JP6592118B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
スライドを駆動制御する場合、鍛圧機械では、一方の型を他方の型に搭載された対象物に接触させ、スライドによって対象物に作用する圧力を一定に制御する圧力制御を行う。
ボルスタ側のダイクッション機構を駆動制御する場合、鍛圧機械では、一方の型が他方の型に搭載された対象物に接触するまでは、スライドを所定のストロークで往復動作させ、ダイクッション機構を待機位置に待機させる。そして、一方の型が対象物に接触した後に、鍛圧機械では、ダイクッション機構をスライドと共に移動させることによって対象物に作用する圧力を一定に制御する圧力制御を行う。
油圧ポンプは、サーボモータで駆動され、油圧シリンダに作動油を供給したり、又は油圧シリンダ内の作動油を排出させたりする。これにより、油圧シリンダに供給される作動油の圧力が増減され、油圧シリンダでスライド、又はボルスタ側のダイクッション機構が駆動される。
ところで、鍛圧機械では、スライドとダイクッション機構との間に弾性特性を有する弾性体が存在する。そのため、積分(I)制御を含む圧力制御において、圧力のオーバーシュート又はアンダーシュートが発生することがある。
特に、圧力制御において、圧力のアンダーシュートが発生すると、成形品の品質が低下したり、機械が故障したりすることがある。例えば、油圧ポンプ(圧力制御対象)として、油圧が負値になると故障してしまう油圧ポンプがある。
ボルスタ側のダイクッション機構4は油圧発生機構5によって駆動され、油圧発生機構5はサーボモータ2によって駆動される。
また、一般に、積分動作を行う積分器の出力は正値及び負値になり得る。また、サーボモータの駆動信号が正値のみならず負値になり得る。しかし、上述したように、油圧発生機構5の油圧ポンプとして、油圧が負値になると故障してしまう油圧ポンプがある。このような油圧ポンプでは、油圧を常に正値に保つ必要がある。
更に、圧力制御部24の積分動作の下限Vlは0に設定される。これにより、油圧発生機構5の油圧ポンプに発生する圧力のアンダーシュートを更に抑制し、油圧発生機構5の油圧ポンプの圧力が負値になることを避けることができる。そのため、油圧発生機構5の油圧ポンプの故障を避けることができる。
図4における2段目のタイミングチャートは、圧力検出部22からの圧力フィードバック(実線)(換言すれば、油圧発生機構5の作動油の圧力、更に換言すれば、ダイクッション機構4によってワークWに作用する力)を示す。この2段目のタイミングチャートには、圧力指令部20で作成された圧力制御のための圧力指令(一点鎖線)も示されている。
図4における3段目のタイミングチャートは、圧力制御部24で作成された圧力制御のための速度指令(実線)を示す。この3段目のタイミングチャートには、速度指令部10で作成された速度制御のための速度指令(一点鎖線)も示されている。
図4における4段目のタイミングチャートは、圧力制御部24の積分器の出力(実線)を示す。この4段目のタイミングチャートにも、速度指令部10で作成された速度制御のための速度指令(一点鎖線)が示されている。
なお、図4における2〜4段目には、比較のために、圧力制御部24の積分動作において上限及び下限を設けない場合の、圧力フィードバック(破線)、圧力制御のための速度指令(破線)、圧力制御部24の積分器の出力(破線)がそれぞれ示されている。
(ワークWに圧力を加えるとき)
まず、スライド3を所定のストロークで往復動作させ、ワークWを搭載するボルスタ側のダイクッション機構4を待機位置に待機させる。スライド3とダイクッション機構4との接触により生じる圧力により、ワークWは加工される。
圧力制御部24は、圧力指令と圧力FBとの圧力偏差に基づいて、積分動作を含む制御、例えば、比例・積分制御(PI制御)や比例・積分・微分制御(PID制御)を行う。
