(57)【要約】【課題】  機械の位置によって振動周波数が変化する場合でも振動を抑制することができる位置制御装置と位置制御方法を提供する。【解決手段】  フィードバック制御により速度指令とモータ速度信号を一致させるモータの速度制御部（１３）と、フィードバック制御により位置指令とモータ位置信号を一致させるモータの位置制御部（１２）を備えた位置制御装置において、トルク指令とモータ速度から制振信号を演算する制振信号演算部（１８）と、モータ位置信号に基づいて制振信号演算部の比例補償器と積分補償器とハイパスフィルタとローパスフィルタのゲインを切換えるゲイン切換器（１９）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】
位置指令と位置信号の位置偏差を制御処理して速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と速度信号の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部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、前記トルク指令と前記速度信号から制振信号を生成する制振信号演算部と、前記制振信号を前記速度指令に加算する加算器と、を備えた位置制御装置において、
前記制振信号演算部は、前記トルク指令と前記速度信号から第１制振信号を生成するオブザーバと、前記第１制振信号の位相を進め第２制振信号を生成するハイパスィルタと、前記第２制振信号の高周波数成分を除去し第３制振信号を生成するローパスフィルタと、前記第３制振信号のゲインを調整し制振信号を生成する係数器と、
前記位置信号から前記オブザーバと前記ハイパスフィルタと前記ローパスフィルタのゲインを切換えるゲイン切換器と、
を備えることを特徴とする位置制御装置。
【請求項２】
前記オブザーバは、前記トルク指令から推定加速度信号を生成するイナーシャモデルと、前記推定加速度信号を積分して推定速度信号を生成する積分器と、前記速度信号と前記推定速度信号の差を比例定数を乗算し第１補償信号を生成する比例補償器と、積分補償をして第２補償信号を生成する積分補償器と、前記第１補償信号と前記第２補償信号と前記推定加速度信号を加算して新たな推定加速度信号とする加算器と、を備えることを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
【請求項３】
前記ゲイン切換器は、前記位置信号に応じて振動が最小になるようなゲインをあらかじめ測定し、前記ゲインを記憶したテーブルを備えることを特徴とする請求項１に記載の位置制御装置。
【請求項４】
前記位置信号は、モータに結合された位置検出器から生成することを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
【請求項５】
前記位置信号は、負荷に結合された位置検出器から生成することを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
【請求項６】
前記速度信号は、モータに結合された位置検出器の位置信号の時間差分から生成することを特徴とする請求項１記載の位置制御装置。
【請求項７】
位置指令と位置信号の位置偏差を制御処理して速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と速度信号の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部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、前記トルク指令と前記速度信号から制振信号を生成する制振信号演算部と、前記制振信号を前記速度指令に加算する加算器と、を備えた位置制御装置の位置制御方法において、
あらかじめ前記位置信号に応じてテーブルからローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、オブザーバのゲインを書き込むステップと、
制御時間ごとに前記位置信号に応じてテーブルからローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、オブザーバのゲインを読み出すステップと、
前記トルク指令から推定加速度信号を生成するステップと、
前記推定加速度信号と第１補償信号と第２補償信号を加算・積分して推定速度信号を生成するステップと、
前記速度信号と前記推定速度信号を減算して第１制振信号を生成するステップと、
前記第１制振信号にオブザーバ比例ゲインを乗じて前記第１補償信号を生成するステップと、
前記第１制振信号に前期オブザーバ積分を乗じて積分し第２補償信号を生成するステップと、
前記第１制振信号をハイパスフィルタに通して第２制振信号を生成するステップと、
前記第２制振信号をローパスフィルタに通して第３制振信号を生成するステップと、
前記第３制振信号に係数を乗じて前記制振信号を生成するステップと、
前記トルク指令と前記制振信号を加算して新たなトルク指令を生成するステップと、
を備えることを特徴とする位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータが駆動する機構から生じる振動を抑える補償部を備えた位置制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の位置制御装置は、オブザーバによりモータ速度を推定し、実際のモータ速度と推定速度の差信号をフィードバックすることにより、振動を抑制している（例えば、特許文献１参照）。
