JP7036127B2 - 指令生成装置および指令生成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、モータの動作に関する指令を生成する指令生成装置および指令生成方法に関する。
従来、モータ制御装置は、上位装置からの位置指令や回転速度指令に基づいて、モータを回転制御している。
日本国公開公報特開2015-156734号公報には、上位装置からの指令情報をもとに内部指令情報を生成し、当該内部指令情報に対してモータを追従させるモータ駆動装置が開示されている。ここで、モータ駆動装置は、上位装置からのパルス列指令による位置指令をもとに、台形速度パターンの内部位置指令を生成するようにしている。
日本国公開公報特開2015-156734号公報には、上位装置からの指令情報をもとに内部指令情報を生成し、当該内部指令情報に対してモータを追従させるモータ駆動装置が開示されている。ここで、モータ駆動装置は、上位装置からのパルス列指令による位置指令をもとに、台形速度パターンの内部位置指令を生成するようにしている。
しかしながら、日本国公開公報特開2015-156734号公報に記載の技術は、内部位置指令の生成方法に限られる。また、内部位置指令は、上位装置からのパルス列指令を利用したオープンループにより生成されるため、指令生成の自由度が低く、指令生成の精度は十分ではない。
そこで、本発明は、高精度にモータを制御するための指令値(内部目標値)を生成することができる指令生成装置および指令生成方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明は、高精度にモータを制御するための指令値(内部目標値)を生成することができる指令生成装置および指令生成方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一つの態様の指令生成装置は、上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信する指令受信部と、前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する内部目標生成部と、を備える。前記内部目標生成部は、前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、補正後の前記内部目標値を生成するフィードバック演算部を有し、前記指令受信部による前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成する。
また、本発明の一つの態様の指令生成方法は、上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信するステップと、前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成するステップと、を含む。前記内部目標値を生成するステップでは、前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、補正後の前記内部目標値を生成するフィードバック演算を行い、前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成する。
さらに、本発明の一つの態様のモータ制御装置は、上記の指令生成装置と、前記指令生成装置により生成された前記内部目標値に基づいて、前記モータの位置制御および回転速度制御を行う動作制御部と、を備える。
また、本発明の一つの態様のモータユニットにおいて、上記のモータ制御装置は、回路基板に載置され、前記回路基板は、前記モータに駆動電力を供給する。
また、本発明の一つの態様のモータユニットにおいて、上記のモータ制御装置は、回路基板に載置され、前記回路基板は、前記モータに駆動電力を供給する。
本発明の一つの態様によれば、上位指令値の受信周期よりも短い周期でフィードバック演算を行って、モータの位置目標値および回転速度目標値を生成するので、モータの高精度同期運転が可能な指令値を生成することができる。
以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。
図1は、本実施形態におけるモータ駆動システム10の構成例である。
モータ駆動システム10は、上位装置1と、モータ制御装置2と、モータ3と、を備える。
上位装置1は、モータの動作に関する上位指令値を生成する上位指令生成部11を備え、上位指令生成部11により生成された上位指令値をモータ制御装置2へ送信する。この上位装置1は、モータ制御装置2とは独立したクロックで駆動される。
また、上位指令値は、モータ3の位置指令値および回転速度指令値の少なくとも一方に関する情報を含む。
なお、以下の説明では、上位指令値としての位置指令値を「上位位置指令値」、上位指令値としての回転速度指令値を「上位回転速度指令値」という。
モータ駆動システム10は、上位装置1と、モータ制御装置2と、モータ3と、を備える。
上位装置1は、モータの動作に関する上位指令値を生成する上位指令生成部11を備え、上位指令生成部11により生成された上位指令値をモータ制御装置2へ送信する。この上位装置1は、モータ制御装置2とは独立したクロックで駆動される。
また、上位指令値は、モータ3の位置指令値および回転速度指令値の少なくとも一方に関する情報を含む。
なお、以下の説明では、上位指令値としての位置指令値を「上位位置指令値」、上位指令値としての回転速度指令値を「上位回転速度指令値」という。
