JP5063981B2

JP5063981B2 - Electric motor position control device

Info

Publication number: JP5063981B2
Application number: JP2006290428A
Authority: JP
Inventors: 秀浩八杉; 友宏宮崎; 鉄明長野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2006-10-25
Filing date: 2006-10-25
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2026-10-25
Also published as: JP2008109781A

Description

この発明は、例えば、工作機械におけるテーブルや電動式産業用ロボットのアームのような負荷機械を駆動する電動機（直流電動機、誘導電動機、同期電動機、リニアモータなど）の位置制御装置に関するものである。 The present invention relates to a position control device for a motor (DC motor, induction motor, synchronous motor, linear motor, etc.) that drives a load machine such as a table in a machine tool or an arm of an electric industrial robot.

従来の位置制御装置の構成を図１３を参照しながら説明する。図１３は例えば特許文献１に示された従来の位置制御装置を示すブロック図である。図１３において、位置制御装置は、直流電動機１１の回転角指令信号を発生する回転角指令信号発生回路１と、トルク伝達機構（図示せず）を介して負荷機械（図示せず）を駆動する直流電動機１１と、直流電動機１１の回転速度及び回転角を検出する回転検出器２と、第１の位置制御回路３と、機械系模擬回路４と、第２の位置制御回路５と、第２の速度制御回路６と、加算器８と、第１の速度制御回路９と、加算器１０と、電力変換回路１２と、トルク制御回路１３とから構成されている。 The configuration of a conventional position control device will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a block diagram showing a conventional position control device disclosed in Patent Document 1, for example. In FIG. 13, the position control device drives a load machine (not shown) via a rotation angle command signal generation circuit 1 that generates a rotation angle command signal of the DC motor 11 and a torque transmission mechanism (not shown). DC motor 11, rotation detector 2 for detecting the rotation speed and rotation angle of DC motor 11, first position control circuit 3, mechanical system simulation circuit 4, second position control circuit 5, and second Speed control circuit 6, adder 8, first speed control circuit 9, adder 10, power conversion circuit 12, and torque control circuit 13.

次に上述した従来の位置制御装置の動作については、まず、第１の位置制御回路３によって、第１の速度信号が得られ、さらに、機械系模擬回路を制御対象とする第２の位置制御回路５によって、第２の速度制御信号が得られる。つづいて、上記第１の速度信号と第２の速度信号の和である第３の速度信号が加算器８によって求められ、第１の速度制御回路９に供給され、第１の速度制御回路によって、第１のトルク信号が得られる。同様に、第２の速度信号を第２の速度制御回路６に入力すると、第２のトルク信号が得られる。さらに、第３の速度制御回路から第３のトルク信号が出力される。又、制御手段によって、上記第１のトルク信号と第２のトルク信号と第３のトルク信号とを加算した最終トルク信号に、電動機の発生トルクが追随するように制御される。 Next, with regard to the operation of the above-described conventional position control device, first, a first speed signal is obtained by the first position control circuit 3, and further, a second position control with the mechanical system simulation circuit as a control target. The circuit 5 provides a second speed control signal. Subsequently, a third speed signal, which is the sum of the first speed signal and the second speed signal, is obtained by the adder 8, supplied to the first speed control circuit 9, and then by the first speed control circuit. A first torque signal is obtained. Similarly, when the second speed signal is input to the second speed control circuit 6, a second torque signal is obtained. Further, a third torque signal is output from the third speed control circuit. The control means controls the generated torque of the electric motor to follow the final torque signal obtained by adding the first torque signal, the second torque signal, and the third torque signal.

このように、従来の位置制御装置では、機械系模擬回路を制御対象とする第２の位置制御回路と第２の速度制御回路と第３の速度制御回路と機械系模擬回路からの信号を、フィードフォワード的に、第１の位置制御回路、第１の速度制御回路及びトルク制御回路からなる実制御ループに取り入れている。そうすることで、回転角指令信号の変化が急峻な場合においても機械に衝撃を与えることなく高応答のゲイン調整可能な制御装置を実現している。 Thus, in the conventional position control device, the signals from the second position control circuit, the second speed control circuit, the third speed control circuit, and the mechanical system simulation circuit that are controlled by the mechanical system simulation circuit, In a feed-forward manner, an actual control loop including a first position control circuit, a first speed control circuit, and a torque control circuit is incorporated. By doing so, a control device capable of adjusting the gain with high response without giving an impact to the machine even when the change of the rotation angle command signal is steep is realized.

特開平６−３０５７８号公報JP-A-6-30578

しかしながら、上記従来の位置制御装置では、一定速中の回転角位置偏差を抑えることはできても、一定加速中の回転角位置偏差を抑えることができない。 However, the conventional position control device described above cannot suppress the rotational angle position deviation during constant acceleration even though it can suppress the rotational angle position deviation during constant speed.

そのため、例えば、複数軸の電動機から構成されて、所定軸の電動機実際位置を監視しながら他軸の電動機の起動をかけることにより装置全体の駆動高速化を図るような機械装置や、精度の高い位置軌跡制御が要求されるような機械装置に対して所望の性能を得ることが難しい場合がある。 Therefore, for example, a mechanical device that is composed of a plurality of shaft motors and that activates the motors of the other shafts while monitoring the actual position of the motors of the predetermined shafts, or a high-accuracy mechanical device. It may be difficult to obtain desired performance for a mechanical device that requires position trajectory control.

本発明は上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、高速応答性を有しかつ機械振動を生じない特性を有すると共に、一定加速中にも回転角指令信号と実回転角信号の偏差を最小に抑える電動機の位置制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and has characteristics that it has high-speed response and does not generate mechanical vibrations, and also has a rotation angle command signal and an actual rotation angle even during constant acceleration. An object of the present invention is to provide an electric motor position control device that minimizes signal deviation.

上記課題を解決し目的を達成するために、第１の発明に係る電動機の位置制御装置は、以下のものを備えている。
（１）回転角指令信号及び電動機の実回転角信号に基づいて、第１の速度信号を出力する第１の位置制御回路。
（２）上記回転角指令信号を入力して少なくとも１回の微分演算を含む所定の関数演算により速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード信号演算回路。
（３）電動機、トルク伝達機構及び負荷機械を二つの積分要素として近似し模擬速度信号及び模擬回転角信号を出力する機械系模擬回路。
（４）上記回転角指令信号及び上記模擬回転角信号に基づいて第２の速度信号を出力する第２の位置制御回路。
（５）上記第１の速度信号と上記模擬速度信号を加算して第３の速度信号を出力する加算器。
（６）上記第３の速度信号及び上記電動機の上記実速度信号に基づいて第１のトルク信号を出力する第１の速度制御回路。
（７）上記第２の速度信号、上記模擬速度信号及び上記速度フィードフォワード信号に基づいて第２のトルク信号を出力する第２の速度制御回路。
（８）上記第１のトルク信号及び上記第２のトルク信号に基づいて上記電動機の発生トルクを制御する制御手段。 In order to solve the above problems and achieve the object, the electric motor position control device according to the first invention includes the following.
(1) A first position control circuit that outputs a first speed signal based on the rotation angle command signal and the actual rotation angle signal of the electric motor.
(2) A speed feedforward signal calculation circuit that inputs the rotation angle command signal and outputs a speed feedforward signal by a predetermined function calculation including at least one differential calculation.
(3) A mechanical simulation circuit that approximates an electric motor, a torque transmission mechanism, and a load machine as two integral elements and outputs a simulated speed signal and a simulated rotation angle signal.
(4) A second position control circuit that outputs a second speed signal based on the rotation angle command signal and the simulated rotation angle signal.
(5) An adder that adds the first speed signal and the simulated speed signal and outputs a third speed signal.
(6) A first speed control circuit that outputs a first torque signal based on the third speed signal and the actual speed signal of the electric motor.
(7) A second speed control circuit that outputs a second torque signal based on the second speed signal, the simulated speed signal, and the speed feedforward signal.
(8) Control means for controlling the generated torque of the electric motor based on the first torque signal and the second torque signal.

