JP5129362B2 - Spindle drive motor controller - Google Patents

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Description

本発明は、主軸駆動用モータの制御装置に関し、特に所定の変速比を有する速度調整機構を介して主軸を駆動するモータの速度を制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a spindle driving motor, and more particularly to a control device that controls the speed of a motor that drives a spindle via a speed adjustment mechanism having a predetermined gear ratio.

工作機械の分野においては、工作機械の主軸を駆動するモータに速度センサを有していない、いわゆる速度センサレスの誘導モータ等のモータが用いられている。このモータの制御においては、モータに流れる電流（実電流）に基づいて、ソフトウエアを用いてモータの速度を計算することにより推定している。モータを制御する制御装置は、推定した速度に基づいて、モータの速度の制御を行っている（例えば、特許文献１）。一般的には、そのようなモータは、速度制御だけが必要とされる用途に利用されている。   In the field of machine tools, motors such as so-called speed sensorless induction motors that do not have a speed sensor are used for the motor that drives the spindle of the machine tool. In this motor control, estimation is performed by calculating the speed of the motor using software based on the current (actual current) flowing through the motor. A control device that controls the motor controls the speed of the motor based on the estimated speed (for example, Patent Document 1). In general, such motors are used in applications where only speed control is required.

上記のようにモータに流れる実電流から推定した速度に基づいてモータの制御を行う従来の制御装置の構成を図７に示す。従来の制御装置１００は、第１加算器２と、速度制御部３と、電流制御部４と、パワー増幅器５と、電流検出部６と、速度推定部７０とを備えており、工作機械２０を制御する。   FIG. 7 shows the configuration of a conventional control device that controls the motor based on the speed estimated from the actual current flowing through the motor as described above. A conventional control device 100 includes a first adder 2, a speed control unit 3, a current control unit 4, a power amplifier 5, a current detection unit 6, and a speed estimation unit 70, and a machine tool 20. To control.

第１加算器２は、速度指令値と速度推定部７０が出力した推定速度とを加算して出力し、この出力結果に基づいて速度制御部３は、電流指令値を出力する。電流制御部４は、電流指令値に基づいてパワー増幅器５を制御し、パワー増幅器５は、工作機械２０のモータ２１を駆動するための電流を供給する配線２２に電流を出力する。パワー増幅器５が出力した電流は、電流検出部６によって検出され、電流制御部４にフィードバックされるとともに、速度推定部７０に出力される。速度推定部７０は、電流検出部６が検出した電流に基づいてモータの推定速度を算出し、第１加算器２に出力する。   The first adder 2 adds and outputs the speed command value and the estimated speed output by the speed estimation unit 70, and the speed control unit 3 outputs a current command value based on the output result. The current control unit 4 controls the power amplifier 5 based on the current command value, and the power amplifier 5 outputs a current to the wiring 22 that supplies a current for driving the motor 21 of the machine tool 20. The current output from the power amplifier 5 is detected by the current detection unit 6, fed back to the current control unit 4, and output to the speed estimation unit 70. The speed estimation unit 70 calculates the estimated speed of the motor based on the current detected by the current detection unit 6 and outputs it to the first adder 2.

工作機械２０は、センサレス誘導モータ等のモータ２１と、モータ回転軸２３と、速度調整機構２４と、主軸回転軸２７と、主軸２５とを備えている。モータ２１は、制御部１００のパワー増幅器５から配線２２を介して供給される電流によりモータ回転軸２３を回転させる。モータ回転軸２３を回転させる動力は、ベルト等の速度調整機構２４を介して主軸回転軸２７に伝達され、主軸２５が回転する。このように従来の制御装置は、モータの速度を供給する電流から推定しているので、モータに速度検出用のセンサを用いる必要がなく、センサ設置のためのコストを抑制している。しかしながら、上記構成により主軸の位置の制御を行う場合には、モータに流れる電流から推定した推定速度を積分して主軸の位置をフィードバック制御することが考えられるが、推定のタイミングが遅れる推定遅れや、速度推定値に推定誤差が含まれる場合があるため、高精度が要求される工作機械の主軸の位置制御等の用途には使用することができなかった。   The machine tool 20 includes a motor 21 such as a sensorless induction motor, a motor rotating shaft 23, a speed adjusting mechanism 24, a main shaft rotating shaft 27, and a main shaft 25. The motor 21 rotates the motor rotation shaft 23 by a current supplied from the power amplifier 5 of the control unit 100 via the wiring 22. The power for rotating the motor rotating shaft 23 is transmitted to the main shaft rotating shaft 27 via the speed adjusting mechanism 24 such as a belt, and the main shaft 25 rotates. Thus, since the conventional control apparatus estimates from the electric current which supplies the speed of a motor, it is not necessary to use the sensor for speed detection for a motor, and the cost for sensor installation is suppressed. However, when controlling the spindle position with the above configuration, it is conceivable to perform feedback control of the spindle position by integrating the estimated speed estimated from the current flowing through the motor. Since the estimation error may be included in the speed estimation value, it cannot be used for applications such as position control of the spindle of a machine tool that requires high accuracy.

