(57)【要約】【課題】位相進め手段を用いることなく両モータの位置ずれと振動の影響を除去して高速・高精度な応答を実現する。【解決手段】２つのモータで１つの軸を共同で同期駆動するモータ制御装置において、トルク指令１とトルク指令２を用いて、それぞれのモータ間の動作ずれを補償する軸ずれ補償トルクを作成する軸ずれ補償部を備え、軸ずれ補償トルクをトルク指令１に加える加算手段と、軸ずれ補償トルクをトルク指令２から減じる減算手段を備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位コントローラから出力された位置指令を２つのモータが目標とする位置指令とし、入力された位置指令にモータ位置が一致するように速度指令を決定する位置制御部１と、前記速度指令にモータ速度が一致するように速度制御を行いトルクまたは推力指令１を決定する速度制御部１と、前記トルクまたは推力指令１を入力しトルク制御を行いモータ１を駆動するトルク制御部１と、モータ１と、モータ１の位置を検出する位置センサ１と、モータ位置からモータ速度を算出する差分器１と、同様に、入力された位置指令にモータ位置が一致するように速度指令を決定する位置制御部２と、前記速度指令にモータ速度が一致するように速度制御を行いトルクまたは推力指令２を決定する速度制御部２と、前記トルクまたは推力指令２を入力しトルク制御を行いモータ２を駆動するトルク制御部２と、モータ２と、モータ２の位置を検出する位置センサ２と、モータ位置からモータ速度を算出する差分器２とを備え、２つのモータで１つの軸を共同で同期駆動するモータ制御装置において、
前記トルク指令１と前記トルク指令２を用いて、それぞれのモータ間の動作ずれを補償する軸ずれ補償トルクを作成する軸ずれ補償部を備え、
前記軸ずれ補償トルクを前記トルク指令１に加える加算手段と、
前記軸ずれ補償トルクを前記トルク指令２から減じる減算手段を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記軸ずれ補償部は、前記トルク指令１から前記トルク指令２を減じた軸間トルク差を時間積分した値に定数Ｇｉを乗じた軸間トルク積分値と前記軸間トルク差に定数Ｇｐを乗じた軸間トルク比例値とを加えた値を前記軸ずれ補償トルクとし、この軸ずれ補償トルクを、前記トルク指令１に加え、前記トルク指令２から減じる減算手段を備えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボット及び射出成形機やプレス機械等の工作機械の送り軸を駆動するモータ制御装置、特に２つのモータ（駆動軸）で１つの軸を共同で同期駆動させる同期制御（ツインドライブ、タンデム制御）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボット及び工作機械等のモータ制御装置、特に２つの軸で１つの可動部を駆動させる制御方法として、特許文献１などがある。即ち特許文献１は、２つのモータの速度フィードバック値に基づいて、伝達機構の機械的特性による相互干渉を抑制するように電流指令を補正するものである。特許文献１のサーボ制御装置は、位置制御装置と制振制御装置を備えた構成である。位置制御装置は、一つの可動部材を二つのモータで駆動するサーボ制御装置において、同一の位置指令を上位の制御装置から受け取り、機械の位置を検出する位置検出器からの位置フィードバック量を差し引いた位置偏差量を処理して速度指令を出力する位置制御部と、速度指令を受け取り、モータに取り付けられた速度検出器からの速度フィードバック量を差し引いた速度偏差量を処理して電流指令を出力する速度制御部と、電流指令を受け取り、モータ電流を検出するセンサからの電流フィードバック量を差し引いた電流偏差量を処理して電圧指令を出力し、該電圧指令によって電流増幅器を動作させる電流制御部を組みとし、該組みを二つの各モータに対してそれぞれ備えた構成である。また、制振制御装置は、二つのモータの速度フィードバック量に基づいて、モータ間の干渉を補償する電流指令補正値を形成する構成である。制振制御装置で形成した電流指令補正値は、一方のモータの位置制御装置の電流指令に加え若しくは引き、他方のモータの位置制御装置の電流指令に引き若しくは加えることによって電流指令を補正する。制振制御装置は、複数の形態で構成することができる。制振制御装置の第１の形態は、二つのモータの速度フィードバック量の差分を求め、この速度フィードバック偏差を積分して定数倍する第１演算手段と、速度フィードバック偏差を定数倍する第２演算手段とを備えた構成とし、第１演算手段及び第２演算手段の出力の加算値を電流指令補正値とするものである。第１演算手段は、二つのモータ（駆動軸）間の速度偏差を積分することによって位置偏差を求め、この位置偏差に制御対象の機械のばね定数に相当する第１の定数を乗じることによって、機械系のばね補償を行う。第２演算手段は、二つのモータ（駆動軸）間の速度偏差に制御対象の機械の摩擦係数に相当する第２の定数を乗じることによって、機械系の摩擦補償を行う。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２７３０３７号公報（７ページの図１）
【０００４】
