(57)【要約】【課題】検出誤差のある位置検出器を用いた場合でもトルクリプルを低減できるモータ制御装置とその方法を提供する【解決手段】モータ制御装置において、平均化トルク指令を生成するトルク指令平均化手段７と、トルク指令から平均化トルク指令を減算しトルク指令差を生成し、トルク指令差が正である第１の所定値よりも大きい場合は、補正トルク指令を平均化トルク指令と第１の所定値の和とし、トルク指令差が負である第２の所定値よりも小さい場合は、平均化トルク指令と第２の所定値の和とする補正トルク指令生成手段８とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令から位置信号を減算して得た位置偏差を制御処理して速度指令を生成する位置制御手段と、前記速度指令から速度信号を減算して得た速度偏差を制御処理してトルク指令を生成する速度制御手段と、前記トルク指令からモータに電流を流すモータ駆動手段と、モータの位置信号を変換して速度信号を生成する速度信号生成手段とからなるモータ制御装置において、
平均化トルク指令を生成するトルク指令平均化手段と、
前記トルク指令から前記平均化トルク指令を減算しトルク指令差を生成し、前記トルク指令差が第１の所定値よりも大きい場合は、補正トルク指令を平均化トルク指令と正である第１の所定値の和とし、前記トルク指令差が負である第２の所定値よりも小さい場合は、平均化トルク指令と第２の所定値の和とする補正トルク指令生成手段と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記補正トルク指令生成手段は、前記位置偏差が所定値以上で、かつ前記速度偏差が所定値以下のときに有効になることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記補正トルク指令生成手段は、前記速度指令を微分した値が所定値以下で、かつ前記速度指令が所定値以上のとき有効になることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記補正トルク指令生成手段は、前記位置指令を２階微分した値が所定値以下で、かつ前記位置指令の１階微分した値以上のとき有効とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記補正トルク指令生成手段は、位置指令装置の信号により有効となることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項６】
位置指令から位置信号を減算して得た位置偏差を制御処理して速度指令を生成する位置制御手段と、前記速度指令から速度信号を減算して得た速度偏差を制御処理してトルク指令を生成する速度制御手段と、前記トルク指令からモータに電流を流すモータ駆動手段と、モータの位置信号を変換して速度信号を生成する速度信号生成手段とからなるモータ制御方法において、
平均化トルク指令を生成するトルク指令平均化ステップと、
前記トルク指令から前記平均化トルク指令を減算しトルク指令差を生成するステップと、
前記トルク指令差が正である第１の所定値よりも大きい場合は、補正トルク指令を平均化トルク指令と第１の所定値の和とし、前記トルク指令差が負である第２の所定値よりも小さい場合は、平均化トルク指令と第２の所定値の和とするステップと、
を備えることを特徴とするモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出器の検出誤差による速度リプルを低減するモータ制御装置とその制御方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
検出誤差がある位置検出器を使用して位置制御や速度制御をすると速度リプルやトルクリプルが生じる問題がある。図２は従来のモータ制御装置のブロック図で、１はモータ制御装置、２は位置制御手段、３は速度制御手段、４はモータ駆動手段、５は速度信号生成手段、６は電流検出手段である。また、１１は上位装置、１２はモータ１３は位置検出器である。
次に動作について説明する。位置制御手段２は上位の指令装置の位置指令から位置信号を減算し、制御処理をして速度指令を生成する。速度制御手段３は速度指令から速度信号を減算し、制御処理をしてトルク指令を生成する。モータ駆動手段４はトルク指令から電流指令を生成、さらに電流指令から電流信号を減算し、制御処理をして、電圧指令を生成、電力増幅をしてモータを駆動する。