上記のような速度センサレス誘導モータを、工作機械の旋盤の主軸のように、位置制御が必要とされる用途に適用する場合、主軸に付けられた回転位置を検出するためのセンサを利用して、その帰還パルスをモータの速度フィードバックに代用する場合がある。図８に、このような形態を備えた従来の制御装置の構成を示す。従来の制御装置１００は、図７に示した従来の制御装置に加えて、第２加算器１１と、位置制御部１とを備えている。位置制御部１は、位置指令値に従って、モータ２１の速度を制御するための速度指令値を速度制御部３に出力する。   When the speed sensorless induction motor as described above is applied to an application where position control is required, such as a main spindle of a lathe of a machine tool, a sensor for detecting the rotational position attached to the main spindle is used. The feedback pulse may be substituted for motor speed feedback. FIG. 8 shows a configuration of a conventional control device having such a configuration. The conventional control device 100 includes a second adder 11 and a position control unit 1 in addition to the conventional control device shown in FIG. The position control unit 1 outputs a speed command value for controlling the speed of the motor 21 to the speed control unit 3 in accordance with the position command value.

工作機械２０は、さらに、主軸回転軸２７に設置された主軸回転体２８を備えており、主軸回転体２８は主軸回転軸２７の回転に合わせて回転する。主軸回転体２８の近傍にはセンサ２９が設置されており、主軸回転体２８の位置を検出し、制御装置１００の第２加算器１１に出力することにより、主軸の位置のフィードバック制御を行っている。また、このセンサ２９のフィードバックデータをモータの推定速度に加味することにより、単にモータの電流値からモータの速度を推定する場合に比べて、モータの速度を制御するループを安定化させることができる。   The machine tool 20 further includes a main spindle rotating body 28 installed on the main spindle rotating shaft 27, and the main spindle rotating body 28 rotates in accordance with the rotation of the main spindle rotating shaft 27. A sensor 29 is installed in the vicinity of the main spindle rotator 28. The sensor 29 detects the position of the main spindle rotator 28 and outputs it to the second adder 11 of the control device 100 to perform feedback control of the main spindle position. Yes. Further, by adding the feedback data of the sensor 29 to the estimated speed of the motor, the loop for controlling the speed of the motor can be stabilized as compared with the case where the speed of the motor is simply estimated from the current value of the motor. .

また、上記のように、主軸回転体の近傍に設けられたセンサからの位置情報を利用する場合には、モータの速度（モータ速度）の制御を行う際のループゲイン（速度ループゲイン）を高く設定することが可能となり、さらには、主軸の位置（主軸位置）の制御を行う際のループゲイン（位置ループゲイン）も高く設定することが可能となる。ここで、ループゲインとは、フィードバック制御における感度であり、ループゲインを高くすると誤差を抑制することができ、ループゲインを低くすると動作を滑らかにすることができる。   In addition, as described above, when position information from a sensor provided in the vicinity of the main spindle rotating body is used, the loop gain (speed loop gain) for controlling the motor speed (motor speed) is increased. Further, it is possible to set the loop gain (position loop gain) when controlling the position of the spindle (spindle position). Here, the loop gain is a sensitivity in feedback control. When the loop gain is increased, an error can be suppressed, and when the loop gain is decreased, the operation can be smoothed.

特開２００２−５１５９４号公報JP 2002-51594 A

ここで、主軸回転体の近傍に設けられたセンサの検出結果を利用してモータを制御する場合、モータの動力を主軸に伝達するために設けられた速度調整機構においてスリップが発生する場合がある。主軸にかかる負荷が小さい場合は、ほとんどスリップは発生しないため、センサ２９からの主軸速度検出結果を制御装置にフィードバックさせてモータ速度を制御することが可能である。しかしながら、主軸にかかる負荷が大きい場合は、モータと主軸との間にスリップが発生する場合があり、そのような場合に、主軸回転体の近傍に設置したセンサが検出した主軸速度検出結果をモータ速度のフィードバック制御に利用すると、モータ速度の制御が不安定になるという問題が生じていた。   Here, when the motor is controlled using the detection result of the sensor provided in the vicinity of the main spindle rotating body, slip may occur in the speed adjusting mechanism provided to transmit the motor power to the main spindle. . When the load applied to the main shaft is small, almost no slip occurs, so that the motor speed can be controlled by feeding back the detection result of the main shaft speed from the sensor 29 to the control device. However, when the load applied to the main shaft is large, slip may occur between the motor and the main shaft. In such a case, the main shaft speed detection result detected by the sensor installed in the vicinity of the main shaft rotating body is used as the motor. When used for speed feedback control, there has been a problem that motor speed control becomes unstable.

