JP4988405B2 - Motor control device - Google Patents
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Description
本発明は、モータ制御装置に関する。より詳しくは、モータの回転をクランク機構等を介してスライドの往復運動に変換してプレス加工を行うプレス機械等に利用されるモータの制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device. More specifically, the present invention relates to a motor control device used in a press machine or the like that performs press processing by converting rotation of a motor into a reciprocating motion of a slide via a crank mechanism or the like.
従来より、誘導モータ或いは同期モータ等を使用して位置と速度を制御するためのモータ制御方式において、図７に示すように、例えばＫｐ（比例ゲイン）で示した比例制御器４で代表させて示すフィードバック制御に、Ｋｆ（フィードフォワードゲイン）で代表させて示したフィードフォワード補正器１０によるフィードフォワード制御を組み合わせることで、速度指令に対する制御対象の追従性を高めるようにしたモータ制御方式が知られている。 Conventionally, in a motor control system for controlling position and speed using an induction motor or a synchronous motor, as shown in FIG. 7, for example, a proportional controller 4 represented by Kp (proportional gain) is used as a representative. A motor control system is known in which the feedback control shown in FIG. 5 is combined with the feedforward control by the feedforward corrector 10 typified by Kf (feedforward gain) to improve the followability of the control target with respect to the speed command. ing.
かかるモータ制御方式は、図７に示したように、パルス発生器１から速度指令（モータ回転軸の単位時間当たりの移動（回転）量指令）が出力される。しかし、前記移動量指令と実際の移動量には必ず時間遅れ分が存在する。 In such a motor control system, as shown in FIG. 7, a speed command (movement (rotation) amount command per unit time of the motor rotation shaft) is output from the pulse generator 1. However, there is always a time delay between the movement amount command and the actual movement amount.
このため、制御対象であるプレス機械７のモータ２００の速度制御手段６には、前記単位時間当たりの移動量指令を、この時間遅れ分を補うように予め定めたＫｆで補正するフィードフォワード補正器１０によって補正した補正後の移動量指令が、加算器５を介して入力されるようになっている。そして、この補正後の移動量指令に従って、図３に概略的に示したようなプレス機械７のスライド１００の動作が制御されるように構成されている。 For this reason, the speed control means 6 of the motor 200 of the press machine 7 to be controlled has a feedforward corrector that corrects the movement amount command per unit time with a predetermined Kf so as to compensate for this time delay. The corrected movement amount command corrected by 10 is input via the adder 5. And according to this movement amount command after correction | amendment, it is comprised so that operation | movement of the slide 100 of the press machine 7 as schematically shown in FIG. 3 may be controlled.
一方、前記補正後の移動量指令に従って動作されたスライド１００の実際の位置が位置検出器８によって検出され、パルス発生器１からの前記移動量指令と、当該実際に検出されたスライド１００の実際の移動量と、が加算器２を含んで構成される偏差演算手段３に入力されるようになっている。 On the other hand, the actual position of the slide 100 operated in accordance with the corrected movement amount command is detected by the position detector 8, and the movement amount command from the pulse generator 1 and the actually detected slide 100 are actually detected. Are input to the deviation calculating means 3 including the adder 2.
この偏差演算手段３では、パルス発生器１からの前記移動量指令と、実際に検出されたスライド１００の実際の移動量と、の偏差を求め、その偏差に基づく値を比例制御器４に出力する。比例制御器４では、制御の追従性や安定性等を考慮しつつ、偏差演算手段３から入力された値をＫｐで補正して、加算器５へ出力する。 In this deviation calculation means 3, the deviation between the movement amount command from the pulse generator 1 and the actually detected movement amount of the slide 100 is obtained, and a value based on the deviation is output to the proportional controller 4. To do. The proportional controller 4 corrects the value input from the deviation calculating means 3 with Kp, taking into account the control followability and stability, and outputs the result to the adder 5.
加算器５では、前記フィードフォワード補正器１０において時間遅れ分を補うようにＫｆにより補正された補正後の移動量指令を、比例制御器４において移動量指令と実際の移動量との偏差を無くすように定められた値によって補正し、その補正後の移動量指令を速度制御手段６へ出力する。 In the adder 5, the corrected movement amount command corrected by Kf so as to compensate for the time delay in the feedforward correction unit 10 is eliminated, and the deviation between the movement amount command and the actual movement amount is eliminated in the proportional controller 4. Thus, the corrected movement amount command is output to the speed control means 6.
これにより、プレス機械７のスライド１００は、パルス発生器１からの移動量指令に対して遅れを持たず、かつ、実際の移動量が目標となる移動量指令値によく追従して、正確に動作されることになる。 Thereby, the slide 100 of the press machine 7 does not have a delay with respect to the movement amount command from the pulse generator 1, and the actual movement amount closely follows the target movement amount command value. Will be operated.
しかし、かかる制御方式では、加算器５において、常に、フィードフォワード補正器１０の出力と、比例制御器４からの偏差分を補正するための値と、が加算されるため、フィードフォワード補正器１０のフィードフォワード補正値（或いはＫｆの値）が大きいと、速度が目標値に到達する位置で、図７において楕円で囲った部分に示すようなオーバシュートやアンダーシュート（以下、代表的にオーバシュートと言う場合もある）を発生させ、モータ２００に振動などを発生させてしまう惧れがある。なお、このオーバシュートやアンダーシュートを小さくするために、フィードフォワード補正値（或いはＫｆの値）を小さくすると、今度は、時間遅れ分を良好に補えなくなるという相反する特性がある。 However, in such a control method, the adder 5 always adds the output of the feedforward corrector 10 and the value for correcting the deviation from the proportional controller 4. When the feedforward correction value (or the value of Kf) is large, an overshoot or undershoot (hereinafter, typically an overshoot) as shown by a portion surrounded by an ellipse in FIG. 7 at a position where the speed reaches the target value. There is a possibility that the motor 200 may generate vibration and the like. If the feedforward correction value (or the value of Kf) is reduced to reduce this overshoot or undershoot, there is a conflicting characteristic that the time delay cannot be compensated well.