本実施形態では、上位指令値がデジタル電気信号(パルス列指令)である場合について説明する。モータ制御装置2は、パルス列指令のパルス受信時刻から位置指令値、パルス列指令のパルス幅から回転速度指令値を取得することができる。つまり、本実施形態における上位指令値は、モータ3の位置指令値に関する情報と、モータ3の回転速度指令値に関する情報との両方を含む。
モータ制御装置2は、指令受信部21と、内部目標生成部22と、動作制御部23と、を備える。
指令受信部21は、上位装置1から送信される上位指令値を受信する。本実施形態では、上位指令値はパルス列信号であるため、指令受信部21は、上位装置1から所定の時間間隔で位置指令値に関する情報と回転速度指令値に関する情報とを受信することになる。指令受信部21は、上位装置1から受信した上位指令値を内部目標生成部22へ出力する。
指令受信部21は、上位装置1から送信される上位指令値を受信する。本実施形態では、上位指令値はパルス列信号であるため、指令受信部21は、上位装置1から所定の時間間隔で位置指令値に関する情報と回転速度指令値に関する情報とを受信することになる。指令受信部21は、上位装置1から受信した上位指令値を内部目標生成部22へ出力する。
内部目標生成部22は、指令受信部21により受信された上位指令値に基づいて内部目標値を生成し、生成した内部目標値を動作制御部23に出力する。ここで、内部目標値は、モータ3の位置目標値および回転速度目標値を含む。なお、以下の説明では、内部目標値としての位置目標値を「内部位置目標値」、内部目標値としての回転速度目標値を「内部回転速度目標値」という。
動作制御部23は、内部目標生成部22により生成された内部位置目標値および内部回転速度目標値に基づいて、モータ3の位置制御および回転速度制御を行う。
この図1において、指令受信部21および内部目標生成部22が指令生成装置に対応している。
動作制御部23は、内部目標生成部22により生成された内部位置目標値および内部回転速度目標値に基づいて、モータ3の位置制御および回転速度制御を行う。
この図1において、指令受信部21および内部目標生成部22が指令生成装置に対応している。
図2は、モータユニットの具体的構成を示す図である。
モータユニットは、モータ制御装置2と、モータ3と、を備える。モータ制御装置2は、回路基板(不図示)に載置され、当該回路基板は、モータ3に駆動電力を供給する。
モータユニットは、モータ制御装置2と、モータ3と、を備える。モータ制御装置2は、回路基板(不図示)に載置され、当該回路基板は、モータ3に駆動電力を供給する。
図2に示すように、モータ3には、モータ回転角を検出する位置センサ3aが取り付けられている。ここで、位置センサ3aは、例えばホールセンサ等の磁気センサとすることができる。なお、位置センサ3aは、光学センサやレゾルバ等であってもよい。
位置センサ3aの出力信号は、タイムキャプチャ23aによって取得される。センサ信号処理部23bは、タイムキャプチャ23aによって取得された位置センサ3aの出力信号をもとに、モータ回転角(モータ実位置)およびモータ回転速度を測定し、位置・速度制御部23cに出力する。
位置センサ3aの出力信号は、タイムキャプチャ23aによって取得される。センサ信号処理部23bは、タイムキャプチャ23aによって取得された位置センサ3aの出力信号をもとに、モータ回転角(モータ実位置)およびモータ回転速度を測定し、位置・速度制御部23cに出力する。
位置・速度制御部23cは、内部目標生成部22により生成された内部位置目標値および内部回転速度目標値と、センサ信号処理部23bにより測定されたモータ実位置およびモータ回転速度とに基づいて、電圧指令値を生成する。電圧制御部23dは、位置・速度制御部23cにより生成された電圧指令値に基づいて、PWM信号のデューティ比を演算する。インバータ制御部23eは、電圧制御部23dにより演算されたデューティ比をもとにPWM信号を生成する。
ゲートドライバ23fは、インバータ制御部23eにより生成されたPWM信号に基づいて、インバータ23gを構成するスイッチング素子をオン/オフ制御する。インバータ23gは、上記スイッチング素子を含んで構成され、ゲートドライバ23fの制御に従ってモータ3に駆動電力を供給する。
ゲートドライバ23fは、インバータ制御部23eにより生成されたPWM信号に基づいて、インバータ23gを構成するスイッチング素子をオン/オフ制御する。インバータ23gは、上記スイッチング素子を含んで構成され、ゲートドライバ23fの制御に従ってモータ3に駆動電力を供給する。
図2に示すように、モータ制御装置2を構成する各部のうち、指令受信部21、内部目標生成部22、センサ信号処理部23b、位置・速度制御部23c、電圧制御部23dおよびインバータ制御部23eは、ソフトウェア(S/W)により構成することができる。また、インバータ23gは、ハードウェア(H/W)により構成することができる。
次に、内部目標生成部22の具体的構成について説明する。
図3は、内部目標生成部22の具体的構成を示すブロック図である。内部目標生成部22は、フィードフォワード演算部221と、差分演算部222と、補正値生成部223と、加算部224と、積分器225と、を備える。ここで、差分演算部222および補正値生成部223は、フィードバック演算部226を構成している。
フィードフォワード演算部221は、上述した指令受信部21から上位指令値が入力され、当該上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いてフィードフォワード速度目標値ωFFを生成する。フォードフォワード演算部221は、パルス測定部221aと、移動平均化処理部221bと、逆数計算器221cと、を備える。