本発明の制御装置は、所定の変速比を有する速度調整機構を介して主軸を駆動するモータの速度を制御する制御装置であって、位置指令値に従ってモータ速度を制御するための電流指令値を出力する速度制御部と、電流指令値に従ってモータが駆動された場合にモータに流れる電流を検出する電流検出部と、電流に基づいてモータの第１速度を推定する第１速度推定部と、主軸の近傍に設けられたセンサにより検出される主軸位置に基づいて算出される主軸速度及び変速比に基づいてモータの第２速度を推定する第２速度推定部と、モータ負荷の値を算出する負荷演算部と、を有し、速度制御部は、モータ負荷の値が所定の値以上の場合は、第１速度を用いて電流指令値を算出し、モータ負荷の値が所定の値未満の場合は、第２速度を用いて電流指令値を算出する、ことを特徴とする。   A control device of the present invention is a control device that controls the speed of a motor that drives a spindle via a speed adjustment mechanism having a predetermined speed ratio, and that has a current command value for controlling the motor speed according to a position command value. An output speed control unit; a current detection unit that detects a current that flows through the motor when the motor is driven according to a current command value; a first speed estimation unit that estimates a first speed of the motor based on the current; A second speed estimator for estimating a second speed of the motor based on a spindle speed and a gear ratio calculated based on a spindle position detected by a sensor provided in the vicinity of the motor, and a load for calculating a motor load value The speed control unit calculates a current command value using the first speed when the motor load value is equal to or greater than a predetermined value, and the motor load value is less than the predetermined value. Using the second speed Calculating the flow command value, characterized in that.

本発明の他の実施態様による制御装置において、速度制御部は、モータ負荷の値が所定の値以上の場合は、第１速度ループゲインを用いて電流指令値を算出し、モータ負荷の値が所定の値未満の場合は、第１速度ループゲインより高い第２速度ループゲインを用いて電流指令値を算出するようにしてもよい。   In the control device according to another embodiment of the present invention, the speed control unit calculates a current command value using the first speed loop gain when the motor load value is equal to or greater than a predetermined value, and the motor load value is If it is less than the predetermined value, the current command value may be calculated using a second speed loop gain that is higher than the first speed loop gain.

本発明のさらに他の実施態様による制御装置において、位置指令値に従って主軸位置を制御するための速度指令値を速度制御部に出力する位置制御部をさらに設け、位置制御部は、モータ負荷の値が所定の値以上の場合は、第１位置ループゲインを用いて速度指令値を算出し、モータ負荷の値が所定の値未満の場合は、第１位置ループゲインより高い第２位置ループゲインを用いて速度指令値を算出するようにしてもよい。   In the control device according to still another embodiment of the present invention, a position control unit that outputs a speed command value for controlling the spindle position to the speed control unit according to the position command value is further provided, and the position control unit is a motor load value. Is greater than or equal to a predetermined value, the speed command value is calculated using the first position loop gain. If the motor load value is less than the predetermined value, a second position loop gain higher than the first position loop gain is calculated. It may be used to calculate a speed command value.

本発明の制御装置において、負荷演算部は、電流指令値に基づいてモータ負荷の値を決定することが好ましい。   In the control device of the present invention, it is preferable that the load calculation unit determines the value of the motor load based on the current command value.

本発明の制御装置によれば、主軸にかかる負荷の大きさに応じて、モータの電流から算出した速度推定値と、主軸の速度から算出した速度推定値とを切り換えて、モータ速度の制御を行うようにしているので、主軸にかかる負荷の大きさに係らず、モータ速度の制御を高精度に行うことができる。   According to the control device of the present invention, the motor speed is controlled by switching between the speed estimated value calculated from the motor current and the speed estimated value calculated from the speed of the main shaft according to the load applied to the main shaft. Therefore, the motor speed can be controlled with high accuracy regardless of the load applied to the main shaft.

さらに、本発明の他の実施態様による制御装置によれば、主軸にかかる負荷の大きさに応じて、速度制御のための速度ループゲインの大きさを変えるようにしているので、主軸にかかる負荷の大きさに係らず、モータ速度の制御を高精度に行うことができる。   Furthermore, according to the control device according to another embodiment of the present invention, since the magnitude of the speed loop gain for speed control is changed according to the magnitude of the load on the spindle, the load on the spindle is changed. Regardless of the size, the motor speed can be controlled with high accuracy.

また、本発明のさらに他の実施態様による制御装置によれば、主軸にかかる負荷の大きさに応じて、位置制御のための位置ループゲインの大きさを変えるようにしているので、主軸にかかる負荷の大きさに係らず、主軸位置の制御を高精度に行うことができる。   Further, according to the control device according to still another embodiment of the present invention, the magnitude of the position loop gain for position control is changed according to the magnitude of the load applied to the spindle, so that the spindle is applied. Regardless of the size of the load, the spindle position can be controlled with high accuracy.

本発明の実施例１に係る制御装置の構成図である。It is a block diagram of the control apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る制御装置によるモータ速度の制御方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the control method of the motor speed by the control apparatus which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例２に係る制御装置の構成図である。It is a block diagram of the control apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例２に係る制御装置によるモータ速度の制御方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the control method of the motor speed by the control apparatus which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例３に係る制御装置の構成図である。It is a block diagram of the control apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 本発明の実施例３に係る制御装置によるモータ速度の制御方法の手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure of the control method of the motor speed by the control apparatus which concerns on Example 3 of this invention. 従来のモータ速度の制御装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional motor speed control apparatus. 従来のモータ速度の制御装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional motor speed control apparatus.

以下、図面を参照して、本発明に係る制御装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。   Hereinafter, a control device according to the present invention will be described with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.