このように制御対象がオーバシュートしてモータ２００に振動を発生させる惧れを抑制する技術として、例えば、特許文献１に記載されるようなものが提案されている。
このものは、トルク指令のオーバシュート量に着目して、位置と速度制御系の双方でフィードフォワード制御によるモータの振動を抑制するようにしている。
This system pays attention to the overshoot amount of the torque command, and suppresses the vibration of the motor due to the feedforward control in both the position and speed control systems.
ところで、プレス機械７のスライド１００を駆動する場合は、図３に示したように、モータ２００の回転動力をスライド１００の往復運動に変換するクランク機構３００やリンク機構(図示せず)などが用いられる。 When the slide 100 of the press machine 7 is driven, a crank mechanism 300 or a link mechanism (not shown) that converts the rotational power of the motor 200 into the reciprocating motion of the slide 100 is used as shown in FIG. It is done.
例えば、このようなクランク機構３００等を備えるプレス機械７で加工を実施した場合、モータ２００の回転速度を一定として加工を実施すると、機構上の制約によりスライド高さが比較的高い位置では高速で、スライド高さが低い位置（所謂下死点付近）では低速で加工動作を行うことなる。このスライド速度（スライド１００の移動速度）の変化は運転条件である加工時のスライド高さやモータ回転速度以外にプレス機械７の仕様条件（スライドストローク、コンロッド長、クランクアーム長）等によっても変化する。 For example, when processing is performed with a press machine 7 including such a crank mechanism 300 and the like, if processing is performed with the rotation speed of the motor 200 being constant, the high speed is achieved at a position where the slide height is relatively high due to mechanical limitations. In a position where the slide height is low (in the vicinity of the so-called bottom dead center), the machining operation is performed at a low speed. The change in the slide speed (the moving speed of the slide 100) also changes depending on the specifications of the press machine 7 (slide stroke, connecting rod length, crank arm length), etc., in addition to the operating slide height and motor rotation speed. .
従って、プレス加工を実施する場合、材料成型速度が重要な成型ファクターとなるが、クランク機構３００等を備えるプレス機械７でプレス加工を実施する場合には、材料成型速度つまりスライド速度は上記の運転条件やプレス機械７の仕様条件等により複雑に変わるため、当該運転条件や仕様条件に見合った加工条件の設定等を、当該運転条件や仕様条件毎に行なう必要があるなど作業が複雑化する惧れがある。 Therefore, when the press working is performed, the material molding speed is an important molding factor. However, when the pressing is performed by the press machine 7 including the crank mechanism 300 and the like, the material molding speed, that is, the slide speed is the above-described operation. Since the operation conditions and the specification conditions of the press machine 7 change in a complicated manner, it is necessary to set the machining conditions corresponding to the operation conditions and the specification conditions for each operation condition and the specification conditions. There is.
このようなことから、運転条件やプレス機械仕様条件が変化しても材料成型速度を一定に保つことで加工作業を単純化する方法が考えられが、かかる方法として、スライド速度を等速とする制御方式がある。 For this reason, a method of simplifying the machining operation by keeping the material molding speed constant even if the operating conditions and press machine specification conditions change can be considered, but as such a method, the slide speed is made constant. There is a control method.
この等速制御方法を実現するには、例えば、クランク機構３００を有するプレス機械７では、スライド１００の位置が下死点に接近するにつれてクランク軸延いてはモータ２００の回転速度を双曲線的に上昇させる速度指令（図４参照）に対して良好に追従させることができるモータ制御方式と、プレス加工負荷変動に対抗することができる堅牢な制御方式と、の両者の組み合わせが必要となる。 In order to realize this constant speed control method, for example, in the press machine 7 having the crank mechanism 300, as the position of the slide 100 approaches the bottom dead center, the crankshaft extends and the rotational speed of the motor 200 increases hyperbolically. A combination of both a motor control system that can satisfactorily follow the speed command (see FIG. 4) to be performed and a robust control system that can counter press working load fluctuations is required.
従って、特許文献１のものでは対応が困難で、運転条件やプレス機械仕様条件が変化しても材料成型速度を一定に保つための等速制御を実現できる方法としては、背景技術において記載したようなフィードバック制御とフィードフォワード制御を組み合わせた手段が想定されるが、双方の制御量（或いはゲイン）を増加させると過補償となりスライド１００が振動したりスライド速度・位置がオーバシュートしたりアンダーシュートするという惧れは依然として残るといった実情がある。 Therefore, it is difficult to cope with the method of Patent Document 1, and as described in the background art, a method capable of realizing constant speed control for keeping the material molding speed constant even if the operating conditions and press machine specification conditions are changed. However, if both control amounts (or gains) are increased, over-compensation will occur and the slide 100 will vibrate or the slide speed / position may overshoot or undershoot. There is a fact that the fear still remains.
本発明は、かかる実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成としながら、スライド等速運転等にも対応可能な高速応答性と安定性を有したモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a motor control device having a high speed response and stability that can be adapted to a slide constant speed operation or the like while having a simple and inexpensive configuration. To do.