上記特許文献１は、２つのモータの速度フィードバック差を用いて、速度フィードバック差を定数倍した値と速度フィードバック差を積分した値を定数倍した値とを加えた値に位相進め補償をした値に基づいて電流指令を補正することで、軸間の相互ずれを抑える技術である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記従来技術では、速度フィードバックの差から電流指令を補償するため、位相進め手段が必要であり、この位相進め補償値の調整が必要であること、また、速度分解能が低い場合や速度検出の遅れ時間がある場合、速度フィードバック差にかかる定数と速度フィードバック差を積分した値にかかる定数を大きくすると振動が起こるために大きくできず、両モータの位置ずれの補償が十分にできないという問題がある。
本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、前記位相進め手段を用いることなく両モータの位置ずれと振動の影響を除去して高速・高精度な応答を実現することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項１記載の本発明は、上位コントローラから出力された位置指令を２つのモータが目標とする位置指令とし、入力された位置指令にモータ位置が一致するように速度指令を決定する位置制御部１と、前記速度指令にモータ速度が一致するように速度制御を行いトルクまたは推力指令１を決定する速度制御部１と、前記トルクまたは推力指令１を入力しトルク制御を行いモータ１を駆動するトルク制御部１と、モータ１と、モータ１の位置を検出する位置センサ１と、モータ位置からモータ速度を算出する差分器１と、同様に、入力された位置指令にモータ位置が一致するように速度指令を決定する位置制御部２と、前記速度指令にモータ速度が一致するように速度制御を行いトルクまたは推力指令２を決定する速度制御部２と、前記トルクまたは推力指令２を入力しトルク制御を行いモータ２を駆動するトルク制御部２と、モータ２と、モータ２の位置を検出する位置センサ２と、モータ位置からモータ速度を算出する差分器２とを備え、２つのモータで１つの軸を共同で同期駆動するモータ制御装置において、
前記トルク指令１と前記トルク指令２を用いて、それぞれのモータ間の動作ずれを補償する軸ずれ補償トルクを作成する軸ずれ補償部を備え、前記軸ずれ補償トルクを前記トルク指令１に加える加算手段と、前記軸ずれ補償トルクを前記トルク指令２から減じる減算手段を備えたことを特徴とするものである。
また、請求項２記載の発明は、前記軸ずれ補償部は、前記トルク指令１から前記トルク指令２を減じた軸間トルク差を時間積分した値に定数Ｇｉを乗じた軸間トルク積分値と前記軸間トルク差に定数Ｇｐを乗じた軸間トルク比例値とを加えた値を前記軸ずれ補償トルクとし、この軸ずれ補償トルクを、前記トルク指令１に加え、前記トルク指令２から減じる減算手段を備えることを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。図１は本発明の請求項１におけるモータ制御装置を適用した２つのモータを利用した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であり、１２は前記位置指令Ｐｒｅｆとモータ１によって駆動される可動部の位置信号Ｐｆｂ１を入力して速度指令Ｖｒｅｆ１を出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータ１の位置制御をする位置制御部、１３は速度指令Ｖｒｅｆ１と演算されたモータ１の速度信号Ｖｆｂ１を入力してトルク指令Ｔｒｅｆ１を出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータ１の速度制御をする速度制御部、１４は速度制御部の出力であるトルク指令Ｔｒｅｆ１を受けてトルク制御を行いモータ１を駆動するトルク制御部、１８はモ−タ１とモータ２によって駆動されるテーブルであり、このテーブルによってモータ１によって駆動される可動部とモータ２によって駆動される可動部が結合されている。なお、モータ１の可動部とは、モータが回転型の場合はボールネジ等で構成されるスライダのテーブルであり、モータがリニア型の場合は可動子に結合されているテーブルを意味する。１７はモータ１によって駆動される可動部の位置を検出する位置センサである。本説明では速度制御部の出力を回転型モータを想定してトルク指令としたが、リニアモータの場合は速度制御部の出力を推力指令として同様な構成で実現すればよい。以上、モータ１に関する制御システムについて説明したが、モータ２に関しても全く同じ構成としている。即ち２２は前記位置指令Ｐｒｅｆとモータ２によって駆動される可動部の位置信号Ｐｆｂ２を入力して速度指令Ｖｒｅｆ２を出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータ２の位置制御をする位置制御部、２３は速度指令Ｖｒｅｆ２と演算されたモータ２の速度信号Ｖｆｂ２を入力してトルク指令Ｔｒｅｆ２を出力し、前記２つの入力信号が一致するようにモータ２の速度制御をする速度制御部、２４は速度制御部の出力であるトルク指令Ｔｒｅｆ２を受けてトルク制御を行いモータ２を駆動するトルク制御部、２７はモータ２によって駆動される可動部の位置を検出する位置センサである。
【０００８】
本発明と従来技術との構成上の差異は、図１において本発明は、軸ずれ補償部３２、加算器３３、減算器３１、３４を備える点にある。その他の構成部分は従来技術と同様である。