次に従来のモータ制御装置で検出誤差のある位置検出器を使用したときの動作を図７にて説明する。図７は検出誤差のある位置検出器（磁気エンコーダ）を用いて位置制御をした時のシミュレーションである。条件は磁気エンコーダの極対数がｎ、位置信号に正弦波状に変化する位置誤差ε（ｒａｄ）を含む場合で、シミュレーションの条件は、制御周期Ｔｓが１００μｓｅｃ、位置制御ゲインＫｐが１００ｓ−１、速度制御ゲインＫｖが１Ｎｍｓ／ｒ、速度制御積分時定数Ｔｖｉが２０ｍｓ、イナーシャＪが０．００１ｋｇｍ２、位置誤差εが０．００００５ｒａｄ、ｎ＝２５である。回転速度ωｍに比例してトルク指令Ｔｒｅｆの振動成分が大きくなることがわかる
次に、位置検出器の位置誤差による速度リプルを低減した従来のモータ制御装置を説明する。速度リプルを低減した従来のモータ制御装置には例えば特許文献１がある。従来のモータ制御装置を図５を用いて説明する。図５において、１００はモータ、１０２は位置検出器、１１０は周期制御信号出力器、１０４は電流制御器、１０６は位置信号処理機、１０８は微分器、１１８は位置制御信号出力器、１１４は加算器である。モータ１００にモータの位置を検出する位置検出器１０２が取り付けられており、位置検出器１０２は図６に示すように、予め着磁された磁石の着磁パターンをＭＲ素子で検出し、互いに位相が９０度の信号ＭＲ１、ＭＲ２の信号を出力する。これらのＭＲ１、ＭＲ２の信号は位置信号処理器１０６に入力しモータの位置を検出する。この位置信号処理器１０６の動作は、任意の時刻に、例えばＭＲ１、ＭＲ２の瞬時信号から逆三角関数の演算で求めればよい。さらに、この位置信号を微分器１０８によりモータの速度に変換される。
次に、速度制御動作について詳細に説明する。周期制御信号出力器１１０は、予め定めた任意の制御周期毎に、検出された速度ωｍが速度指令値ωｄに追従するように、例えば公知のＰＩ制御等で制御すればよく、その制御信号であるトルク指令τａを出力する。
τａ＝Ｋｉｓ∫（ωｄ−ωｍ）ｄｔ＋Ｋｐｓ・（ωｄ−ωｍ）
ここで、Ｋｉｓ、Ｋｐｓはフィードバックゲインである。この制御方式の場合は、制御周期は位置検出器やモータ速度には依存せず、任意の応答性を確保するために自由に設定すればよい。一般に、制御周期を短くすると応答性は向上する。位置制御信号出力器１１２により、モータのコギングやトルクリップル成分などのモータの位置で決まるトルク変動成分を補正するトルク指令τｂを予め測定し、位置信号処理器１０６で処理されたモータの位置に応じて出力する。周期制御信号出力器１１０のトルク指令τａと位置制御信号出力器１１２のトルク指令τｂを、加算器１１４で加算しトルク指令とする。そして、電流制御部１０４で、指令されたトルクを発生するようにモータ１００へ供給する電流を公知のＰＩ制御等で制御する。これより、モータの制御周期には無関係に、モータのコギングやトルクリップル成分による回転変動を抑えることができ、精度の良い速度制御が実現できるというものである。
【特許文献１】特開２００３−００９５６４号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のモータ制御装置では、検出誤差のある位置信号を時間微分して速度信号とするので検出誤差の時間微分の誤差が速度信号に重畳されてしまい、回転速度に比例してトルク指令リプルが増加し、トルクリプルも増加する。
また、トルクリプルを低減した従来のモータ制御装置の例でも、あらかじめ、速度誤差をモータ位置に応じて測定し、記憶しておかなければならず、調整工数の増大や、部品の増加などコスト高になるといった問題があった。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、検出誤差のある位置検出器を用いた場合でもトルクリプルを低減できるモータ制御装置とその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１に記載の本発明は、位置指令から位置信号を減算して得た位置偏差を制御処理して速度指令を生成する位置制御手段と、速度指令から速度信号を減算して得た速度偏差を制御処理してトルク指令を生成する速度制御手段と、トルク指令からモータに電流を流すモータ駆動手段と、モータの位置信号を変換して速度信号を生成する速度信号生成手段とからなるモータ制御装置において、平均化トルク指令を生成するトルク指令平均化手段と、トルク指令から平均化トルク指令を減算しトルク指令差を生成するし、トルク指令差が正である第１の所定値よりも大きい場合は、補正トルク指令を平均化トルク指令と第１の所定値の和とし、トルク指令差が負である第２の所定値よりも小さい場合は、平均化トルク指令と第２の所定値の和とする補正トルク生成手段と、
