[go: up one dir, main page]

JP2005269856A - Motor control device and motor control method - Google Patents

Motor control device and motor control method Download PDF

Info

Publication number
JP2005269856A
JP2005269856A JP2004082279A JP2004082279A JP2005269856A JP 2005269856 A JP2005269856 A JP 2005269856A JP 2004082279 A JP2004082279 A JP 2004082279A JP 2004082279 A JP2004082279 A JP 2004082279A JP 2005269856 A JP2005269856 A JP 2005269856A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
feedforward
speed
command signal
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2004082279A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashige Sakai
隆茂 酒井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2004082279A priority Critical patent/JP2005269856A/en
Publication of JP2005269856A publication Critical patent/JP2005269856A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

【課題】2自由度系のサーボ制御においてパラメータ調整を容易に行うことができるとともに安定したモータの動作制御を実現す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。
【解決手段】フィードバック部20とフィードフォワード部10とを備えた2自由度系のモータ制御装置において、擬似位置指令信号を定数倍して擬似速度信号とする比例アンプ11、擬似速度信号を入力してモデル速度信号ωsを出力する制御対象モデル回路12と、擬似速度信号を微分する微分部13と、モデル速度信号を積分する積分部14とでフィードフォワード部10を構成し、フィードフォワード信号(rf、ωf、Trf)をフィードバック部20に出力する。フィードフォワード部10を1次遅れ系で構成することができ、パラメータ調整を容易に行うことができる。
【選択図】図3
An object of the present invention is to provide a motor control device capable of easily adjusting parameters in servo control of a two-degree-of-freedom system and realizing stable motor operation control.
In a two-degree-of-freedom motor control device including a feedback unit and a feed-forward unit, a proportional amplifier is obtained by multiplying a pseudo position command signal by a constant and a pseudo speed signal is input. The control target model circuit 12 that outputs the model speed signal ωs, the differentiation section 13 that differentiates the pseudo speed signal, and the integration section 14 that integrates the model speed signal constitute the feedforward section 10, and the feedforward signal (rf , Ωf, Trf) are output to the feedback unit 20. The feedforward unit 10 can be configured with a first-order lag system, and parameter adjustment can be easily performed.
[Selection] Figure 3

Description

本発明は、駆動対象の負荷機構に連結されたモータの駆動を制御するモータ制御装置およびモータ制御方法に関するものである。   The present invention relates to a motor control device and a motor control method for controlling driving of a motor connected to a load mechanism to be driven.

電子部品実装用装置などにおいて、各種の作業動作を行う負荷機構の駆動手段としてサーボモータが多用されている。これらのサーボモータの動作を制御するモータ制御装置には、モータの回転をフィードバック制御するフィードバック部に加えて、負荷機構系の特性に起因する不正規動作をうち消すためのフィードフォワード制御を行うフィードフォワード部を付加した2自由度系の制御装置が知られている(例えば特許文献1参照)。
特開平10−4692号公報
In an electronic component mounting apparatus or the like, a servo motor is frequently used as a drive unit of a load mechanism that performs various work operations. These motor control devices that control the operation of the servo motor include a feed-forward control that eliminates irregular operations caused by the characteristics of the load mechanism system in addition to a feedback unit that feedback controls the rotation of the motor. 2. Description of the Related Art A two-degree-of-freedom control device with a forward unit added is known (see, for example, Patent Document 1).
JP-A-10-4692

しかしながら、従来の2自由度系のモータ制御装置においては、フィードバック部、フィードフォワード部のいずれについても調整すべきゲイン等のパラメータが複数存在し、良好な制御状態を実現するためにはこれらのパラメータの組み合わせを適切に設定する必要があった。そしてパラメータ調整が適切に行われていない場合には制御信号が振動的になり、安定したモータの動作制御が困難であった。   However, in the conventional two-degree-of-freedom motor control device, there are a plurality of parameters such as gains to be adjusted for both the feedback unit and the feedforward unit, and these parameters are necessary to realize a good control state. It was necessary to set an appropriate combination. When parameter adjustment is not performed properly, the control signal becomes oscillating, and stable motor operation control is difficult.

そこで本発明は、2自由度系のサーボ制御においてパラメータ調整を容易に行うことができるとともに安定したモータの動作制御を実現す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。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor control device that can easily perform parameter adjustment in two-degree-of-freedom servo control and can realize stable motor operation control.

