JP4446253B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
図6は、特許文献1に係るモータ制御装置のブロック線図を示している。この図6において、Ia refは制御電流指令値、Iaは制御電流、Ktはモータ601のトルク定数、Jは回転回りの慣性モーメント、Dは回転軸回りの機械系の粘性係数、Fは回転軸回りのクーロン摩擦力、Textは負荷トルク、sはラプラス演算子、ωは角速度を示している。この制御装置において、上記モータ601に作用する負荷602の全トルクはText+F+(Js+D)ωと表される。
このモータ制御装置は、負荷に摩擦等の変化の速い外乱が加わった場合に、オブザーバの推定遅れによる位置偏差が生じる前に、上記変化の速い外乱の影響を打ち消すためのパルス状の補償トルクを発生して外乱によるトルク変動を補うので、摩擦の大きい構造を有する機械系を位置決め制御する際に、負荷にかかる外乱成分を外乱オブザーバの出力のみで打ち消すことが可能になる。
また、上記特許文献2に係るモータ制御装置は、上記パルス状の補償トルクの大きさおよび時間を機械系の摩擦の量とオブザーバの時定数に応じて調整しなければならないという手間を必要とし、しかも、動摩擦の変動にロバストでないという問題点を持つ。
また、本発明の目的は、動摩擦の変動に対してロバストに動作することができるモータ制御装置を提供することにある。
さらに、本発明の目的は、電源を立ち上げた初期状態から動摩擦分の外乱を調整なしに補償することが可能なモータ制御装置を提供することにある。
前記モータが停止状態にあることおよび該モータが停止状態から動作したことを判定する判定手段と、
前記判定手段が前記モータの停止状態を判定したときの前記外乱オブザーバの推定外乱に基づいて、前記負荷に作用する動摩擦力に対応する第1の値を設定する手段と、
前記第1の値に所定の第2の値を加算する加算手段と、
前記判定手段が前記停止状態からのモータの動作を判定したときに、前記加算手段の加算結果を前記初期値として前記積分器に入力するスイッチ手段と、
を備え、
前記第2の値は、前記第1の値との加算結果が前記負荷に作用する最大静止摩擦力に対応する値となるように設定され、
前記第1の値を設定する手段は、下式に従って平均推定外乱T dis-av を演算し、この平均推定外乱T dis-av を前記第1の値T dis-av として設定するように構成されている。
T dis-av =〔T dis-av (−1)+|T dis |〕/2
ただし、T dis は、前記判定手段が前記モータの停止状態を判定したときの前記外乱オブザーバの推定外乱である。また、T dis-av (−1)は、前記判定手段が前記モータの前回の停止状態を判定したときの平均推定外乱の履歴である。
前記モータが停止状態にあることおよび該モータが停止状態から動作したことを判定する判定手段と、
前記判定手段が前記モータの停止状態を判定したときの前記外乱オブザーバの推定外乱に基づいて、前記負荷に作用する動摩擦力に対応する第1の値を設定する第1の値設定手段と、
前記判定手段が前記モータの停止状態を判定する度に設定される前記第1の値を、先に設定された該値を後で演算された該値で更新する形態で記憶する不揮発性メモリと、
電源投入後、前記判定手段が前記モータが停止状態から動作したことを判定するまでの間、前記不揮発性メモリに記憶された第1の値に所定の第2の値を加算し、その後、第1の値設定手段で設定される前記第1の値に前記所定の第2の値を加算する加算手段と、
前記判定手段が前記停止状態からのモータの動作を判定したときに、前記加算手段の加算結果を前記初期値として前記積分器に入力するスイッチ手段と、
を備え、
前記第2の値は、前記第1の値との加算結果が前記負荷に作用する最大静止摩擦力に対応する値となるように設定され、
前記第1の値を設定する手段は、下式に従って平均推定外乱T dis-av を演算し、この平均推定外乱T dis-av を前記第1の値T dis-av として設定するように構成されている。
T dis-av =〔T dis-av (−1)+|T dis |〕/2
ただし、T dis は、前記判定手段が前記モータの停止状態を判定したときの前記外乱オブザーバの推定外乱である。また、T dis-av (−1)は、前記判定手段が前記モータの前回の停止状態を判定したときの平均推定外乱の履歴である。