このため、本発明に係るモータ制御装置は、
モータの回転出力を変換して往復直線運動されるプレス機械のスライド機構の当該モータへの速度指令に対する挙動を表す特性を同定して予め記憶しておくシステム同定フィルタと、
前記スライド機構の実際の動きを検出する動き検出手段と、
を備え、
モータへの速度指令を、モータの速度制御手段に直接入力する一方、これとは別ルートで前記システム同定フィルタに入力し、
前記動き検出手段により検出された実際の動きと、前記システム同定フィルタに入力され通過することで前記スライド機構の挙動を表す特性が反映された前記モータへの速度指令と、の偏差に基づいて、前記システム同定フィルタとは別ルートで前記速度制御手段に入力されるモータへの速度指令を補正することを特徴とする。
Therefore, the motor control device according to the present invention is
A system identification filter for identifying and storing in advance the characteristics representing the behavior of the slide mechanism of the press machine that reciprocates linearly by converting the rotational output of the motor with respect to the speed command to the motor;
Movement detecting means for detecting an actual movement of the slide mechanism;
With
While inputting the speed command to the motor directly to the speed control means of the motor, the speed command to the motor is input to the system identification filter by a different route ,
Based on the deviation between the actual motion detected by the motion detection means and the speed command to the motor that reflects the characteristics representing the behavior of the slide mechanism by being input to and passed through the system identification filter, A speed command to the motor input to the speed control means is corrected by a route different from the system identification filter.
前記システム同定フィルタに記憶される前記挙動を表す特性は、前記機構の周波数特性であることを特徴とすることができる。 The characteristic representing the behavior stored in the system identification filter may be a frequency characteristic of the mechanism.
前記システム同定フィルタに記憶される前記挙動を表す特性は、前記機構を所定パターンで動作させたときの応答時間遅れであることを特徴とすることができる。 The characteristic representing the behavior stored in the system identification filter may be a response time delay when the mechanism is operated in a predetermined pattern.
本発明によれば、簡単かつ安価な構成としながら、スライド等速運転等にも対応可能な高速応答性と安定性を有したモータ制御装置を提供することができる。なお、本発明は、速度（単位時間当たりの移動量）を扱い位置制御系のみでモータの振動を抑制しようとしているので、位置制御系と速度制御系とが個別のユニットで構成されているモータ制御装置においても、本発明を適用することができる。また、本発明によれば、プレス機械のスライドが製品を加工する１サイクルの行程の中でモータの急激な加減速、例えばスライド等速運転を行う際の駆動機構の構造に起因するモータの急激な加減速を繰り返しても、指令制御量に対してオーバシュートやアンダーシュートさせることなく高い速度応答性とプレス加工負荷に対抗する堅牢性の高い制御を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a motor control device having high-speed response and stability that can cope with a constant-speed slide operation and the like while having a simple and inexpensive configuration. In the present invention, since the speed (movement amount per unit time) is handled and the vibration of the motor is suppressed only by the position control system, the position control system and the speed control system are configured by separate units. The present invention can also be applied to a control device. In addition, according to the present invention, the rapid acceleration / deceleration of the motor during the cycle of one cycle in which the slide of the press machine processes the product, for example, the sudden movement of the motor due to the structure of the drive mechanism when performing the constant speed operation of the slide. Even if repeated acceleration / deceleration is repeated, it is possible to realize high speed response and high robustness control against the press working load without overshooting or undershooting the command control amount.
以下に、本発明に係るモータ制御装置の実施の形態について、添付の図面を参照しつつ説明する。なお、以下で説明する実施の形態により、本発明が限定されるものではない。 Embodiments of a motor control device according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below.
本発明に係るモータ制御装置は、例えば、プレス機械のスライド駆動機構によって誘導モータ或いは同期モータ等（以下、単にモータと称する）の回転動力をスライドの往復運動に変換して、スライドに取り付けられた上型と下型の加圧によって製品を加工するプレス機械に利用されるモータの制御に適用されることができ、
前記プレス機械のスライドが所望の軌跡にならって動作するようにモータへの単位時間当たりの移動量指令（すなわち、速度指令）を補正すること無く直接モータの速度制御手段に与える速度フィードフォワード的な制御経路を備えると共に、
前記移動量指令に対応した駆動部の応答時間の遅れ特性や駆動機構と機械のイナーシャに関する特性によって生じる偏差発生特性（移動量指令に対するプレス機械の挙動を表す特性）を予め記憶するプレス機械システム同定フィルタ（以下、システム同定フィルタと称する）と、
前記移動量指令に対応してプレス機械のスライド自体又はスライド駆動部分の動きを検出する検出器から得られるフィードバック信号に関連する情報と、前記システム同定フィルタの出力に関連する情報と、の偏差を求める偏差演算手段と、
前記偏差に基づいて前記速度制御手段に与えられる移動量指令を補正するフィードバック補正手段と、
を備え、
前記偏差がない場合には、当該偏差を前記モータの速度制御手段に与えること無く、前記速度制御手段に与えられる移動量指令に基づいてモータを駆動制御する一方、前記移動量指令の変化がなくなったにもかかわらず前記偏差が生じたときに、前記偏差に基づいて前記速度制御手段に与えられる移動量指令を補正してモータを駆動制御するように構成するものである。
The motor control device according to the present invention is attached to a slide by converting the rotational power of an induction motor or a synchronous motor or the like (hereinafter simply referred to as a motor) into a reciprocating motion of the slide by a slide drive mechanism of a press machine, for example. It can be applied to the control of motors used in press machines that process products by pressing the upper and lower molds,
It is a speed feed forward type that is directly applied to the speed control means of the motor without correcting the movement amount command per unit time (that is, the speed command) so that the slide of the press machine operates in accordance with a desired locus. With a control path,
Press machine system identification that prestores deviation generation characteristics (characteristics representing the behavior of the press machine with respect to the travel command) caused by delay characteristics of the response time of the drive unit corresponding to the travel command and characteristics related to the inertia of the drive mechanism and the machine A filter (hereinafter referred to as a system identification filter);
The deviation between the information related to the feedback signal obtained from the detector that detects the movement of the slide itself or the slide drive part of the press machine in response to the movement amount command and the information related to the output of the system identification filter is calculated. A deviation calculating means to be obtained;
Feedback correction means for correcting a movement amount command given to the speed control means based on the deviation;
With
If there is no deviation, the motor is driven and controlled based on the movement amount command given to the speed control means without giving the deviation to the speed control means of the motor, while the movement amount command is not changed. However, when the deviation occurs, the movement amount command given to the speed control means is corrected based on the deviation and the motor is driven and controlled.
