JP2010110080A

JP2010110080A - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2010110080A
Application number: JP2008277820A
Authority: JP
Inventors: Akito Kataoka; 章人片岡
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2010-05-13

Abstract

【課題】位置指令と検出位置との位置偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令を算出する位置制御と、速度指令と検出速度に基づいてトルク指令を算出する速度制御と、を行なってサーボモータを制御するモータ制御装置において、駆動系の許容加速度が低い機械の場合又は制御対象にワーク等が保持されている場合において、駆動系のダメージ、又は急減速によるワークのずれ等の可能性を低減する。
【解決手段】位置制御時の加減速時間と最大送り速度を保持する加減速データ保持部１６と、該加減速時間と該最大送り速度に応じて、加速度を演算する加速度演算部１７と、該加速度と該検出速度に応じて、速度指令を演算する速度指令演算部１８と、を設ける。非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりした時には、速度指令切替部１９が位置偏差演算器３からの速度指令Ｖｃから速度指令演算部１８からの速度指令Ｖｃ’へ速度指令を切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、位置指令と検出位置との位置偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令を算出する位置制御と、速度指令と検出速度に基づいてトルク指令を算出する速度制御と、を行なってサーボモータを制御することで制御対象の位置を制御するモータ制御装置に関するものである。

図４は、従来のモータ制御装置の一例を示すブロック図である。位置指令演算器１からの位置指令Ｐｃとサーボモータ１０に取り付けられたモータ位置検出器１３からのモータ位置検出値Ｐｍとの偏差を減算器２が算出し、位置偏差演算器３が前記位置偏差に位置ループゲインＫｐを乗じて速度指令Ｖｃを出力する。一方、サーボモータ１０に取り付けられたモータ位置検出器１３からのモータ位置検出値Ｐｍを微分器１５が微分し、モータ速度検出値Ｖｍを出力する。速度指令Ｖｃとモータ速度検出値Ｖｍとの偏差を減算器４が算出し、速度偏差演算部５へ出力する。速度偏差演算部５において、速度偏差比例成分演算器６が前記速度偏差と速度ループ比例ゲインＰｖに基づいて速度偏差比例成分を出力する。同時に、速度偏差積分成分演算器７が前記速度偏差と速度ループ積分ゲインＩｖに基づいて速度偏差積分成分を出力する。前記速度偏差比例成分と前記速度偏差積分成分との和を加算器８が算出し、トルク指令値Ｔｃを出力する。インバータ９は、トルク指令値Ｔｃに従った電流をサーボモータ１０に供給することによって、ボールネジ１１を介して駆動される制御対象１２の位置を制御する。

工作機械や産業用ロボット等の機械では、非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりすると、制御対象を速やかに停止させる必要があるため、一般的にはダイナミックブレーキで停止させる方法が知られている。

図５は、ダイナミックブレーキでの停止方法を説明するブロック図である。通常、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各モータ電流は、インバータ９からサーボモータ１０に供給される。一方、非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりした時には、ダイナミックブレーキ抵抗回路切替部２０がインバータ９からダイナミックブレーキ抵抗２１ａ，２１ｂ，２１ｃへ電流経路を切り替える。サーボモータ１０が回転している状態で前記電流経路を切り替えた場合、サーボモータ１０が発電機となるため、ダイナミックブレーキ抵抗２１ａ，２１ｂ，２１ｃに電流が流れる。ダイナミックブレーキ抵抗２１ａ，２１ｂ，２１ｃに流れる電流が熱エネルギーとして消費されることによって、モータが停止する。

しかしながら、前述したダイナミックブレーキでの停止方法では、停止トルクが小さいため、停止するまでの距離が長くなる。その結果として、制御対象が機械の他の部分と衝突して、機械が破損するという問題がある。

停止距離を短縮する技術として、非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりした時には、速度指令を０にし、サーボモータに対して、制御対象の駆動方向と逆向きのトルクを発生させることによって、停止距離の短縮を行なう方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上述した従来技術によって、サーボモータが出力できる最大トルクで停止することになるため、減速時の加速度が大きくなり、短い距離で停止することが可能となった。しかし、駆動系の許容加速度が低い機械においては、駆動系に対して、機械的ダメージを与えるという課題があった。また、制御対象にワーク等が保持されている場合、ワーク等がずれたり、保持部分から外れたりする可能性も考えられる。

