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JP5528421B2 - Motor control device - Google Patents

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JP5528421B2
JP5528421B2 JP2011268996A JP2011268996A JP5528421B2 JP 5528421 B2 JP5528421 B2 JP 5528421B2 JP 2011268996 A JP2011268996 A JP 2011268996A JP 2011268996 A JP2011268996 A JP 2011268996A JP 5528421 B2 JP5528421 B2 JP 5528421B2
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勇治 井出
将和 酒井
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Sanyo Denki Co Ltd
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Description

本発明は、制御対象を高速かつ確実に位置決めできるモータ制御装置に関する。   The present invention relates to a motor control device capable of positioning a controlled object at high speed and reliably.

プリント基板穴あけ機などの生産機械では、プリント基板の穴あけ加工時間をできるだけ短縮して生産効率を向上することが求められる。プリント基板穴あけ機の生産効率はプリント基板の位置決め速度に依存する。したがって、プリント基板穴あけ機の生産効率を向上させるためには、プリント基板を高速かつ確実に位置決めさせなければならない。   In a production machine such as a printed circuit board drilling machine, it is required to improve the production efficiency by shortening the drilling time of the printed circuit board as much as possible. The production efficiency of the printed circuit board drilling machine depends on the positioning speed of the printed circuit board. Therefore, in order to improve the production efficiency of the printed circuit board drilling machine, the printed circuit board must be positioned at high speed and reliably.

一般的に、生産機械が理想的な剛体であって摩擦もなければ、理論的には制御理論を駆使した高速かつ確実な位置決めが可能である。しかし、実際の生産機械は理想的な剛体とは違って一部に剛性の低い部分が存在しまた制御対象には摩擦が存在する。
プリント基板穴あけ機も理想的な剛体ではなく摩擦も存在するため、プリント基板の穴あけ作業を高速で行なわせようとすると、プリント基板穴あけ機自体が振動しまた摩擦の存在によって位置決めの整定時間が理論値より長くなる。
In general, if the production machine is an ideal rigid body and has no friction, theoretically, high-speed and reliable positioning using control theory is possible. However, unlike an ideal rigid body, an actual production machine has a part with low rigidity in part and friction exists in the controlled object.
Since the printed circuit board drilling machine is not an ideal rigid body but also has friction, when trying to drill the printed circuit board at high speed, the printed circuit board drilling machine itself vibrates and the settling time of positioning is theoretically determined by the presence of friction. Longer than the value.

生産機械の振動を抑えながら比較的高速で確実な位置決めを実現させる制御手法として、位置指令の入力部にノッチフィルタを挿入する制御手法がある。この制御手法は、ノッチフィルタに生産機械の振動周波数を設定しておくことによって生産機械の振動をキャンセルするが、ノッチフィルタの遅れにより位置決め整定時間が長くなる。   As a control method for realizing reliable positioning at a relatively high speed while suppressing the vibration of the production machine, there is a control method in which a notch filter is inserted in a position command input unit. In this control method, the vibration of the production machine is canceled by setting the vibration frequency of the production machine in the notch filter, but the positioning settling time becomes longer due to the delay of the notch filter.

また、別の制御手法としては、下記の特許文献1に開示されているように、生産機械のモデルに対してモデル制御系を適用する制御手法がある。この制御手法は、生産機械のモデルに対してモデル追従制御を実施することによって生産機械の振動をキャンセルし、比較的高速でオーバーシュートのない確実な位置決めを実現させる。   As another control method, there is a control method in which a model control system is applied to a model of a production machine, as disclosed in Patent Document 1 below. This control method cancels the vibration of the production machine by performing model following control on the model of the production machine, and realizes a reliable positioning without overshoot at a relatively high speed.

生産機械のモデルに対してモデル制御系を適用する制御手法では、具体的には、下記のように、生産機械のモデルに対する状態方程式を立て、状態方程式の特性方程式が5重根を持つように各パラメータを設定する。   In the control method of applying the model control system to the production machine model, specifically, as shown below, a state equation for the production machine model is established, and each characteristic equation of the state equation has a five-fold root. Set the parameters.