本発明のモータ制御装置は、負荷機構を駆動するモータを指令信号発生手段が発生する位置指令信号に従って制御するモータ制御装置であって、前記モータの回転角および回転速度を検出して回転角信号および回転速度信号を出力する検出手段と、前記位置指令信号を入力してフィードフォワードトルク信号、フィードフォワード速度信号およびフィードフォワード位置信号を出力することにより前記モータをフィードフォワード制御するフィードフォワード部と、前記フィードフォワード位置信号を正の要素として含み前記回転角信号を負の要素として含む補償位置指令信号を入力して仮補償速度指令信号を出力する位置制御手段と、前記フィードフォワード速度信号および前記仮補償速度指令信号を正の要素として含み前記回転速度信号を負の要素として含む補償速度指令信号を入力して仮補償トルク指令信号を出力する速度制御手段と、前記フィードフォワードトルク信号および前記仮補償トルク指令信号を正の要素として含む補償トルク指令信号に基づいて前記モータの回転トルクを制御するトルク制御手段とで構成され前記モータをフィードバック制御するフィードバック部とを備え、前記位置指令信号を正の要素として含み前記フィードフォワード位置信号を負の要素として含む擬似位置指令信号を定数倍して擬似速度信号とする定数倍手段と、前記擬似速度信号を入力してモデル速度信号を出力することにより前記モータおよび前記負荷部の動作を模擬する制御対象モデル模擬手段と、前記擬似速度信号を微分する微分手段と、前記モデル速度信号を積分する積分手段とで前記フィードフォワード部を構成し、前記微分手段の出力を前記フィードフォワードトルク指令信号とし、前記制御対象モデル速度信号を前記フィードフォワード速度信号とし、前記積分手段の出力を前記フィードフォワード位置信号として出力する。   A motor control device according to the present invention is a motor control device that controls a motor that drives a load mechanism according to a position command signal generated by a command signal generating means, and detects a rotation angle and a rotation speed of the motor to detect a rotation angle signal. And a detection means for outputting a rotation speed signal, a feedforward unit for performing feedforward control of the motor by inputting the position command signal and outputting a feedforward torque signal, a feedforward speed signal, and a feedforward position signal; Position control means for inputting a compensated position command signal including the feedforward position signal as a positive element and the rotation angle signal as a negative element and outputting a temporary compensation speed command signal; the feedforward speed signal and the temporary The rotational speed signal including a compensation speed command signal as a positive element Based on a speed control means for inputting a compensation speed command signal including a negative element and outputting a temporary compensation torque command signal, and a compensation torque command signal including the feedforward torque signal and the temporary compensation torque command signal as positive elements And a feedback unit configured to control the rotational torque of the motor, and a feedback unit that feedback-controls the motor, and includes the position command signal as a positive element and the feedforward position signal as a negative element. Constant multiplying means for multiplying a position command signal by a constant to obtain a pseudo speed signal, and control target model simulating means for simulating the operation of the motor and the load unit by inputting the pseudo speed signal and outputting a model speed signal Differential means for differentiating the pseudo speed signal; and an integrating means for integrating the model speed signal. The feedforward unit is configured with the output of the differentiating means as the feedforward torque command signal, the control target model speed signal as the feedforward speed signal, and the output of the integrating means as the feedforward position signal. Output.

本発明のモータ制御方法は、負荷機構を駆動するモータを指令信号発生手段が発生する
位置指令信号に従って制御するモータ制御方法であって、前記モータの回転角および回転速度を検出して回転角信号および回転速度信号を出力する検出手段と、前記位置指令信号を入力してフィードフォワードトルク信号、フィードフォワード速度信号およびフィードフォワード位置信号を出力することにより前記モータをフィードフォワード制御するフィードフォワード部と、前記フィードフォワード位置信号を正の要素として含み前記回転角信号を負の要素として含む補償位置指令信号を入力して仮補償速度指令信号を出力する位置制御手段と、前記フィードフォワード速度信号および前記仮補償速度指令信号を正の要素として含み前記回転速度信号を負の要素として含む補償速度指令信号を入力して仮補償トルク指令信号を出力する速度制御手段と、前記フィードフォワードトルク信号および前記仮補償トルク指令信号を正の要素として含む補償トルク指令信号に基づいて前記モータの回転トルクを制御するトルク制御手段とで構成され前記モータをフィードバック制御するフィードバック部とを備え、前記位置指令信号を正の要素として含み前記フィードフォワード位置信号を負の要素として含む擬似位置指令信号を定数倍して擬似速度信号とする定数倍手段と、前記擬似速度信号を入力してモデル速度信号を出力することにより前記モータおよび前記負荷部の動作を模擬する制御対象モデル模擬手段と、前記擬似速度信号を微分する微分手段と、前記モデル速度信号を積分する積分手段とで前記フィードフォワード部を構成したモータ制御装置を用い、前記微分手段の出力を前記フィードフォワードトルク指令信号とし、前記制御対象モデル速度信号を前記フィードフォワード速度信号とし、前記積分手段の出力を前記フィードフォワード位置信号として出力する。
The motor control method of the present invention is a motor control method for controlling a motor for driving a load mechanism in accordance with a position command signal generated by a command signal generating means, and detecting a rotation angle and a rotation speed of the motor to detect a rotation angle signal. And a detection means for outputting a rotation speed signal, a feedforward unit for performing feedforward control of the motor by inputting the position command signal and outputting a feedforward torque signal, a feedforward speed signal, and a feedforward position signal; Position control means for inputting a compensated position command signal including the feedforward position signal as a positive element and the rotation angle signal as a negative element and outputting a temporary compensation speed command signal; the feedforward speed signal and the temporary The rotational speed signal including a compensation speed command signal as a positive element Based on a speed control means for inputting a compensation speed command signal including a negative element and outputting a temporary compensation torque command signal, and a compensation torque command signal including the feedforward torque signal and the temporary compensation torque command signal as positive elements And a feedback unit configured to control the rotational torque of the motor, and a feedback unit that feedback-controls the motor, and includes the position command signal as a positive element and the feedforward position signal as a negative element. Constant multiplying means for multiplying a position command signal by a constant to obtain a pseudo speed signal, and control target model simulating means for simulating the operation of the motor and the load unit by inputting the pseudo speed signal and outputting a model speed signal Differential means for differentiating the pseudo speed signal; and an integrating means for integrating the model speed signal. And using the motor control device constituting the feedforward unit, the output of the differentiating means as the feedforward torque command signal, the controlled model speed signal as the feedforward speed signal, and the output of the integrating means as the Output as feed-forward position signal.

