KR102558850B1 - 모터 구동 장치 - Google Patents

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KR102558850B1
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겐이치 스즈키
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파나소닉 아이피 매니지먼트 가부시키가이샤
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    • G—PHYSICS
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Abstract

모터 구동 장치는, 모터를 구동하는 모터 구동 장치로서, 제어 지령으로부터 토크 지령을 생성하는 모터 제어부와, 모터에 접속되는 부하의 특성 및 토크 지령에 의거하여 모의 토크 지령을 생성함으로써, 부하의 특성을 모의하는 부하 특성 모의부와, 모의 토크 지령에 의거하여 모터를 제어하는 모터 구동부를 구비한다.

Description

모터 구동 장치
본 개시는, 모터 구동 장치에 관한 것이다.
근년, HILS(Hardware-In-the-Loop-Simulation)로 불리는, 실기를 가상적으로 재현한 환경에서 실기 컨트롤러의 개발을 행하는 수법의 적용예가, 차재(車載) 장치의 분야에서 증가해오고 있다. 산업 분야에서도, 부하 장치 및 서보 모터와 이를 제어하는 모터 구동 장치로 이루어지는 모터 구동 시스템의 시뮬레이션에 있어서, 일부에 실기를 이용하여 실현하는 것이 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조).
종래의 구성에서는, 부하계와 구동계와 제어계를 갖는 모터 구동 시스템 중, 부하계 및 구동계에 대한 수학 모델에 제어계의 실기의 출력을 입력하고, 수학 모델의 출력을 제어계의 실기에 입력한다. 이에 의해, 모든 것을 시뮬레이션 모델로 실현하는 경우와 비교하여, 보다 정확한 시뮬레이션을 실현하고자 하고 있다.
이 구성에서는, 모터 구동 장치의 구동계, 및, 모터, 축, 부하 장치 등의 실기의 대부분이 불필요하다. 따라서, 모터 구동 장치 단체(單體)로의 시뮬레이션도 가능해진다. 그러나, 이 구성에서는, 구동계 및 부하계의 시뮬레이션의 정밀도는, 소프트웨어 블록에 있어서의 시뮬레이션 모델의 정밀도에 의존해 버린다.
이 구성에는 실제로 전류가 흐르는 구동계, 및, 가동하는 부하계가 존재하지 않기 때문에, 시뮬레이션 결과는 소프트웨어 블록의 내부 정보가 출력될 뿐이다. 이 때문에, 실기 동작으로 발생하는 소리, 진동 등의 정보가 소실되어, 임장감이 결여된다는 결점이 있다.
일본국 특허공개 제2001-290515호 공보
본 개시는, 이러한 종래의 문제를 해결한다. 본 개시는, 시뮬레이션의 정밀도를 향상시키면서, 보다 임장감 넘치는 부하 특성 시뮬레이션 기능을 구비한, 모터 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 문제를 해결하기 위해서, 본 개시에 따른 모터 구동 장치의 일 양태는, 모터를 구동하는 모터 구동 장치로서, 제어 지령으로부터 토크 지령을 생성하는 모터 제어부와, 모터에 접속되는 부하의 특성 및 토크 지령에 의거하여 모의 토크 지령을 생성함으로써, 부하의 특성을 모의하는 부하 특성 모의부와, 모의 토크 지령에 의거하여 모터를 제어하는 모터 구동부를 구비한다.
이러한 모터 구동 장치의 구동계 및 부하계 중, 구동계에 있어서, 모터의 실기를 이용함으로써, 모터의 수학 모델을 이용하는 종래의 구성보다 정밀도가 좋은 시뮬레이션이 가능해진다. 이 시뮬레이션에서는 실제로 모터가 동작함으로써, 시뮬레이션 결과로서 실기 동작으로 발생할 수 있는 소리 및 진동을 재현할 수 있다. 이에 의해, 임장감 넘치는 모터 구동 장치의 시뮬레이션을 제공할 수 있다.
또, 본 개시의 모터 구동 장치의 일 양태에 있어서, 부하 특성 모의부는, 부하의 특성으로서 강체 특성을 모의하는 계수를 갖고, 토크 지령에 계수를 곱함으로써 모의 토크 지령을 생성해도 된다.
또, 본 개시의 모터 구동 장치의 일 양태에 있어서, 부하 특성 모의부는, 공진 주파수, 반공진 주파수, 공진 감쇠비 및 반공진 감쇠비 중 적어도 하나를 파라미터로 갖는 공진 특성을 모의하는 2차 필터를 포함해도 된다.
또, 본 개시의 모터 구동 장치의 일 양태에 있어서, 부하 특성 모의부는, 직렬 결합된 복수의 2차 필터를 포함해도 된다.
