JPH10249597A - プレス機械におけるモータトルク制御方法及びプレス機械 - Google Patents
プレス機械におけるモータトルク制御方法及びプレス機械Info
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- Control Of Electric Motors In General (AREA)
Abstract
レス力を得ることができるプレス機械及びプレス機械の
モータトルク制御方法を提供する。 【解決手段】 プレス力をfp 、回転力を直線力に変換
する係数をa、移動物の総質量をM、モータの出力トル
クをT、モータの加速度をα、目標プレス力Fに対応す
るトルクリミット値をTL (=F/a)、該トルクリミ
ット値TL に加算する補正トルクリミット値をΔTL と
すると、次の式が成り立つ。 fp =aT−Mα=a(TL +ΔTL )−Mα=F+a
・ΔTL −Mα 上記式より、ΔTL =Mα/aとすれば、fp =目標プ
レス力F、となる。よって、トルクリミット補正量計算
手段7で、指令速度Vc もしくは速度フィードバック値
Vf から加速度αを求め、該加速度αに(M/a)を乗
じてΔTL を求め、TL +ΔTL をトルクリミット手段
2のトルクリミット値TL'とする。
Description
し、特にモータの出力トルクによってプレスを行なうプ
レス機械及びそのプレスを制御するモータトルク制御方
法に関する。
ってプレス力を制御してプレスを行なうプレス機械は公
知である。この従来のプレス力制御は、モータの出力ト
ルクにトルクリミットをかけて、すなわちモータの出力
トルクを制限して、必要とするプレス力を得るようにし
ている。
モータの発生トルクとプレス力の静力学的な関係及び目
標とするプレス力から求めている。例えば、図8に示す
ような単純化したプレス機械を考えと、摩擦の影響を無
視するとすれば、モータの発生するトルクTとプレス力
fp は静的には次の1式ような関係になる。 fp =aT …(1) なお、aは回転力を直線力に変換する係数である。
と、トルクリミット値TL を次の2式のように設定し、
モータ出力トルクを制限すれば、所望のプレス力Fが得
られることになる。 TL =F/a …(2) 以上のようにして従来は、目標プレス力Fに対応するト
ルクリミット値TL を上記2式から求め、モータの出力
トルクをこの求めたトルクリミット値TL で制限してモ
ータを駆動することによって必要プレス力を得るように
している。
し該サーボモータの出力トルクを制限してプレスを行な
う従来のプレス機械のサーボモータの制御ブロック図で
ある。指令される速度指令Vc とサーボモータ5の回転
位置・速度を検出する位置・速度検出器6からフィード
バックされてくる速度フィードバック値vf により速度
制御手段1で比例、積分等の速度ループ制御を行ないト
ルク指令Tc を求める。そして、上記2式によって求め
られたトルクリミット値TL が設定されているトルクリ
ミット手段2でトルク制限を行なって制限されたトルク
指令Tc'を求め、さらに、該トルク指令Tc'によって電
流制御手段3で電流制御を行なってアンプ4を介してサ
ーボモータ5を駆動する。
ーボモータには大きな負荷がかからず、サーボモータ5
は指令速度Vc に追従し、指令速度Vc と速度フィード
バック値vf とには大きな速度偏差はなく、速度制御手
段1から出力されるトルク指令Tc は小さな値であり、
トルクリミット手段2でそのトルク指令値Tc が制限さ
れることなく出力される。すなわち、Tc =Tc'であ
る。
と、速度偏差が増大して速度制御手段1から出力される
トルク指令Tc は増大し、トルクリミット値TL 以上と
なる。しかし、トルクリミット手段2によって制限され
るから、電流制御手段3に出力されるトルク指令Tc'
は、トルクリミット値TL となる。これにより、サーボ
モータの出力はトルクリミット値TL となり、a・TL