本発明によれば、位置指令信号を正の要素として含む擬似位置指令信号を定数倍して擬似速度信号とする定数倍手段と、擬似速度信号を入力して制御対象モデル速度信号を出力することによりモータおよび負荷部の動作を模擬する制御対象モデル回路と、擬似速度信号を微分する微分手段と、制御対象モデル速度信号を積分する積分手段とでフィードフォワード部を構成し、微分手段の出力をフィードフォワードトルク指令信号とし、モデル速度信号をフィードフォワード速度信号とし、積分手段の出力をフィードフォワード位置信号として出力する構成を採用することにより、パラメータ調整を容易に行うことができるとともに安定したモータの動作制御を実現することができる。   According to the present invention, the constant multiplying means for multiplying the pseudo position command signal including the position command signal as a positive element by a constant is used as a pseudo speed signal, and the pseudo speed signal is input to output the controlled model speed signal. The feed forward unit is configured by the controlled object model circuit that simulates the operation of the motor and the load unit, the differentiating means that differentiates the pseudo speed signal, and the integrating means that integrates the controlled object model speed signal, and the output of the differentiating means is By adopting a configuration that uses the feedforward torque command signal, the model speed signal as the feedforward speed signal, and the output of the integration means as the feedforward position signal, parameter adjustment can be easily performed and a stable motor Operation control can be realized.

次に本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態のモータ制御装置の負荷機構の構成説明図、図2は本発明の一実施の形態のモータ制御装置の制御システムの構成を示すブロック線図、図3は本発明の一実施の形態のモータ制御装置の制御システムの伝達関数を示すブロック線図である。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of a load mechanism of a motor control device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system of the motor control device of an embodiment of the present invention, and FIG. It is a block diagram which shows the transfer function of the control system of the motor control apparatus of one embodiment of this invention.

まずモータ制御装置の制御対象となる負荷機構について、図1を参照して説明する。図1は、電子部品実装装置などに用いられる直交テーブル機構を示しており、X軸テーブル1、Y軸テーブル2はそれぞれモータMX、MYを駆動源とするボールねじを用いた直動機構である。X軸テーブル1はY軸テーブル2によってY方向に駆動され、作業ヘッド3はY軸テーブル2によってY方向に駆動される。X軸テーブル1、Y軸テーブル2を駆動することにより、作業ヘッド3はXY方向に移動し、所定の作業動作を行う。   First, a load mechanism to be controlled by the motor control device will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an orthogonal table mechanism used in an electronic component mounting apparatus or the like, and an X-axis table 1 and a Y-axis table 2 are linear motion mechanisms using ball screws using motors MX and MY as drive sources, respectively. . The X-axis table 1 is driven in the Y direction by the Y-axis table 2, and the work head 3 is driven in the Y direction by the Y-axis table 2. By driving the X-axis table 1 and the Y-axis table 2, the work head 3 moves in the XY direction and performs a predetermined work operation.

モータMX、MYはそれぞれ本体制御装置6から出力された制御指令信号に従ってモータコントローラ4のモータドライバ5X、5Yによって駆動され、制御動作時にはモータMX、MYに備えられたエンコーダEX、EYから出力されるフィードバックパルスがモータドライバ5X、5Yに伝達される。   The motors MX and MY are respectively driven by motor drivers 5X and 5Y of the motor controller 4 in accordance with a control command signal output from the main body control device 6, and are output from encoders EX and EY provided in the motors MX and MY during the control operation. The feedback pulse is transmitted to the motor drivers 5X and 5Y.

上述の負荷機構においては、X軸テーブル1はY軸テーブル2に片持ち支持状態で駆動されることから、モータMYの制御においては加減速時の機械的振動などの影響を受け易
く、安定した高精細の制御動作を実現することが難しい。本実施の形態に示すモータ制御装置においては、このような負荷機構を安定して制御することを目的として、以下に説明するような構成を採用している。
In the above-described load mechanism, the X-axis table 1 is driven in a cantilevered state by the Y-axis table 2, so that the control of the motor MY is easily affected by mechanical vibration during acceleration / deceleration and is stable. It is difficult to achieve high-definition control operations. In the motor control apparatus shown in the present embodiment, a configuration as described below is adopted for the purpose of stably controlling such a load mechanism.

次に図2を参照して、モータ制御装置の構成を説明する。図2において、指令信号発生回路7は、図1に示す本体制御装置6の位置指令機能であり、作業ヘッド3による作業動作におけるモータMX、MY(以下、モータMで代表する)に対する位置指令信号rを発生する。位置指令信号rはフィードフォワード部10に対して出力され、この位置指令信号rに従って制御対象部15のモータMが駆動される。   Next, the configuration of the motor control device will be described with reference to FIG. In FIG. 2, a command signal generation circuit 7 is a position command function of the main body control device 6 shown in FIG. 1, and a position command signal for motors MX and MY (hereinafter represented by the motor M) in the work operation by the work head 3. r is generated. The position command signal r is output to the feedforward unit 10, and the motor M of the control target unit 15 is driven according to the position command signal r.

制御対象部15は、図1に示すモータMによる駆動系を示しており、エンコーダEX、EYに相当する検出器16およびX軸テーブル1、Y軸テーブル2の機構部に相当する負荷機構17によって構成される。検出器16は、モータMの回転角および回転速度を検出して、回転角信号rMおよび回転速度信号ωMを出力する検出手段となっている。   The control target unit 15 shows a drive system by the motor M shown in FIG. 1, and includes a detector 16 corresponding to the encoders EX and EY and a load mechanism 17 corresponding to the mechanism unit of the X-axis table 1 and the Y-axis table 2. Composed. The detector 16 is a detecting means that detects the rotation angle and rotation speed of the motor M and outputs the rotation angle signal rM and the rotation speed signal ωM.