또, 본 개시의 모터 구동 장치의 일 양태에 있어서, 부하 특성 모의부는, 부하의 특성 및 토크 지령과, 외란 토크를 모의한 모의 외란 토크에 의거하여 모의 토크 지령을 생성해도 된다.
이들 각 구성에 의해, 일반적인 부하계의 대부분을 높은 정밀도로 시뮬레이션 할 수 있다.
본 개시에 의하면, 시뮬레이션의 정밀도를 향상시키면서, 보다 임장감 넘치는 부하 특성 시뮬레이션 기능을 구비한, 모터 구동 장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 실시의 형태 1에 따른 모터 구동 장치의 제어 블록도이다.
도 2는, 실시의 형태 1에 따른 모터 구동 장치의 모의 대상인 모터 구동 장치의 제어 블록도이다.
도 3a는, 도 2에 나타내어지는 구성에 있어서 부하 장치를 강체계로 가정했을 경우의 제어 블록도이다.
도 3b는, 도 3a에 나타내어지는 제어 블록도의 연산 순서를 교환한 구성을 나타내는 제어 블록도이다.
도 3c는, 도 3b에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다.
도 4a는, 도 2에 나타내어지는 구성에 있어서 부하 장치를 2관성계로 가정했을 경우의 제어 블록도이다.
도 4b는, 도 4a에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다.
도 4c는, 도 4b에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다.
도 4d는, 실시의 형태 2에 따른 모터 구동 장치의 제어 블록도이다.
도 5는, 실시의 형태 3에 따른 모터 구동 장치의 제어 블록도이다.
도 6a는, 도 4a에 나타내어지는 제어 블록도에 있어서 외란 토크를 남기고 변형한 제어 블록도이다.
도 6b는, 도 6a에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다.
도 6c는, 도 6b에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다.
도 6d는, 도 6c에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다.
본 개시의 모터 구동 장치의 제1의 양태는, 모터를 구동하는 모터 구동 장치로서, 제어 지령으로부터 토크 지령을 생성하는 모터 제어부와, 모터에 접속되는 부하의 특성 및 토크 지령에 의거하여 모의 토크 지령을 생성함으로써, 부하의 특성을 모의하는 부하 특성 모의부와, 모의 토크 지령에 의거하여 모터를 제어하는 모터 구동부를 구비한다.
이에 의해, 모터 구동 장치의 구동계 및 부하계 중, 구동계에 있어서, 모터 특성에 실기를 이용했을 경우에, 모터의 수학 모델을 이용하는 종래의 구성보다 정밀도가 좋은 시뮬레이션이 가능해진다. 또 부차적인 효과로서, 이 시뮬레이션에서는 실제로 모터가 동작함으로써, 시뮬레이션 결과로서 실기 동작으로 발생할 수 있는 소리 및 진동을 재현할 수 있다. 이에 의해, 임장감 넘치는 모터 구동 장치의 시뮬레이션을 제공할 수 있다.
본 개시의 모터 구동 장치의 제2의 양태에 있어서, 부하 특성 모의부는, 부하의 특성으로서 강체 특성을 모의하는 계수를 갖고, 토크 지령에 계수를 곱함으로써 모의 토크 지령을 생성한다.
이에 의해, 이 계수를 변화시킴으로써, 부하계를 강체로 간주했을 때의 부하 관성을 모의적으로 변화시키는 시뮬레이션이 가능해진다.
본 개시의 모터 구동 장치의 제3의 양태에 있어서, 부하 특성 모의부는, 공진 주파수, 반공진 주파수, 공진 감쇠비 및 반공진 감쇠비 중 적어도 하나를 파라미터로 갖는 공진 특성을 모의하는 2차 필터를 포함한다.
이에 의해, 2관성계의 특성을 갖는 부하계의 시뮬레이션이 가능해진다.
본 개시의 모터 구동 장치의 제4의 양태에 있어서, 부하 특성 모의부는, 직렬 결합된 복수의 2차 필터를 포함한다.
이에 의해, 3관성계 또는 그 이상의 다관성계의 특성을 갖는 부하계의 시뮬레이션이 가능해진다.
본 개시의 모터 구동 장치의 제5의 양태에 있어서, 부하 특성 모의부는, 부하의 특성 및 토크 지령과, 외란 토크를 모의한 모의 외란 토크에 의거하여 모의 토크 지령을 생성한다.
이에 의해, 편하중, 및, 동마찰, 점성 마찰 등의 마찰 특성이라고 하는 외란 토크를 모의한 시뮬레이션이 가능해진다.
