JP2005018670A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2相矩形のインクリメンタルパルス列を出力するエンコーダまたはスケールによって位置を検出し、目標変位とエンコーダまたはスケールから得られる観測変位との位置偏差に基づいて位置決め制御するモータ制御装置に関する。特に、目標変位を補正することによってエンコーダの分解能に依存しない位置決め制御をすることができるモータ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
モータ制御装置は、一般に、移動体の位置を位置検出手段で検出して、目標変位(移動指令値)と観測変位(位置検出値)を比較して位置偏差を補償するように構成されている。ソフトウェアサーボシステムは、位置検出手段にロータリエンコーダやリニアスケールなどを利用している。近年、極めて精密な位置検出が行える光学式のリニアスケールやレーザ測長器が提供されるようになった。そのため、ナノレベルの誤差で移動体を移動させる装置などでは、高精度な位置変位センサが用いられるようになってきている。
【0003】
エンコーダあるいはスケールの多くは、位相が90°ずれた2つのsin曲線をデジタル化してA相B相の2相矩形のインクリメンタルパルス列を出力するように構成されている。位置検出器は、これらのパルス列の各パルスの立上がりおよび立下がりのエッジをカウントし、カウント値を検出値として出力する、いわゆる4逓倍回路を有する。位置検出器からの観測変位は、指令装置から出力される目標変位とともに、加減算回路あるいは比較回路に入力される。目標変位と観測変位との位置偏差は、位置補償器に入力される。このようなモータ制御装置の構成はよく知られているが、例えば、特許文献1に開示されたものが参照される。
【0004】
エンコーダやスケールから出力されるパルス列のカウント値をフィードバック制御のための検出値として利用する場合は、エンコーダやスケールの分解能に依存する。図2に示されるように、例えば、エンコーダの分解能(1カウント値)を1μmしたとき、下段に示される数値をカウント値として0の位置を目標位置とすると、矢印で示される停止範囲αがある。この停止範囲αの中では移動体は移動制御できない。そこで、位置偏差が0のときであっても、所定の制御用偏差を出力することができるモータ制御装置が発明されている。特許文献2は、移動指令値と位置検出値との偏差が0のときに、逓倍回路の出力値に基づいて操作偏差量を変更する複数の偏差操作手段を操作者が選択的に接続し、例えば、エンコーダのA相が1のときは操作偏差量を1とし、0のときは操作偏差量を−1として出力するモータ制御装置を開示している。
【0005】
特許文献2に開示されている制御方式は、例えば、移動指令値と位置検出値との偏差が0より大きいときはそのまま位置偏差を出力し、位置偏差が0以下のときは位置偏差から1減算した値を位置偏差として出力する方法でも達成できる。目標変位と観測変位との位置偏差が0のときに目標変位と観測変位との位置偏差を補正して出力する制御方法は、例えば、図2に示されるように、上段の数字をカウント値とすると、位置偏差が0のときであっても移動体は矢印βで示される方向に移動しようとし、移動体が停止した状態にならないので、エンコーダやスケールの分解能よりも小さい、より精密な位置決めを可能にしている。
【0006】
【特許文献1】
特開昭60−164818号公報(第2頁〜第3頁、第2図)
【特許文献2】
特開平6−342307号公報(第3頁、図3)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
目標変位と観測変位との偏差を特定の補正値で補正することは、より精密な位置決めを可能にするが、一方で、モータ制御装置からサーボモータに出力される出力電流に変動を起こしやすくなる。このような変動は、移動体の滑らかな移動を阻害する。特に、高精密の位置決め制御を必要とする場合、わずかな変動も悪影響を与える。本発明は、エンコーダやスケールの分解能よりも精密に位置決めできるモータ制御装置を改良し、この種のモータ制御装置の優れた点を生かしつつ、かつ制御をより滑らかに行えることができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決する手段】
本発明は、上記目的を達成するために、目標データ(Xd)に基づいて目標変位(Xr)を計算し、目標変位(Xr)に従って移動体(3)を往復移動させるサーボモータ(4)に制御電流を出力するとともに、エンコーダまたはスケールから出力される位相が90度ずれた2相矩形のインクリメンタルパルス列の各パルスの立上がりと立下がりのエッジをカウントして得られる観測変位(Xy)を入力し、目標変位(Xr)と観測変位(Xy)との偏差に基づいて目標変位(Xr)を補正して制御電流を出力するモータ制御装置であって、目標変位(Xr)にエンコーダまたはスケール(7)の分解能に基づく観測変位(Xy)の最小単位の1/2の値を加算または減算した値を目標変位(Xr’)として出力する指令器(3)を含んでなるモータ制御装置(1)とするものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明のモータ制御装置の実施の形態の構成をブロック図で示す。モータ制御装置1は、指令装置2からの目標データに基づいて目標変位を演算し、制御対象である移動体3のサーボモータ4に制御電流を出力する。実施の形態のサーボモータ4は、鉄芯を持たないコアレスコイル5を可動子とし、対向配置された2つの磁石板6を固定子とする交流同期型のリニアモータである。移動体3の位置は、リニアスケール7によって検出される。
