、入力が負の場合には−1を、入力が0の場合にはそれまでと同じ値を出力する関数である。
非線形補償器12bは、常時一定の重力補償トルクGrvを非線形補償トルクτcとして出力する。
非線形補償器12cは、外部から入力される外部補償トルクτoをそのまま非線形補償トルクτcとして出力する。
FIG. 5 is a block diagram illustrating details of the
The
The
The nonlinear compensator 12c outputs the external compensation torque τo input from the outside as it is as the nonlinear compensation torque τc.
以上のように、この実施の形態では、調整装置19により、フィードフォワード制御器4a〜4c、フィードバック制御器8a〜8f、非線形補償器12a〜12cの構造を自動で選択するため、各制御部2、6、10で用いる制御器を、制御対象18に応じて自動的に切り替え選択して設定することが可能になり、多種多様な制御対象18を高性能に制御できる自由度の高い電動機制御が実現できる。
また、仕様入力部20の一部が選択式入力であるため、簡単な操作で制御対象18に関する仕様情報を入力することができ、操作性が良く自動化が促進できる。
さらに、モデル同定部21は、位置検出信号から計算される速度と補償済みトルク指令との相関度を確認しながら振幅を大きくし、また計測周波数帯域を限定した高分解能なモデル同定動作を繰り返し実施するため、制御対象18の周波数特性を高精度に同定することができる。
また、モデル同定部21が同定した周波数特性を指令発生部1に転送し、指令発生部1が同定した周波数特性に基づいて指令を発生するため、制御対象18の振動を抑制することが可能となり、制御対象18を高速高精度に動作させることができる。
As described above, in this embodiment, the
Further, since a part of the
Further, the
Moreover, since the frequency characteristic identified by the
またさらに、調整装置19において、各制御部2、6、10で用いる制御器及び電流制御器14で用いるゲインの自動調整を行うようにしたため、制御器の選択、および各制御器で用いるゲインの調整の双方を自動設定でき、一層自動化が促進された高精度で自由度の高い電動機制御が得られる。
さらに、ゲイン調整部23は同定されたモデルに基づいて制御系ゲインの初期値を設定した後に、動作確認を行いながらゲインを微調整を実施するため、同定されたモデルに誤差が含まれている場合でも、適切なゲインを設定することができる。
Furthermore, since the
Furthermore, since the
なお、上記実施の形態は、非線形補償部10を備えていない電流制御装置にも適用でき、その場合、外乱がなくフィードバック制御部6での制御において外乱を考慮しない場合は、モデル同定部21で制御対象18の外乱特性を同定しなくて良い。
The above embodiment can also be applied to a current control device that does not include the
実施の形態2.
上記実施の形態1では、フィードフォワード制御部2、フィードバック制御部6、非線形補償部10は、それぞれ複数の機器構成と入力切替スイッチ、出力切替スイッチとを備えて、調整装置19内の制御器選択部22からの選択信号により、選択された機器に入力と出力を切り替えていたが、フィードフォワード制御部2、フィードバック制御部6、および非線形補償部10を、それぞれ複数のパラメータを切り替え選択できる1つの機器で構成して、同様の制御を実現することができる。
図6は、この発明の実施の形態2による電動機制御装置を示すブロック図である。
図に示すように、主制御装置15aにおいて、フィードフォワード制御部2aをフィードフォワード制御器4dで構成し、フィードバック制御部6aをフィードバック制御器8gで構成し、非線形補償部10aを非線形補償器12dで構成する。その他の部分は、上記実施の形態1で示したものと同様である。この実施の形態では、フィードフォワード制御部2a、フィードバック制御部6a、非線形補償部10aを、それぞれ物理的な回路構成として1つの機器で構成し、それぞれ複数のパラメータ(ゲイン)を切り替え選択することで、複数の機器機能を実現させる。
In the first embodiment, each of the
FIG. 6 is a block diagram showing an electric motor control apparatus according to
As shown in the figure, in the
図7はフィードフォワード制御器4dの構成を示すブロック図である。ここで、Tp2(=1/ωp2)、Tp(=1/ωp)は制御対象18の共振周期、Tz(=1/ωz)は制御対象18の***振周期、c、c2は粘性係数である。制御対象18が剛体に近似できる場合には、c2=0、Tp=0、Tz=0、c=0とすることでフィードフォワード制御器4dは、上記実施の形態1で示したフィードフォワード4aと同じ機能を持つ。制御対象18が2慣性に近似できる場合にはc2=0とすることで、フィードフォワード制御器4dは、上記実施の形態1で示したフィードフォワード4bと同じ機能を持つ。制御対象18が3慣性に近似できる場合には、すべてのパラメータを適切に設定することで、フィードフォワード制御器4dは、上記実施の形態1で示したフィードフォワード4cと同じ機能を持つ。
このように、フィードフォワード制御器4dは、複数のパラメータ(ゲイン)を切り替え選択することにより3個のフィードフォワード制御器4a〜4cの機能を備え、この切り替えは、調整装置19内の制御器選択部22からの選択信号により行う。
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the
As described above, the
図8はフィードバック制御器8gの構成を示すブロック図である。ここで、TL(=1/ωL)は位置検出値用フィルタの時定数、KLは位置検出器切り替え用ゲインである。また、位置比例ゲインKp、速度比例ゲインKv、速度積分ゲインKi、速度フィードフォワードゲインFFvは共通で用いる。
フィードバック制御器8gが上記実施の形態1で示したフィードバック制御器8aと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL=1、位置検出値用フィルタの時定数TLは任意、第2速度比例ゲインKv2=0、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp=0、捻れ速度ゲインKsv=0と設定すればよい。
フィードバック制御器8gが上記実施の形態1で示したフィードバック制御器8bと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL=1、位置検出値用フィルタの時定数TLは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp=0、捻れ速度ゲインKsv=0と設定し、第2速度比例ゲインKv2と時定数ωdに適切な値を設定すればよい。
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the
