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JP2004005469A - Control method and control device for electric motor - Google Patents

Control method and control device for electric motor Download PDF

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JP2004005469A
JP2004005469A JP2003065700A JP2003065700A JP2004005469A JP 2004005469 A JP2004005469 A JP 2004005469A JP 2003065700 A JP2003065700 A JP 2003065700A JP 2003065700 A JP2003065700 A JP 2003065700A JP 2004005469 A JP2004005469 A JP 2004005469A
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徹 田澤
Kazunari Narasaki
和成 楢崎
Kenichi Suzuki
健一 鈴木
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Abstract

【課題】制御対象の剛性が低いため発生する振動を低減し、指令パターン及び制御対象の特性に依らず制振性能を確保し、高い位置決め精度を実現する電動機の制御方法及び制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の電動機の制御方法は、電動機、又は前記電動機に連結された負荷に対する指令を入力する指令入力ステップと、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタステップと、前記追従指令値に前記電動機又は前記負荷の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、を有する。
【選択図】    図1
An object of the present invention is to provide a control method and a control device for an electric motor that reduce vibrations generated due to low rigidity of a control target, secure vibration suppression performance regardless of a command pattern and characteristics of the control target, and realize high positioning accuracy. .
A motor control method according to the present invention includes a command input step of inputting a command to a motor or a load connected to the motor, a characteristic of reducing a gain of a predetermined frequency and a frequency near the predetermined frequency, and a high frequency range. A pre-filtering step of applying a command to a filter having characteristics that suppress the gain of the filter to output a following command value, and command following control for controlling the state quantity of the electric motor or the load to follow the following command value. And
[Selection diagram] Fig. 1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機の制御対象自体、又は電動機と制御対象とを連結する連結軸の機械剛性が低いことに起因して発生する、電動機又は制御対象の振動を抑制する電動機の制御方法及び制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から電動機を用いた位置決め制御において、マイクロコンピュータを用いたディジタルサーボ制御が行われている。平成5年電気学会全国大会No.1759「減速機ねじれ振動の制振制御」に、振動抑制を目的とする従来例の電動機の制御装置が開示されている。
従来例の電動機の制御装置を説明する。図26は、従来例の電動機の制御装置の構成図である。図26において、101は位置指令作成部、102は電動機、103は制御対象(負荷)、104は位置検出部、105はサーボコントローラである。サーボコントローラ105は、位置指令入力部106、前置フィルタ部107、指令追従制御部108を有する。指令追従制御部108は、位置偏差演算部(減算器)109、位置制御部110、速度演算部111、速度偏差演算部(減算器)112、速度制御部113、電流制御部114を有する。sはラプラス演算子である。
【0003】
位置指令作成部101が位置指令を作成し、サーボコントローラ105の位置指令入力部106に入力する。位置指令入力部106は前置フィルタ部107を介して位置指令θM*を指令追従制御部108に送る。従来例の制御装置は、電動機に連結された制御対象(負荷)103の位置(以後、「制御対象位置θL」と呼ぶ。)が位置指令θ*に一致するように電動機102を制御するための装置である。図26において、制御対象位置θLは検出できない。位置検出部104が電動機102の位置(以後、「電動機位置θM」と呼ぶ。)を検出する。サーボコントローラ105は、電動機位置θMが位置指令θ*に一致するように電動機102を制御する。これにより、従来例の制御装置は、制御対象位置θLが位置指令θ*に一致するように電動機102を制御する。電動機位置θM及び制御対象位置θLは素早く位置指令θ*に追従するよう制御される。
【0004】
制御対象(負荷)103自体及び電動機102と制御対象103とを連結する連結軸の剛性が高い制御系においては、従来例の制御装置は、高い精度で制御対象位置θLが位置指令θ*に一致するように、電動機102を制御することができる。
制御対象103自体又は電動機102と制御対象103とを連結する連結軸の剛性が低い制御系(連結軸のねじれ等を無視できないほど高精度の制御を行う制御系を含む。)においては、制御対象位置θLと電動機位置θMとの間に位相差が生じ、連結軸のねじれ振動が発生し易い。電動機位置θMが位置指令θ*に一致するように電動機102を制御する制御装置において、連結軸のねじれによる振動が発生すると、制御対象位置θLが位置指令θ*へ収束する速度が遅くなる。
【0005】
従来例において、前置フィルタ部107は、位置指令θ*のパターンを入力し、制御対象位置θLの振動を励起しないパターンθM*(電動機位置指令)に変化させる。指令追従制御部108は、電動機位置θMが電動機位置指令θM*に一致するように電動機102を制御する。前置フィルタ部107は、制御対象位置θLの振動を抑制し、電動機位置θM及び制御対象位置θLが位置指令θ*へ収束する速度を速くする。
【0006】
図26に示した従来例の制御装置における基本的な演算の流れを説明する。位置指令入力部106は、位置指令作成部101で作成された位置指令を入力する。位置指令入力部106は、入力した位置指令を単位変換して、サーボコントローラ105内での演算に用いる単位系と整合した位置指令θ*を生成し、出力する。
前置フィルタ部107は、位置指令θ*を2階微分し所定の係数1/(ωa)を乗算した振動抑制補償値を算出する。前置フィルタ部107は、位置指令θ*と算出した振動抑制補償値とを足し合わせて、電動機位置指令θM*を生成し、出力する。電動機が出力したトルクから電動機102までの系が有する反共振周波数をfrとすると、好ましくはωa=2π・f(fはfr、もしくはfr近傍の周波数)とする。前置フィルタ部107によって振動が抑制される原理は後述する。
【0007】
指令追従制御部108の内部演算の流れを詳細に説明する。位置偏差演算部(減算器)109は、電動機位置指令θM*と電動機位置θMとを入力し、電動機位置偏差ΔθM(=θM*−θM)を算出する。位置制御部110は、位置比例ゲインKppを用いて、速度指令ωM*(=Kpp・ΔθM)を出力する。
速度演算部111は、電動機位置θMを微分し、電動機速度ωM(=θM・s)を算出する。速度偏差演算部(減算器)112は、速度指令ωM*と電動機速度ωMとを入力し、速度偏差ΔωM(=ωM*−ωM)を算出する。
速度制御部113は、速度偏差ΔωMに基づいて比例積分演算を行い、トルク指令T*を出力する。電流制御部114は、電動機102が出力するトルクTMがT*となるように、電動機102に流れる電流値Iを制御する。
【0008】
前置フィルタ部107によって振動が抑制される原理を説明する。電動機102が制御対象103を動かす系を、共振系のモデルとして一般的に用いられる、2慣性系(電動機102及び制御対象103)モデル(図27)で表す。実際にはトルクTMが制御対象位置θLを動かす系は複雑な数式モデルで表されることもある。
【0009】
図28は、図27に示す電動機102が低剛性の連結軸を通じて制御対象103を動かす系を、数式モデルで表したブロック図である。図28において、トルク指令T*に応じて、電動機102は十分速い応答で実際のトルクTMを発生する。トルク指令T*を入力してから実際のトルクTMを発生するまでの伝達関数をTM/T*=1と仮定する。JMは電動機102のイナーシャ、JLは制御対象103のイナーシャ、Ksは連結軸のバネ定数である。連結軸のイナーシャは、JM、JLに比べて十分小さいとして無視している。
【0010】
図28の数式モデルに基づきトルク指令T*から電動機位置θMまでの伝達関数θM/T*を求めると、式(1)となる。
(JLs+Ks)/[{JM・JLs+Ks(JM+JL)}s]  (1)
【0011】
図28の数式モデルに基づき電動機位置θMから制御対象位置θLまでの伝達関数θL/θMを求めると式(2)となる。
Ks/(JLs+Ks)  (2)
【0012】
図29は、図28のブロック図から求めた式(1)及び式(2)を用いて、図26の構成図と等価なラプラス演算子sで表したブロック図である。図29において、図26と同じ符号のブロックは図26と同じ機能を有する。
図29において、前置フィルタ部107が無い場合は位置指令θ*=θM*である。図29において電動機位置指令θM*から制御対象位置θLまでの伝達関数と、位置指令θ*から制御対象位置θLまでの伝達関数を比較することにより、前置フィルタ部107が無い場合と有る場合の応答の違いを説明する。
【0013】
前置フィルタ部107が無い場合の、即ち図29における電動機位置指令θM*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性を述べる。図29のトルク指令T*から電動機位置θMまでの伝達関数の周波数特性は式(1)より図30(a)となる。図30(a)において、横軸が周波数であり、縦軸がゲインと位相である。横軸は対数表示となっている。他の周波数特性図も、横軸が周波数であり、縦軸がゲインと位相である。横軸は対数表示となっている。
制御対象の剛性が低い故、図30(a)は共振点及び反共振点を有する。図30(a)において、共振の発生している周波数を共振周波数、反共振の発生している周波数を反共振周波数と呼ぶ。電動機位置指令θM*から電動機位置θMまでのフィードバックループを含む系の伝達関数の周波数特性は、図30(b)となる。
電動機位置θMから制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性は、式(2)より図30(c)となる。電動機位置指令θM*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性(前置フィルタ部107が無い場合の制御装置の応答周波数特性)は、図30(b)と図30(c)とを合わせて、図30(d)となる。図30(d)は反共振周波数frにゲインピークを持つ。
【0014】
図31(a)は、電動機102の位置を一定量変移させることを指示する電動機位置指令θM*のパターンである。縦軸が電動機位置指令θM*(電動機102の位置の変移量)、横軸が時間である。これは一般的に用いられているS字指令である。図31(b)は、図31(a)の電動機位置指令θM*の微分波形であり、台形パターンとなる。このときの電動機位置偏差ΔθMの応答と、制御対象位置θLと電動機位置指令θM*との差である制御対象位置偏差ΔθLの応答とを図32に示す。図32の位置指令出力期間は、図31(a)の電動機位置指令θM*が変動している期間、すなわち図31(b)の電動機位置指令θM*の微分値が0でない期間を指す。
図32に示すように、位置指令出力完了後に制御対象位置偏差ΔθLが電動機位置偏差ΔθMに比べ大きく振動する。制御対象位置θLの振動周波数を測定すると、その振動周波数は、図30(d)に示す電動機位置指令θM*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性におけるゲインピークが生じる周波数(反共振周波数)近傍の周波数となる。電動機102と制御対象103とを連結する軸の剛性が低いことに起因し、制御対象位置θLは位置指令出力完了後に大きな振動を生じる。
【0015】
次に前置フィルタ部107が有る場合の、即ち図29における位置指令θ*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性を述べる。電動機位置指令θM*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性は、図30(d)である。前置フィルタ部107の周波数特性は、ωa=2π・fr(frは図30(a)における反共振周波数)とすると、図33(a)となる。前置フィルタ部107は、周波数ωaで利得(ゲイン)が極小となり、ωaより高域では周波数が高くなるにつれてゲインが大きくなる周波数特性を有する。位置指令θ*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性は、図30(d)と図33(a)を合わせた図33(b)となる。
【0016】
図33(b)を、前置フィルタ部107がない場合の位置指令から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性である図30(d)と比較すると、図33(b)は反共振周波数におけるゲインピークが無い。即ち、前置フィルタ部107は、制御装置の応答特性の反共振周波数におけるゲインピークを低減する。
位置指令θ*の指令パターンを図31(a)とした場合の制御対象位置偏差ΔθLと電動機位置偏差ΔθMの応答を図34に示す。前置フィルタ部107がない場合の応答である図32と比較すると、位置指令出力完了後の制御対象位置θLの振動が低減される。図32と図34の応答は図29の前置フィルタ部107以外の構成は同じである。
【0017】
以上のように従来例の制御装置において、図26の前置フィルタ部107は、位置指令θ*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性に生じるゲインピークを低減する。これにより、ゲインピークに起因して位置指令出力完了後に発生した制御対象位置θLの振動が低減される。
図32の応答特性を有する系のパラメータ設定を一部変更した場合の応答特性を図35に示す。図35に示す系においては、図32に示す系と比較して、位置制御部110の位置比例ゲインKppと速度制御部113の速度比例ゲインKvpとを下げて、制御対象位置θLの位置指令出力完了後の振動を低減させた。図35では、位置指令出力完了後の振動振幅は図34と同程度であるが、図34よりも応答が遅くなっている。
従来例の制御装置において、前置フィルタ部107は、制御装置の高速応答性を保ったまま、位置指令出力完了後の制御対象位置θLの振動を低減できるという効果を奏する。
【0018】
【特許文献1】
特開平10−149210号公報
【特許文献2】
特開平6−028006号公報
【非特許文献1】
平成5年電気学会全国大会No.1759「減速機ねじれ振動の制振制御」
【0019】
【発明が解決しようとする課題】
従来例において、図29の位置指令入力部106が出力する位置指令θ*が図31(a)のパターンを有するとすると、前置フィルタ部107(その伝達関数は、位置指令の2階微分の補正項(s/ωa)を有する。)を通した後の電動機位置指令θM*の指令パターンは図36となる。図31(b)及び図36において、時点A、B、C、Dは図31(a)の指令パターンの加速度(位置指令の2階微分)変動時点である。時点A、B、C、Dでは電動機位置指令θM*の2階微分が急激に変動する。図29に示す系が図31(a)の指令パターンの位置指令θ*を入力した場合のトルク指令T*の波形を図37に示す。
【0020】
時点A、B、C、Dにおいて、電動機位置指令θM*の2階微分が急激に変動することに起因して、図37の破線の円で示す非常に大きなトルク指令T*が発生する。時点A、B、C、Dでの電動機位置指令θM*の2階微分の変動が大きいほど、つまりωaが小さい程、又は位置指令θ*の加速度が大きい程、時点A、B、C、Dで大きなトルク指令T*とが発生する。一般的にハード上の制約等により、トルク指令T*には上限が設けらる。トルクT*は、上限値より大きくならないようにリミットをかけられる。時点A、B、C、Dでの電動機位置指令θM*の2階微分の変動が過大な値となった場合、トルク指令T*はリミットをかけられる。トルク指令T*がリミットをかけられると、制御装置は高速応答を保ったまま振動を抑制するための適切なトルク波形を出力できなくなり、制御対象位置θLの振動収束に時間がかかるという問題があった。
【0021】
本発明は、制御対象(負荷)自体又は電動機と制御対象との連結部等の機械剛性が低い制御装置において、指令パターン及び制御対象の特性によらず電動機及び制御対象の振動を高速応答を保ったまま常に抑制する電動機の制御方法、及び制御装置を提供することを目的とする。具体的には、本発明は、指令パターン及び制御対象の特性によらず、トルク指令が過大値となってリミットをかけられることを防止する電動機の制御方法及び制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、制御系の状態量に応じて(個々の制御装置(制御対象を含む。)の特性のばらつき、経時変化、及び/又はその状態量に至る履歴の差異に応じて)自動的に、電動機及び制御対象の振動を常に最適に抑制する電動機の制御方法、及び制御装置を提供することを目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は下記の構成を有する。
本発明の1つの観点による電動機の制御方法は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタステップと、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、を有する。
【0023】
本発明の他の観点による電動機の制御装置は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタを有し、前記フィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタ部と、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、を有する。
【0024】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制するという効果を奏する。本発明によれば、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に電動機及び制御対象の振動を抑制することが出来る。本発明は、指令パターン及び制御対象の特性によらず、トルク指令が過大値となってリミットをかけられることを防止する電動機の制御方法及び制御装置を実現する。
【0025】
本発明の別の観点による電動機の制御方法は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記指令を前記定数項に作用させて追従指令値を出力し、且つ前記指令をフィードフォワード補償項に作用させてフィードフォワード補償項補償量を出力するフィードフォワード型前置フィルタステップと、前記フィードフォワード補償項補償量と前記追従指令値に基づき、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、を有する。
【0026】
本発明の別の観点による電動機の制御装置は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記指令を前記定数項に作用させて追従指令値を出力し、且つ前記指令をフィードフォワード補償項に作用させてフィードフォワード補償項補償量を出力するフィードフォワード型前置フィルタ部と、前記フィードフォワード補償項補償量と前記追従指令値に基づき、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、を有する。
【0027】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制するという効果を奏する。本発明によれば、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に電動機及び制御対象の振動を抑制することが出来る。本発明は、指令パターン及び制御対象の特性によらず、トルク指令が過大値となってリミットをかけられることを防止する電動機の制御方法及び制御装置を実現する。
【0028】
指令追従制御ステップ(指令追従制御部)において、定数項に基づく指令値を電動機の追従目標値として制御を行う。フィードフォワード補償項補償量に基づいて制御対象(負荷)の振動を抑制する。例えば実施の形態1の構成(図1)においては、フィルタ部が入力した位置指令θ*を演算処理し、演算結果である電動機位置指令θM*を目標値として制御を行う故、位置指令θ*の演算処理における1LSB未満の成分について桁落ちが発生する。この演算誤差に起因して電動機位置の収束値誤差が発生する。上記の観点の発明によれば、位置指令θ*をそのまま目標値として制御を行う(目標値を演算処理しない)故、演算誤差による電動機位置の収束値誤差が発生しない。電動機位置の収束値誤差を補償する必要がない。本発明によれば、収束値誤差が発生する場合と比較して、高い精度で電動機を制御することができる。本発明によれば、誤差補償をした場合と比較して、ソフトウエア処理における誤差補償の演算時間を短縮でき、且つ製品開発時に誤差補償のソフトウエアを開発する労力及び時間を削減できる。
【0029】
本発明の別の観点による電動機の制御方法は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、フィードフォワード補償項補償量と追従指令値に基づき、前記指令に基づく前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、前記指令追従制御ステップ内部の状態量に基づき前記指令を推定した推定指令を出力する指令推定ステップと、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記推定指令をフィードフォワード補償項に作用させて前記フィードフォワード補償項補償量を出力する内部構成型前置フィルタステップと、を有する。
【0030】
本発明の別の観点による電動機の制御装置は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、フィードフォワード補償項補償量と追従指令値に基づき、前記指令に基づく前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、前記指令追従制御部内部の状態量に基づき前記指令を推定した推定指令を出力する指令推定部と、所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記推定指令を前記フィードフォワード補償項に作用させて前記フィードフォワード補償項補償量を出力する内部構成型前置フィルタ部と、を有する。
【0031】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制するという効果を奏する。本発明によれば、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に電動機及び制御対象の振動を抑制することが出来る。本発明は、指令パターン及び制御対象の特性によらず、トルク指令が過大値となってリミットをかけられることを防止する電動機の制御方法及び制御装置を実現する。
【0032】
指令追従制御ステップ(指令追従制御部)において、電動機の追従目標値として指令値を用いる。フィードフォワード補償項補償量に基づいて、制御対象(負荷)の振動を抑制する。これにより、演算での桁落ちに起因する電動機位置の収束値誤差が発生しない。電動機位置の収束値誤差を補償する必要がない。本発明の制御方法及び制御装置は、演算誤差補償をしない場合と比較して、電動機の位置決め精度が高い。本発明は、演算誤差補償をした場合と比較して、ソフトウエア処理における演算誤差補償をするための演算時間を短縮でき、且つ製品開発時に演算誤差補償のソフトウエアを開発する労力及び時間を削減できる。又は制御用LSIにおいて演算誤差補償回路が不要である。
【0033】
例えば既存の制御用プログラムで基本ソフトウエアが構成されている制御方法、又は既存の制御用LSIで基本回路が構成されている制御装置においては、制御対象(負荷)の振動を抑制するためのプログラム又は回路を付加する際に、種々の制約条件がある(構成上の自由度が限定される)。例えば、指令入力ステップ(指令入力部)が入力した指令の値を外部に取り出せない(入力した指令の値が分からない)場合も多い。本発明は、基本の制御系を変更しない。本発明においては、入力した指令の値を推定し、推定指令に基づいてフィードフォワード補償量を算出し、フィードフォワード補償量を付加して電動機の出力を補正する。
本発明は、例えば既存の制御用LSIで基本回路が構成されている制御装置において、制御対象自体もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を効果的に抑制する電動機の制御方法及び制御装置を実現する。
【0034】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、所定の周波数及びその近辺の周波数の利得を下げる特性のうち特に前記所定の周波数の利得を可変とする。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、所定の周波数及びその近辺の周波数の利得を下げる特性のうち特に前記所定の周波数の利得を可変とする。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、所定の周波数の利得を可変とすることにより、振動抑制効果を更に向上させる。所定の周波数の利得を自動的に変化させても良い。
【0035】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記高域の利得を抑える特性を動作状態により変化させる。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記高域の利得を抑える特性を動作状態により変化させる。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、電動機又は制御対象の動作状態に応じて高域の利得を抑える特性を自動的に調整する。これにより、高域の利得を抑えることによる制御装置の応答の遅れを小さくする。
【0036】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記高域の利得を抑える特性を、少なくとも前記所定の周波数を決めるパラメータに基づき自動的に決定する。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記高域の利得を抑える特性を、少なくとも前記所定の周波数を決めるパラメータに基づき自動的に決定する。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、所定の周波数と共に高域の利得を抑える特性を自動的に決定する。これにより、制御装置の操作性が向上する。
【0037】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記所定の周波数を自動設定する振動周波数自動設定ステップを有する。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記所定の周波数を自動設定する振動周波数自動設定部を有する。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、所定の周波数を制御装置毎に自動的に設定する。本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、経時変化又は環境条件により制御系の特性が変化した場合にも、適応的に最適の制御を実行し、電動機及び制御対象の振動を抑制する。これにより、制御装置の操作性が向上する。
【0038】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記振動周波数自動設定ステップが、前記制御対象の振動を検出する振動検出ステップと、検出した前記振動から振動周波数を抽出して前記所定の周波数を決定する周波数決定ステップと、を有する。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記振動周波数自動設定部が、前記制御対象の振動を検出する振動検出部と、検出した前記振動から振動周波数を抽出して前記所定の周波数を決定する周波数決定部と、を有する。
【0039】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象の振動を検出することにより、制御対象の振動周波数を正確に検出する。本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、例えば制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても制御対象の振動を常に最適に低減することができる。
制御対象の振動を検出する方法は任意である。例えば感圧センサで構成された振動検出センサを制御対象の表面に貼り付ける。これにより、制御対象の振動周波数を正確に検出出来る。制御装置の操作性が向上する。
【0040】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記振動周波数自動設定ステップが、前記電動機の振動周波数に基づき前記所定の周波数を決定する。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記振動周波数自動設定部が、前記電動機の振動周波数に基づき前記所定の周波数を決定する。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、電動機の振動を検出することにより、電動機の振動周波数を正確に検出する。本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、例えば電動機の特性変動により振動周波数が変わっても電動機の振動を常に最適に低減することができる。
【0041】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記振動周波数自動設定ステップにおいて、前記電動機の応答に基づき前記電動機と前記制御対象の数式モデルを推定し、前記数式モデルに基づき前記所定の周波数を決定する。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記振動周波数自動設定部が、前記電動機の応答に基づき前記電動機と前記制御対象の数式モデルを推定し、前記数式モデルに基づき前記所定の周波数を決定する。