=Fの目標とするプレス力Fが得られるというものであ
る。
音を少なくする等のために、減速しながらプレスする場
合がある。また、逆に加速しながらプレスを行なう場合
もある。このような場合には、上述した従来のモータ制
御方法では、必要とするプレス力と実際のプレス力が異
なる。モータの加速度をα、モータの駆動によって移動
する移動物の総質量をMとし、摩擦を無視すると、プレ
ス力fp (=プレス反力)とモータ出力トルクTの関係
は次の3式となる。
タの出力トルクTを、この目標プレス力Fに対応するト
ルクリミット値TL (=F/a)にすると、上記3式よ
り fp =aTL −Mα=F−Mα …(4) となり、減速中であれば、加速度αは負であるから、発
生プレス力fp は目標プレス力Fよりも大きいものとな
り、金型を破損させる可能性がある。また、加速中であ
れば加速度αは正となり、プレス力fp は目標プレス力
Fよりも小さなものとなり、加速、減速に必要な力Mα
によって必要とするプレス力が得られなくなる。
速中においても必要とするプレス力を得ることができる
プレス機械及びプレス機械のモータトルク制御方法を提
供することにある。
路内に設けられたトルクリミット手段によりトルク指令
を制限し、モータの出力トルクを制限することによって
プレス力を与えるプレス機械におけるモータトルク制御
方法において、加速もしくは減速に必要なトルクで目標
プレス力に対応するトルクリミット値を補正して、該補
正したトルクリミット値によってトルク指令値を制限し
モータを駆動することによって加速もしくは減速しなが
ら目標プレス力をワークに与えるようにした。
トルクリミット補正量算出手段によって、速度検出器で
検出される実速度もしくは速度指令から計算される加速
度より求め、これをトルクリミット補正量とする。もし
くは、トルク指令値と速度検出器で検出される実速度か
ら加速度トルクを推定するオブザーバを設け、該オブザ
ーバで推定された加速度トルクを上記加速もしくは減速
に必要なトルクとして、トルクリミット補正量とする。
るモータ制御方法のブロック図である。この図1と、図
9に示す従来のモータ制御方法のブロック図の相違する
点は、トルクリミット補正量計算手段7が付加され、ト
ルクリミット手段2には、静的に計算されたトルクリミ
ット、即ち、目標プレス力Fに対応するトルクのトルク
リミット値TL に、上記トルクリミット補正量計算手段
7で求められたトルクリミット補正量ΔTL が加算され
たトルクリミット値TL'が入力されている点である。こ
のトルクリミット補正量ΔTL によって加速又は減速に
必要なトルクを補正し、設定プレス力Fを得るようにモ
ータを制御するものである。
補正量ΔTL を加算したトルクリミット値TL'でトルク
指令Tc を制限し、該制限されたトルク指令Tc'=TL'
=TL +ΔTL でサーボモータを駆動すれば、プレス力
fp は上記3式より次の5式となる。
トルクリミット値TLは目標プレス力Fと回転力を直線
力に変換する係数aによって求められるものであり、上
記1式より、TL =F/aである。よって、上記5式は
次の6式に変形される。
なるには、a・ΔTL=Mαであればよい。すなわち、
トルクリミット補正量計算手段7で、トルクリミット補
正量ΔTL として、加速もしくは減速に必要なトルク
(Mα/a)の値を求めればよいことになる。Mの値は
移動物総質量であるから既知であり、aは回転力を直線
力に変換する係数であるから、この値も実験等によって
求められ既知の定数である。その結果、変化する加速度
αを検出し、加減速に必要なトルクとしてトルクリミッ
ト補正量ΔTL =Mα/aを求めればよい。この加速度
αは、速度指令Vc に対してモータの追従がよいとすれ
ば、速度指令Vc を微分することによって求めることが
できる。又は、位置・速度検出器6からフィードバック
される速度フィードバック値を微分することによっても
求められる。さらには、オブザーバを使用することによ
って、トルクリミット手段2から出力されるトルク指令