また、第２の発明に係る電動機の位置制御装置は、第１の発明に係る電動機の位置制御装置に加えて、上記回転角指令信号の状態から回転角判定信号を出力する回転角指令状態判定器と、上記模擬速度信号と上記回転角判定信号とから模擬速度変換信号を出力する第１の乗算器と、上記第２のトルク信号と上記回転角判定信号とからトルク変換信号を出力する第２の乗算器を備えている。 In addition to the electric motor position control device according to the first invention, the electric motor position control device according to the second invention is a rotation angle command state determination that outputs a rotation angle determination signal from the state of the rotation angle command signal. A first multiplier that outputs a simulated speed conversion signal from the simulated speed signal and the rotation angle determination signal, and a first multiplier that outputs a torque conversion signal from the second torque signal and the rotation angle determination signal. 2 multipliers are provided.

さらに、第３の発明に係る電動機の位置制御装置は、以下のものを備えている。
（１）回転角指令信号及び電動機の実回転角信号に基づいて、第１の速度信号を出力する第１の位置制御回路。
（２）上記回転角指令信号を入力して少なくとも１回の微分演算を含む所定の関数演算により速度フィードフォワード信号を出力する速度フィードフォワード信号演算回路。
（３）上記速度フィードフォワード信号を入力して少なくとも１回の微分演算を含む所定の関数演算によりトルクフィードフォワード信号を出力するトルクフィードフォワード信号演算回路。
（４）電動機、トルク伝達機構及び負荷機械を二つの積分要素として近似し模擬速度信号及び模擬回転角信号を出力する機械系模擬回路。
（５）上記回転角指令信号及び上記模擬回転角信号に基づいて第２の速度信号を出力する第２の位置制御回路。
（６）上記第１の速度信号と上記模擬速度信号とを加算して第３の速度信号を出力する第１の加算器。
（７）上記第３の速度信号及び上記電動機の上記実速度信号に基づいて第１のトルク信号を出力する第１の速度制御回路。
（８）上記第２の速度信号、上記模擬速度信号及び上記速度フィードフォワード信号に基づいて第２のトルク信号を出力する第２の速度制御回路。
（９）上記第２のトルク信号と上記トルクフィードフォワード信号とを加算して第３のトルク信号を出力する第２の加算器。
（１０）上記第１のトルク信号と上記第３のトルク信号に基づいて上記電動機の発生トルクを制御する制御手段。 Furthermore, an electric motor position control apparatus according to a third aspect of the present invention includes the following.
(1) A first position control circuit that outputs a first speed signal based on the rotation angle command signal and the actual rotation angle signal of the electric motor.
(2) A speed feedforward signal calculation circuit that inputs the rotation angle command signal and outputs a speed feedforward signal by a predetermined function calculation including at least one differential calculation.
(3) A torque feedforward signal calculation circuit that inputs the speed feedforward signal and outputs a torque feedforward signal by a predetermined function calculation including at least one differential calculation.
(4) A mechanical simulation circuit that approximates an electric motor, a torque transmission mechanism, and a load machine as two integral elements and outputs a simulated speed signal and a simulated rotation angle signal.
(5) A second position control circuit that outputs a second speed signal based on the rotation angle command signal and the simulated rotation angle signal.
(6) A first adder that adds the first speed signal and the simulated speed signal and outputs a third speed signal.
(7) A first speed control circuit that outputs a first torque signal based on the third speed signal and the actual speed signal of the electric motor.
(8) A second speed control circuit that outputs a second torque signal based on the second speed signal, the simulated speed signal, and the speed feedforward signal.
(9) A second adder that adds the second torque signal and the torque feedforward signal and outputs a third torque signal.
(10) Control means for controlling the generated torque of the electric motor based on the first torque signal and the third torque signal.

さらにまた、第４の発明に係る電動機の位置制御装置は、第３の発明に係る電動機の位置制御装置に加えて、上記回転角指令信号の状態から回転角判定信号を出力する回転角指令状態判定器と、上記模擬速度信号と上記回転角判定信号とから模擬速度変換信号を出力する第１の乗算器と、上記第２のトルク信号と上記回転角判定信号とからトルク変換信号を出力する第２の乗算器を備えている。 Furthermore, the electric motor position control device according to the fourth aspect of the invention includes, in addition to the electric motor position control device according to the third aspect of the invention, a rotation angle command state that outputs a rotation angle determination signal from the state of the rotation angle command signal. A torque conversion signal is output from the determination device, the first multiplier that outputs a simulated speed conversion signal from the simulated speed signal and the rotation angle determination signal, and the second torque signal and the rotation angle determination signal. A second multiplier is provided.

第１の発明に係る電動機の位置制御装置においては、まず、第１の位置制御回路によって、第１の速度信号が得られる。さらに、機械系模擬回路によって、模擬速度信号が得られる。つづいて、上記第１の速度信号と模擬速度信号の和である第３の速度信号が加算器によって求められ、第１の速度制御回路に供給され、第１の速度制御回路によって第１のトルク信号が得られる。同様に、第２の位置制御回路によって、第２の速度信号が得られる。また、第１のフィードフォワード信号演算回路により、速度フィードフォワード信号が得られる。第２の速度信号と速度フィードフォワード信号と模擬速度信号を第２の速度制御回路に入力することにより、第２のトルク信号が得られる。又、制御手段によって、上記第１のトルク信号と第２のトルク信号を加算した最終トルク信号に、電動機の発生トルクが追随するように制御されることで電動機の実回転角信号と回転角指令信号の偏差を最小にするように作用する。これにより、高速応答性を有しかつ機械振動を生じない特性を有すると共に、一定加速中の回転角指令信号に対する実回転角指令信号の偏差が０に抑えることができることから、機械装置において精度の高い位置軌道追従制御を実現することができる。 In the electric motor position control apparatus according to the first aspect of the invention, first, a first speed signal is obtained by the first position control circuit. Further, a simulated speed signal is obtained by the mechanical system simulation circuit. Subsequently, a third speed signal that is the sum of the first speed signal and the simulated speed signal is obtained by an adder, supplied to the first speed control circuit, and the first speed control circuit provides the first torque. A signal is obtained. Similarly, a second speed signal is obtained by the second position control circuit. Moreover, a speed feedforward signal is obtained by the first feedforward signal calculation circuit. The second torque signal is obtained by inputting the second speed signal, the speed feedforward signal, and the simulated speed signal to the second speed control circuit. Further, the actual rotation angle signal and the rotation angle command of the motor are controlled by the control means so that the torque generated by the motor follows the final torque signal obtained by adding the first torque signal and the second torque signal. Acts to minimize signal deviation. As a result, it has high speed response characteristics and does not cause mechanical vibration, and the deviation of the actual rotation angle command signal with respect to the rotation angle command signal during constant acceleration can be suppressed to zero. High position trajectory tracking control can be realized.

また、第２の発明に係る電動機の位置制御装置は、第１の発明に係る電動機の位置制御装置において、回転角指令の状態に応じた回転角判定信号を出力し、この信号を模擬速度信号ならびに第２のトルク信号に乗算することで、回転角指令信号が０になる間際に電動機の実回転角信号と回転角指令信号の偏差が発生しないように作用する。これにより、第１の発明に係る電動機の位置制御装置の効果に加え指令停止時のオーバーシュートが０となることで高速位置決め整定性を実現することができ、装置全体として高速化を実現することが可能となる。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a position control device for an electric motor, wherein the position control device for an electric motor according to the first aspect outputs a rotation angle determination signal corresponding to the state of the rotation angle command, and this signal is used as a simulated speed signal. In addition, by multiplying the second torque signal, the deviation between the actual rotation angle signal of the electric motor and the rotation angle command signal does not occur immediately before the rotation angle command signal becomes zero. As a result, in addition to the effect of the electric motor position control device according to the first aspect of the invention, the overshoot at the time of command stop becomes zero, so that high-speed positioning settling can be realized, and high speed can be realized as a whole device. Is possible.