이하, 본 개시의 실시의 형태에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 또한, 이하에 설명하는 실시의 형태는, 모두 본 개시의 일 구체예를 나타내는 것이다. 따라서, 이하의 실시의 형태로 나타내어지는, 수치, 구성 요소, 구성 요소의 배치 및 접속 형태, 및, 단계 및 단계의 순서 등은, 일례이며, 본 개시를 한정하는 주지는 아니다. 따라서, 이하의 실시의 형태에 있어서의 구성 요소 중, 본 개시의 최상위개념을 나타내는 독립 청구항에 기재되지 않은 구성 요소에 대해서는, 임의의 구성 요소로서 설명된다.
또, 각 도면은, 모식도이며, 반드시 엄밀하게 도시된 것은 아니다. 또한, 각 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙여, 중복되는 설명은 생략 또는 간략화한다.
(실시의 형태 1)
실시의 형태 1에 따른 모터 구동 장치에 대해 도 1을 이용하여 설명한다.
도 1은, 실시의 형태 1에 따른 모터 구동 장치(1)의 제어 블록도이다. 또한, 도 1에는, 모터 구동 장치(1)에 접속된 모터(2) 및 검출기(3)도 아울러 나타내어져 있다.
도 1에 나타내어지는 바와 같이, 모터 구동 장치(1)는, 모터 제어부(13)와, 부하 특성 모의부(15)와, 모터 구동부(17)를 구비한다.
모터 제어부(13)는, 제어 지령(11)~토크 지령(14)을 생성하는 제어부이다. 제어 지령(11)은 모터의 회전을 제어하는 지령값이다. 토크 지령(14)은, 부하 장치가 접속된 것처럼 모의한 모터를 회전시키기 위한 토크를 나타내는 지령값이다. 본 실시의 형태에서는, 모터 제어부(13)는, 제어 지령(11)과, 모터(2)에 접속된 검출기(3)로부터의 피드백값(12)에 의거하여 토크 지령(14)을 생성한다. 모터 제어부(13)에 있어서 이용되는 제어의 구성은, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 일반적인 PID(Proportional-Integral-Differential) 제어로 대표되는 피드백 제어, 제어 지령(11)을 입력으로 하는 피드 포워드 제어, 이들을 조합한 복합 제어 등을 이용해도 된다. 또, 위치 제어에 있어서는, 예를 들면 속도 제어를 내포한 캐스 케이드 제어 등을 이용해도 된다.
검출기(3)는, 모터(2) 상태를 검출하는 계측기기이다. 검출기(3)로는, 모터(2)의 위치 정보를 검출하는 엔코더, 리졸버 등의 계측기기, 또는 모터(2)의 속도 정보를 검출하는 타코제네레이터 등의 계측기기를 이용할 수 있다.
또한, 제어 지령(11)은 외부로부터 부여해도, 모터 구동 장치(1) 내에서 생성해도 된다. 피드백값(12)은, 모터(2)의 상태를 나타내는 값이면 특별히 한정되지 않는다. 피드백값(12)은, 예를 들면, 엔코더, 리졸버 등으로 이루어지는 검출기(3)를 이용했을 경우에 얻어지는 위치 정보, 또는, 타코제네레이터 등으로 이루어지는 검출기(3)를 이용했을 경우에 얻어지는 속도 정보가 이용된다.
부하 특성 모의부(15)는, 모터(2)에 접속되는 부하의 특성을 모의하는 처리부이다. 부하 특성 모의부(15)는, 부하의 특성 및 토크 지령(14)에 의거하여 모의 토크 지령(16)을 생성한다. 모의 토크 지령(16)은, 부하가 접속되어 있는 경우의 동작을 모터(2)에 모의시키는 지령값이다. 본 실시의 형태에서는, 부하 특성 모의부(15)는, 부하의 특성으로서 강체 특성을 모의하는 계수를 갖고, 토크 지령에 계수를 곱함으로써 모의 토크 지령을 생성한다.
모터 구동부(17)는, 모의 토크 지령(16)에 의거하여, 모터(2)를 제어하는 구동부이다. 모터 구동부(17)는, 모의 토크 지령대로의 토크를 모터(2)가 출력하도록 전류 제어를 행한다.
모터 구동부(17)로서, 일반적으로는 모의 토크 지령(16)으로부터 계산되는 전류 지령과 모터 전류의 검출치의 비교를 행하는 전류 제어부와, 그 출력인 전압 지령을 실제 모터에 인가하기 위한 PWM(Pulse Width Modulaton) 제어 회로로 이루어지는 것이 많다. 그러나, 이 형태에 얽매이는 것은 아니며 모의 토크 지령(16)을 받아 모터(2)를 제어하는 것이면 특별히 한정되지 않는다.