Tc'と速度フィードバック値vf から加速度を推定する
こともできる。
7に、速度指令Vc 、速度フィードバック値vf 、トル
クリミット手段2の出力であるトルク指令値Tc'の3つ
の入力があるが、上述したように、速度指令Vc のみ、
または速度フィードバック値vf のみ、さらには、速度
フィードバック値Vf とトルク指令値Tc'の入力だけで
よいものである。単に、3つの入力の内いずれかを使用
するとして3つの入力を記載しているにすぎない。
段7の詳細ブロック図である。図2は、速度フィードバ
ック値Vf よりトルクリミット補正量ΔTL を求めるブ
ロック図である。速度フィードバック値Vf をローパス
フイルタ10によって疑似微分して得られた加速度αに
乗算器11で係数(M/a)を乗じてトルクリミット補
正量ΔTL (=Mα/a)を求めている。
リミット補正量ΔTL を求めるブロック図であり、図2
と相違する点は速度フィードバック値Vf が指令速度V
c になった点のみであり、他は同一である。図4は、オ
ブザーバを使用して、速度フィードバック値Vf とトル
ク指令Tc'から加速度トルクを推定し、該加速度トルク
をトルクリミット補正量ΔTL として使用するようにし
ている。
量Mの逆数(a/M)を乗じてモータトルクの加速度を
求め、さらに、後述する処理によって速度フィードバッ
ク値Vf と推定速度との差より推定外乱加速度Xを加算
して推定加速度を求め、該推定加速度に乗算器15で
(M/a)を乗じて(なお、aは回転力を直線力に変換
する係数)、トルクリミット補正量(推定加速度トル
ク)ΔTL を求める。
める。推定加速度を積分器13で積分し推定速度を求
め、該推定速度を速度フィードバック値Vf から減じて
速度差を求め、該速度差に対して比例積分処理手段14
で比例積分し推定外乱加速度Xを求めている。
制御部のブロック図である。符号20は数値制御装置等
のホストコンピュータであり、該ホストコンピュータ2
0から動作プログラムに基づいて移動指令等が共有メモ
リ21を介してサーボモータを制御するデジタルサーボ
回路であるモータ制御回路22に出力される。このモー
タ制御回路22は、従来のデジタルサーボ回路と同様
に、プロセッサ、ROM、RAM等のメモリ、位置・速
度検出器6からフィードバックされる位置、速度のフィ
ードバック量、さらに、アンプ4を介してモータの駆動
電流のフィードバック量を入力するインターフェース等
で構成され、位置、速度、電流のループ制御を行ない、
アンプ4を介してサーボモータ5を駆動制御するもので
ある。位置・速度検出器6はサーボモータ5のロータ軸
に取り付けられサーボモータの回転位置、及び速度を検
出しモータ制御回路22にフィードバックするものであ
る。この制御部の構成及び動作は従来から公知のもので
あるが、本発明においては、上記モータ制御回路22に
よる位置、速度、電流のループ制御において、速度ルー
プ制御によって出力されるトルク指令に対してトルクリ
ミットをかけるトルクリミット値を算出し、該求めたト
ルクリミット値によってトルク指令を制限して電流ルー
プに出力する点が従来と異なる点である。
が速度ループ処理周期毎に実行する処理のフローチャー
トである。特に、図2に示す速度フィードバック値Vf
によってトルクリミット補正量を求めてトルクリミット
処理を行なって電流ループへのトルク指令Tc'を求める
処理を主に記載したフローチャートである。なお、目標
プレス力に対応する静的トルクリミット値TL は、目標
プレス力Fと回転力を直線力に変換する係数aから第2
式によって算出し(TL =F/a)、モータ制御回路2
2に設定しておく。また、加速度からトルクリミット補
正量を求めるための図2,図3における乗算器11にお
ける係数(M/a)も移動物総質量Mと上記係数aから
求め設定しておく。
vf(n)を読み取り(ステップS1)、該速度フィードバ
ック値vf(n)からレジスタに記憶する前周期の速度フィ