まず、本発明の実施例１に係る制御装置について説明する。図１に本発明の実施例１に係る制御装置の構成図を示す。制御装置１０１は、位置制御部１と、第１加算器２と、速度制御部３と、電流制御部４と、パワー増幅器５と、電流検出部６と、第１速度推定部７と、第２速度推定部８と、主軸速度演算部９と、第２加算器１１と、負荷演算部１２と、切替制御部１３と、第１スイッチＳＷ1とを有している。工作機械２０の構成は図７に示した従来の構成と同様であるので、詳細な説明は省略する。 First, the control apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 shows a configuration diagram of a control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The control device 101 includes a position control unit 1, a first adder 2, a speed control unit 3, a current control unit 4, a power amplifier 5, a current detection unit 6, a first speed estimation unit 7, A two-speed estimation unit 8, a spindle speed calculation unit 9, a second adder 11, a load calculation unit 12, a switching control unit 13, and a first switch SW 1 are included. Since the configuration of the machine tool 20 is the same as that of the conventional configuration shown in FIG.

位置制御部１は、位置指令値に従って主軸位置を制御するための速度指令値を速度制御部３に出力する。速度制御部３は、位置制御部１が位置指令値に従って算出し、出力した速度指令値に従ってモータ速度を制御するための電流指令値を算出し、これを電流制御部４に出力する。   The position control unit 1 outputs a speed command value for controlling the spindle position in accordance with the position command value to the speed control unit 3. The speed control unit 3 calculates a current command value calculated by the position control unit 1 according to the position command value, controls the motor speed according to the output speed command value, and outputs this to the current control unit 4.

電流制御部４は、速度制御部３からの電流指令値に従ってパワー増幅器５を制御し、パワー増幅器５は、工作機械２０のモータ２１を駆動するための電流を供給する配線２２に電流を出力する。電流検出部６は、電流指令値に従ってパワー増幅器５から供給された電流によりモータ２１が駆動された場合にモータ２１に流れる電流を検出する。電流検出部６により検出された電流は、電流制御部４にフィードバックされるとともに、第１速度推定部７に出力される。   The current control unit 4 controls the power amplifier 5 according to the current command value from the speed control unit 3, and the power amplifier 5 outputs a current to the wiring 22 that supplies a current for driving the motor 21 of the machine tool 20. . The current detection unit 6 detects the current flowing through the motor 21 when the motor 21 is driven by the current supplied from the power amplifier 5 according to the current command value. The current detected by the current detection unit 6 is fed back to the current control unit 4 and output to the first speed estimation unit 7.

第１速度推定部７は、電流検出部６が検出した電流に基づいてモータ２１の第１速度を推定する。第２速度推定部８は、主軸２５の近傍に設けられたセンサ２９により検出される主軸位置に基づいて主軸速度演算部９により算出される主軸速度及びモータ２１と主軸２５との間に設けられた速度調整機構２４の変速比に基づいてモータ２１の第２速度を推定する。   The first speed estimation unit 7 estimates the first speed of the motor 21 based on the current detected by the current detection unit 6. The second speed estimator 8 is provided between the spindle speed calculated by the spindle speed calculator 9 based on the spindle position detected by the sensor 29 provided in the vicinity of the spindle 25 and between the motor 21 and the spindle 25. The second speed of the motor 21 is estimated based on the speed ratio of the speed adjusting mechanism 24.

負荷演算部１２は、モータ負荷の値を算出する。モータ負荷の値は、速度制御部３が出力する電流指令値に基づいて決定されることが好ましい。   The load calculator 12 calculates a motor load value. The value of the motor load is preferably determined based on the current command value output from the speed control unit 3.

第１スイッチＳＷ1は、切替制御部１３からの選択信号に基づいて、第１速度推定部７と第２速度推定部８とを切り換えて、第１加算器２に出力される推定速度を切り換える。切替制御部１３は、負荷演算部１２が算出したモータ負荷の値に応じて第１スイッチＳＷ1を切り換える選択信号を出力している。即ち、負荷演算部１２が算出したモータ負荷の値が所定の値以上の場合は、速度制御部３が、第１速度を用いて電流指令値を算出するように、第１スイッチＳＷ1において第１速度推定部７が選択されるように選択信号を出力する。一方、モータ負荷の値が所定の値未満の場合は、速度制御部３が、第２速度を用いて電流指令値を算出するように、第１スイッチＳＷ1において第２速度推定部８が選択されるように選択信号を出力する。 The first switch SW 1 is based on the selection signal from the switching control unit 13, by switching the first speed estimation section 7 and a second speed estimation section 8, switches the estimation speed is output to the first adder 2 . The switching control unit 13 outputs a selection signal for switching the first switch SW 1 according to the motor load value calculated by the load calculation unit 12. That is, when the motor load value calculated by the load calculation unit 12 is equal to or greater than a predetermined value, the first switch SW 1 sets the first switch SW 1 so that the speed control unit 3 calculates the current command value using the first speed. A selection signal is output so that the one-speed estimation unit 7 is selected. On the other hand, when the motor load value is less than the predetermined value, the second speed estimation unit 8 selects the first switch SW 1 so that the speed control unit 3 calculates the current command value using the second speed. The selection signal is output as described above.

次に、本発明の実施例１に係る制御装置を用いた制御方法について図２に示したフローチャートを用いて説明する。まず、ステップＳ１０１において、制御装置１０１に加工開始の命令を与える。次に、ステップＳ１０２において、加工が終了したか否かを判断する。加工が終了している場合は、ステップＳ１０６に進んで制御を終了する。   Next, a control method using the control apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described using the flowchart shown in FIG. First, in step S101, a processing start command is given to the control device 101. Next, in step S102, it is determined whether or not the processing is finished. If the machining has been completed, the process proceeds to step S106 and the control is terminated.