フィードフォワード部10は位置指令信号rを入力して、フィードフォワード位置信号rf、フィードフォワード速度信号ωfおよびフィードフォワードトルク信号Trfを出力することにより、モータMをフィードフォワード制御する。以下に説明するフィードバック部20によるモータMの制御においては、フィードフォワード部10から出力される上述の各フィードフォワード信号(rf、ωf,TRf)に基づいて、モータMの動作がフィードバック制御される。   The feedforward unit 10 receives the position command signal r and outputs a feedforward position signal rf, a feedforward speed signal ωf, and a feedforward torque signal Trf, thereby performing feedforward control of the motor M. In the control of the motor M by the feedback unit 20 described below, the operation of the motor M is feedback controlled based on the above-described feedforward signals (rf, ωf, TRf) output from the feedforward unit 10.

フィードバック部20は、位置制御回路21、速度制御回路22、トルク制御回路23を直列に接続して構成されており、フィードフォワード部10からのフィードフォワード信号に基づいてモータMをフィードバック制御する。位置制御回路21は、フィードフォワード部10から渡されるフィードフォワード位置信号rfと検出器6からフィードバックされる回転角信号rMとの差信号(矢印e)を入力して、仮補償速度信号(矢印f)を出力する。   The feedback unit 20 is configured by connecting a position control circuit 21, a speed control circuit 22, and a torque control circuit 23 in series, and feedback-controls the motor M based on a feedforward signal from the feedforward unit 10. The position control circuit 21 inputs a difference signal (arrow e) between the feedforward position signal rf passed from the feedforward unit 10 and the rotation angle signal rM fed back from the detector 6, and receives a temporary compensation speed signal (arrow f). ) Is output.

速度制御回路22は、フィードフォワード部10から渡されるフィードフォワード速度信号wfおよび仮補償速度信号を加算した和信号と、検出器6からフィードバックされる回転速度信号ωMとの差信号(矢印g)を入力して、仮補償トルク指令信号(矢印h)を出力する。トルク制御回路23は、フィードフォワード部10から渡されるフィードフォワードトルク信号Trfと速度制御回路22から出力される仮補償トルク指令信号を加算した補償トルク指令信号(矢印i)に基づき、モータトルク信号TMをモータMに対して出力する。ここでは、トルク制御回路23としてゲインが1倍の比例アンプが用いられている(図3参照)。   The speed control circuit 22 generates a difference signal (arrow g) between the sum signal obtained by adding the feedforward speed signal wf and the temporary compensation speed signal passed from the feedforward unit 10 and the rotational speed signal ωM fed back from the detector 6. The temporary compensation torque command signal (arrow h) is output. The torque control circuit 23 is based on a compensation torque command signal (arrow i) obtained by adding the feedforward torque signal Trf passed from the feedforward unit 10 and the temporary compensation torque command signal output from the speed control circuit 22. Is output to the motor M. Here, a proportional amplifier having a gain of 1 is used as the torque control circuit 23 (see FIG. 3).

したがって位置制御回路21は、フィードフォワード位置信号rfを正の要素として含み回転角信号rMを負の要素として含む補償位置指令信号を入力して、仮補償速度指令信号を出力する位置制御手段となっており、また速度制御回路22は、フィードフォワード速度信号ωfおよび仮補償速度指令信号を正の要素として含み、回転速度信号ωMを負の要素として含む補償速度指令信号を入力して仮補償トルク指令信号を出力する速度制御手段に相当する。そしてトルク制御回路23は、フィードフォワードトルク信号Trfおよび仮補償トルク指令信号をいずれも正の要素として含む補償トルク指令信号に基づいて、モータMの回転トルクを制御するトルク制御手段となっている。   Therefore, the position control circuit 21 is a position control means for inputting a compensation position command signal including the feedforward position signal rf as a positive element and including the rotation angle signal rM as a negative element and outputting a temporary compensation speed command signal. The speed control circuit 22 receives the compensation speed command signal including the feedforward speed signal ωf and the provisional compensation speed command signal as positive elements and the rotation speed signal ωM as a negative element, and receives a provisional compensation torque command. This corresponds to speed control means for outputting a signal. The torque control circuit 23 serves as torque control means for controlling the rotational torque of the motor M based on a compensation torque command signal that includes both the feedforward torque signal Trf and the provisional compensation torque command signal as positive elements.

次に、フィードフォワード部10を構成する各部の機能を説明する。指令信号発生回路7からの位置指令信号rは、後述するモデル速度信号を積分した積分信号(矢印d)を負の要素として加算されて、比例アンプ11に擬似位置指令信号(矢印a)として入力され
る。比例アンプ11は入力された擬似位置指令信号をゲインKに比例させた定数倍信号(矢印b)として出力する。ここで出力された定数倍信号は擬似速度信号としての意味合いを有しており、制御対象モデル回路12に入力される。すなわち比例アンプ11は、位置指令信号rを正の要素として含む擬似位置指令信号を定数倍して擬似速度信号とする定数倍手段となっている。
Next, the function of each part which comprises the feedforward part 10 is demonstrated. A position command signal r from the command signal generation circuit 7 is added as an integrated signal (arrow d) obtained by integrating a model speed signal, which will be described later, as a negative element, and input to the proportional amplifier 11 as a pseudo position command signal (arrow a). Is done. The proportional amplifier 11 outputs the input pseudo position command signal as a constant multiple signal (arrow b) proportional to the gain K. The constant multiple signal output here has a meaning as a pseudo speed signal and is input to the control target model circuit 12. That is, the proportional amplifier 11 is a constant multiplying unit that multiplies the pseudo position command signal including the position command signal r as a positive element by a constant number to obtain a pseudo speed signal.

