(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令とサーボモータの位置と位置比例ゲインＫｐに基づき速度指令を作成する位置制御部と、
速度指令と前記サーボモータの速度と速度比例ゲインＫｖとに基づき電流指令を作成する速度制御部と、
前記電流指令に基づき前記サーボモータに流れる電流を制御する電流制御部と、
前記速度と、前記電流指令あるいは前記サーボモータに流れる電流とに基づきサーボモータに接続された負荷のイナーシャの推定値である推定負荷イナーシャＪを推定する負荷イナーシャ推定手段と、
前記位置比例ゲインＫｐ、前記速度比例ゲインＫｖおよび前記推定負荷イナーシャＪを、Ｋｐ＜（Ｋｖ／Ｊ）／４の関係を満たすように前記位置比例ゲインＫｐと前記速度比例ゲインＫｖとのうち少なくとも１つを設定する第１ゲインテーブルと、
前記位置比例ゲインＫｐ、前記速度比例ゲインＫｖおよび前記推定負荷イナーシャＪを、Ｋｐ＞（Ｋｖ／Ｊ）／４の関係を満たすように前記位置比例ゲインＫｐと前記速度比例ゲインＫｖとのうち少なくとも１つを設定する第２ゲインテーブルと、
前記速度または前記速度指令に基づき、前記第１ゲインテーブルと前記第２ゲインテーブルとを切り替える切替手段と、
から構成されることを特徴とするサーボモータの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のサーボモータの制御装置であって、
前記切替手段は、前記速度がある設定値以上のときに、前記第１ゲインテーブルから前記第２ゲインテーブルに切り替えるサーボモータの制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のサーボモータの制御装置であって、
前記切替手段は、前記速度指令がある場合に、前記第２ゲインテーブルに切り替え、前記速度指令がない場合に、前記第１ゲインテーブルに切り替えるサーボモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータを位置決め制御する制御装置に関し、特に、制御ゲインを切り替え、高速に位置決めするサーボモータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の位置決め制御を行うサーボモータの制御装置（以下、従来例１と呼ぶ）を説明する。図５は、従来のサーボモータの制御装置の構成を示すブロック図である。図５において、１は負荷イナーシャ推定部、２はゲインテーブル、３は制御ゲイン設定部、４は位置制御部、５は速度制御部、６は電流制御部、７はパラメータ設定部、８はサーボモータ、９はエンコーダ、１０は機械系負荷、１１は位置指令発生器である。ここで、ゲインテーブル２は位置制御を行うための位置比例ゲイン、位置積分ゲイン及び速度制御を行うための速度比例ゲイン、速度積分ゲイン等を記憶している。負荷イナーシャ推定部１でサーボモータ８に接続された機械系負荷１０のイナーシャの推定値である推定負荷イナーシャを推定し、オートチューニングを行う。オートチューニングとは推定負荷イナーシャをリアルタイムに推定し、その値に応じた最適な制御ゲインを自動的に設定することである。
【０００３】
ゲインテーブル２は位置比例ゲイン、速度比例ゲイン等の複数の制御ゲインセットから成り、パラメータに応じて制御ゲインセットが段階的に対応付けされている。例えば、パラメータの値を大きくすると、位置比例ゲイン、速度比例ゲインも大きくなるよう制御ゲインセットが設定されている。ゲインテーブル２からはユーザーがパラメータ設定部７で設定したパラメータに対応するゲインセットと負荷イナーシャ推定部１で推定された推定負荷イナーシャに基づいて自動的に制御ゲイン設定部３により制御ゲインが設定される。
【０００４】
位置指令発生器１１から出力される位置指令と、エンコーダ９とのフィードバック信号である位置により位置制御部４において位置比例ゲインと位置積分ゲインを用いて位置ＰＩ制御を行い、その出力信号を速度指令とし、速度制御部４で速度比例ゲインと速度積分ゲインを用いて速度ＰＩ制御を行う。電流制御部６において電流制御を行い、モータ電流と、モータ速度を用いて負荷意ナーシャ推定部１で負荷イナーシャの推定を行う。
【０００５】
応答を高速にするためにパラメータ設定部７のパラメータの値を大きくし、位置比例ゲイン、速度比例ゲインを大きくすると停止中のモータが振動現象を起こすという問題があるために、ユーザーはパラメータを小さいほうから順次上げていき、停止中において振動を起こさない範囲でパラメータを大きく設定する。この設定値は、停止中を基準としているために位置比例ゲイン、速度比例ゲインが低いため、移動中の追従性が悪く、その結果として位置決めに時間がかかる。
【０００６】