また、請求項4に記載されたモータ制御装置によれば、上記効果に加えて、動摩擦の変化に対してロバストに動作することが可能になり、さらに、請求項5に記載されたモータ制御装置によれば、電源を立ち上げた初期状態から動摩擦分の外乱を調整なしに補償することが可能になる。
図1は、本発明に係るモータ制御装置の第1の実施形態を示すブロック図である。このモータ制御装置は、負荷機械102に連結されたモータ101を制御して該負荷機械を位置決めするものであり、位置検出器103、トルク制御器104、速度検出器105、指令信号発生器106、位置制御器107、フィードフォワード制御器108、速度制御器109、外乱オブザーバ110および初期値設定器111を備えている。
速度検出器105は、位置検出器103で検出されたモータ101の位置θmを入力し、このモータ位置θmの時間変化(微分演算などで得られる)をモータ101の速度ωmとして出力する。
指令信号発生器106は、負荷機械102を目標位置まで動作させるために必要なモータの移動量を示す位置指令θrを生成する。
フィードフォワード制御器108は、負荷機械102のモデルである伝達特性の逆システムを用いて、位置指令θrに追従するために必要なフィードフォワード速度指令ωfおよびフィードフォワードトルク指令Tfを生成する。
位置制御器107は、位置指令θrと位置検出器103で検出されたモータ位置θmの偏差を入力し、この偏差をゼロにするためのフィードバック速度指令値ωbを生成して出力する。
加算器113は、上記フィードバックトルク指令値Tbと、フィードフォワードトルク指令値Tfと、外乱オブザーバ302から出力される推定外乱トルクTdisとを足し合わせたトルク指令値Trを生成し、このトルク指令値Trをトルク制御器104および外乱オブザーバ110に入力する。
この外乱オブザーバ110で推定され出力される外乱トルクTdisは、下式(1)で与えられる。
Tdis=ω0(sJnωm−Tm´)/(s+ω0) (1)
ここで、sはラプラス演算子、Jnはモータ101および負荷機械102から求められるモータ軸換算総慣性モーメント量のノミナル値、ω0は外乱トルクTdisが推定されるまでの時定数である。
そこで、上記外乱オブザーバ110では、微分演算を避けるため、等価変換を行って積分器301による積分演算を行うようにしている。積分器301に入力される初期値Tiniは、積分器301の値を速やかに修正するものであり、図1に示す初期値設定器111より与えられる。
モータ動作判定器201は、入力されるモータ位置θmの時間変化に基づいて、モータ101が停止状態から動作したことを判定し、かつ、モータ101の動作方向(回転方向)を検出するように構成されている。
この第2の実施形態に係るモータ制御装置も初期値T iniを設定する初期値設定器411を備えている。
平均化・記録装置504は、外乱オブザーバ110によって推定される外乱Tdisを入力し、モータ動作判定器501からモータ101の停止状態を示す信号が入力された際に、下式(2)に示す平均推定外乱Tdis-avを演算して、その演算結果をメモリに記録保持する。
Tdis-av=〔Tdis-av(−1)+|Tdis |〕/2 (2)
ただし、Tdis-av(−1)は、モータ動作判定器501がモータ101の前回の停止状態を判定したときの平均推定外乱の履歴である。
これにより、制御システムの電源がオフされたときには、モータ101が最後に停止状態になった時点での平均推定外乱Tdis-avが上記不揮発性メモリに記憶されていることになり、これが上記事前に動作していたときの平均推定外乱Tdis-avに対応する。
なお、上記平均化・記録装置504は、電源投入後、モータ101が初期動作するまでの間、上記不揮発性メモリの記憶内容を出力し、それ以後は、前記平均推定外乱Tdis-avを出力する。
また、図3に示す初期値設定器111に入力する摩擦補償値Tcmpは、最大静止摩擦力に対応する値でなくても良い。すなわち、この摩擦補償値Tcmpは、モータ101が停止状態から動作した場合の静止摩擦外乱の影響が軽減できる適宜な値に設定すれば良い。同様に、図5に示す初期値設定器411に入力する摩擦補償値Tcmpも、モータ101が停止状態から動作した場合の静止摩擦外乱の影響が軽減できる適宜な値に設定すれば良い。