さらに、第３の発明に係る電動機の位置制御装置においては、まず、第１の位置制御回路によって、第１の速度信号が得られる。さらに、機械系模擬回路によって、模擬速度信号が得られる。つづいて、上記第１の速度信号と模擬速度信号の和である第３の速度信号が加算器によって求められ、第１の速度制御回路に供給され、第１の速度制御回路によって第１のトルク信号が得られる。同様に、第２の位置制御回路によって、第２の速度信号が得られる。また、第１のフィードフォワード信号演算回路により、速度フィードフォワード信号が得られる。第２の速度信号と速度フィードフォワード信号と模擬速度信号を第２の速度制御回路に入力することにより、第２のトルク信号が得られる。さらにトルクフィードフォワード信号演算回路によりトルクフィードフォワード信号が得られ、この信号と第２のトルク信号が加算器により加算されて第３のトルク信号が得られる。又、制御手段によって、第１のトルク信号と第３のトルク信号を加算した最終トルク信号に、電動機の発生トルクが追随するように制御されることで、加速度が変化する際に発生する偏差をさらに小さく抑えるように作用する。これにより、加速変化時に生じていた偏差量をさらに減少させることが可能になり、機械装置においてさらに精度の高い位置軌道追従制御を実現することができる。 Furthermore, in the electric motor position control apparatus according to the third aspect of the invention, first, the first speed signal is obtained by the first position control circuit. Further, a simulated speed signal is obtained by the mechanical system simulation circuit. Subsequently, a third speed signal that is the sum of the first speed signal and the simulated speed signal is obtained by an adder, supplied to the first speed control circuit, and the first speed control circuit provides the first torque. A signal is obtained. Similarly, a second speed signal is obtained by the second position control circuit. Moreover, a speed feedforward signal is obtained by the first feedforward signal calculation circuit. The second torque signal is obtained by inputting the second speed signal, the speed feedforward signal, and the simulated speed signal to the second speed control circuit. Furthermore, a torque feedforward signal is obtained by the torque feedforward signal calculation circuit, and this signal and the second torque signal are added by an adder to obtain a third torque signal. Further, the control means controls the generated torque of the electric motor to follow the final torque signal obtained by adding the first torque signal and the third torque signal, so that the deviation that occurs when the acceleration changes is controlled. It works to keep it even smaller. Thereby, it is possible to further reduce the amount of deviation that has occurred at the time of acceleration change, and it is possible to realize more accurate position trajectory tracking control in the mechanical device.

さらにまた、第４の発明に係る電動機の位置制御装置は、第３の発明に係る電動機の位置制御装置において、回転角指令の状態に応じた回転角判定信号を出力し、この信号を模擬速度信号ならびに第２のトルク信号に乗算することで、回転角指令信号が０になる間際に電動機の実回転角信号と回転角指令信号の偏差が発生しないように作用する。これにより、第３の発明に係る電動機の位置制御装置に加え指令停止時のオーバーシュートが０となることで高速位置決め整定性を実現することができ、装置全体として高速化を実現することが可能となる。 Furthermore, an electric motor position control device according to a fourth aspect of the present invention is the electric motor position control device according to the third aspect of the present invention, which outputs a rotation angle determination signal corresponding to the state of the rotation angle command and uses this signal as a simulated speed. By multiplying the signal and the second torque signal, the deviation between the actual rotation angle signal of the electric motor and the rotation angle command signal is prevented from occurring when the rotation angle command signal becomes zero. As a result, in addition to the electric motor position control device according to the third aspect of the invention, the overshoot at the time of command stop becomes zero, so that high-speed positioning settling can be realized, and the overall speed of the device can be realized. It becomes.

以下、本発明にかかる電動機の位置制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an electric motor position control apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１の構成を、図１〜図３を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１の電動機の位置制御装置の全体を示すブロック図であり、直流電動機１１と電力変換回路１２は上記の位置制御装置と全く同一である。 Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the configuration of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing the entirety of the electric motor position control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and a DC motor 11 and a power conversion circuit 12 are exactly the same as the position control apparatus described above.

図１において、本実施の形態の位置制御装置は、トルク伝達機構（図示せず）を介して負荷機械（図示せず）を駆動する直流電動機１１を、この直流電動機１１に対して回転角指令信号発生回路１が発生する回転角指令信号θ_msと、直流電動機１１に接続された回転検出器２が直流電動機１１から検出して出力する実回転角信号θ_m及び実速度信号ω_mとに基づいて制御する位置制御装置であって、第１の位置制御回路３と、機械系模擬回路４と、第２の位置制御回路５と、第２の速度制御回路６と、速度フィードフォワード信号演算回路７、加算器８と、第１の速度制御回路９と、加算器１０と、電力変換回路１２と、トルク制御回路１３とから構成されている。つまり、図１３に示す従来の位置制御装置に加えて、速度フィードフォワード信号演算回路７が設けられている。そして、加算器８は、第１の速度信号ω₁と模擬速度信号ω_aとを加算して第３の速度信号ω₃を出力するようにされ、第１の速度制御回路９は、この第３の速度信号ω₃と実速度信号ω_mとに基づいて第１のトルク信号τ₁を出力するようにされている。 In FIG. 1, the position control device of the present embodiment is configured so that a DC motor 11 that drives a load machine (not shown) via a torque transmission mechanism (not shown) is transmitted to the DC motor 11 as a rotation angle command. The rotation angle command signal θ _ms generated by the signal generation circuit 1 and the actual rotation angle signal θ _m and the actual speed signal ω _m detected and output from the DC motor 11 by the rotation detector 2 connected to the DC motor 11. A position control device that performs control based on a first position control circuit 3, a mechanical system simulation circuit 4, a second position control circuit 5, a second speed control circuit 6, and a speed feedforward signal calculation The circuit 7 includes an adder 8, a first speed control circuit 9, an adder 10, a power conversion circuit 12, and a torque control circuit 13. That is, in addition to the conventional position control device shown in FIG. 13, a speed feedforward signal calculation circuit 7 is provided. The adder 8 adds the first speed signal ω ₁ and the simulated speed signal ω _a to output a _third speed signal ω ₃ , and the first speed control circuit 9 The first torque signal τ ₁ is output based on the _third speed signal ω ₃ and the actual speed signal ω _m .

回転検出器２は、例えばタコジェネレータのような速度検出器とエンコーダのような位置検出器（電動機がリニアモータの場合はリニアスケール）とから構成されている。また、直流電動機１１のトルクの制御手段は、トルク制御回路１３と、電力変換回路１２とから構成されている。 The rotation detector 2 is composed of, for example, a speed detector such as a tachometer and a position detector such as an encoder (a linear scale when the motor is a linear motor). The torque control means of the DC motor 11 includes a torque control circuit 13 and a power conversion circuit 12.

回転角指令信号発生回路１は、直流電動機１１を駆動する指令として回転角指令信号θ_msを発生する。回転検出器２は、直流電動機１１の回転速度及び回転角を検出して、実速度信号ω_m及び実回転角信号θ_mを出力する。第１の位置制御回路３は、直流電動機１１の回転角指令信号θ_ms及び回転検出器２から出力された実回転角信号θ_mに基づいて第１の速度信号ω₁を出力する。第２の位置制御回路５は、回転角指令信号θ_ms及び模擬回転角信号θ_aに基づいて第２の速度信号ω₂を出力する。速度フィードフォワード信号演算回路７は、直流電動機１１の回転角指令信号θ_msを入力して、微分演算を含む所定の関数演算を実行することにより、回転角指令信号θ_msから速度フィードフォワード信号ω_ffを算出する。そして、速度フィードフォワード信号演算回路７は、この速度フィードフォワード信号ω_ffを出力する。加算器１０は、第２の速度信号ω₂と速度フィードフォワード信号ω_ffとを加算してこれを第２の速度制御回路６に出力する。 The rotation angle command signal generation circuit 1 generates a rotation angle command signal θ _ms as a command for driving the DC motor 11. The rotation detector 2 detects the rotation speed and rotation angle of the DC motor 11 and outputs an actual speed signal ω _m and an actual rotation angle signal θ _m . The first position control circuit 3 outputs a _first speed signal ω ₁ based on the rotation angle command signal θ _ms of the DC motor 11 and the actual rotation angle signal θ _m output from the rotation detector 2. The second position control circuit 5 outputs a _second speed signal ω ₂ based on the rotation angle command signal θ _ms and the simulated rotation angle signal θ _a . The speed feedforward signal calculation circuit 7 receives the rotation angle command signal θ _ms of the DC motor 11 and executes a predetermined function calculation including a differential calculation, so that the speed feedforward signal ω is _derived from the rotation angle command signal θ _ms. Calculate _ff . Then, the speed feedforward signal calculation circuit 7 outputs this speed feedforward signal ω _ff . The adder 10 adds the second speed signal ω ₂ and the speed feedforward signal ω _ff and outputs the result to the second speed control circuit 6.