図3は、内部目標生成部22の具体的構成を示すブロック図である。内部目標生成部22は、フィードフォワード演算部221と、差分演算部222と、補正値生成部223と、加算部224と、積分器225と、を備える。ここで、差分演算部222および補正値生成部223は、フィードバック演算部226を構成している。
フィードフォワード演算部221は、上述した指令受信部21から上位指令値が入力され、当該上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いてフィードフォワード速度目標値ωFFを生成する。フォードフォワード演算部221は、パルス測定部221aと、移動平均化処理部221bと、逆数計算器221cと、を備える。
パルス測定部221aは、上位指令値であるパルス列信号の立ち上がりから立ち上がりまでのカウンタ値を記録し、周期T1を測定するタイマである。移動平均化処理部221bは、移動平均フィルタを含んで構成され、周期T1の移動平均値である周期T2を演算する。逆数計算器221cは、逆関数モデルを用いて周期T2の逆数を演算し、演算結果をフィードフォワード速度目標値ωFFとして生成する。
このように、フィードフォワード演算部221は、上位指令値であるパルス列指令の周期をタイマにより測定し、移動平均化処理した結果をもとに、所定のモデル(逆関数モデル)を用いてフィードフォワード速度目標値ωFFを生成する。
なお、本実施形態では、移動平均化処理部221bにおいて移動平均化処理を行う場合について説明するが、移動平均以外の平滑化手段を用いてもよい。例えば、平滑化手段の例として、ローパスフィルタなどを用いてもよい。
フィードフォワード演算部221により生成されたフィードフォワード速度目標値ωFFは、フィードバック演算部226により生成される補正値ωFBにより補正され、補正後の内部目標値である内部回転速度目標値ωrefとして出力される。つまり、フィードフォワード速度目標値ωFFは、内部目標値の基準値であるといえる。
なお、本実施形態では、移動平均化処理部221bにおいて移動平均化処理を行う場合について説明するが、移動平均以外の平滑化手段を用いてもよい。例えば、平滑化手段の例として、ローパスフィルタなどを用いてもよい。
フィードフォワード演算部221により生成されたフィードフォワード速度目標値ωFFは、フィードバック演算部226により生成される補正値ωFBにより補正され、補正後の内部目標値である内部回転速度目標値ωrefとして出力される。つまり、フィードフォワード速度目標値ωFFは、内部目標値の基準値であるといえる。
フィードバック演算部226は、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、内部目標値の基準値であるフィードフォワード速度目標値ωFFを補正するための補正値ωFBを生成する。
差分演算部222は、上位指令値と内部目標値との差分を演算する。具体的には、差分演算部222は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθを演算する。
補正値生成部223は、差分演算部222により演算された上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、上記基準値を補正するための補正値を生成する。具体的には、補正値生成部223は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθに基づいて、フィードフォワード速度目標値ωFFを補正するための補正値として、フィードバック速度目標値ωFBを生成する。
差分演算部222は、上位指令値と内部目標値との差分を演算する。具体的には、差分演算部222は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθを演算する。
補正値生成部223は、差分演算部222により演算された上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、上記基準値を補正するための補正値を生成する。具体的には、補正値生成部223は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθに基づいて、フィードフォワード速度目標値ωFFを補正するための補正値として、フィードバック速度目標値ωFBを生成する。
補正値生成部223は、スイッチ223aと、補正値演算部223bと、リミッタ223cと、を備える。
スイッチ223aは、オン状態において、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθを補正値演算部223bに出力する。補正値演算部223bは、差分Δθに基づいて、内部位置目標値θrefを上位位置指令値θ*に一致させるためのフィードフォワード速度目標値ωFFの補正値を演算する。リミッタ223cは、補正値演算部223bにより演算された補正値に対して上限および下限を設けて最終的な補正値であるフィードバック速度目標値ωFBを出力する。
スイッチ223aは、オン状態において、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθを補正値演算部223bに出力する。補正値演算部223bは、差分Δθに基づいて、内部位置目標値θrefを上位位置指令値θ*に一致させるためのフィードフォワード速度目標値ωFFの補正値を演算する。リミッタ223cは、補正値演算部223bにより演算された補正値に対して上限および下限を設けて最終的な補正値であるフィードバック速度目標値ωFBを出力する。
加算部224は、フィードフォワード演算部221により生成されたフィードフォワード速度目標値ωFFに、フィードバック演算部226により生成されたフィードバック速度目標値ωFBを加算して、補正後の内部目標値である内部回転速度目標値ωrefを出力する。