加工が終了していない場合は、ステップＳ１０３において、モータ負荷の値が所定の値以上か否かを判断する。モータ負荷の大きさは、速度制御部３が電流制御部４に対して出力する電流指令値によって決定することができる。   If the machining has not been completed, it is determined in step S103 whether the motor load value is equal to or greater than a predetermined value. The magnitude of the motor load can be determined by a current command value output from the speed control unit 3 to the current control unit 4.

モータ負荷の値が所定の値以上の場合には、ステップＳ１０４において、速度制御部３が、第１速度を用いて電流指令値を算出するように、切替制御部１３が第１スイッチＳＷ1を第１速度推定部７側に切り換えるための選択信号を出力する。一方、モータ負荷の値が所定の値未満の場合は、ステップＳ１０５において、速度制御部３が、第２速度を用いて電流指令値を算出するように、切替制御部１３が第１スイッチＳＷ1を第２速度推定部８側に切り換えるための選択信号を出力する。その後、ステップＳ１０２に戻って、以上のステップＳ１０２〜Ｓ１０５を繰り返す。 When the motor load value is equal to or greater than the predetermined value, in step S104, the switching control unit 13 sets the first switch SW 1 so that the speed control unit 3 calculates the current command value using the first speed. A selection signal for switching to the first speed estimation unit 7 side is output. On the other hand, if the motor load value is less than the predetermined value, in step S105, the switching control unit 13 uses the first switch SW 1 so that the speed control unit 3 calculates the current command value using the second speed. Is output to the second speed estimator 8 side. Then, it returns to step S102 and repeats the above steps S102-S105.

以上のように、本発明の実施例１に係る制御装置によれば、主軸にかかる負荷の大きさに応じて、モータの電流から算出した速度推定値（第１速度）と、主軸の速度から算出した速度推定値（第２速度）とを切り換えて、モータ速度の制御を行うようにしているので、主軸にかかる負荷の大きさに関わらず、モータ速度の制御を高精度に行うことができる。   As described above, according to the control device according to the first embodiment of the present invention, from the estimated speed value (first speed) calculated from the motor current and the speed of the main shaft according to the load applied to the main shaft. Since the motor speed is controlled by switching the calculated speed estimated value (second speed), the motor speed can be controlled with high accuracy regardless of the load applied to the spindle. .

次に、本発明の実施例２に係る制御装置について説明する。図３に本発明の実施例２に係る制御装置の構成図を示す。実施例２に係る制御装置１０２が、実施例１に係る制御装置１０１と異なっている点は、第１速度ループゲイン記憶部３１と、第２速度ループゲイン記憶部３２と、第２スイッチＳＷ2とをさらに設けている点である。制御装置１０２の他の構成及び工作機械２０の構成は、実施例１に係る制御装置１０１及び工作機械２０と同様であるので、詳細な説明は省略する。 Next, a control device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 shows a configuration diagram of a control apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The control device 102 according to the second embodiment is different from the control device 101 according to the first embodiment in that a first speed loop gain storage unit 31, a second speed loop gain storage unit 32, and a second switch SW 2 are used. And is further provided. Since the other configuration of the control device 102 and the configuration of the machine tool 20 are the same as those of the control device 101 and the machine tool 20 according to the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

第１速度ループゲイン記憶部３１は、速度制御部３が電流指令値の算出のために用いる速度ループゲインとして、第１速度ループゲインの値を記憶している。一方、第２速度ループゲイン記憶部３２は、速度制御部３が電流指令値の算出のために用いる速度ループゲインとして、第２速度ループゲインの値を記憶しており、第２速度ループゲインの大きさは、第１速度ループゲインより高い点を特徴としている。   The first speed loop gain storage unit 31 stores the value of the first speed loop gain as the speed loop gain used by the speed control unit 3 for calculating the current command value. On the other hand, the second speed loop gain storage unit 32 stores the value of the second speed loop gain as the speed loop gain used by the speed control unit 3 to calculate the current command value. The magnitude is characterized by being higher than the first speed loop gain.

第２スイッチＳＷ2は、切替制御部１３からの選択信号に基づいて、第１速度ループゲイン記憶部３１と第２速度ループゲイン記憶部３２とを切り換えて、速度制御部３に与えられる速度ループゲインを切り換える。切替制御部１３は、負荷演算部１２が算出したモータ負荷の値に応じて第２スイッチＳＷ2を切り換える選択信号を出力している。即ち、負荷演算部１２が算出したモータ負荷の値が所定の値以上の場合は、速度制御部３が、第１速度ループゲインを用いて電流指令値を算出するように、第２スイッチＳＷ2において第１速度ループゲイン記憶部３１が選択されるように選択信号を出力する。一方、モータ負荷の値が所定の値未満の場合は、速度制御部３が、第２速度ループゲインを用いて電流指令値を算出するように、第２スイッチＳＷ2において第２速度ループゲイン記憶部３２が選択されるように選択信号を出力する。 The second switch SW 2, based on a selection signal from the switching control unit 13, by switching the first speed loop gain storing section 31 and a second velocity loop gain storing unit 32, the speed given to the speed control unit 3 loop Switch the gain. The switching control unit 13 outputs a selection signal for switching the second switch SW 2 in accordance with the motor load value calculated by the load calculation unit 12. That is, when the value of the motor load calculated by the load calculation unit 12 is equal to or greater than a predetermined value, the second switch SW 2 is used so that the speed control unit 3 calculates the current command value using the first speed loop gain. A selection signal is output so that the first speed loop gain storage unit 31 is selected. On the other hand, when the value of the motor load is less than the predetermined value, the second speed loop gain is stored in the second switch SW 2 so that the speed control unit 3 calculates the current command value using the second speed loop gain. A selection signal is output so that the unit 32 is selected.