機械系模擬回路４は、トルク伝達機構、負荷機械及び直流電動機１１を二つの積分要素として近似するとともに後述の第２のトルク信号τ₂に基づいて模擬速度信号ω_a及び模擬回転角信号θ_aを出力する。 The mechanical system simulation circuit 4 approximates the torque transmission mechanism, the load machine, and the DC motor 11 as two integral elements, and based on a _second torque signal τ ₂ described later, a simulated speed signal ω _a and a simulated rotation angle signal θ _a. Is output.

上述のように、加算器８は、第１の速度信号ω₁と模擬速度信号ω_aとを加算して第３の速度信号ω₃を出力する。第１の速度制御回路９は、第３の速度信号ω₃及び回転検出器２から出力された実速度信号ω_mとに基づいて第１のトルク信号τ₁を出力する。第２の速度制御回路６は、第２の速度信号ω₂及び模擬速度信号ω_aと速度フィードフォワード信号ω_ffに基づいて第２のトルク信号τ₂を出力する。トルク制御回路１３および電力変換回路１２からなる制御手段は、第１のトルク信号τ₁と第２のトルク信号τ₂に基づいて直流電動機１１のトルクを制御する。 As described above, the adder 8 adds the first speed signal ω ₁ and the simulated speed signal ω _a and outputs the _third speed signal ω ₃ . The first speed control circuit 9 outputs a _first torque signal τ ₁ based on the third speed signal ω ₃ and the actual speed signal ω _m output from the rotation detector 2. The second speed control circuit 6 outputs a _second torque signal τ ₂ based on the second speed signal ω _{2, the} simulated speed signal ω _a and the speed feed forward signal ω _ff . The control means including the torque control circuit 13 and the power conversion circuit 12 controls the torque of the DC motor 11 based on the first torque signal τ ₁ and the second torque signal τ ₂ .

図２は本実施の形態の位置制御装置をモデル化して示す図である。図２において、回路３ａは図１の第１の位置制御回路３のモデルを示し、回路９ａは第１の速度制御回路９のモデルを示す。回路４ａは機械系模擬回路４のモデルを示し、回路５ａは第２の位置制御回路５を示す。回路６ａは第２の速度制御回路６のモデルを示し、回路７ａは速度フィードフォワード信号演算回路７のモデルを示す。回路１５ａは図１の直流電動機１１、回転検出器２、トルク制御回路１３および電力変換回路１２を合わせたもののモデルを示す。そして回路１ａは回転角指令信号発生回路１のモデルを示す。速度フィードフォワード信号演算回路７は、回路７ａに示されるように、微分演算を含む関数演算を実行して、回転角指令信号θ_msから速度フィードフォワード信号ω_ffを算出する。 FIG. 2 is a diagram showing a model of the position control device of the present embodiment. In FIG. 2, a circuit 3a shows a model of the first position control circuit 3 of FIG. 1, and a circuit 9a shows a model of the first speed control circuit 9. A circuit 4 a represents a model of the mechanical system simulation circuit 4, and a circuit 5 a represents the second position control circuit 5. The circuit 6a shows a model of the second speed control circuit 6, and the circuit 7a shows a model of the speed feedforward signal calculation circuit 7. The circuit 15a shows a model of the combination of the DC motor 11, the rotation detector 2, the torque control circuit 13, and the power conversion circuit 12 of FIG. A circuit 1a shows a model of the rotation angle command signal generation circuit 1. As shown in the circuit 7a, the speed feedforward signal calculation circuit 7 executes a function calculation including a differentiation calculation and calculates a speed feedforward signal ω _ff from the rotation angle command signal θ _ms .

図１４は同じように図１３に示す従来の位置制御装置をモデル化して示す図である。図２及び図１４において、Ｋ_p1（ｓ）、Ｋ_v1（ｓ）、Ｋ_p2（ｓ）、Ｋ_v2（ｓ）、θ_ms（ｓ）は一般的な意味での伝達関数を示している。図２及び図１４を用いて本実施の形態の位置制御装置の制御方式の原理ついて説明する。ここで簡単のため各伝達関数を次式とおく。

ここで、Ｋ_p1、Ｋ_u、Ｋｉ、Ｋ_p2、Ｋ_v2、ω_vは適当な定数である。 FIG. 14 is a diagram similarly showing the conventional position control apparatus shown in FIG. 13 as a model. 2 and 14, K _p1 (s), K _v1 (s), K _p2 (s), K _v2 (s), and θ _ms (s) indicate transfer functions in a general sense. The principle of the control method of the position control apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, for simplicity, each transfer function is represented by the following equation.

Here, K _p1 , K _u , Ki, K _p2 , K _v2 , and ω _v are appropriate constants.

まず、従来の制御方式における偏差Δθ_ms（ｓ）（＝θ_ms（ｓ）−θ_m（ｓ））は、θ_ms（ｓ）を用いて次式の形になる。

α_k、β_kは、それぞれ図１４のブロック図を解くことによりＫ_p1、Ｋ_u、Ｋ_i、Ｋ_p2、Ｋ_v2を用いて表される適当な定数であり、少なくともα₁、β₃は０以外の定数である。このような従来の位置制御装置に、一定速回転角指令信号としてθ_ms（ｓ）を次式（６）で与えたとする。

偏差Δθ_ms（ｓ）を逆ラプラス変換して求められる偏差Δθ_ms（ｓ）の時間領域表現をΔθ_ms（ｔ）とおくと、Δθ_ms（ｔ）の定常状態は、最終値の定理により式（５）を用いて、

となる。このことから、図１４（図１３）に示す従来の位置制御装置が、一定速回転角指令信号に対して実回転角信号を偏差なく追従させることができると分かる。 First, the deviation Δθ _ms (s) (= θ _ms (s) −θ _m (s)) in the conventional control method takes the form of the following equation using θ _ms (s).

α _k and β _k are appropriate constants expressed using K _p1 , K _u , K _i , K _p2 , and K _v2 by solving the block diagram of FIG. 14, and at least α ₁ and β ₃ are It is a constant other than 0. It is assumed that θ _ms (s) is given by the following equation (6) as a constant speed rotation angle command signal to such a conventional position control device.

When placing the deviation [Delta] [theta] _ms for a deviation [Delta] [theta] _ms (s) to inverse Laplace transform the time domain representation of the (s) and Δθ _ms (t), the steady state Δθ _ms (t), wherein the theorem final value Using (5)

It becomes. From this, it can be understood that the conventional position control device shown in FIG. 14 (FIG. 13) can follow the actual rotation angle signal without deviation with respect to the constant speed rotation angle command signal.

同様にして、従来の位置制御装置に、一定加速回転角指令信号を次式（７）で与えたとする。

このときの定常状態におけるΔθ_ms（ｔ）は上記と同様にして最終値の定理を用いると、

となる。このことから、従来の位置制御装置においては、一定速回転角指令信号に対しては、偏差Δθ_ms（ｔ）を０にすることができても、一定加速回転角指令信号に対しては偏差Δθ_ms（ｔ）を０にできないと分かる。 Similarly, it is assumed that a constant acceleration rotation angle command signal is given by the following equation (7) to a conventional position control device.

At this time, Δθ _ms (t) in the steady state is the same as above, and using the final value theorem,

It becomes. Thus, in the conventional position control device, even if the deviation Δθ _ms (t) can be set to 0 for the constant speed rotation angle command signal, the deviation for the constant acceleration rotation angle command signal is It can be seen that Δθ _ms (t) cannot be reduced to zero.

一方、図２（図１）に示す本実施の形態の位置制御装置を用いたとき、偏差Δθ_ms（ｓ）はθ_ms（ｓ）を用いて次式の形として求められる。

γ_k、ε_kはそれぞれ図２のブロック図を解くことによりＫ_p1、Ｋ_u、Ｋ_i、Ｋ_p2、Ｋ_v2、ω_vを用いて表される適当な定数であり、少なくともε₆は０以外の定数である。このような本実施の形態の位置制御装置に対して、回転角指令信号を上記の式（７）で与えたとき、このときの定常状態におけるΔθ_ms（ｔ）は最終値の定理により式（８）を用いて、

となる。このことから、本実施の形態の位置制御装置が、一定加速回転角指令に対しても実回転角信号を偏差なく追従させることができると分かる。 On the other hand, when the position control device of the present embodiment shown in FIG. 2 (FIG. 1) is used, the deviation Δθ _ms (s) is obtained as the form of the following equation using θ _ms (s).