In order for the
In order for the
また、フィードバック制御器8gが上記実施の形態1で示したフィードバック制御器8cと等価となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL=1、位置検出値用フィルタの時定数TLは任意、第2速度比例ゲインKv2=0、時定数ωdは任意、捻れ位置ゲインKsp=0、捻れ速度ゲインKsv=0と設定し、外乱オブザーバゲインKoと時定数ωqに適切な値を設定すればよい。
フィードバック制御器8gが上記実施の形態1で示したフィードバック制御器8dと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL=0、位置検出値用フィルタの時定数TL=0、第2速度比例ゲインKv2=0、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp=0、捻れ速度ゲインKsv=0と設定すればよい。
フィードバック制御器8gが上記実施の形態1で示したフィードバック制御器8eと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL=0、第2速度比例ゲインKv2=0、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意、捻れ位置ゲインKsp=0、捻れ速度ゲインKsv=0と設定し、位置検出値用フィルタの時定数TLに適切な値を設定すればよい。
In order for the
In order for the
In order for the
フィードバック制御器8gが上記実施の形態1で示したフィードバック制御器8fと等価な制御器となるためには、位置検出器切り替え用ゲインKL=0、位置検出値用フィルタの時定数TL=0、第2速度比例ゲインKv2=0、時定数ωdは任意、外乱オブザーバゲインKo=0、時定数ωqは任意に設定し、捻れ位置ゲインKspと捻れ速度ゲインKsvに適切な値を設定すればよい。
このように、フィードバック制御器8gは、複数のパラメータ(ゲイン)を切り替え選択することにより6個のフィードバック制御器8a〜8fの機能を備え、この切り替えは、調整装置19内の制御器選択部22からの選択信号により行う。
In order for the
As described above, the
図9は非線形補償器12dの構成を示すブロック図である。ここで、Kθは移動方向判定用の位置信号を切り替えるゲインであり、Kτは外部補償トルクを切り替えるゲインである。なお、非線形補償を加えない場合には、Kθは任意、Kτ=0、Frc=0、Grv=0と設定すればよい。
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the
非線形補償器12dが上記実施の形態1で示した非線形補償器12aと等価な非線形補償器となるためには、移動方向判定用の信号を位置フィードフォワード指令θrとする場合にはKθ=1、移動方向判定用の信号を電動機位置検出信号θmとする場合にはKθ=0と設定し、その他のゲインはKτ=0、Grv=0とし、Frcに適切な値を設定すればよい。
非線形補償器12dが上記実施の形態1で示した非線形補償器12bと等価な非線形補償器となるためには、Kθは任意、Kτ=0、Frc=0、とし、Grvに適切な値を設定すればよい。
非線形補償器12dが上記実施の形態1で示した非線形補償器12cと等価な非線形補償器となるためには、Kθは任意、Kτ=1、Frc=0、Grv=0と設定すればよい。
このように、非線形補償器12dは、複数のパラメータ(ゲイン)を切り替え選択することにより3個の非線形補償器12a〜12cの機能を備え、この切り替えは、調整装置19内の制御器選択部22からの選択信号により行う。
In order for the
In order for the
In order for the
As described above, the
以上のように、フィードフォワード制御部2a、フィードバック制御部6a、非線形補償部10aを、それぞれ複数のパラメータを切り替え選択できる1つの機器で構成して、上記実施の形態1と同様の制御を実現したため、上記実施の形態1と同様の効果が得られると共に、装置構成が簡略になる。また電動機制御装置内の演算処理部(図示せず)がメモリ容量を低減することができる。 As described above, the feedforward control unit 2a, the feedback control unit 6a, and the nonlinear compensation unit 10a are configured by one device that can switch and select a plurality of parameters, respectively, thereby realizing the same control as in the first embodiment. The same effects as those of the first embodiment can be obtained, and the apparatus configuration is simplified. In addition, an arithmetic processing unit (not shown) in the motor control device can reduce the memory capacity.
1 指令発生部、2,2a フィードフォワード制御部、
4a〜4d フィードフォワード制御器、6,6a フィードバック制御部、
8a〜8g フィードバック制御器、10,10a 非線形補償部、
12a〜12d 非線形補償器、3,7,11 入力切替スイッチ、
5,9,13 出力切替スイッチ、14 電流制御部、15,15a 主制御装置、
16 電動機、17 検出器、18 制御対象、19 調整装置、20 仕様入力部、
21 モデル同定部、22 制御器選択部、23 ゲイン選択部、
24 加振信号発生部。
1 command generation unit, 2, 2a feedforward control unit,
4a to 4d feedforward controller, 6, 6a feedback control unit,
8a to 8g feedback controller, 10, 10a nonlinear compensation unit,
12a to 12d nonlinear compensator, 3, 7, 11 input selector switch,
5, 9, 13 Output selector switch, 14 Current control unit, 15, 15a Main control device,
16 motors, 17 detectors, 18 controlled objects, 19 adjusting devices, 20 specification input units,
21 Model identification unit, 22 Controller selection unit, 23 Gain selection unit,
24 Excitation signal generator.
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