(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィードバック制御部内の機械系を２慣性で近似した機械系模擬部と、位置指令と前記機械系模擬部の模擬機械負荷速度及び模擬機械負荷位置を入力して模擬トルク指令を出力する模擬位置・速度制御部と、前記模擬トルク指令に基づいて模擬モータ位置を出力する模擬モータとを備え、前記位置指令に基づいて位置と速度を制御して位置フィードフォワード信号と速度フォワード信号と模擬トルク指令を出力するフィードフォワード補償部と、
制御対象部と、前記制御対象部の位置と速度を入力してトルク指令を出力する位置・速度制御部と、前記トルク指令を受けて前記制御対象部を駆動する電流制御部を備え、前記位置フィードフォワード信号と前記速度フィードフォワード信号を入力すると前記制御対象部の前記位置が前記位置指令に一致するように位置制御と速度制御を行う前記フィードバック制御部と、
を備えるモータ制御装置において、
前記フィードフォワード補償部は、前記模擬モータ部の模擬モータ速度と前記模擬機械負荷速度を入力していずれかを前記速度フィードフォワード信号として出力する速度フィードフォワード信号切替部と、前記模擬モータ部の模擬モータ位置と前記模擬機械負荷位置を入力していずれかを前記位置フィードフォワード信号として出力する位置フィードフォワード信号切替部とを備えており、
前記位置・速度制御部は、前記位置フィードフォワード信号と前記速度フィードフォワード信号と前記制御対象部の前記位置及び前記速度を入力し、前記位置フィードフォワード信号に前記位置が一致するように位置制御と速度制御をして前記トルク指令を出力し、
前記電流制御部は前記トルク指令と前記模擬トルク指令が加算された第２トルク指令に基づいて前記制御対象部を駆動する
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記速度フィードフォワード信号切替部は速度フィードフォワード信号切替指令を受けることによって切替え、前記位置フィードフォワード信号切替部は位置フィードフォワード信号切替信号を受けることによって切替えることを特徴とする請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記位置フィードフォワード信号切替部は位置フィードフォワード信号切替指令がHiであれば前記模擬モータ位置を出力してLoであれば前記模擬機械負荷位置を出力し、前記速度フィードフォワード信号切替部は速度フィードフォワード信号切替指令がHiであれば前記模擬モータ速度を出力してLoであれば前記模擬機械負荷速度を出力することを特徴とする請求項２に記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記機械系模擬部には、その速度を推定するオブザーバを備えてい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】
本発明は工作機械，ロボット等の駆動に用いられるモータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィードバック制御部内の機械系を２慣性に近似した機械系模擬部を備え、位置指令を入力して前記機械系模擬部に対して位置制御及び速度制御を行い、前記機械系模擬部の位置、速度及びトルク指令を前記フィードフォワード信号として前記フィードバック制御部へ出力するフィードフォワード補償部と、前記フィードフォワード信号を入力し、制御対象が前記指令に一致するようにフィードバック制御を行うフィードバック制御部、を備えるモータ制御装置として、例えば、特開平6-30758号公報に開示されたものがある。この従来技術では、フィードバック制御部がモータ位置とモータ速度をフィードバックする場合は、モータを高応答に駆動できるということが示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記従来技術では、フィードフォワード補償部から出力するフィードフォワード信号がモータ位置とモータ速度であるため、フィードバック制御部がモータ位置とモータ速度をフィードバックする場合にしか適用できないという問題があった。
【０００４】
また、フィードバック制御部が機械負荷位置とモータ速度をフィードバックする場合と機械負荷位置と機械負荷速度をフィードバックする場合は図６と図７に示すようなフィードフォワード補償部を用いて使い分ける必要があり、これを記憶するために多くのメモリを必要とするという問題点があった。
【０００５】