다음으로, 본 실시의 형태에 따른 부하 특성 모의부(15)의 도출 방법에 대해 도 2~도 3c를 이용하여 설명한다.
도 2는, 실시의 형태 1에 따른 모터 구동 장치(1)의 모의 대상인 모터 구동 장치(10)의 제어 블록도이다. 도 2에 나타내어지는 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치(1)의 모의 대상인 모터 구동 장치(10)에는, 모터(2) 및 부하 장치(4)가 접속되어 있다.
도 2에 나타내어지는 모의 대상인 모터 구동 장치(10)는, 부하 특성 모의부(15)가 없는 점에 있어서, 도 1에 나타내어지는 모터 구동 장치(1)와 상이하다. 모터 구동 장치(10)에 있어서는, 토크 지령(14)에 의거하여 모터 구동부(17)가 모터(2)를 제어한다. 모터(2)에 실제 부하 장치(4)가 접속되어 있다. 도 2에 나타내어지는 상태에 있어서의 모터(2)의 동작을 도 1의 구성으로 시뮬레이션하는 것이 본 개시의 목적이 된다.
도 3a는, 도 2에 나타내어지는 구성에 있어서 부하 장치(4)를 강체계로 가정했을 경우의 제어 블록도이다. 도 3b는, 도 3a에 나타내어지는 제어 블록도의 연산 순서를 교환한 구성을 나타내는 제어 블록도이다. 도 3c는, 도 3b에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다.
도 2에 나타내어지는 모터 구동부(17) 및 모터(2)는 충분한 고속의 응답 특성을 갖는다고 가정하고, 검출기(3)의 출력을 모터 속도로 한다. 이 경우, 모터 구동부(17), 모터(2) 및 검출기(3)는, 도 3a에 나타내어지는 바와 같이 모터 관성(Jm)만으로 이루어지는 강체계로서 모터 강체 특성 연산부(21)의 식으로 근사할 수 있다. 모터(2)와 부하 장치(4)가 강체 결합되어 있는 경우, 부하 관성을 Jl로 하면, 부하 장치(4)의 특성은 총관성비 연산부(41)로 대표할 수 있다. 또한, 도 3a에 나타내어지는 구성에서는, 도 2의 모터 구동부(17)가, 모터 구동 장치(1A)의 외부의 모터(2) 및 검출기(3)와 더불어 강체계를 형성하고 있다. 이 때문에, 모터 구동 장치(1A)는, 모터 제어부(13)만을 구비하고, 모터 구동부(17)를 구비하지 않는다.
도 3a의 제어 블록도 상에서 연산 순서는 교환 가능하다. 따라서, 부하 장치(4)의 특성을 대표하는 총관성비 연산부(41)와 모터 강체 특성 연산부(21)의 연산 순서를 교환하여, 총관성비 연산부(41)를 모터 구동 장치(1A)에 넣을 수 있다. 이와 같이, 총관성비 연산부(41)를 모터 구동 장치(1A)에 넣은 모터 구동 장치(1B)를 이용하는 구성을 도 3b에 나타낸다.
여기서, 총관성비 연산부(41)를 부하 특성 모의부(15)로 하고, 일단 근사한 모터 강체 특성 연산부(21)를 본래의 모터 구동부(17)와 모터(2)와 검출기(3)로 되돌림으로써, 도 3c에 나타내어지는 바와 같이, 도 1에 나타내어지는 제어 블록도와 등가인 제어 블록도를 얻을 수 있다.
이상과 같이 구성된 모터 구동 장치에 대해서, 이하 그 동작 및 작용을 설명한다.
모터 구동 장치가 부하 특성 모의부(15)를 구비하지 않는 경우는, 토크 지령(14)은 모터(2) 단체의 모터 강체 특성 연산부(21)를 구동하는 데에 필요한 값이 된다. 한편, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치(1)와 같이 부하 특성 모의부(15)를 구비하는 경우에는, 부하 특성 모의부(15)는, 부하 장치(4)의 특성으로서 강체 특성을 모의하는 계수를 갖고, 토크 지령에 당해 계수를 곱함으로써 모의 토크 지령을 생성한다. 보다 구체적으로는, 부하 특성 모의부(15)는, 토크 지령(14)에 1 미만의 계수 Jm/(Jm＋Jl)를 곱한 모의 토크 지령(16)으로서 출력하기 때문에, 모의 토크 지령(16)은, 토크 지령(14)보다 작은 값이 된다. 그 때문에, 실제로는 모터(2)에 부하 장치(4)가 접속되어 있지 않음에도 불구하고, 마치 부하 장치(4)가 접속되어 있는 것 같이, 모터(2)는 서서히 가속한다. 그 결과, 피드백값(12)의 변화도 서서히 이루어지기 때문에, 모터 제어부(13)는 제어 지령(11)에 추종하기 위해 보다 큰 토크 지령(14)을 출력하게 된다. 이상과 같이, 모터 구동 장치(1)가 부하 특성 모의부(15)를 구비함으로써, 모터 구동 장치(1)에 모터(2)만을 접속한 상태에서, 총관성비 연산부(41)를 갖는 부하 장치(4)가 모터(2)에 접속되었을 경우의 동작 시뮬레이션이 가능해진다. 이 때문에, 상기 계수를 변화시킴으로써, 부하계를 강체로 간주했을 때의 부하 관성을 모의적으로 변화시키는 시뮬레이션이 가능해진다. 따라서, 도 1에 나타내어지는 구성으로, 제어 지령(11), 피드백값(12) 및 토크 지령(14)을 그대로 관측함으로써, 도 2에 나타내어지는 구성에 있어서의 제어 지령(11), 피드백값(12) 및 토크 지령(14)과 동등한 값을 관측할 수 있다.