ただし、上記数式において、Kは位置ループゲイン、Kは速度ループゲイン、KPBは機台位置フィードバックゲイン、KABは機台加速度フィードバックゲイン、KVBは機台速度フィードバックゲインをそれぞれ示す。また、上記数式において、Jは、生産機械のモデルにおけるモータイナーシャJおよび負荷イナーシャJの和を示す。また、Tはモデルトルク指令ローパスフィルタの時定数を示す。 In the above formula, K P is a position loop gain, K V is a speed loop gain, K PB is a machine base position feedback gain, K AB is a machine base acceleration feedback gain, and K VB is a machine base speed feedback gain. In the above formula, J denotes the sum of motor inertia J M and the load inertia J L in the production machine model. T represents the time constant of the model torque command low-pass filter.

そして、位置制御系及び速度制御系が安定するようにK=4J・Kとし、J・Kの係数として4を用いる。このKの値に基づいて生産機械のモデル制御系を構成する各要素の制御パラメータを設定すると、比較的高速でオーバーシュートのない確実な位置決めが実現できる。 In order to stabilize the position control system and the speed control system, K V = 4J 2 · K P and 4 is used as the coefficient of J 2 · K P. When setting the control parameters of the elements constituting the model control system of the production machine based on the value of the K V, secure positioning without overshoot at a relatively high speed can be realized.

特許第4540727号明細書Japanese Patent No. 4540727

しかし、前述のノッチフィルタを挿入する制御手法では、ノッチフィルタを用いることで生じる制御遅れから位置決めの整定時間を要求に応える程までには短くできない。   However, in the control method in which the above-described notch filter is inserted, the positioning settling time cannot be shortened to meet the requirements from the control delay caused by using the notch filter.

また、モデル制御系を適用する制御手法では、オーバーシュートがなく振動を生じさせない位置決めが可能であるものの、位置決めの整定時間の更なる短縮化の要求に応える程までには短くできない。   In addition, although the control method using the model control system can perform positioning without causing overshoot and does not generate vibration, it cannot be shortened enough to meet the demand for further shortening of the positioning settling time.

本発明は、位置決めの整定時間をさらに短くしたいという要求に応えるためになされたものであり、制御対象を高速かつ確実に位置決めできるモータ制御装置の提供を目的とする。   The present invention has been made to meet the demand for further shortening the positioning settling time, and an object of the present invention is to provide a motor control device capable of positioning a controlled object at high speed and with reliability.

上記目的を達成するための本発明に係るモータ制御装置は、生産機械の動きをモデル化するモデル制御系と、生産機械の動きを実際に制御するフィードバック制御系と、を有する。フィードバック制御系は、位置制御器、速度制御器、トルク制御器、トルク指令ローパスフィルタを有する。 In order to achieve the above object, a motor control device according to the present invention has a model control system that models the movement of a production machine and a feedback control system that actually controls the movement of the production machine. The feedback control system includes a position controller, a speed controller, a torque controller, and a torque command low pass filter .

位置制御器は、モデル制御系から出力される生産機械の制御対象のモデル位置と生産機械の制御対象の位置との偏差から速度指令を演算する。速度制御器は、モデル制御系から出力されるモデル位置を微分した速度指令と位置制御器が演算した速度指令と制御対象を駆動するモータの位置を微分した速度指令との偏差からトルク指令を出力する。トルク制御器は、モデル制御系から出力される生産機械の制御対象を駆動するためのモデルトルク指令と速度制御器から出力されたトルク指令とを加算してモータのトルクを制御する。トルク指令ローパスフィルタは、速度制御器とトルク制御器との間に設けられ、トルク指令に含まれる量子化リップルや高周波数成分を取り除く。 The position controller calculates a speed command from the deviation between the model position of the production machine to be controlled output from the model control system and the position of the production machine to be controlled. The speed controller outputs a torque command from the deviation between the speed command obtained by differentiating the model position output from the model control system, the speed command calculated by the position controller, and the speed command obtained by differentiating the position of the motor that drives the controlled object. To do. The torque controller controls the torque of the motor by adding the model torque command output from the model control system for driving the controlled object of the production machine and the torque command output from the speed controller. The torque command low pass filter is provided between the speed controller and the torque controller, and removes quantization ripples and high frequency components included in the torque command.

