(57)【要約】【課題】本発明の課題は、位置指令停止時の定常偏差を増大させることなく、制御装置の制御対象のオーバーシュートを低減し、結果として整定時間をも短縮することにある。【解決手段】電動機を駆動する電力変換器と、上位装置から送信される位置指令値と電動機の回転子位置との差を算出する減算器と、減算器の減算結果から速度指令値を算出する位置制御器を有する電動機の制御装置において、減算器に入力前の位置指令値を微分する微分手段と、微分手段からの出力信号を加工する位置指令値加工手段を設けた電動機の制御装置とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機を駆動する電力変換器と、
上位装置から送信される位置指令値と電動機の回転子位置との差を算出する第１の減算器と、
前記第１の減算器の減算結果から速度指令値を算出する位置制御器と、
前記速度指令値と電動機の回転速度との差を算出する第２の減算器と、
前記第２の減算器の減算結果からトルク電流指令値を算出する速度制御器と、
前記トルク電流値を用いて前記電力変換器の電流を制御する電流制御器を備えた電動機の制御装置において、
前記第１の減算器に入力前の位置指令値を微分する微分手段と、前記微分手段からの出力信号を加工する加工手段を設けたことを特徴とする電動機の制御装置。
【請求項２】
前記加工手段は、前記微分器からの出力信号と設定速度を選択する切替手段であることを特徴とする請求項１記載の電動機の制御装置。
【請求項３】
前記設定速度はユーザが入力した値であることを特徴とする請求項２記載の電動機の制御装置。
【請求項４】
電動機を駆動する電力変換器と、
上位装置から送信される位置指令値と電動機の回転子位置との差を算出する第１の減算器と、
前記第１の減算器の減算結果から速度指令値を算出する位置制御器と、
前記速度指令値と電動機の回転速度との差を算出する第２の減算器と、
前記第２の減算器の減算結果からトルク電流指令値を算出する速度制御器と、
前記トルク電流値を用いて前記電力変換器の電流を制御する電流制御器を備えた制御装置による電動機の制御方法において、
前記制御装置に、少なくとも微分手段と切替手段と積分手段を設け、前記切替手段を用いて前記第１の減算器に入力前の位置指令値を加工することを特徴とする電動機の制御方法。
【請求項５】
前記位置指令値を前記微分手段によって微分し、微分値の絶対値が電動機の減速時に切替速度以下となったときに、前記切替手段によって前記積分手段への入力を前記微分値から設定速度に切替えることを特徴とする請求項４記載の電動機の制御方法。
【請求項６】
回転方向の異なる少なくとも２種類の設定速度に切替える前記切替手段を用いて、位置指令値の回転方向と同一方向の設定速度に切替えることを特徴とする請求項５記載の電動機の制御方法。
【請求項７】
前記微分結果が零となる位置指令値と前記積分手段からの出力値が一致したときに、前記位置指令値の加工を終了することを特徴とする請求項６記載の電動機の制御方法。
【請求項８】
前記切替速度は、ユーザが入力した値であることを特徴とする請求項５記載の電動機の制御方法。
【請求項９】
前記設定速度は、ユーザが入力した値であることを特徴とする請求項６記載の電動機の制御方法。
【請求項１０】
電動機と、
電動機の位置を検出する位置検出器と、
電動機を駆動する電力変換器と、
上位装置から送信される位置指令値と電動機の回転子位置との差を求める第１の減算器と、
前記第１の減算器の減算結果から速度指令値を求める位置制御器と、
前記速度指令値と電動機の回転速度との差を求める第２の減算器と、
前記第２の減算器の減算結果からトルク電流指令値を求める速度制御器と、
前記トルク電流値を用いて前記電力変換器の電流を制御する電流制御器を備えた電動機の位置制御システムにおいて、
