(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモータを使用して、可動部の位置及び速度を制御するとともに、可動物の位置を直接検出する一つのフルクローズドループ用の位置センサを備えたモータ制御装置において、
前記フルクローズドループ用の位置センサの値を読み込み、第１のモータの位置及び速度を制御する第１の軸制御部から、他のモータを制御する第２番目以降の軸制御部に、第１の軸制御部において、位置指令とフルクローズドループ用位置センサの検出位置との偏差である位置偏差に第１の軸とは独立なフルクローズド位置制御ループ用速度指令係数を乗じて計算したフルクローズド位置フィードバック用速度指令を伝達するよう構成するとともに、
第２番目以降の軸制御部では、制御対象のモータ位置に基づいて演算したセミクローズド位置制御用速度指令と、前記伝達されたフルクローズド位置フィードバック用速度指令と、を調停し、
高周波の速度指令については、前者を、低周波の速度指令については後者を使用して、当該軸制御部のモータ速度を制御するよう構成した、モータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のモータを使用して、１つの可動部の位置、速度を制御するタンデム制御方式のモータ制御装置に関するもので、各モータの位置を検出する位置センサとは別に、可動物の位置を直接検出するための単一の位置センサを備える制御対象に適用される。
【背景技術】
【０００２】
工作機械のテーブル等では、可動部質量が大きく、１個のモータでは加減速時に十分な加速度が得られない場合等に、複数のモータを使用して、１つの可動部を駆動するタンデム制御が行われる。タンデム動作するマスター軸とスレーブ軸の、それぞれの位置、速度制御部間で、制御パラメータの受け渡しを行って、両軸が可動部に与える推力が均等になるよう制御する構成の装置（例えば特許文献１）や、前記構成でスレーブ側モータのトルク指令をマスター軸モータ指令トルクの低周波成分に漸近させる装置（例えば特許文献２）が知られている。
【０００３】
モータと可動部の間のトルク伝達が、ボールネジやギアを介して行われる場合は、単一のモータで駆動される場合と同様に、伝達機構のバックラッシュやロストモーションの影響を避けるために、可動部の位置を直接測定するフルクローズドループ位置制御のためのセンサが使用される。本発明が対象としている、可動部にセンサを１カ所のみ取り付けたシステムでの従来技術によるダンデム制御例を以下に説明する。
【０００４】
図２は、フルクローズドループ位置制御用の位置センサ１０を、可動部９の１カ所のみに取り付けたシステムの構成例を示すブロック図である。可動部９は、マスター軸モータ３につながったボールネジ５と、スレーブ軸モータ６につながったボールネジ８のそれぞれが回転することによって移動するよう構成されており、各モータの多回転の回転位置を検出する、セミクローズドループの位置制御用センサ４，７の信号は、それぞれマスター軸制御部１と、スレーブ軸制御部２に接続されている。また、上位の制御装置から与えられる可動部９の位置指令座標Ｐ＊は両コントローラに同時に入力されている。
【０００５】
マスター軸制御部１の内部では、可動部９の位置センサ１０からの読み取り値Ｐｆを位置フィードバック調停部１０１に入力するとともに、スレーブ軸制御部２に、その値を通信手段を使用して伝達する。位置フィードバック調停部１０１では、マスター軸の位置制御用センサ４からのセミクローズド位置検出値Ｐｍを前記読み取り値Ｐｆから減算器１０１ａを用いて減算した後、低周波通過フィルター１０１ｂを通した後で、ふたたび加算器１０１ｃでＰｍに加算する。これにより、位置フィードバック調停部１０１の出力は、低周波成分はＰｆに、高周波成分はＰｍに漸近する。減算器１０２によりＰ＊から位置フィードバック調停部１０１の出力が減算され、目標との位置偏差が求められて、位置制御部１０３で、速度指令係数ＫＶ１が乗算されて位置偏差に応じた速度指令Ｖｍdiffが計算される。加減算器１０６によってＶｍdiffに、位置指令Ｐ＊の微分器１０４で微分されたフィードフォワード速度成分が加算して速度指令とするとともに、Ｐｍを差分演算して求めたモータ速度Ｖｍを減算して、マスター軸の速度偏差を演算する。速度制御部１０７は、速度偏差に応じた比例、積分演算を行って、マスター軸のトルク指令Ｔｍを演算する。前記Ｔｍは、電流制御部１０８に入力されるとともに、スレーブ軸制御部２に向けて、通信手段を使用して伝達される。電流制御部１０８は、マスター軸モータ３に電流を供給する電圧型インバータ１０９の出力電流が、マスター軸モータ３の出力トルクがＴｍに一致するようにフィードバック制御する。