次に、本発明の実施例２に係る制御装置を用いた制御方法について図４に示したフローチャートを用いて説明する。実施例２に係る制御装置を用いた制御方法が、実施例１に係る制御装置を用いた制御方法と異なる点は、モータ負荷の大きさに応じて、速度制御部に与えられる速度ループゲインの大きさを変えている点である。実施例１に係る制御装置の制御方法における図２に示したステップＳ１０１〜Ｓ１０６に対応するステップＳ２０１〜Ｓ２０４、Ｓ２０６、Ｓ２０８は、実施例１に係る制御装置の制御方法と同様であるので、詳細な説明は省略する。   Next, a control method using the control device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The difference between the control method using the control device according to the second embodiment and the control method using the control device according to the first embodiment is that the speed loop gain given to the speed control unit depends on the magnitude of the motor load. The point is changing the size. Steps S201 to S204, S206, and S208 corresponding to steps S101 to S106 illustrated in FIG. 2 in the control method for the control device according to the first embodiment are the same as the control method for the control device according to the first embodiment, and thus detailed The detailed explanation is omitted.

ステップＳ２０３において、モータ負荷の値が所定の値以上の場合には、ステップＳ２０４において、実施例１と同様に第１速度を選択し、ステップＳ２０５において、速度制御部３が、第１速度ループゲインを用いて電流指令値を算出するように、切替制御部１３が第２スイッチＳＷ2を第１速度ループゲイン記憶部３１側に切り換えるための選択信号を出力する。一方、モータ負荷の値が所定の値未満の場合は、ステップＳ２０６において、実施例１と同様に第２速度を選択し、ステップＳ２０７において、速度制御部３が、第２速度ループゲインを用いて電流指令値を算出するように、切替制御部１３が第２スイッチＳＷ2を第２速度ループゲイン記憶部３２側に切り換えるための選択信号を出力する。その後、ステップＳ２０２に戻って、ステップＳ２０２〜Ｓ２０７を繰り返す。 In step S203, if the value of the motor load is equal to or greater than a predetermined value, in step S204, the first speed is selected in the same manner as in the first embodiment. In step S205, the speed control unit 3 selects the first speed loop gain. The switching control unit 13 outputs a selection signal for switching the second switch SW 2 to the first speed loop gain storage unit 31 side so as to calculate the current command value using the. On the other hand, if the motor load value is less than the predetermined value, the second speed is selected in step S206 as in the first embodiment, and in step S207, the speed control unit 3 uses the second speed loop gain. The switching control unit 13 outputs a selection signal for switching the second switch SW 2 to the second speed loop gain storage unit 32 side so as to calculate the current command value. Then, it returns to step S202 and repeats steps S202-S207.

以上のように、本発明の実施例２に係る制御装置によれば、主軸にかかる負荷の大きさに応じて、速度制御のための速度ループゲインの大きさを変えるようにしているので、主軸にかかる負荷の大きさに係らず、モータ速度の制御を高精度に行うことができる。   As described above, according to the control device according to the second embodiment of the present invention, the magnitude of the speed loop gain for speed control is changed according to the magnitude of the load applied to the spindle. Regardless of the load applied to the motor, the motor speed can be controlled with high accuracy.

次に、本発明の実施例３に係る制御装置について説明する。図５に本発明の実施例３に係る制御装置の構成図を示す。実施例３に係る制御装置１０３が、実施例２に係る制御装置１０２と異なっている点は、第１位置ループゲイン記憶部４１と、第２位置ループゲイン記憶部４２と、第３スイッチＳＷ3とをさらに設けている点である。制御装置の他の構成及び工作機械２０の構成は、実施例２に係る制御装置及び工作機械と同様であるので、詳細な説明は省略する。 Next, a control device according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 shows a configuration diagram of a control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The control device 103 according to the third embodiment is different from the control device 102 according to the second embodiment in that a first position loop gain storage unit 41, a second position loop gain storage unit 42, and a third switch SW 3 are used. And is further provided. Since the other configuration of the control device and the configuration of the machine tool 20 are the same as those of the control device and the machine tool according to the second embodiment, detailed description thereof is omitted.

第１位置ループゲイン記憶部４１は、位置制御部１が速度指令値の算出のために用いる位置ループゲインとして、第１位置ループゲインの値を記憶している。一方、第２位置ループゲイン記憶部４２は、位置制御部１が速度指令値の算出のために用いる位置ループゲインとして、第２位置ループゲインの値を記憶しており、第２位置ループゲインの大きさは、第１位置ループゲインより高い点を特徴としている。   The first position loop gain storage unit 41 stores the value of the first position loop gain as the position loop gain used by the position control unit 1 for calculating the speed command value. On the other hand, the second position loop gain storage unit 42 stores the value of the second position loop gain as the position loop gain used by the position control unit 1 to calculate the speed command value. The magnitude is characterized by a point that is higher than the first position loop gain.