ードバック値vf(n-1)を減じて速度差α0 を求める(ス
テップS2)。続いて、次の周期で利用するためにレジ
スタにステップS1で読み込んだ当該周期の速度フィー
ドバック値vf(n)を前周期の速度フィードバック値vf
(n-1)として格納する(ステップS3)。ステップS2
で求めた速度差α0 とレジスタに記憶する前周期におけ
る加速度α(n-1) より次の7式のローパスフイルタ処理
を行なって加速度α(n) を求める(ステップS4)。
ンプリングタイムでこの速度ループ処理の周期である。
なお、k=0とすれば、フィルタなしの状態となる。
おいて前周期の加速度α(n-1) として利用するためにレ
ジスタに格納する(ステップS5)。次に、予め設定さ
れている静的トルクリミット値TL (=F/a)に、上
記ステップS4で求めた加速度α(n) に設定値(M/
a)を乗じた値、すなわち、トルクリミット補正量ΔT
L (=Mα(n) /a)を加算してトルクリミット値TL'
(=TL +M・α(n) /a)を求める(ステップS
6)。又、位置ループ処理によって求められた速度指令
Vc と速度のフィードバック値Vf によって従来と同様
に速度ループ処理を行なってトルク指令Tc を求める
(ステップS7)。
で求めたトルクリミット値TL'を比較し、トルク指令T
c の方が小さければ、そのままがトルク指令Tc を電流
ループへのトルク指令Tc'として電流ループへ引き渡
す。また、トルク指令Tc の方がトルクリミット値TL'
より大きい時には電流ループへのトルク指令Tc'は、ト
ルクリミット値TL'とし、トルク指令を制限して電流ル
ープに引き渡し該速度ループの処理を終了する(ステッ
プS8,S9)。
Vf から加速度を求め、該加速度から加速、減速に必要
な力を求め、この力の影響を除去して常に設定目標プレ
ス力Fが得られるようにトルクリミット値を補正するよ
うにしたから、金型がワークに当たって、加速中にプレ
スを行なっても又は減速中にプレスを行なっても、設定
目標プレス力Fでワークをプレス加工することができ
る。
を求めて、トルクリミット値を補正する方法を採用した
ときのサーボ制御回路のプロセッサの処理は、上記図6
におけるステップS1で読み込むデータが指令速度Vc
になる点が相違するのみであるので、このときの説明は
省略する。図7は図4で示すオブザーバの処理によって
加速度トルクを推定し、この推定加速度トルクをトルク
リミット補正値ΔTL として、静的トルクリミット値T
Lを補正してトルクリミット値TL'を求めてモータを制
御する処理のフローチャートである。この処理も速度ル
ープ処理周期毎に実行される。
を回転力を直線力に変換する係数a、目標プレス力Fに
対応する静的トルクリミット値TL (=F/a)、推定
外乱加速度Xを求めるときの積分ゲインk1、比例ゲイ
ンk2をサーボ制御回路22のメモリに設定しておく。
そこで、速度フィードバック値Vf を読み込んだ後(ス
テップT1)、レジスタに記憶する前周期でのトルク指
令値Tc'(トルクリミットを行なった後の電流ループへ
指令するトルク指令値)と推定外乱加速度Xを読み取
り、トルク指令値Tc'に係数aを乗じ移動物総質量Mで
除した値に推定外乱加速度Xを加算して推定加速度αを
求める(ステップT2)。
加算し推定速度を求める。すなわち図4における積分器
13の処理を行なう(ステップT3)。ステップT1で
読み込んだ速度フィードバック値Vf から上記アキュム
レータA1の値である推定速度を減じて速度差Δvを求
め、該速度差ΔvをアクュムレータA2に加算する(ス
テップT4)。そして、上記速度差Δv(=Vf −A
1)に比例ゲインk1を乗じた値とアキュムレータA2
の値に積分ゲインk2を乗じた値を加算して推定外乱加
速度Xを求めレジスタに記憶する(ステップT5)。す
なわちこのステップT5の処理は図4における比例積分
処理手段14の処理に対応する。
ット値TL に、上記ステップT2で求めた加速度αに設
定値(M/a)を乗じた値を加算してトルクリミット値