【0010】
指令装置2は、コンピュータ制御装置のような制御装置である。コンピュータ制御装置は、パーソナルコンピュータと、キーボードと、マウスと、液晶ディスプレイなどのモニタと、所定の制御対象に適する制御機器を搭載した1以上の基板とを含む。例えば、制御対象が金属加工機械のサーボモータのとき、指令装置2は、コンピュータ数値制御装置(CNC, Computerized Numerical Controller)である。指令装置2は、操作者が操作盤を操作して、あるいはディスクドライブから記憶媒体を通して得られるデータを入力して、所定の制御対象における規定に従う位置データと速度データを生成する。指令装置2は、生成した位置データと速度データを目標データ(移動指令データ)Xdとしてモータ制御装置に出力する。
【0011】
リニアスケール7は、検出信号を位相が90°ずれたA相B相の2相矩形のインクリメンタルパルス列で出力する。位置検出器8は、リニアスケール7から出力されるパルス列の立上がりと立下がりのエッジをカウントすることによって、原点からの移動量を計測して観測変位(位置検出値)Xyを出力する。速度検出器9は、位置検出器8からの移動量とクロックパルスとから単位時間当たりの移動量を得て速度を計算し、観測速度(速度検出値)Vyを出力する。電流検出器10は、出力電流を計測して電流制御ループに与える観測電流Iyを出力する。
【0012】
モータ制御装置1は、指令器11と、位置補償器12と、速度補償器13と、電流補償器14と、パワーアンプ15を含んでなる。モータ制御装置1は、中央演算処理装置(CPU, Central Processing Unit)やメモリなどの電子デバイスを含む電気部品を基板に配設して構成される。実施の形態のモータ制御装置を構成する電気部品それ自体は、周知ないし公知のデジタル制御回路を構成する電気部品と基本的に同じであり、モータ制御装置を構成する主要な部品の詳細な説明は省略される。
【0013】
指令装置2から出力される目標データXdは、指令器11に入力される。指令器11は、目標データXdを目標変位(移動指令値)Xrに変換する。また、指令器11は、変換された目標変位Xrにリニアスケール7の分解能に基づく観測変位Xyの最小単位の1/2を加算するかまたは減算して目標変位(移動指令値)Xr’として出力する。例えば、リニアスケール7の分解能が1μmであるとすると、位置検出器8における1カウント値に対する距離は1μmであるから、位置検出器8から出力されるリニアスケール7の分解能に基づく観測変位Xyの最小単位は1μmである。したがって、目標変位Xrに0.5(μm)加算または減算する。1カウント値を単純に1とみなせば、目標変位Xrと観測変位Xyとの位置偏差が0であっても必ず位置偏差0.5があることになり、目標位置に移動し続ける。
【0014】
指令器11から出力される目標変位Xr’と、位置検出器8から出力される観測変位Xyは、加算回路あるいは比較回路に入力されて、目標変位Xr’と観測変位Xyの位置偏差(移動指令値−位置検出値)が出力される。位置補償器12は、位置偏差Eを入力して所定の位置制御ゲインを与える。位置補償器12から出力される目標速度Vrと速度検出器9からの観測速度Vyとの速度偏差は、速度補償器13に入力され所定の速度制御ゲインが与えられて目標電流Irが出力される。目標電流Irと電流検出器10からの観測電流Iyとの電流偏差は、電流補償器14に入力され所定の電流制御ゲインが与えられる。制御電流Iqは、パワーアンプで増幅されて出力電流がサーボモータ4に供給される。
【0015】
以上に説明されるように、モータ制御装置1は、指令器11からの目標変位Xrにリニアスケール7の分解能に基づく観測変位Xrの最小単位の1/2を補正値として与えて目標変位Xr’として出力する。そのため、目標変位の最小単位を単純に1としてみると、目標変位Xrに補正値0.5が加算されるので、目標変位Xrと観測変位Xyとの位置偏差が0であるときでも、補正された目標変位Xr’と観測変位Xyとの位置偏差0.5が出力されるため、移動体は必ずプラスの方向に移動制御される(補正値を減算した場合は−0.5が出力される)。一方、目標変位Xrと観測変位Xyとの位置偏差が0以外のときは、目標変位Xrと観測変位Xyとの位置偏差に0.5加算された位置偏差が出力されていることになるから、移動体は必ず目標変位Xrと観測変位Xyとの位置偏差の方向に移動制御される。したがって、図2に示されるときと同じように、エンコーダやスケールの分解能よりも小さい停止範囲でも移動体は停止せずに目標位置に移動する。このとき、指令器11から出力後の目標変位Xrと観測変位Xyとの位置偏差を特定の値で補正しないから、位置偏差に補正値の加減算をすることによる変動が発生しないので、サーボモータに出力される制御電流(出力電流)は、より線的に滑らかに変化される。