積分器225は、加算部224から出力された内部回転速度目標値ωrefを積分し、内部位置目標値θrefを生成する。ここで、上記積分器225による積分の周期は、内部目標生成部22が上位指令値を受信する周期よりも短く設定されている。つまり、内部目標生成部22は、上位指令値の受信周期よりも短い周期で、補正後の内部目標値を生成する。
図4は、内部目標生成部22の別の構成を示すブロック図である。
上述した図3に示す内部目標生成部22は、フィードフォワード演算部221とフィードバック演算部226とを有するのに対し、図4に示す内部目標生成部22は、フィードバック演算部226のみを有する。より具体的には、図4に示す内部目標生成部22は、フィードフォワード演算部221および加算部224を有さず、積分器225と、フィードバック演算部226と、を有する。
この場合、フィードバック演算部226は、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、補正後の内部目標値を生成する。つまり、フィードバック演算部226は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθに基づいて、比例・微分・積分演算等を用いてフィードバック速度目標値ωFBを演算し、そのまま補正後の内部目標値である内部回転速度目標値ωrefとして出力する。また、図3と同様に、内部目標生成部22は、上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の内部目標値を生成する。
上述した図3に示す内部目標生成部22は、フィードフォワード演算部221とフィードバック演算部226とを有するのに対し、図4に示す内部目標生成部22は、フィードバック演算部226のみを有する。より具体的には、図4に示す内部目標生成部22は、フィードフォワード演算部221および加算部224を有さず、積分器225と、フィードバック演算部226と、を有する。
この場合、フィードバック演算部226は、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、補正後の内部目標値を生成する。つまり、フィードバック演算部226は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθに基づいて、比例・微分・積分演算等を用いてフィードバック速度目標値ωFBを演算し、そのまま補正後の内部目標値である内部回転速度目標値ωrefとして出力する。また、図3と同様に、内部目標生成部22は、上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の内部目標値を生成する。
以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置2は、上位装置1からのモータ3の動作に関する上位指令値に基づいて内部目標値を生成する指令生成装置を備える。また、モータ制御装置2は、指令生成装置により生成された内部目標値に基づいて、モータ3の位置制御および回転速度制御を行う動作制御部23を備える。モータ制御装置2が、指令生成装置と動作制御部23とを備えることにより、上位装置1がどのような製品であっても、上位装置1に組み込まれたモータ3の位置制御または回転速度制御を精度良く行うことができる。
ここで、指令生成装置は、指令受信部21と、内部目標生成部22と、を備える。指令受信部21は、上位装置1からモータ3の動作に関する上位指令値を受信する。また、内部目標生成部22は、指令受信部21により受信された上位指令値に基づいて、モータ3の位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する。
ここで、指令生成装置は、指令受信部21と、内部目標生成部22と、を備える。指令受信部21は、上位装置1からモータ3の動作に関する上位指令値を受信する。また、内部目標生成部22は、指令受信部21により受信された上位指令値に基づいて、モータ3の位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する。
また、図4に示すように、内部目標生成部22は、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、補正後の内部目標値を生成するフィードバック演算部226を有することができる。このとき、内部目標生成部22は、上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の内部目標値を生成する。
このように、内部目標生成部22がフィードバック演算部226を有し、上位指令値をもとに生成される内部目標値に対して、さらにフィードバック演算による補正を行う。そのため、モータの高精度同期運転が可能な指令値を生成することができる。また、内部目標生成部22は、上位指令値の受信周期よりも短い周期で内部目標値を生成するので、より精度良く(モータ3を滑らかに制御可能な)指令値を生成することができる。さらに、内部目標生成部22は、内部目標値として、位置目標値と回転速度目標値の両方を高精度に生成することができる。そのため、動作制御部23は、モータ3の位置制御と回転速度制御の両方を精度良く行うことができ、モータ3の高精度同期運転が可能となる。