図１に、本発明の実施例１に係るモータ制御装置の制御ブロックの構成例を示す。なお、図３で説明したプレス機械７の概略構成、図７で説明した従来のモータ制御装置、と同様の要素には同一の符号を付して説明することとする。 FIG. 1 shows a configuration example of a control block of the motor control device according to the first embodiment of the present invention. The same components as those in the schematic configuration of the press machine 7 described in FIG. 3 and the conventional motor control device described in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals.
本実施例に係るモータ制御装置では、図１に示したように、従来のＫｆ（フィードフォワードゲイン）で代表させて示したフィードフォワード補正器１０が省略され、パルス発生器１からの速度指令（モータ回転軸の単位時間当たりの移動量指令）が、直接的に、加算器５を介して制御対象であるプレス機械７のモータ２００の速度制御手段６に入力されるようになっている。 In the motor control apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the conventional feed forward corrector 10 represented by Kf (feed forward gain) is omitted, and the speed command ( The movement command of the motor rotation axis per unit time) is directly input to the speed control means 6 of the motor 200 of the press machine 7 to be controlled via the adder 5.
一方、前記速度指令に従って動作されたスライド１００の実際の位置が位置検出器８によって検出され、当該実際に検出された位置に基づき算出されるスライド１００の実際の移動速度（スライド速度）に関連する情報（以下、単に移動速度或いはスライド速度と言う場合がある）が、加算器２を含んで構成される偏差演算手段３に入力されるようになっている。 On the other hand, the actual position of the slide 100 operated in accordance with the speed command is detected by the position detector 8 and is related to the actual moving speed (slide speed) of the slide 100 calculated based on the actually detected position. Information (hereinafter, sometimes simply referred to as “movement speed” or “slide speed”) is input to the deviation calculation means 3 including the adder 2.
また、本実施例では、図１に示したように、パルス発生器１から出力された速度指令は、前述した直接的に加算器５を介して速度制御手段６に入力される経路から分岐して、システム同定フィルタ９へ入力されるようになっている。 Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the speed command output from the pulse generator 1 branches from the path input to the speed control means 6 directly via the adder 5 described above. Thus, it is input to the system identification filter 9.
そして、当該システム同定フィルタ９に入力され通過することにより、制御部や駆動部の応答時間の遅れなどを含めた当該プレス機械７の挙動を表す特性｛例えば周波数特性（減衰（或いはゲイン）特性、位相特性）｝に基づき所定に補正された補正後の速度指令に関連する情報（以下、単に補正後の速度指令と言う場合もある）が、前記偏差演算手段３に入力されるようになっている。 Then, by inputting to and passing through the system identification filter 9, a characteristic representing the behavior of the press machine 7 including a delay in the response time of the control unit and the drive unit {for example, a frequency characteristic (attenuation (or gain) characteristic, Information related to the corrected speed command (which may be simply referred to as a corrected speed command hereinafter) that is corrected to a predetermined value based on the phase characteristics)} is input to the deviation calculating means 3. Yes.
従って、前記偏差演算手段３では、前記システム同定フィルタ９を通過した補正後の速度指令と、位置検出器８で実際に検出されたスライド速度と、の偏差を求め、その偏差に基づく情報（例えば値）を比例制御器４に出力する。そして、比例制御器４では、制御の追従性や安定性等を考慮しつつ、偏差演算手段３から入力された情報（例えば値）をＫｐで補正して、加算器５へ出力する。 Therefore, the deviation calculation means 3 obtains a deviation between the corrected speed command that has passed through the system identification filter 9 and the slide speed actually detected by the position detector 8, and information based on the deviation (for example, Value) to the proportional controller 4. Then, the proportional controller 4 corrects the information (for example, value) input from the deviation calculating means 3 with Kp while taking into account the control followability and stability, and outputs the corrected information to the adder 5.
加算器５では、パルス発生器１から出力された速度指令を、比例制御器４において速度指令と実際のスライド速度との偏差を無くすように定められた情報（例えば値）によって補正し、その補正後の速度指令を速度制御手段６へ出力する。 The adder 5 corrects the speed command output from the pulse generator 1 with information (for example, a value) determined by the proportional controller 4 so as to eliminate the deviation between the speed command and the actual slide speed, and the correction. The subsequent speed command is output to the speed control means 6.
これにより、速度制御手段６への速度指令に対して、当該プレス機械７が有する固有の挙動特性｛例えば周波数特性（減衰特性、位相特性）｝に応じた補正を行うことができるため、実際のスライド１００の動作を目標の速度指令によく追従させることができ、以ってプレス機械７のスライド１００が製品を加工する１サイクルの行程の中でモータ２００の急激な加減速、例えばスライド等速運転を行う際の駆動機構の構造に起因するモータ２００の急激な加減速を繰り返しても指令制御情報（例えば量）に対してオーバシュートさせることなく高い速度応答性と堅牢性を備えた制御を実現できることになる。 As a result, the speed command to the speed control means 6 can be corrected in accordance with the inherent behavior characteristics of the press machine 7 {eg, frequency characteristics (attenuation characteristics, phase characteristics)}. The operation of the slide 100 can be made to follow the target speed command well, and thus the rapid acceleration / deceleration of the motor 200, for example, the constant speed of the slide, can be achieved in the process of one cycle in which the slide 100 of the press machine 7 processes the product. Control with high speed response and robustness without overshooting the command control information (for example, quantity) even when the rapid acceleration / deceleration of the motor 200 due to the structure of the drive mechanism during operation is repeated. It can be realized.