さらに、図5に示す初期値設定器411では、平均化・記録装置504から前記式(2)で表される平均推定外乱Tdis-avを出力させているが、この平均推定外乱Tdis-avに代えて、モータ101が停止状態になったときの外乱オブザーバ110の出力Tdisを出力させても良い。
102 負荷機械
103 位置検出器
104 トルク制御器
105 速度検出器
106 指令信号発生器
107 位置制御器
108 フィードフォワード制御器
109 速度制御器
110 外乱オブザーバ
111,411 初期値設定器
201,501 モータ動作判定器
202,502 スイッチ
504 平均化・記録装置
505 加算器
Claims (3)
- 負荷に作用する外乱トルクを推定する外乱オブザーバを備え、この外乱オブザーバの推定外乱に基づいて外乱成分を打ち消すように構成されたモータ制御装置において、
前記外乱オブザーバ内に設けられた積分器の初期値を設定する初期値設定手段を設け、この初期値設定手段は、
前記モータが停止状態にあることおよび該モータが停止状態から動作したことを判定する判定手段と、
前記判定手段が前記モータの停止状態を判定したときの前記外乱オブザーバの推定外乱に基づいて、前記負荷に作用する動摩擦力に対応する第1の値を設定する手段と、
前記第1の値に所定の第2の値を加算する加算手段と、
前記判定手段が前記停止状態からのモータの動作を判定したときに、前記加算手段の加算結果を前記初期値として前記積分器に入力するスイッチ手段と、
を備え、
前記第2の値は、前記第1の値との加算結果が前記負荷に作用する最大静止摩擦力に対応する値となるように設定され、
前記第1の値を設定する手段は、下式に従って平均推定外乱Tdis-avを演算し、この平均推定外乱Tdis-avを前記第1の値Tdis-avとして設定するように構成されていることを特徴とするモータ制御装置。
Tdis-av=〔Tdis-av(−1)+|Tdis|〕/2
ただし、Tdisは、前記判定手段が前記モータの停止状態を判定したときの前記外乱オブザーバの推定外乱である。また、Tdis-av(−1)は、前記判定手段が前記モータの前回の停止状態を判定したときの平均推定外乱の履歴である。 - 負荷に作用する外乱トルクを推定する外乱オブザーバを備え、この外乱オブザーバの推定外乱に基づいて外乱成分を打ち消すように構成されたモータ制御装置において、
前記外乱オブザーバ内に設けられた積分器の初期値を設定する初期値設定手段を設け、この初期値設定手段は、
前記モータが停止状態にあることおよび該モータが停止状態から動作したことを判定する判定手段と、
前記判定手段が前記モータの停止状態を判定したときの前記外乱オブザーバの推定外乱に基づいて、前記負荷に作用する動摩擦力に対応する第1の値を設定する第1の値設定手段と、
前記判定手段が前記モータの停止状態を判定する度に設定される前記第1の値を、先に設定された該値を後で演算された該値で更新する形態で記憶する不揮発性メモリと、
電源投入後、前記判定手段が前記モータが停止状態から動作したことを判定するまでの間、前記不揮発性メモリに記憶された第1の値に所定の第2の値を加算し、その後、第1の値設定手段で設定される前記第1の値に前記所定の第2の値を加算する加算手段と、
前記判定手段が前記停止状態からのモータの動作を判定したときに、前記加算手段の加算結果を前記初期値として前記積分器に入力するスイッチ手段と、
を備え、
前記第2の値は、前記第1の値との加算結果が前記負荷に作用する最大静止摩擦力に対応する値となるように設定され、
前記第1の値を設定する手段は、下式に従って平均推定外乱Tdis-avを演算し、この平均推定外乱Tdis-avを前記第1の値Tdis-avとして設定するように構成されていることを特徴とするモータ制御装置。
Tdis-av=〔Tdis-av(−1)+|Tdis|〕/2
ただし、Tdisは、前記判定手段が前記モータの停止状態を判定したときの前記外乱オブザーバの推定外乱である。また、Tdis-av(−1)は、前記判定手段が前記モータの前回の停止状態を判定したときの平均推定外乱の履歴である。 - 前記初期値設定手段は、前記外乱オブザーバを有する位置決め制御系に設けられることを特徴とする1または2に記載のモータ制御装置。
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