【0042】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、電動機と制御対象の数式モデルを推定して、制御対象の振動周波数を正確に検出する。本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、例えば制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても制御対象の振動を常に最適に低減することができる。制御装置の操作性が向上する。本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象の振動検出部を用いない故、安価である。
【0043】
本発明の別の観点による上記の電動機の制御方法においては、前記所定の周波数が、前記電動機が出力したトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数である。
本発明の別の観点による上記の電動機の制御装置においては、前記所定の周波数が、前記電動機が出力したトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数である。
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、電動機が出力したトルクが制御対象に伝達されるまでの系の振動を抑制し、高い応答性を有する制御方法及び制御装置を実現する。反共振周波数の近傍の周波数とは、反共振周波数と同一又は近似した周波数である。
【0044】
本発明の別の観点による電動機の制御方法は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、前記指令に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する制御ステップと、を有し、前記制御ステップにおいて、前記電動機のトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性と、を併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力し、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の前記状態量が追従するよう制御することと同一又は等価な特性を有する制御を行う。
【0045】
本発明の別の観点による電動機の制御装置は、電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、前記指令に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記電動機のトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性と、を併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力し、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の前記状態量が追従するよう制御することと同一又は等価な特性を有する制御を行う。
【0046】
本発明の電動機の制御方法及び制御装置は、制御対象自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制するという効果を奏する。本発明によれば、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に電動機及び制御対象の振動を抑制することが出来る。本発明は、指令パターン及び制御対象の特性によらず、トルク指令が過大値となってリミットをかけられることを防止する電動機の制御方法及び制御装置を実現する。
【0047】
本発明の別の観点による装置は、上記の制御装置を有する。本発明の装置は、高い応答性を実現する。
【0048】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。
【0049】
《実施の形態1》
図1〜9を用いて、本発明の実施の形態1の電動機の制御方法及び制御装置を説明する。図1は本発明の実施の形態1の電動機の制御装置の構成を示す図である。実施の形態1の電動機の制御装置は、カートリッジから取り出した電子部品(例えばIC)を自動的にプリント基板上に実装する実装機のヘッド(カートリッジから取り出した電子部品を、プリント基板上の所定の位置に載置するまで、保持する機構部)の位置を制御する制御装置である。本発明の電動機の制御装置及び制御方法の適用対象はこれに限られるものではなく、任意の装置に適用できる。実施の形態1の電動機の制御装置において、電動機2と制御対象3との連結部等の機械剛性が低い。制御対象(負荷)3自体の剛性が低くても良い。
【0050】
図1において、1は位置指令作成部、2は電動機、3は制御対象(負荷)、4は位置検出部、5は振動検出部、6はサーボコントローラである。サーボコントローラ6は、位置指令入力部7、前置フィルタ部8、指令追従制御部12を有する。前置フィルタ部8は、フィルタ部9、パラメータ自動設定部10を有する。指令追従制御部12は、位置偏差演算部(減算器)13、位置制御部14、速度演算部15、速度偏差演算部(減算器)16、速度制御部17、電流制御部18を有する。
【0051】
位置指令作成部1が位置指令を作成し、サーボコントローラ6の位置指令入力部7に入力する。位置指令入力部7は前置フィルタ部8を介して位置指令θ*を指令追従制御部12に送る。実施の形態1の制御装置は、電動機に連結された制御対象(負荷)3の位置(以後、「制御対象位置θL」と呼ぶ。)が位置指令θ*に一致するように電動機2を制御するための装置である。図1において、制御対象位置θLは検出できない。位置検出部4が電動機2の位置(以後、「電動機位置θM」と呼ぶ。)を検出する。サーボコントローラ6は位置指令に電動機位置θMが追従するように制御する。制御対象3は電動機2に連結されているため、制御対象位置θLも位置指令に追従することになる。
【0052】
位置指令入力部7は位置指令を入力して、内部演算に適した単位に変換して位置指令θ*として出力する。サーボコントローラ6は、電動機位置θMが位置指令θ*に一致するように電動機2を制御する。これにより、実施の形態1の制御装置は、制御対象位置θLが位置指令θ*に一致するように電動機2を制御する。電動機位置θM及び制御対象位置θLが位置指令θ*に素早く追従するよう制御される。制御対象3、もしくは電動機2と制御対象3とを連結する連結軸の剛性が低い実施の形態1の制御装置においては、制御対象位置θLが振動しやすい。制御対象位置θLの振動を抑制するために、前置フィルタ部8は、位置指令θ*のパターンを入力し、制御対象位置θLの振動を励起しないパターンθM*(電動機位置指令)に変化させる。指令追従制御部12は、位置検出部4が検出した電動機位置θMが電動機位置指令θM*に追従するように電動機2を制御する。制御装置は入力された位置指令に素早く追従する。
【0053】
図1の実施の形態1において、従来の電動機の制御装置(図26)と異なる点は、振動検出部5が追加されていること、及び前置フィルタ部8の内部構造が図26の前置フィルタ部107と異なることである。
振動検出部5は、制御対象3の振動を直接検出し、前置フィルタ部8のパラメータ自動設定部10に伝送する。振動検出部5の構成は任意である。実施の形態1の振動検出部5は、制御対象3の表面に取り付けられた感圧センサである。
前置フィルタ部8はパラメータ自動設定部10を有し、そのフィルタ部9の伝達関数が前置フィルタ部107と異なる。パラメータ自動設定部10は、振動検出部5の出力信号を入力し、その中に含まれる制御対象3の振動周波数を抽出する。パラメータ自動設定部10は、抽出した振動周波数に基づいて、フィルタ部9の特性(伝達関数)を決定する。
【0054】
この構成の違いにより得られる効果を以下に述べる。従来の電動機の制御方法は、制御対象103、もしくは電動機102と制御対象103とを連結する連結軸の剛性が低い制御系において、電動機位置θM及び制御対象位置θLの振動を抑制する効果を奏する。しかし、位置指令作成部101が作成する指令パターン又は制御対象103の特性によっては、トルク指令T*が過大となりトルクリミットをかける必要があった。その場合、制御装置は、最適な制御を行うことができず、位置指令に対する応答が遅くなり、制御対象位置θLの振動収束に時間がかかるという問題があった。
【0055】
図1の前置フィルタ部8のフィルタ部9は、位置指令θ*を入力し、制御対象3において振動を励起しにくい指令パターンに自動的に変換し、電動機位置指令θM*として出力する。位置指令作成部1が作成する指令パターン及び制御対象3の特性によらず、電動機位置指令θM*は上限値を超えること(リミットをかけられること)はない。実施の形態1の制御装置は、電動機2及び制御対象3の振動を常に最適に抑制する制御方法を実行する。
【0056】
次に図1の制御ブロックの詳細な動作を説明する。位置指令作成部1は、例えばPLC(Programable Logic Controller)で構成される。位置指令作成部1は、位置指令パターンを作成し、パターンに従い位置指令を出力する。
位置検出部4は電動機2の位置を検出し、電動機位置θMとして出力する。
サーボコントローラ6はディジタル制御を行う。サーボコントローラ6は、位置指令作成部1からの位置指令と、位置検出部4からの電動機位置θMとを一定周期ごとに入力し、演算処理して、電動機2を流れる電流Iを制御する。
【0057】
サーボコントローラ6が実行する1周期の演算処理のフローチャートを図2に示す。サーボコントローラ6は、図2に示す演算処理を一定の演算周期(例えば166μs)毎に繰り返す。図2の開始から終了までの処理を図1〜5を用いて説明する。各状態量の添字(n)は今回の演算周期での値、(n−1)は前回の演算周期での値を表す。
位置指令入力部7は、位置指令作成部1からの位置指令を読み込み、サーボコントローラ6の内部演算に適した単位系に変換し、位置指令θ*(n)を出力する(ステップS1の指令取込処理)。
指令追従制御部12は、位置検出部4が検出した電動機2の位置をθM(n)として取り込む(ステップS2の状態量取込処理)。
【0058】
前置フィルタ部8のパラメータ自動設定部10は、振動検出部5が検出した制御対象3の振動から、その振動周波数frを算出する(ステップS3の前置フィルタパラメータ自動設定処理)。ωa=2π・frとする。パラメータ自動設定部10が、制御対象3の振動周波数を算出する方法は任意である。例えばパラメータ自動設定部10は、振動検出部5が出力する振動信号のゼロクロス時間間隔を測定しその測定値から振動周波数を算出する。例えばパラメータ自動設定部10は、振動検出部5が出力する振動信号をFFT(fast Fourier Transform)により周波数スペクトラムに変換して振動周波数frを検出する。パラメータ自動設定部10は、算出した振動周波数frに基づき、ωa=2π・frとし、ωaに基づきωfを決定する。
【0059】
図3は、実施の形態1の制御装置におけるωaとωfとの関係を示すグラフである。パラメータ自動設定部10は、図3に示すグラフのωaとωfとをプロットした値を格納するテーブル、又は図3のグラフを表す関数を用いて、ωaに基づいてωfを決定する。ωaと位置指令θ*の加速度(2階微分)とを引数とした2次元テーブルを用いても良い。減衰係数ζは可変としても良いがここでは1に固定する。減衰係数ζは0でない値である。ωfの役割と、ωaと位置指令θ*の加速度を引数とする理由と、ζの適切な設定値と、の詳細な説明は後で行う。このようにして、パラメータ自動設定部10は、フィルタ部9のパラメータを決定する。
【0060】
フィルタ部9は、ωaとωfを用いて位置指令θ*(n)から電動機位置指令θM*(n)を算出する(ステップS4の前置フィルタ処理)。フィルタ部9は、図5に示す伝達関数を有する。図4(a)は、フィルタ部9の入出力間の伝達関数の周波数特性を示す図である。フィルタ部9の周波数特性はステップS3で決定したパラメータに従う。フィルタ部9は周波数ωa及びその近傍の周波数の利得を下げる特性をもつ。特にωaより高域の利得は、図33(a)の従来例の前置フィルタ部107の周波数特性に比較して低い。位置指令θ*から制御対象位置θLまでの周波数特性は図30(d)と図4(a)とを合わせたものとなり、図4(b)となる。図4(b)は、従来例の図33(b)と比較してωaより高域の利得が抑えられている。
図5は、フィルタ部9の内部構成をラプラス演算子sを用いた表現で示す図である。実際には図5の構成を双一次変換などの手法でディジタルフィルタに変換し、フィルタ部9はディジタルフィルタとして図4(a)の特性を実現している。ステップS4の効果の詳細な説明は後で行う。
【0061】
位置偏差演算部(減算器)13と位置制御部14は、位置制御処理を行う(ステップS5の位置制御処理)。まず、位置偏差演算部13は、ΔθM(n)=θM*(n)−θM(n)の演算を行い、電動機位置偏差ΔθM(n)を算出する。位置制御部14は、位置比例ゲインKppを用いて、ωM*(n)=Kpp・ΔθM(n)の演算を行い、速度指令ωM*(n)を算出する。
【0062】
速度演算部15、速度偏差演算部(減算器)16、速度制御部17は、速度制御処理を行う(ステップS6の速度制御処理)。まず速度演算部15が、電動機位置θMに基づき、電動機2の速度ωM(n)を算出する。速度演算部15が速度ωM(n)を算出する方法は任意である。速度演算部15は、例えば電動機位置θMの後進差分、双一次変換を用いた電動機位置θMの微分、又は速度オブザーバなどの手法により、速度ωM(n)を算出する。次に、速度偏差演算部16は、ΔωM(n)=ωM*(n)−ωM(n)の演算を行い、速度偏差ΔωM(n)を算出する。次に、速度制御部17は、速度比例ゲインKvpと速度積分時定数Tviを用いて式(3)及び式(4)の比例積分演算を行い、トルク指令T*(n)を算出する。Xvi(n)は積分演算用変数である。
【0063】
Xvi(n)=Xvi(n−1)+ΔωM(n)・Kvp/Tvi  (3)
T*(n)=Kvp・ΔωM(n)+Xvi(n)         (4)
【0064】
電流制御部18は、トルク指令T*(n)に対応する電流が電動機2に流れるよう制御する(ステップS7の電流制御処理)。以上で図2に示す処理を終える。
【0065】
図2のフローチャートにおける、ステップS4の前置フィルタ処理の効果と、ステップS3で導出するωfの役割と、ωaと位置指令θ*の加速度(2階微分)とを引数としてωfを導出する理由と、ζの適切な設定値と、を従来例と比較しながら説明する。
まず、ステップS4の前置フィルタ処理の効果を説明する。図5に示すフィルタ部9は、従来例の前置フィルタ部107(図26)と同一の伝達関数を有するブロック1と、2次フィルタであるブロック2とを直列に接続した構成を有する。ブロック1は、位置指令θ*から制御対象位置θLの振動を励起する周波数成分を除去する。ブロック1により、制御対象位置θLの振動を低減する効果が得られる。その詳細な原理は従来例と同じである故、説明を省略する。
【0066】
ブロック2が、位置指令θ*の加速度(2階微分)変動時点でトルク指令T*が過大な値となることを防止する。図6は、前置フィルタ部8(図1)が入力した位置指令θ*と、出力した電動機位置指令θM*の波形を示す図(横軸は時間、縦軸は位置指令θ*及び電動機位置指令θM*の値)である。破線が位置指令θ*、実線が電動機位置指令θM*である。位置指令θ*の波形は図31(a)に示す波形と同一である。位置指令θ*の1階微分は、図31(b)に示す波形を有する。この時、速度制御部17(図1)が出力するトルク指令T*の波形を図7に示す(横軸が時間、縦軸がトルク)。同一波形の位置指令θ*を入力した時、位置指令θ*の加速度変動を生じる時点A、B、C、Dにおいて、図6に示す電動機位置指令θM*(実施の形態1)は、従来例における電動機位置指令θM*(図36)に比べ急激に変動しない。これは、図5のブロック2の2次フィルタが、図4(a)の周波数特性の特にωaより高域の利得を、従来例で示した図33(a)よりも低くしていることに起因する。
【0067】
従来例(図37)においては、速度制御部113(図26)が出力するトルク指令T*は、位置指令θ*の加速度変動時点A、B、C、Dで、過大な値となり、リミットをかけられた。図7に示すように、本実施の形態においては、速度制御部17(図1)が出力するトルク指令T*は、位置指令θ*の加速度変動時点A、B、C、Dで、過大な値とはならず、リミットをかけられることはない。本実施の形態の制御方法及び制御装置は、指令パターン及び制御対象の特性によらず電動機及び制御対象の振動を常に最適に抑制して制御する。
【0068】
次にステップS3で導出するωfの役割と、ωaと位置指令θ*の加速度(2階微分)とを引数としてωfを導出する理由を述べる。フィルタ部9(図1)が図6に破線で示す位置指令θ*を入力した場合、図5のブロック1は、図36に実線で示す波形と同一の波形の信号を出力する。ブロック2(図5)は、図36に実線で示す波形の信号を入力し、図6に実線で示す電動機位置指令θM*を出力する。図36に実線で示すように、ブロック1の出力信号は位置指令θ*の加速度変動時点A、B、C、Dで急激に変化する。ωaが小さい程、また、位置指令θ*の加速度が大きい程、時点A、B、C、Dでのブロック1の出力信号の変化は大きくなる。図5のブロック図から分かるように、ωfはブロック2の2次フィルタのカットオフ周波数を規定する。
【0069】
図6において位置指令θ*の加速度が変動する時点A、B、C、Dでの、ブロック1(図5)の出力信号の変化が大きい程、パラメータ自動設定部10は、ωfを小さくして2次フィルタのカットオフ周波数を下げ、位置指令θ*の加速度が変動する時点A、B、C、Dでの電動機位置指令θM*の変化を小さくする。ωfを十分に小さくしなければ、位置指令θ*の加速度が変動する時点で図37のようにトルク指令T*が急激に増大し、リミットをかけられる。制御装置は、正常な制御ができなくなる。これが、パラメータ自動設定部10は、ステップS3においてωfをωaと位置指令θ*の加速度を引数として自動設定する理由である。パラメータ自動設定部10は、ωaが小さい程、位置指令θ*の加速度が大きい程、ωfを小さな値とする。このようにしてパラメータ自動設定部10がωfを自動的に設定することにより、本実施の形態の制御方法及び制御装置は、指令パターン及び制御対象の特性によらず電動機及び制御対象の振動を常に最適に抑制して制御する。
【0070】
図6において、破線の位置指令θ*は時点Dで変化を終えるが、前置フィルタ部8が出力する電動機位置指令θM*の変化終了時点は時点Dよりも遅れる。これは前置フィルタ部8のブロック2(図5)の2次フィルタの影響である。電動機位置指令θM*の変化の遅延は、制御装置の応答の遅延を生じるので好ましくない(従来例において、トルク指令T*が過大な値となり、リミットをかけられた場合に生じる応答の遅れと比較すれば、本実施の形態の制御装置は、はるかに応答が速い。)。
トルク指令T*がリミットをかけられやすい時点A、B、C、Dの直後以外の期間はブロック2の2次フィルタのカットオフ周波数を高くしてもトルクリミットはかからない。このことを利用して、パラメータ自動設定部10は、ωfを時間により変化させる。パラメータ自動設定部10は、特に時点Dの直後より後の期間はωfを大きくする。これにより電動機位置指令θM*の変化終了時点は早くなる。パラメータ自動設定部10がフィルタ部9のパラメータ切り換えを実施することにより、本実施の形態の制御方法及び制御装置は、高い応答性を実現する。
【0071】
次に減衰係数ζの適切な設定値を説明する。ζを1より小さくしていくと、図5のブロック2の周波数特性が周波数ωf付近でゲイン0dB以上のゲインピークを持ち始める。この場合、このゲインピークの周波数の振動が制御対象位置θLに現れる可能性がある故、ζを1以下に設定することは望ましくない。ζは大きくするほど電動機位置指令θM*の変化終了時点は長くなり(図6参照)、制御装置の応答が遅くなる。変化終了時点とは電動機位置指令θM*が変動を開始した後、変動を終了する時点である。したがって、ζを大きくしすぎることも望ましくない。従ってζは1程度に設定するのが望ましい。
【0072】
図8は、図31(a)及び(b)に示す位置指令を入力した時の、実施の形態1の制御装置(図1)の応答を示す波形図である。破線は電動機位置偏差ΔθM、実線は制御対象位置偏差ΔθLである。前置フィルタ部8がない場合の電動機位置偏差ΔθM、制御対象位置偏差ΔθLの応答波形である図32と比較すると、実施の形態1の制御装置においては、位置指令出力期間終了後の振動が抑制されている。
図5のブロック1の伝達関数を減衰項ζn/ωa・sを含む式(5)に変更しても良い。減衰係数ζnを調整することにより、周波数ωaの利得を調整できる。減衰係数ζnを適切に決定することにより、電動機位置偏差ΔθM及び制御対象位置偏差ΔθLの振動が更に抑制される。
【0073】
(1/ωa)・s+(2ζn/ωa)・s+1  (5)
【0074】
前置フィルタ部8がない従来例の制御装置において、図32に示す例よりも位置比例ゲインKppと速度比例ゲインKvpを低く設定して制御対象位置偏差ΔθLの振動を低減した場合の電動機位置偏差ΔθM、制御対象位置偏差ΔθLの応答を図35に示す。図8の応答は図35の応答よりも速い。本発明により、従来例と同様、高速応答を保ったまま、振動を低減できる。図8の応答の時のトルク指令T*の波形は図7である。位置指令θ*の加速度が変動する時点A、B、C、Dでトルク指令T*が急激に増大しておらず、リミット制限されることがない。本実施の形態の制御方法及び制御装置は、位置指令θ*の加速度が変動する時にも適切な応答をする。
【0075】
振動周波数11Hz、整定幅±125μmの条件で、実験での整定時間(位置指令の出力(変動)完了時点から、装置先端位置(制御対象3の先端)が目標値を中心とした整定幅に収束する時点までに要する時間)を比較する。前置フィルタなしの制御装置においては整定時間は725msであった。前置フィルタ部107を有する従来例の制御装置(図29)においてはトルクが飽和して振動が長時間収束しなかったため有意な整定時間を測定できなかった。本発明の制御装置(図1)においては整定時間は45msであった。本発明により、前置フィルタがない場合と比較して、整定時間を約1/16にできた。
【0076】
図38は、本発明の制御装置を搭載した実装機の構成を示す図である。図38において、図1と同一部には同一番号を付している。図38において、実装機はサーボモータ2a、2b、2cを有する。各サーボモータは、図1の電動機2に該当する。各サーボモータは、それぞれサーボアンプ6a、6b、6cによって制御される。
【0077】
本発明の制御方法及び制御装置によれば、制御対象、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制することができる。本発明の制御方法及び制御装置は、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に自動的に電動機及び制御対象の振動を抑制する。トルク指令T*が過大な値になることが自動的に防止される。図1の前置フィルタ部8のパラメータ設定をすべて自動化することにより制御装置の応答が速くなり、制御装置を搭載する装置の操作性が向上する。制御対象の特性変動により振動周波数ωaが変わってもωaの設定値を自動的に変更する構成を有することにより、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に振動を低減することができる。
【0078】
図1において指令追従制御部12の構成は、電動機位置指令θM*に電動機位置θMが追従するよう制御を行う構成であれば、他の構成であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図1の前置フィルタ部8は位置指令作成部1の内部に構成してもよい。
【0079】
本実施の形態は位置制御系について説明を行った。これに限定されず、図9に示すような速度制御系においても本発明を適用できる。図9において、図1と同じ符号のブロックは図1と同じ役割をする。速度指令作成部20は、速度指令パターンを作成し、パターンに従い速度指令を出力する。速度検出部21は電動機2の速度を検出し、ωMとして出力する。サーボコントローラ22はディジタル制御を行う。サーボコントローラ22は、速度指令作成部20からの速度指令と、速度検出部21からの電動機速度ωMとを一定周期ごとに取り込み、演算処理して電動機2の電流Iを制御する。速度指令入力部23は速度指令作成部20からの速度指令を入力し、サーボコントローラ22の内部演算に適した単位系に変換し速度指令ω*として出力する。前置フィルタ部8(図5の伝達関数を有する。)は、速度指令ω*を入力し、電動機速度指令ωM*を出力する。前置フィルタ部8は、振動検出部5が検出した制御対象3の振動周波数を抽出し、振動周波数に基づいてフィルタの伝達関数のパラメータを定める。指令追従制御部24は、電動機速度指令ωM*に電動機速度ωMが追従するよう制御を行う。速度検出部21のかわりに位置検出部を配置してもよい。この場合はサーボコントローラ22の内部で位置検出部が検出した電動機2の位置情報を微分して電動機速度ωMを算出する。図9の前置フィルタ部8を速度指令作成部20の内部に配置してもよい。
【0080】
図9の速度制御装置において、制御対象、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制することができる。速度制御装置は、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に自動的に適切に電動機を制御する。速度制御装置は、トルク指令が過大になることを自動的に防止する。図9の前置フィルタ部8のパラメータ設定を自動化することにより、制御装置の操作性を改善できる。
【0081】
図1のフィルタ部9は、図5の構成でなくても良い。図4(a)のように所定の周波数ωa(好ましくは、制御対象3の反共振周波数fr×2π近傍)及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを有する構成であればよい。
図1の制御対象位置θLが複数の振動周波数で振動している場合は、フィルタ部9は、複数の振動周波数及びそれらの近傍の周波数の利得を下げ、且つ高域の利得を抑える特性とする。
【0082】
図2のフローチャートにおいて、ステップS2の状態量取込処理は開始からステップS5の前までのいずれかのタイミングで行えばよい。
電動機は特定の種類に限定されない。電動機は、直流電動機、永久磁石同期電動機、又は誘導電動機であっても良い。電動機は回転型の電動機に限定されず、リニアモータであっても良い。
位置指令θ*の指令パターンは位置指令作成部1でなく、サーボコントローラ6内部の位置指令入力部7で作成しても良い。この場合、位置指令入力部7は作成した指令パターンに基づき、一定周期ごとに位置指令θ*を出力する。
【0083】
《実施の形態2》
図10〜15を用いて、本発明の実施の形態2の電動機の制御方法及び制御装置を説明する。図10は本発明に係る実施の形態2の電動機の制御方法における制御ブロックの構成を示す図である。図10において、実施の形態1の図1と異なる点は、前置フィルタ部8の構成である。実施の形態2の前置フィルタ部8は、フィルタ部9の代わりに、等価フィルタ部11と補償値印加部30とを有する。図10において、図1と同じ符号のブロックは、実施の形態1と同じ役割をする。
【0084】
図10の制御装置の詳細な動作を説明する。位置指令作成部1、位置検出部4は実施の形態1と同じため説明を省略する。サーボコントローラ6は、ディジタル制御を行う。サーボコントローラ6は、位置指令作成部1からの位置指令と、位置検出部4からの電動機位置θMとを一定周期ごとに入力し、演算処理して、電動機2の電流Iを制御する。
サーボコントローラ6が実行する1周期の演算処理のフローチャートを図11に示す。サーボコントローラ6は、図11に示す演算処理を一定の演算周期(例えば166μs)毎に繰り返す。図11の処理を図10〜12を用いて説明する。図11において、図2と同じ符号のステップは実施の形態1と同じ処理を行う。図11のステップS1からS3までは図2のステップS1からS3と同じ処理を行うため説明を省略する。
【0085】
等価フィルタ部11は、位置指令θ*を入力し、補償値Xcを出力する(ステップS10の前置フィルタ処理)。図12に等価フィルタ部11の伝達関数をラプラス演算子sを用いて示す。実際には図12の伝達関数を双一次変換などの手法で変換したディジタルフィルタに変換して、等価フィルタ部11はディジタルフィルタとして演算を行なう。ディジタルフィルタはステップS1で出力した位置指令θ*を入力し、補償値Xcを出力する。等価フィルタ部11の構成を図12とする理由は後で述べる。
【0086】
位置偏差演算部(差分器)13は、ΔθM(n)=θ*(n)−θM(n)を計算して電動機位置偏差ΔθM(n)を出力する(ステップS11の位置制御処理1)。補償値印加部(加算器)30は、ステップS11の出力値ΔθM(n)にステップS10の出力値Xc(n)を加算した値を出力する(ステップS12の補償値印加処理)。位置制御部14は、ステップS12の出力値(ΔθM(n)+Xc(n))に位置比例ゲインKppを乗じた値である電動機速度指令ωM*(n)を出力する(ステップS13の位置制御処理2)。
【0087】
速度偏差演算部(差分器)16は、ステップS13の出力値(位置制御部14の出力値)からステップS2で取り込んだ電動機位置θM(n)を減じた値ΔωM(n)=ωM*(n)−θM(n)を出力する(ステップS14の速度制御処理1)。速度制御部17は、ステップS14の出力値ΔωM(n)を用いて式(3)及び式(4)の比例積分演算を行い、トルク指令T*(n)を出力する(ステップS15の速度制御処理2)。電流制御部18は、ステップS15の出力値T*(n)に対応する電流Iが電動機2に流れるよう制御する(ステップS16の電流制御処理)。以上が図11のフローチャートに示すサーボコントローラ6の内部演算1周期分の演算処理である。
【0088】
等価フィルタ部11の構成を図12とする理由を述べる。図1の実施の形態1のフィルタ部9の伝達関数は式(6)(図5)である。
{(1/ωa)・s+1}/{(1/ωf)・s+2ζ/ωf・s+1}(6)
【0089】
式(6)を変換すると式(7)となる。
1+[{(1/ωa−1/ωf)・s−(2ζ/ωf)・s}/{(1/ωf)・s+(2ζ/ωf)・s+1}]  (7)
【0090】
これに基づき、図5を等価変換すると図13となる。図13のブロック3は図12と等しい。したがって、図1の実施の形態1の構成と、図10の本実施の形態の構成は等価である。実施の形態2は実施の形態1と等価であり、同一の効果を奏する。
【0091】
実施の形態2では、実施の形態1と比較して、θMの収束値が位置指令θ*の収束値からずれない。実施の形態2では、前置フィルタ部8の補償値Xcは位置偏差演算部13の後段の補償値印加部30で、電動機位置偏差ΔθMに加算される。位置偏差演算部13は、ΔθM=θ*−θMの演算を行う。指令追従制御部12は、電動機位置偏差ΔθMが0となるよう制御する。制御装置は位置指令θ*をそのまま目標値として電動機位置θMを制御する故、位置指令θ*の収束値(停止位置)と電動機位置θMの収束値が一致する。よって本実施の形態は、位置指令θ*の収束値からθMの収束値がずれない。
【0092】
図1の実施の形態1では、位置偏差演算部(減算器)13は、ΔθM=θM*−θMの演算を行う。指令追従制御部12は、電動機位置偏差ΔθMが0となるよう制御する。電動機位置指令θM*の収束値(停止位置)は図1のフィルタ部9の演算で発生する桁落ち等に起因して、位置指令θ*の収束値と異なる場合がある。
位置指令θ*と電動機位置θMの収束値が異なる故、位置指令θ*の収束値からθMの収束値がずれる。実施の形態1では位置指令θ*と電動機位置指令θM*の収束値を常に一致させるには、ずれ補償の処理が必要であった。実施の形態2では、ずれ補償の処理は必要ない。
【0093】
以上より、実施の形態2では実施の形態1と同等の効果が得られる。実施の形態2の制御方法及び制御装置は、制御対象、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機2及び制御対象3の振動を抑制する。実施の形態2の制御方法及び制御装置は、指令パターン又は制御対象3の特性によらず常に自動的に電動機及び制御対象の振動を抑制する。トルク指令T*が過大な値となることが、自動的に防止される。図10の等価フィルタ部11のパラメータ設定をすべて自動的に行なうことにより、制御装置の操作性が向上する。実施の形態2の制御方法及び制御装置は、制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても、適応的にフィルタのパラメータの値を変えて、常に振動を低減する。
本実施の形態においては、図1のフィルタ9を等価変化しフィードフォワード構成とすることにより、演算の桁落ちによるずれがなくなる。ずれ補償を行う必要がない分、ソフトウエアによる演算時間を短縮でき、ソフト作成にかかる労力を軽減できる。又はずれ補償の回路をなくすことができ、LSIの開発労力を軽減し、LSIのチップ面積を小さくすることが出来る。
【0094】