制御対象モデル回路12はこの擬似速度信号を対象として演算を行うことにより、モータMおよび負荷機構17の動作応答をシミュレーションする機能を有している。すなわち制御対象モデル回路12は、擬似速度信号を入力して制御対象モデル速度信号ωsを出力することにより、モータMおよび負荷機構17の動作を模擬する制御対象モデル模擬手段となっている。ここでは制御対象モデル回路12としてゲインが1/Jmの比例アンプが用いられており(図3参照)、擬似速度信号を1/Jm倍した信号がモデル速度信号ωsとして出力される。   The control target model circuit 12 has a function of simulating operation responses of the motor M and the load mechanism 17 by performing calculations on the pseudo speed signal. That is, the controlled object model circuit 12 serves as controlled object model simulating means for simulating the operation of the motor M and the load mechanism 17 by inputting the pseudo speed signal and outputting the controlled object model speed signal ωs. Here, a proportional amplifier having a gain of 1 / Jm is used as the control target model circuit 12 (see FIG. 3), and a signal obtained by multiplying the pseudo speed signal by 1 / Jm is output as the model speed signal ωs.

そして制御対象モデル回路12から出力されたモデル速度信号(矢印c)は、積分部14(積分手段)によって積分されてモデル位置信号rsとして出力される。そしてモデル位置信号rsがフィードフォワード位置信号rfとしてフィードバック部20に渡されるとともに、位置指令信号に負の要素として加算される。また比例アンプ11の出力は、微分部13(微分手段)によって微分されて、フィードフォワードトルク信号Trfとしてフィードバック部20に渡される。   The model speed signal (arrow c) output from the control target model circuit 12 is integrated by the integrating unit 14 (integrating means) and output as a model position signal rs. The model position signal rs is passed to the feedback unit 20 as a feedforward position signal rf and is added as a negative element to the position command signal. Further, the output of the proportional amplifier 11 is differentiated by a differentiating unit 13 (differentiating means) and is passed to the feedback unit 20 as a feedforward torque signal Trf.

すなわち上記構成においては、位置指令信号rsを正の要素として含む擬似位置指令信号を定数倍して擬似速度信号とする定数倍手段と、擬似速度信号を微分する微分手段と、モデル速度信号を積分する積分手段とでフィードフォワード部10を構成するようにしている。そして微分手段の出力をフィードフォワードトルク指令信号Trfとし、モデル速度信号ωsをフィードフォワード速度信号ωfとし、積分手段の出力をフィードフォワード位置信号rfとして出力するようにしている。   That is, in the above configuration, the constant position multiplying means for multiplying the pseudo position command signal including the position command signal rs as a positive element by a constant number to obtain the pseudo speed signal, the differentiating means for differentiating the pseudo speed signal, and the model speed signal are integrated. The feedforward unit 10 is configured with the integrating means. The output of the differentiating means is set as the feed forward torque command signal Trf, the model speed signal ωs is set as the feed forward speed signal ωf, and the output of the integrating means is output as the feed forward position signal rf.

次に制御動作について、図3および制御系の伝達関数を参照して説明する。図3に示すように、フィードフォワード部10の比例アンプ11、制御対象モデル回路12は、比例ゲインがそれぞれK,1/Jmの比例要素であり、微分部13は微分要素、積分部14は積分要素となっている。フィードバック部20を構成する位置制御回路21、トルク制御回路23および制御対象負荷部15は、比例ゲインがそれぞれKp2,1,1/JLの比例要素である。ここでJLは、制御対象部15の慣性モーメントである。速度制御回路22は、Kv2×(1+1/TiS)として、比例要素と積分要素で示される。ここで、Tiは積分時定数である。   Next, the control operation will be described with reference to FIG. 3 and the transfer function of the control system. As shown in FIG. 3, the proportional amplifier 11 and the control target model circuit 12 of the feedforward unit 10 are proportional elements with proportional gains of K and 1 / Jm, respectively, the differential unit 13 is a differential element, and the integration unit 14 is an integral. It is an element. The position control circuit 21, the torque control circuit 23, and the control target load unit 15 constituting the feedback unit 20 are proportional elements having proportional gains of Kp2, 1, 1 / JL, respectively. Here, JL is the moment of inertia of the control target unit 15. The speed control circuit 22 is represented by a proportional element and an integral element as Kv2 × (1 + 1 / TiS). Here, Ti is an integration time constant.

ここで図3中、矢印dで示すモデル位置信号rsの波形は、位置指令信号rに従って位置信号の波形となる。そして矢印cにおける信号の波形は、モデル位置信号rsを微分した波形であることから、速度に対応した波形となる。さらに、矢印bにおける信号の波形は、矢印cにおける信号の波形をJm倍した波形であり、この波形を微分部13によって微分した波形であるTrfは、トルクに対応した波形となる。   Here, the waveform of the model position signal rs indicated by the arrow d in FIG. 3 becomes the waveform of the position signal in accordance with the position command signal r. The waveform of the signal at the arrow c is a waveform corresponding to the speed because it is a waveform obtained by differentiating the model position signal rs. Further, the waveform of the signal at the arrow b is a waveform obtained by multiplying the waveform of the signal at the arrow c by Jm, and Trf, which is a waveform obtained by differentiating the waveform by the differentiating unit 13, is a waveform corresponding to the torque.