【0016】
本発明は、以上に説明された実施の形態に限定されない。実施の形態に示された装置を置き換えたり、変更したりすることができる。また、例えば速度検出器のような本発明の重要な特徴に直接関係しない装置は、いくつかの公知の装置を採用することができる。なお、実施の形態は、PID制御方式で説明されているが、その他の公知の制御方式に変更し、あるいはいくつかの制御方式を組み合わせることができる。
【0017】
【発明の効果】
本発明のモータ制御装置は、目標変位にエンコーダまたはスケールの分解能に基づく観測変位の最小単位の1/2の値を加算または減算した値を目標変位として出力する制御器を含んでなるので、目標変位と観測変位との位置偏差が0であるときも移動体の移動制御が行なわれる。そのため、エンコーダやスケールの分解能よりも精密に位置決め制御できる。そして、目標変位と観測変位との位置偏差を得る前の目標変位を補正するように構成され、位置偏差を特定の値で補正しないので、モータに出力される出力電流は、より滑らかに変化される。したがって、本発明のモータ制御装置は、エンコーダやスケールの分解能よりも精密に位置決め制御することができるとともに、移動体をよりスムースに往復移動することができる。特に、マイクロミリメートルオーダ以下の移動体の位置決め制御において、移動体のより精密で滑らかな動作を実現することができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明および従来のモータ制御装置における制御方式を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
1,モータ制御装置
2,指令装置
3,移動体
4,サーボモータ
7,リニアスケール
8,位置検出器
9,速度検出器
11,指令器
12,位置補償器
13,速度補償器
14,電流補償器
15,パワーアンプ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor control device that detects a position by an encoder or scale that outputs a two-phase rectangular incremental pulse train, and performs positioning control based on a position deviation between a target displacement and an observed displacement obtained from the encoder or scale. In particular, the present invention relates to a motor control device that can perform positioning control independent of the resolution of an encoder by correcting a target displacement.
[0002]
[Prior art]
In general, a motor control device is configured to detect a position of a moving body by a position detection unit and compare a target displacement (movement command value) and an observed displacement (position detection value) to compensate for a position deviation. . The software servo system uses a rotary encoder, a linear scale, or the like as position detection means. In recent years, optical linear scales and laser length measuring devices capable of performing extremely precise position detection have been provided. For this reason, high-accuracy position displacement sensors have come to be used in devices that move a moving body with nano-level errors.