少なくとも、微分手段と、切替手段を前記第１の減算器の位置指令値信号入力前に設けたことを特徴とする電動機の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の制御装置及び制御方法並びに電動機制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電動機の制御ではオーバーシュートを抑制することが、高精度の制御を行うために必要である。従来、電動機の制御装置におけるオーバーシュート抑制方法としては、プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）などの上位装置から与えられる位置指令値と、モータ軸に取り付けられた位置検出器から得られる検出値との位置偏差量に対して、図２に示すように不感帯要素２０を挿入する方法が一般的である。上記方法は、位置偏差量が或る小さな値以下の領域においては、位置制御器に入力する位置偏差量を微小としている。この結果、通常、比例要素で構成される位置制御器の出力が微小となり、位置偏差が小さい時の制動が大きく掛かる為に、オーバーシュートの抑制が可能である。なお位置制御器の出力は、速度指令値と等価である。
【０００３】
しかしながら、不感帯要素を設けた従来技術においては、（１）位置偏差に対して不感帯要素を設ける為、位置指令停止時の定常偏差を小さくできない、（２）位置偏差が比較的緩やかに収束する場合には、位置検出ノイズの影響を受けて、不感帯の境界で振動を発生する、といった課題があった。
【０００４】
従来、電動機の制御装置において、高精度かつスムーズな位置決めを行うために、上位装置側に、速度指令値と位置指令値を適切に出力するシステムを設けた例が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平０３−１３４７１６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、速度指令値の入力を必要とせず、位置指令停止時の定常偏差を増大させることなく、オーバーシュートを低減して整定時間を短縮する電動機の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の位置制御装置では、上位装置より入力される位置指令値を微分し、該微分結果に応じて位置指令値を加工する位置指令値加工手段を設けた。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【０００９】
図１は本発明の一実施例を示す電動機制御システムの模式図である。永久磁石モータなどの電動機１と、電動機１の回転子位置を検出する位置検出器２は、位置制御装置の周辺装置である。図示しない上位装置より入力される位置指令値Ｐ＊  を加工し、加工後位置指令Ｐ＊ｐｒｏｃ  を出力する位置指令加工処理器３と、加工後位置指令値Ｐ＊ｐｒｏｃ  と位置検出値Ｐとの偏差信号を入力し速度指令値Ｎ＊  を算出する位置制御器４と、位置検出器２で検出された位置検出値から回転速度Ｎを演算する速度演算器５と、速度指令値Ｎ＊  と回転速度Ｎとの偏差信号を入力しトルク電流指令Ｉｑ＊  を出力する速度制御器６と、トルク電流指令Ｉｑ＊  とトルク電流検出値Ｉｑの偏差に応じて電圧指令Ｖ＊  を演算する電流制御器７と、電圧指令Ｖ＊  に比例した電圧Ｖを出力し電動機１を駆動する電力変換器８と、該電力変換器８のトルク電流値Ｉｑを検出する電流検出器９と、それぞれの入力値の偏差を算出する演算器１２，１３，１４が本実施例の位置を制御する制御装置を構成している。図１においては、位置指令加工処理器３を演算器１２への信号入力前に位置させたことで、演算器１２以降に形成されるループの外側にある。従ってループゲインは一定のままであり、定常時の偏差量を増やすことはない。
【００１０】
次に図４を用いて、位置指令値の加工について説明する。図４は、図１に示した位置指令加工処理器３を説明するためのブロック図である。図示しない上位装置より入力される位置指令値Ｐ＊  を微分する微分器４０と、微分器４０の出力値であるＰ＊′と所定の一定速度ａｄｊ＿ｓｐｄ（＞０）またはその符号反転値である−ａｄｊ＿ｓｐｄを切替えて入力する速度成分切替スイッチ４１と、速度成分切替スイッチ４１の出力値であるＰ＊′ｐｒｏｃを積分処理しＰ＊ｐｒｏｃを出力する積分器４２と、Ｐ＊，Ｐ＊′，Ｐ＊′ｐｒｏｃ  を入力信号として、速度成分切替スイッチ４１の切替動作を行う切替判定器４３で構成されている。切替判定器４３の制御対象となる速度成分切替スイッチ４１は接点入力４１１，４１２，４１３を持ち、その出力は常にいずれかの接点入力に接続される構成である。