すなわちフィードフォワード部10からフィードバック部20の位置制御回路21、速度制御回路22、トルク制御回路23に対して渡されるフィードフォワード信号(rf、ωf、TRf)としては、上述のように制御対象のモデル位置信号rs、制御対象のモデル速度信号ωs、および比例アンプ11の出力を微分部13で微分した信号をそれぞれ用いればよいこととなる。   That is, as the feedforward signals (rf, ωf, TRf) passed from the feedforward unit 10 to the position control circuit 21, the speed control circuit 22, and the torque control circuit 23 of the feedback unit 20, as described above, the model to be controlled is used. The position signal rs, the model speed signal ωs to be controlled, and the signal obtained by differentiating the output of the proportional amplifier 11 by the differentiating unit 13 may be used.

ここで上述構成の制御系の挙動について、(数1)に示す伝達関数を参照して説明する
。(数1)の(1)式は、モータ回転角信号rMを、位置指令応答の伝達関数G1(s)、外乱応答の伝達関数G2(s)、位置指令信号rおよび制御対象負荷部15に作用する外乱dを用いて表わしたものである。G1(s)、G2(s)はそれぞれ(2)式、(3)式によって表わすことができるので、位置指令応答と外乱応答とを別々に調整できる2自由度系である。なお、位置指令応答は、フィードフォワード部10で決定され、外乱応答はフィードバック部20で決定される。

Figure 2005269856
Here, the behavior of the control system configured as described above will be described with reference to the transfer function shown in (Equation 1). Equation (1) in (Equation 1) is obtained by applying the motor rotation angle signal rM to the position command response transfer function G1 (s), the disturbance response transfer function G2 (s), the position command signal r, and the control target load unit 15. This is expressed using the acting disturbance d. Since G1 (s) and G2 (s) can be expressed by the equations (2) and (3), respectively, the two-degree-of-freedom system can separately adjust the position command response and the disturbance response. The position command response is determined by the feedforward unit 10, and the disturbance response is determined by the feedback unit 20.
Figure 2005269856

ここで、制御対象部15の動作特性のシミュレーションを行うフィードフォワード部10の制御対象モデル回路12が適正に設定された状態を考えると、Jm=JLとみなすことができる。そして(3)式においてJm=JLとおくことにより、G1(s)は(4)式で示す簡略な形で表わされる。(4)式から判るように、ここではG1(s)は、1次遅れ系のサーボ制御に対応したものとなっている。   Here, considering the state in which the control target model circuit 12 of the feedforward unit 10 that simulates the operation characteristics of the control target unit 15 is appropriately set, it can be considered that Jm = JL. Then, by setting Jm = JL in the expression (3), G1 (s) is expressed in a simple form shown in the expression (4). As can be seen from the equation (4), G1 (s) corresponds to the first-order lag servo control.

したがって、フィードフォワード部10のパラメータ、すなわち比例アンプ11のゲインKの値の如何に拘らず、フィードフォワード部10によってフィードバック部20に出力されるフィードフォワードトルク信号Trfは振動的にはならず、短い整定時間で速やかに収束する良好な応答特性が得られる。またこの場合、フィードフォワード部10において調整を必要とするパラメータは上述のゲインKのみであることから、調整作業を大幅に簡略化することができる。   Therefore, regardless of the parameter of the feedforward unit 10, that is, the value of the gain K of the proportional amplifier 11, the feedforward torque signal Trf output to the feedback unit 20 by the feedforward unit 10 does not vibrate and is short. Good response characteristics can be obtained that converges quickly in settling time. In this case, the only parameter that needs to be adjusted in the feedforward unit 10 is the above-described gain K, so that the adjustment work can be greatly simplified.

このように、フィードバック部20とフィードフォワード部10を備えた2自由度系のモータ制御装置において、フィードフォワード部10を上記構成とすることにより、制御系のハード構成を簡略化してコスト削減が可能となるとともに、制御時の計算量を削減して制御負荷を減少させることができる。さらに調整が必要なパラメータの数を減少させ、制御システムの設定時の調整作業を容易に行うことができる。   As described above, in the two-degree-of-freedom motor control apparatus including the feedback unit 20 and the feedforward unit 10, the hardware configuration of the control system can be simplified and the cost can be reduced by configuring the feedforward unit 10 as described above. In addition, it is possible to reduce the control load by reducing the amount of calculation during control. Further, the number of parameters that need to be adjusted can be reduced, and the adjustment work at the time of setting the control system can be easily performed.

なお、上述したモータ制御装置が、さらに制御対象モデル回路12によって得られる状態変数を適正なゲインでフィードフォワード部10へ状態フィードバックさせる状態フィ
ードバック部(図示せず)を備えてもよい。ここで状態変数とは、実負荷を模擬した制御対象モデル回路12における各質点の位置、速度、加速度等の変数をいう。これにより、さらに安定したモータの動作制御を実現することができる。
The motor control device described above may further include a state feedback unit (not shown) that feeds back a state variable obtained by the control target model circuit 12 to the feedforward unit 10 with an appropriate gain. Here, the state variable means a variable such as the position, speed, acceleration, etc. of each mass point in the control target model circuit 12 simulating an actual load. Thereby, more stable motor operation control can be realized.

本発明のモータ制御装置は、パラメータ調整を容易に行うことができるとともに安定したモータの動作制御を実現することができるという効果を有し、電子部品実装用装置などの負荷機構の駆動手段として用いられるサーボモータの動作制御に利用可能である。   The motor control device of the present invention has an effect that parameter adjustment can be easily performed and stable motor operation control can be realized, and is used as a driving mechanism for a load mechanism such as an electronic component mounting device. It can be used to control the operation of servo motors.

