(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令にモータの位置が一致するように速度指令を決定する位置制御部と、
前記位置指令を微分して求めた位置指令増分値に速度フィードフォワードゲインを乗じ、その結果をローパスフィルタにかけて速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、
前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号を加算してさらにモータ速度を減算した信号を入力し、前記モータの速度が前記速度指令に一致するように第１トルク指令を決定する速度制御部と、
前記位置指令を２階微分して求めた速度指令増分値にトルクフィードフォワードゲインを乗じ、ローパスフィルタにかけてトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、
前記第１トルク指令とトルクフィードフォワード信号の和を入力し、フィルタを通して第２トルク指令を決定するトルクフィルタ部と、
前記第２トルク指令を電流指令に変換して前記モ−タの電流が電流指令に一致するように電流制御を行い、機械部を連結した前記モータを駆動する電流制御部と、
前記モータに連結されて前記モータの位置を検出する位置検出器と、
その検出器の信号を入力してモータ速度を決定する速度信号作成部と、
を備えたモータ制御装置において、
前記第２のトルク指令と前記トルクフィードフォワード信号を入力して前記第２のトルク指令から前記トルクフィードフォワード信号を差し引いた値が正であれば前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを大きくし、正でなければ前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを小さくするトルクフィードフォワードゲイン調整部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
位置指令にモータの位置が一致するように第１トルク指令を決定する位置制御部と、
前記位置指令を２階微分して求めた速度指令増分値にトルクフィードフォワードゲインを乗じ、ローパスフィルタを通してトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、
前記第１トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号の和を入力し、ローパスフィルタを通して第２トルク指令を決定するトルクフィルタ部と、
前記第２トルク指令を電流指令に変換して前記モ−タの電流が前記電流指令に一致するように電流制御を行い、機械部を連結した前記モータを駆動する電流制御部と、
前記モータに連結されて前記モータの位置を検出する位置検出器と、
を備えたモータ制御装置において、
前記第２のトルク指令と前記トルクフィードフォワード信号を入力して前記第２のトルク指令から前記トルクフィードフォワード指令を差し引いた値が正であれば前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを大きくし、そうでなければ前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを小さくするトルクフィードフォワードゲイン調整部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項３】
位置指令にモータの位置が一致するように速度指令を決定する位置制御部と、
前記位置指令を微分して求めた位置指令増分値に速度フィードフォワードゲインを乗じ、その結果をローパスフィルタにかけて速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、
前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号を加算してさらにモータ速度を減算した信号を入力し、前記モータの速度が前記速度指令に一致するように第１トルク指令を決定する速度制御部と、
前記位置指令を２階微分して求めた速度指令増分値にトルクフィードフォワードゲインを乗じ、ローパスフィルタにかけてトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、
前記第１トルク指令とトルクフィードフォワード信号の和を入力し、フィルタを通して第２トルク指令を決定するトルクフィルタ部と、
前記第２トルク指令を電流指令に変換して前記モ−タの電流が電流指令に一致するように電流制御を行い、機械部を連結した前記モータを駆動する電流制御部と、
前記モータに連結されて前記モータの位置を検出する位置検出器と、
その検出器の信号を入力してモータ速度を決定する速度信号作成部と、
を備えたモータ制御装置において、
前記第２のトルク指令と前記トルクフィードフォワード信号を入力して前記第２トルク指令から前記トルクフィードフォワード信号を差し引いた値が所定の上下限値の範囲を超え、且つ、前記第２のトルク指令から前記トルクフィードフォワード信号を差し引いた値が正であれば前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを大きくし、正でなければ前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを小さくするトルクフィードフォワードゲイン調整部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項４】
位置指令にモータの位置が一致するように第１トルク指令を決定する位置制御部と、
前記位置指令を２階微分して求めた速度指令増分値にトルクフィードフォワードゲインを乗じ、ローパスフィルタを通してトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、