TL'(=TL +M・α/a)を求める(ステップT
6)。また、位置ループ処理によって求められた速度指
令Vc と速度のフィードバック値Vf によって従来と同
様に速度ループ処理を行なってトルク指令Tc を求める
(ステップT7)。該トルク指令Tc とステップT6で
求めたトルクリミット値TL'を比較し、トルク指令Tc
の方が小さければ、そのままがトルク指令Tc を電流ル
ープへのトルク指令Tc'とし、トルク指令Tc の方が大
きいときはトルクリミット値TL'をトルク指令Tc'とし
てレジスタに記憶すると共に電流ループ処理へ引き渡す
(ステップT8〜T10)。以後上記処理を速度ループ
処理周期毎繰り返し実行する。これにより、トルク指令
に加速、減速に必要なトルク分の指令が補正され、目標
プレス力得られるように制御される。
で目標プレス力に対応するトルクリミット値を補正し、
トルク指令を制限するトルクリミット値としたから、加
速中でも、減速中でも常に目標プレス力をワークに与え
ることができる。その結果、ワークに対して過度にプレ
ス力が与え金型を破損させたり、プレス力が不足するよ
うな現象は生じない。
ブロック図である。
算手段の一例である。
算手段の他の例である。
リミット補正量計算手段の例である。
ブロック図である。
なって電流ループへのトルク指令を求める処理を中心に
した速度ループ処理周期毎の処理のフローチャートであ
る。
して電流ループへのトルク指令を求める処理を中心にし
た速度ループ処理周期毎の処理のフローチャートであ
る。
図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 モータの出力トルクを制限することによ
って所定プレス力を与えるプレス機械におけるモータト
ルク制御方法において、加速もしくは減速に必要なトル
クで目標プレス力に対応するトルクリミット値を補正
し、該補正したトルクリミット値によってトルク指令値
を制限しモータを駆動し、加速もしくは減速しながら目
標プレス力をワークに与えるようにしたプレス機械にお
けるモータトルク制御方法。 - 【請求項2】 加速もしくは減速に必要なトルクは、速
度検出器で検出される実速度から計算される加速度から
求める請求項1記載のプレス機械におけるモータトルク
制御方法。 - 【請求項3】 加速もしくは減速に必要なトルクは、速
度指令から計算される加速度から求める請求項1記載の
プレス機械におけるモータトルク制御方法。 - 【請求項4】 トルク指令値と速度検出器で検出される
実速度からオブザーバによって加速度トルクを推定し、
該加速度トルクを上記加速もしくは減速に必要なトルク
とする請求項1記載のプレス機械におけるモータトルク
制御方法。 - 【請求項5】 モータ制御回路内にトルク指令を制限す
るトルクリミット手段を備え、該トルクリミット手段に
よってトルク指令を制限することによってモータの出力
トルクを制限してプレス力を与えるプレス機械におい
て、モータの速度を検出する速度検出器からの検出速度
もしくは指令速度から加速度を求めトルクリミット補正
量を算出するトルクリミット補正量算出手段を設け、目
標プレス力に対応するトルクリミット値に上記トルクリ
ミット補正量算出手段で求められたトルクリミット補正
量を加算して上記トルクリミット手段のトルクリミット
値とするプレス機械。 - 【請求項6】 モータ制御回路内にトルク指令を制限す
るトルクリミット手段を備え、該トルクリミット手段に
よってトルク指令を制限することによってモータの出力
トルクを制限してプレス力を与えるプレス機械におい
て、トルク指令値と速度検出器で検出される実速度から
加速度トルクを推定するオブザーバを設け、目標プレス
力に対応するトルクリミット値に上記オブザーバで推定
された加速度トルクを加算して上記トルクリミット手段
のトルクリミット値とするプレス機械。
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