このように、内部目標生成部22がフィードバック演算部226を有し、上位指令値をもとに生成される内部目標値に対して、さらにフィードバック演算による補正を行う。そのため、モータの高精度同期運転が可能な指令値を生成することができる。また、内部目標生成部22は、上位指令値の受信周期よりも短い周期で内部目標値を生成するので、より精度良く(モータ3を滑らかに制御可能な)指令値を生成することができる。さらに、内部目標生成部22は、内部目標値として、位置目標値と回転速度目標値の両方を高精度に生成することができる。そのため、動作制御部23は、モータ3の位置制御と回転速度制御の両方を精度良く行うことができ、モータ3の高精度同期運転が可能となる。
さらに、ノイズの重畳などにより上位指令値の信号が乱れると、モータ3の動作を高精度に制御することができなくなってしまう。これに対して、本実施形態では、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、フィードバック演算により補正後の内部目標値を生成し、補正後の内部目標値に基づいてモータ3を制御する。したがって、上記の信号の乱れの影響を抑制し、モータ3を高精度に制御することが可能となる。
さらに、本実施形態において、上位指令値は、パルス列信号である。例えば独立なマイクロプロセッサの同期を実現するために、シリアル通信方式を採用する方法もあるが、その場合、通信専用のハードウェアが必要となり、コストアップにつながる。本実施形態では、上位指令値としてパルス列信号を用いるので、上記のようなコストの高い専用ハードウェアは不要であり、その分のコストを削減することができる。また、上位指令値としてパルス列信号を用いることで、パルス列信号の立ち上がりや立ち下がりの検出により、上位指令値に含まれる位置指令値および回転速度指令値を容易に取得することができ、内部目標値を適切に生成することができる。
また、図3に示すように、内部目標生成部22は、フィードフォワード演算部221と、フィードバック演算部226と、加算部224と、を備えることができる。フィードフォワード演算部は、上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いて内部目標値の基準値を生成する。フィードバック演算部は、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、フィードフォワード演算部221により生成された基準値を補正するための補正値を生成する。加算部は、上記基準値に上記補正値を加算して、補正後の内部目標値を生成する。
ここで、フィードバック演算部226は、上位指令値と内部目標値との差分を演算する差分演算部222と、当該差分に基づいて上記基準値を補正するための補正値を生成する補正値生成部223と、を備える。このように内部目標生成部22は、フィードフォワード演算により予測された目標値を、フィードバック演算により補正し、補正後の内部目標値を生成する。
ここで、フィードバック演算部226は、上位指令値と内部目標値との差分を演算する差分演算部222と、当該差分に基づいて上記基準値を補正するための補正値を生成する補正値生成部223と、を備える。このように内部目標生成部22は、フィードフォワード演算により予測された目標値を、フィードバック演算により補正し、補正後の内部目標値を生成する。
フィードフォワード演算により予測された目標値には、何らかの誤差が含まれているおそれがあり、この誤差は、モータ制御の精度に少なからず悪影響を与えてしまう。本実施形態では、フィードフォワード演算により予測された目標値を、フィードバック演算により補正するので、フィードフォワード演算により予測された目標値に含まれる上記誤差を適切に補正することができる。その結果、モータ制御に用いる内部目標値を精度良く生成することができる。
さらに、フィードフォワード演算部221は、内部回転速度目標値ωrefの基準値を生成し、フィードバック演算部226は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分に基づいて、内部回転速度目標値ωrefの基準値を補正するための補正値を生成する。
このように、フィードフォワード演算部221において回転速度目標値の基準値を生成した場合、フィードバック演算部226においては、位置指令値と位置目標値との差分に基づいて、回転速度目標値の基準値を補正するための補正値を生成する。このように、位置目標値および回転速度目標値のうちいずれか一方の基準値を、他方における上記差分に基づいて生成された補正値によって補正する。したがって、フィードフォワード演算により予測された目標値を適切に補正することができ、内部目標値を精度良く生成することができる。
このように、フィードフォワード演算部221において回転速度目標値の基準値を生成した場合、フィードバック演算部226においては、位置指令値と位置目標値との差分に基づいて、回転速度目標値の基準値を補正するための補正値を生成する。このように、位置目標値および回転速度目標値のうちいずれか一方の基準値を、他方における上記差分に基づいて生成された補正値によって補正する。したがって、フィードフォワード演算により予測された目標値を適切に補正することができ、内部目標値を精度良く生成することができる。
また、フィードフォワード演算部221は、タイマによりパルス列信号の周期T1を取得し、取得されたパルス列信号の周期T1をもとに、所定のモデルを用いて内部回転速度目標値ωrefの基準値であるフィードフォワード速度目標値ωFFを生成する。このとき、フィードフォワード演算部221は、平滑化した上記基準値を生成することができる。これにより、フィードフォワード演算部221は、上位指令値の信号ばらつきを抑制し、フィードフォワード速度目標値ωFFを適切に生成することができる。