前記第１トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号の和を入力し、ローパスフィルタを通して第２トルク指令を決定するトルクフィルタ部と、
前記第２トルク指令を電流指令に変換して前記モ−タの電流が前記電流指令に一致するように電流制御を行い、機械部を連結した前記モータを駆動する電流制御部と、
前記モータに連結されて前記モータの位置を検出する位置検出器と、
を備えたモータ制御装置において、
前記第２のトルク指令と前記トルクフィードフォワード信号を入力して前記第２トルク指令から前記トルクフィードフォワード信号を差し引いた値が所定の上下限値の範囲を超え、且つ、前記第２のトルク指令から前記トルクフィードフォワード指令を差し引いた値が正であれば前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを大きくし、そうでなければ前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを小さくするトルクフィードフォワードゲイン調整部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項５】
位置指令にモータの位置が一致するように速度指令を決定する位置制御部と、
前記位置指令を微分して求めた位置指令増分値に速度フィードフォワードゲインを乗じ、その結果をローパスフィルタにかけて速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、
前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号を加算してさらにモータ速度を減算した信号を入力し、前記モータの速度が前記速度指令に一致するように第１トルク指令を決定する速度制御部と、
前記位置指令を２階微分して求めた速度指令増分値にトルクフィードフォワードゲインを乗じ、ローパスフィルタにかけてトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、
前記第１トルク指令とトルクフィードフォワード信号の和を入力し、フィルタを通して第２トルク指令を決定するトルクフィルタ部と、
前記第２トルク指令を電流指令に変換して前記モ−タの電流が電流指令に一致するように電流制御を行い、機械部を連結した前記モータを駆動する電流制御部と、
前記モータに連結されて前記モータの位置を検出する位置検出器と、
その検出器の信号を入力してモータ速度を決定する速度信号作成部と、
を備えたモータ制御装置において、
前記第２のトルク指令と前記トルクフィードフォワード信号を入力して前記第２トルク指令の積算値から前記トルクフィードフォワード信号の積算値を差し引いた値が所定の上下限値の範囲を超え、且つ、前記第２のトルク指令から前記トルクフィードフォワード信号を差し引いた値が正であれば前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを大きくし、正でなければ前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを小さくするトルクフィードフォワードゲイン調整部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項６】
位置指令にモータの位置が一致するように第１トルク指令を決定する位置制御部と、
前記位置指令を２階微分して求めた速度指令増分値にトルクフィードフォワードゲインを乗じ、ローパスフィルタを通してトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、
前記第１トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号の和を入力し、ローパスフィルタを通して第２トルク指令を決定するトルクフィルタ部と、
前記第２トルク指令を電流指令に変換して前記モ−タの電流が前記電流指令に一致するように電流制御を行い、機械部を連結した前記モータを駆動する電流制御部と、
前記モータに連結されて前記モータの位置を検出する位置検出器と、
を備えたモータ制御装置において、
前記第２のトルク指令と前記トルクフィードフォワード信号を入力して前記第２トルク指令の積算値から前記トルクフィードフォワード信号の積算値を差し引いた値が所定の上下限値の範囲を超え、且つ、前記第２のトルク指令から前記トルクフィードフォワード指令を差し引いた値が正であれば前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを大きくし、そうでなければ前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを小さくするトルクフィードフォワードゲイン調整部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロボットや工作機械等で用いられているモータの制御をするモータ制御装置に関し、特に位置決め応答時に生じるオーバーシュートを抑制する機能を備えたモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロボットや工作機械等で用いられているモータは位置制御や速度制御されることが多く、機械の性能を向上するため制御の応答時間を短縮することが求められる。位置制御をして位置決め応答時間を短縮する技術として、例えば、特開平９−１７１４１０号公報に開示されたものがある。