또한, 특허 문헌 1의 구성과 비교하여, 본 실시의 형태에 따른 구성이 모터 구동부(17), 모터(2) 및 검출기(3)로서 실기를 이용한 만큼, 보다 정밀도가 좋은 시뮬레이션이 가능해진다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치(1)는, 모터(2)를 구동하는 모터 구동 장치(1)로서, 제어 지령(11)으로부터 토크 지령(14)을 생성하는 모터 제어부(13)와, 모터(2)에 접속되는 부하의 특성 및 토크 지령(14)에 의거하여 모의 토크 지령(16)을 생성함으로써, 부하의 특성을 모의하는 부하 특성 모의부(15)와, 모의 토크 지령(16)에 의거하여 모터(2)를 제어하는 모터 구동부(17)를 구비한다.
즉, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치(1)는, 부하 특성을 모의하는 부하 특성 모의부(15)로부터 출력되는 모의 토크 지령에 의거하여 모터(2)를 구동함으로써, 모터(2)에 부하 장치(4)를 접속한 상태의 시뮬레이션을 행할 수 있다. 또한, 본 실시의 형태에서는, 모터 구동 장치의 구동계 및 부하계 중, 구동계에 있어서 모터(2)의 실기를 이용함으로써, 모터의 수학 모델을 이용하는 종래의 구성보다 정밀도가 좋은 시뮬레이션이 가능해진다.
또한, 모터 구동부의 제어는, 통상 모터 제어부의 연산보다 고속으로 행해진다. 이 때문에, 이것을 소프트웨어 블록의 시뮬레이션 모델로 실현하기 위한 계산 부하는 방대해진다. 따라서, 평가 장치의 비용 상승으로 연결된다. 또, 구동계 및 모터 특성에는, 이론상 근사가 곤란한 비선형 특성이 있어, 실용적인 정밀도로 다 시뮬레이션 할 수 없는 경우도 있다. 이들 중 어느 문제라도, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치(1)를 이용하면 해결할 수 있다.
또한, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치(1)에 모터(2)의 실기를 접속하는 경우에는, 실제로 모터(2)가 동작한다. 이 때문에, 시뮬레이션 결과로서 실기 동작으로 발생할 수 있는 소리, 진동 등을 재현할 수 있다. 따라서, 임장감 넘치는 모터 구동 장치(1)의 시뮬레이션을 제공할 수 있다. 이러한 모터 구동 장치(1)를 다양한 기능의 데모 장치, 게인 조정의 트레이닝 장치 등으로서 이용함으로써, 보다 현장에서의 작업에 들어맞는 대응을 배울 수 있다.
(실시의 형태 2)
실시의 형태 2에 따른 모터 구동 장치에 대해 설명한다. 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치는, 부하 장치를 2관성계로 가정하는 점에 있어서 실시의 형태 1에 따른 모터 구동 장치와 상이하고, 그 외의 점에 있어서 일치한다. 이하, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치에 대해서, 실시의 형태 1에 따른 모터 구동 장치(1)와의 차이점을 중심으로 도 4a~도 4d를 이용하여 설명한다.
도 4a는, 도 2에 나타내어지는 구성에 있어서 부하 장치(4)를 2관성계로 가정했을 경우의 제어 블록도이다. 도 4b는, 도 4a에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다. 도 4c는, 도 4b에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다. 도 4d는, 실시의 형태 2에 따른 모터 구동 장치(101)의 제어 블록도이다.