図10の補償値印加部30は、位置偏差演算部13の後段に構成されていれば、メインの信号経路上のどこで印加しても良い。例えば、図10を図14又は図15に等価的に変換しても良い。図14及び図15の制御装置は、図10と同じ効果を奏する。図14の制御装置のフローチャート(制御方法)は、図11のステップS10において等価フィルタ部11及び位置制御部14の処理を行なって補償値Xcを算出し、図11のステップS12(補償値印加処理)をステップS13とステップS14の間で実行する。図15の制御装置のフローチャート(制御方法)は、図11のステップS10において等価フィルタ部11、位置制御部14及び速度制御部17の処理を行なって補償値Xcを算出し、図11のステップS12(補償値印加処理)をステップS15とステップS16の間で実行する。
【0095】
本実施の形態では図5の構成を式(7)により図13に等価変換した。本発明においては図5の伝達関数に限られず、図4(a)のような所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性と、を有する任意の伝達関数を用いることが出来る。式(7)と同様に、そのような伝達関数を1+Ge(s)の形に等価変換し、Ge(s)をフィードフォワード構成とすることができる。これにより、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図11のステップS3の前置フィルタパラメータ自動設定処理は、ステップS10の前置フィルタ処理の前までに処理を終えれば、任意の時点で実行しても良い。ステップS10の前置フィルタ処理は、ステップS12の補償値印加処理の前までに処理を終えれば、任意の時点で実行しても良い。
【0096】
図10において指令追従制御部12の構成は、位置指令θ*に電動機位置θMが追従するよう制御を行う構成であれば、他の構成であっても本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
図10の前置フィルタ部8は位置指令作成部1の内部に配置してもよい。
本実施の形態は位置制御系について説明を行ったが、実施の形態1で説明したのと同様に、速度制御系にも本発明を適用可能である。この場合前置フィルタ部は、速度指令パターンを作成して速度指令を出力する速度指令作成部の内部に配置してもよい。
図10の制御対象位置θLが複数の振動周波数で振動している場合は、等価フィルタ部11の伝達関数をGe(s)とすると、伝達関数1+Ge(s)は、複数の振動周波数及びそれらの近傍の周波数の利得を下げ、且つ高域の利得を抑える特性とする。
【0097】
図11のフローチャートにおいて、ステップS2の処理は開始からステップS11の前までのいずれかのタイミングで行えばよい。
電動機はある特定の種類に限定されない。電動機は、直流電動機、永久磁石同期電動機、又は誘導電動機であっても良い。電動機は回転型の電動機に限定されず、リニアモータであっても良い。
位置指令θ*の指令パターンは位置指令作成部1でなく、サーボコントローラ6内部の位置指令入力部7で作成しても良い。この場合、位置指令入力部7は作成した指令パターンに基づき、一定周期ごとに位置指令θ*を出力する。
【0098】
《実施の形態3》
図16〜21を用いて、本発明の実施の形態3の電動機の制御方法及び制御装置を説明する。図16は本発明に係る実施の形態3の電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。図16において、実施の形態1の図1と異なる点は、前置フィルタ部8の構成である。実施の形態3の前置フィルタ部8は、フィルタ部9の代わりに、指令推定部40と等価内部フィルタ部41と補償値印加部(加算器)42とを有する。更に、位置指令入力部7、位置偏差演算部13、位置制御部14がサーボコントローラ43の外部に構成されている。サーボコントローラ43の外部に配置されたこれらのブロックは、例えば既存のLSI又は処理内容が公開されていない既存のソフトウエアで構成されている。これらのブロックにおける処理は変更することができず、且つこれらのブロックの出力信号は、特定の信号しか読み取ること(本発明の制御方法及び制御装置が利用すること)ができない。これらの点が図1と異なる。図16において、図1と同じ符号のブロックは、実施の形態1と同じ役割をする。
【0099】
図16の制御装置の詳細な動作を説明する。位置指令作成部1、位置検出部4は実施の形態1と同じため説明を省略する。位置指令入力部7、位置偏差演算部13、位置制御部14は実施の形態1と同じ役割を持つため、その説明は省略するが、実施の形態1と異なりサーボコントローラ43の外に構成されている。これらのブロックの動作を変更することができない。サーボコントローラ43は、位置制御部14が出力する速度指令ω*のみを入力する。サーボコントローラ43は、速度指令ω*以外の情報(例えば位置指令θ*)を上位から入力することができない。
サーボコントローラ43はディジタル制御を行う。サーボコントローラ43は、位置制御部14からの速度指令ω*と、位置検出部4からの電動機位置θMとを一定周期ごとに取り込み、演算処理して電動機2の電流Iを制御する。サーボコントローラ43が実行する1周期の演算処理のフローチャートを図17に示す。サーボコントローラ43は、図17に示す演算処理を一定の演算周期(例えば166μs)毎に繰り返す。図17の処理を図16〜18を用いて説明する。図2と同じ符号のステップにおいては実施の形態1での処理と同じ処理を行う。
【0100】
サーボコントローラ43は、位置制御部14が出力する速度指令ω*を取り込み、ω*(n)とする(ステップS20の指令取込処理)。ステップS2とステップS3は実施の形態1と同じため説明を省略する。指令推定部40、等価内部フィルタ部41、補償値印加部42は、演算を行って、速度指令ω*に補償値Xcを印加する(ステップS21の前置フィルタ処理)。
指令推定部40は、速度指令ω*と電動機位置θMから下記式(8)を用いて推定位置指令θe*を推定演算する。
θe(n)=ω*(n)/Kpp+θM(n)  (8)
【0101】
図18に等価内部フィルタ部41の内部ブロックの伝達関数を示す。図13のブロック3と同じ構成、つまり図1の前置フィルタ9を式(7)を用いて等価変換した時の第2項の構成に、位置制御部の比例ゲインKppを乗じた構成である。実際には図18の伝達関数を双一次変換などの手法で変換したディジタルフィルタに変換して、等価内部フィルタ部41はディジタルフィルタとして演算を行なう。ディジタルフィルタは、式(8)で算出した推定位置指令θe*を入力し、補償値Xcを出力する。入力が位置指令θ*であるか又は推定位置指令θe*であるかの違いを除けば、図18は実施の形態2(図14)と同じ原理で動作する。図18の構成により、実施の形態2と同様の振動抑制効果が得られる。補償値印加部(加算器)42は、速度指令ω*と等価内部フィルタ部41が出力する補償値Xcとを加算し、ωM*として出力する。等価内部フィルタ部41の構成を図18とする理由は後で述べる。
ステップS6、ステップS7は実施の形態1と同じため説明を省略する。以上が図17のフローチャートに示すサーボコントローラ43の1周期の演算処理である。
【0102】
等価内部フィルタ部41の構成を図18とする理由を述べる。図1の実施の形態1の構成を、図19にラプラス演算子を用いたブロック図で示す。図19のFはフィルタ部9の伝達関数を表す式(6)である。G(s)は図29の電動機102の伝達関数であり、トルク指令T*から電動機位置θMまでの伝達関数である。sはラプラス演算子である。図19を等価変換したブロック図を図20に示す。図20において、F11、F21、F31、F32、F33はそれぞれ式(9)〜(13)である。
【0103】
F11(s)=Kpp・{(1/ωf−1/ωa)・s+(2ζ/ωf)・s}/{(1/ωa)・s+1} (9)
F21(s)=Kpp・{(1/ωf−1/ωa)・s+(2ζ/ωf)・s}/{(1/ωf)・s+(2ζ/ωf)・s+1} (10)
F31(s)=1/Kpp  (11)
F32(s)=1      (12)
F33(s)=Kpp・{(1/ωa−1/ωf)・s−(2ζ/ωf)・s}/{(1/ωf)・s+(2ζ/ωf)・s+1} (13)
【0104】
図20(a)においてはブロックF11が周波数特性にゲインピークを持つ故に、実装した際に制御系が不安定になりやすい(例えばブロックF11の出力信号がリミットをかけられて、制御装置の制御が不安定になる。)。図20(b)においてはブロックF(s)が位置制御ループに直列に入る。F(s)が高域のフィードバック情報を除去してしまう故、制御装置の応答性が低下する。
図20(c)は本実施の形態の構成である。図20(c)の構成においては、図20(a)のようにゲインピークを持つブロックがないため、実装の際の制御系の安定性を確保できる。且つ、フィードバック情報と独立に振動抑制の補償量Xcを算出する故、図20(b)のように位置制御ループの応答性が低下しない。実施の形態3のように指令作成部及び制御ブロックの構成変更の自由度が限定されている場合でも(例えば既存のLSIの内部ブロックをそのまま使用し、そのブロックについては仕様を変更できない場合でも)、図1の前置フィルタ8を等価変換した図20(c)の構成により、制御系の安定性及び応答性を損なうことなく振動抑制効果を得ることができる。
【0105】
以上より、本実施の形態は、制御対象(負荷)、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機2及び制御対象3の振動を抑制することができる。実施の形態2の制御方法及び制御装置は、指令パターン又は制御対象3の特性によらず常に自動的に電動機及び制御対象の振動を抑制する。トルク指令T*が過大な値になることが自動的に防止される。図16の前置フィルタ部8のパラメータ設定をすべて自動的に行なうことにより、制御装置の操作性が向上する。実施の形態3の制御方法及び制御装置は、制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても、適応的にフィルタのパラメータの値を変えて、常に振動を低減する。
本実施の形態は、図1のフィルタ9を等価変化し内部構成型とすることにより、演算の桁落ちによるずれがなくなる。ずれ補償を行う必要がない分、ソフトウエアによる演算時間を短縮でき、ソフト作成にかかる労力を軽減できる。又はずれ補償の回路をなくすことができ、LSIの開発労力を軽減し、LSIのチップ面積を小さくすることが出来る。
本発明によれば、指令作成部又は制御ブロックの構成変更の自由度が限定されている場合でも、制御系の安定性及び応答性を損なうことなく振動抑制効果を得ることができる。
【0106】
図20(c)は図21(a)のように電動機速度ωMから推定指令θe*を算出してもよい。フィードバックループ自体の安定性、応答性と独立に補償量Xcを算出する形式であれば、図20(c)を任意に等価変換をしても良い。例えば図20(c)を図21(b)、(c)のように等価変換しても良い。この場合、F34、F35、F36はそれぞれ式(14)〜(16)となる。
【0107】
F34(s)=1/Kpp・s  (14)
F35(s)=1        (15)
F36(s)=Kpp・{(1/ωa−1/ωf)・s−2ζ/ωf}/{(1/ωf)・s+(2ζ/ωf)・s+1} (16)
【0108】
図20(c)及び図21の構成が変わらなければ、F31、F32、F33及びF34、F35、F36の式を他の式に等価変換してもよい。例えば、F34、F35、F36を式(17)〜(19)に等価変換してもよい。
【0109】
F34(s)=s   (17)
F35(s)=Kpp (18)
F36(s)={(1/ωa−1/ωf)・s−2ζ/ωf}/{(1/ωf)・s+(2ζ/ωf)・s+1}(19)
【0110】
図20、図21に等価変換する前の図1のフィルタ部9の構成は、式(6)の構成に限られない。図4(a)のような所定の周波数ωa及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを有する任意の構成をとることができる。
図16の制御対象位置θLが複数の振動周波数で振動している場合は、フィルタ部9は、複数の振動周波数及びそれらの近傍の周波数の利得を下げ、且つ高域の利得を抑える特性とする。
電動機はある特定の種類に限定されない。電動機は、直流電動機、永久磁石同期電動機、又は誘導電動機であっても良い。電動機は回転型の電動機に限定されず、リニアモータであっても良い。
【0111】
《実施の形態4》
図22、23を用いて、本発明の実施の形態4の電動機の制御方法及び制御装置を説明する。図22は本発明に係る実施の形態4の電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態が図1の実施の形態1と異なる点を述べる。図22の本実施の形態の制御装置においては、パラメータ自動設定部10が制御対象(負荷)3の振動周波数ωaを算出する方法が実施の形態1(図1)と異なる。本実施の形態の制御装置は振動検出部5(図1)を有していない。パラメータ自動設定部10は、電動機位置θMに基づきωaを求める。この点で実施例4は実施の形態1と異なる。本実施の形態の制御装置は、図1の振動検出部5が不要である故、実施の形態1より安価である。
【0112】
本実施の形態においては、制御対象位置θLの振動と同じ周波数の振動成分が電動機位置θMで検出できることが必要である。例えば制御対象3の慣性が電動機2の慣性に比較して非常に小さく、制御対象位置θLの振動と同じ周波数の振動成分が電動機位置θMに現れにくく、電動機位置θMから制御対象位置θLの振動を検出できない場合には、実施の形態4の構成を適用できない。電動機位置θMから制御対象位置θLの振動周波数ωaを算出できないからである。この点において、実施の形態4は、実施の形態1と異なり適用範囲に制約がある。
実施の形態4において、制御対象位置θLの振動と同じ周波数の振動成分が電動機位置θMで検出できるものとする。
【0113】
図22の制御装置の詳細な動作を説明する。位置指令作成部1、位置検出部4は実施の形態1と同じため説明を省略する。サーボコントローラ6はディジタル制御を行う。サーボコントローラ6は、位置指令作成部1からの位置指令と、位置検出部4からの電動機位置θMとを一定周期ごとに入力し、演算処理して電動機2の電流Iを制御する。サーボコントローラ6が実行する1周期の演算処理のフローチャートを図23に示す。サーボコントローラ6は、図23に示す演算処理を一定の演算周期(例えば166μs)毎に繰り返す。図23の処理を図22を用いて説明する。図23においてステップS22以外の処理は実施の形態1と同じため、説明を省略する。
【0114】
ステップS22の前置フィルタパラメータ自動設定処理では、パラメータ自動設定部10は、位置検出部4が検出した電動機位置θMに基づき、制御対象位置θLの振動周波数ωaを算出する。パラメータ自動設定部10は、例えば位置指令θ*の変化終了後の電動機位置偏差ΔθMのゼロクロス時間間隔を測定して電動機位置θMの振動周波数を算出する。電動機位置偏差Δθに代えて、電動機速度偏差ΔωM、又はトルク指令T*などの指令追従制御部12内部の状態量を用いてωaを算出しても良い。電動機位置θMの振動周波数と制御対象位置θLの振動周波数は理論的に同一であるため、算出した電動機位置θMの振動周波数を制御対象位置θLの振動周波数frとする。ωa=2π・frとする。
【0115】
パラメータ自動設定部10は、算出したωaに基づきωfを決定する。ωfは、高域の利得を下げる特性を持つフィルタ部9(図22)のカットオフ周波数を決める。ωfの決定においては、例えば図3に示すωaとωfとの関係を決めるグラフに基づくテーブル又は計算式を用いる。ωaと位置指令θ*の加速度を引数とした2次元テーブルを用いてωfを決定しても良い。減衰係数ζは1に固定する。ωaの役割と、ωfの役割と、ωaと位置指令θ*の加速度を引数としてωfを決定する理由と、ζの適切な設定値の詳細な説明は実施の形態1で行ったためここでは省略する。
【0116】
以上より、本実施の形態は、制御対象(負荷)自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機2及び制御対象3の振動を抑制することができる。実施の形態4の制御方法及び制御装置は、指令パターン又は制御対象3の特性によらず常に自動的に電動機及び制御対象の振動を抑制する。トルク指令T*が過大な値になることが自動的に防止される。前置フィルタ部8のパラメータ設定をすべて自動的に行なうことにより、制御装置の操作性が向上する。実施の形態4の制御方法及び制御装置は、制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても、適応的にフィルタのパラメータの値を変えて、常に振動を低減する。
本実施の形態の制御方法及び制御装置は、実施の形態1の図1の振動検出部5が不要であるため、実施の形態1より安価である。
【0117】
図22において、指令追従制御部12の構成は、電動機位置指令θM*に電動機位置θMが追従するよう制御を行う構成であれば、他の構成であっても良い。そのような構成によっても、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。
本実施の形態は位置制御系について説明を行ったが、実施の形態1で説明したのと同様に、速度制御系においても本発明を適用可能である。この場合前置フィルタ部8は、速度指令パターンを作成して速度指令を出力する速度指令作成部の内部に配置してもよい。
図22のフィルタ部9の構成は、図4(a)のような所定の周波数ωa及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを有していれば、任意である。
【0118】
図22の前置フィルタ部8は位置指令作成部1の内部に配置してもよい。
図22の制御対象位置θLが複数の振動周波数で振動している場合は、フィルタ部9は、複数の振動周波数及びそれらの近傍の周波数の利得を下げ、且つ高域の利得を抑える特性とする。
図23のフローチャートにおいて、ステップS2の処理はステップS1の前に行っても良い。
電動機は特定の種類に限定されない。電動機は、直流電動機、永久磁石同期電動機、又は誘導電動機であっても良い。電動機は回転型の電動機に限定されず、リニアモータであっても良い。
位置指令θ*の指令パターンは位置指令作成部1でなく、サーボコントローラ6内部の位置指令入力部7で作成しても良い。この場合位置指令入力部7は作成した指令パターンに基づき、一定周期ごとに位置指令θ*を出力する。
【0119】
《実施の形態5》
図24、25を用いて、本発明の実施の形態5の電動機の制御方法及び制御装置を説明する。図24は本発明に係る実施の形態5の電動機の制御装置の構成を示すブロック図である。
本実施の形態が図1の実施の形態1と異なる点を述べる。図24の本実施の形態の制御装置では、パラメータ自動設定部10が制御対象(負荷)3の振動周波数ωaを算出する方法が実施の形態1(図1)と異なる。本実施の形態の制御装置は振動検出部5(図1)を有していない。本実施の形態では、パラメータ自動設定部10は、サーボコントローラ6の内部で演算に用いられる状態量から、電動機2及び制御対象3の数式モデルを用いて制御対象位置θLの振動周波数ωaを求める。
【0120】
図24の制御装置の詳細な動作を説明する。位置指令作成部1、位置検出部4は実施の形態1と同じため説明を省略する。サーボコントローラ6はディジタル制御を行う。サーボコントローラ6は、位置指令作成部1からの位置指令と、位置検出部4からの電動機位置θMとを一定周期ごとに入力し、演算処理して電動機2の電流Iを制御する。サーボコントローラ6が実行する1周期の演算処理のフローチャートを図25に示す。サーボコントローラ6は、図25に示す演算処理を一定の演算周期(例えば166μs)毎に繰り返す。図25の処理を図24を用いて説明する。ステップS25、S26、S27以外の処理は実施の形態1と同じため、説明を省略する。
ステップS25で、パラメータ自動設定部10は、電動機2が加速中かどうかを判断する。加速中であればステップS26の慣性推定処理に進み、加速中でなければステップS27の前置フィルタパラメータ自動設定処理に進む。ステップS26の慣性推定処理では、パラメータ自動設定部10は、サーボコントローラ6内の状態量である電動機位置θMとトルク指令T*とから、制御対象3の慣性JLを推定する。パラメータ自動設定部10は、式(20)〜(24)の演算を行う。
【0121】
ωMc(n)=θM(n)−θM(n−1)  (20)
aM(n)=Ku・(ωMc(n)−ωMc(n−1))  (21)
aMf(n)=aMf(n−1)+Kf・(aM(n)−aMf(n−1))(22)
J(n)=aMf(n)/T*(n−1)   (23)
JL(n)=J(n)−JM         (24)
【0122】
ωMcは速度演算値、aMは加速度演算値、aMfはフィルタ後加速度演算値、Kfはフィルタ定数、Kuは単位系変換係数、Jは電動機2と制御対象3とを合わせた慣性、定数JMは電動機2の慣性である。ステップS27の前置フィルタパラメータ自動設定処理で、パラメータ自動設定部10は制御対象3の振動周波数frを算出する。ωa=2π・frとする。算出には式(25)を用いる。
【0123】
ωa(n)=(Ks/JL(n))1/2   (25)
【0124】
定数Ksはバネ定数である。ωaの算出に式(25)を用いる理由については後で述べる。算出したωaに基づき周波数ωfを決定する。ωfの決定は、例えば図3に示すωaとωfとの関係を決めたグラフに基づくテーブル又は計算式を用いる。ωaと位置指令θ*の加速度を引数とした2次元テーブルを用いてωfを決定しても良い。減衰係数ζは1に固定する。ωaの役割と、ωfの役割と、ωaと位置指令θ*の加速度を引数としてωfを決定する理由と、ζの適切な設定値の詳細な説明は実施の形態1で行ったためここでは説明を省略する。
【0125】
制御対象3の振動周波数ωaの算出に式(25)を用いる理由を述べる。従来例で説明したのと同様に、電動機2と制御対象3を図27のモデルで数式モデル化した場合、そのブロック図は図28になる。JMは電動機2の慣性、JLは制御対象3の慣性、Ksは電動機2と制御対象3の連結軸のバネ定数である。連結軸の慣性はJMとJLに比べて非常に小さいとして無視している。トルク指令T*から電動機位置θMまでの周波数特性は図30(a)となる。従来例の説明で述べたように、制御対象3の振動周波数ωa(=2π・fr)は図30(a)の反共振周波数付近となる。振動周波数ωaは、図28のブロック図より下記式(26)で導出される。
【0126】
ωa=(Ks/JL)1/2   (26)
【0127】
式(25)のωaの算出は式(26)に基づいている。
以上より、本実施の形態は、制御対象(負荷)自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機2及び制御対象3の振動を抑制することができる。実施の形態5の制御方法及び制御装置は、指令パターン又は制御対象3の特性によらず常に自動的に電動機及び制御対象の振動を抑制する。トルク指令T*が過大な値になることが自動的に防止される。前置フィルタ部8のパラメータ設定をすべて自動的に行なうことにより、制御装置の操作性が向上する。実施の形態5の制御方法及び制御装置は、制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても、適応的にフィルタのパラメータの値を変えて、常に振動を低減する。
本実施の形態の制御方法及び制御装置は、実施の形態1の図1の振動検出部5が不要であるため、実施の形態1より安価である。
【0128】
図25のステップS25、S26、S27で制御対象3の振動周波数ωaを算出する。ωaの推定法は式(20)〜式(25)に限られない。電動機2及び制御対象3の簡略化した数式モデルに基づき、サーボコントローラ6内部の状態量を用いてωa求める方法であれば、任意の方法をとることができる。
図24において指令追従制御部12の構成は、電動機位置指令θM*に電動機位置θMが追従するよう制御を行う構成であれば、他の構成であって良い。そのような構成によっても、本実施の形態と同様の効果が得られる。
【0129】
本実施の形態においては位置制御系について説明を行ったが、実施の形態1で説明したのと同様に、速度制御系にも本発明を適用可能である。この場合、前置フィルタ部は、速度指令パターンを作成して速度指令を出力する速度指令作成部の内部に配置してもよい。
図24のフィルタ部9の構成は、図4(a)のような所定の周波数ωa及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを有する構成であれば任意である。
図24の前置フィルタ部8は位置指令作成部1の内部に配置してもよい。
図24の制御対象位置θLが複数の振動周波数で振動している場合は、フィルタ部9は、複数の振動周波数及びそれらの近傍の周波数の利得を下げ、且つ高域の利得を抑える特性とする。
【0130】
図25のフローチャートにおいて、ステップS2の処理はステップS1の前に行っても良い。
電動機は特定の種類に限定されない。電動機は、直流電動機、永久磁石同期電動機、又は誘導電動機であっても良い。電動機は回転型の電動機に限定されず、リニアモータであっても良い。
位置指令θ*の指令パターンは、位置指令作成部1でなく、サーボコントローラ6内部の位置指令入力部7で作成しても良い。この場合位置指令入力部7は作成した指令パターンに基づき、一定周期ごとに位置指令θ*を出力する。
【0131】
【発明の効果】
本発明によれば、前置フィルタが所定の周波数ωa及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つことにより、制御対象(負荷)自体、もしくは電動機と制御対象とを連結する連結軸の剛性が低いことに起因して発生する電動機及び制御対象の振動を抑制する効果を得ることができる。
本発明によれば、指令パターン又は制御対象の特性によらず常に電動機及び制御対象の振動を抑制できる。トルク指令T*が過大な値になることを自動的に防止する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【0132】
本発明によれば、所定の周波数ωa及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を等価変換し、フィードフォワード型前置フィルタとすることにより、演算での桁落ち等に起因する電動機位置の収束値誤差が発生せず、演算誤差の補正が不要で高い位置決め精度を実現する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【0133】
本発明によれば、フィードバックループ内の状態量に基づき指令を推定した推定指令を生成し、所定の周波数ωa及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、推定指令をフィードフォワード補償項に作用させて内部補償量を決定し、その内部補償量をフィードバックループ内部に入力する内部構成型前置フィルタを構成することにより、指令作成部及び制御ブロックの構成変更の自由度が限定されている場合でも、制御系の安定性や応答性を損なうことなく振動を抑制する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【0134】
本発明によれば、所定の周波数ωaの利得を可変とすることにより、振動抑制効果を更に向上する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、前置フィルタもしくはフィードフォワード型前置フィルタもしくは内部構成型前置フィルタの、高域の利得を抑える特性をトルク指令T*が過大値になりやすい期間となりにくい期間に応じて変化させることにより、高域の利得を抑える特性による応答性の遅れを低減する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【0135】
本発明によれば、前置フィルタ部、フィードフォワード型前置フィルタ又は内部構成型前置フィルタが、高域の利得を抑える特性を少なくとも所定の周波数ωaに基づき自動的に決定することにより、自動的に応答性の良い電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、前置フィルタ部、フィードフォワード型前置フィルタ又は内部構成型前置フィルタが、所定の周波数ωaを自動設定することにより、制御対象の特性変動により振動周波数が変わっても安定して常に振動を低減する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【0136】
本発明は、制御対象の振動を検出し、その振動周波数に基づき所定の周波数ωaを決定する。これにより、最適の応答を自動的に行い、高い応答性を有する電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、振動周波数自動設定の際に、電動機の振動周波数に基づき所定の周波数ωaを決定することにより、制御対象の振動検出部を用いることなく、安価な電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
【0137】
本発明によれば、振動周波数自動設定の際に、電動機と制御対象の数式モデルを推定し、数式モデルに基づき所定の周波数ωaを決定することにより、制御対象の振動検出部を用いることなく、安価な電動機の制御方法及び制御装置を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、前置フィルタが前記電動機が出力したトルクから電動機位置までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数ωa及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つことにより、制御対象の振動を抑制し、高い応答性を有する制御方法及び制御装置を実現する。
【0138】
本発明に係る電動機の制御方法及び制御装置は、電動機を搭載する装置を制御対象とした場合、例えばワイヤボンダ、ダイボンダ、実装機、印刷機、多軸ロボット、又は工作機などの、機械剛性が低いことに起因し振動が発生しやすい任意の装置に適用することができる。これにより上記の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】
本発明に係る実施の形態1の電動機の制御方法の構成を示す制御ブロック図
【図2】
本発明に係る実施の形態1におけるフローチャート
【図3】
本発明に係る実施の形態1における引数と設定値の関係を示したグラフ
【図4】
(a)は本発明に係る実施の形態1におけるフィルタ部9の周波数特性図、(
b)は位置指令θ*から制御対象位置θLまでの周波数特性図
【図5】
本発明に係る実施の形態1におけるフィルタ部9の構成図
【図6】
本発明に係る実施の形態1における位置指令θ*と電動機位置指令θM*の波
形図
【図7】
本発明に係る実施の形態1におけるトルク指令T*の波形図
【図8】
本発明に係る実施の形態1における電動機位置偏差ΔθMと制御対象位置偏差
ΔθLの波形図
【図9】
本発明に係る実施の形態1の前置フィルタ部8を速度制御系に適用した場合の
ブロック図
【図10】
本発明に係る実施の形態2の電動機の制御方法の構成を示す制御ブロック図
【図11】
本発明に係る実施の形態2におけるフローチャート
【図12】
本発明に係る実施の形態2における等価フィルタ部11の構成図
【図13】
本発明に係る実施の形態1におけるフィルタ部9を等価変換した構成図
【図14】
本発明に係る実施の形態2における図10と等価な構成図
【図15】
本発明に係る実施の形態2における図10と等価な構成図
【図16】
本発明に係る実施の形態3の電動機の制御方法の構成を示す制御ブロック図
【図17】
本発明に係る実施の形態3におけるフローチャート
【図18】
本発明に係る実施の形態3における等価内部フィルタ部41の構成図
【図19】
本発明に係る実施の形態1における図1の構成をラプラス演算子を用いて表し
たブロック図
【図20】
本発明に係る実施の形態3における図19と等価な構成図
【図21】本発明に係る実施の形態3における図20(c)と等価な構成図
【図22】本発明に係る実施の形態4の電動機の制御方法の構成を示す制御ブロック図
【図23】本発明に係る実施の形態4におけるフローチャート
【図24】本発明に係る実施の形態5の電動機の制御方法の構成を示す制御ブロック図
【図25】本発明に係る実施の形態5におけるフローチャート
【図26】従来の電動機の制御方法の制御ブロック図
【図27】低剛性装置のモデル図
【図28】低剛性装置を数式モデル化したブロック図
【図29】従来の電動機の制御方法の制御ブロック図
【図30】従来の電動機の制御方法に係る、(a)はトルク指令T*から電動機位置θMまでの伝達関数の周波数特性図、(b)は電動機位置指令θM*から電動機位置θMまでの伝達関数の周波数特性図、(c)は電動機位置θMから制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性図、(d)は電動機位置指令θM*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性図