このとき、圧力FBは所定の圧力であり、圧力制御部24で作成される圧力制御のための速度指令であって、圧力指令と圧力FBとの圧力偏差に基づく圧力制御のための速度指令は、速度制御のための速度指令よりも大きい(3段目のタイミングチャート)。すなわち、速度制御のための速度指令が、油圧発生機構5の作動油の圧力を下げる方向の速度指令である。これにより、選択部30は、速度制御のための速度指令を選択している。
このとき、待機位置に待機させられているダイクッション機構4に対しスライド3が押し込み動作を行い、ワークWに作用する力(すなわち、被駆動体4に作用する圧力)は上昇する(2段目のタイミングチャート)。
これにより、モータ制御装置1は、ボルスタ側のダイクッション機構4をスライド3と共に移動させ、ワークWに作用する力(すなわち、被駆動体4に作用する圧力)を一定に制御する圧力制御を行う(時刻t3)。
次に、スライド3の移動方向が反転する(時刻t5)。
このとき、速度指令部10によって速度制御のための速度指令が既に変更(増加)されている。
モータ制御装置1は、ボルスタ側のダイクッション機構4をスライド3と共に反対方向に移動させ、ワークWに作用する力(すなわち、被駆動体4に作用する圧力)を減少させる圧力制御を行う。
このとき、圧力指令が一定であるのに対して圧力FBは減少するため(2段目のタイミングチャート)、圧力制御部24で生成される圧力制御のための速度指令であって、圧力指令と圧力FBとの圧力偏差に基づく圧力制御のための速度指令は増加する(3段目のタイミングチャート)。
このとき、圧力制御部24が積分(I)制御動作を含む圧力制御、例えば比例・積分(PI)制御、あるいは比例・積分・微分(PID)制御を行う場合、圧力FBのアンダーシュートが発生し得る(2段目のタイミングチャートの破線、時刻t6近傍)。
この点に関し、本実施形態では、図3に示すように圧力制御を行う際に、圧力制御部24の積分動作の出力の下限値Vlは0以上に制限される。換言すれば、圧力制御部24の積分動作の正方向の上限Vuと負方向の下限Vlとの中央値Vc(Vc=(Vu+Vl)/2)が0よりも大きく設定される。これにより、圧力制御部24の積分動作は圧力を減少させる途中で停止する(4段目のタイミングチャートの時刻t5)。積分動作停止後は積分動作を行わない制御特性に近づき、アンダーシュートが抑制される(2段目のタイミングチャートの実線、時刻t6近傍)。このため、油圧発生機構5の油圧ポンプの圧力が負値になることを避けることができる。換言すれば、圧力制御部24の積分動作の出力は常に正値となり、サーボモータ2の駆動信号を常に正値に保つことができ、油圧ポンプの油圧を正値に保つことができる。
また、本実施形態のモータ制御装置1によれば、圧力制御部24の積分動作の下限は0である。これにより、油圧発生機構5の油圧ポンプに発生する圧力のアンダーシュートを更に低減し、油圧発生機構5の油圧ポンプの圧力が負値になることを避けることができる。換言すれば、圧力制御部24の積分動作の出力は常に正値となり、サーボモータ2の駆動信号を常に正値に保つことができる。そのため、油圧発生機構5の油圧ポンプの圧力を常に正値に保つことができる。そのため、油圧発生機構5の油圧ポンプの故障を回避することができる。
位置指令部は、サーボモータ2の回転位置(換言すれば、被駆動体4の位置)を指令する位置指令(位置制御のための位置指令)を作成する。位置指令部は、図示しない上位制御装置や外部入力装置等から入力されるプログラムや命令に従って、位置制御のための位置指令を作成する。
位置制御部は、位置指令部で作成された位置指令と位置検出部(例えば、サーボモータ2に設けられたエンコーダ)42で検出された位置FBとに基づいて、位置制御のためのサーボモータ2の速度指令を作成する。具体的には、位置制御部は、位置指令部で作成された位置指令と位置検出部42で検出された位置FBとの位置偏差を求め、この位置偏差にPI制御を行い、位置制御のための速度指令を生成する。