図３において、２１は位置指令Ｐｒｅｆからモータ位置信号Ｐｆｂｍを差し引いて位置偏差信号を出力する減算器、２２は位置偏差信号を受けて速度指令Ｖｒｅｆを出力する位置制御器、２３は速度指令Ｖｒｅｆからモータ速度信号Ｖｆｂｍを差し引いて速度偏差信号を出力する減算器、２４は速度偏差信号を受けてトルク指令Ｔｒｅｆを出力する速度制御器、２５はトルク指令Ｔｒｅｆと前記モータ速度Ｖｆｂｍを入力し推定速度を演算しモータ速度から推定速度を差し引いた差信号を出力するオブザーバである。オブザーバは比例補償を行う比例補償器３３と、積分補償を行う積分補償器３４と、トルク指令を入力するイナーシャモデル３７と、イナーシャモデルが生成する推定加速度信号と比例補償器が生成する第１補償信号と積分補償器が生成する第２補償信号とを加算する加算器３６と、加算結果を積分し推定速度信号を生成する積分器３８と、モータ速度信号から推定速度信号を差し引き比例補償器と積分補償器へ入力する減算器３５とから構成される。２６はオブザーバ出力信号を受け位相を進めて出力するハイパスフィルタ、２７は前記ハイパスフィルタの出力信号の高周波成分をカットして出力するローパスフィルタ、２８は前記ローパスフィルタの出力に制振ゲインとしての係数αを乗じて制振信号を出力する係数器、３０は速度指令に制振信号を加算し新たな速度指令Ｖｒｅｆを出力する加算器である。
【特許文献１】特開平９−５６１８３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の位置制御装置は、オブザーバの比例補償器と、積分補償器と、ハイパスフィルタと、ローパスフィルタのゲインを機械の振動周波数に合わせて調整を行っていたので、機械の位置によって振動周波数が変化する場合、振動周波数が合わない位置では振動を抑制することができないという問題があった。
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、機械の位置によって振動周波数が変化する場合でも、振動を抑制することができる位置制御装置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】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載の発明は、位置指令と位置信号の位置偏差を制御処理して速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と速度信号の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部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、前記トルク指令と前記速度信号から制振信号を生成する制振信号演算部と、前記制振信号を前記速度指令に加算する加算器と、を備えた位置制御装置において、前記制振信号演算部は、前記トルク指令と前記速度信号から第１制振信号を生成するオブザーバと、前記第１制振信号の位相を進め第２制振信号を生成するハイパスィルタと、前記第２制振信号の高周波数成分を除去し第３制振信号を生成するローパスフィルタと、前記第３制振信号のゲインを調整し制振信号を生成する係数器と、前記位置信号から前記オブザーバと前記ハイパスフィルタと前記ローパスフィルタのゲインを切換えるゲイン切換器と、を備えることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記オブザーバは、前記トルク指令から推定加速度信号を生成するイナーシャモデルと、前記推定加速度信号を積分して推定速度信号を生成する積分器と、前記速度信号と前記推定速度信号の差を比例定数を乗算し第１補償信号を生成する比例補償器と、積分補償をして第２補償信号を生成する積分補償器と、前記第１補償信号と前記第２補償信号と前記推定加速度信号を加算して新たな推定加速度信号とする加算器と、を備えることを特徴とするものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の位置制御装置において、前記ゲイン切換器は、前記位置信号に応じて振動が最小になるようなゲインをあらかじめ測定し、前記ゲインを記憶したテーブルを備えることを特徴とするものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記位置信号は、モータに結合された位置検出器から生成することを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記位置信号は、負荷に結合された位置検出器から生成することを特徴とするものである。
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の位置制御装置において、前記速度信号は、モータに結合された位置検出器の位置信号の時間差分から生成することを特徴とするものである。
請求項７に記載の発明は、位置指令と位置信号の位置偏差を制御処理して速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と速度信号の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部と、前記トルク指令に基づいてモータを駆動するモータ駆動部と、前記トルク指令と前記速度信号から制振信号を生成する制振信号演算部と、前記制振信号を前記速度指令に加算する加算器と、を備えた位置制御装置の位置制御方法において、あらかじめ前記位置信号に応じてテーブルからローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、オブザーバのゲインを書き込むステップと、制御時間ごとに前記位置信号に応じてテーブルからローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、オブザーバのゲインを読み出すステップと、前記トルク指令から推定加速度信号を生成するステップと、前記推定加速度信号と第１補償信号と第２補償信号を加算・積分して推定速度信号を生成するステップと、前記速度信号と前記推定速度信号を減算して第１制振信号を生成するステップと、前記第１制振信号にオブザーバ比例ゲインを乗じて前記第１補償信号を生成するステップと、前記第１制振信号に前期オブザーバ積分を乗じて積分し第２補償信号を生成するステップと、前記第１制振信号をハイパスフィルタに通して第２制振信号を生成するステップと、前記第２制振信号をローパスフィルタに通して第３制振信号を生成するステップと、前記第３制振信号に係数を乗じて前記制振信号を生成するステップと、前記トルク指令と前記制振信号を加算して新たなトルク指令を生成するステップと、を備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によると、モータ位置から比例補償器と、積分補償器と、ハイパスフィルタと、ローパスフィルタのゲインを求め、切換えるため、機械の位置によって振動周波数が変化する場合でも、振動を抑制する位置制御装置と位置制御方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