ここで、前述したシステム同定フィルタ９について説明する。
システム同定フィルタ９は、速度制御手段６に速度指令を与えたときの当該速度指令に対するプレス機械７の挙動を表す特性｛例えば周波数特性（減衰特性、位相特性）｝に基づいて、パルス発生器１から出力された速度指令を補正するが、そのために、当該プレス機械７の挙動を表す特性（周波数特性）を取得しておく必要がある。
Here, the above-described system identification filter 9 will be described.
The system identification filter 9 is based on characteristics {eg, frequency characteristics (attenuation characteristics, phase characteristics)} representing the behavior of the press machine 7 with respect to the speed command when the speed control means 6 is given a speed command. However, for this purpose, it is necessary to acquire a characteristic (frequency characteristic) representing the behavior of the press machine 7.
具体的には、例えば、本実施例に係るモータ制御装置では、まず、速度制御手段６に対して、図示しないパルス発生器から直接的に正弦波状の速度指令情報（信号）を与える。或いは、図１の比例制御器４からの加算器５への入力を断つなどフィードバック制御を機能させない状態で、パルス発生器１から速度制御手段６に対して直接的に正弦波状の速度指令情報（信号）を与える。 Specifically, for example, in the motor control apparatus according to the present embodiment, first, sinusoidal speed command information (signal) is directly given to the speed control means 6 from a pulse generator (not shown). Alternatively, the sine wave speed command information (directly from the pulse generator 1 to the speed control means 6 in a state where the feedback control is not functioned such as cutting off the input to the adder 5 from the proportional controller 4 of FIG. Signal).
そして、当該速度指令情報（信号）に従って動作されたスライド１００の実際の動作を位置検出器８によって検出する。この位置検出器８で検出されたプレス機械７のスライド１００の速度情報（信号）を観測し、速度指令情報（信号）に対する実際に観測されたスライド１００の速度情報（信号）の減衰率と位相差を観測する。 Then, the actual motion of the slide 100 operated according to the speed command information (signal) is detected by the position detector 8. The speed information (signal) of the slide 100 of the press machine 7 detected by the position detector 8 is observed, and the attenuation rate and position of the actually observed speed information (signal) of the slide 100 with respect to the speed command information (signal) are observed. Observe the phase difference.
次に、速度指令情報（信号）の周波数を低周波から徐々に上昇させて、上記と同様の方法で、速度指令情報（信号）に対する実際に観測されたスライド１００の速度情報（信号）の減衰率と位相差を所望の周波数毎に観測することで、図２に示すようなプレス機械７のボード線図を得る。 Next, the frequency of the speed command information (signal) is gradually increased from a low frequency, and the actually observed speed information (signal) of the slide 100 is attenuated with respect to the speed command information (signal) in the same manner as described above. By observing the rate and the phase difference for each desired frequency, a Bode diagram of the press machine 7 as shown in FIG. 2 is obtained.
以上で得られたプレス機械７のボード線図から近似した伝達関数式を求め、制御部や駆動部の応答時間の遅れなどを含めたプレス機械７の周波数特性式を得る。 A transfer function equation approximated from the board diagram of the press machine 7 obtained as described above is obtained, and a frequency characteristic formula of the press machine 7 including a delay in response time of the control unit and the drive unit is obtained.
そして、本実施例では、この得られたプレス機械７の周波数特性式をシステム同定フィルタ９におけるプレス機械７の挙動を同定するためのフィルタとして用い、パルス発生器１から出力された速度指令を、当該プレス機械７の挙動｛例えば周波数特性（減衰特性、位相特性）｝を実現できるように、所定に補正することになる。 In this embodiment, the obtained frequency characteristic equation of the press machine 7 is used as a filter for identifying the behavior of the press machine 7 in the system identification filter 9, and the speed command output from the pulse generator 1 is The predetermined correction is performed so that the behavior of the press machine 7 {eg, frequency characteristics (attenuation characteristics, phase characteristics)} can be realized.
従って、本実施例によれば、プレス機械７のスライド１００の動作は速度指令に対して時間的な遅れは若干あるものの、当該プレス機械７の実際の挙動を代表する特性｛例えば周波数特性（減衰特性、位相特性）｝に見合った補正を行うことができるため、実際のスライド１００の動作を目標の速度指令によく追従させることができ、以ってプレス機械７のスライド１００が製品を加工する１サイクルの行程の中でモータ２００の急激な加減速、例えばスライド等速運転を行なう際の駆動機構の構造に起因するモータ２００の急激な加減速を繰り返しても、指令制御量に対してプレス機械７の実際の遅れ分をシステム同定フィルタ９によって補正していないのでオーバシュートやアンダーシュートさせることなく、高い速度応答性と堅牢性を備えた制御を実現できることになる。なお、前述した若干の時間的な遅れは、速度指令に対して運転波形が全体的に遅れ方向にシフトしているだけで、スライド１００の挙動自体は良好に再現されているため、プレス加工において問題が生じるものではない。 Therefore, according to the present embodiment, although the operation of the slide 100 of the press machine 7 has a slight time delay with respect to the speed command, the characteristic representing the actual behavior of the press machine 7 {eg, frequency characteristic (attenuation) Characteristic, phase characteristic)} can be performed, so that the actual operation of the slide 100 can be made to follow the target speed command well, and the slide 100 of the press machine 7 processes the product. Even if the rapid acceleration / deceleration of the motor 200, for example, the rapid acceleration / deceleration of the motor 200 due to the structure of the drive mechanism when performing a constant-speed operation in the slide is repeated in the stroke of one cycle, the command control amount is pressed. Since the actual delay of the machine 7 is not corrected by the system identification filter 9, high speed response and robustness can be achieved without causing overshoot or undershoot. It will be possible to realize the example was control. Note that the slight time delay described above is because the behavior of the slide 100 itself is reproduced well only by the operation waveform being shifted in the overall delay direction with respect to the speed command. There is no problem.