γ _k and ε _k are appropriate constants expressed using K _p1 , K _u , K _i , K _p2 , K _v2 , and ω _v by solving the block diagram of FIG. 2, and at least ε ₆ is 0. It is a constant other than. When the rotation angle command signal is given by the above equation (7) to the position control device of the present embodiment, Δθ _ms (t) in the steady state at this time is expressed by the equation ( 8)

It becomes. From this, it can be understood that the position control apparatus of the present embodiment can follow the actual rotation angle signal without deviation even with respect to the constant acceleration rotation angle command.

この実施の形態１を用いた時の偏差Δθ_ms（ｔ）の波形を図３に示す。ただし、回転角指令信号θ_msは図１５のように与えたとすると、その１回微分である速度指令信号は図３のグラフのように台形波形になる。図３から分かるように、一定加速中の偏差Δθ_ms（ｔ）は０となっている。 FIG. 3 shows a waveform of the deviation Δθ _ms (t) when using the first embodiment. However, if the rotation angle command signal θ _ms is given as shown in FIG. 15, the speed command signal which is a one-time differentiation thereof has a trapezoidal waveform as shown in the graph of FIG. As can be seen from FIG. 3, the deviation Δθ _ms (t) during constant acceleration is zero.

このような本実施の形態の位置制御装置においては、第１の位置制御回路３によって、第１の速度信号ω₁が得られる。さらに、機械系模擬回路４によって、模擬速度信号ω_aが得られる。次いで、上記第１の速度信号ω₁と模擬速度信号ω_aの和である第３の速度信号ω₃が加算器８によって求められ、第１の速度制御回路９に供給され、第１の速度制御回路９によって第１のトルク信号τ₁が得られる。 In such a position control device of the present embodiment, the first speed signal ω ₁ is obtained by the first position control circuit 3. Further, the simulated speed signal ω _a is obtained by the mechanical system simulation circuit 4. Next, _a third speed signal ω _3, which is the sum of the first speed signal ω ₁ and the simulated speed signal ω _a , is obtained by the adder 8 and supplied to the first speed control circuit 9 for the first speed. A first torque signal τ ₁ is obtained by the control circuit 9.

同様に、第２の位置制御回路５によって、第２の速度信号ω₂が得られる。また、第₁のフィードフォワード信号演算回路７により、速度フィードフォワード信号ω_ffが得られる。第２の速度信号ω₂と速度フィードフォワード信号ω_ffと模擬速度信号ω_aを第２の速度制御回路６に入力することにより、第２のトルク信号τ₂が得られる。 Similarly, a second speed signal ω ₂ is obtained by the second position control circuit 5. Further, the _first feedforward signal calculation circuit 7 obtains the speed feedforward signal ω _ff . The second torque signal τ ₂ is obtained by inputting the second speed signal ω ₂ , the speed feed forward signal ω _ff, and the simulated speed signal ω _a to the second speed control circuit 6.

そして、トルク制御回路１３および電力変換回路１２からなる制御手段によって、上記第１のトルク信号τ₁と第２のトルク信号τ₂を加算した最終トルク信号に、直流電動機１１の発生トルクが追随するように制御されることで直流電動機１１の実回転角信号θ_mと回転角指令信号θ_msとの偏差が最小になるように動作する。 The generated torque of the DC motor 11 follows the final torque signal obtained by adding the first torque signal τ ₁ and the second torque signal τ ₂ by the control means including the torque control circuit 13 and the power conversion circuit 12. By controlling in this way, the operation is performed so that the deviation between the actual rotation angle signal θ _m of the DC motor 11 and the rotation angle command signal θ _ms is minimized.

このようなことから、本実施の形態の位置制御装置は、高速応答性を有しかつ機械振動を生じない特性を有すると共に、一定加速中の回転角指令信号θ_msに対する実回転角指令信号の偏差が０に抑えることができ、機械装置において精度の高い位置軌道追従制御を実現することができる。 For this reason, the position control device according to the present embodiment has characteristics of high-speed response and no mechanical vibration, and the actual rotation angle command signal for the rotation angle command signal θ _ms during constant acceleration. The deviation can be suppressed to 0, and highly accurate position trajectory tracking control can be realized in the mechanical device.

なお、本実施の形態の位置制御装置が制御する電動機は、直流電動機に限らず、誘導電動機、同期電動機、リニアモータなどの電動機であれば制御することができる。 Note that the motor controlled by the position control device of the present embodiment is not limited to a DC motor, and any motor such as an induction motor, a synchronous motor, or a linear motor can be controlled.

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２の構成を、図４〜図６を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２の電動機の位置制御装置の全体を示すブロック図である。本実施の形態の位置制御装置においては、実施の形態１の位置制御装置に加えて、回転角指令信号θ_msの状態から回転角判定信号を出力する回転角指令状態判定器１００と、模擬速度信号ω_aと回転角判定信号から模擬速度変換信号ω_atを出力する第１の乗算器１０１と、第２のトルク信号τ₂と回転角判定信号からトルク変換信号τ_2tを出力する第２の乗算器１０２が設けられている。 Embodiment 2. FIG.
The configuration of the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 4 is a block diagram showing the entirety of the position control apparatus for an electric motor according to Embodiment 2 of the present invention. In the position control device of the present embodiment, in addition to the position control device of the first embodiment, a rotation angle command state determiner 100 that outputs a rotation angle determination signal from the state of the rotation angle command signal θ _ms , and a simulated speed A first multiplier 101 that outputs a simulated speed conversion signal ω _at from the signal ω _a and the rotation angle determination signal, and a second multiplier that outputs a torque conversion signal τ _2t from the second torque signal τ ₂ and the rotation angle determination signal. A multiplier 102 is provided.

図５は本実施の形態の電動機の位置制御装置をモデル化して示す図である。図５において、回路１０１ａ、１０２ａはそれぞれ図４の第１の乗算器１０１と第２の乗算器１０２のモデルである。回転角指令状態判定器１００は、回転角指令信号θ_msを入力して、回転角指令信号θ_msの変化量が０以外のときは「１」の判定信号（回転角判定信号）を出力し、回転角指令信号θ_msの変化量が０となるときは「０」の判定信号（回転角判定信号）を出力する。 FIG. 5 is a diagram showing a model of the electric motor position control apparatus according to the present embodiment. In FIG. 5, circuits 101a and 102a are models of the first multiplier 101 and the second multiplier 102 in FIG. 4, respectively. The rotation angle command state determiner 100 receives the rotation angle command signal θ _ms, and outputs a determination signal (rotation angle determination signal) of “1” when the change amount of the rotation angle command signal θ _ms is other than 0. When the change amount of the rotation angle command signal θ _ms is 0, a determination signal (rotation angle determination signal) of “0” is output.

第１の乗算器１０１は、模擬速度信号ω_aと回転角判定信号とを乗算して模擬速度変換信号ω_atを出力する。第２の乗算器１０２は、第２のトルク信号τ₂と回転角判定信号とを乗算してトルク変換信号τ_2tを出力する。加算器８は、第１の速度信号ω₁と模擬速度変換信号ω_atとを加算して第３の速度信号ω₃を出力する。第１の速度制御回路９は、第３の速度信号ω₃及び回転検出器２から出力された実速度信号ω_mとに基づいて第１のトルク信号τ₁を出力する。トルク制御回路１３および電力変換回路１２からなる制御手段は、第１のトルク信号τ₁とトルク変換信号τ_2tに基づいて直流電動機１１のトルクを制御する。その他の構成は実施の形態１と同様である。 The first multiplier 101 multiplies the simulated speed signal ω _a by the rotation angle determination signal and outputs a simulated speed conversion signal ω _at . The second multiplier 102 multiplies the second torque signal τ ₂ and the rotation angle determination signal and outputs a torque conversion signal τ _2t . The adder 8 adds the first speed signal ω ₁ and the simulated speed conversion signal ω _at to output a _third speed signal ω ₃ . The first speed control circuit 9 outputs a _first torque signal τ ₁ based on the third speed signal ω ₃ and the actual speed signal ω _m output from the rotation detector 2. The control means comprising the torque control circuit 13 and the power conversion circuit 12 controls the torque of the DC motor 11 based on the first torque signal τ ₁ and the torque conversion signal τ _2t . Other configurations are the same as those of the first embodiment.