その技術によると、位置指令を微分した値に速度フィードフォワードゲインを乗じて速度指令に加え、さらに、速度指令を微分した値にトルクフィードフォワードゲインを乗じてトルク指令に加えており、これによって高速の位置決めが可能な位置制御装置が実現できるとされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが前記の従来技術によると、トルクフィードフォワードゲインの値が一定値となっているため、ある条件で最適に調整したとしても，機械の駆動負荷の重量や摩擦特性の変化によりオーバーシュートが発生する場合が生じている。このような現象は、特に、高速、高精度の位置決めを実現しようとして制御ゲインを上げていった場合に起こり易くなり、要求される位置決め時間が実現できない、という問題があった。
そこで本発明は、この機械特性の影響によるオーバーシュートを抑制する機能を備えたモータ制御装置を提供することを目的とする
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この問題を解決するために本発明は、位置指令にモータの位置が一致するように速度指令を決定する位置制御部と、前記位置指令を微分して求めた位置指令増分値に速度フィードフォワードゲインを乗じ、その結果をローパスフィルタにかけて速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード部と、前記速度指令と前記速度フィードフォワード信号を加算してさらにモータ速度を減算した信号を入力し、前記モータの速度が前記速度指令に一致するように第１トルク指令を決定する速度制御部と、前記位置指令を２階微分して求めた速度指令増分値にトルクフィードフォワードゲインを乗じ、ローパスフィルタにかけてトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、前記第１トルク指令とトルクフィードフォワード信号の和を入力し、フィルタを通して第２トルク指令を決定するトルクフィルタ部と、前記第２トルク指令を電流指令に変換して前記モ−タの電流が電流指令に一致するように電流制御を行い、機械部を連結した前記モータを駆動する電流制御部と、前記モータに連結されて前記モータの位置を検出する位置検出器と、その検出器の信号を入力してモータ速度を決定する速度信号作成部と、を備えたモータ制御装置において、前記第２のトルク指令と前記トルクフィードフォワード信号を入力して前記第２のトルク指令から前記トルクフィードフォワード信号を差し引いた値が正であれば前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを大きくし、正でなければ前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを小さくするトルクフィードフォワードゲイン調整部を備えたことを特徴とするものである。
また、本発明は、位置指令にモータの位置が一致するように第１トルク指令を決定する位置制御部と、前記位置指令を２階微分して求めた速度指令増分値にトルクフィードフォワードゲインを乗じ、ローパスフィルタを通してトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード部と、前記第１トルク指令と前記トルクフィードフォワード信号の和を入力し、ローパスフィルタを通して第２トルク指令を決定するトルクフィルタ部と、前記第２トルク指令を電流指令に変換して前記モ−タの電流が前記電流指令に一致するように電流制御を行い、機械部を連結した前記モータを駆動する電流制御部と、前記モータに連結されて前記モータの位置を検出する位置検出器と、を備えたモータ制御装置において、前記第２のトルク指令と前記トルクフィードフォワード信号を入力して前記第２のトルク指令から前記トルクフィードフォワード指令を差し引いた値が正であれば前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを大きくし、そうでなければ前記トルクフィードフォワード部に信号を出力して前記トルクフィードフォワードゲインを小さくするトルクフィードフォワードゲイン調整部を備えたことを特徴とするものである。
さらに、前記第２トルク指令から前記トルクフィードフォワード信号を差し引いた値が所定の上下限値の範囲を超えた場合にのみ前記トルクフィードフォワードゲインを調整することを特徴し、前記第２トルク指令の積算値から前記トルクフィードフォワード信号の積算値を差し引いた値が所定の上下限値の範囲を超えた場合にのみ前記トルクフィードフォワードゲインを調整することを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例に基づいて図を用いて説明する。図１は本発明のモータ制御装置のブロック図である。図において、位置制御部１は比例積分制御器からなり、外部また内部の位置指令と検出したモータ位置との差を入力して速度指令を生成する。速度フィードフォワード部２は位置指令を微分して位置指令増分値を求め、これに速度フィードフォワードゲインを乗じた後、ローパスフィルタにかけて速度フィードフォワード信号に変換する。速度制御部３は、速度指令とモータ速度の差に速度フィードフォワード信号を加えた信号を入力し、比例積分制御をして第１トルク指令を生成する。トルクフィードフォワード部４は、位置指令を入力すると、２階微分して速度指令増分値を求め、これにトルクフィードフォワードゲインを乗じた後、ローパスフィルタにかけてトルクフィードフォワード信号に変換する。トルクフィルタ部５は、第１トルク信号とトルクフィードフォワード信号の和を入力するとローパスフィルタを通して第２トルク指令を生成する。電流制御部６は、この第２トルク指令に応じて電流指令を生成し、制御対象７を駆動する。制御対象７は、図３に示すように、モータ１０と、モータ１０に連結されてモータ１０の負荷となる機械部１１と、モータ１０に連結されてモータ１０の回転位置を検出する位置検出器１２から構成されている。位置検出器１２が出力するモータ位置は速度信号生成部８によってモータ速度に変換される。
【０００６】