ここで、本実施例に係るモータ性制御装置によるモータ制御方法の従来の制御方法と比較した効果を、図５〜図６に示しておく。 Here, the effect compared with the conventional control method of the motor control method by the motor control apparatus which concerns on a present Example is shown in FIGS.
図５の（Ａ）、（Ｂ）及び図６の（Ａ）は、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせ、フィードフォワードゲインＫｆを変化させた場合（Ｋｐは所定値に固定）のプレス機械７の運転波形を示すもので、図６の（Ｂ）は本実施例に係るシステム同定フィルタを用いた制御方法によるプレス機械７の運転波形を示すものである。図５、図６共に、横軸を時間、縦軸をモータ回転速度として示してある。 5A, 5B, and 6A are combinations of feedforward control and feedback control, and the press machine 7 when the feedforward gain Kf is changed (Kp is fixed to a predetermined value). FIG. 6B shows an operation waveform of the press machine 7 by the control method using the system identification filter according to the present embodiment. In both FIGS. 5 and 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents motor rotation speed.
図５の（Ａ）は、フィードフォワード無し（Ｋｆ＝０）とした場合で、速度指令に対してモータ２００の追従性が悪いことが解る。 FIG. 5A shows a case where there is no feed forward (Kf = 0), and the follow-up performance of the motor 200 with respect to the speed command is poor.
図５の（Ｂ）は、フィードフォワードゲイン５０％（Ｋｆ＝０．５）とした場合で、図５の（Ａ）に対して追従性はある程度改善されているものの、速度指令に対するモータ２００の追従性は未だ悪いままであることが解る。 FIG. 5B shows a case where the feed forward gain is 50% (Kf = 0.5), and the followability of the motor 200 with respect to the speed command is improved to some extent as compared with FIG. 5A. It can be seen that the followability is still bad.
図６の（Ａ）は、フィードフォワードゲイン１００％（Ｋｆ＝１．０）とした場合で、図５の（Ａ）、（Ｂ）に対して追従性が改善され速度指令に対するモータ２００の追従性は良好であるが、目標位置に到達したときにオーバシュートが発生することが解る。 6A shows a case where the feed forward gain is 100% (Kf = 1.0), and the followability is improved with respect to FIGS. 5A and 5B, and the follow-up of the motor 200 with respect to the speed command is performed. It can be seen that overshoot occurs when the target position is reached, although the performance is good.
図６の（Ｂ）は、本発明に係るシステム同定フィルタを用いた制御方法での運転特性を示しているが、時間的な遅れは若干あるものの図６の（Ａ）と略同等の追従性を達成でき、かつ、速度指令を直接的に加算器５を介して速度制御手段６に入力するというフィードフォワードゲイン１００％（Ｋｆ＝１．０）と同一の条件下であってもオーバシュートが全く発生しない、良好な運転特性を実現できることが解る。 FIG. 6B shows the operating characteristics in the control method using the system identification filter according to the present invention, but there is a slight time delay, but the follow-up performance is almost the same as FIG. 6A. And overshoot is possible even under the same conditions as the feed forward gain 100% (Kf = 1.0) in which the speed command is directly input to the speed control means 6 via the adder 5. It can be seen that good operating characteristics can be realized that do not occur at all.
ところで、本実施例においては、システム同定フィルタ９で利用されるプレス機械７の挙動特性（周波数特性）は、パルス発生器から直接的に速度制御手段６に速度指令を与え、スライド１００の実際の動作を観測することで取得することができるため、プレス機械７の製造時、出荷時等において個体毎に挙動特性を取得し、これを個体毎に予め記憶させておくことができる。 By the way, in the present embodiment, the behavior characteristic (frequency characteristic) of the press machine 7 used in the system identification filter 9 gives a speed command to the speed control means 6 directly from the pulse generator, and the actual slide 100 is actually processed. Since it can be acquired by observing the operation, it is possible to acquire the behavior characteristics for each individual at the time of manufacturing the press machine 7 or at the time of shipment, and to store this in advance for each individual.
また、納入先で使用する金型毎に金型を取り付けた状態でプレス機械７の挙動特性（周波数特性）を取得し直すこともできるため、使用状況に応じた最適な制御を提供できることになる。 Moreover, since the behavior characteristic (frequency characteristic) of the press machine 7 can be acquired again with the mold attached to each mold used at the delivery destination, it is possible to provide optimum control according to the use situation. .
更に、プレス機械７の経時変化（摩耗、使用油の粘度の変化）等により、プレス機械７の挙動特性（周波数特性）が変化することも想定されるが、かかる場合も、所定運転時間毎に、簡単にプレス機械７の挙動特性（周波数特性）を取得し直すことができるため、使用状況に応じた最適な制御を提供できることになる。 Furthermore, it is assumed that the behavior characteristics (frequency characteristics) of the press machine 7 change due to changes over time of the press machine 7 (wear, change in viscosity of the used oil), etc. Since the behavioral characteristics (frequency characteristics) of the press machine 7 can be easily acquired, optimal control according to the use situation can be provided.
なお、本実施例では、実際のスライド１００のスライド速度を検出し、これと、システム同定フィルタ９の出力と、の偏差を求め、当該偏差に基づいて、加算器５に直接入力されるパルス発生器１からの速度指令を比例制御器４を介して補正するフィードバック制御を行っているため、個体毎、使用状況毎の挙動特性の相違、経時変化等に対する挙動特性の変化は補償されるものではあるが、上述したように個体毎に、使用状況毎に、或いは経時変化等に応じて、プレス機械７の挙動特性（周波数特性）を取得し直すようにすれば、より一層、高応答で安定性の高い制御を提供できることになる。 In the present embodiment, the actual slide speed of the slide 100 is detected, the deviation between this and the output of the system identification filter 9 is obtained, and the pulse generation directly input to the adder 5 based on the deviation is generated. Since the feedback control that corrects the speed command from the device 1 via the proportional controller 4 is performed, the difference in the behavior characteristics for each individual and the usage situation, the change in the behavior characteristics with respect to the change with time, etc. are not compensated. However, as described above, if the behavioral characteristics (frequency characteristics) of the press machine 7 are reacquired for each individual, for each usage situation, or according to changes over time, the response is further improved and stable. It is possible to provide highly controllable.