【図31】従来の電動機の制御方法における、(a)は位置指令θ*の指令パターン図、(b)は位置指令θ*の微分波形図
【図32】従来の電動機の制御方法における、前置フィルタ部107がない場合の電動機位置偏差ΔθMと制御対象位置偏差ΔθLの波形図
【図33】従来の電動機の制御方法における、(a)は前置フィルタ部107の周波数特性図、(b)は位置指令θ*から制御対象位置θLまでの伝達関数の周波数特性図
【図34】従来の電動機の制御方法における、電動機位置偏差ΔθMと制御対象位置偏差ΔθLの波形図
【図35】従来の電動機の制御方法における、前置フィルタ部107がない場合で位置比例ゲインKpp、速度比例ゲインKvpが低い場合の電動機位置偏差ΔθMと制御対象位置偏差ΔθLの波形図
【図36】従来の電動機の制御方法における、位置指令θ*と電動機位置指令θM*の波形図
【図37】従来の電動機の制御方法における、T*の波形図
【図38】本発明を搭載した実装機を示す図
【符号の説明】
1  位置指令作成部
2  電動機
3  制御対象
4  位置検出部
5  振動検出部
6、22、43 サーボコントローラ
7  位置指令入力部
8  前置フィルタ部
9  フィルタ部
10 パラメータ自動設定部
11 等価フィルタ部
12 指令追従制御部
13 位置偏差演算部
14 位置制御部
15 速度演算部
16 速度偏差演算部
17 速度制御部
18 電流制御部
20 速度指令作成部
21 速度検出部
23 速度指令入力部
24 指令追従制御部
30、42 補償値印加部
40 指令推定部
41 等価内部フィルタ部
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control method and a control device for a motor that suppresses vibration of the motor or the control target, which is generated due to low mechanical rigidity of a control target of the motor or a connecting shaft that connects the motor and the control target. About.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in positioning control using an electric motor, digital servo control using a microcomputer has been performed. 1993 IEEJ National Convention No. 1759, "Control of Torsional Vibration of Reduction Gear", discloses a conventional motor control device for suppressing vibration.
A conventional motor control device will be described. FIG. 26 is a configuration diagram of a conventional motor control device. In FIG. 26, 101 is a position command creation unit, 102 is an electric motor, 103 is a control target (load), 104 is a position detection unit, and 105 is a servo controller. The servo controller 105 has a position command input unit 106, a pre-filter unit 107, and a command follow-up control unit 108. The command follow-up controller 108 includes a position deviation calculator (subtractor) 109, a position controller 110, a speed calculator 111, a speed deviation calculator (subtractor) 112, a speed controller 113, and a current controller 114. s is a Laplace operator.
[0003]
The position command creating unit 101 creates a position command and inputs the position command to the position command input unit 106 of the servo controller 105. The position command input unit 106 sends the position command θM * to the command follow-up control unit 108 via the pre-filter unit 107. The control device of the conventional example controls the motor 102 so that the position of the control target (load) 103 connected to the motor (hereinafter referred to as “control target position θL”) matches the position command θ *. Device. In FIG. 26, the control target position θL cannot be detected. The position detection unit 104 detects the position of the electric motor 102 (hereinafter, referred to as “electric motor position θM”). The servo controller 105 controls the motor 102 so that the motor position θM matches the position command θ *. Thereby, the control device of the conventional example controls the electric motor 102 such that the control target position θL matches the position command θ *. The motor position θM and the control target position θL are controlled so as to quickly follow the position command θ *.
[0004]
In a control system in which the rigidity of the control target (load) 103 itself and the connecting shaft connecting the motor 102 and the control target 103 is high, the control device of the related art uses the control target position θL with high accuracy to match the position command θ *. So that the electric motor 102 can be controlled.
In a control system having a low rigidity of the control object 103 itself or a connecting shaft that connects the electric motor 102 and the control object 103 (including a control system that performs control with a high degree of accuracy such that the torsion of the connecting shaft cannot be ignored). A phase difference occurs between the position θL and the motor position θM, and torsional vibration of the connecting shaft is likely to occur. In a control device that controls the electric motor 102 so that the electric motor position θM matches the position command θ *, when the vibration due to the torsion of the connecting shaft occurs, the speed at which the control target position θL converges to the position command θ * becomes slow.
[0005]
In the conventional example, the pre-filter unit 107 receives the pattern of the position command θ * and changes it to a pattern θM * (motor position command) that does not excite the vibration of the control target position θL. The command following control unit 108 controls the motor 102 so that the motor position θM matches the motor position command θM *. The pre-filter unit 107 suppresses the vibration of the control target position θL, and increases the speed at which the motor position θM and the control target position θL converge on the position command θ *.
[0006]
A basic calculation flow in the conventional control device shown in FIG. 26 will be described. The position command input unit 106 inputs the position command created by the position command creation unit 101. The position command input unit 106 converts the input position command into units, generates and outputs a position command θ * that matches a unit system used for calculation in the servo controller 105.
The pre-filter unit 107 performs second-order differentiation of the position command θ * to obtain a predetermined coefficient 1 / (ωa 2 ) Is calculated to calculate a vibration suppression compensation value. The pre-filter unit 107 generates the motor position command θM * by adding the position command θ * and the calculated vibration suppression compensation value, and outputs the generated motor position command θM *. Assuming that the anti-resonance frequency of the system from the torque output by the motor to the motor 102 is fr, preferably ωa = 2π · f (f is fr or a frequency near fr). The principle of suppressing the vibration by the pre-filter unit 107 will be described later.
[0007]
The flow of the internal calculation of the command following control unit 108 will be described in detail. The position deviation calculator (subtractor) 109 receives the motor position command θM * and the motor position θM, and calculates a motor position deviation ΔθM (= θM * −θM). The position control unit 110 outputs a speed command ωM * (= Kpp · ΔθM) using the position proportional gain Kpp.
The speed calculator 111 differentiates the motor position θM to calculate the motor speed ωM (= θM · s). The speed deviation calculator (subtractor) 112 receives the speed command ωM * and the motor speed ωM, and calculates a speed deviation ΔωM (= ωM * −ωM).
Speed control section 113 performs a proportional integral operation based on speed deviation ΔωM, and outputs torque command T *. The current control unit 114 controls the current value I flowing through the motor 102 so that the torque TM output by the motor 102 becomes T *.
[0008]
The principle of suppressing vibration by the pre-filter unit 107 will be described. A system in which the electric motor 102 moves the control target 103 is represented by a two-inertia system (the electric motor 102 and the control target 103) model (FIG. 27) which is generally used as a resonance system model. Actually, a system in which the torque TM moves the control target position θL may be represented by a complicated mathematical model.
[0009]
FIG. 28 is a block diagram showing, by a mathematical model, a system in which the electric motor 102 shown in FIG. 27 moves the control target 103 through the low-rigidity connection shaft. In FIG. 28, electric motor 102 generates actual torque TM with a sufficiently fast response in response to torque command T *. It is assumed that the transfer function from the input of the torque command T * to the generation of the actual torque TM is TM / T * = 1. JM is the inertia of the electric motor 102, JL is the inertia of the control target 103, and Ks is the spring constant of the connection shaft. The inertia of the connecting shaft is ignored because it is sufficiently smaller than JM and JL.
[0010]
When the transfer function θM / T * from the torque command T * to the electric motor position θM is obtained based on the mathematical model in FIG. 28, the equation (1) is obtained.
(JLs 2 + Ks) / [{JM / JLs 2 + Ks (JM + JL)} s 2 ] (1)
[0011]
When the transfer function θL / θM from the electric motor position θM to the control target position θL is obtained based on the mathematical model of FIG. 28, Expression (2) is obtained.
Ks / (JLs 2 + Ks) (2)
[0012]
FIG. 29 is a block diagram expressed by a Laplace operator s equivalent to the configuration diagram of FIG. 26 using the equations (1) and (2) obtained from the block diagram of FIG. In FIG. 29, blocks denoted by the same reference numerals as in FIG. 26 have the same functions as in FIG.
In FIG. 29, when there is no pre-filter unit 107, the position command θ * = θM *. In FIG. 29, the transfer function from the motor position command θM * to the control target position θL and the transfer function from the position command θ * to the control target position θL are compared to determine whether or not the pre-filter unit 107 is provided. Explain the difference in response.
[0013]
The frequency characteristics of the transfer function when the pre-filter unit 107 is not provided, that is, from the motor position command θM * to the control target position θL in FIG. 29 will be described. The frequency characteristic of the transfer function from the torque command T * to the motor position θM in FIG. 29 is given by FIG. In FIG. 30A, the horizontal axis is frequency, and the vertical axis is gain and phase. The horizontal axis is logarithmic. In other frequency characteristic diagrams, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents gain and phase. The horizontal axis is logarithmic.
FIG. 30A has a resonance point and an anti-resonance point because the rigidity of the control target is low. In FIG. 30A, a frequency at which resonance occurs is called a resonance frequency, and a frequency at which anti-resonance occurs is called an anti-resonance frequency. The frequency characteristic of the transfer function of the system including the feedback loop from the motor position command θM * to the motor position θM is as shown in FIG.
The frequency characteristic of the transfer function from the motor position θM to the control target position θL is as shown in FIG. The frequency characteristics of the transfer function from the motor position command θM * to the control target position θL (response frequency characteristics of the control device without the pre-filter unit 107) are the same as those shown in FIGS. 30B and 30C. Thus, FIG. 30D is obtained. FIG. 30D has a gain peak at the anti-resonance frequency fr.
[0014]
FIG. 31A is a pattern of a motor position command θM * for instructing to shift the position of the motor 102 by a certain amount. The vertical axis represents the motor position command θM * (the amount of displacement of the position of the motor 102), and the horizontal axis represents time. This is a commonly used S-shaped command. FIG. 31B is a differential waveform of the electric motor position command θM * in FIG. 31A and has a trapezoidal pattern. FIG. 32 shows the response of the motor position deviation ΔθM and the response of the control target position deviation ΔθL, which is the difference between the control target position θL and the motor position command θM *. The position command output period in FIG. 32 indicates a period during which the motor position command θM * in FIG. 31 (a) fluctuates, that is, a period during which the differential value of the motor position command θM * in FIG. 31 (b) is not zero.
As shown in FIG. 32, after the completion of the output of the position command, the control target position deviation ΔθL vibrates more greatly than the motor position deviation ΔθM. When the vibration frequency of the control target position θL is measured, the vibration frequency is determined as the frequency at which the gain peak occurs in the frequency characteristic of the transfer function from the motor position command θM * to the control target position θL shown in FIG. ) Nearby frequencies. Due to the low rigidity of the shaft connecting the electric motor 102 and the control target 103, the control target position θL generates large vibration after the completion of the position command output.
[0015]
Next, the frequency characteristics of the transfer function when the pre-filter unit 107 is provided, that is, from the position command θ * to the control target position θL in FIG. 29 will be described. FIG. 30D shows the frequency characteristics of the transfer function from the motor position command θM * to the control target position θL. The frequency characteristic of the pre-filter unit 107 is as shown in FIG. 33A, where ωa = 2π · fr (fr is the anti-resonance frequency in FIG. 30A). The pre-filter unit 107 has a frequency characteristic in which the gain (gain) is minimized at the frequency ωa, and the gain increases as the frequency increases in a frequency higher than ωa. The frequency characteristic of the transfer function from the position command θ * to the control target position θL is as shown in FIG. 33B obtained by combining FIGS. 30D and 33A.
[0016]
FIG. 33 (b) is compared with FIG. 30 (d) which is a frequency characteristic of a transfer function from the position command to the control target position θL when the pre-filter unit 107 is not provided, and FIG. There is no gain peak at. That is, the pre-filter unit 107 reduces the gain peak at the anti-resonance frequency of the response characteristic of the control device.
FIG. 34 shows the response of the control target position deviation ΔθL and the motor position deviation ΔθM when the command pattern of the position command θ * is as shown in FIG. Compared with FIG. 32 which is a response when the pre-filter unit 107 is not provided, the vibration of the control target position θL after the completion of the output of the position command is reduced. 32 and 34 have the same configuration except for the pre-filter unit 107 in FIG.
[0017]
As described above, in the conventional control device, the pre-filter unit 107 in FIG. 26 reduces the gain peak occurring in the frequency characteristic of the transfer function from the position command θ * to the control target position θL. Thereby, the vibration of the control target position θL that occurs after the completion of the position command output due to the gain peak is reduced.