速度成分切替スイッチ４１において、接点入力４１１は所定の一定速度ａｄｊ＿ｓｐｄ  、接点入力４１２は−ａｄｊ＿ｓｐｄ  、接点入力４１３は位置指令値Ｐ＊  の微分結果である速度成分を意味するＰ＊′  がそれぞれ入力される。従って、切替判定器４３が接点入力４１３を選択しているときには、Ｐ＊ｐｒｏｃ＝Ｐ＊となり、位置指令加工処理器３は何ら加工処理を行わないことになる。切替判定器４３が接点入力４１１または４１２を選択している場合には加工後位置指令値Ｐ＊ｐｒｏｃはａｄｊ＿ｓｐｄまたは−ａｄｊ＿ｓｐｄの一定の速度成分を持つ位置指令値となる。従って、ａｄｊ＿ｓｐｄを小さく設定した条件で、切替判定器４３が電動機の減速時において電動機１が正回転の場合には接点入力４１１を、電動機１が負回転の場合には接点入力４１２を選択することにより、接点入力４１３を選択し続ける場合よりも、早めに減速する結果となり、停止位置におけるオーバーシュートが低減する。
ａｄｊ＿ｓｐｄ  は、ユーザが設定し、図示しない記憶手段に記憶される。なお、電動機の減速時は位置指令Ｐ＊  の速度成分減速時と等価である。
【００１１】
次に図３を用いて、電動機１に対して正回転をとる位置指令値が与えられた場合を例とした動作説明を行う。図３において、波形３１は上位装置より位置制御装置に入力される位置指令値Ｐ＊  であり、位置指令加工処理器３に入力される。波形３０はＰ＊  を微分器４０によって微分した結果Ｐ＊′  である。波形３３は位置指令加工処理器３からの出力である加工後位置指令値Ｐ＊ｐｒｏｃ  である。波形３２は速度成分切替スイッチの出力値Ｐ＊′ｐｒｏｃである。出力値Ｐ＊′ｐｒｏｃは、積分器４２で積分され、加工後位置指令値Ｐ＊ｐｒｏｃ  が得られる。また波形３０，３１，３２，３３の横軸は時間（分）であり、縦軸は波形３１，３３がモータの回転量（パルス）、波形３０，３２はモータの回転速度（パルス／分）である。なお前述のパルスとは、モータの位置検出器２から出力される値であり、モータの一定の回転角度毎に正回転で１増加、負回転で１減少するものである。
【００１２】
切替判定器４３による切替え動作を、電動機１の減速時のみに誤動作なく実施する為に、切替判定器４３には‘通常状態’，‘待機状態’，‘位置指令加工状態’の３つの内部状態と状態遷移規則を持たせている。以下、その内部状態と図３の波形を関連付けた説明を行う。図３においては、時刻ｔ＝０で位置制御動作が開始し、時刻ｔ＝ｔ１からｔ＝ｔ４まで電動機１に対して正回転をとる位置指令値Ｐ＊  が入力されている。切替判定器４３では時刻ｔ＝０で内部状態を‘通常状態’に初期化し、速度成分切替スイッチ４１に対しては、初期値として接点入力４１３を選択する指令を発行する。
【００１３】
‘通常状態’においては、図５のフローチャートに示す処理が繰り返し実行される。‘通常状態’の開始７０から条件判断７１に遷移し、｜Ｐ＊′｜＞ｓｔａｎｄｂｙ＿ｓｐｄの成否を判定する。ここで、ｓｔａｎｄｂｙ＿ｓｐｄ  とは、位置指令切替速度ｈｏｌｄｓｔ＿ｓｐｄに対して式１により定義される値である。なお、ｈｏｌｄｓｔ＿ｓｐｄ  はユーザが設定し、図示しない記憶手段に記憶される。
【００１４】
【式１】
ｓｔａｎｄｂｙ＿ｓｐｄ＝ｈｏｌｄｓｔ＿ｓｐｄ×ｃｏｎｓｔ                      …（１）
（但しｃｏｎｓｔ＞１）
条件判断７１で｜Ｐ＊′｜＞ｓｔａｎｄｂｙ＿ｓｐｄが成立した場合には、‘待機状態’に遷移する処理７２に遷移し、‘通常状態’の終了７３に遷移する。条件判断７１で｜Ｐ＊′｜＞ｓｔａｎｄｂｙ＿ｓｐｄが成立しない場合には、そのまま‘通常状態’の終了７３に遷移する。従って、図３の動作例においては、時刻ｔ＝０からｔ＝ｔ２までは‘通常状態’であるが、時刻ｔ＝ｔ２以降は‘待機状態’に遷移することになる。
【００１５】