第３スイッチＳＷ3は、切替制御部１３からの選択信号に基づいて、第１位置ループゲイン記憶部４１と第２位置ループゲイン記憶部４２とを切り換えて、位置制御部１に与えられる位置ループゲインを切り換える。切替制御部１３は、負荷演算部１２が算出したモータ負荷の値に応じて第３スイッチＳＷ3を切り換える選択信号を出力している。即ち、負荷演算部１２が算出したモータ負荷の値が所定の値以上の場合は、位置制御部１が、第１位置ループゲインを用いて速度指令値を算出するように、第３スイッチＳＷ3において第１位置ループゲイン部４１が選択されるように選択信号を出力する。一方、モータ負荷の値が所定の値未満の場合は、位置制御部１が、第２位置ループゲインを用いて速度指令値を算出するように、第３スイッチＳＷ3において第２位置ループゲイン記憶部４２が選択されるように選択信号を出力する。 The third switch SW 3 is based on a selection signal from the switching control unit 13 is switched to the first position loop gain storing section 41 and a second position loop gain storing unit 42, a position loop given to the position controller 1 Switch the gain. The switching control unit 13 outputs a selection signal for switching the third switch SW 3 in accordance with the motor load value calculated by the load calculation unit 12. That is, when the value of the motor load calculated by the load calculation unit 12 is equal to or greater than a predetermined value, the third switch SW 3 is set so that the position control unit 1 calculates the speed command value using the first position loop gain. A selection signal is output so that the first position loop gain unit 41 is selected. On the other hand, when the motor load value is less than the predetermined value, the second position loop gain is stored in the third switch SW 3 so that the position control unit 1 calculates the speed command value using the second position loop gain. A selection signal is output so that the unit 42 is selected.

次に、本発明の実施例３に係る制御装置を用いた制御方法について図６に示したフローチャートを用いて説明する。実施例３に係る制御装置を用いた制御方法が、実施例２に係る制御装置を用いた制御方法と異なる点は、モータ負荷の大きさに応じて、位置制御部に与えられる位置ループゲインの大きさを変えている点である。実施例２に係る制御装置の制御方法における図４に示したステップＳ２０１〜Ｓ２０８に対応するステップＳ３０１〜Ｓ３０５、Ｓ３０７、Ｓ３０８、Ｓ３１０は、実施例２に係る制御装置の制御方法と同様であるので、詳細な説明は省略する。   Next, a control method using the control device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart shown in FIG. The control method using the control device according to the third embodiment is different from the control method using the control device according to the second embodiment in that the position loop gain given to the position control unit according to the magnitude of the motor load. The point is changing the size. Steps S301 to S305, S307, S308, and S310 corresponding to steps S201 to S208 shown in FIG. 4 in the control method of the control device according to the second embodiment are the same as the control method of the control device according to the second embodiment. Detailed description will be omitted.

ステップＳ３０３において、モータ負荷の値が所定の値以上の場合には、ステップＳ３０４において、実施例１と同様に第１速度を選択し、ステップＳ３０５において、実施例２と同様に第１速度ループゲインを選択する。次に、ステップＳ３０６において、位置制御部１が、第１位置ループゲインを用いて速度指令値を算出するように、切替制御部１３が第３スイッチＳＷ3を第１位置ループゲイン記憶部４１側に切り換えるための選択信号を出力する。一方、モータ負荷の値が所定の値未満の場合は、ステップＳ３０７において、実施例１と同様に第２速度を選択し、ステップＳ３０８において、実施例２と同様に第２速度ループゲインを選択する。次に、ステップＳ３０９において、位置制御部１が、第２位置ループゲインを用いて電流指令値を算出するように、切替制御部１３が第３スイッチＳＷ3を第２位置ループゲイン記憶部４２側に切り換えるための選択信号を出力する。その後、ステップＳ３０２に戻って、ステップＳ３０２〜Ｓ３０９を繰り返す。 In step S303, if the motor load value is equal to or greater than the predetermined value, the first speed is selected in step S304 as in the first embodiment, and in step S305, the first speed loop gain is determined as in the second embodiment. Select. Next, in step S306, the position control section 1, so as to calculate the speed command value by using the first position loop gain, the switching control unit 13 the third switch SW 3 first position loop gain storing section 41 side A selection signal for switching to is output. On the other hand, if the motor load value is less than the predetermined value, in step S307, the second speed is selected as in the first embodiment, and in step S308, the second speed loop gain is selected as in the second embodiment. . Next, in step S309, the position control section 1, to calculate a current command value by using the second position loop gain, the switching control unit 13 the third switch SW 3 second position loop gain storing section 42 side A selection signal for switching to is output. Then, it returns to step S302 and repeats steps S302-S309.