特許第３４９４６８５号明細書

本発明の目的は、駆動系の許容加速度が低い機械又は制御対象にワーク等が保持されている場合においても、駆動系に与えるダメージを従来より小さくし、又は急減速によるワークのずれや外れの可能性を低減することにある。

本発明に係わるモータ制御装置は、位置指令と検出位置との位置偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令を算出する位置制御と、速度指令と検出速度に基づいてトルク指令を算出する速度制御と、を行なってサーボモータを制御することで、制御対象の位置を制御するモータ制御装置において、位置制御時の加減速時間と最大送り速度を保持する加減速データ保持部と、前記加減速時間と前記最大送り速度に応じて、加速度を演算する加速度演算部と、前記加速度と前記検出速度に応じて、速度指令を演算する速度指令演算部と、を備え、停止条件が満足された場合に、前記位置制御により求められた速度指令に代えて、前記速度指令演算部が求めた速度指令を用いて前記速度制御を実行することを特徴とする。

本発明により、駆動系の許容加速度が低い機械又は制御対象にワーク等が保持されている場合においても、駆動系に与えるダメージを従来より小さくし、又は急減速によるワークのずれや外れの可能性を低減することができる。

図１は、本発明の実施形態のモータ制御装置の一例を示すブロック図である。なお、図４に示した従来例と同一要素には同一番号を付してあり、その説明は省略する。

この実施形態のモータ制御装置は、図４に例示した構成に対し、加減速データ保持部１６，加速度演算部１７及び速度指令演算部１８を加えたものである。

加減速データ保持部１６には、予め調整作業等で決定された位置制御時の加減速時間Ｔｃｏｎと、機械仕様で規定されている位置制御時の最大送り速度Ｆｍａｘとが保持されている。加速度演算部１７は、加減速時間保持部１６からの加減速時間Ｔｃｏｎと最大送り速度Ｆｍａｘに応じて、加速度αを演算して出力する。速度指令演算部１８は、加速度演算部１７からの加速度αと微分器１５からのモータ速度検出値Ｖｍに応じて、速度指令Ｖｃ’を出力する。非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりした時などのように、所定の停止条件が満足された場合には、速度指令切替部１９が位置偏差演算器３からの速度指令Ｖｃから速度指令演算部１８からの速度指令Ｖｃ’へ速度指令を切り替える。前記速度指令を切り替えた場合、速度指令Ｖｃ’とモータ速度検出値Ｖｍとの偏差を減算器４が算出し、速度偏差演算部５へ出力する。速度偏差演算部５において、速度偏差比例成分演算器６が前記速度偏差と速度ループ比例ゲインＰｖに基づいて速度偏差比例成分を出力する。同時に、速度偏差積分成分演算器７が前記速度偏差と速度ループ積分ゲインＩｖに基づいて速度偏差積分成分を出力する。前記速度偏差比例成分と前記速度偏差積分成分との和を加算器８が算出し、トルク指令値Ｔｃを出力する。インバータ９は、トルク指令値Ｔｃに従った電流をサーボモータ１０に供給することによって、ボールネジ１１を介して駆動される制御対象１２を停止させる。