本発明の一実施の形態のモータ制御装置の負荷機構の構成説明図Structure explanatory drawing of the load mechanism of the motor control device of one embodiment of the present invention 本発明の一実施の形態のモータ制御装置の制御システムの構成を示すブロック線図The block diagram which shows the structure of the control system of the motor control apparatus of one embodiment of this invention 本発明の一実施の形態のモータ制御装置の制御システムの伝達関数を示すブロック線図The block diagram which shows the transfer function of the control system of the motor control apparatus of one embodiment of this invention

符号の説明Explanation of symbols

4 モータコントローラ
5X,5Y モータドライバ
6 本体制御装置
7 指令信号発生回路
10 フィードフォワード部
11 比例アンプ
12 制御対象モデル回路
13 微分部
14 積分部
15 制御対象負荷部
20 フィードバック部
21 位置制御回路
22 速度制御回路
23 トルク制御回路
r 位置指令信号
rs モデル位置信号
ωs モデル速度信号
rf フィードフォワード位置信号
ωf フィードフォワード速度信号
Trf フィードフォワードトルク信号
rM 回転角信号
ωM 回転速度信号
TM モータトルク信号
4 Motor Controller 5X, 5Y Motor Driver 6 Main Body Control Device 7 Command Signal Generation Circuit 10 Feedforward Unit 11 Proportional Amplifier 12 Control Target Model Circuit 13 Differentiation Unit 14 Integration Unit 15 Control Target Load Unit 20 Feedback Unit 21 Position Control Circuit 22 Speed Control Circuit 23 torque control circuit r position command signal rs model position signal ωs model speed signal rf feedforward position signal ωf feedforward speed signal Trf feedforward torque signal rM rotation angle signal ωM rotation speed signal TM motor torque signal

Claims (2)

負荷機構を駆動するモータを指令信号発生手段が発生する位置指令信号に従って制御するモータ制御装置であって、
前記モータの回転角および回転速度を検出して回転角信号および回転速度信号を出力する検出手段と、
前記位置指令信号を入力してフィードフォワードトルク信号、フィードフォワード速度信号およびフィードフォワード位置信号を出力することにより前記モータをフィードフォワード制御するフィードフォワード部と、
前記フィードフォワード位置信号を正の要素として含み前記回転角信号を負の要素として含む補償位置指令信号を入力して仮補償速度指令信号を出力する位置制御手段と、前記フィードフォワード速度信号および前記仮補償速度指令信号を正の要素として含み前記回転速度信号を負の要素として含む補償速度指令信号を入力して仮補償トルク指令信号を出力する速度制御手段と、前記フィードフォワードトルク信号および前記仮補償トルク指令信号を正の要素として含む補償トルク指令信号に基づいて前記モータの回転トルクを制御するトルク制御手段とで構成され前記モータをフィードバック制御するフィードバック部とを備え、
前記位置指令信号を正の要素として含み前記フィードフォワード位置信号を負の要素として含む擬似位置指令信号を定数倍して擬似速度信号とする定数倍手段と、前記擬似速度信号を入力してモデル速度信号を出力することにより前記モータおよび前記負荷部の動作を模擬する制御対象モデル模擬手段と、前記擬似速度信号を微分する微分手段と、前記モデル速度信号を積分する積分手段とで前記フィードフォワード部を構成し、
前記微分手段の出力を前記フィードフォワードトルク指令信号とし、前記制御対象モデル速度信号を前記フィードフォワード速度信号とし、前記積分手段の出力を前記フィードフォワード位置信号として出力することを特徴とするモータ制御装置。
A motor control device for controlling a motor for driving a load mechanism according to a position command signal generated by a command signal generating means,
Detecting means for detecting a rotation angle and a rotation speed of the motor and outputting a rotation angle signal and a rotation speed signal;
A feedforward unit that feedforward-controls the motor by inputting the position command signal and outputting a feedforward torque signal, a feedforward speed signal, and a feedforward position signal;
Position control means for inputting a compensated position command signal including the feedforward position signal as a positive element and the rotation angle signal as a negative element and outputting a temporary compensation speed command signal; the feedforward speed signal and the temporary Speed control means for inputting a compensation speed command signal including a compensation speed command signal as a positive element and outputting the provisional compensation torque command signal including the rotation speed signal as a negative element, the feedforward torque signal and the provisional compensation A feedback control unit configured to feedback control the motor, the torque control unit configured to control the rotational torque of the motor based on a compensation torque command signal including a torque command signal as a positive element;
Constant multiplying means for multiplying a pseudo position command signal including the position command signal as a positive element and the feedforward position signal as a negative element to obtain a pseudo speed signal by multiplying the pseudo position command signal by a constant, and a model speed by inputting the pseudo speed signal The feedforward unit includes a controlled object model simulation unit that simulates the operation of the motor and the load unit by outputting a signal, a differentiation unit that differentiates the pseudo speed signal, and an integration unit that integrates the model speed signal. Configure
The motor control device characterized in that the output of the differentiating means is the feedforward torque command signal, the controlled model speed signal is the feedforward speed signal, and the output of the integrating means is the feedforward position signal. .
負荷機構を駆動するモータを指令信号発生手段が発生する位置指令信号に従って制御するモータ制御方法であって、
前記モータの回転角および回転速度を検出して回転角信号および回転速度信号を出力する検出手段と、前記位置指令信号を入力してフィードフォワードトルク信号、フィードフォワード速度信号およびフィードフォワード位置信号を出力することにより前記モータをフィードフォワード制御するフィードフォワード部と、前記フィードフォワード位置信号を正の要素として含み前記回転角信号を負の要素として含む補償位置指令信号を入力して仮補償速度指令信号を出力する位置制御手段と、前記フィードフォワード速度信号および前記仮補償速度指令信号を正の要素として含み前記回転速度信号を負の要素として含む補償速度指令信号を入力して仮補償トルク指令信号を出力する速度制御手段と、前記フィードフォワードトルク信号および前記仮補償トルク指令信号を正の要素として含む補償トルク指令信号に基づいて前記モータの回転トルクを制御するトルク制御手段とで構成され前記モータをフィードバック制御するフィードバック部とを備え、前記位置指令信号を正の要素として含み前記フィードフォワード位置信号を負の要素として含む擬似位置指令信号を定数倍して擬似速度信号とする定数倍手段と、前記擬似速度信号を入力してモデル速度信号を出力することにより前記モータおよび前記負荷部の動作を模擬する制御対象モデル模擬手段と、前記擬似速度信号を微分する微分手段と、前記モデル速度信号を積分する積分手段とで前記フィードフォワード部を構成したモータ制御装置を用い、
前記微分手段の出力を前記フィードフォワードトルク指令信号とし、前記制御対象モデル速度信号を前記フィードフォワード速度信号とし、前記積分手段の出力を前記フィードフォワード位置信号として出力することを特徴とするモータ制御方法。
A motor control method for controlling a motor for driving a load mechanism according to a position command signal generated by command signal generating means,
Detection means for detecting a rotation angle and a rotation speed of the motor and outputting a rotation angle signal and a rotation speed signal; and inputting the position command signal to output a feed forward torque signal, a feed forward speed signal, and a feed forward position signal. A feedforward unit that feedforward-controls the motor, and a compensation position command signal that includes the feedforward position signal as a positive element and the rotation angle signal as a negative element. A position control means for outputting, a compensation speed command signal including the feedforward speed signal and the provisional compensation speed command signal as positive elements and the rotation speed signal as a negative element, and outputting a provisional compensation torque command signal Speed control means, the feedforward torque signal and And a feedback unit configured to control the rotational torque of the motor on the basis of a compensation torque command signal including the temporary compensation torque command signal as a positive element, and the position command signal. As a positive element and a pseudo position command signal including the feedforward position signal as a negative element by constant multiplication to make a pseudo speed signal, and input the pseudo speed signal and output a model speed signal Thus, a motor in which the feedforward unit is constituted by a controlled object model simulation unit that simulates the operation of the motor and the load unit, a differentiation unit that differentiates the pseudo speed signal, and an integration unit that integrates the model speed signal Using the control device,
The motor control method characterized in that the output of the differentiating means is the feedforward torque command signal, the controlled model speed signal is the feedforward speed signal, and the output of the integrating means is the feedforward position signal. .
JP2004082279A 2004-03-22 2004-03-22 Motor control device and motor control method Pending JP2005269856A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004082279A JP2005269856A (en) 2004-03-22 2004-03-22 Motor control device and motor control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004082279A JP2005269856A (en) 2004-03-22 2004-03-22 Motor control device and motor control method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005269856A true JP2005269856A (en) 2005-09-29