を備えるようにしたものである。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、補正トルク生成手段は、位置偏差があらかじめ決めた任意の値以上で、かつ前記速度偏差があらかじめ決めた任意の値以下のときに有効になるようにしたものである。
請求項３記載の本発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、速補正トルク生成手段は、速度指令を微分した値があらかじめ決めた任意の値以下で、かつ速度指令が任意の値以上のとき有効になるようにしたものである。
請求項４記載の本発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、補正トルク生成手段は、位置指令を２階微分した値があらかじめ決めた任意の値以下で、かつ位置指令の１階微分した値あらかじめ決めた任意の値以上のとき有効とするようにしたものである。
請求項５記載の本発明は、請求項１記載のモータ制御装置において、補正トルク生成手段は、位置指令装置の信号により有効となるようにしたものである。
請求項６記載の本発明は、位置指令から位置信号を減算して得た位置偏差を制御処理して速度指令を生成する位置制御手段と、速度指令から速度信号を減算して得た速度偏差を制御処理してトルク指令を生成する速度制御手段と、トルク指令からモータに電流を流すモータ駆動手段と、モータの位置信号を変換して速度信号を生成する速度信号生成手段とからなるモータ制御装置の制御方法において、平均化トルク指令を生成するトルク指令平均化ステップと、トルク指令から平均化トルク指令を減算しトルク指令差を生成するステップと、トルク指令差が正である第１の所定値よりも大きい場合は、補正トルク指令を平均化トルク指令と第１の所定値の和とし、トルク指令差が負である第２の所定値よりも小さい場合は、平均化トルク指令と第２の所定値の和とするステップとを備えるようにしたものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、検出誤差のある位置検出器を用いた場合でもトルクリプルを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施例について、図に基づいて説明する。
【実施例】
【０００７】
図１は、本発明のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。図１において１はモータ制御装置、２は位置制御手段、３は速度制御手段、４はモータ駆動手段、５は速度信号生成手段、６は電流検出手段、７はトルク指令平均化手段、１１は上位装置、１２はモータ、１３は位置検出器である。
次に動作について説明する。図１において、位置制御手段２は、上位装置１１の位置指令から位置信号を減算して制御処理をし速度指令を生成する。速度制御手段３は速度指令から速度信号を減算し、制御処理をしてトルク指令を生成する。トルク指令平均化手段７はトルク指令の移動平均をとって平均化する。補正トルク指令生成手段８はトルク指令から平均化トルク指令を減算し、減算結果のトルク指令差があらかじめ決めた第１の所定値よりも大きい場合は補正トルク指令を平均化トルク指令と第１の所定値を加算したものとし、また、トルク指令差があらかじめ決めた第２の所定値よりも小さい場合は、平均化トルク指令から第２の所定値を減算したものとする。モータ駆動手段４は補正トルク指令から電流指令を生成、さらに電流指令から電流信号を減算し、制御処理をして、電圧指令を生成、電圧指令を電力増幅してモータを駆動する。