【実施例１】
【０００７】
図１は本発明の位置制御装置を適用したモータ制御システムのブロック図である。図において、１１は位置指令Ｐｒｅｆを出力する指令発生部、１２は位置指令Ｐｒｅｆと検出されたモータ位置Ｐｆｂｍを入力して速度指令Ｖｒｅｆを出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータの位置制御をする位置制御部、１３は速度指令Ｖｒｅｆと演算されたモータ速度Ｖｆｂｍを入力してトルク指令Ｔｒｅｆを出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータの速度制御をする速度制御部、１４はトルク指令Ｔｒｅｆを受けてモータ１５に電流を供給する電流制御部、１６はモータ１５の回転軸に接続するなどして回転軸の回転位置を検出するモータ位置検出器、１７はモータ位置検出器のモータ位置信号Ｐｆｂｍを受けて差分演算し、前記モータ速度Ｖｆｂｍを生成する速度演算部、１８は前記トルク指令Ｔｒｅｆと前記モータ速度Ｖｆｂｍを入力し制振信号を出力する制振信号演算部、１９は前記モータ位置に基づいて制振信号演算部の比例補償器と積分補償器とハイパスフィルタとローパスフィルタのゲインを切換えるゲイン切換器である。
図２は本発明の実施例を示す詳細なブロック図である。図において、２１は位置指令Ｐｒｅｆからモータ位置信号Ｐｆｂｍを差し引いて位置偏差信号を生成する減算器、２２は位置偏差信号を受けて速度指令Ｖｒｅｆを生成する位置制御器、２３は速度指令Ｖｒｅｆからモータ速度信号Ｖｆｂｍを差し引いて速度偏差信号を生成する減算器、２４は速度偏差信号を受けてトルク指令Ｔｒｅｆを生成する速度制御器、２５はトルク指令Ｔｒｅｆと前記モータ速度Ｖｆｂｍから推定速度を演算しモータ速度から推定速度を差し引いた差信号を生成するオブザーバである。オブザーバは比例補償を行い第１補償信号を生成する比例補償器３３と、積分補償を行う積分補償器３４と、トルク指令を入力するイナーシャモデル３７と、イナーシャモデルが生成する推定加速度信号と比例補償器の生成する第１補償信号と積分補償器の生成する第２補償信号とを加算する加算器３６と、加算結果を積分し推定速度信号を生成する積分器３８と、モータ速度信号から推定速度信号を差し引き第１制振信号を生成する減算器３５とから構成される。２６はオブザーバの第１制振信号を受け位相を進めて第２制振信号を生成するハイパスフィルタ、２７は第２制振信号の高周波成分をカットして第３制振信号を生成する。２８は前記ローパスフィルタの出力に制振ゲインとしての係数αを乗じて制振信号を出力する係数器、３０は速度指令に制振信号を加算し新たな速度指令Ｖｒｅｆを出力する加算器、１９は前記モータ位置を入力しモータ位置に基づいて制振信号演算部の比例補償器３３と積分補償器３４とハイパスフィルタ２６とローパスフィルタ２７のゲインを切換えるゲイン切換器である。
本発明が特許文献１と異なる部分は、モータの位置信号に基づいて制振信号演算部の比例補償器と積分補償器とハイパスフィルタとローパスフィルタのゲインを切換える切換器を備えた部分である。モータ位置に基づいて切り替える制振信号演算部の比例補償器と積分演算補償器とハイパスフィルタとローパスフィルタのゲインは、あらかじめモータ位置による振動周波数の変化を測定しておき、モータ位置とゲインの関係を記憶したテーブルを準備しておく。
【０００８】
図４は本発明の位置制御装置の位置制御方法を示すフローチャートでステップ１を除いて制御時間ごとに実行される。図１において、ステップＳＴ１で位置信号に応じてテーブルからローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、オブザーバのゲインをあらかじめ書き込んでおき、ステップＳＴ２で位置信号に応じてテーブルからローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、オブザーバのゲインを読み出し、ステップＳＴ３でトルク指令から推定加速度信号を生成し、ステップＳＴ４で推定加速度信号と第１補償信号と第２補償信号を加算・積分して推定速度信号を生成し、ステップＳＴ５で速度信号と推定速度信号を減算して第１制振信号を生成し、ステップＳＴ６で第１制振信号にオブザーバ比例ゲインを乗じて第１補償信号を生成し、ステップＳＴ７で第１制振信号に前期オブザーバ積分を乗じて積分し第２補償信号を生成し、ステップＳＴ８で第１制振信号をハイパスフィルタに通して第２制振信号を生成し、ステップＳＴ９で第２制振信号をローパスフィルタに通して第３制振信号を生成させ、ステップＳＴ１０で第３制振信号に係数を乗じて制振信号を生成する。
【０００９】
モータ位置に基づいて制振信号演算部の比例補償器と積分補償器とハイパスフィルタとローパスフィルタのゲインを切換えることで、機械の位置によって振動周波数が変化する場合でも、振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明を適用したモータ制御システムのブロック図
【図２】本発明の実施例を示すブロック図
【図３】従来の方法を説明するブロック図
【図４】本発明の位置制御方法を示すフローチャート
【符号の説明】
【００１１】
１１  指令発生部
１２  位置制御部
１３  速度制御部
１４  電流制御部
１５  モータ
１６  位置検出器
１７  速度演算部
１８  制振信号演算部
１９  ゲイン切換器
２１、２３、３５  減算器
２２  位置制御器
２４  速度制御器
２５  オブザーバ
２６  ハイパスフィルタ
２７  ローパスフィルタ
２８  係数器
３０、３６  加算器
３３  比例補償器
３４  積分補償器
３７  イナーシャモデル
３８  積分器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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