速度制御器は、積分制御器と比例制御器とを有する。速度制御器は、モータが制御対象を動かしているときには比例制御器のみでトルク指令を出力し、モータが制御対象を動かしていないときには積分制御器と比例制御器とでトルク指令を出力する。
モデル制御系は、可動部モデル、機台モデル、モデル位置制御器、モデル速度制御器、モデルトルク指令ローパスフィルタ、主フィードバック部、第1のフィードバック部、第2のフィードバック部、演算部を有する。
可動部モデルは、生産機械の可動部の動きをモデル化して可動部のモデル可動部位置を出力する。機台モデルは、機台の動きをモデル化して機台のモデル機台位置を出力する。モデル位置制御器は、位置制御器をモデル化してモデル速度指令を出力する。モデル速度制御器は、速度制御器をモデル化してモデルトルク指令を出力する。モデルトルク指令ローパスフィルタは、トルク指令ローパスフィルタをモデル化して、モデルトルク指令をローパスフィルタ処理して得たフィルタ処理モデルトルク指令を、可動部モデルと機台モデルとに与える。主フィードバック部は、モデル可動部位置とモデル機台位置とを加算して得たモデル位置情報をフィードバック系へのモデル位置としてモデル位置制御器及びモデル速度制御器にそれぞれフィードバックする。第1のフィードバック部は、モデル機台位置に基づいて少なくともモデル機台位置を含む第1のフィードバックを出力する。第2のフィードバック部は、フィルタ処理モデルトルク指令から第2のフィードバックを出力する。演算部は、第1のフィードバックと第2のフィードバックとモデルトルク指令との偏差を求め、偏差をモデルトルク指令としてモデルトルク指令ローパスフィルタとトルク指令ローパスフィルタに出力する。
モデル制御系に含まれる複数のパラメータは、モデル制御系の状態方程式の特性方程式が重根を持つように算出し、かつ前記モデル制御系における位置ループゲインをK 、速度ループゲインをKvとし、イナーシャをJ、第2のフィードバックゲインをK LP とすると、J =J(1+K LP )となり、フィードバック制御系がオーバーシュートを起こすようにKv=2.5〜3.5J ・K とされ、フィードバック系へのモデル位置指令を位置制御器に位置指令として与え、フィードバック系へのモデル位置指令に基づいて作成したフィードバック系へのモデル速度指令を速度制御器に入力される速度指令に加算する。
The speed controller has an integral controller and a proportional controller. The speed controller outputs a torque command only with the proportional controller when the motor is moving the controlled object, and outputs a torque command with the integral controller and the proportional controller when the motor is not moving the controlled object.
The model control system includes a movable part model, a machine base model, a model position controller, a model speed controller, a model torque command low-pass filter, a main feedback unit, a first feedback unit, a second feedback unit, and a calculation unit.
The movable part model models the movement of the movable part of the production machine and outputs the model movable part position of the movable part. The machine base model models the movement of the machine base and outputs the model base position of the machine base. The model position controller models the position controller and outputs a model speed command. The model speed controller models the speed controller and outputs a model torque command. The model torque command low-pass filter models the torque command low-pass filter, and gives a filter processing model torque command obtained by low-pass filtering the model torque command to the movable part model and the machine base model. The main feedback unit feeds back model position information obtained by adding the model movable unit position and the model machine base position to the model position controller and the model speed controller as model positions to the feedback system. The first feedback unit outputs a first feedback including at least the model machine base position based on the model machine base position. The second feedback unit outputs a second feedback from the filter processing model torque command. The calculation unit obtains a deviation between the first feedback, the second feedback, and the model torque command, and outputs the deviation as a model torque command to the model torque command low-pass filter and the torque command low-pass filter.
The plurality of parameters included in the model control system are calculated so that the characteristic equation of the state equation of the model control system has multiple roots, the position loop gain in the model control system is K P , the velocity loop gain is Kv, and inertia Is J and the second feedback gain is K LP , J 2 = J (1 + K LP ), and Kv = 2.5 to 3.5J 2 · K P so that the feedback control system causes overshoot , A model position command to the feedback system is given to the position controller as a position command, and a model speed command to the feedback system created based on the model position command to the feedback system is added to the speed command input to the speed controller.