FIG. 35 shows the response characteristics when the parameter settings of the system having the response characteristics of FIG. 32 are partially changed. In the system shown in FIG. 35, the position proportional gain Kpp of the position control unit 110 and the speed proportional gain Kvp of the speed control unit 113 are reduced as compared with the system shown in FIG. Vibration after completion was reduced. In FIG. 35, the vibration amplitude after the completion of the output of the position command is substantially the same as in FIG. 34, but the response is slower than in FIG.
In the conventional control device, the pre-filter unit 107 has an effect that the vibration of the control target position θL after the completion of the position command output can be reduced while maintaining the high-speed response of the control device.
[0018]
[Patent Document 1]
JP-A-10-149210
[Patent Document 2]
JP-A-6-028006
[Non-patent document 1]
1993 IEEJ National Convention No. 1759 "Vibration suppression control of torsional vibration of reduction gear"
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional example, assuming that the position command θ * output from the position command input unit 106 in FIG. 29 has the pattern shown in FIG. 31A, the pre-filter unit 107 (the transfer function of which is the second derivative of the position command) Correction term (s 2 / Ωa 2 ). ) Are shown in FIG. 36. In FIG. 31B and FIG. 36, time points A, B, C, and D are the acceleration (second-order differentiation of the position command) fluctuation time point of the command pattern in FIG. At times A, B, C, and D, the second derivative of the motor position command θM * fluctuates rapidly. FIG. 37 shows a waveform of the torque command T * when the system shown in FIG. 29 receives the position command θ * of the command pattern of FIG.
[0020]
At times A, B, C, and D, a very large torque command T * indicated by a broken-line circle in FIG. 37 is generated due to a sudden change in the second derivative of the motor position command θM *. The larger the variation of the second derivative of the motor position command θM * at the time points A, B, C, and D, that is, the smaller ωa or the greater the acceleration of the position command θ *, the more the time points A, B, C, and D , A large torque command T * is generated. Generally, an upper limit is set for the torque command T * due to hardware restrictions or the like. The torque T * is limited so as not to be larger than the upper limit. If the variation of the second derivative of the motor position command θM * at the time points A, B, C, and D becomes an excessive value, the torque command T * is limited. If the torque command T * is limited, the control device cannot output an appropriate torque waveform for suppressing vibration while maintaining a high-speed response, and there is a problem that it takes time to converge the vibration of the control target position θL. Was.
[0021]
The present invention provides a control device having low mechanical rigidity, such as a control target (load) itself or a connecting portion between a motor and a control target, which maintains a high-speed response of vibrations of the motor and the control target regardless of a command pattern and characteristics of the control target. It is an object of the present invention to provide a control method and a control device for an electric motor that suppresses the electric current constantly. Specifically, an object of the present invention is to provide a control method and a control device for an electric motor that prevent a torque command from becoming an excessive value and being limited regardless of a command pattern and characteristics of a control target. I do.
According to the present invention, according to the state quantity of the control system (according to variation in characteristics of individual control devices (including controlled objects), aging, and / or differences in history leading to the state quantity), the present invention is automatically applied. It is an object of the present invention to provide a control method and a control device for a motor that always optimally suppress vibration of the motor and the control target.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
An electric motor control method according to one aspect of the present invention includes a command input step of inputting a command to an electric motor or a control target connected to the electric motor, a characteristic of lowering a gain of a predetermined frequency and a frequency near the predetermined frequency, and A pre-filtering step of applying the command to a filter having a characteristic of suppressing the gain of the band and outputting a follow-up command value, and a command for controlling the state quantity of the electric motor or the control target to follow the follow-up command value. Following control step.
[0023]
A control device for a motor according to another aspect of the present invention includes a command input unit for inputting a command to a motor or a control target connected to the motor, a characteristic of reducing a gain of a predetermined frequency and a frequency near the predetermined frequency, and A filter having both characteristics of suppressing the gain of the band, a pre-filter unit that outputs the following command value by applying the command to the filter, and the following command value is a state quantity of the electric motor or the control target. And a command follow-up control unit that controls to follow up.
[0024]
The motor control method and the control device according to the present invention have an effect of suppressing vibration of the motor and the control target caused by low rigidity of the control target itself or a connection shaft connecting the motor and the control target. Play. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration of an electric motor and a controlled object can always be suppressed regardless of the command pattern or the characteristic of a controlled object. The present invention realizes a control method and a control device for an electric motor that prevent a torque command from becoming an excessive value and being limited regardless of a command pattern and characteristics of a control target.
[0025]
According to another aspect of the present invention, there is provided a control method of a motor, comprising: a command inputting step of inputting a command to a motor or a control target connected to the motor; a characteristic of reducing a gain of a predetermined frequency and a frequency near the predetermined frequency; The transfer function of the filter having the characteristic of suppressing the gain of the band is equivalently converted into the sum of a constant term and a feedforward compensation term, the command is applied to the constant term to output a follow-up command value, and the command On the feedforward compensation term to output a feedforward compensation term compensation amount, based on the feedforward compensation term compensation amount and the following command value, the motor command or the following command value based on the following command value. And a command following control step of controlling the state quantity of the controlled object to follow.
[0026]
A control device for a motor according to another aspect of the present invention includes a command input unit for inputting a command to a motor or a control target connected to the motor, a characteristic of reducing a gain of a predetermined frequency and a frequency near the predetermined frequency, and The transfer function of the filter having the characteristic of suppressing the gain of the band is equivalently converted into the sum of a constant term and a feedforward compensation term, the command is applied to the constant term to output a follow-up command value, and the command On the feedforward compensation term to output a feedforward compensation term compensation amount, based on the feedforward compensation term compensation amount and the following command value, the motor command or the following command value based on the following command value A command following control unit that controls the state quantity of the control target to follow.
[0027]
The motor control method and the control device according to the present invention have an effect of suppressing vibration of the motor and the control target caused by low rigidity of the control target itself or a connection shaft connecting the motor and the control target. Play. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration of an electric motor and a controlled object can always be suppressed regardless of the command pattern or the characteristic of a controlled object. The present invention realizes a control method and a control device for an electric motor that prevent a torque command from becoming an excessive value and being limited regardless of a command pattern and characteristics of a control target.
[0028]
In a command following control step (command following control unit), control is performed using a command value based on a constant term as a following target value of the electric motor. The vibration of the control target (load) is suppressed based on the feedforward compensation term compensation amount. For example, in the configuration of the first embodiment (FIG. 1), the position command θ * input by the filter unit is processed, and control is performed using the motor position command θM *, which is the calculation result, as a target value. In the arithmetic processing of (1), a digit loss occurs for a component less than 1 LSB. This calculation error causes a convergence value error of the motor position. According to the invention of the above aspect, since the position command θ * is controlled as it is as the target value (the target value is not processed), no convergence value error of the motor position due to the calculation error occurs. There is no need to compensate for the convergence value error of the motor position. According to the present invention, it is possible to control the electric motor with higher accuracy than when a convergence value error occurs. According to the present invention, as compared with the case where error compensation is performed, the calculation time of error compensation in software processing can be shortened, and the labor and time for developing error compensation software during product development can be reduced.
[0029]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling a motor, comprising: a command input step of inputting a command to a motor or a control target connected to the motor; and a feedforward compensation term compensation amount and a following command value. A command following control step for controlling the state quantity of the electric motor or the control target to follow the following command value based on the following command value, and a command estimation for outputting an estimation command based on the state quantity inside the command following control step. Step, the characteristic of lowering the gain of the predetermined frequency and the frequency in the vicinity thereof, and the transfer function of the filter having the characteristic of suppressing the gain in the high frequency band, equivalently converted to the sum of a constant term and a feedforward compensation term, An internal configuration type pre-fill that outputs an estimated amount of the feedforward compensation term by applying an estimation command to the feedforward compensation term Has a step, a.
[0030]
A control device for a motor according to another aspect of the present invention includes a command input unit that inputs a command for a motor or a control target connected to the motor, and a feedforward compensation term compensation amount and a following command value, based on the command. A command following control unit that controls the state quantity of the electric motor or the control target to follow the following command value based on the following command value, and a command estimation that outputs an estimation command that estimates the command based on a state quantity inside the command following control unit. And a transfer function of a filter having both a characteristic of lowering the gain of a predetermined frequency and a frequency in the vicinity thereof, and a characteristic of suppressing a high-frequency gain, is equivalently converted to a sum of a constant term and a feedforward compensation term, An internal configuration type pre-filter unit that outputs the feedforward compensation term compensation amount by applying an estimation command to the feedforward compensation term.
[0031]
The motor control method and the control device according to the present invention have an effect of suppressing vibration of the motor and the control target caused by low rigidity of the control target itself or a connection shaft connecting the motor and the control target. Play. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration of an electric motor and a controlled object can always be suppressed regardless of the command pattern or the characteristic of a controlled object. The present invention realizes a control method and a control device for an electric motor that prevent a torque command from becoming an excessive value and being limited regardless of a command pattern and characteristics of a control target.
[0032]
In a command following control step (command following control unit), a command value is used as a following target value of the electric motor. The vibration of the control target (load) is suppressed based on the feedforward compensation term compensation amount. As a result, a convergence value error of the motor position due to the cancellation in the calculation does not occur. There is no need to compensate for the convergence value error of the motor position. ADVANTAGE OF THE INVENTION The control method and control apparatus of this invention have high positioning accuracy of a motor compared with the case where calculation error compensation is not performed. Advantageous Effects of Invention The present invention can reduce the operation time for compensating for a calculation error in software processing as compared with the case where the calculation error is compensated, and also reduce the labor and time for developing the calculation error compensation software during product development. it can. Alternatively, a calculation error compensation circuit is not required in the control LSI.
[0033]
For example, in a control method in which basic software is configured by an existing control program, or in a control device in which a basic circuit is configured by an existing control LSI, a program for suppressing vibration of a control target (load). Alternatively, there are various restrictions when adding a circuit (the degree of freedom in configuration is limited). For example, in many cases, the value of the command input by the command input step (command input unit) cannot be taken out to the outside (the value of the input command is unknown). The present invention does not change the basic control system. In the present invention, the value of the input command is estimated, the feedforward compensation amount is calculated based on the estimated command, and the output of the motor is corrected by adding the feedforward compensation amount.
The present invention relates to, for example, an electric motor and a control system which are generated due to low rigidity of a control object itself or a connection shaft connecting the electric motor and the control object in a control device in which a basic circuit is configured by an existing control LSI. A control method and control device for a motor that effectively suppresses vibration of an object are realized.
[0034]
In the above-described motor control method according to another aspect of the present invention, the pre-filtering step, the feed-forward type pre-filtering step or the internal configuration type pre-filtering step includes the steps of: Among the characteristics for lowering the gain, the gain at the predetermined frequency is made variable.
In the above-described motor control device according to another aspect of the present invention, the pre-filter unit, the feed-forward type pre-filter unit or the internal configuration type pre-filter unit includes a predetermined frequency and a frequency near the predetermined frequency. Among the characteristics for lowering the gain, the gain at the predetermined frequency is made variable.
The motor control method and control device of the present invention further improve the vibration suppression effect by making the gain of a predetermined frequency variable. The gain of the predetermined frequency may be automatically changed.
[0035]
In the above-described electric motor control method according to another aspect of the present invention, the pre-filtering step, the feed-forward type pre-filtering step or the internal configuration type pre-filtering step has a characteristic that suppresses the high-frequency gain. It changes depending on the operating state.
In the above-described motor control device according to another aspect of the present invention, the pre-filter unit, the feed-forward type pre-filter unit or the internal configuration type pre-filter unit has a characteristic that suppresses the high-frequency gain. It changes depending on the operating state.
The motor control method and control device of the present invention automatically adjust the characteristic for suppressing the high-frequency gain according to the operating state of the motor or the control target. This reduces the response delay of the control device due to the suppression of the high-frequency gain.
[0036]
In the above-described electric motor control method according to another aspect of the present invention, the pre-filtering step, the feed-forward type pre-filtering step or the internal configuration type pre-filtering step has a characteristic that suppresses the high-frequency gain. , At least based on the parameter for determining the predetermined frequency.
In the above-described motor control device according to another aspect of the present invention, the pre-filter unit, the feed-forward type pre-filter unit or the internal configuration type pre-filter unit has a characteristic that suppresses the high-frequency gain. , At least based on the parameter for determining the predetermined frequency.
The motor control method and control device of the present invention automatically determine a characteristic that suppresses high-frequency gain together with a predetermined frequency. Thereby, the operability of the control device is improved.
[0037]
In the above-described electric motor control method according to another aspect of the present invention, the pre-filtering step, the feed-forward type pre-filtering step or the internal configuration type pre-filtering step includes a step of automatically setting the predetermined frequency. It has a frequency automatic setting step.
In the above-described electric motor control device according to another aspect of the present invention, the pre-filter unit, the feed-forward type pre-filter unit or the internal configuration type pre-filter unit may be configured to automatically set the predetermined frequency. It has an automatic frequency setting unit.
The electric motor control method and control device of the present invention automatically set a predetermined frequency for each control device. ADVANTAGE OF THE INVENTION The control method and control apparatus of the electric motor of this invention perform optimal control adaptively, and suppress the vibration of an electric motor and a control object, even when the characteristic of a control system changes with time or environmental conditions. Thereby, the operability of the control device is improved.
[0038]
In the above-described electric motor control method according to another aspect of the present invention, the vibration frequency automatic setting step includes: a vibration detection step of detecting a vibration of the control target; and extracting a vibration frequency from the detected vibration. And a frequency determining step of determining the frequency.
In the above-described electric motor control device according to another aspect of the present invention, the vibration frequency automatic setting unit extracts a vibration frequency from the detected vibration, And a frequency determination unit that determines the frequency of
[0039]
The electric motor control method and control device of the present invention accurately detect the vibration frequency of the control target by detecting the vibration of the control target. ADVANTAGE OF THE INVENTION The control method and control apparatus of the electric motor of this invention can always reduce the vibration of a controlled object optimally even if the vibration frequency changes by the characteristic fluctuation of a controlled object.
The method of detecting the vibration of the control target is arbitrary. For example, a vibration detection sensor composed of a pressure sensor is attached to the surface of the control target. Thus, the vibration frequency of the control target can be accurately detected. Operability of the control device is improved.
[0040]
In the above-described electric motor control method according to another aspect of the present invention, the vibration frequency automatic setting step determines the predetermined frequency based on a vibration frequency of the electric motor.
In the above-described electric motor control device according to another aspect of the present invention, the vibration frequency automatic setting unit determines the predetermined frequency based on the vibration frequency of the electric motor.
The motor control method and control device of the present invention accurately detect the vibration frequency of the motor by detecting the vibration of the motor. ADVANTAGE OF THE INVENTION The control method and control apparatus of the electric motor of this invention can always reduce the vibration of an electric motor optimally even if the vibration frequency changes by the characteristic fluctuation of an electric motor.
[0041]
In the above-described motor control method according to another aspect of the present invention, in the vibration frequency automatic setting step, a mathematical model of the motor and the control target is estimated based on a response of the motor, and the predetermined model is determined based on the mathematical model. Is determined.
In the above-described motor control device according to another aspect of the present invention, the vibration frequency automatic setting unit estimates a mathematical model of the motor and the control target based on a response of the motor, and determines the predetermined model based on the mathematical model. Is determined.
[0042]
The motor control method and control device of the present invention estimate a motor and a mathematical model of a control target, and accurately detect a vibration frequency of the control target. ADVANTAGE OF THE INVENTION The control method and control apparatus of the electric motor of this invention can always reduce the vibration of a controlled object optimally even if the vibration frequency changes by the characteristic fluctuation of a controlled object. Operability of the control device is improved. The electric motor control method and control device of the present invention are inexpensive because they do not use a vibration detection unit to be controlled.
[0043]
In the above-described motor control method according to another aspect of the present invention, the predetermined frequency is a frequency near an anti-resonance frequency of a system from the torque output by the motor to the position or speed of the motor.
In the above-described motor control device according to another aspect of the present invention, the predetermined frequency is a frequency near an anti-resonance frequency of a system from the torque output by the motor to the position or speed of the motor.
The motor control method and control device of the present invention suppresses system vibration until the torque output by the motor is transmitted to the control target, and realizes a control method and control device having high responsiveness. The frequency near the anti-resonance frequency is a frequency that is the same as or approximate to the anti-resonance frequency.
[0044]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for controlling an electric motor, comprising: a command inputting step of inputting a command to a motor or a control target connected to the motor; and a state quantity of the motor or the control target following the command. Control step to control, wherein in the control step, the characteristic of lowering the gain of the frequency near the anti-resonance frequency of the system from the torque of the motor to the position or speed of the motor, and gain in the high frequency range The following characteristic is output by applying the command to a filter having both the suppressing characteristic and the following command, and the same or equivalent characteristic as controlling the state quantity of the electric motor or the control target to follow the following command value is provided. Is performed.
[0045]
A motor control device according to another aspect of the present invention includes a command input unit that inputs a command to a motor or a control target connected to the motor, and a state quantity of the motor or the control target follows the command. And a control unit for controlling, wherein the control unit has a characteristic of reducing a gain of a frequency near an anti-resonance frequency of a system from a torque of the electric motor to a position or a speed of the electric motor, and a high-frequency gain. The following characteristic is output by applying the command to a filter having both the suppressing characteristic and the following command, and the same or equivalent characteristic as controlling the state quantity of the electric motor or the control target to follow the following command value is provided. Is performed.
[0046]
The motor control method and the control device according to the present invention have an effect of suppressing vibration of the motor and the control target caused by low rigidity of the control target itself or a connection shaft connecting the motor and the control target. Play. ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration of an electric motor and a controlled object can always be suppressed regardless of the command pattern or the characteristic of a controlled object. The present invention realizes a control method and a control device for an electric motor that prevent a torque command from becoming an excessive value and being limited regardless of a command pattern and characteristics of a control target.
[0047]
An apparatus according to another aspect of the present invention has the above-described control device. The device of the present invention achieves high responsiveness.
[0048]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments that specifically show the best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0049]
<< Embodiment 1 >>
First Embodiment A control method and a control device for a motor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor control device according to Embodiment 1 of the present invention. The control device for the electric motor according to the first embodiment is configured to automatically mount an electronic component (for example, an IC) taken out of a cartridge onto a printed circuit board. This is a control device that controls the position of the holding mechanism unit until it is placed at the position. The application target of the motor control device and the control method of the present invention is not limited to this, and can be applied to any device. In the control device for the electric motor according to the first embodiment, the mechanical rigidity of the connecting portion between the electric motor 2 and the control target 3 is low. The rigidity of the control target (load) 3 itself may be low.
[0050]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a position command creation unit, 2 denotes an electric motor, 3 denotes a control target (load), 4 denotes a position detection unit, 5 denotes a vibration detection unit, and 6 denotes a servo controller. The servo controller 6 has a position command input unit 7, a pre-filter unit 8, and a command follow-up control unit 12. The pre-filter unit 8 includes a filter unit 9 and an automatic parameter setting unit 10. The command follow-up controller 12 includes a position deviation calculator (subtractor) 13, a position controller 14, a speed calculator 15, a speed deviation calculator (subtractor) 16, a speed controller 17, and a current controller 18.
[0051]
The position command creating unit 1 creates a position command and inputs it to the position command input unit 7 of the servo controller 6. The position command input unit 7 sends the position command θ * to the command follow-up control unit 12 via the pre-filter unit 8. The control device of the first embodiment controls electric motor 2 such that the position of control target (load) 3 connected to the electric motor (hereinafter, referred to as “control target position θL”) matches position command θ *. It is a device for. In FIG. 1, the control target position θL cannot be detected. The position detector 4 detects the position of the electric motor 2 (hereinafter, referred to as “electric motor position θM”). The servo controller 6 controls the motor position θM to follow the position command. Since the control target 3 is connected to the electric motor 2, the control target position θL also follows the position command.
[0052]
The position command input unit 7 receives the position command, converts it into a unit suitable for internal calculation, and outputs it as a position command θ *. The servo controller 6 controls the motor 2 so that the motor position θM matches the position command θ *. Thus, the control device of the first embodiment controls electric motor 2 such that control target position θL matches position command θ *. The motor position θM and the control target position θL are controlled so as to quickly follow the position command θ *. In the control device according to the first embodiment in which the rigidity of the control target 3 or the connecting shaft that connects the electric motor 2 and the control target 3 is low, the control target position θL is likely to vibrate. In order to suppress the vibration of the control target position θL, the pre-filter unit 8 inputs a pattern of the position command θ * and changes the pattern to a pattern θM * (motor position command) that does not excite the vibration of the control target position θL. The command following controller 12 controls the motor 2 so that the motor position θM detected by the position detector 4 follows the motor position command θM *. The control device quickly follows the input position command.
[0053]
The first embodiment of FIG. 1 is different from the conventional motor control device (FIG. 26) in that a vibration detection unit 5 is added and that the internal structure of a pre-filter unit 8 is different from that of FIG. This is different from the filter unit 107.
The vibration detection unit 5 directly detects the vibration of the control target 3 and transmits the vibration to the parameter automatic setting unit 10 of the pre-filter unit 8. The configuration of the vibration detection unit 5 is optional. The vibration detection unit 5 according to the first embodiment is a pressure-sensitive sensor attached to the surface of the control target 3.
The pre-filter unit 8 has an automatic parameter setting unit 10, and the transfer function of the filter unit 9 is different from that of the pre-filter unit 107. The parameter automatic setting unit 10 receives an output signal of the vibration detection unit 5 and extracts a vibration frequency of the control target 3 included therein. The parameter automatic setting unit 10 determines a characteristic (transfer function) of the filter unit 9 based on the extracted vibration frequency.
[0054]
The effects obtained by this difference in configuration will be described below. The conventional motor control method has an effect of suppressing vibration of the motor position θM and the control target position θL in a control system in which the rigidity of the control target 103 or the connecting shaft connecting the motor 102 and the control target 103 is low. However, depending on the command pattern created by the position command creation unit 101 or the characteristics of the control target 103, the torque command T * becomes excessively large and it is necessary to apply a torque limit. In this case, the control device cannot perform the optimal control, and the response to the position command becomes slow, and there is a problem that it takes time to converge the vibration of the control target position θL.
[0055]
The filter unit 9 of the pre-filter unit 8 in FIG. 1 receives the position command θ *, automatically converts the position command θ * into a command pattern that hardly excites vibration in the control target 3, and outputs the command pattern as the motor position command θM *. Regardless of the command pattern created by the position command creation unit 1 and the characteristics of the control target 3, the motor position command θM * never exceeds the upper limit (the limit is not applied). The control device according to the first embodiment executes a control method that always suppresses the vibration of the electric motor 2 and the control target 3 optimally.
[0056]
Next, a detailed operation of the control block of FIG. 1 will be described. The position command creation unit 1 is configured by, for example, a PLC (Programmable Logic Controller). The position command creating unit 1 creates a position command pattern and outputs a position command according to the pattern.
The position detector 4 detects the position of the electric motor 2 and outputs it as the electric motor position θM.
The servo controller 6 performs digital control. The servo controller 6 inputs the position command from the position command creating unit 1 and the motor position θM from the position detecting unit 4 at regular intervals, performs arithmetic processing, and controls the current I flowing through the motor 2.
[0057]
FIG. 2 shows a flowchart of a one-cycle calculation process executed by the servo controller 6. The servo controller 6 repeats the calculation processing shown in FIG. 2 at a constant calculation cycle (for example, 166 μs). The processing from the start to the end of FIG. 2 will be described with reference to FIGS. The subscript (n) of each state quantity represents the value in the current computation cycle, and (n-1) represents the value in the previous computation cycle.
The position command input unit 7 reads the position command from the position command creation unit 1, converts the read position command into a unit system suitable for the internal calculation of the servo controller 6, and outputs a position command θ * (n) (command acquisition in step S1). Processing).