この実施の形態２を用いた時の偏差Δθ_ms（ｔ）の波形を図６に示す。ただし、回転角指令信号θ_msは図１５のように与えたとすると、その１回微分である速度指令信号は図６のグラフのように台形波形になる。図６から分かるように、一定加速中の偏差Δθ_ms（ｔ）は０となっているのに加え、速度指令信号が０すなわち回転角指令信号の変化量が０となる間際のオーバーシュートが発生していないことが分かる。 A waveform of the deviation Δθ _ms (t) when using the second embodiment is shown in FIG. However, if the rotation angle command signal θ _ms is given as shown in FIG. 15, the speed command signal which is a one-time differentiation thereof has a trapezoidal waveform as shown in the graph of FIG. As can be seen from FIG. 6, in addition to the deviation Δθ _ms (t) during constant acceleration being 0, an overshoot occurs when the speed command signal is 0, that is, the amount of change in the rotation angle command signal is 0. You can see that they are not.

このように、本実施の形態の電動機の位置制御装置おいては、回転角指令状態判定器１００は、回転角指令信号θ_msの状態に応じた回転角判定信号を出力し、この信号を模擬速度信号ω_aならびに第２のトルク信号τ₂に乗算することで、回転角指令信号θ_msが０になる間際に直流電動機１１の実回転角信号θ_mと回転角指令信号θ_msの偏差が発生しないように動作する。そのため、実施の形態１の効果に加え、指令停止時のオーバーシュートが０となることで高速位置決め整定性を実現することができ、装置全体として高速化を実現することが可能となる。 Thus, in the electric motor position control apparatus of the present embodiment, rotation angle command state determination unit 100 outputs a rotation angle determination signal corresponding to the state of rotation angle command signal θ _ms , and simulates this signal. and speed signal omega _a is multiplied with the second torque signal tau _2, the actual rotational angle signal theta _m and the rotation angle command signal theta _ms deviation of the rotation angle command signal theta _ms DC motor just before becomes 0 11 It works so as not to occur. For this reason, in addition to the effects of the first embodiment, the overshoot at the time of command stop becomes zero, so that high-speed positioning settling can be realized, and the overall speed of the apparatus can be realized.

実施の形態３．
以下、この発明の実施の形態３の構成を、図７〜図９を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態３の電動機の位置制御装置の全体を示すブロック図である。本実施の形態の位置制御装置においては、実施の形態１の位置制御装置に加えて、トルクフィードフォワード信号演算回路１７と第２の加算器１６とが設けられている。そして、トルクフィードフォワード信号演算回路１７の出力するトルクフィードフォワード信号τ_ffと第２のトルク信号τ₂を加算した第３のトルク信号τ₃が機械系模擬回路４とトルク制御回路１３に入力される。 Embodiment 3 FIG.
The configuration of the third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 7 is a block diagram showing the entire position control apparatus for an electric motor according to Embodiment 3 of the present invention. In the position control device of the present embodiment, in addition to the position control device of the first embodiment, a torque feedforward signal calculation circuit 17 and a second adder 16 are provided. A third torque signal τ _{3 obtained} by adding the torque feed forward signal τ _ff output from the torque feed forward signal calculation circuit 17 and the second torque signal τ ₂ is input to the mechanical system simulation circuit 4 and the torque control circuit 13. The

図８は本実施の形態の電動機の位置制御装置をモデル化して示す図である。図８において、回路１７ａはトルクフィードフォワード信号演算回路１７のモデルを示す。トルクフィードフォワード信号演算回路１７は、速度フィードフォワード信号ω_ffを入力して、微分演算を含む所定の関数演算を実行することにより、速度フィードフォワード信号ω_ffからトルクフィードフォワード信号τ_ffを算出して、このトルクフィードフォワード信号τ_ffを出力する。第２の加算器１６は、第２のトルク信号τ₂とトルクフィードフォワード信号τ_ffを加算して第３のトルク信号τ₃を出力する。機械系模擬回路４は、第３のトルク信号τ₃に基づいて模擬速度信号ω_a及び模擬回転角信号θ_mを出力する。トルク制御回路１３および電力変換回路１２からなる制御手段は、第１のトルク信号τ₁と第３のトルク信号τ₃に基づいて直流電動機１１のトルクを制御する。その他の構成は実施の形態１と同様である。 FIG. 8 is a diagram showing a model of the electric motor position control apparatus according to the present embodiment. In FIG. 8, a circuit 17 a indicates a model of the torque feedforward signal calculation circuit 17. The torque feedforward signal calculation circuit 17 receives the speed feedforward signal ω _ff and calculates a torque feedforward signal τ _ff from the speed feedforward signal ω _ff by executing a predetermined function calculation including differentiation. The torque feed forward signal τ _ff is output. The second adder 16 adds the second torque signal τ ₂ and the torque feedforward signal τ _ff and outputs a _third torque signal τ ₃ . The mechanical system simulation circuit 4 outputs _a simulated speed signal ω _a and a simulated rotation angle signal θ _m based on the third torque signal τ ₃ . The control means comprising the torque control circuit 13 and the power conversion circuit 12 controls the torque of the DC motor 11 based on the first torque signal τ ₁ and the third torque signal τ ₃ . Other configurations are the same as those of the first embodiment.

この実施の形態３を用いた時の偏差Δθ_ms（ｔ）の波形を図９に示す。ただし、回転角指令信号は図１５のように与えたとすると、その１回微分である速度指令信号は図９のグラフのように台形波形になる。図９から分かるように、一定加速中の偏差Δθ_ms（ｔ）は０となっているのに加え、速度指令信号が切り替わるときに発生しているオーバーシュート量が実施の形態１と比べて減少していることが分かる。 FIG. 9 shows a waveform of the deviation Δθ _ms (t) when the third embodiment is used. However, if the rotation angle command signal is given as shown in FIG. 15, the speed command signal, which is a derivative of the rotation angle, has a trapezoidal waveform as shown in the graph of FIG. As can be seen from FIG. 9, the deviation Δθ _ms (t) during constant acceleration is 0, and the amount of overshoot generated when the speed command signal is switched is reduced compared to the first embodiment. You can see that

本実施の形態の位置制御装置においては、第１の位置制御回路３によって、第１の速度信号ω₁が得られる。さらに、機械系模擬回路４によって、模擬速度信号ω_aが得られる。次いで、上記第１の速度信号ω₁と模擬速度信号ω_aの和である第３の速度信号ω₃が加算器８によって求められ、第１の速度制御回路９に供給され、第１の速度制御回路９によって第１のトルク信号τ₁が得られる。 In the position control apparatus of the present embodiment, the first speed signal ω ₁ is obtained by the first position control circuit 3. Further, the simulated speed signal ω _a is obtained by the mechanical system simulation circuit 4. Next, _a third speed signal ω _3, which is the sum of the first speed signal ω ₁ and the simulated speed signal ω _a , is obtained by the adder 8 and supplied to the first speed control circuit 9 for the first speed. A first torque signal τ ₁ is obtained by the control circuit 9.

同様に、第２の位置制御回路５によって、第２の速度信号ω₂が得られる。また、第１のフィードフォワード信号演算回路７により、速度フィードフォワード信号ω_ffが得られる。第２の速度信号ω₂と速度フィードフォワード信号ω_ffと模擬速度信号ω_aを第２の速度制御回路６に入力することにより、第２のトルク信号τ₂が得られる。 Similarly, a second speed signal ω ₂ is obtained by the second position control circuit 5. Further, the first feedforward signal calculation circuit 7 obtains the speed feedforward signal ω _ff . The second torque signal τ ₂ is obtained by inputting the second speed signal ω ₂ , the speed feed forward signal ω _ff, and the simulated speed signal ω _a to the second speed control circuit 6.