本発明に係るモータ制御装置によれば、制御対象を、振動させることなく高速かつ確実に位置決めすることができる。   According to the motor control device of the present invention, the object to be controlled can be positioned at high speed and reliably without vibration.

本実施形態に係るモータ制御装置の適用対象となる生産機械の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the production machine used as the application object of the motor control apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るモータ制御装置の制御系のブロック図である。It is a block diagram of a control system of a motor control device concerning this embodiment.

以下に、本実施形態に係るモータ制御装置について説明する。図1は、本実施形態に係るモータ制御装置の適用対象となる生産機械の概略構成図である。   Below, the motor control apparatus which concerns on this embodiment is demonstrated. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a production machine to which a motor control device according to this embodiment is applied.

(生産機械の構成)
生産機械100は、機台110、モータ120、ボールねじ130、テーブル140、レベリングボルト150A、150Bを備える。
(Production machine configuration)
The production machine 100 includes a machine base 110, a motor 120, a ball screw 130, a table 140, and leveling bolts 150A and 150B.

機台110はレベリングボルト150A、150Bによってコンクリートなどの堅固な床160に固定される。機台110上にはテーブル140を駆動するモータ120とテーブル140を移動させるボールねじ130を設ける。   The machine base 110 is fixed to a hard floor 160 such as concrete by leveling bolts 150A and 150B. A motor 120 that drives the table 140 and a ball screw 130 that moves the table 140 are provided on the machine base 110.

モータ120、ボールねじ130、テーブル140は可動部180を構成する。モータ120は固定具125によって機台110に固定される。ボールねじ130は両端を回転自在に支持する支持具135A、135Bによって機台110に固定される。モータ120の回転軸とボールねじ130は継ぎ手170を介して連結する。ボールねじ130はモータ120の回転軸と同一の回転方向に回転しまた同一の回転速度で回転する。テーブル140の一部から突出する螺合部145はボールねじ130と螺合される。ボールねじ130が左右に回転するとテーブル140は図示左右方向に往復移動する。   The motor 120, the ball screw 130 and the table 140 constitute a movable part 180. The motor 120 is fixed to the machine base 110 by a fixing tool 125. The ball screw 130 is fixed to the machine base 110 by supports 135A and 135B that rotatably support both ends. The rotating shaft of the motor 120 and the ball screw 130 are connected via a joint 170. The ball screw 130 rotates in the same rotation direction as the rotation shaft of the motor 120 and rotates at the same rotation speed. A screwing portion 145 protruding from a part of the table 140 is screwed with the ball screw 130. When the ball screw 130 rotates left and right, the table 140 reciprocates in the left-right direction in the figure.

加工を高速で行うにはテーブル140の位置決めの整定時間を短くする必要がある。しかし、テーブル140を高速で移動させて高速で位置決めすると、位置決め時に、テーブル140の慣性により機台110に慣性力がかかり、レベリングボルト150A、150Bの剛性不足の影響で機台110が図示のように振動する。また、テーブル140の螺合部145の内周とボールねじ130の外周との間には摩擦があるため、摩擦の大きさに応じて位置決めの整定時間が長くなる。   In order to perform processing at high speed, it is necessary to shorten the settling time for positioning the table 140. However, if the table 140 is moved at a high speed and positioned at a high speed, an inertial force is applied to the machine base 110 due to the inertia of the table 140 at the time of positioning, and the machine base 110 is shown in FIG. Vibrate. Further, since there is friction between the inner periphery of the screwing portion 145 of the table 140 and the outer periphery of the ball screw 130, the settling time of positioning becomes longer according to the magnitude of the friction.

本実施形態に係るモータ制御装置は機台110の振動を抑えながら制御対象となるテーブル140を高速かつ確実に位置決めする。次に、本実施形態に係るモータ制御装置の制御系の構成と動作を説明する。   The motor control apparatus according to the present embodiment positions the table 140 to be controlled at high speed and reliably while suppressing vibration of the machine base 110. Next, the configuration and operation of the control system of the motor control device according to the present embodiment will be described.