The command follow-up control unit 12 captures the position of the electric motor 2 detected by the position detection unit 4 as θM (n) (state quantity capture processing in step S2).
[0058]
The automatic parameter setting unit 10 of the pre-filter unit 8 calculates the vibration frequency fr from the vibration of the control target 3 detected by the vibration detection unit 5 (pre-filter parameter automatic setting process in step S3). Let ωa = 2π · fr. The method by which the parameter automatic setting unit 10 calculates the vibration frequency of the control target 3 is arbitrary. For example, the parameter automatic setting unit 10 measures a zero-crossing time interval of a vibration signal output from the vibration detection unit 5, and calculates a vibration frequency from the measured value. For example, the automatic parameter setting unit 10 detects a vibration frequency fr by converting a vibration signal output from the vibration detection unit 5 into a frequency spectrum by FFT (fast Fourier Transform). The parameter automatic setting unit 10 sets ωa = 2π · fr based on the calculated vibration frequency fr, and determines ωf based on ωa.
[0059]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between ωa and ωf in the control device according to the first embodiment. The parameter automatic setting unit 10 determines ωf based on ωa using a table that stores values obtained by plotting ωa and ωf in the graph shown in FIG. 3 or a function representing the graph in FIG. A two-dimensional table may be used in which ωa and the acceleration (second derivative) of the position command θ * are used as arguments. The damping coefficient ζ may be variable, but is fixed at 1 here. The damping coefficient ζ is a non-zero value. A detailed description of the role of ωf, the reason why ωa and the acceleration of the position command θ * are used as arguments, and an appropriate setting value of ζ will be given later. Thus, the parameter automatic setting unit 10 determines the parameters of the filter unit 9.
[0060]
The filter unit 9 calculates a motor position command θM * (n) from the position command θ * (n) using ωa and ωf (pre-filter processing in step S4). The filter unit 9 has a transfer function shown in FIG. FIG. 4A is a diagram illustrating a frequency characteristic of a transfer function between input and output of the filter unit 9. The frequency characteristics of the filter unit 9 follow the parameters determined in step S3. The filter section 9 has a characteristic of lowering the gain of the frequency ωa and the frequency in the vicinity thereof. In particular, the gain higher than ωa is lower than the frequency characteristic of the pre-filter unit 107 of the conventional example shown in FIG. The frequency characteristic from the position command θ * to the control target position θL is a combination of FIG. 30 (d) and FIG. 4 (a), and is as shown in FIG. 4 (b). FIG. 4B shows that the gain in the higher frequency range than ωa is suppressed as compared with FIG. 33B of the conventional example.
FIG. 5 is a diagram showing the internal configuration of the filter unit 9 in an expression using a Laplace operator s. Actually, the configuration of FIG. 5 is converted into a digital filter by a method such as bilinear conversion, and the filter unit 9 realizes the characteristics of FIG. 4A as a digital filter. A detailed description of the effect of step S4 will be given later.
[0061]
The position deviation calculator (subtractor) 13 and the position controller 14 perform a position control process (the position control process in step S5). First, the position deviation calculator 13 calculates ΔθM (n) = θM * (n) −θM (n) to calculate the motor position deviation ΔθM (n). The position control unit 14 calculates ωM * (n) = Kpp · ΔθM (n) using the position proportional gain Kpp to calculate the speed command ωM * (n).
[0062]
The speed calculator 15, the speed deviation calculator (subtractor) 16, and the speed controller 17 perform a speed control process (speed control process in step S6). First, the speed calculator 15 calculates the speed ωM (n) of the electric motor 2 based on the electric motor position θM. The method by which the speed calculation unit 15 calculates the speed ωM (n) is arbitrary. The speed calculation unit 15 calculates the speed ωM (n) by a technique such as a reverse difference of the motor position θM, differentiation of the motor position θM using bilinear transformation, or a speed observer. Next, the speed deviation calculator 16 calculates ΔωM (n) = ωM * (n) −ωM (n) to calculate the speed deviation ΔωM (n). Next, the speed control unit 17 calculates the torque command T * (n) using the speed proportional gain Kvp and the speed integration time constant Tvi by performing the proportional integral calculation of Expressions (3) and (4). Xvi (n) is a variable for integration calculation.
[0063]
Xvi (n) = Xvi (n-1) + ΔωM (n) · Kvp / Tvi (3)
T * (n) = Kvp · ΔωM (n) + Xvi (n) (4)
[0064]
The current control unit 18 controls so that a current corresponding to the torque command T * (n) flows through the electric motor 2 (current control processing in step S7). Thus, the processing illustrated in FIG. 2 is completed.
[0065]
In the flowchart of FIG. 2, the effect of the pre-filtering process in step S4, the role of ωf derived in step S3, and the reason for deriving ωf using ωa and the acceleration (second derivative) of position command θ * as arguments , Ζ will be described in comparison with a conventional example.
First, the effect of the pre-filter processing in step S4 will be described. The filter unit 9 shown in FIG. 5 has a configuration in which a block 1 having the same transfer function as the pre-filter unit 107 (FIG. 26) of the conventional example and a block 2 as a secondary filter are connected in series. Block 1 removes a frequency component that excites the vibration of the control target position θL from the position command θ *. Block 1 has an effect of reducing the vibration of the control target position θL. Since the detailed principle is the same as that of the conventional example, the description is omitted.
[0066]
Block 2 prevents the torque command T * from becoming an excessive value at the time of the acceleration (second-order differential) fluctuation of the position command θ *. FIG. 6 is a diagram showing a waveform of the position command θ * input by the pre-filter unit 8 (FIG. 1) and a waveform of the motor position command θM * output (the horizontal axis is time, the vertical axis is the position command θ * and the motor position). Command θM *). The broken line is the position command θ *, and the solid line is the motor position command θM *. The waveform of the position command θ * is the same as the waveform shown in FIG. The first derivative of the position command θ * has a waveform shown in FIG. At this time, the waveform of the torque command T * output by the speed control unit 17 (FIG. 1) is shown in FIG. 7 (the horizontal axis is time, and the vertical axis is torque). When the position command θ * having the same waveform is input, the motor position command θM * (first embodiment) shown in FIG. Does not fluctuate sharply compared to the motor position command θM * (FIG. 36). This is because the second-order filter of the block 2 in FIG. 5 makes the gain of the frequency characteristic of FIG. 4A particularly higher than ωa lower than that of FIG. 33A shown in the conventional example. to cause.
[0067]
In the conventional example (FIG. 37), the torque command T * output by the speed control unit 113 (FIG. 26) becomes an excessive value at the acceleration fluctuation times A, B, C, and D of the position command θ *, and the limit is set. Was hung As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the torque command T * output by the speed control unit 17 (FIG. 1) is too large at the acceleration fluctuation times A, B, C, and D of the position command θ *. It will not be a value and will not be limited. The control method and the control device according to the present embodiment always control the vibration of the electric motor and the control target optimally regardless of the command pattern and the characteristics of the control target.
[0068]
Next, the role of ωf derived in step S3 and the reason for deriving ωf using ωa and the acceleration (second derivative) of the position command θ * as arguments will be described. When the filter unit 9 (FIG. 1) receives the position command θ * indicated by the broken line in FIG. 6, the block 1 in FIG. 5 outputs a signal having the same waveform as the waveform indicated by the solid line in FIG. Block 2 (FIG. 5) inputs a signal having a waveform shown by a solid line in FIG. 36 and outputs a motor position command θM * shown by a solid line in FIG. As shown by the solid line in FIG. 36, the output signal of the block 1 rapidly changes at the acceleration fluctuation points A, B, C, and D of the position command θ *. The smaller the value of ωa and the greater the acceleration of the position command θ *, the greater the change in the output signal of the block 1 at the time points A, B, C, and D. As can be seen from the block diagram of FIG. 5, ωf defines the cutoff frequency of the secondary filter of block 2.
[0069]
In FIG. 6, as the change of the output signal of the block 1 (FIG. 5) at the time points A, B, C, and D at which the acceleration of the position command θ * fluctuates, the parameter automatic setting unit 10 decreases ωf. The cutoff frequency of the secondary filter is reduced, and the change in the motor position command θM * at the time points A, B, C, and D at which the acceleration of the position command θ * fluctuates is reduced. If ωf is not made sufficiently small, the torque command T * sharply increases as shown in FIG. 37 when the acceleration of the position command θ * fluctuates, and a limit can be applied. The control device cannot perform normal control. This is the reason that the automatic parameter setting unit 10 automatically sets ωf as ωa and the acceleration of the position command θ * in step S3 as arguments. The parameter automatic setting unit 10 sets ωf to a smaller value as ωa is smaller and the acceleration of the position command θ * is larger. As described above, the parameter automatic setting unit 10 automatically sets ωf, so that the control method and the control device according to the present embodiment always control the vibration of the electric motor and the control target regardless of the command pattern and the characteristics of the control target. Control with optimal suppression.
[0070]
In FIG. 6, the position command θ * indicated by the broken line finishes changing at the time point D, but the change end time point of the motor position command θM * output from the pre-filter unit 8 is later than the time point D. This is due to the effect of the secondary filter in block 2 (FIG. 5) of the pre-filter unit 8. The delay in the change of the motor position command θM * is not preferable because it causes a delay in the response of the control device (in the conventional example, the torque command T * has an excessive value and is compared with the response delay that occurs when the limit is applied). Then, the control device of the present embodiment has a much faster response.)
In periods other than immediately after the time points A, B, C, and D where the torque command T * is likely to be limited, even if the cutoff frequency of the secondary filter of the block 2 is increased, the torque limit is not applied. Utilizing this, the automatic parameter setting unit 10 changes ωf with time. The parameter automatic setting unit 10 increases ωf especially in a period after immediately after the time point D. Thus, the end point of the change of the motor position command θM * is earlier. The control method and the control device according to the present embodiment realize high responsiveness by the parameter automatic setting unit 10 switching the parameters of the filter unit 9.
[0071]
Next, an appropriate setting value of the attenuation coefficient ζ will be described. As ζ is made smaller than 1, the frequency characteristic of the block 2 in FIG. 5 starts to have a gain peak of 0 dB or more near the frequency ωf. In this case, it is not desirable to set ζ to 1 or less because the vibration of the frequency of the gain peak may appear at the control target position θL. The larger the value of ζ, the longer the end point of the change in the motor position command θM * (see FIG. 6), and the slower the response of the control device. The end point of the change is the end point of the change after the motor position command θM * starts to change. Therefore, it is not desirable to make ζ too large. Therefore, it is desirable to set に to about 1.
[0072]
FIG. 8 is a waveform diagram showing a response of the control device (FIG. 1) of the first embodiment when the position commands shown in FIGS. 31 (a) and 31 (b) are input. The broken line indicates the motor position deviation ΔθM, and the solid line indicates the control target position deviation ΔθL. Compared with FIG. 32 which is a response waveform of the motor position deviation ΔθM and the control target position deviation ΔθL when the pre-filter unit 8 is not provided, the control device according to the first embodiment suppresses the vibration after the end of the position command output period. Have been.
The transfer function of the block 1 in FIG. 5 may be changed to Expression (5) including the attenuation term Δn / ωa · s. By adjusting the attenuation coefficient Δn, the gain of the frequency ωa can be adjusted. By appropriately determining the damping coefficient ζn, the vibration of the motor position deviation ΔθM and the control target position deviation ΔθL is further suppressed.
[0073]
(1 / ωa 2 ) ・ S 2 + (2ζn / ωa) · s + 1 (5)
[0074]
In the conventional control device without the pre-filter unit 8, the motor position deviation when the vibration of the control target position deviation ΔθL is reduced by setting the position proportional gain Kpp and the speed proportional gain Kvp lower than in the example shown in FIG. FIG. 35 shows the responses of ΔθM and the control target position deviation ΔθL. The response of FIG. 8 is faster than the response of FIG. According to the present invention, vibration can be reduced while maintaining a high-speed response, as in the conventional example. FIG. 7 shows the waveform of the torque command T * at the time of the response shown in FIG. At times A, B, C, and D at which the acceleration of the position command θ * fluctuates, the torque command T * does not increase sharply, and the limit is not limited. The control method and control device of the present embodiment respond appropriately even when the acceleration of the position command θ * fluctuates.
[0075]
Under the conditions of a vibration frequency of 11 Hz and a settling width of ± 125 μm, the settling time in the experiment (from the completion of the output (change) of the position command, the position of the tip of the device (the tip of the control target 3) converges to the settling width centered on the target value. The time required until the time point). The settling time for the control without pre-filter was 725 ms. In the conventional control device having the pre-filter unit 107 (FIG. 29), a significant settling time could not be measured because the torque was saturated and the vibration did not converge for a long time. In the control device of the present invention (FIG. 1), the settling time was 45 ms. According to the present invention, the settling time can be reduced to about 1/16 as compared with the case without the pre-filter.
[0076]
FIG. 38 is a diagram showing a configuration of a mounting machine equipped with the control device of the present invention. 38, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 38, the mounting machine has servo motors 2a, 2b, 2c. Each servo motor corresponds to the electric motor 2 in FIG. Each servo motor is controlled by a servo amplifier 6a, 6b, 6c, respectively.
[0077]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the control method and control apparatus of this invention, the vibration of a motor and a control object which generate | occur | produces due to low rigidity of a control object or a connection shaft which connects a motor and a control object can be suppressed. The control method and the control device of the present invention always automatically suppress the vibration of the electric motor and the control target regardless of the command pattern or the characteristics of the control target. It is automatically prevented that the torque command T * becomes an excessive value. By automating all the parameter settings of the pre-filter unit 8 in FIG. 1, the response of the control device is increased, and the operability of the device equipped with the control device is improved. Even if the setting value of ωa is automatically changed even if the vibration frequency ωa changes due to the characteristic fluctuation of the controlled object, the vibration can be constantly reduced regardless of the command pattern or the characteristic of the controlled object.
[0078]
In FIG. 1, the configuration of the command following control unit 12 is the same as that of the present embodiment, even if the configuration is such that control is performed so that the motor position θM follows the motor position command θM *. be able to.
The pre-filter unit 8 in FIG. 1 may be configured inside the position command creating unit 1.
[0079]
In the present embodiment, the position control system has been described. The present invention is not limited to this, and can be applied to a speed control system as shown in FIG. In FIG. 9, blocks denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 have the same role as in FIG. The speed command creation unit 20 creates a speed command pattern and outputs a speed command according to the pattern. The speed detecting unit 21 detects the speed of the electric motor 2 and outputs the detected speed as ωM. The servo controller 22 performs digital control. The servo controller 22 fetches the speed command from the speed command creation unit 20 and the motor speed ωM from the speed detection unit 21 at regular intervals, performs arithmetic processing, and controls the current I of the motor 2. The speed command input unit 23 receives the speed command from the speed command creating unit 20, converts the speed command into a unit system suitable for internal calculation of the servo controller 22, and outputs it as a speed command ω *. The pre-filter unit 8 (having the transfer function of FIG. 5) receives the speed command ω * and outputs a motor speed command ωM *. The pre-filter unit 8 extracts a vibration frequency of the control target 3 detected by the vibration detection unit 5, and determines a parameter of a transfer function of the filter based on the vibration frequency. The command follow-up control unit 24 performs control so that the motor speed ωM follows the motor speed command ωM *. A position detection unit may be provided instead of the speed detection unit 21. In this case, the motor speed ωM is calculated by differentiating the position information of the electric motor 2 detected by the position detection unit inside the servo controller 22. The pre-filter unit 8 of FIG. 9 may be arranged inside the speed command creation unit 20.
[0080]
In the speed control device of FIG. 9, it is possible to suppress vibration of the motor and the control target that occur due to low rigidity of the control target or the connection shaft that connects the motor and the control target. The speed control device automatically and appropriately controls the electric motor regardless of the command pattern or the characteristics of the control target. The speed control device automatically prevents the torque command from becoming excessive. The operability of the control device can be improved by automating the parameter setting of the pre-filter unit 8 in FIG.
[0081]
The filter unit 9 in FIG. 1 does not have to have the configuration in FIG. As shown in FIG. 4A, it has a characteristic of lowering the gain of the predetermined frequency ωa (preferably, near the anti-resonance frequency fr × 2π of the control target 3) and a frequency near the predetermined frequency ωa, and a characteristic of suppressing the gain in the high frequency range. Any configuration may be used.
When the control target position θL in FIG. 1 is vibrating at a plurality of vibration frequencies, the filter unit 9 has a characteristic of lowering the gain of the plurality of vibration frequencies and frequencies near them and suppressing the gain in a high frequency range. .
[0082]
In the flowchart of FIG. 2, the state quantity capturing process in step S2 may be performed at any timing from the start to before step S5.
The electric motor is not limited to a particular type. The motor may be a DC motor, a permanent magnet synchronous motor, or an induction motor. The electric motor is not limited to a rotary electric motor, but may be a linear motor.
The command pattern of the position command θ * may be created by the position command input unit 7 inside the servo controller 6 instead of the position command creating unit 1. In this case, the position command input unit 7 outputs the position command θ * at regular intervals based on the created command pattern.
[0083]
<< Embodiment 2 >>
Second Embodiment A control method and a control device of a motor according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a control block in a motor control method according to Embodiment 2 of the present invention. 10 is different from FIG. 1 of the first embodiment in the configuration of the pre-filter unit 8. The pre-filter unit 8 according to the second embodiment includes an equivalent filter unit 11 and a compensation value application unit 30 instead of the filter unit 9. In FIG. 10, blocks with the same reference numerals as those in FIG. 1 play the same role as in the first embodiment.
[0084]
The detailed operation of the control device shown in FIG. 10 will be described. Since the position command creating unit 1 and the position detecting unit 4 are the same as those in the first embodiment, the description is omitted. The servo controller 6 performs digital control. The servo controller 6 controls the current I of the motor 2 by inputting the position command from the position command creating unit 1 and the motor position θM from the position detecting unit 4 at regular intervals and performing arithmetic processing.
FIG. 11 shows a flowchart of a one-cycle calculation process executed by the servo controller 6. The servo controller 6 repeats the arithmetic processing shown in FIG. 11 at a constant arithmetic cycle (for example, 166 μs). The processing of FIG. 11 will be described with reference to FIGS. 11, steps having the same reference numerals as those in FIG. 2 perform the same processing as in the first embodiment. Steps S1 to S3 in FIG. 11 perform the same processing as steps S1 to S3 in FIG.
[0085]
The equivalent filter unit 11 receives the position command θ * and outputs a compensation value Xc (pre-filter processing in step S10). FIG. 12 shows a transfer function of the equivalent filter unit 11 using a Laplace operator s. Actually, the transfer function in FIG. 12 is converted into a digital filter obtained by converting the transfer function by a method such as bilinear conversion, and the equivalent filter unit 11 performs an operation as a digital filter. The digital filter receives the position command θ * output in step S1 and outputs a compensation value Xc. The reason why the configuration of the equivalent filter unit 11 is shown in FIG. 12 will be described later.
[0086]
The position deviation calculator (differentiator) 13 calculates ΔθM (n) = θ * (n) −θM (n) and outputs the motor position deviation ΔθM (n) (position control processing 1 in step S11). The compensation value application unit (adder) 30 outputs a value obtained by adding the output value Xc (n) of step S10 to the output value ΔθM (n) of step S11 (compensation value application processing of step S12). The position control unit 14 outputs a motor speed command ωM * (n) that is a value obtained by multiplying the output value (ΔθM (n) + Xc (n)) of step S12 by the position proportional gain Kpp (the position control process of step S13). 2).
[0087]
The speed deviation calculator (differentiator) 16 calculates a value ΔωM (n) = ωM * (n) obtained by subtracting the motor position θM (n) fetched in step S2 from the output value of step S13 (output value of the position control unit 14). ) -ΘM (n) is output (speed control processing 1 in step S14). The speed control unit 17 performs the proportional integral operation of Expressions (3) and (4) using the output value ΔωM (n) of Step S14, and outputs a torque command T * (n) (speed control of Step S15). Processing 2). The current control unit 18 controls the current I corresponding to the output value T * (n) in step S15 to flow through the electric motor 2 (current control processing in step S16). The above is the calculation process for one cycle of the internal calculation of the servo controller 6 shown in the flowchart of FIG.
[0088]
The reason why the configuration of the equivalent filter unit 11 is shown in FIG. 12 will be described. The transfer function of the filter unit 9 according to the first embodiment of FIG. 1 is represented by Expression (6) (FIG. 5).
{(1 / ωa 2 ) ・ S 2 +1} / {(1 / ωf 2 ) ・ S 2 + 2ζ / ωf · s + 1} (6)
[0089]
When Expression (6) is converted, Expression (7) is obtained.
1 + [{(1 / ωa 2 −1 / ωf 2 ) ・ S 2 − (2ζ / ωf) · s} / {(1 / ωf 2 ) ・ S 2 + (2ζ / ωf) · s + 1}] (7)
[0090]
Based on this, FIG. 13 is equivalently converted to FIG. Block 3 in FIG. 13 is equivalent to FIG. Therefore, the configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 is equivalent to the configuration of the present embodiment shown in FIG. The second embodiment is equivalent to the first embodiment and has the same effect.
[0091]
In the second embodiment, the convergence value of θM does not deviate from the convergence value of the position command θ *, as compared with the first embodiment. In the second embodiment, the compensation value Xc of the pre-filter unit 8 is added to the motor position deviation ΔθM by the compensation value application unit 30 at the subsequent stage of the position deviation calculation unit 13. The position deviation calculating unit 13 calculates ΔθM = θ * −θM. The command following control unit 12 controls the motor position deviation ΔθM to be zero. Since the control device controls the motor position θM using the position command θ * as a target value as it is, the convergence value (stop position) of the position command θ * matches the convergence value of the motor position θM. Therefore, in the present embodiment, the convergence value of θM does not deviate from the convergence value of position command θ *.
[0092]
In the first embodiment shown in FIG. 1, the position deviation calculator (subtractor) 13 performs the calculation of ΔθM = θM * −θM. The command following control unit 12 controls the motor position deviation ΔθM to be zero. The convergence value (stop position) of the motor position command θM * may be different from the convergence value of the position command θ * due to a digit drop or the like generated by the calculation of the filter unit 9 in FIG.
Since the convergence value between the position command θ * and the motor position θM is different, the convergence value of θM deviates from the convergence value of the position command θ *. In the first embodiment, in order to always make the convergence values of the position command θ * and the motor position command θM * coincide with each other, it is necessary to perform a deviation compensation process. In the second embodiment, the shift compensation processing is not required.
[0093]
As described above, in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. The control method and the control device according to the second embodiment suppress the vibration of the electric motor 2 and the control target 3 caused by the low rigidity of the control target or the connection shaft that connects the electric motor and the control target. The control method and the control device according to the second embodiment always automatically suppress the vibration of the electric motor and the control target regardless of the command pattern or the characteristics of the control target 3. It is automatically prevented that the torque command T * becomes an excessive value. The operability of the control device is improved by automatically setting all the parameters of the equivalent filter unit 11 in FIG. The control method and the control device according to the second embodiment always reduce the vibration by adaptively changing the value of the parameter of the filter even if the vibration frequency changes due to the characteristic fluctuation of the control target.
In the present embodiment, the filter 9 of FIG. 1 is equivalently changed to have a feedforward configuration, thereby eliminating the shift due to the digit loss of the calculation. Since there is no need to perform displacement compensation, the calculation time by software can be reduced, and the labor required for software creation can be reduced. Alternatively, a circuit for compensating for the deviation can be eliminated, the development effort of the LSI can be reduced, and the chip area of the LSI can be reduced.