【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、第１の発明は、フィードバック制御部内の機械系を２慣性で近似した機械系模擬部と、位置指令と前記機械系模擬部の模擬機械負荷速度及び模擬機械負荷位置を入力して模擬トルク指令を出力する模擬位置・速度制御部と、前記模擬トルク指令に基づいて模擬モータ位置を出力する模擬モータとを備え、前記位置指令に基づいて位置と速度を制御して位置フィードフォワード信号と速度フォワード信号と模擬トルク指令を出力するフィードフォワード補償部と、制御対象部と、前記制御対象部の位置と速度を入力してトルク指令を出力する位置・速度制御部と、前記トルク指令を受けて前記制御対象部を駆動する電流制御部を備え、前記位置フィードフォワード信号と前記速度フィードフォワード信号を入力すると前記制御対象部の前記位置が前記位置指令に一致するように位置制御と速度制御を行う前記フィードバック制御部と、を備えるモータ制御装置において、前記フィードフォワード補償部は、前記模擬モータ部の模擬モータ速度と前記模擬機械負荷速度を入力していずれかを前記速度フィードフォワード信号として出力する速度フィードフォワード信号切替部と、前記模擬モータ部の模擬モータ位置と前記模擬機械負荷位置を入力していずれかを前記位置フィードフォワード信号として出力する位置フィードフォワード信号切替部とを備えており、前記位置・速度制御部は、前記位置フィードフォワード信号と前記速度フィードフォワード信号と前記制御対象部の前記位置及び前記速度を入力し、前記位置フィードフォワード信号に前記位置が一致するように位置制御と速度制御をして前記トルク指令を出力し、前記電流制御部は前記トルク指令と前記模擬トルク指令が加算された第２トルク指令に基づいて前記制御対象部を駆動することを特徴としている。
第２の発明は、前記速度フィードフォワード信号切替部は速度フィードフォワード信号切替指令を受けることによって切替え、前記位置フィードフォワード信号切替部は位置フィードフォワード信号切替信号を受けることによって切替えることを特徴としている。
第３の発明は、前記位置フィードフォワード信号切替部は位置フィードフォワード信号切替指令がHiであれば前記模擬モータ位置を出力してLoであれば前記模擬機械負荷位置を出力し、前記速度フィードフォワード信号切替部は速度フィードフォワード信号切替指令がHiであれば前記模擬モータ速度を出力してLoであれば前記模擬機械負荷速度を出力することを特徴としている。
第４の発明は、前記機械系模擬部には、その速度を推定するオブザーバを備えていることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明のモータ制御装置の要部の構成を示すブロック図である。図において、１１はフィードフォワード補償部であり、位置指令Prefと位置フィードフォワード信号切り替え指令Spff、速度フィードフォワード信号切り替え指令Svffを入力し、位置指令Prefに基づいて位置と速度の制御を行い、位置フィードフォワード信号Pffと速度フィードフォワード信号Vff、模擬トルク指令Trefmを出力する。１２はフィードバック制御部であり、位置フィードフォワード信号Pffと速度フィードフォワード信号Vff、模擬トルク指令Trefmを入力し、これに基づいて制御対象を駆動する。１３は切り替え指令発生部であり、フィードバック制御部１２内のフィードバック形態に基づいてフィードフォワード補償部１１へ位置フィードフォワード信号切り替え指令Spffと速度フィードフォワード信号切り替え指令Svffを出力する。
【０００７】
次に、フィードフォワード補償部１１について、その詳細をブロック図にした図２を用いて説明する。図において、１１１は模擬位置・速度制御部であり、位置指令Prefを入力すると、模擬負荷位置Plmと位置指令Prefが一致するように位置制御と速度制御を行い、模擬トルク指令Trefmを模擬モータ部１１２に出力する。模擬モータ部１１２は模擬トルク指令Trefmを入力するとこれに基づいて模擬モータ位置Pmmを模擬負荷機械部１１３と位置フィードフォワード信号切替部１１４へ出力するとともに、模擬モータ速度Vmmを速度フィードフォワード信号切替部１１５へ出力する。模擬負荷機械部１１３は模擬モータ位置Pmmを入力するとこれに基づいて模擬機械負荷位置Plmを求めて位置フィードフォワード信号切替部１１４と模擬位置・速度制御部１１１へ出力するとともに、模擬機械負荷速度Vlmを求めて速度フィードフォワード信号切替部１１５と模擬位置・速度制御部１１１へ出力する。位置フィードフォワード信号切替部１１４は模擬モータ位置Pmmと、模擬機械負荷位置Plm、位置フィードフォワード信号切り替え指令Spffを入力し、位置フィードフォワード信号切り替え指令Spffに基づいて位置フィードフォワード補償信号Pffを出力する。位置フィードフォワード信号切替部１１４は、位置フィードフォワード信号切り替え指令SpffがHiであれば模擬モータ位置Pmmを出力し、位置フィードフォワード信号切り替え指令SpffがLoであれば模擬機械負荷位置Plmを出力する。速度フィードフォワード信号切替部１１５は模擬モータ速度Vmmと、模擬機械負荷速度Vlm、速度フィードフォワード信号切り替え指令Svffを入力し、速度フィードフォワード信号切り替え指令Svffに基づいて速度フィードフォワード補償信号Vffを出力する。速度フィードフォワード信号切替部１１５は、速度フィードフォワード信号切り替え指令SvffがHiであれば模擬モータ速度Vmmを出力し、速度フィードフォワード信号切り替え指令SvffがLoであれば模擬機械負荷速度Vlmを出力する。