【０００６】
スレーブ軸制御部２は、マスター軸制御部１から送られた可動部位置Ｐｆを使用して、マスター軸側と全く同様に速度制御部２０７からスレーブ軸に対するモータトルク指令Ｔｓｈ＊を演算してトルク調停部２１１に入力する。一方、マスター軸から送られたトルク指令Ｔｍは、特許文献２に記載されているように、極性演算部２１０で、駆動機構のメカニカルなトルク伝達極性を合わせ込まれた後、トルク調停部２１１に入力され、スレーブ軸の指令トルクＴｓ＊は、高周波成分がＴｓｈ＊に、ＤＣ成分がＴｍ＊に漸近するように制御され、このトルク指令を用いて、スレーブ軸モータ６の電流が制御される。
【０００７】
前記、従来のモータ制御装置では、マスター軸制御部１がフルクローズドループ位置制御用の位置センサ１０の検出値を、通信手段等でスレーブコントローラ側に引き渡すため、スレーブコントローラ側にて、時間遅れの補正演算をしないと上位からの位置指令Ｐ＊と時間ズレが発生してしまうし、時間補正をすると両コントローラ間での制御タイミングがずれてしまう問題があった。また、絶対位置を引き渡すため、両コントローラ間の通信データサイズが大きく、遅れ時間自身も大きくなる傾向にある。これを防ぐために、フルクローズドループ位置制御用の位置センサ１０の出力を電気回路上で２分配して、それぞれのコントローラにて読み込むよう構成できる場合もあるが、センサが高速なシリアル通信で接続されている場合は、分配が困難となり、前述の構成をとらざるをえない。
【０００８】
一方、フルクローズドループ位置制御用の位置センサ１０を１個しか使用しないシステムでは、マスター側のボールネジ５またはスレーブ側のボールネジ８の、いずれかからの機械的な伝達関数がほぼ等しい位置にセンサを配置することが困難となる場合が多い。この場合には、機械的な伝達経路の剛性やロストモーションが大きい側の軸、仮に図２でボールネジ８側は、位置制御部２０３のゲインは、マスター側の位置制御部１０３よりも低い値しか設定できない。しかしながら、起動時や反転時のモータ軸回転系での外乱を考えると、セミクローズドループの位置フィードバックゲインは両軸で同様に高く設定することが好ましいとの問題があった。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−９５２９０号公報
【特許文献２】特開２００３−７９１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明では、複数のモータを用いて、１つの可動部を稼働するタンデム制御方式の制御装置において、マスター軸制御部１がフルクローズドループ位置制御用の位置センサ１０の検出値を、スレーブ軸制御部に受け渡す通信遅れ時間による制御性の低下を防止するモータ制御装置を実現する事。位置センサ１０の取り付け位置によって、両軸制御部のフルクローズド位置フィードバックゲインの設定上限が異なる場合に、モータ軸側のセミクローズドループ位置フィードバックゲインは、取り付け位置の影響を直接うけないで、独立に設定できるモータ制御装置を実現する事にある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するために、第１のモータの位置及び速度を制御する第１の軸制御部から、他のモータを制御する第２番目以降の軸制御部に、第１の軸制御部において、位置指令とフルクローズドループ用位置センサの検出位置との偏差である位置偏差に第１の軸とは独立なフルクローズド位置制御ループ用速度指令係数を乗じて計算したフルクローズド位置フィードバック用速度指令を伝達するよう構成するとともに、第２番目以降の軸制御部では、制御対象のモータ位置に基づいて演算したセミクローズド位置制御用速度指令と、前記伝達されたフルクローズド位置フィードバック用速度指令と、を調停し、高周波の速度指令については、前者を、低周波の速度指令については後者を使用して、当該軸制御部のモータ速度を制御するよう構成する。