(モータ制御装置の制御系の構成)
本実施形態に係るモータ制御装置の制御系は、図1の機台110が振動することを前提とした生産機械において、テーブル140の位置決め制御に若干のオーバーシュートを許容する一方、オーバーシュートによる振動が生じないようにし、さらにテーブル140とボールねじ130との摩擦を考慮して、高速かつ確実な位置決めができるように構成する。
(Control system configuration of motor control device)
The control system of the motor control apparatus according to the present embodiment allows slight overshoot for positioning control of the table 140 in a production machine on the assumption that the machine base 110 of FIG. 1 vibrates, while vibration due to overshoot. In addition, the friction between the table 140 and the ball screw 130 is taken into consideration so that the positioning can be performed at high speed and surely.

図2は、本実施形態に係るモータ制御装置の制御系のブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram of a control system of the motor control device according to the present embodiment.

モータ制御装置の制御系200は、モデル制御系300とフィードバック制御系400とを有する。モデル制御系300には、テーブル140の理想的(高速かつ確実な)な位置決めを実現させるための制御パラメータが設定されている。フィードバック制御系400は、モデル制御系300の指令を用いて実機のテーブル140の動きを実際に制御し、テーブル140を高速かつ確実に位置決めさせる。   The control system 200 of the motor control device has a model control system 300 and a feedback control system 400. In the model control system 300, control parameters for realizing ideal (high-speed and reliable) positioning of the table 140 are set. The feedback control system 400 actually controls the movement of the table 140 of the actual machine using the command of the model control system 300, and positions the table 140 at high speed and reliably.

フィードバック制御系400の制御パラメータは実機の生産機械に合わせて設定し、モデル制御系300の制御パラメータはフィードバック制御系400に設定したパラメータに合わせる。   The control parameters of the feedback control system 400 are set according to the actual production machine, and the control parameters of the model control system 300 are set to the parameters set in the feedback control system 400.

[モータ制御装置の制御系の全体構成]
モデル制御系300は、モデル位置制御器310、モデル速度制御器320、モデルトルク指令ローパスフィルタ330、可動部モデル340、機台モデル350を有する。また、状態フィードバックを行う第1フィードバック部360及び第2フィードバック部370、微分器380を有する。さらに、加え合わせ点を構成する演算部SP315、SP325、SP335、SP345、SP355を有する。
[Overall configuration of control system of motor controller]
The model control system 300 includes a model position controller 310, a model speed controller 320, a model torque command low pass filter 330, a movable part model 340, and a machine base model 350. In addition, a first feedback unit 360, a second feedback unit 370, and a differentiator 380 that perform state feedback are included. In addition, arithmetic units SP315, SP325, SP335, SP345, and SP355 that form addition points are included.

フィードバック制御系400は、モータ120、センサ120S、テーブル140、センサ140S、位置制御器410、タイミング調整部415、比例制御器422、積分制御器424、トルク指令ローパスフィルタ430、トルク指令ノッチフィルタ445、トルク制御器455、微分器480を有する。比例制御器422、積分制御器424は速度制御器420を構成する。また、加え合わせ点を構成する演算部SP415、SP425、SP435、SP445を有する。   The feedback control system 400 includes a motor 120, a sensor 120S, a table 140, a sensor 140S, a position controller 410, a timing adjustment unit 415, a proportional controller 422, an integral controller 424, a torque command low-pass filter 430, a torque command notch filter 445, A torque controller 455 and a differentiator 480 are provided. The proportional controller 422 and the integral controller 424 constitute a speed controller 420. Moreover, it has calculating part SP415, SP425, SP435, and SP445 which comprise an addition point.