以上のように、本発明の実施例３に係る制御装置によれば、主軸にかかる負荷の大きさに応じて、位置制御のための位置ループゲインの大きさを変えるようにしているので、主軸にかかる負荷の大きさに係らず、主軸位置の制御を高精度に行うことができる。   As described above, according to the control device according to the third embodiment of the present invention, since the magnitude of the position loop gain for position control is changed according to the magnitude of the load applied to the spindle, the spindle The spindle position can be controlled with high accuracy regardless of the magnitude of the load applied to the main shaft.

１ 位置制御部
２ 第１加算器
３ 速度制御部
４ 電流制御部
５ パワー増幅器
６ 電流検出部
７ 第１速度推定部
８ 第２速度推定部
９ 主軸速度演算部
１１ 第２加算器
１２ 負荷演算部
１３ 切替制御部
１０１〜１０３ 制御装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Position control part 2 1st adder 3 Speed control part 4 Current control part 5 Power amplifier 6 Current detection part 7 1st speed estimation part 8 2nd speed estimation part 9 Spindle speed calculation part 11 2nd adder 12 Load calculation part 13 switching control part 101-103 control apparatus

Claims (3)

所定の変速比を有する速度調整機構を介して主軸を駆動するモータの速度を制御する制御装置であって、
位置指令値に従ってモータ速度を制御するための電流指令値を出力する速度制御部と、
前記電流指令値に従ってモータが駆動された場合にモータに流れる電流を検出する電流検出部と、
前記電流に基づいてモータの第１速度を推定する第１速度推定部と、
主軸の近傍に設けられたセンサにより検出される主軸位置に基づいて算出される主軸速度及び前記変速比に基づいてモータの第２速度を推定する第２速度推定部と、
モータ負荷の値を算出する負荷演算部と、を有し、
前記速度制御部は、前記モータ負荷の値がモータと主軸との間にスリップが発生する値以上の場合は、前記第１速度を用いて前記電流指令値を算出し、前記モータ負荷の値が前記モータと主軸との間にスリップが発生する値未満の場合は、前記第２速度を用いて前記電流指令値を算出し、
前記速度制御部が前記電流指令値の算出のために用いるループゲインとして、第１速度ループゲインと、前記第１速度ループゲインより高い第２速度ループゲインと、を記憶した記憶部をさらに有し、
前記速度制御部は、前記モータ負荷の値が前記モータと主軸との間にスリップが発生する値以上の場合は、前記第１速度ループゲインを用いて前記電流指令値を算出し、前記モータ負荷の値が前記モータと主軸との間にスリップが発生する値未満の場合は、前記第２速度ループゲインを用いて前記電流指令値を算出する、
ことを特徴とする制御装置。 A control device that controls the speed of a motor that drives a main shaft via a speed adjustment mechanism having a predetermined gear ratio,
A speed control unit that outputs a current command value for controlling the motor speed according to the position command value;
A current detector for detecting a current flowing in the motor when the motor is driven according to the current command value;
A first speed estimator for estimating a first speed of the motor based on the current;
A second speed estimator for estimating the second speed of the motor based on the main shaft speed calculated based on the main shaft position detected by a sensor provided in the vicinity of the main shaft and the gear ratio;
A load calculation unit for calculating a value of the motor load,
The speed control unit calculates the current command value using the first speed when the value of the motor load is equal to or greater than a value at which slip occurs between the motor and the spindle, and the value of the motor load is for less than a value slip occurs between the motor and the main shaft is to calculate the current command value by using the second speed,
The speed control unit further includes a storage unit that stores a first speed loop gain and a second speed loop gain higher than the first speed loop gain as a loop gain used for calculating the current command value. ,
The speed control unit calculates the current command value using the first speed loop gain when the value of the motor load is equal to or greater than a value at which slip occurs between the motor and the main shaft, and the motor load Is less than the value at which slip occurs between the motor and the spindle, the current command value is calculated using the second speed loop gain.
A control device characterized by that. 前記位置指令値に従って前記主軸位置を制御するための速度指令値を前記速度制御部に出力する位置制御部をさらに有し、
前記記憶部は、前記位置制御部が前記速度指令値の算出のために用いるループゲインとして、第１位置ループゲインと、前記第１位置ループゲインより高い第２位置ループゲインと、を記憶し、
前記位置制御部は、前記モータ負荷の値が前記モータと主軸との間にスリップが発生する値以上の場合は、前記第１位置ループゲインを用いて前記速度指令値を算出し、前記モータ負荷の値が前記モータと主軸との間にスリップが発生する値未満の場合は、前記第２位置ループゲインを用いて前記速度指令値を算出する、請求項１に記載の制御装置。 A position control unit that outputs a speed command value for controlling the spindle position according to the position command value to the speed control unit;
The storage unit stores a first position loop gain and a second position loop gain higher than the first position loop gain as loop gains used by the position control unit to calculate the speed command value,
The position control unit calculates the speed command value using the first position loop gain when the value of the motor load is equal to or greater than a value at which slip occurs between the motor and the spindle, and the motor load 2. The control device according to claim 1, wherein the speed command value is calculated using the second position loop gain when a value of is less than a value at which slip occurs between the motor and the spindle . 前記負荷演算部は、前記電流指令値に基づいて前記モータ負荷の値を決定する、請求項１または２に記載の制御装置。 The load calculation unit determines the value of the motor load based on the current command value, the control device according to claim 1 or 2.
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