以上説明したように、本実施形態における指令生成装置における指令生成方法は、上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信する工程と、上位指令値に基づいて、モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する工程と、を含む。そして、内部目標値を生成する工程では、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、補正後の内部目標値を生成するフィードバック演算を行い、上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の内部目標値を生成する。また、内部目標値を生成する工程では、上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いて内部目標値の基準値を生成するフィードフォワード演算と、上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、基準値を補正するための補正値を生成するフィードバック演算と、基準値に補正値を加算して、補正後の内部目標値を生成する演算と、を行い、上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の内部目標値を生成することもできる。
これにより、モータ制御装置2とは独立したクロックで駆動される上位装置1から送信される上位指令値に基づいて、モータ3が所定の時刻において所定の位置にあるという同期運転を、廉価かつ高効率、高精度に実現可能な内部目標値を生成することができる。したがって、上位指令値に対する高精度なモータ同期回転を実現することができる。
本実施形態のモータ駆動システム10は、モータの位置制御および回転速度制御がシビアに要求されるシステムに好適である。このようなシステムとしては、例えば、OA機器、レーザレーダ、ファンなどに用いられるモータを駆動制御するシステムがある。
本実施形態のモータ駆動システム10は、モータの位置制御および回転速度制御がシビアに要求されるシステムに好適である。このようなシステムとしては、例えば、OA機器、レーザレーダ、ファンなどに用いられるモータを駆動制御するシステムがある。
(変形例)
上記実施形態においては、フィードバック演算部226は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθに基づいて、フィードバック速度目標値ωFBを生成する場合について説明した。しかしながら、フィードバック演算部226は、位置目標値をフィードバックする構成に限定されるものではなく、回転速度目標値をフィードバックする構成であってもよい。
上記実施形態においては、フィードバック演算部226は、上位位置指令値θ*と内部位置目標値θrefとの差分Δθに基づいて、フィードバック速度目標値ωFBを生成する場合について説明した。しかしながら、フィードバック演算部226は、位置目標値をフィードバックする構成に限定されるものではなく、回転速度目標値をフィードバックする構成であってもよい。
つまり、図3に示す内部目標生成部22の場合、フィードフォワード演算部221は、内部位置目標値θrefの基準値を生成し、フィードバック演算部226は、上位回転速度指令値と内部回転速度目標値ωrefとの差分に基づいて、上記基準値を補正するための補正値を生成してもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
このように、フィードフォワード演算部221は、位置目標値および回転速度目標値のうちいずれか一方の内部目標値の基準値を生成し、フィードバック演算部226は、位置目標値および回転速度目標値のうち他方における上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、上記基準値を補正するための補正値を生成する。
このように、フィードフォワード演算部221は、位置目標値および回転速度目標値のうちいずれか一方の内部目標値の基準値を生成し、フィードバック演算部226は、位置目標値および回転速度目標値のうち他方における上位指令値と内部目標値との差分に基づいて、上記基準値を補正するための補正値を生成する。
また、上記実施形態においては、上位指令値がパルス列信号である場合について説明したが、上位指令値は、モータ3の位置指令値および回転速度指令値の少なくとも一方に関する情報を含んでいればよく、パルス列信号に限定されない。例えば、上位指令値に位置指令値および回転速度指令値のいずれか一方に関する情報しか含まれない場合であっても、所定のモデルを用いて位置指令値および回転速度指令値の他方の情報を生成することができる。そのため、内部目標値として位置目標値と回転速度目標値の両方を適切に生成することができる。
また、図3に示す内部目標生成部22は、指令値の推定状態に応じてスイッチ223aをオフし、フィードバック演算をオフしてフィードフォワード演算部のみを機能させる構成に切り替えてもよい。
また、上記実施形態においては、フィードバック演算部226において、内部目標値をフィードバックする場合について説明したが、モータ3の制御方法に応じて、モータ実位置をフィードバックする構成に切り替えてもよい。モータ実位置をフィードバックする場合には、モータの状態に応じて、スイッチ223aをオンオフし、フィードバック演算をオンオフする構成としてもよい。例えば、モータの回転状態が良好である場合にはスイッチ223aをオンし、モータの回転状態が悪く、モータ実位置にばらつきがある場合には、スイッチ223aをオフするようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、モータ制御装置2が指令生成装置を備える場合について説明したが、上位装置1が指令生成装置を備えていてもよい。ただし、動作制御部24を備えるモータ制御装置2が指令生成装置を備える場合、指令生成装置によって生成された指令値を精度良くモータ制御に使用することができ、モータの動作を高精度に制御することが可能となる。