[モデル制御系の各部の動作]
モデル位置制御器310は、位置制御器410をモデル化したものでモデル速度指令を出力する。モデル位置制御器310のゲインは位置制御器410と同一である。モデル速度制御器320は、速度制御器420をモデル化したものでモデルトルク指令を出力する。モデル速度制御器320のゲインは速度制御器420と同一である。モデル制御系では外乱を考慮しないため、モデル位置制御器310とモデル速度制御器320は比例制御器で構成する。
[Operation of each part of model control system]
The model position controller 310 is a model of the position controller 410 and outputs a model speed command. The gain of the model position controller 310 is the same as that of the position controller 410. The model speed controller 320 is a model of the speed controller 420 and outputs a model torque command. The gain of the model speed controller 320 is the same as that of the speed controller 420. Since the model control system does not consider disturbance, the model position controller 310 and the model speed controller 320 are composed of proportional controllers.

モデルトルク指令ローパスフィルタ330は、トルク指令ローパスフィルタ430を一次ローパスフィルタでモデル化したものでローパスフィルタ処理を施したモデルトルク指令を出力する。モデルトルク指令ローパスフィルタ330のフィルタの値はトルク指令ローパスフィルタ430と同一である。   The model torque command low-pass filter 330 is obtained by modeling the torque command low-pass filter 430 with a primary low-pass filter, and outputs a model torque command subjected to low-pass filter processing. The filter value of the model torque command low-pass filter 330 is the same as that of the torque command low-pass filter 430.

可動部モデル340は、モータ120を含む可動部180の動きをモデル化したものでモデル可動部位置を出力する。モデル可動部位置はテーブル140の位置である。モータ120とテーブル140との間にはボールねじ130が存在するが可動部モデル340ではこれらの剛性は非常に高いものとみなしている。機台モデル350は、機台110の動きをモデル化したものでモデル機台位置を出力する。モデル機台位置は振動する機台110の位置である。モデル可動部位置とモデル機台位置とを加算して求めるモデル位置は、テーブル140と機台110との相対位置である。可動部モデル340と機台モデル350のパラメータは実機の可動部180と機台110のパラメータと同一である。   The movable part model 340 is obtained by modeling the movement of the movable part 180 including the motor 120 and outputs the model movable part position. The model movable part position is the position of the table 140. Although the ball screw 130 exists between the motor 120 and the table 140, the movable part model 340 considers that the rigidity is very high. The machine base model 350 is obtained by modeling the movement of the machine base 110 and outputs the model machine base position. The model base position is the position of the base 110 that vibrates. A model position obtained by adding the model movable part position and the model machine base position is a relative position between the table 140 and the machine base 110. The parameters of the movable part model 340 and the machine base model 350 are the same as the parameters of the movable part 180 and the machine base 110 of the actual machine.

第1フィードバック部360はモデル機台位置、モデル機台速度、モデル機台加速度を含む第1のフィードバックを出力する。第2フィードバック部370はローパスフィルタ処理をした後のモデルトルク指令にゲインを掛けて第2のフィードバックを出力する。第1のフィードバックと第2のフィードバックとを加算して状態フィードバック量が得られる。微分器380は主フィードバック量であるモデル位置を微分して速度指令を出力する。   The first feedback unit 360 outputs a first feedback including the model machine base position, the model machine base speed, and the model machine base acceleration. The second feedback unit 370 multiplies the model torque command after the low-pass filter processing and outputs a second feedback. A state feedback amount is obtained by adding the first feedback and the second feedback. Differentiator 380 differentiates the model position, which is the main feedback amount, and outputs a speed command.

演算部SP315、SP325、SP335、SP345、SP355は、それぞれの加算点に合流する指令を加算または減算する。なお、状態フィードバック量のゲインは、実機の可動部180と機台110のパラメータに基づいて設定する。モデル制御系300の位置ゲインと速度ゲインのパラメータは、位置ゲインと速度ゲインの間に一定の関係を保っているのであれば、フィードバック制御系400の値より若干大きめに設定しても良い。   Arithmetic units SP315, SP325, SP335, SP345, and SP355 add or subtract commands that join the respective addition points. The gain of the state feedback amount is set based on the parameters of the movable unit 180 and the machine base 110 of the actual machine. The position gain and speed gain parameters of the model control system 300 may be set slightly larger than the values of the feedback control system 400 as long as a fixed relationship is maintained between the position gain and the speed gain.