Family

ID=35093802

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004082279A Pending JP2005269856A (en) 2004-03-22 2004-03-22 Motor control device and motor control method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005269856A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009512042A (en) * 2005-10-10 2009-03-19 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Method and apparatus for moving guidance of movable machine elements of a machine
WO2014112178A1 (en) * 2013-01-16 2014-07-24 三菱電機株式会社 Motor control apparatus
CN108345268A (en) * 2017-01-23 2018-07-31 南京理工大学 Consider the electrohydraulic servo system Position Tracking Control method of input delay constraint

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009512042A (en) * 2005-10-10 2009-03-19 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト Method and apparatus for moving guidance of movable machine elements of a machine
WO2014112178A1 (en) * 2013-01-16 2014-07-24 三菱電機株式会社 Motor control apparatus
JP5847338B2 (en) * 2013-01-16 2016-01-20 三菱電機株式会社 Motor control device
CN108345268A (en) * 2017-01-23 2018-07-31 南京理工大学 Consider the electrohydraulic servo system Position Tracking Control method of input delay constraint
CN108345268B (en) * 2017-01-23 2021-06-08 南京理工大学 Position Tracking Control Method of Electro-hydraulic Servo System Considering Input Time Delay Constraints

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1667001B1 (en) Controller
EP2154779A2 (en) Motor control system
US9796087B2 (en) Control system for power unit
US9933616B2 (en) Mirror angular-positioning apparatus and processing apparatus
JP2009303432A (en) Position controller using motor
JPH0816246A (en) Method for tandem controlling by digital servo
JP2004355632A (en) Motion controller with sliding mode controller
JP2006175940A (en) Electric power steering device
JPS63274385A (en) Speed controller for servo-motor
JP2020035159A (en) Parameter adjustor
JPH10329063A (en) Robot control device
KR20060072136A (en) Motor control unit
JP4166157B2 (en) Electric motor control device
JP4771078B2 (en) Motor control device
JP2005269856A (en) Motor control device and motor control method
JP2002186269A (en) Motor control method
JP4516053B2 (en) Control device
JP5263143B2 (en) Electric motor control device
JPH08278821A (en) Damping method for servo control system
JP5493941B2 (en) Position command generator
JP3750633B2 (en) Machine control device
JP2004023946A (en) Motor controller
JPH08286759A (en) Robot drive control method for compensating for static friction
JP2005304120A (en) Electric motor control device
JP2002163006A (en) Controller and method for controlling electric motor