次に、本発明の実施例２について説明する。
実施例２は、図１で示した実施例１と同様の制御ブロック図（システム構成）であるので、当該制御ブロック図についての説明は省略し、実施例１とはシステム同定フィルタ９の内容が異なるため、当該部分についてのみ説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
Since the second embodiment is a control block diagram (system configuration) similar to that of the first embodiment shown in FIG. 1, the description of the control block diagram is omitted, and the contents of the system identification filter 9 are different from the first embodiment. Since this is different, only the relevant part will be described.
実施例２においても、実施例１のシステム同定フィルタ９と同様に、制御部や駆動部の応答時間の遅れなどを含めたプレス機械７の挙動を表す特性に基づいて、パルス発生器１から出力された速度指令を補正する点で同様であるが、実施例２に係るシステム同定フィルタ９で用いるフィルタは、実施例１のものより簡素化されている。 In the second embodiment as well, as with the system identification filter 9 of the first embodiment, the output from the pulse generator 1 is based on the characteristics representing the behavior of the press machine 7 including the response time delay of the control unit and the drive unit. The same applies to the correction of the speed command, but the filter used in the system identification filter 9 according to the second embodiment is more simplified than that of the first embodiment.
すなわち、実施例２では、システム同定フィルタ９を時間遅れフィルタ（例えば、ＦＩＦＯメモリ（First-In
First-Out Memory）等を含んで構成される）を用いて構成する。
That is, in the second embodiment, the system identification filter 9 is replaced with a time delay filter (for example, a FIFO memory (First-In
First-Out Memory), etc.).
実施例２では、図１のパルス発生器１から、プレス機械７の運転パターン（例えば、図４に示したようなスライド１００の等速制御を実現するための加減速パターン）の速度指令信号を発生させる。 In the second embodiment, the speed command signal of the operation pattern of the press machine 7 (for example, the acceleration / deceleration pattern for realizing the constant speed control of the slide 100 as shown in FIG. 4) is output from the pulse generator 1 of FIG. generate.
そして、図１の偏差演算手段３の位置偏差量を連続信号としてモニタする。なお、当該信号に基づき動作したスライド１００の実際に検出された位置情報に基づいてゲイン（減衰特性）を求め、Ｋｐ等の補正係数を所望に設定することができる（なお、減衰特性が所定範囲にある場合には当該処理操作は省略することができる）。 And the positional deviation amount of the deviation calculating means 3 of FIG. 1 is monitored as a continuous signal. A gain (attenuation characteristic) can be obtained based on position information actually detected for the slide 100 operated based on the signal, and a correction coefficient such as Kp can be set as desired (the attenuation characteristic is within a predetermined range). If it is, the processing operation can be omitted).
次に、システム同定フィルタ９内の時間遅れフィルタの値（当該フィルタに順次入力されてくる速度指令が当該フィルタから順次出力されるまでの遅れ時間）を調整すると、モニタしている位置偏差量が変化し、位置偏差量が最も小さくなった時間遅れフィルタの値を、当該システム同定フィルタ９内の時間遅れフィルタの値として用いて、図１の制御ブロック図を構成する。 Next, when the value of the time delay filter in the system identification filter 9 (the delay time until the speed command sequentially input to the filter is sequentially output from the filter) is adjusted, the position deviation amount being monitored becomes The control block diagram of FIG. 1 is configured by using the value of the time delay filter that has changed and has the smallest positional deviation amount as the value of the time delay filter in the system identification filter 9.
これにより、制御部や駆動部の応答時間の遅れなどを含めたプレス機械７の実際の挙動（応答時間遅れ特性）に合致するように、パルス発生器１から出力された速度指令は、システム同定フィルタ９内の時間遅れフィルタから出力されることになるため、加算器５に直接入力されるパルス発生器１から出力された速度指令を、若干の時間的な遅れを伴うものの、プレス機械７の目標の動作を良好に再現するように補正することができ、以って実際のスライド１００の動作を目標の速度指令によく追従させることができる（図６（Ｂ）参照）。なお、前述した若干の時間的な遅れは、速度指令に対して運転波形が全体的に遅れ方向にシフトしているだけで、スライド１００の挙動自体は良好に再現されるているため、プレス加工において問題が生じるものではない。 Thus, the speed command output from the pulse generator 1 is the system identification so as to match the actual behavior (response time delay characteristic) of the press machine 7 including the response time delay of the control unit and the drive unit. Since it is output from the time delay filter in the filter 9, the speed command output from the pulse generator 1 that is directly input to the adder 5 is output from the press machine 7 with a slight time delay. The target movement can be corrected so as to be reproduced well, and thus the actual movement of the slide 100 can be made to follow the target speed command well (see FIG. 6B). Note that the slight time delay described above is a result of the fact that the behavior of the slide 100 itself is well reproduced only by the fact that the operation waveform is shifted in the overall delay direction with respect to the speed command. The problem does not occur.