このように、モデル制御系300では、モデルトルク指令ローパスフィルタ330が出力するモデルトルク指令、機台モデル350が出力するモデル機台位置、モデル機台速度、モデル機台加速度を状態フィードバック量として状態フィードバックする。状態フィードバックすることで、機台110の振動を抑制しながら、テーブルを高速に位置決めする。   As described above, in the model control system 300, the model torque command output from the model torque command low-pass filter 330, the model machine base position output from the machine model 350, the model machine speed, and the model machine acceleration are used as state feedback amounts. give feedback. By feeding back the state, the table is positioned at a high speed while suppressing the vibration of the machine base 110.

[フィードバック制御系の各部の動作]
センサ140Sはテーブル140の位置を検出する。モータ120は、図1に示した通りテーブル140を駆動するものである。センサ120Sはモータ120の回転位置を検出する。
[Operation of each part of feedback control system]
The sensor 140S detects the position of the table 140. The motor 120 drives the table 140 as shown in FIG. The sensor 120S detects the rotational position of the motor 120.

位置制御器410は、モデル制御系300から出力されるモデル位置とセンサ140Sで検出したテーブル140の位置との差分を入力して速度指令を出力する。   The position controller 410 inputs a difference between the model position output from the model control system 300 and the position of the table 140 detected by the sensor 140S, and outputs a speed command.

タイミング調整部415は、スイッチ426をON、OFFさせるタイミングを調整し、モータ120が停止するタイミングで積分制御器424を比例制御器422に接続する。タイミング調整部415による積分制御器424の挿入及び除外の切り替えのタイミングは、センサ140Sで検出されるテーブル140の位置などの位置偏差に基づいて微調整する。切り替えのタイミングは、テーブル140の位置決めが、若干のオーバーシュートを許容し、しかも高速で位置決めができ、かつ、振動が速やかに収束するタイミングである。このタイミングはトライアンドエラーを繰り返して最適なタイミングに設定する。   The timing adjustment unit 415 adjusts the timing at which the switch 426 is turned ON / OFF, and connects the integration controller 424 to the proportional controller 422 at the timing at which the motor 120 stops. The timing of the integration controller 424 insertion / exclusion switching by the timing adjustment unit 415 is finely adjusted based on the position deviation such as the position of the table 140 detected by the sensor 140S. The switching timing is a timing at which the positioning of the table 140 allows a slight overshoot, can be positioned at a high speed, and vibrations converge quickly. This timing is set to an optimal timing by repeating trial and error.

比例制御器422は、速度指令に一定のゲインを掛けてトルク指令を出力する。積分制御器424は、積分した速度指令を出力する。速度制御器420は、モータ120が回転しているときには比例制御器422のみによってトルク指令を出力し(比例制御)、モータ120が停止すると積分制御器424と比例制御器422によって生成されるトルク指令を出力する(比例積分制御)。速度制御器420のゲインは、高周波共振を起こさない範囲でできるだけ大きな値に設定する。   The proportional controller 422 multiplies the speed command by a certain gain and outputs a torque command. The integration controller 424 outputs an integrated speed command. The speed controller 420 outputs a torque command only by the proportional controller 422 when the motor 120 is rotating (proportional control), and the torque command generated by the integral controller 424 and the proportional controller 422 when the motor 120 stops. Is output (proportional integral control). The gain of the speed controller 420 is set to as large a value as possible without causing high-frequency resonance.