さらに、トルクフィードフォワード信号演算回路１７によりトルクフィードフォワード信号τ_ffが得られ、この信号と第２のトルク信号τ₂とが第２の加算器１６により加算されて第３のトルク信号τ₃が得られる。また、トルク制御回路１３および電力変換回路１２からなる制御手段によって、第１のトルク信号τ₁と第３のトルク信号τ₃を加算した最終トルク信号に、直流電動機１１の発生トルクが追随するように制御されることで、加速度が変化する際に発生する偏差を上記実施の形態１よりもさらに最小に抑えるように動作する。これにより、機械装置においてさらに精度の高い位置軌道追従制御を実現することができる。 Further, a torque feedforward signal τ _ff is obtained by the torque feedforward signal calculation circuit 17, and this signal and the second torque signal τ ₂ are added by the second adder 16 to obtain a third torque signal τ _3. can get. Further, the generated torque of the DC motor 11 follows the final torque signal obtained by adding the first torque signal τ ₁ and the third torque signal τ ₃ by the control means including the torque control circuit 13 and the power conversion circuit 12. Thus, the deviation generated when the acceleration changes is operated to be further suppressed to the minimum as compared with the first embodiment. As a result, position trajectory tracking control with higher accuracy can be realized in the mechanical device.

実施の形態４．
以下、この発明の実施の形態４の構成を、図１０〜図１２を参照しながら説明する。図１０は、この発明の実施の形態４の電動機の位置制御装置の全体を示すブロック図である。本実施の形態の位置制御装置においては、実施の形態２の位置制御装置に加えて、実施の形態３のトルクフィードフォワード信号演算回路１７と第２の加算器１６とが設けられている。図１１は本実施の形態の電動機の位置制御装置をモデル化して示す図である。 Embodiment 4 FIG.
The configuration of the fourth embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 10 is a block diagram showing an entire position control apparatus for an electric motor according to Embodiment 4 of the present invention. In the position control device of the present embodiment, in addition to the position control device of the second embodiment, a torque feedforward signal calculation circuit 17 and a second adder 16 of the third embodiment are provided. FIG. 11 is a diagram showing a model of the electric motor position control apparatus according to the present embodiment.

トルクフィードフォワード信号演算回路１７は、速度フィードフォワード信号ω_ffを入力して微分演算を含む所定の関数演算によりトルクフィードフォワード信号τ_ffを出力する。第２の加算器１６は、第２のトルク信号τ₂とトルクフィードフォワード信号τ_ffを加算して第３のトルク信号τ₃を出力する。第２の乗算器１０２は、第３のトルク信号τ₃と回転角判定信号を乗算してトルク変換信号τ_3tを出力する。トルク制御回路１３および電力変換回路１２からなる制御手段は、第１のトルク信号τ₁とトルク変換信号τ_3tに基づいて直流電動機１１のトルクを制御する。その他の構成は実施の形態２と同様である。 The torque feed forward signal calculation circuit 17 inputs the speed feed forward signal ω _ff and outputs the torque feed forward signal τ _ff by a predetermined function calculation including differentiation. The second adder 16 adds the second torque signal τ ₂ and the torque feedforward signal τ _ff and outputs a _third torque signal τ ₃ . The second multiplier 102 multiplies the third torque signal τ ₃ and the rotation angle determination signal and outputs a torque conversion signal τ _3t . The control means comprising the torque control circuit 13 and the power conversion circuit 12 controls the torque of the DC motor 11 based on the first torque signal τ ₁ and the torque conversion signal τ _3t . Other configurations are the same as those of the second embodiment.

この実施の形態４を用いた時の偏差Δθ_ms（ｔ）の波形を図１２に示す。ただし、回転角指令信号は図１５のように与えたとすると、その１回微分である速度指令信号は図１２のグラフのように台形波形になる。図１２から分かるように、一定加速中の偏差Δθ_ms（ｔ）は実施の形態３と同等な効果があるのに加え、速度指令信号が０すなわち回転角指令信号が０となる間際のオーバーシュートが発生していないことが分かる。 FIG. 12 shows a waveform of the deviation Δθ _ms (t) when using the fourth embodiment. However, if the rotation angle command signal is given as shown in FIG. 15, the speed command signal, which is a single derivative thereof, has a trapezoidal waveform as shown in the graph of FIG. As can be seen from FIG. 12, the deviation Δθ _ms (t) during constant acceleration has the same effect as in the third embodiment, and in addition, the overshoot immediately before the speed command signal becomes 0, that is, the rotation angle command signal becomes 0. It turns out that does not occur.

本実施の形態の位置制御装置においては、回転角指令状態判定器１００は、回転角指令信号θ_msの状態に応じた回転角判定信号を出力し、この信号を模擬速度信号ω_aならびに第２のトルク信号τ₂に乗算することで、回転角指令信号θ_msが０になる間際に直流電動機１１の実回転角信号θ_mと回転角指令信号θ_msの偏差が発生しないように動作する。そのため、実施の形態３の効果に加え、指令停止時のオーバーシュートが０となることで高速位置決め整定性を実現することができ、装置全体として高速化を実現することが可能となる。 In the position control device of the present embodiment, the rotation angle command state determiner 100 outputs a rotation angle determination signal corresponding to the state of the rotation angle command signal θ _ms , and this signal is used as the simulated speed signal ω _a and the second speed signal. The torque signal τ ₂ is multiplied so that the deviation between the actual rotation angle signal θ _m of the DC motor 11 and the rotation angle command signal θ _ms does not occur _immediately before the rotation angle command signal θ _ms becomes zero. For this reason, in addition to the effects of the third embodiment, the overshoot at the time of command stop becomes zero, so that high-speed positioning settling can be realized, and the entire apparatus can be increased in speed.

この発明の電動機の位置制御装置は、トルク伝達機構を介して負荷機械を駆動する電動機を、回転角指令信号、電動機から検出された実回転角信号及び実速度信号とに基づいて制御する電動機の位置制御装置に適用されて好適なものであり、例えば、工作機械におけるテーブルや電動式産業用ロボットのアームのような負荷機械を駆動する電動機の位置制御装置に適用されて好適なものである。 An electric motor position control device according to the present invention controls an electric motor that drives a load machine via a torque transmission mechanism based on a rotation angle command signal, an actual rotation angle signal detected from the motor, and an actual speed signal. The present invention is suitable for application to a position control device, and is suitable for application to a position control device for an electric motor that drives a load machine such as a table in a machine tool or an arm of an electric industrial robot.

実施の形態１の電動機の位置制御装置の全体を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating an entire position control device for an electric motor according to a first embodiment. 実施の形態１の電動機の位置制御装置をモデル化して示す図である。It is a figure which models and shows the position control apparatus of the electric motor of Embodiment 1. FIG. 実施の形態１の電動機の位置制御装置の偏差量と従来装置の偏差量とを比較して示すグラフ図である。It is a graph which compares and shows the deviation amount of the position control apparatus of the electric motor of Embodiment 1, and the deviation amount of a conventional apparatus. 実施の形態２の電動機の位置制御装置の全体を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole position control apparatus of the electric motor of Embodiment 2. FIG. 実施の形態２の電動機の位置制御装置をモデル化して示す図である。It is a figure which models and shows the position control apparatus of the electric motor of Embodiment 2. FIG. 実施の形態２の電動機の位置制御装置の偏差量と従来装置の偏差量とを比較して示すグラフ図である。It is a graph which compares and shows the deviation amount of the position control apparatus of the electric motor of Embodiment 2, and the deviation amount of a conventional apparatus. 実施の形態３の電動機の位置制御装置の全体を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing an entire position control apparatus for an electric motor according to a third embodiment. 実施の形態３の電動機の位置制御装置をモデル化して示す図である。It is a figure which models and shows the position control apparatus of the electric motor of Embodiment 3. FIG. 実施の形態３の電動機の位置制御装置の偏差量と従来装置の偏差量とを比較して示すグラフ図である。It is a graph which compares and shows the deviation amount of the position control apparatus of the electric motor of Embodiment 3, and the deviation amount of a conventional apparatus. 実施の形態４の電動機の位置制御装置の全体を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram illustrating an entire position control apparatus for an electric motor according to a fourth embodiment. 実施の形態４の電動機の位置制御装置をモデル化して示す図である。It is a figure which models and shows the position control apparatus of the electric motor of Embodiment 4. FIG. 実施の形態４の電動機の位置制御装置の偏差量と従来装置の偏差量とを比較して示すグラフ図である。It is a graph which compares and shows the deviation amount of the position control apparatus of the electric motor of Embodiment 4, and the deviation amount of a conventional apparatus. 従来の電動機の位置制御装置の全体を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole conventional position control apparatus of an electric motor. 従来の電動機の位置制御装置をモデル化して示す図である。It is the figure which models and shows the conventional position control apparatus of the electric motor. 実施の形態１から４の位置制御装置に与えた回転角指令信号の波形を示すグラフ図である。It is a graph which shows the waveform of the rotation angle command signal given to the position control apparatus of Embodiment 1-4.