更に、偏差演算手段３で求めた偏差に基づいて、加算器５に入力されるパルス発生器１からの速度指令を比例制御器４を介して補正するフィードバック制御を行っているため、加算器５に直接入力されるパルス発生器１から出力された速度指令に対して、プレス機械７の実際の挙動（減衰特性）に応じた補正を行うことができ、以って実際のスライド１００の動作を目標の速度指令によく追従させることができ、延いてはプレス機械７のスライド１００が製品を加工する１サイクルの行程の中でモータ２００の急激な加減速、例えばスライド等速運転を行なう際の駆動機構の構造に起因するモータ２００の急激な加減速を繰り返しても、指令制御量に対してオーバシュートやアンダーシュートさせることなく、高い速度応答性と堅牢性を備えた制御を実現できることになる。 Further, since the feedback control for correcting the speed command from the pulse generator 1 input to the adder 5 via the proportional controller 4 is performed based on the deviation obtained by the deviation calculating means 3, the adder 5 Can be corrected according to the actual behavior (damping characteristics) of the press machine 7 with respect to the speed command output from the pulse generator 1 that is directly input to the pulse generator 1. It is possible to follow the target speed command well, and when the slide 100 of the press machine 7 processes a product, a rapid acceleration / deceleration of the motor 200, for example, a constant speed operation of the slide is performed. Even with repeated rapid acceleration / deceleration of the motor 200 due to the structure of the drive mechanism, it provides high speed response and robustness without overshooting or undershooting the command control amount. It becomes possible to realize a control.
ところで、実施例１のシステム同定フィルタ９（周波数特性同定フィルタ）は速度指令信号に含まれる周波数成分に対してプレス機械７の応答性を正しく求めることができるので、各種の加減速運転パターンに対して振動を抑制する効果が得られる。これに対し、実施例２のシステム同定フィルタ９（時間遅れフィルタ）は実施例１に比べ簡易的に特定の運転パターンに関するプレス機械７の挙動を求めているので特定の加減速運転パターンに対して振動を抑制することができるものである。 By the way, the system identification filter 9 (frequency characteristic identification filter) of the first embodiment can correctly determine the responsiveness of the press machine 7 with respect to the frequency component included in the speed command signal. The effect of suppressing vibration can be obtained. On the other hand, since the system identification filter 9 (time delay filter) of the second embodiment simply calculates the behavior of the press machine 7 with respect to a specific operation pattern as compared with the first embodiment, The vibration can be suppressed.
なお、本実施例においても、プレス機械７の製造時や出荷時に個体毎にプレス機械７の挙動特性を取得するだけでなく、納入先の使用状況、経時変化等に対するプレス機械７の挙動特性の変化を補償するために、使用状況毎に、或いは所定運転時間毎に、プレス機械７の挙動特性を取得するようにすれば、より一層最適な制御を実現できるものである。 In the present embodiment, not only the behavior characteristics of the press machine 7 are obtained for each individual at the time of manufacture or shipment of the press machine 7, but also the behavior characteristics of the press machine 7 with respect to usage conditions of the delivery destination, changes with time, etc. If the behavior characteristics of the press machine 7 are acquired for each use situation or every predetermined operation time in order to compensate for the change, it is possible to realize even more optimal control.
ところで、上述した各実施例では、モータの回転をクランク機構等を介してスライドの往復運動に変換してプレス加工を行うプレス機械に本発明に係るモータ制御装置を適用した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータの回転動力を利用して動作される他の機構や機械、装置、設備等に用いられるモータ制御装置として利用できるものである。
また、本発明に係る機構には、モータの出力を利用して動作される機構であれば含まれ、ロボットアームのような機構の他、当該モータの出力を利用して動作される機構を備えて構成されるプレス機械のような機械・装置・設備までも含まれるものである。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。
By the way, in each of the above-described embodiments, the case where the motor control device according to the present invention is applied to a press machine that performs press processing by converting the rotation of the motor into a reciprocating motion of a slide via a crank mechanism or the like has been described. The present invention is not limited to this, and can be used as a motor control device used in other mechanisms, machines, devices, equipment, and the like that are operated using the rotational power of the motor.
Further, the mechanism according to the present invention includes any mechanism that operates using the output of the motor, and includes a mechanism that operates using the output of the motor in addition to a mechanism such as a robot arm. This includes machines, devices and equipment such as press machines.
In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
１ パルス発生器
３ 偏差演算手段
４ 比例制御器
５ 加算器
６ 速度制御手段
７ プレス機械
８ 位置検出器
９ プレス機械システム同定フィルタ
１００ スライド
２００ モータ
３００ クランク機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pulse generator 3 Deviation calculating means 4 Proportional controller 5 Adder 6 Speed control means 7 Press machine 8 Position detector 9 Press machine system identification filter 100 Slide 200 Motor 300 Crank mechanism
Claims (3)
前記スライド機構の実際の動きを検出する動き検出手段と、
を備え、
モータへの速度指令を、モータの速度制御手段に直接入力する一方、これとは別ルートで前記システム同定フィルタに入力し、
前記動き検出手段により検出された実際の動きと、前記システム同定フィルタに入力され通過することで前記スライド機構の挙動を表す特性が反映された前記モータへの速度指令と、の偏差に基づいて、前記システム同定フィルタとは別ルートで前記速度制御手段に入力されるモータへの速度指令を補正することを特徴とするモータ制御装置。 A system identification filter for identifying and storing in advance the characteristics representing the behavior of the slide mechanism of the press machine that reciprocates linearly by converting the rotational output of the motor with respect to the speed command to the motor;
Movement detecting means for detecting an actual movement of the slide mechanism;
With
While inputting the speed command to the motor directly to the speed control means of the motor, the speed command to the motor is input to the system identification filter by a different route ,
Based on the deviation between the actual motion detected by the motion detection means and the speed command to the motor that reflects the characteristics representing the behavior of the slide mechanism by being input to and passed through the system identification filter, A motor control apparatus for correcting a speed command to a motor input to the speed control means through a route different from the system identification filter.
The motor control device according to claim 1, wherein the characteristic representing the behavior stored in the system identification filter is a response time delay when the slide mechanism is operated in a predetermined pattern.
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