以下では、図２を参照しながら、加減速データ保持部１６、加速度演算部１７、速度指令演算部１８にて、加減速時間Ｔｃｏｎ、最大送り速度Ｆｍａｘ、加速度α、速度指令Ｖｃ’を求める際の演算処理の一例について説明する。加減速データ保持部１６には、予め調整作業等で決定された位置制御時の加減速時間Ｔｃｏｎと機械仕様で規定されている位置制御時の最大送り速度Ｆｍａｘが保持されている。加速度演算部１７は、加減速時間Ｔｃｏｎと最大送り速度Ｆｍａｘを用いて、例えば次式、
＜数１＞
α＝Ｆｍａｘ／Ｔｃｏｎ
で算出される加速度αを出力する。速度指令演算部１８は、非常停止スイッチが押されたり、アラームが発生したりした時の微分器１５からのモータ速度検出値をＶ０として、加速度α（上式にて算出）、時間ｔ、速度ｖを用いて、例えば次式、
＜数２＞
ｖ＝Ｖ０−αｔ
にて速度ｖを算出し、この速度ｖを速度指令Ｖｃ’として速度指令切替部１９に供給する。加減速時間Ｔｃｏｎは、例えば調整作業等の作業にて、様々な加減速時間を試行するなどして、駆動系の許容加速度が低い機械や制御対象にワーク等を保持している場合に合わせて決定しておく。このように加減速時間Ｔｃｏｎを決定しておけば、減速時の加速度が過度に大きくなること、かつ、必要以上に小さくなることを防止することができる。つまり、駆動系の許容加速度が低い機械においては、駆動系に対して、機械的ダメージを与える可能性が少なくなる。また、制御対象にワーク等が保持されている場合、ワーク等がずれたり、保持部分から外れたりする可能性も低減される。従って、駆動系の許容加速度が低い機械又は制御対象にワーク等を保持している場合においても、最適な加速度で減速させることができ、駆動系に与えるダメージが従来より小さくなり、又は急減速によるワークのずれや外れの可能性が低減される。

また、図１では、位置指令演算器１からの位置指令Ｐｃとサーボモータ１０に取り付けられたモータ位置検出器１３からのモータ位置検出値Ｐｍとの偏差を減算器２が算出し、位置偏差演算器３が前記位置偏差に位置ループゲインＫｐを乗じて速度指令Ｖｃを出力するセミクローズド・ループ制御での説明を行なったが、これは一例に過ぎない。この実施形態の方式は、この他にも、例えば、図３に示す通り、位置指令演算器１からの位置指令Ｐｃと制御対象１２の位置を直接出力するリニアスケール１４からの制御対象位置Ｐｌとの偏差を減算器２が算出し、位置偏差演算器３が前記位置偏差に位置ループゲインＫｐを乗じて速度指令Ｖｃを出力するフルクローズド・ループ制御に適用しても良い。

また、図１および図３では、ボールネジを介して駆動される直線軸での説明を行なったが、本実施形態の方式は、ギア／ベルト等を介して駆動される回転軸に適用しても良い。

以上説明したように、本実施形態では、駆動系の許容加速度が低い機械や制御対象にワーク等を保持している場合においても、最適な加速度で減速させることができ、駆動系に与えるダメージを従来より小さくし、又は急減速によるワークのずれや外れの可能性を低減することができるモータ制御装置を提供できる。

本発明の実施形態を示すブロック図である。本発明の加減速データ保持部、加速度演算部、速度指令演算部の実施形態を示すブロック図である。本発明の他の実施形態を示すブロック図である。従来技術を示すブロック図である。ダイナミックブレーキでの停止方法を説明するブロック図である。

符号の説明

１位置指令演算器、２，４減算器、３位置偏差演算器、５速度偏差演算部、６速度偏差比例成分演算器、７速度偏差積分成分演算器、８加算器、９インバータ、１０サーボモータ、１１ボールネジ、１２制御対象、１３モータ位置検出器、１４リニアスケール（制御対象位置検出器）、１５微分器、１６加減速データ保持部、１７加速度演算部、１８速度指令演算部、１９速度指令切替部、２０ダイナミックブレーキ抵抗回路切替部、２１ａ，２１ｂ，２１ｃダイナミックブレーキ抵抗。

Claims

位置指令と検出位置との位置偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令を算出する位置制御と、速度指令と検出速度に基づいてトルク指令を算出する速度制御と、を行なってサーボモータを制御することで、制御対象の位置を制御するモータ制御装置において、
位置制御時の加減速時間と最大送り速度を保持する加減速データ保持部と、
前記加減速時間と前記最大送り速度に応じて、加速度を演算する加速度演算部と、
前記加速度と前記検出速度に応じて、速度指令を演算する速度指令演算部と、
を備え、停止条件が満足された場合に、前記位置制御により求められた速度指令に代えて、前記速度指令演算部が求めた速度指令を用いて前記速度制御を実行することを特徴とするモータ制御装置。