도 4a에 나타내어지는 제어 블록도는, 도 3a에 나타내어지는 제어 블록도와 같은 전제 하에서, 모터 구동부(17), 모터(2) 및 검출기(3)를 모터 강체 특성 연산부(21)로 근사하고 있다. 도 4a에 나타내어지는 바와 같이, 2관성계에서는 모터 강체 특성 연산부(21)에 대한 입력이 토크 지령(14) 그 자체가 아니고, 토크 지령(14)으로부터 비틀림 토크(42)를 감산한 것이 된다. 비틀림 토크(42)는, 댐퍼 계수(D) 및 스프링 계수(K)에 근사함으로써 모의한 샤프트 특성 연산부(44)를 이용하여 얻어지는 값이다. 비틀림 토크(42)는, 모터 속도인 피드백값(12)과 부하 장치(4) 측의 부하 속도(43)의 차를, 샤프트 특성 연산부(44)에 입력했을 경우에 얻어지는 샤프트 특성 연산부(44)의 출력이다. 여기서, 부하 속도(43)는, 비틀림 토크(42)로부터 외란 토크(45)를 감산한 결과를, 부하 관성(Jl)을 갖는 부하 강체 특성 연산부(46)에 입력했을 경우에 얻어지는 부하 강체 특성 연산부(46)의 출력이다.
도 4a에 나타내어지는 제어 블록도에서 외란 토크(45)를 0으로 하여 변형하면, 토크 지령(14)을 입력으로 하는 모터 강체 특성 연산부(21)와, 그 출력으로부터 모터 속도인 피드백값(12)까지의 공진 특성을 나타내는 2차 필터(47)의 제1 전달 함수, 부하 장치 측의 부하 속도(43)까지의 공진 특성을 나타내는 2차 필터(48)의 제2 전달 함수로 이루어지는, 도 4b의 제어 블록도가 도출된다. 도 4b의 공진 주파수(ωp), 반공진 주파수(ωz), 공진 감쇠비(ζp) 및 반공진 감쇠비(ζz)는, 샤프트 특성 연산부(44)의 댐퍼 계수(D) 및 스프링 계수(K), 및, 모터 관성(Jm) 및 부하 관성(Jl)으로부터, 아래 식으로 나타내어진다.
여기서, 도 4b에 나타내어지는 부하 속도(43)의 추정은 당장 불필요하기 때문에, 도 4b에 나타내어지는 제어 블록도로부터 2차 필터(48)(즉, 제2 전달 함수로 나타내어지는 필터)를 제거한다. 또한, 2차 필터(47)(즉, 제1 전달 함수로 나타내어지는 필터)를 모터 구동 장치(1A) 내로 이동한다. 이에 의해서, 도 4c에 나타내어지는 바와 같이, 제어 블록도는, 모터 제어부(13) 및 2차 필터(47)를 구비하는 모터 구동 장치(101C)와, 모터 강체 특성 연산부(21)를 이용하여 나타내어진다.
최종적으로, 2차 필터(47)를 부하 특성 모의부(115)로서, 모터 강체 특성 연산부(21)를 본래의 모터 구동부(17)와 모터(2)와 검출기(3)로 되돌린다. 이에 의해서, 도 1에 나타내어지는 제어 블록도와 같은 구성을 갖는 도 4d에 나타내어지는 제어 블록도를 얻을 수 있다. 도 4d에 나타내어지는 모터 구동 장치(101)는, 부하 특성 모의부(115)의 연산식에 있어서 실시의 형태 1에 따른 모터 구동 장치(1)와 상이하고, 그 외의 점에 있어서 일치한다.
이상과 같이 구성된 모터 구동 장치(101)에 대해서, 이하 그 동작, 작용을 설명한다.
부하 특성 모의부(115)는, 주파수 특성으로서, 공진 주파수(ωp)에 있어서 공진 감쇠비(ζp)에 따른 피크를 갖고, 반공진 주파수(ωz)에 있어서 반공진 감쇠비(ζz)에 따른 딥을 갖는다. 그 때문에, 모의 토크 지령(16)도 토크 지령(14)의 공진 주파수(ωp) 성분이 증폭되고, 반공진 주파수(ωz) 성분이 감쇠한 값이 된다. 이에 의해, 실제로는 모터(2) 단체밖에 접속되어 있지 않음에도 불구하고, 마치 부하 장치(4)가 접속되어 있는 것 같이 피드백값(12)에 공진 주파수의 진동이 발생한다. 이에 대응하기 위해, 모터 제어부(13)는 통상 반공진 주파수(ωz) 이하로 응답성이 제한된다. 이상과 같이, 본 실시의 형태에 따른 부하 특성 모의부(115)는, 공진 주파수(ωp), 반공진 주파수(ωz), 공진 감쇠비(ζp) 및 반공진 감쇠비(ζz) 중 적어도 하나를 파라미터로 갖는 공진 특성을 모의하는 2차 필터를 포함한다. 모터 구동 장치(101)가, 이러한 부하 특성 모의부(115)를 구비함으로써, 모터 구동 장치(101)에 모터(2)만을 접속한 상태에서, 도 2에 나타내어지는 구성에 있어서, 2관성계의 특성을 갖는 부하 장치(4)가 접속되었을 경우의 시뮬레이션이 가능해진다. 따라서, 도 4d의 구성으로, 제어 지령(11), 피드백값(12) 및 토크 지령(14)을 그대로 관측함으로써, 도 2에 나타내어지는 구성에 있어서의 제어 지령(11), 피드백값(12) 및 토크 지령(14)과 동등한 값을 관측할 수 있다.