【発明の効果】
【００１２】
第１の軸制御部から位置検出値ではなく、速度指令値を伝達するため、通信するデータサイズが１／２程度になり、伝達遅れ時間が小さくなる。また、第１の軸制御部で、フルクローズドループの位置誤差演算を終了しているため、第２の軸制御部では、位置誤差演算のタイミングを補正する必要が無く、この指令の高周波成分は、使用しないため、通信遅れ時間は、制御性能にほとんど影響を及ぼさない。また、第２の軸制御部でのフルクローズド位置フィードバックのゲインと、セミクローズド位置制御バックのゲインは、独立の定数を設定できるため、第１と第２のコントローラのセミクローズドループの位置制御ループの高周波側のゲイン設定を、ほぼ同一に揃えることができ、モータ軸側の起動や反転時の追従性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施形態の一例を図１に示す。従来技術の実施例図２と同一機能を有する部分には同一符号を付けているため、相違点のみを説明する。図１の構成ではマスター軸制御部１において、フルクローズド用の位置検出器１０からの検出位置Ｐｆと、可動部の位置指令Ｐ＊の間の位置偏差を求める減算器１１２と、前記位置偏差に速度指令係数ＫＶ３を乗算し、位置偏差に応じたフルクローズド位置制御用の速度指令Ｖｆ＊を演算する位置制御部１１３が追加されている。演算されたＶｆ＊は、速度の単位系のため、一般に１ｍｓ未満の時間周期の位置変化量が用いられる。このため、従来技術の実施例で引き渡されていた位置検出値Ｐｆと比較すると、データサイズは１／２程度に減少する。
【００１４】
フルクローズド位置制御用の速度指令Ｖｆ＊は、スレーブ軸制御部２に、通信手段を使用して伝達され、新たに追加された速度指令調停部２１４に入力される。位置制御部２０３は、位置指令Ｐ＊とスレーブ軸位置制御用センサ７との位置偏差に速度指令係数ＫＶ２を乗算し、セミクローズド位置制御用の速度指令Ｖｓｃ＊を演算し、前記速度指令調停部２１４に入力する。減算器２１４ａで前記両信号の差分が求められ、低域通過フィルター２１４ｂを通して加算器２１４ｃにてＶｓｃ＊と加算されてスレーブ軸の速度指令Ｖｓ＊となる。以降、図２の実施例と同様に、スレーブ軸モータ６の速度が制御される。
【００１５】
スレーブ軸側の位置フィードバックループでは、フルクローズド位置制御ループのゲインは位置制御部１１３の係数Ｋｖ３に依存し、セミクローズド位置制御ループのゲインは、位置制御部２０３の係数Ｋｖ２に依存するため、マスターとスレーブ側のフルクローズド位置制御ループの発振限界が異なっていても、セミクローズド位置制御ループの高周波側のゲインを、独立に合わせ込む事が出来る。このため、フルクローズド位置制御ループの発振限界が低い側のモータ軸において、セミクローズドループのゲインを従来より高く設定することができ、起動時や反転時の過渡的な応答遅れを縮小できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の一例を示すブロック図である。
【図２】従来の制御装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  マスター軸制御部、２  スレーブ軸制御部、３  マスター軸モータ、４，７  位置制御センサ、６  スレーブ軸モータ、５，８  ボールネジ、９  可動部、１０  位置センサ、１０１，２０１  位置フィードバック調停部、２１１  トルク調停部、２１４  速度指令調停部、１０４，１０５，２０１，２０６  微分器、１０３，２０１，１１３  位置制御部、１０７，２０７  速度制御部、１０６，２０６  加減算器、１０８，２０８  電流制御部、１０９，２０９  電圧形インバータ、２１０  極性演算部、１０１ａ，２０１ａ，２１１，２１４ｂ  低域通過フィルター、１０２，１０１ａ，１１２，２０２，２０１ａ，２１１ａ  減算器、１０１ｃ，２０１ｂ，２１１ｃ，２１４ｃ  加算器。
【図１】
0005199682.tif 000002
【図２】
0005199682.tif 000003