[0094]
The compensation value application section 30 in FIG. 10 may be applied anywhere on the main signal path as long as the compensation value application section 30 is provided at a stage subsequent to the position deviation calculation section 13. For example, FIG. 10 may be equivalently converted to FIG. 14 or FIG. 14 and 15 have the same effects as in FIG. The flowchart (control method) of the control device in FIG. 14 calculates the compensation value Xc by performing the processing of the equivalent filter unit 11 and the position control unit 14 in step S10 in FIG. ) Is performed between step S13 and step S14. The flowchart (control method) of the control device in FIG. 15 calculates the compensation value Xc by performing the processing of the equivalent filter unit 11, the position control unit 14, and the speed control unit 17 in step S10 in FIG. (Compensation value application processing) is executed between step S15 and step S16.
[0095]
In the present embodiment, the configuration of FIG. 5 is equivalently converted to FIG. 13 by equation (7). In the present invention, the transfer function is not limited to the transfer function shown in FIG. 5, but may be an arbitrary transfer function having a characteristic of lowering the gain of a predetermined frequency and a frequency near the predetermined frequency as shown in FIG. Functions can be used. Similarly to the equation (7), such a transfer function can be equivalently converted into a form of 1 + Ge (s), and Ge (s) can be formed into a feedforward configuration. Thereby, the same effect as in the present embodiment can be obtained.
The pre-filter parameter automatic setting process in step S3 in FIG. 11 may be executed at any time as long as the process is completed before the pre-filter process in step S10. The pre-filter process in step S10 may be executed at any time as long as the process is completed before the compensation value application process in step S12.
[0096]
In FIG. 10, the configuration of the command follow-up control unit 12 can obtain the same effect as that of the present embodiment even if the configuration is such that the motor position θM follows the position command θ *. Can be.
The pre-filter unit 8 in FIG. 10 may be arranged inside the position command creating unit 1.
In the present embodiment, the position control system has been described, but the present invention can be applied to the speed control system as described in the first embodiment. In this case, the pre-filter unit may be arranged inside a speed command creating unit that creates a speed command pattern and outputs a speed command.
In the case where the control target position θL in FIG. 10 is vibrating at a plurality of vibration frequencies, assuming that the transfer function of the equivalent filter unit 11 is Ge (s), the transfer function 1 + Ge (s) becomes the plurality of vibration frequencies and their The gain of a nearby frequency is reduced, and the gain of a high frequency band is suppressed.
[0097]
In the flowchart of FIG. 11, the process of step S2 may be performed at any timing from the start to before step S11.
The electric motor is not limited to a particular type. The motor may be a DC motor, a permanent magnet synchronous motor, or an induction motor. The electric motor is not limited to a rotary electric motor, but may be a linear motor.
The command pattern of the position command θ * may be created by the position command input unit 7 inside the servo controller 6 instead of the position command creating unit 1. In this case, the position command input unit 7 outputs the position command θ * at regular intervals based on the created command pattern.
[0098]
<< Embodiment 3 >>
Third Embodiment A control method and a control device for a motor according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a motor control device according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 16 differs from FIG. 1 of the first embodiment in the configuration of the pre-filter unit 8. The pre-filter unit 8 according to the third embodiment includes a command estimating unit 40, an equivalent internal filter unit 41, and a compensation value applying unit (adder) 42 instead of the filter unit 9. Further, the position command input unit 7, the position deviation calculation unit 13, and the position control unit 14 are configured outside the servo controller 43. These blocks arranged outside the servo controller 43 are composed of, for example, existing LSIs or existing software whose processing contents are not disclosed. The processing in these blocks cannot be changed, and the output signals of these blocks cannot be read only by specific signals (used by the control method and control device of the present invention). These points are different from FIG. In FIG. 16, blocks denoted by the same reference numerals as in FIG. 1 play the same role as in the first embodiment.
[0099]
The detailed operation of the control device in FIG. 16 will be described. Since the position command creating unit 1 and the position detecting unit 4 are the same as those in the first embodiment, the description is omitted. The position command input unit 7, the position deviation calculation unit 13, and the position control unit 14 have the same roles as in the first embodiment, and thus description thereof is omitted, but unlike the first embodiment, they are configured outside the servo controller 43. I have. The operation of these blocks cannot be changed. The servo controller 43 inputs only the speed command ω * output from the position control unit 14. The servo controller 43 cannot input information other than the speed command ω * (for example, the position command θ *) from an upper level.
The servo controller 43 performs digital control. The servo controller 43 takes in the speed command ω * from the position control unit 14 and the motor position θM from the position detection unit 4 at regular intervals, performs arithmetic processing, and controls the current I of the motor 2. FIG. 17 shows a flowchart of a one-cycle calculation process executed by the servo controller 43. The servo controller 43 repeats the arithmetic processing shown in FIG. 17 at a constant arithmetic cycle (for example, 166 μs). The processing of FIG. 17 will be described with reference to FIGS. In the steps denoted by the same reference numerals as those in FIG. 2, the same processes as those in the first embodiment are performed.
[0100]
The servo controller 43 takes in the speed command ω * output from the position control unit 14 and sets it as ω * (n) (command fetch process in step S20). Steps S2 and S3 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted. The command estimating unit 40, the equivalent internal filter unit 41, and the compensation value applying unit 42 perform calculations to apply the compensation value Xc to the speed command ω * (pre-filtering in step S21).
The command estimating unit 40 estimates and calculates an estimated position command θe * from the speed command ω * and the motor position θM using the following equation (8).
θe (n) = ω * (n) / Kpp + θM (n) (8)
[0101]
FIG. 18 shows a transfer function of an internal block of the equivalent internal filter unit 41. The configuration is the same as that of the block 3 in FIG. 13, that is, the configuration of the second term when the pre-filter 9 in FIG. 1 is equivalently converted using the equation (7), multiplied by the proportional gain Kpp of the position control unit. . Actually, the transfer function of FIG. 18 is converted into a digital filter converted by a method such as bilinear conversion, and the equivalent internal filter unit 41 performs an operation as a digital filter. The digital filter receives the estimated position command θe * calculated by equation (8) and outputs a compensation value Xc. FIG. 18 operates on the same principle as that of the second embodiment (FIG. 14) except that the input is the position command θ * or the estimated position command θe *. With the configuration in FIG. 18, the same vibration suppression effect as in the second embodiment can be obtained. The compensation value application unit (adder) 42 adds the speed command ω * and the compensation value Xc output from the equivalent internal filter unit 41, and outputs the result as ωM *. The reason why the configuration of the equivalent internal filter unit 41 is shown in FIG. 18 will be described later.
Steps S6 and S7 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will not be repeated. The above is the one-cycle calculation process of the servo controller 43 shown in the flowchart of FIG.
[0102]
The reason why the configuration of the equivalent internal filter unit 41 is shown in FIG. 18 will be described. The configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 is shown in a block diagram using a Laplace operator in FIG. F in FIG. 19 is Expression (6) representing the transfer function of the filter unit 9. G (s) is a transfer function of the electric motor 102 in FIG. 29, and is a transfer function from the torque command T * to the electric motor position θM. s is a Laplace operator. FIG. 20 is a block diagram obtained by equivalently converting FIG. In FIG. 20, F11, F21, F31, F32, and F33 are equations (9) to (13), respectively.
[0103]
F11 (s) = Kpp · {(1 / ωf 2 −1 / ωa 2 ) ・ S 2 + (2ζ / ωf) · s} / {(1 / ωa 2 ) ・ S 2 +1} (9)
F21 (s) = Kpp · {(1 / ωf 2 −1 / ωa 2 ) ・ S 2 + (2ζ / ωf) · s} / {(1 / ωf 2 ) ・ S 2 + (2ζ / ωf) · s + 1} (10)
F31 (s) = 1 / Kpp (11)
F32 (s) = 1 (12)
F33 (s) = Kpp {(1 / ωa 2 −1 / ωf 2 ) ・ S 2 − (2ζ / ωf) · s} / {(1 / ωf 2 ) ・ S 2 + (2ζ / ωf) · s + 1} (13)
[0104]
In FIG. 20A, since the block F11 has a gain peak in the frequency characteristic, the control system is likely to be unstable when mounted (for example, the output signal of the block F11 is limited, and the control of the control device becomes difficult). It becomes unstable.) In FIG. 20B, the block F (s) enters the position control loop in series. Since F (s) removes the high frequency feedback information, the responsiveness of the control device decreases.
FIG. 20C shows the configuration of the present embodiment. In the configuration of FIG. 20C, since there is no block having a gain peak as in FIG. 20A, the stability of the control system at the time of mounting can be ensured. In addition, since the compensation amount Xc for vibration suppression is calculated independently of the feedback information, the responsiveness of the position control loop does not decrease as shown in FIG. Even when the degree of freedom in changing the configuration of the command creation unit and the control block is limited as in the third embodiment (for example, even when the internal block of an existing LSI is used as it is and the specification cannot be changed for that block). 20 (c) in which the pre-filter 8 of FIG. 1 is equivalently transformed, a vibration suppression effect can be obtained without impairing the stability and response of the control system.
[0105]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to suppress vibration of the motor 2 and the control target 3 caused by low rigidity of the control target (load) or the connection shaft connecting the motor and the control target. it can. The control method and the control device according to the second embodiment always automatically suppress the vibration of the electric motor and the control target regardless of the command pattern or the characteristics of the control target 3. It is automatically prevented that the torque command T * becomes an excessive value. The operability of the control device is improved by automatically setting all the parameters of the pre-filter unit 8 in FIG. The control method and the control device according to the third embodiment always reduce the vibration by adaptively changing the value of the parameter of the filter even if the vibration frequency changes due to the characteristic fluctuation of the control target.
In the present embodiment, the filter 9 of FIG. 1 is equivalently changed to be of an internal configuration type, thereby eliminating the shift due to the digit loss of the calculation. Since there is no need to perform displacement compensation, the calculation time by software can be reduced, and the labor required for software creation can be reduced. Alternatively, a circuit for compensating for the deviation can be eliminated, the development effort of the LSI can be reduced, and the chip area of the LSI can be reduced.
According to the present invention, the vibration suppression effect can be obtained without impairing the stability and responsiveness of the control system even when the degree of freedom in changing the configuration of the command creation unit or the control block is limited.
[0106]
In FIG. 20C, the estimation command θe * may be calculated from the motor speed ωM as in FIG. 21A. As long as the compensation amount Xc is calculated independently of the stability and responsiveness of the feedback loop itself, the equivalent conversion shown in FIG. 20C may be arbitrarily performed. For example, FIG. 20 (c) may be equivalently converted as shown in FIGS. 21 (b) and 21 (c). In this case, F34, F35, and F36 are represented by equations (14) to (16), respectively.
[0107]
F34 (s) = 1 / Kpp · s (14)
F35 (s) = 1 (15)
F36 (s) = Kpp · {(1 / ωa 2 −1 / ωf 2 ) · S-2ζ / ωf} / {(1 / ωf 2 ) ・ S 2 + (2ζ / ωf) · s + 1} (16)
[0108]
If the configurations in FIGS. 20C and 21 do not change, the equations of F31, F32, F33 and F34, F35, F36 may be equivalently converted to other equations. For example, F34, F35, and F36 may be equivalently converted into equations (17) to (19).
[0109]
F34 (s) = s (17)
F35 (s) = Kpp (18)
F36 (s) = {(1 / ωa 2 −1 / ωf 2 ) · S-2ζ / ωf} / {(1 / ωf 2 ) ・ S 2 + (2ζ / ωf) · s + 1} (19)
[0110]
The configuration of the filter unit 9 in FIG. 1 before the equivalent conversion to FIGS. 20 and 21 is not limited to the configuration of Expression (6). An arbitrary configuration having a characteristic of lowering the gain of the predetermined frequency ωa and frequencies near the predetermined frequency ωa as shown in FIG.
When the control target position θL in FIG. 16 oscillates at a plurality of vibration frequencies, the filter unit 9 has a characteristic of reducing the gain of the plurality of vibration frequencies and the frequencies in the vicinity thereof and suppressing the gain in the high frequency range. .
The electric motor is not limited to a particular type. The motor may be a DC motor, a permanent magnet synchronous motor, or an induction motor. The electric motor is not limited to a rotary electric motor, but may be a linear motor.
[0111]
<< Embodiment 4 >>
Fourth Embodiment A control method and a control device for a motor according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 22 is a block diagram showing a configuration of a motor control device according to Embodiment 4 of the present invention.
The point that this embodiment is different from the first embodiment of FIG. 1 will be described. In the control device of the present embodiment of FIG. 22, the method by which parameter automatic setting unit 10 calculates vibration frequency ωa of control target (load) 3 is different from that of the first embodiment (FIG. 1). The control device of the present embodiment does not include the vibration detection unit 5 (FIG. 1). The parameter automatic setting unit 10 obtains ωa based on the motor position θM. Example 4 is different from Example 1 in this point. The control device of the present embodiment is less expensive than the first embodiment because the vibration detection unit 5 of FIG. 1 is not required.
[0112]
In the present embodiment, it is necessary that a vibration component having the same frequency as the vibration at the control target position θL can be detected at the motor position θM. For example, the inertia of the control target 3 is very small as compared with the inertia of the motor 2, and a vibration component having the same frequency as the vibration of the control target position θL is unlikely to appear at the motor position θM. If it cannot be detected, the configuration of the fourth embodiment cannot be applied. This is because the vibration frequency ωa of the control target position θL cannot be calculated from the motor position θM. In this respect, the fourth embodiment is different from the first embodiment in that the scope of application is restricted.
In the fourth embodiment, it is assumed that a vibration component having the same frequency as the vibration of the control target position θL can be detected at the motor position θM.
[0113]
The detailed operation of the control device in FIG. 22 will be described. Since the position command creating unit 1 and the position detecting unit 4 are the same as those in the first embodiment, the description is omitted. The servo controller 6 performs digital control. The servo controller 6 inputs the position command from the position command creating unit 1 and the motor position θM from the position detecting unit 4 at regular intervals, performs arithmetic processing, and controls the current I of the motor 2. FIG. 23 shows a flowchart of a one-cycle calculation process executed by the servo controller 6. The servo controller 6 repeats the arithmetic processing shown in FIG. 23 at a constant arithmetic cycle (for example, 166 μs). The processing in FIG. 23 will be described with reference to FIG. In FIG. 23, the processing other than step S22 is the same as that of the first embodiment, and thus the description is omitted.
[0114]
In the pre-filter parameter automatic setting process of step S22, the parameter automatic setting unit 10 calculates the vibration frequency ωa of the control target position θL based on the motor position θM detected by the position detection unit 4. The parameter automatic setting unit 10 measures the zero-crossing time interval of the motor position deviation ΔθM after the end of the change of the position command θ *, for example, and calculates the vibration frequency of the motor position θM. Instead of the motor position deviation Δθ, ωa may be calculated using a motor speed deviation ΔωM or a state quantity inside the command following control unit 12 such as the torque command T *. Since the vibration frequency of the motor position θM and the vibration frequency of the control target position θL are theoretically the same, the calculated vibration frequency of the motor position θM is set as the vibration frequency fr of the control target position θL. Let ωa = 2π · fr.
[0115]
The parameter automatic setting unit 10 determines ωf based on the calculated ωa. ωf determines the cutoff frequency of the filter unit 9 (FIG. 22) having the characteristic of lowering the high-frequency gain. In determining ωf, for example, a table or a calculation formula based on a graph that determines the relationship between ωa and ωf shown in FIG. 3 is used. ωf may be determined using a two-dimensional table in which ωa and the acceleration of the position command θ * are used as arguments. The damping coefficient ζ is fixed to 1. The role of ωa, the role of ωf, the reason for determining ωf using ωa and the acceleration of the position command θ * as arguments, and a detailed description of the appropriate set value of ζ have been given in the first embodiment, and will not be repeated here. .
[0116]
As described above, according to the present embodiment, the vibration of the motor 2 and the control target 3 caused by the low rigidity of the control target (load) itself or the connection shaft connecting the motor and the control target is suppressed. Can be. The control method and the control device according to the fourth embodiment always automatically suppress the vibration of the electric motor and the control target regardless of the command pattern or the characteristics of the control target 3. It is automatically prevented that the torque command T * becomes an excessive value. By automatically setting all the parameters of the pre-filter unit 8, the operability of the control device is improved. The control method and the control apparatus according to the fourth embodiment always reduce the vibration by adaptively changing the value of the parameter of the filter even if the vibration frequency changes due to the characteristic fluctuation of the control target.
The control method and the control device of the present embodiment are less expensive than the first embodiment because the vibration detection unit 5 of FIG. 1 of the first embodiment is unnecessary.
[0117]
In FIG. 22, the configuration of the command follow-up control unit 12 may be another configuration as long as the control is performed so that the motor position θM follows the motor position command θM *. With such a configuration, the same effect as in the present embodiment can be obtained.
In the present embodiment, the position control system has been described, but the present invention is also applicable to a speed control system as described in the first embodiment. In this case, the pre-filter unit 8 may be arranged inside a speed command creating unit that creates a speed command pattern and outputs a speed command.
The configuration of the filter unit 9 in FIG. 22 is arbitrary as long as it has a characteristic of lowering the gain of the predetermined frequency ωa and the frequency in the vicinity thereof as shown in FIG. It is.
[0118]
The pre-filter unit 8 in FIG. 22 may be arranged inside the position command creating unit 1.
When the control target position θL in FIG. 22 is vibrating at a plurality of vibration frequencies, the filter unit 9 has a characteristic of reducing the gain of the plurality of vibration frequencies and the frequencies in the vicinity thereof and suppressing the gain in the high frequency range. .
In the flowchart of FIG. 23, the process of step S2 may be performed before step S1.
The electric motor is not limited to a particular type. The motor may be a DC motor, a permanent magnet synchronous motor, or an induction motor. The electric motor is not limited to a rotary electric motor, but may be a linear motor.
The command pattern of the position command θ * may be created by the position command input unit 7 inside the servo controller 6 instead of the position command creating unit 1. In this case, the position command input unit 7 outputs the position command θ * at regular intervals based on the created command pattern.
[0119]
<< Embodiment 5 >>
Fifth Embodiment A motor control method and a control device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 24 is a block diagram illustrating a configuration of a motor control device according to Embodiment 5 of the present invention.
The point that this embodiment is different from the first embodiment of FIG. 1 will be described. In the control device of the present embodiment shown in FIG. 24, the method by which parameter automatic setting unit 10 calculates vibration frequency ωa of control target (load) 3 is different from that of the first embodiment (FIG. 1). The control device of the present embodiment does not include the vibration detection unit 5 (FIG. 1). In the present embodiment, the parameter automatic setting unit 10 obtains the vibration frequency ωa of the control target position θL from the state quantity used for the calculation inside the servo controller 6 using the mathematical model of the electric motor 2 and the control target 3.
[0120]
The detailed operation of the control device in FIG. 24 will be described. Since the position command creating unit 1 and the position detecting unit 4 are the same as those in the first embodiment, the description is omitted. The servo controller 6 performs digital control. The servo controller 6 inputs the position command from the position command creating unit 1 and the motor position θM from the position detecting unit 4 at regular intervals, performs arithmetic processing, and controls the current I of the motor 2. FIG. 25 shows a flowchart of a one-cycle calculation process executed by the servo controller 6. The servo controller 6 repeats the calculation processing shown in FIG. 25 at a constant calculation cycle (for example, 166 μs). The processing in FIG. 25 will be described with reference to FIG. Processing other than steps S25, S26, and S27 is the same as that of the first embodiment, and a description thereof will be omitted.
In step S25, the automatic parameter setting unit 10 determines whether the electric motor 2 is accelerating. If the vehicle is accelerating, the process proceeds to the inertia estimating process of step S26. If the vehicle is not accelerating, the process proceeds to a pre-filter parameter automatic setting process of step S27. In the inertia estimation process of step S26, the parameter automatic setting unit 10 estimates the inertia JL of the control target 3 from the electric motor position θM, which is a state quantity in the servo controller 6, and the torque command T *. The parameter automatic setting unit 10 performs calculations of the equations (20) to (24).
[0121]
ωMc (n) = θM (n) −θM (n−1) (20)
aM (n) = Ku (ωMc (n) −ωMc (n−1)) (21)
aMf (n) = aMf (n−1) + Kf · (aM (n) −aMf (n−1)) (22)
J (n) = aMf (n) / T * (n-1) (23)
JL (n) = J (n) -JM (24)
[0122]
ωMc is a calculated speed value, aM is a calculated acceleration value, aMf is a calculated acceleration value after filtering, Kf is a filter constant, Ku is a unit conversion coefficient, J is an inertia of the electric motor 2 and the controlled object 3 combined, and a constant JM is an electric motor. 2 inertia. In the pre-filter parameter automatic setting process in step S27, the parameter automatic setting unit 10 calculates the vibration frequency fr of the control target 3. Let ωa = 2π · fr. Equation (25) is used for the calculation.
[0123]
ωa (n) = (Ks / JL (n)) 1/2 (25)
[0124]
The constant Ks is a spring constant. The reason why equation (25) is used to calculate ωa will be described later. The frequency ωf is determined based on the calculated ωa. The determination of ωf uses, for example, a table or a calculation formula based on a graph that determines the relationship between ωa and ωf shown in FIG. ωf may be determined using a two-dimensional table in which ωa and the acceleration of the position command θ * are used as arguments. The damping coefficient ζ is fixed to 1. The role of ωa, the role of ωf, the reason for determining ωf using ωa and the acceleration of the position command θ * as arguments, and a detailed description of the appropriate set value of ζ have been given in the first embodiment. Omitted.
[0125]
The reason why equation (25) is used to calculate the vibration frequency ωa of the control target 3 will be described. As described in the conventional example, when the electric motor 2 and the control target 3 are mathematically modeled with the model of FIG. 27, a block diagram thereof is shown in FIG. JM is the inertia of the motor 2, JL is the inertia of the control target 3, and Ks is the spring constant of the connecting shaft between the motor 2 and the control target 3. The inertia of the connecting shaft is ignored because it is very small compared to JM and JL. FIG. 30A shows the frequency characteristic from the torque command T * to the electric motor position θM. As described in the description of the conventional example, the vibration frequency ωa (= 2π · fr) of the control target 3 is near the anti-resonance frequency in FIG. The vibration frequency ωa is derived by the following equation (26) from the block diagram of FIG.
[0126]
ωa = (Ks / JL) 1/2 (26)
[0127]
The calculation of ωa in equation (25) is based on equation (26).
As described above, according to the present embodiment, the vibration of the motor 2 and the control target 3 caused by the low rigidity of the control target (load) itself or the connection shaft connecting the motor and the control target is suppressed. Can be. The control method and the control device according to the fifth embodiment always automatically suppress the vibration of the electric motor and the control target regardless of the command pattern or the characteristics of the control target 3. It is automatically prevented that the torque command T * becomes an excessive value. By automatically setting all the parameters of the pre-filter unit 8, the operability of the control device is improved. The control method and the control device according to the fifth embodiment always reduce the vibration by adaptively changing the value of the parameter of the filter even if the vibration frequency changes due to the characteristic fluctuation of the control target.
The control method and the control device of the present embodiment are less expensive than the first embodiment because the vibration detection unit 5 of FIG. 1 of the first embodiment is unnecessary.
[0128]
In steps S25, S26, and S27 in FIG. 25, the vibration frequency ωa of the control target 3 is calculated. The estimation method of ωa is not limited to Expressions (20) to (25). Any method can be used as long as ωa is obtained based on the simplified mathematical model of the electric motor 2 and the control target 3 using the state quantity inside the servo controller 6.
In FIG. 24, the configuration of the command following control unit 12 may be another configuration as long as the control is performed such that the motor position θM follows the motor position command θM *. With such a configuration, the same effect as in the present embodiment can be obtained.
[0129]
Although the position control system has been described in the present embodiment, the present invention can be applied to a speed control system as described in the first embodiment. In this case, the pre-filter unit may be arranged inside a speed command creating unit that creates a speed command pattern and outputs a speed command.