補正トルク指令生成手段は、位置偏差があらかじめ決めた任意の値以上で、かつ速度偏差があらかじめ決めた任意の値以下のときに有効になり、他は無効とすることもできる。  また補正トルク指令生成手段は、速度指令を微分した値があらかじめ決めた任意の値以下で、かつ速度指令が任意の値以上のとき有効になり、他は無効とすることもできる。さらに、補正トルク指令生成手段は、位置指令を２階微分した値があらかじめ決めた任意の値以下で、かつ位置指令の１階微分した値以上のとき有効になり、他は無効とすることができる。
補正トルク指令生成手段が有効のあいだは、トルク指令が平均化トルク指令よりも第１の所定値以上の場合は平均化トルク指令＋第１の所定値でクランプされ、平均化トルク指令よりも第２の所定値以下の場合は平均化トルク指令−第２の所定値でクランプされる。
図９は本発明の制御方法を示すフローチャートである。図９において、制御周期ごとに補正トルク生成が有効かどうか判断し有効であれば余生トルク指令生成がスタートする。ステップＳＴ１ではトルク指令の移動平均を求めて平均化トルク指令を生成する。ステップＳＴ２では、現在のトルク指令からステップＳＴ１でもとめた平均化トルクを減算しトルク指令差をもとめる。ステップＳＴ３ではトルク指令差が正である第１の所定値よりも大きいかどうか判断し大きければステップＳＴ７に移動し補正トルク指令＝平均化トルク指令＋第１の所定値とする。小さければ次のステップＳＴ４に移動する。ステップＳＴ４では、トルク指令差が負である第２の所定値よりも小さいかどうか判断し、小さければステップＳＴ６に移動し、補正トルク指令＝平均化トルク指令＋第２の所定値とする。小さくなければ、次のステップＳＴ５に移動する。ステップＳＴ５では補正トルク指令＝補正前のトルク指令（現在のトルク指令）として終了し、次の制御周期まで待機する。
図８は、本発明のモータ制御装置に、検出誤差のある位置検出器を使用したときの波形を示すシミュレーションである。条件は従来のモータ制御装置と同様で、磁気エンコーダの極対数がｎ、位置信号に正弦波状に変化する位置誤差ε（ｒａｄ）を含む場合で、シミュレーションの条件は、制御周期Ｔｓが１００μｓｅｃ、位置制御ゲインＫｐが１００ｓ−１、速度制御ゲインＫｖが１Ｎｍｓ／ｒ、速度制御積分時定数Ｔｖｉが２０ｍｓ、イナーシャＪが０．００１ｋｇｍ２、位置誤差εが０．００００５ｒａｄ、ｎ＝２５で、第１の所定値は０．２Ｎｍ、第２の所定値は−０．２Ｎｍである。回転速度ωｍに比例してトルク指令Ｔｒｅｆの振動成分が大きくなるが一定速度領域ではトルク指令がクランプされていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０００８】
本発明は、検出誤差のある位置検出器が使用できるので、低価格が要求される一般産業用途、特に搬送装置などに適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図２】従来のモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図３】従来のモータ制御装置で速度波形を台形波にしたときの波形図
【図４】本発明のモータ制御装置で速度波形を台形波にしたときの波形図
【図５】従来の速度リプルを低減したモータ制御装置の構成を示すブロック図
【図６】検出誤差のある磁気エンコーダの出力波形
【図７】従来の速度リプルを低減する前のモータ制御装置のシミュレーション図
【図８】本発明のトルク指令をクランプしたモータ制御装置のシミュレーション図
【図９】本発明の制御方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００１０】
１  モータ制御装置
２  位置制御手段
３  速度制御手段
４  モータ駆動手段
５  速度信号生成手段
６  電流検出手段
７  トルク指令平均化手段
８  補正トルク指令生成手段
１１  上位装置
１２  モータ
１３  位置検出器
１００  モータ
１０２  位置検出器
１０４  電流制御器
１０６  位置信号処理器
１０８  微分器
１１０  周期制御信号出力器
１１４  加算器
１１８  位置信号出力器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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