【０００８】
次に、フィードバック制御部１２について図３を用いて説明する。図３は、フィードバック制御部１２内の詳細なブロック図である。図３において、１２１は位置・速度制御部であり、位置フィードフォワード補償信号Pffと速度フィードフォワード補償信号Vff、制御対象部１２４の位置Pfbと速度Vfbを入力し、位置フィードフォワード補償信号Pffに位置Pfbが一致するように位置制御と速度制御を行い、トルク指令Trefを加算器１２２へ出力する。加算器１２２は模擬トルク指令Trefmとトルク指令Trefを入力し、模擬トルク指令Trefmにトルク指令Trefを加えた値を第２トルク指令Tref2として電流制御部１２３に出力する。電流制御部１２３は第２トルク指令Tref2に基づいて制御対象部１２４を駆動する。制御対象部１２４は内部に検出器を備えており、その検出器で検出した位置Pfbと速度Vfbを位置・速度指令部１２１へ出力する。
【０００９】
次に、制御対象部１２４の構成について、図４を用いて詳細に説明する。制御対象部１２４の構成には３つの種類があり、それぞれの構成を図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示している。これらの図において、１２４１は電流制御部１２３により駆動されるモータ、１２４２はモータ１２４１に連結されてモータ位置Pmとモータ速度Vmを検出する検出器、１２４３はモータ１２４１に連結されてモータ１２４１により駆動される機械負荷、１２４４は機械負荷１２４３に連結されて機械負荷位置Pｆｂと機械負荷速度Ｖｆｂを検出する検出器である。なお、機械負荷位置Ｐｆｂと機械負荷速度Ｖｆｂの両方の検出が困難な場合は検出器１２４４の代わりにオブザーバ等により機械負荷位置と機械負荷速度を推測してもよい。図４aの場合は、制御対象部１２４aはモータ位置Pmを位置Pfbとして出力し、モータ速度Vmを速度Vfbとして出力する。図４bの場合は、制御対象部１２４bは機械負荷位置Plを位置Pfbとして出力し、モータ速度Vmを速度Vfbとして出力する。図４cの場合は、制御対象部１２４cは機械負荷位置Plを位置Pfbとして出力し、機械負荷速度Vlを速度Vfbとして出力する。
【００１０】
次に、切替指令発生部１３について図５を用いて説明する。図５は切替指令発生部１３の切り替えパターンを示す図である。切替指令発生部１３は制御対象部１２４の構成によって図５の表に示すようなフィードフォワード信号を選択するように位置フィードフォワード信号切り替え指令Spffと速度フィードフォワード信号切り替え指令Svffを作成し、位置フィードフォワード信号切り替え指令Spffを位置フィードフォワード信号切替器１１４へ出力し、かつ速度フィードフォワード信号切り替え指令Svffを速度フィードフォワード信号切替器１１５へ出力する。
【００１１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、モータ部模擬回路と機械系模擬回路を用いてフィードフォワード信号を作成し、制御対象のフィードバック信号がフィードフォワード信号に一致するように制御を行うモータ制御装置において、フィードフォワード補償部からフィードバック制御部へ出力するフィードフォワード信号を切り替えられるようにしたので、前記フィードバック制御部が機械負荷位置・機械負荷速度をフィードバックする場合と機械負荷位置・モータ速度をフィードバックする場合でも同じフィードフォワード制御系を用いて制御でき、多くのメモリを必要とせず、かつ、高応答にモータを駆動できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータ制御装置の要部の構成を示すブロック図
【図２】フィードフォワード補償部の内部ブロック図
【図３】フィードバック制御部の内部ブロック図
【図４】の制御対象部の３種類の内部ブロック図
【図５】切り替えパターンを説明する表
【図６】従来例のフィードフォワード補償部の構成を示すブロック図
【図７】従来例のフィードフォワード補償部の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１１…フィードフォワード補償部
１２…フィードバック制御部
１３…切替指令発生部
１１１…模擬位置・速度制御部
１１２…模擬モータ部
１１３…模擬機械負荷部
１１４…位置フィードフォワード信号切替部
１１５…速度フィードフォワード信号切替部
１２１…位置・速度制御部
１２２…加算器
１２３…電流制御部
１２４…制御対象部
１２４１…モータ
１２４２、１２４４…検出器
１２４３…機械負荷
【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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