３１はモータ１における前記トルク指令Ｔｒｅｆ１からモータ２における前記トルク指令Ｔｒｅｆ２を減じる減算器であり、このトルク指令差を軸ずれ補償部３２に出力する。３３は加算器であり、前記トルク指令Ｔｒｅｆ１と軸ずれ補償部３２から出力された軸ずれ補償トルクＣＴｒｅｆを加えた値を新たにトルク指令としてトルク制御部１に出力する。３４は減算器であり、前記トルク指令Ｔｒｅｆ２から前記軸ずれ補償トルクＣＴｒｅｆを減じた値を新たにトルク指令として電流制御部２に出力する。
次に、軸ずれ補償部３２の詳細構成を図２を用いて説明する。軸ずれ補償部３２は、微分器３５、乗算器３６、３８、３９、積分器３７、加算器３ａから構成される。軸ずれ補償部３２は、減算器３１から出力されたトルク指令差を微分器３５で時間微分した値に乗算器３６で定数Ｇｄを乗じた値と、積分器３７で時間積分した値に乗算器３８で定数Ｇｉを乗じた値と、前記トルク指令差に乗算器３９で定数Ｇｐを乗じた値を、加算器３ａで加算した値を軸ずれ補償トルクＣＴｒｅｆとして出力する。以上の構成とすることで、従来技術のように速度または位置の信号を用いてトルク指令を補償する場合よりも、トルク指令を用いて直接トルク指令を補償できるため、１つの可動部材であるテーブルが２つのモータで駆動された場合に、モータ１とモータ２の応答性のずれによって生じる位置ずれを抑えることができ、可動部材であるテーブルを高速・高精度・低振動で駆動することができる。
【０００９】
次に、シミュレーションを用いて、本発明の効果を検証した結果を図３と図４と図５を用いて説明する。図３は位置ずれの補償を行わない場合の応答例で、図４は本発明を用いた場合の応答例で、図５は従来技術の速度差を用いた位置ずれの補償を実施した場合の応答例である。図３−１は１軸目の位置指令増分値▲１▼とモータ位置増分値▲２▼を表しており、図３−２は２軸目の位置指令増分値▲１▼とモータ位置増分値▲２▼を表しており、図３−３は両軸間の位置偏差▲３▼を表しており、図３−４は両軸間のトルク指令の差▲４▼を表している。同様に、図４−１は１軸目の位置指令増分値▲１▼とモータ位置増分値▲２▼を表しており、図４−２は２軸目の位置指令増分値▲１▼とモータ位置増分値▲２▼を表しており、図４−３は両軸間の位置偏差▲３▼を表しており、図４−４は両軸間のトルク指令の差▲４▼を表している。同様に、図５−１は１軸目の位置指令増分値▲１▼とモータ位置増分値▲２▼を表しており、図５−２は２軸目の位置指令増分値▲１▼とモータ位置増分値▲２▼を表しており、図５−３は両軸間の位置偏差▲３▼を表しており、図５−４は両軸間のトルク指令の差▲４▼を表している。図３−３と図４−３と図５−３に表した両軸間の位置偏差を比べると、軸間の補償を行わない場合は２３パルスの偏差が出ており、本発明を用いた場合は３パルス以内であり、従来技術を用いた場合は６パルス生じている。本発明を用いた場合の両軸間の位置偏差の大きさは従来技術を用いた場合の半分になっており、偏差が生じる時間は大幅に短くなっている。従来技術において、ハイパスフィルタを用いて位相調整をしてみたが、６パルスより小さくすることは出来なかった。さらに、図３−４と図４−４と図５−４に表した両軸間のトルク指令の差を比べると、軸間の補償を行わない場合は０．０４Ｎｍ差が出ており、本発明を用いた場合は０．００５Ｎｍ以内であり、従来技術を用いた場合は０．０２５Ｎｍ生じている。速度制御部から出力されるトルク指令の差が小さいということは、速度制御部内の速度偏差及び位置制御部内の位置偏差が同じであるということと等価であり、両軸の動作ずれがないことを意味する。なお、１軸目と２軸目の応答差は、可動部の位置がずれるという問題や応答差による軸ずれトルクが発生するために振動しやすくなるという問題を生じるため、両軸の応答差を無くすことは高速・高精度・低振動応答実現において重要な技術である。
【００１０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、２つのモータ（駆動軸）で１つの可動部を駆動させるメカ構成において、両軸のトルク指令から直接両軸のトルク指令を補償するため、位相進め手段が必要なく、簡単な調整で両軸間の応答差を小さくできるモータ制御装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を示すブロック図
【図２】本発明の位置ずれ補償部の詳細を示す図
【図３】位置ずれ補償を全く行わない場合のシミュレーション応答例
【図４】本方法を用いた場合のシミュレーション応答例
【図５】従来方法を用いた場合のシミュレーション応答例
【符号の説明】
１１、２１  指令発生器
１２  位置制御部１
１３  速度制御部１
１４  トルク制御部１
１６  モータ１
１７  位置センサ１
１８  テーブル
２２  位置制御部２
２３  速度制御部２
２４  トルク制御部２
１５、２５  差分器
２６  モータ２
２７  位置センサ２
３１、３４  減算器
３２  軸ずれ補償部
３３、３ａ  加算器
３５  微分器
３６、３８、３９  乗算器
３７  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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【図５】
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