1…上位装置、2…モータ制御装置、3…モータ、10…モータ駆動システム、21…指令受信部、22…内部目標生成部、23…動作制御部、221…フィードフォワード演算部、222…差分演算部、223…補正値生成部、224…加算部、225…積分器、226…フィードバック演算部
Claims (11)
- 上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信する指令受信部と、
前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する内部目標生成部と、を備え、
前記内部目標生成部は、
前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、補正後の前記内部目標値を生成するフィードバック演算部を有し、
前記指令受信部による前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成することを特徴とする指令生成装置。 - 上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信する指令受信部と、
前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成する内部目標生成部と、を備え、
前記内部目標生成部は、
前記上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いて前記内部目標値の基準値を生成するフィードフォワード演算部と、
前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、前記基準値を補正するための補正値を生成するフィードバック演算部と、
前記基準値に前記補正値を加算して、補正後の前記内部目標値を生成する加算部と、有し、
前記指令受信部による前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成することを特徴とする指令生成装置。 - 前記フィードフォワード演算部は、
前記位置目標値および前記回転速度目標値のいずれか一方の前記基準値を生成し、
前記フィードバック演算部は、
前記位置目標値および前記回転速度目標値の他方における前記差分に基づいて、一方の前記基準値を補正するための前記補正値を生成することを特徴とする請求項2に記載の指令生成装置。 - 前記上位指令値は、パルス列信号であり、
前記フィードフォワード演算部は、
前記パルス列信号の周期をもとに、前記所定のモデルを用いて前記位置目標値および前記回転速度目標値のいずれか一方の前記基準値を生成することを特徴とする請求項3に記載の指令生成装置。 - 前記フィードフォワード演算部は、
平滑化した前記基準値を生成することを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の指令生成装置。 - 前記上位指令値は、前記モータの前記位置目標値および前記回転速度目標値の少なくとも一方に関する情報を含むことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の指令生成装置。
- 前記上位指令値は、パルス列信号であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の指令生成装置。
- 上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信するステップと、
前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成するステップと、を含み、
前記内部目標値を生成するステップでは、
前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、補正後の前記内部目標値を生成するフィードバック演算を行い、
前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成することを特徴とする指令生成方法。 - 上位装置からモータの動作に関する上位指令値を受信するステップと、
前記上位指令値に基づいて、前記モータの位置目標値および回転速度目標値を含む内部目標値を生成するステップと、を含み、
前記内部目標値を生成するステップでは、
前記上位指令値に基づいて、所定のモデルを用いて前記内部目標値の基準値を生成するフィードフォワード演算と、
前記上位指令値と前記内部目標値との差分に基づいて、前記基準値を補正するための補正値を生成するフィードバック演算と、
前記基準値に前記補正値を加算して、補正後の前記内部目標値を生成する演算と、を行い、
前記上位指令値の受信周期よりも短い周期で補正後の前記内部目標値を生成することを特徴とする指令生成方法。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の指令生成装置と、
前記指令生成装置により生成された前記内部目標値に基づいて、前記モータの位置制御および回転速度制御を行う動作制御部と、を備えることを特徴とするモータ制御装置。 - 請求項10に記載のモータ制御装置は、回路基板に載置され、
前記回路基板は、前記モータに駆動電力を供給することを特徴とするモータユニット。
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