The configuration of the filter unit 9 in FIG. 24 is arbitrary as long as it has a characteristic of lowering the gain of the predetermined frequency ωa and the frequency in the vicinity thereof as shown in FIG. is there.
The pre-filter unit 8 in FIG. 24 may be arranged inside the position command creating unit 1.
When the control target position θL in FIG. 24 oscillates at a plurality of vibration frequencies, the filter unit 9 has a characteristic of reducing the gain of the plurality of vibration frequencies and the frequencies in the vicinity thereof and suppressing the gain in the high frequency range. .
[0130]
In the flowchart of FIG. 25, the process of step S2 may be performed before step S1.
The electric motor is not limited to a particular type. The motor may be a DC motor, a permanent magnet synchronous motor, or an induction motor. The electric motor is not limited to a rotary electric motor, but may be a linear motor.
The command pattern of the position command θ * may be created by the position command input unit 7 inside the servo controller 6 instead of the position command creating unit 1. In this case, the position command input unit 7 outputs the position command θ * at regular intervals based on the created command pattern.
[0131]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the pre-filter has both the characteristic of lowering the gain of the predetermined frequency ωa and the frequency near the predetermined frequency ωa and the characteristic of suppressing the high-frequency gain, the control target (load) itself or the motor and the motor can be controlled. It is possible to obtain an effect of suppressing vibration of the motor and the control target that occur due to low rigidity of the connection shaft connecting the target and the control shaft.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the vibration of an electric motor and a controlled object can always be suppressed regardless of the command pattern or the characteristic of a controlled object. An advantageous effect is obtained that a control method and a control device for an electric motor that automatically prevents the torque command T * from becoming an excessive value can be realized.
[0132]
According to the present invention, a transfer function of a filter having both a characteristic of lowering a gain of a predetermined frequency ωa and a frequency in the vicinity thereof and a characteristic of suppressing a gain in a high frequency band is equivalently converted into a feedforward type prefilter. Accordingly, an advantageous effect that a motor control method and a control device can be realized in which a convergence value error of a motor position due to a digit cancellation in a calculation does not occur, a correction of a calculation error is unnecessary, and a high positioning accuracy is realized. can get.
[0133]
According to the present invention, an estimation command is generated by estimating a command based on a state quantity in a feedback loop, and has both a characteristic of lowering a gain of a predetermined frequency ωa and a frequency in the vicinity thereof and a characteristic of suppressing a high-frequency gain. The transfer function of the filter is equivalently converted to the sum of a constant term and a feedforward compensation term, an estimation command is applied to the feedforward compensation term to determine an internal compensation amount, and the internal compensation amount is input into a feedback loop. By configuring the internal configuration type pre-filter, even when the degree of freedom in changing the configuration of the command creation unit and the control block is limited, the motor that suppresses vibration without impairing the stability and responsiveness of the control system An advantageous effect that a control method and a control device can be realized is obtained.
[0134]
According to the present invention, by making the gain of the predetermined frequency ωa variable, there is obtained an advantageous effect that a control method and a control device for a motor that further improves the vibration suppression effect can be realized.
According to the present invention, the characteristics of the pre-filter, the feed-forward type pre-filter, or the internal configuration type pre-filter that suppresses the gain in the high frequency range depend on the period in which the torque command T * is not likely to be excessively large. By changing them, there is obtained an advantageous effect that it is possible to realize a control method and a control device for a motor that reduce a delay in response due to a characteristic of suppressing a high-frequency gain.
[0135]
According to the present invention, the pre-filter unit, the feed-forward type pre-filter or the internal configuration type pre-filter automatically determines the characteristic for suppressing the high-frequency gain based on at least the predetermined frequency ωa. An advantageous effect is obtained that a control method and a control device for an electric motor with good responsiveness can be realized.
According to the present invention, the pre-filter unit, the feed-forward type pre-filter or the internal configuration type pre-filter automatically sets the predetermined frequency ωa, so that even if the vibration frequency changes due to the characteristic fluctuation of the control target, the pre-filter unit is stable. Thus, an advantageous effect of being able to realize a control method and a control device for a motor that constantly reduces vibration can be achieved.
[0136]
The present invention detects a vibration of a control target and determines a predetermined frequency ωa based on the vibration frequency. As a result, an advantageous effect is obtained in that an optimal response is automatically performed, and a control method and a control device for a motor having high responsiveness can be realized.
According to the present invention, at the time of automatic setting of the vibration frequency, the predetermined frequency ωa is determined based on the vibration frequency of the electric motor, so that an inexpensive electric motor control method and control device can be performed without using a vibration detection unit to be controlled. Is obtained.
[0137]
According to the present invention, at the time of vibration frequency automatic setting, by estimating the mathematical model of the electric motor and the control target, and determining the predetermined frequency ωa based on the mathematical model, without using the vibration detection unit of the control target, An advantageous effect is obtained that an inexpensive motor control method and control device can be realized.
According to the present invention, the pre-filter reduces the gain of the frequency ωa near the anti-resonance frequency of the system from the torque output by the motor to the motor position and the frequency near the anti-resonance frequency, and suppresses the high-frequency gain. By having both of the characteristics and the characteristics, it is possible to suppress the vibration of the control target and realize a control method and a control device having high responsiveness.
[0138]
The control method and the control device for the electric motor according to the present invention have a low mechanical rigidity, such as a wire bonder, a die bonder, a mounting machine, a printing machine, a multi-axis robot, or a machine tool, when a device equipped with the motor is to be controlled. Therefore, the present invention can be applied to any device in which vibration is easily generated. Thereby, the above effects can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 1 is a control block diagram showing a configuration of a motor control method according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2
Flowchart in Embodiment 1 according to the present invention
FIG. 3
A graph showing a relationship between an argument and a set value according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4
(A) is a frequency characteristic diagram of the filter unit 9 according to the first embodiment of the present invention, (
b) is a frequency characteristic diagram from the position command θ * to the control target position θL.
FIG. 5
Configuration diagram of filter section 9 in Embodiment 1 according to the present invention
FIG. 6
Wave of position command θ * and electric motor position command θM * in Embodiment 1 according to the present invention
Shape
FIG. 7
Waveform diagram of torque command T * in Embodiment 1 according to the present invention
FIG. 8
Motor position deviation ΔθM and control target position deviation according to Embodiment 1 of the present invention
Waveform diagram of ΔθL
FIG. 9
When the pre-filter unit 8 according to the first embodiment of the present invention is applied to a speed control system
Block Diagram
FIG. 10
FIG. 6 is a control block diagram showing a configuration of a motor control method according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 11
Flowchart in Embodiment 2 according to the present invention
FIG.
Configuration diagram of equivalent filter section 11 in Embodiment 2 according to the present invention
FIG. 13
FIG. 2 is a configuration diagram showing equivalent conversion of the filter unit 9 according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 14
Configuration equivalent to FIG. 10 in Embodiment 2 according to the present invention
FIG.
Configuration equivalent to FIG. 10 in Embodiment 2 according to the present invention
FIG.
3 is a control block diagram showing a configuration of a control method for a motor according to a third embodiment of the present invention.
FIG.
Flowchart in Embodiment 3 according to the present invention
FIG.
Configuration diagram of equivalent internal filter section 41 in Embodiment 3 according to the present invention
FIG.
The configuration of FIG. 1 according to the first embodiment of the present invention is represented using a Laplace operator.
Block diagram
FIG.
Configuration diagram equivalent to FIG. 19 in Embodiment 3 according to the present invention
FIG. 21 is a configuration diagram equivalent to FIG. 20C in the third embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a control block diagram illustrating a configuration of a motor control method according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a flowchart according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a control block diagram illustrating a configuration of a control method for a motor according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a flowchart according to the fifth embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a control block diagram of a conventional electric motor control method.
FIG. 27 is a model diagram of a low-rigidity device.
FIG. 28 is a block diagram in which a low-rigidity device is mathematically modeled.
FIG. 29 is a control block diagram of a conventional motor control method.
FIG. 30 (a) shows a frequency characteristic diagram of a transfer function from a torque command T * to a motor position θM, and FIG. 30 (b) shows a transfer from a motor position command θM * to a motor position θM according to a conventional motor control method. (C) is a frequency characteristic diagram of a transfer function from the motor position θM to the control target position θL, and (d) is a frequency characteristic diagram of a transfer function from the motor position command θM * to the control target position θL.
31 (a) is a command pattern diagram of a position command θ *, and FIG. 31 (b) is a differential waveform diagram of the position command θ * in the conventional motor control method.
FIG. 32 is a waveform diagram of the motor position deviation ΔθM and the control target position deviation ΔθL in the case where the pre-filter unit 107 is not provided in the conventional motor control method.
33A is a frequency characteristic diagram of the pre-filter unit 107, and FIG. 33B is a frequency characteristic diagram of a transfer function from the position command θ * to the control target position θL in the conventional motor control method.
FIG. 34 is a waveform diagram of a motor position deviation ΔθM and a control target position deviation ΔθL in a conventional motor control method.
FIG. 35 is a waveform diagram of a motor position deviation ΔθM and a control target position deviation ΔθL when the position proportional gain Kpp and the speed proportional gain Kvp are low without the pre-filter unit 107 in the conventional motor control method.
FIG. 36 is a waveform diagram of a position command θ * and a motor position command θM * in a conventional motor control method.
FIG. 37 is a waveform chart of T * in a conventional motor control method.
FIG. 38 is a view showing a mounting machine equipped with the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Position command creation unit
2 Electric motor
3 Control target
4 Position detector
5 Vibration detector
6, 22, 43 Servo controller
7 Position command input section
8 Pre-filter section
9 Filter section
10 Parameter automatic setting section
11 Equivalent filter section
12 Command follow-up control unit
13 Position deviation calculator
14 Position control unit
15 Speed calculator
16 Speed deviation calculator
17 Speed control unit
18 Current control unit
20 Speed command generator
21 Speed detector
23 Speed command input section
24 Command follow-up control unit
30, 42 Compensation value application section
40 Command estimation unit
41 Equivalent internal filter

Claims (25)

電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタステップと、
前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、
を有することを特徴とする電動機の制御方法。
A command input step of inputting a command to a motor or a control target connected to the motor,
A pre-filter step of applying the command to a filter having both a characteristic of lowering the gain of a predetermined frequency and a frequency in the vicinity thereof and a characteristic of suppressing a high-frequency gain, and outputting a following command value,
A command following control step of controlling the state quantity of the electric motor or the control target to follow the following command value,
A method for controlling an electric motor, comprising:
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記指令を前記定数項に作用させて追従指令値を出力し、且つ前記指令をフィードフォワード補償項に作用させてフィードフォワード補償項補償量を出力するフィードフォワード型前置フィルタステップと、
前記フィードフォワード補償項補償量と前記追従指令値に基づき、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、
を有することを特徴とする電動機の制御方法。
A command input step of inputting a command to a motor or a control target connected to the motor,
A transfer function of a filter having both a characteristic of lowering the gain of a predetermined frequency and a frequency in the vicinity thereof and a characteristic of suppressing a gain in a high frequency band is equivalently converted into a sum of a constant term and a feedforward compensation term, and A feedforward type pre-filter step of outputting a follow-up command value by acting on a constant term, and outputting the feedforward compensation term compensation amount by acting on the command to a feedforward compensation term;
A command following control step of controlling the state quantity of the electric motor or the control target to follow the following command value based on the feedforward compensation term compensation amount and the following command value;
A method for controlling an electric motor, comprising:
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、
フィードフォワード補償項補償量と追従指令値に基づき、前記指令に基づく前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御ステップと、
前記指令追従制御ステップ内部の状態量に基づき前記指令を推定した推定指令を出力する指令推定ステップと、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記推定指令をフィードフォワード補償項に作用させて前記フィードフォワード補償項補償量を出力する内部構成型前置フィルタステップと、
を有することを特徴とする電動機の制御方法。
A command input step of inputting a command to a motor or a control target connected to the motor,
A command following control step of controlling the state quantity of the electric motor or the control target to follow the following command value based on the command based on the feedforward compensation term compensation amount and the following command value;
A command estimating step of outputting an estimated command estimating the command based on a state quantity inside the command following control step,
The transfer function of the filter having both the characteristic of lowering the gain of the predetermined frequency and the frequency in the vicinity thereof and the characteristic of suppressing the gain in the high frequency band is equivalently converted into the sum of a constant term and a feedforward compensation term, and the estimation command is obtained. An internal configuration type pre-filter step of operating the feed forward compensation term to output the feed forward compensation term compensation amount,
A method for controlling an electric motor, comprising:
前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、所定の周波数及びその近辺の周波数の利得を下げる特性のうち特に前記所定の周波数の利得を可変とすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかの請求項に記載の電動機の制御方法。The pre-filter step, the feed-forward type pre-filter step or the internal configuration type pre-filter step, the gain of the predetermined frequency is particularly variable among the characteristics for lowering the gain of a predetermined frequency and a frequency around the predetermined frequency. The method for controlling an electric motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the control is performed. 前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記高域の利得を抑える特性を動作状態により変化させることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかの請求項に記載の電動機の制御方法。The said pre-filter step, the said feed-forward type pre-filter step, or the said internal structure type pre-filter step changes the characteristic which suppresses the said high frequency gain according to an operation state, The Claims 1 characterized by the above-mentioned. The method for controlling an electric motor according to claim 4. 前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記高域の利得を抑える特性を、少なくとも前記所定の周波数を決めるパラメータに基づき自動的に決定することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかの請求項に記載の電動機の制御方法。The pre-filtering step, the feed-forward type pre-filtering step or the internal configuration type pre-filtering step automatically determines the characteristic for suppressing the high-frequency gain based on at least a parameter for determining the predetermined frequency. The method for controlling an electric motor according to any one of claims 1 to 5, characterized in that: 前記前置フィルタステップ、前記フィードフォワード型前置フィルタステップ又は前記内部構成型前置フィルタステップが、前記所定の周波数を自動設定する振動周波数自動設定ステップを有することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかの請求項に記載の電動機の制御方法。2. The method according to claim 1, wherein the pre-filtering step, the feed-forward type pre-filtering step, or the internal configuration type pre-filtering step includes a vibration frequency automatic setting step of automatically setting the predetermined frequency. 3. The control method for an electric motor according to claim 6. 前記振動周波数自動設定ステップが、前記制御対象の振動を検出する振動検出ステップと、検出した前記振動から振動周波数を抽出して前記所定の周波数を決定する周波数決定ステップと、を有することを特徴とする請求項7に記載の電動機の制御方法。The vibration frequency automatic setting step, a vibration detection step of detecting the vibration of the control target, and a frequency determination step of extracting a vibration frequency from the detected vibration and determining the predetermined frequency, The method for controlling a motor according to claim 7. 前記振動周波数自動設定ステップが、前記電動機の振動周波数に基づき前記所定の周波数を決定することを特徴とする請求項7に記載の電動機の制御方法。The motor control method according to claim 7, wherein the vibration frequency automatic setting step determines the predetermined frequency based on a vibration frequency of the electric motor. 前記振動周波数自動設定ステップにおいて、前記電動機の応答に基づき前記電動機と前記制御対象の数式モデルを推定し、前記数式モデルに基づき前記所定の周波数を決定することを特徴とする請求項7に記載の電動機の制御方法。The method according to claim 7, wherein in the vibration frequency automatic setting step, a mathematical model of the electric motor and the control target is estimated based on a response of the electric motor, and the predetermined frequency is determined based on the mathematical model. Motor control method. 前記所定の周波数が、前記電動機が出力したトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかの請求項に記載の電動機の制御方法。The said predetermined frequency is a frequency near the anti-resonance frequency which the system from the torque which the said motor output to the position or the speed of the said motor has, The one of Claim 1 characterized by the above-mentioned. The control method of the electric motor according to the paragraph. 電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力ステップと、
前記指令に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する制御ステップと、
を有し、
前記制御ステップにおいて、前記電動機のトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性と、を併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力し、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の前記状態量が追従するよう制御することと同一又は等価な特性を有する制御を行うことを特徴とする電動機の制御方法。
A command input step of inputting a command to a motor or a control target connected to the motor,
A control step of controlling the state quantity of the electric motor or the control target to follow the command,
Has,
In the control step, the command is sent to a filter having both a characteristic of lowering a gain of a frequency near an anti-resonance frequency and a characteristic of suppressing a gain in a high frequency range, which have a system from the torque of the motor to the position or speed of the motor. And outputs a follow-up command value, and performs control having the same or equivalent characteristics as controlling the state quantity of the motor or the control target to follow the follow-up command value. Control method.
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタを有し、前記フィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力する前置フィルタ部と、
前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、
を有することを特徴とする電動機の制御装置。
A command input unit for inputting a command to a motor, or a control target connected to the motor,
A pre-filter unit that has a filter having both a characteristic of lowering the gain of a predetermined frequency and a frequency in the vicinity thereof and a characteristic of suppressing a high-frequency gain, and outputs a following command value by applying the command to the filter. ,
A command follow-up control unit that controls the state quantity of the electric motor or the control target to follow the follow-up command value,
A control device for a motor, comprising:
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記指令を前記定数項に作用させて追従指令値を出力し、且つ前記指令をフィードフォワード補償項に作用させてフィードフォワード補償項補償量を出力するフィードフォワード型前置フィルタ部と、
前記フィードフォワード補償項補償量と前記追従指令値に基づき、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、
を有することを特徴とする電動機の制御装置。
A command input unit for inputting a command to a motor, or a control target connected to the motor,
A transfer function of a filter having both a characteristic of lowering the gain of a predetermined frequency and a frequency in the vicinity thereof and a characteristic of suppressing a gain in a high frequency band is equivalently converted into a sum of a constant term and a feedforward compensation term, and A feedforward type pre-filter unit that outputs a follow-up command value by acting on a constant term, and outputs a feedforward compensation term compensation amount by acting on the command to a feedforward compensation term;
A command following control unit that controls the state quantity of the electric motor or the control target to follow the following command value based on the feedforward compensation term compensation amount and the following command value,
A control device for a motor, comprising:
電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、
フィードフォワード補償項補償量と追従指令値に基づき、前記指令に基づく前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する指令追従制御部と、
前記指令追従制御部内部の状態量に基づき前記指令を推定した推定指令を出力する指令推定部と、
所定の周波数及びその近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性とを併せ持つフィルタの伝達関数を、定数項とフィードフォワード補償項との和に等価変換し、前記推定指令を前記フィードフォワード補償項に作用させて前記フィードフォワード補償項補償量を出力する内部構成型前置フィルタ部と、
を有することを特徴とする電動機の制御装置。
A command input unit for inputting a command to a motor, or a control target connected to the motor,
A command follow-up control unit that controls the state quantity of the electric motor or the control target to follow the follow-up command value based on the command based on the feedforward compensation term compensation amount and the follow-up command value,
A command estimating unit that outputs an estimated command that estimates the command based on a state quantity inside the command following control unit,
The transfer function of the filter having both the characteristic of lowering the gain of the predetermined frequency and the frequency in the vicinity thereof and the characteristic of suppressing the gain in the high frequency band is equivalently converted into the sum of a constant term and a feedforward compensation term, and the estimation command is obtained. An internal configuration type pre-filter unit that outputs the feed forward compensation term compensation amount by acting on the feed forward compensation term,
A control device for a motor, comprising:
前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、所定の周波数及びその近辺の周波数の利得を下げる特性のうち特に前記所定の周波数の利得を可変とすることを特徴とする請求項13から請求項15のいずれかの請求項に記載の電動機の制御装置。The pre-filter unit, the feed-forward type pre-filter unit or the internal configuration type pre-filter unit, the gain of the predetermined frequency is particularly variable among the characteristics for lowering the gain of a predetermined frequency and a frequency around the predetermined frequency. The electric motor control device according to any one of claims 13 to 15, wherein: 前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記高域の利得を抑える特性を動作状態により変化させることを特徴とする請求項13から請求項16のいずれかの請求項に記載の電動機の制御装置。The said pre-filter part, the said feed-forward type pre-filter part, or the said internal structure type pre-filter part changes the characteristic which suppresses the said high frequency gain according to an operating state, The Claims 13 characterized by the above-mentioned. A control device for an electric motor according to claim 16. 前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記高域の利得を抑える特性を、少なくとも前記所定の周波数を決めるパラメータに基づき自動的に決定することを特徴とする請求項13から請求項17のいずれかの請求項に記載の電動機の制御装置。The pre-filter unit, the feed-forward type pre-filter unit or the internal configuration type pre-filter unit automatically determines a characteristic for suppressing the high-frequency gain based on at least a parameter for determining the predetermined frequency. The electric motor control device according to any one of claims 13 to 17, wherein: 前記前置フィルタ部、前記フィードフォワード型前置フィルタ部又は前記内部構成型前置フィルタ部が、前記所定の周波数を自動設定する振動周波数自動設定部を有することを特徴とする請求項13から請求項18のいずれかの請求項に記載の電動機の制御装置。The said pre-filter part, the said feed-forward type pre-filter part or the said internal structure type pre-filter part has a vibration frequency automatic setting part which sets the said predetermined frequency automatically, The claim from Claim 13 characterized by the above-mentioned. The control device for an electric motor according to claim 18. 前記振動周波数自動設定部が、前記制御対象の振動を検出する振動検出部と、検出した前記振動から振動周波数を抽出して前記所定の周波数を決定する周波数決定部と、を有することを特徴とする請求項19に記載の電動機の制御装置。The vibration frequency automatic setting unit, a vibration detection unit that detects the vibration of the control target, and a frequency determination unit that determines the predetermined frequency by extracting a vibration frequency from the detected vibration, The control device for a motor according to claim 19, wherein: 前記振動周波数自動設定部が、前記電動機の振動周波数に基づき前記所定の周波数を決定することを特徴とする請求項19に記載の電動機の制御装置。20. The motor control device according to claim 19, wherein the vibration frequency automatic setting unit determines the predetermined frequency based on a vibration frequency of the motor. 前記振動周波数自動設定部が、前記電動機の応答に基づき前記電動機と前記制御対象の数式モデルを推定し、前記数式モデルに基づき前記所定の周波数を決定することを特徴とする請求項19に記載の電動機の制御装置。The vibration frequency automatic setting unit estimates a mathematical model of the electric motor and the control target based on a response of the electric motor, and determines the predetermined frequency based on the mathematical model. Motor control device. 前記所定の周波数が、前記電動機が出力したトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数であることを特徴とする請求項13から請求項22のいずれかの請求項に記載の電動機の制御装置。The said predetermined frequency is a frequency near the anti-resonance frequency which the system from the torque which the said motor output to the position or the speed of the said motor has, The one of Claim 13 characterized by the above-mentioned. A control device for an electric motor according to the item. 電動機、又は前記電動機に連結された制御対象に対する指令を入力する指令入力部と、
前記指令に前記電動機又は前記制御対象の状態量が追従するよう制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記電動機のトルクから前記電動機の位置又は速度までの系が有する反共振周波数の近傍の周波数の利得を下げる特性と、高域の利得を抑える特性と、を併せ持つフィルタに前記指令を作用させて追従指令値を出力し、前記追従指令値に前記電動機又は前記制御対象の前記状態量が追従するよう制御することと同一又は等価な特性を有する制御を行うことを特徴とする電動機の制御装置。
A command input unit for inputting a command to a motor, or a control target connected to the motor,
A control unit that controls the state quantity of the electric motor or the control target to follow the command,
Has,
The control unit is configured to control the filter having both a characteristic of lowering a gain of a frequency near an anti-resonance frequency and a characteristic of suppressing a gain in a high frequency range of the system from the torque of the electric motor to the position or speed of the electric motor. And outputs a follow-up command value, and performs control having the same or equivalent characteristics as controlling the state quantity of the motor or the control target to follow the follow-up command value. Control device.
請求項13から請求項24のいずれかの請求項に記載の制御装置を有する装置。An apparatus comprising the control device according to any one of claims 13 to 24.
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