[0003]
Many encoders or scales are configured to digitize two sin curves whose phases are shifted by 90 ° and output a two-phase rectangular incremental pulse train of A phase and B phase. The position detector has a so-called quadruple circuit that counts rising and falling edges of each pulse of these pulse trains and outputs the count value as a detection value. The observed displacement from the position detector is input to the addition / subtraction circuit or the comparison circuit together with the target displacement output from the command device. The position deviation between the target displacement and the observed displacement is input to the position compensator. Although the configuration of such a motor control device is well known, for example, the one disclosed in
[0004]
When the count value of the pulse train output from the encoder or scale is used as a detection value for feedback control, it depends on the resolution of the encoder or scale. As shown in FIG. 2, for example, when the resolution (1 count value) of the encoder is 1 μm, if the numerical value shown in the lower stage is used as the count value and the position 0 is the target position, there is a stop range α indicated by an arrow. . Within this stop range α, the moving body cannot be controlled. Accordingly, a motor control device has been invented that can output a predetermined control deviation even when the position deviation is zero. In
[0005]
For example, the control method disclosed in
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-60-164818 (2nd page to 3rd page, FIG. 2)
[Patent Document 2]
JP-A-6-342307 (
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Correcting the deviation between the target displacement and the observed displacement with a specific correction value enables more precise positioning, but tends to cause fluctuations in the output current output from the motor control device to the servo motor. . Such fluctuation hinders smooth movement of the moving body. Even in the case where high-precision positioning control is required, even slight fluctuations have an adverse effect. The present invention improves a motor control device that can be positioned more precisely than the resolution of an encoder or a scale, and makes use of the advantages of this type of motor control device, and a motor control device that can perform control more smoothly. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for solving the problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a servo motor (4) that calculates a target displacement (Xr) based on target data (Xd) and reciprocates the moving body (3) according to the target displacement (Xr). In addition to outputting the control current, input the observed displacement (Xy) obtained by counting the rising and falling edges of each pulse of the two-phase rectangular incremental pulse train that is 90 degrees out of phase output from the encoder or scale. , A motor control device that outputs a control current by correcting the target displacement (Xr) based on the deviation between the target displacement (Xr) and the observed displacement (Xy), and an encoder or scale (7 And a command unit (3) for outputting a value obtained by adding or subtracting a value of 1/2 of the minimum unit of the observed displacement (Xy) based on the resolution of the target displacement (Xr ′). The motor control device (1) is used.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a motor control device of the present invention. The
[0010]
The
[0011]
The linear scale 7 outputs the detection signal as an A-phase B-phase two-phase rectangular incremental pulse train whose phase is shifted by 90 °. The position detector 8 counts the rising and falling edges of the pulse train output from the linear scale 7, thereby measuring the amount of movement from the origin and outputting the observed displacement (position detection value) Xy. The speed detector 9 calculates the speed by obtaining the movement amount per unit time from the movement amount from the position detector 8 and the clock pulse, and outputs the observation speed (speed detection value) Vy. The
[0012]
The
[0013]
The target data Xd output from the
[0014]
The target displacement Xr ′ output from the
[0015]
As explained above, the
[0016]
The present invention is not limited to the embodiment described above. The apparatus shown in the embodiment can be replaced or changed. Also, a number of known devices can be employed as a device that is not directly related to the important features of the present invention, such as a speed detector. Although the embodiment has been described in terms of the PID control method, it can be changed to another known control method, or several control methods can be combined.
[0017]
【The invention's effect】
Since the motor control device of the present invention includes a controller that outputs a value obtained by adding or subtracting a half value of the minimum unit of the observed displacement based on the resolution of the encoder or the scale to the target displacement as the target displacement. Even when the positional deviation between the displacement and the observed displacement is zero, the movement control of the moving body is performed. Therefore, positioning control can be performed more precisely than the resolution of the encoder or scale. And, it is configured to correct the target displacement before obtaining the position deviation between the target displacement and the observed displacement, and the position deviation is not corrected with a specific value, so the output current output to the motor is changed more smoothly. The Therefore, the motor control device of the present invention can perform positioning control more precisely than the resolution of the encoder and scale, and can reciprocate the moving body more smoothly. In particular, in positioning control of a moving body of the order of micromillimeters or less, there is an excellent effect that a more precise and smooth operation of the moving body can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a motor control device of the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing a control method in the present invention and a conventional motor control device.
[Explanation of symbols]
1,
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003186090A JP2005018670A (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Motor control device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003186090A JP2005018670A (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Motor control device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005018670A true JP2005018670A (en) | 2005-01-20 |
Family
ID=34185314
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003186090A Pending JP2005018670A (en) | 2003-06-30 | 2003-06-30 | Motor control device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005018670A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007114861A (en) * | 2005-10-18 | 2007-05-10 | Yaskawa Electric Corp | Motor controller and its positioning control method |
-
2003
- 2003-06-30 JP JP2003186090A patent/JP2005018670A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007114861A (en) * | 2005-10-18 | 2007-05-10 | Yaskawa Electric Corp | Motor controller and its positioning control method |
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