従来例１の課題を解決するサーボモータの制御装置として特開平７−１４３７８３号公報（以下、従来例２と呼ぶ）がある。従来例２は、負荷を推定しパラメータ値によってゲインセットが与えられるオートチューニングではなく、手動で制御ゲインを設定し、予め定めた速度指令以上の場合の制御ゲインとそれ以下の場合の制御ゲインを切り替える。従来例２は可変速制御であるが位置決め制御についても同様なことが言える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例２のように制御ゲインを切り替える方法はオートチューニングとの組み合わせで使用されるものではなかった。
【０００８】
このため、オートチューニングを行う場合では制御ゲイン切り替えを用いないので、オートチューニングを行う場合はマニュアルで制御ゲインを調整する場合に比べて、位置決め時間が長くなっていた。
【０００９】
また、従来例２はでは制御ゲイン切り替えを速度指令によって切り替えており、速度指令に対する実際の動作の遅れを考慮していない。このため速度指令が完了したとしても実モータ動作は未だ停止中の範囲に入っていない場合がある。このときゲイン切り替えが行われると、速度指令と実モータ動作の遅れ間は制御ゲインが低めになるため、位置決め時間が長くなる場合がある。
【００１０】
また、動作中の制御ゲインを高め、停止中の制御ゲインを低めにするとあるが、何を基準に高め、低めにするか言及されておらず、動作中のゲインを高めに設定したつもりが低過ぎ、位置決め時間を短くできない場合もある。その逆に停止中のゲインを低めに設定しても実際は高過ぎ、振動、音が発生する場合もある。
【００１１】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、オートチューニングを行う場合で適切に制御ゲインを切り替え位置決め時間を短くするサーボモータ制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明のサーボモータ制御装置は、位置指令とサーボモータの位置と位置比例ゲインＫｐに基づき速度指令を作成する位置制御部と、速度指令と前記サーボモータの速度と速度比例ゲインＫｖとに基づき電流指令を作成する速度制御部と、前記電流指令に基づき前記サーボモータに流れる電流を制御する電流制御部と、前記速度と、前記電流指令あるいは前記サーボモータに流れる電流とに基づきサーボモータに接続された負荷のイナーシャの推定値である推定負荷イナーシャＪを推定する負荷イナーシャ推定手段と、前記位置比例ゲインＫｐ、前記速度比例ゲインＫｖおよび前記推定負荷イナーシャＪを、Ｋｐ＜（Ｋｖ／Ｊ）／４の関係を満たすように前記位置比例ゲインＫｐと前記速度比例ゲインＫｖとのうち少なくとも１つを設定する第１ゲインテーブルと、前記位置比例ゲインＫｐ、前記速度比例ゲインＫｖおよび前記推定負荷イナーシャＪを、Ｋｐ＞（Ｋｖ／Ｊ）／４の関係を満たすように前記位置比例ゲインＫｐと前記速度比例ゲインＫｖとのうち少なくとも１つを設定する第２ゲインテーブルと、前記速度または前記速度指令に基づき、前記第１ゲインテーブルと前記第２ゲインテーブルとを切り替える切替手段と、から構成される。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のサーボモータの制御装置であって、前記切替手段は、前記速度がある設定値以上のときに、前記第１ゲインテーブルから前記第２ゲインテーブルに切り替える。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のサーボモータの制御装置であって、前記切替手段は、前記速度指令がある場合に、前記第２ゲインテーブルに切り替え、前記速度指令がない場合に、前記第１ゲインテーブルに切り替える。
【００１５】
上記の構成により、サーボモータの動作状況に応じて制御ゲインを切り替えることにより、オートチューニング時でも位置決め時間を短くできる。
【００１６】
また、上記の構成により、常に最適な制御ゲインを用いることができるため、動作中の追従性と位置決め時間を短くでき、停止中では振動、音が発生しにくくすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のサーボモータ制御装置に係る実施例について添付の図面を参照して説明する。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係るサーボモータの制御装置について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施例におけるサーボモータの制御装置の構成を示すブロック図である。図１において、図５と同一の機能を有するものには同一の符号を付して説明を省略する。図１において、第１ゲインテーブル２０と第２ゲインテーブル２１が切り替えスイッチ２２によって切り替えられる構成になっている。第１ゲインテーブル２０および第２ゲインテーブル２１は位置比例ゲイン、位置積分ゲイン、速度比例ゲイン、速度積分ゲイン等で構成される複数の制御ゲインセットを記憶し、パラメータに応じて制御ゲインセットが段階的に対応付けされており、パラメータの値を大きくすると、位置比例ゲイン、速度比例ゲインも大きくなるように制御ゲインセットが設定されている。