次にトルクフィードフォワード部４について、その構成を示す図４を用いて説明する。トルクフィードフォワード部４は２つの微分器１３と、トルクフィードフォワードゲイン１４と、ローパスフィルタ１５から構成されており、トルクフィードフォワードゲイン１４のゲインがトルクフィードフォワードゲイン調整部９のトルクフィードフォワードゲイン調整信号によって調整できるようになっている。図１のモータ制御装置が稼動すると、トルクフィードフォワードゲイン調整部９とトルクフィードフォワード部４は次のように動作する。トルクフィードフォワードゲイン調整部９は、第２トルク指令（またはその積分値）とトルクフィードフォワード信号（またはその積分値）の差が予め設定した下限値から上限値までの範囲からはみ出したときは、その差が正であればトルクフィードフォワードゲインを大きくし、正でなければトルクフィードフォワードゲインを小さくするトルクフィードフォワード調整信号を出力する。この上下限値は、例えば、第２トルク指令の±５％に設定される。トルクフィードフォワード調整信号をトルクフィードフォワードゲイン１４が受けると、トルクフィードフォワードゲイン１４はその信号に応じてゲインを大きくするか小さくする。このようにして、第２トルク指令とトルクフィードフォワード信号との差が設定した上下限値の範囲内になるようにトルクフィードフォワードゲインを調整するのである。
【０００７】
次に本発明の第２実施例について図２を用いて説明する。図２が図１と異なるのは、図１の速度制御部３と、速度フィードフォワード部２、速度信号生成部８が省略されていることと、その代わりに、位置制御部７が（比例＋積分＋微分）制御をする点である。この実施例の動作は、概ね図１の実施例と同様のものとなる。
【０００８】
次にトルクフィードフォワードゲインが変更される状況について、例を用いて説明する。図５は、ある条件で最適調整した場合の速度応答と位置偏差、図６は、同条件でのトルクフィードフォワード部から出力されるトルクフィードフォワード信号とトルクフィルタ部から出力される第２トルク指令を示したものである。図中、１６は速度指令、１７はモータ速度、１８は位置偏差、１９はトルクフィードフォワード信号，２０は第２トルク指令である。位置偏差を見るとオーバーシュートのない滑らかな応答であることが分かる。また，トルクフィードフォワード信号と第２トルク指令が良く一致していることが分かる。
【０００９】
次に、同じゲイン設定のまま駆動負荷の重量を３分の１に軽減した場合の応答を図７および図８に示す。図中、位置偏差の波形を見ると指令終了時に大きくオーバーシュートが発生していることがわかる。また、トルクフィードフォワード信号に変化がないのに対して、第２のトルク指令が２分の１以下に低下していることが分かる。このような場合、トルクフィードフォワードゲイン調整部は、トルクフィードフォワード信号と第２トルク指令の差が閾値を超えた時点から一定時間、それぞれの振幅を監視し、例えば、トルクフィードフォワード信号の平均値が第２トルク指令の平均値の2.5倍だった場合は、その逆数である0.4をトルクフィードフォワードゲインに乗じる。また、積分値を用いた場合は、積分された値の比から、直接前記の処理を行うことができる。
【００１０】
図７、図８の場合は、最適調整時の状況から、負荷慣性（イナーシャ）が減少しているため、出力トルク（第２のトルク指令）も減少する。しかしながら、トルクフィードフォワード信号は、最適調整時のままとなっており、過大なものになっている。そのため、過大なトルクフィードフォワード信号を補償するフィードバック系の応答遅れによりオーバーシュートが発生する。抑制機能を動作させることにより、過大なトルクフィードフォワード信号を負荷に応じた適正なものに調整するため、オーバーシュートのない滑らかな応答を実現できる。
【００１１】
図９と図１０は，図７と図８の条件下でトルクフィードフォワードゲイン調整部を機能させた場合の図７と図８に対応する図である。図に示すように、位置偏差のオーバーシュートは改善され、トルクフィードフォワード信号と第２トルク指令が良く一致していることが分かる。
【００１２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、位置決め時間を短縮するためにフィードフォワード制御を用いた場合にも負荷の変動に応じて，自動的にトルクフィードフォワードゲインを調整できるため，オーバーシュートを抑制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ブロック図
【図２】第２実施例のモータ制御装置のブロック図
【図３】制御対象の構成を示すブロック図
【図４】トルクフィードフォワード部の構成を示すブロック図
【図５】最適調整時の速度応答と位置偏差
【図６】最適調整時のトルク指令とトルクフィードフォワード指令
【図７】負荷重量軽減時の速度応答と位置偏差
【図８】負荷重量軽減時のトルク指令とトルクフィードフォワード指令
【図９】負荷重量軽減時に本発明のモータ制御装置を適用した場合の速度応答と位置偏差
【図１０】負荷重量軽減時に本発明のモータ制御装置を適用した場合のトルク指令とトルクフィードフォワード指令
【符号の説明】
１…位置制御部
２…速度フィードフォワード部
３…速度制御部
４…トルクフィードフォワード部
５…トルクフィルタ部
６…電流制御部
７…制御対象
８…速度信号生成部
９…トルクフィードフォワードゲイン調整部
１０…モータ
１１…機械部
１２…位置検出器
１３…微分器
１４…トルクフィードフォワードゲイン調整部
１５…フィルタ
【図１】
0003906481.tif 000002
【図２】
0003906481.tif 000003
【図３】
0003906481.tif 000004
【図４】
0003906481.tif 000005
【図５】
0003906481.tif 000006
【図６】
0003906481.tif 000007
【図７】
0003906481.tif 000008
【図８】
0003906481.tif 000009
【図９】
0003906481.tif 000010
【図１０】
0003906481.tif 000011