Explanation of symbols

１回転角指令信号発生回路
１ａ回転角指令信号発生回路のモデル
２回転角検出器
３第１の位置制御回路
３ａ第１の位置制御回路のモデル
４機械系模擬回路
４ａ機械系模擬回路のモデル
５第２の位置制御回路
５ａ第２の位置制御回路のモデル
６第２の速度制御回路
６ａ第２の速度制御回路のモデル
７速度フィードフォワード信号演算回路
７ａ速度フィードフォワード信号演算回路のモデル
８加算器（第１の加算器）
９第１の速度制御回路
９ａ第１の速度制御回路のモデル
１１直流電動機（電動機）
１２電力変換回路（制御手段）
１３トルク制御回路（制御手段）
１４第３の速度制御回路
１５ａトルク制御回路と電力変換回路と電動機と回転検出器のモデル
１６加算器（第２の加算器）
１７トルクフィードフォワード演算回路
１７ａトルクフィードフォワード演算回路のモデル
１００回転角指令状態判定器
１０１第１の乗算器
１０１ａ第１の乗算器のモデル
１０２第２の乗算器
１０２ａ第２の乗算器のモデル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotation angle command signal generation circuit 1a Rotation angle command signal generation circuit model 2 Rotation angle detector 3 First position control circuit 3a First position control circuit model 4 Mechanical system simulation circuit 4a Mechanical system simulation circuit model 5 Second position control circuit 5a Model of second position control circuit 6 Second speed control circuit 6a Model of second speed control circuit 7 Speed feedforward signal calculation circuit 7a Model of speed feedforward signal calculation circuit 8 Adder (First adder)
9 First speed control circuit 9a Model of first speed control circuit 11 DC motor (motor)
12 Power conversion circuit (control means)
13 Torque control circuit (control means)
14 Third speed control circuit 15a Torque control circuit, power conversion circuit, motor and rotation detector model 16 Adder (second adder)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 Torque feedforward arithmetic circuit 17a Model of torque feedforward arithmetic circuit 100 Rotation angle command state determination device 101 1st multiplier 101a 1st multiplier model 102 2nd multiplier 102a 2nd multiplier model

Claims

A motor position control device that controls a motor that drives a load machine based on a position command signal commanded to the motor, and an actual position signal and an actual speed signal detected from the motor,
A first position control circuit that outputs a first speed signal based on the position command signal and the actual position signal;
A speed feedforward signal calculation circuit that inputs the position command signal and outputs a speed feedforward signal by a predetermined function calculation including at least one differential calculation;
A mechanical simulation circuit that approximates the load machine and the electric motor as two integral elements and outputs a simulated speed signal and a simulated position command signal based on a second torque signal described later;
A second position control circuit for outputting a second speed signal based on the position command signal and the simulated position command signal;
An adder that adds the first speed signal and the simulated speed signal to output a third speed signal;
A first speed control circuit that outputs a first torque signal based on the third speed signal and the actual speed signal;
A second speed control circuit that outputs a second torque signal based on the second speed signal, the simulated speed signal, and the speed feedforward signal;
And a control means for controlling the torque of the electric motor based on the first torque signal and the second torque signal.

A motor position control device that controls a motor that drives a load machine based on a position command signal commanded to the motor, and an actual position signal and an actual speed signal detected from the motor,
A first position control circuit that outputs a first speed signal based on the position command signal and the actual position signal;
A speed feedforward signal calculation circuit that inputs the position command signal and outputs a speed feedforward signal by a predetermined function calculation including at least one differential calculation;
A mechanical simulation circuit that approximates the load machine and the electric motor as two integral elements and outputs a simulated speed signal and a simulated position command signal based on a second torque signal described later;
A second position control circuit for outputting a second speed signal based on the position command signal and the simulated position command signal;
An adder that adds the first speed signal and a simulated speed conversion signal described later to output a third speed signal;
A position command state determiner that outputs a position command determination signal based on the position command signal;
A first multiplier for multiplying the simulated speed signal by the position command determination signal and outputting a simulated speed conversion signal;
A second multiplier that multiplies the second torque signal and the position command determination signal to output a torque conversion signal;
A first speed control circuit that outputs a first torque signal based on the third speed signal and the actual speed signal;
A second speed control circuit that outputs a second torque signal based on the second speed signal, the simulated speed signal, and the speed feedforward signal;
And a control means for controlling the torque of the electric motor based on the first torque signal and the torque conversion signal.

A motor position control device that controls a motor that drives a load machine based on a position command signal commanded to the motor, and an actual position signal and an actual speed signal detected from the motor,
A first position control circuit that outputs a first speed signal based on the position command signal and the actual position signal;
A speed feedforward signal calculation circuit that inputs the position command signal and outputs a speed feedforward signal by a predetermined function calculation including at least one differential calculation;
A torque feedforward signal calculation circuit that inputs the speed feedforward signal and outputs a torque feedforward signal by a predetermined function calculation including at least one differential calculation;
A mechanical simulation circuit that approximates the load machine and the electric motor as two integral elements and outputs a simulated speed signal and a simulated position command signal based on a third torque signal described later;
A second position control circuit for outputting a second speed signal based on the position command signal and the simulated position command signal;
A first adder that adds the first speed signal and the simulated speed signal to output a third speed signal;
A first speed control circuit that outputs a first torque signal based on the third speed signal and the actual speed signal;
A second speed control circuit that outputs a second torque signal based on the second speed signal, the simulated speed signal, and the speed feedforward signal;
A second adder that adds the second torque signal and the torque feedforward signal to output a third torque signal;
And a control means for controlling the torque of the electric motor based on the first torque signal and the third torque signal.

A motor position control device that controls a motor that drives a load machine based on a position command signal commanded to the motor, and an actual position signal and an actual speed signal detected from the motor,
A first position control circuit that outputs a first speed signal based on the position command signal and the actual position signal;
A speed feedforward signal calculation circuit that inputs the position command signal and outputs a speed feedforward signal by a predetermined function calculation including at least one differential calculation;
A torque feedforward signal calculation circuit that inputs the speed feedforward signal and outputs a torque feedforward signal by a predetermined function calculation including at least one differential calculation;
A mechanical simulation circuit that approximates the load machine and the electric motor as two integral elements and outputs a simulated speed signal and a simulated position command signal based on a third torque signal described later;
A second position control circuit for outputting a second speed signal based on the position command signal and the simulated position command signal;
A position command state determiner that outputs a position command determination signal based on the position command signal;
A first multiplier for multiplying the simulated speed signal by the position command determination signal and outputting a simulated speed conversion signal;
A second multiplier for outputting a torque conversion signal by multiplying a third torque signal described later and the position command determination signal;
A first adder that adds the first speed signal and the simulated speed signal to output a third speed signal;
A first speed control circuit that outputs a first torque signal based on the third speed signal and the actual speed signal;
A second speed control circuit that outputs a second torque signal based on the second speed signal, the simulated speed signal, and the speed feedforward signal;
A second adder that adds the second torque signal and the torque feedforward signal to output a third torque signal;
And a control means for controlling the torque of the electric motor based on the first torque signal and the torque conversion signal.

The position command state determiner outputs a position command determination signal of “1” when the change amount of the position command signal is other than 0, and a position of “0” when the change amount of the position command signal becomes 0. The motor position control device according to claim 2 or 4, wherein a command determination signal is output.