【００２０】
図２は、位置制御のブロック図である。図２において、位置積分制御、速度積分制御を省いている。この図より位置制御系のクローズドループ伝達関数Ｇは式（１）のようになる。ここでＫｖは速度比例ゲイン、Ｋｐは位置比例ゲイン、Ｊはサーボモータ８のイナーシャに機械系負荷１０のイナーシャを加算したものを表す。
【００２１】
【数１】
0003969093.tif 000002
【００２２】
式（１）より、ダンピングファクタξは式（２）のようになる。ダンピングファクタξは１のとき、制御理論上オーバーシュートが生じない最適な値である。
【００２３】
【数２】
0003969093.tif 000003
【００２４】
ダンピングファクタξを１としたとき式（２）から、式（３）のような関係式が得られる。
【００２５】
【数３】
0003969093.tif 000004
【００２６】
停止中は位置比例ゲインを低めにしたほうが振動、音の面からよい。このため第１ゲインテーブル２０の位置比例ゲインＫｐを低めの値として例えばＫｐ＝（Ｋｖ／Ｊ）／５を満たすように設定する。一方、動作中は追従性を高め、位置決め時間を短くするために高くした方がよい。このため第２ゲインテーブル２１中の位置比例ゲインＫｐを高めの値として例えばＫｐ＝（Ｋｖ／Ｊ）／３を満たすように設定する。
【００２７】
次にゲインテーブルの切り替え方法について図３を参照して説明する。図３は、実施例におけるゲイン切り替え方法を示すタイムチャートである。位置指令発生器１１より位置指令が与えられ、サーボモータの位置と位置比例ゲインとに基づき図３の（イ）のように速度指令が与えられると、サーボモータ８は図３の（ロ）の如く回転するが、このときモータ速度が予め定められたレベルＶ０以上になると切り替えスイッチ２２で、図３の（ハ）に示すように、第１ゲインテーブル２０から第２ゲインテーブル２１に切り替わって制御ゲインは第２ゲインテーブル２１に基づいて最適な制御ゲインが演算設定される。また、モータ速度が前記Ｖ０未満になると第２ゲインテーブル２１から第１ゲインテーブル２０に切り替わって第１ゲインテーブル２０に基づいて最適な制御ゲインが演算される。
【００２８】
図３の例では始動時にも切り替えスイッチ２２は第１ゲインテーブル選択と第２ゲインテーブルを切り替えているが、図４に示すように始動時は速度指令がありの場合とない場合で切り替えてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明の制御装置によれば、サーボモータの動作状況に応じて制御ゲインを切り替えることにより、オートチューニング時でも位置決め時間を短くできる。
【００３０】
また、本発明のサーボモータの制御装置によればサーボモータの速度に応じて制御ゲインを切り替えることにより、オートチューニング時でも位置決め時間を短くできる。
【００３１】
また、本発明のサーボモータの制御装置によれば、常に最適な制御ゲインを用いることができるため、動作中の追従性と位置決め時間を短くでき、停止中では振動、音が発生しにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例におけるサーボモータの制御装置の構成を示すブロック図
【図２】  位置制御の制御ブロック図
【図３】  本発明の実施例におけるゲイン切り替え方法を示すタイムチャート
【図４】本発明の実施例におけるゲイン切り替え方法を示すタイムチャート
【図５】従来のサーボモータの制御装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１  負荷イナーシャ推定部
２  ゲインテーブル
３  制御ゲイン設定部
４  位置制御部
５  速度制御部
６  電流制御部
７  パラメータ設定部
８  サーボモータ
９  エンコーダ
１０  機械系負荷
１１  位置指令発生部
２０  第１ゲインテーブル
２１  第２ゲインテーブル
２２  切り替えスイッチ
【図１】
0003969093.tif 000005
【図２】
0003969093.tif 000006
【図３】
0003969093.tif 000007
【図４】
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【図５】
0003969093.tif 000009