選択部30は、位置制御と圧力制御とのいずれかを選択することにより、位置制御と圧力制御とを切り換える。具体的には、選択部30は、位置制御部で作成された位置制御のための速度指令と圧力制御部24で作成された圧力制御のための速度指令とを比較して、いずれか小さい方を選択する。これにより、選択部30は、油圧発生機構5の作動油の圧力を下げる方向の速度指令を選択することとなる。
この場合、モータ制御装置は、圧力制御対象を被駆動体(スライド3、又はボルスタ側のダイクッション機構4)とし、圧力制御対象に発生する圧力として、被駆動体に作用する圧力(すなわち、ワークWに作用する力)を制御すればよい。
この形態でも、圧力制御部24の積分動作において圧力を上げる側を積分動作の正方向、圧力を下げる側を負方向と定義したときに、図5に示すように、圧力制御部24の積分動作の正方向の上限Vuと負方向の下限Vlとの中央値Vc(Vc=(Vu+Vl)/2)が0よりも大きく設定されればよい。換言すれば、油圧発生機構5の油圧ポンプに発生する圧力を下げる負方向の速度指令を作成するときの圧力制御部24の積分動作の出力の絶対値の最大値|Vl|は、油圧発生機構5の油圧ポンプに発生する圧力を上げる正方向の速度指令を作成するときの圧力制御部24の積分動作の出力の絶対値の最大値|Vu|よりも小さく設定されればよい。これにより、圧力制御対象に発生する圧力のアンダーシュートを低減することができる。
2 サーボモータ
3 スライド
4 ボルスタ側のダイクッション機構(被駆動体)
5 油圧発生機構(油圧ポンプ)
10 速度指令部
20 圧力指令部
22 圧力検出部
24 圧力制御部
30 選択部
40 サーボ制御部
42 速度検出部(位置検出部)
W ワーク(対象物)
Claims (6)
- 圧力制御対象を駆動するサーボモータを制御するモータ制御装置であって、前記圧力制御対象に発生する圧力を制御する圧力制御を行うモータ制御装置において、
前記圧力制御対象に発生する圧力を指令する圧力指令を作成する圧力指令部と、
前記圧力制御対象に発生する圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力指令部で作成された圧力指令と前記圧力検出部で検出された圧力とに基づいて、前記圧力制御のための前記サーボモータの速度指令を作成する圧力制御部と、
前記圧力制御部で作成された前記圧力制御のための速度指令に基づいて、前記サーボモータの速度を制御するサーボ制御部と、
を備え、
前記圧力制御部は積分動作を行い、
前記積分動作において圧力を上げる側を積分動作の正方向、圧力を下げる側を負方向と定義したときに、前記積分動作の正方向の上限と負方向の下限との中央値が0よりも大きい、
モータ制御装置。 - 前記圧力制御部の積分動作の下限は0である、請求項1に記載のモータ制御装置。
- 前記圧力制御部の積分動作の上限は、設定変更可能である、
請求項1又は2に記載のモータ制御装置。 - 速度制御のための前記サーボモータの速度指令を作成する速度指令部と、
前記速度指令部で作成された前記速度制御のための速度指令と前記圧力制御部で作成された前記圧力制御のための速度指令との何れかであって、前記圧力制御対象に発生する圧力を下げる方向の速度指令を選択する選択部と、
を更に備え、
前記サーボ制御部は、前記選択部で選択された速度指令に基づいて、前記サーボモータの速度を制御する、
請求項3に記載のモータ制御装置。 - 前記圧力制御部の積分動作の上限は、前記速度制御のための速度指令である、請求項4に記載のモータ制御装置。
- 前記圧力制御対象は、前記サーボモータで駆動される油圧ポンプと、前記油圧ポンプからの作動油で駆動されて被駆動体を駆動する油圧シリンダとで構成される油圧発生機構であり、
前記圧力制御対象に発生する圧力は、前記油圧発生機構における前記作動油の油圧である、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のモータ制御装置。
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