‘待機状態’においては、図６のフローチャートに示す処理が繰り返し実行される。‘待機状態’の開始８０から条件判断部８１に遷移し、｜Ｐ＊′｜＜ｈｏｌｄｓｔ＿ｓｐｄの成否を判定する。｜Ｐ＊′｜＜ｈｏｌｄｓｔ＿ｓｐｄ  が成立した場合には、条件判断８５に遷移し、Ｐ＊′＞０  の成否を判定する。条件判断８５において、Ｐ＊′＞０  が成立した場合には、電動機１の回転方向は正であることから、処理８４を実行し、速度成分切替スイッチ４１に対して接点入力４１１のａｄｊ＿ｓｐｄ  を選択する指令を出し、処理８２で‘位置指令加工状態’に遷移し、‘待機状態’の終了８３に遷移する。条件判断８５において、Ｐ＊′＞０  が成立しなかった場合には、電動機１の回転方向は負であることから、処理８６を実行し、速度成分切替スイッチ４１に対して接点入力４１２の−ａｄｊ＿ｓｐｄ  を選択する指令を出し、処理８２で‘位置指令加工状態’に遷移し、‘待機状態’の終了８３に遷移する。条件判断８１で｜Ｐ＊′｜＜ｈｏｌｄｓｔ＿ｓｐｄ  が成立しなかった場合には、‘待機状態’の終了８３に遷移する。従って、図３の動作例においては、時刻ｔ＝ｔ２からｔ＝ｔ３までは‘待機状態’であるが、時刻ｔ＝ｔ３以降は次に述べる‘位置指令加工状態’に遷移することになる。
【００１６】
‘位置指令加工状態’においては、図７のフローチャートに示す処理が繰り返し実行される。‘位置指令加工状態’の開始９０から条件判断９１に遷移し、
Ｐ＊′＝０の成否を判定する。条件判断９１において、Ｐ＊′＝０が成立しない場合には位置指令値Ｐ＊  が変化中であることから処理９２を実行し、位置指令値Ｐ＊  の値を変数Ｐ＊ｂｕｆｆ  に代入する。変数Ｐ＊ｂｕｆｆ  は書き換えない限り内容が保持されることとする。
【００１７】
これにより、条件判断９１でＰ＊′＝０  が成立した場合には、位置指令値Ｐ＊  が一定値になる直前の位置指令値Ｐ＊  の値が変数Ｐ＊ｂｕｆｆ  に格納されることになる。次に条件判断９３ではＰ＊ｂｕｆｆ＝Ｐ＊ｐｒｏｃの成否を判定する。条件判断９３において、Ｐ＊ｂｕｆｆ＝Ｐ＊ｐｒｏｃが成立した場合には加工後位置指令値Ｐ＊ｐｒｏｃ  が位置指令値Ｐ＊  の停止位置に一致したことにより、処理９４で速度成分切替スイッチ４１に対して接点入力３のＰ＊′選択指令を出し位置指令値Ｐ＊の加工を終了すると共に、処理９５で‘通常状態’に遷移し、‘位置指令加工状態’の終了９６に遷移する。条件判断９３において、Ｐ＊ｂｕｆｆ＝Ｐ＊ｐｒｏｃが成立しなかった場合には‘位置指令加工状態’の終了９６に遷移する。
【００１８】
従って、図３の動作例においては、時刻ｔ＝ｔ３において‘位置指令加工状態’に遷移した後、時刻ｔ＝ｔ４におけるＰ＊の値が時刻ｔ＝ｔ５まで変数Ｐ＊ｂｕｆｆに格納され、これが時刻ｔ＝ｔ５に加工後位置指令値Ｐ＊ｐｒｏｃ  と一致することにより時刻ｔ＝ｔ５以降は‘通常状態’に遷移することになる。
【００１９】
以上の状態遷移を切替判定器４３で行いつつ、図５，図６，図７のフローチャートに従い切替スイッチ４１に対して接点入力の切替え指示を行う。この結果、停止位置におけるオーバーシュートを低減することができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、位置指令停止時の定常偏差を増大させることなく、位置制御装置の制御対象のオーバーシュートを低減し、結果として整定時間を短縮する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるサーボ制御装置のブロック図である。
【図２】従来のサーボ制御装置のブロック図である。
【図３】本発明の動作例を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例を示す位置指令加工処理器のブロック図である。
【図５】本発明の実施例を示す通常状態のフローチャートである。
【図６】本発明の実施例を示す待機状態のフローチャートである。
【図７】本発明の実施例を示す位置指令加工状態のフローチャートである。
【符号の説明】
１…電動機、２…位置検出器、３…位置指令加工処理器、４…位置制御器、５…速度演算器、６…速度制御器、７…電流制御器、８…電力変換器、９…電流検出器、１２…位置偏差演算器、１３…速度偏差演算器、１４…トルク電流偏差演算器。
【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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