또한, 2관성계뿐만 아니라, 3관성계 및 그 이상의 다관성계의 특성을 갖는 부하 장치(4)를 이용하는 경우에 있어서도, 같은 식 변형으로, 직렬 결합된 복수의 2차 필터를 포함하는 부하 특성 모의부를 얻을 수 있다. 이러한 부하 특성 모의부를 구비하는 모터 구동 장치를 이용함으로써, 3관성계 및 그 이상의 다관성계의 특성과 같이 복잡한 공진 특성을 갖는 부하 장치(4)를 모터(2)에 접속했을 경우의 시뮬레이션이 가능해진다.
(실시의 형태 3)
실시의 형태 3에 따른 모터 구동 장치에 대해 설명한다. 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치는, 부하 특성 모의부가 모의 외란 토크를 받아들일 수 있는 점에 있어서, 실시의 형태 2에 따른 모터 구동 장치(101)와 상이하고, 그 외의 점에 있어서 일치한다. 이하, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치에 대해서, 실시의 형태 2에 따른 모터 구동 장치(101)와의 차이점을 중심으로 도 5~도 6d를 이용하여 설명한다.
도 5는, 실시의 형태 3에 따른 모터 구동 장치(201)의 제어 블록도이다. 도 6a는, 도 4a에 나타내어지는 제어 블록도에 있어서 외란 토크(45)를 남기고 변형한 제어 블록도이다. 도 6b는, 도 6a에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다. 도 6c는, 도 6b에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다. 도 6d는, 도 6c에 나타내어지는 제어 블록도를 변형한 제어 블록도이다.
도 5에 나타내어지는 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치(201)는, 실시의 형태 2에 따른 모터 구동 장치(101)와 같이, 모터 제어부(13)와, 부하 특성 모의부(215)와, 모터 구동부(17)를 구비한다. 도 5에 나타내어지는 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치(201)는, 부하 특성 모의부(215)가 모의 외란 토크(18)의 입력을 받아들이는 점에 있어서, 실시의 형태 2에 따른 모터 구동 장치(101)와 상이하고, 그 외의 점에 있어서 일치한다.
이 제어 블록도의 도출을 위해서, 실시의 형태 2에서 도 4a로부터 도 4b로의 변형 시에 생략한 외란 토크(45)를 그대로 남기고 변형하면, 제3 전달 함수로 나타내어지는 2차 필터(49)와 제4 전달 함수로 나타내어지는 2차 필터(50)를 더한 도 6a에 나타내어지는 제어 블록도와 같이 된다. 여기서 부하 속도(43)의 추정은 당장 필요없으므로, 제2 전달 함수로 나타내어지는 2차 필터(48)와, 제4 전달 함수로 나타내어지는 2차 필터(50)를 삭제하면, 도 6b에 나타내어지는 제어 블록도를 얻을 수 있다. 도 6b에 나타내어지는 제어 블록도에 있어서, 상술한 각 실시의 형태와 같이 모터 강체 특성 연산부(21)를 남기고, 다른 블록을 모터 구동 장치(1A) 내로 이동한다. 이에 의해, 도 6c에 나타내어지는 바와 같이, 제어 블록도는, 모터 제어부(13) 및 2차 필터(47 및 49)를 구비하는 모터 구동 장치(201C)와, 모터 강체 특성 연산부(21)를 이용하여 나타내어진다. 계속해서, 근사인 모터 강체 특성 연산부(21)를 본래의 모터 구동부(17)와 모터(2)와 검출기(3)로 되돌리고, 외란 토크(45)를 모터 구동 장치(201) 내부에서 생성하는 모의 외란 토크(18)로 함으로써, 도 5와 등가인 블록도 6d를 얻을 수 있다. 도 6d에 나타내어지는 바와 같이, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치(201)의 부하 특성 모의부(215)는, 2차 필터(47 및 49)를 포함한다.
이상과 같이, 본 실시의 형태에 따른 모터 구동 장치(201)에 있어서는, 부하 장치(4)의 특성 및 토크 지령(14)과, 외란 토크를 모의한 모의 외란 토크(18)에 의거하여 모의 토크 지령(16)을 생성한다. 이 때문에, 실기에 있어서의 외란 토크(45)의 영향을 시뮬레이션 할 수 있다.
(변형예 등)
이상, 본 개시에 따른 모터 구동 장치에 대해서, 각 실시의 형태에 의거하여 설명했다. 그러나, 본 개시는, 상기 실시의 형태에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 본 개시에 따른 모터 구동 장치의 구동 대상은, 회전 모터에 한정되는 것이 아니라, 리니어 모터에 있어서도 회전계의 단위를 직동계로 치환하는 것만으로 적용할 수 있다. 또, 검출기를 모터(2)뿐만이 아니라, 부하 장치(4)에도 장착하고, 부하의 위치 및 속도 정보를 피드백값(12)에 더하는 풀 클로즈 제어 구성으로 해도, 그다지 큰 변경을 필요로 하지 않고, 모터 구동 장치의 시뮬레이션은 가능하다.
또, 검출기(3)의 특성이 시뮬레이션용과 실기용으로 상이한 경우에, 그러한 특성차를 부하 특성 모의부(15)에 도입하는 것도 가능하다.
그 외, 각 실시의 형태에 대해서 당업자가 생각해내는 각종 변형을 행하여 얻어지는 형태, 또는, 본 개시의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 각 실시의 형태에 있어서의 구성 요소 및 기능을 임의로 조합함으로써 실현되는 형태도 본 개시에 포함된다.
본 개시에 따른 모터 구동 장치는, 부하 특성을 모의할 수 있는 시뮬레이션용 모터 구동 장치로서 이용할 수 있다.
본 개시에 따른 모터 구동 장치는, 임장감 넘치는 시뮬레이션이 가능하기 때문에, 다양한 기능의 데모 장치, 게인 조정의 트레이닝 장치 등으로서 특히 유용하다.
본 개시에 따른 모터 구동 장치의 부하 특성 모의부는, 부하 장치의 다양한 특성을 모의할 수 있다. 따라서, 부하 장치를 접속시키지 않으면 동작하지 않는 기능을 테스트하는 경우 등에 유용하다. 또, 주파수 특성 측정 기능 등에서 부하 장치의 특성을 측정할 수 있다면, 실제 장치가 있는 장소에서 멀리 떨어진 원격지에서 모터와 모터 구동 장치만으로 시뮬레이션을 행하여, 최적의 조정 결과를 실기에 적용한다고 하는 어프로치도 가능해진다. 따라서, 차재 장치의 분야 및 산업 분야에 있어서, 다양한 응용을 생각할 수 있다.
1, 1A, 1B, 10, 101, 101C, 201, 201C: 모터 구동 장치
2: 모터 3: 검출기
4: 부하 장치 11: 제어 지령
12: 피드백값 13: 모터 제어부
14: 토크 지령 15, 115, 215: 부하 특성 모의부
16: 모의 토크 지령 17: 모터 구동부
18: 모의 외란 토크 21: 모터 강체 특성 연산부
41: 총관성비 연산부 42: 비틀림 토크
43: 부하 속도 44: 샤프트 특성 연산부
45: 외란 토크 46: 부하 강체 특성 연산부
47, 48, 49, 50: 2차 필터

Claims (5)

  1. 모터를 구동하는 모터 구동 장치로서,
    제어 지령으로부터 토크 지령을 생성하는 모터 제어부와,
    상기 모터에 접속될 부하의 특성 및 상기 토크 지령에 의거하여 모의 토크 지령을 생성함으로써, 상기 부하의 특성을 모의하는 부하 특성 모의부와,
    상기 모의 토크 지령에 의거하여 상기 모터를 제어하는 모터 구동부를 구비하고,
    상기 부하 특성 모의부는, 상기 부하의 특성으로서 강체 특성을 모의하는 계수를 갖고, 상기 토크 지령에 상기 계수를 곱함으로써 상기 모의 토크 지령을 생성하는, 모터 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 부하 특성 모의부는, 공진 주파수, 반공진 주파수, 공진 감쇠비 및 반공진 감쇠비 중 적어도 하나를 파라미터로 갖는 공진 특성을 모의하는 2차 필터를 포함하는, 모터 구동 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 부하 특성 모의부는, 직렬 결합된 복수의 상기 2차 필터를 포함하는, 모터 구동 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 부하 특성 모의부는, 상기 부하의 특성 및 상기 토크 지령과, 외란 토크를 모의한 모의 외란 토크에 의거하여 상기 모의 토크 지령을 생성하는, 모터 구동 장치.
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