トルク指令ローパスフィルタ430は、センサ110S、120Sが検出した位置に含まれる量子化リップル(センサ120S、140Sにエンコーダを用いると発生する)や高周波数成分を取り除く。トルク指令ローパスフィルタ430は、できるだけ高い周波数のノイズを取り除くことができるようにフィルタを設定する。トルク指令ノッチフィルタ445は、ボールねじ130などの共振周波数成分を除いたトルク指令を出力してボールねじ130などの共振を抑制する。トルク指令ノッチフィルタ445は、ボールねじ130などの共振周波数でフィルタを設計する。トルク制御器455は、トルク指令ローパスフィルタ430、トルク指令ノッチフィルタ445によってノイズが除かれたトルク指令に基づいてモータ120のトルクを制御する。なお、トルク指令ローパスフィルタ430とトルク指令ノッチフィルタ445の並びは、図2とは異なり、トルク指令ノッチフィルタ445、トルク指令ローパスフィルタ430の順序でもよい。   The torque command low-pass filter 430 removes quantization ripples (generated when an encoder is used for the sensors 120S and 140S) and high frequency components included in the positions detected by the sensors 110S and 120S. The torque command low-pass filter 430 sets a filter so that noise with a frequency as high as possible can be removed. The torque command notch filter 445 outputs a torque command from which a resonance frequency component such as the ball screw 130 is removed, and suppresses resonance of the ball screw 130 and the like. The torque command notch filter 445 designs a filter at a resonance frequency of the ball screw 130 or the like. The torque controller 455 controls the torque of the motor 120 based on the torque command from which noise has been removed by the torque command low-pass filter 430 and the torque command notch filter 445. Note that the torque command low-pass filter 430 and the torque command notch filter 445 may be arranged in the order of the torque command notch filter 445 and the torque command low-pass filter 430, unlike FIG.

微分器480はセンサ120によって検出されたモータ120の回転位置を微分して速度を出力する。演算部SP415、SP425、SP435、SP445は、それぞれの加算点に合流する指令を加算または減算する。   Differentiator 480 differentiates the rotational position of motor 120 detected by sensor 120 and outputs a speed. Arithmetic units SP415, SP425, SP435, and SP445 add or subtract commands that join the respective addition points.

なお、フィードバック制御系400の位置ループゲインは、若干のオーバーシュートを許容した上で、高速でしかも振動しないように、位置ゲインは速度ゲインの1/3に設定する。   Note that the position loop gain of the feedback control system 400 is set to 1/3 of the speed gain so as to allow a slight overshoot and not vibrate at high speed.

(モータ制御装置の制御系の動作)
本実施形態に係るモータ制御装置の制御系は上記のように構成される。次に、本実施形態に係るモータ制御装置の制御系の全体の動作を図1に示した生産機械100を例示して説明する。
(Operation of motor control device control system)
The control system of the motor control device according to the present embodiment is configured as described above. Next, the overall operation of the control system of the motor control device according to the present embodiment will be described with reference to the production machine 100 shown in FIG.

モデル制御系300の演算部SP315は、位置指令と生産機械100のモデル位置(テーブル140の位置)との位置偏差を演算する。モデル位置制御器310はその位置偏差をKP倍してモデル速度指令を出力する。演算部SP325は、モデル速度指令と微分器380がモデル位置を微分して演算した速度との速度偏差を演算する。モデル速度制御部320はその速度偏差をKVP倍してモデルトルク指令を出力する。演算部SP335は、モデルトルク指令と状態フィードバック量を減算する。 The calculation unit SP315 of the model control system 300 calculates a position deviation between the position command and the model position of the production machine 100 (the position of the table 140). The model position controller 310 multiplies the position deviation by KP and outputs a model speed command. The calculation unit SP325 calculates a speed deviation between the model speed command and the speed calculated by differentiating the model position by the differentiator 380. Model speed control unit 320 multiplies the speed deviation by KVP and outputs a model torque command. The calculation unit SP335 subtracts the model torque command and the state feedback amount.

演算部SP335が入力する、状態フィードバックは次のようにして演算される。第1フィードバック部360は機台モデル350が出力するモデル機台位置にKPB+KVBS+KABを乗じた結果を第1のフィードバックとして出力する。第2フィードバック部370はモデルトルク指令ローパスフィルタ330が出力するローパスフィルタ処理後のモデルトルク指令をKLP倍して第2のフィードバックとして出力する。演算部SP355は、第1のフィードバックと第2のフィードバックとを加算する。演算部SP355が加算した状態フィードバック量が状態フィードバックとなる。 The state feedback input by the calculation unit SP335 is calculated as follows. The first feedback unit 360 outputs the result obtained by multiplying the model machine base position output from the machine base model 350 by K PB + K VB S + K AB S 2 as the first feedback. The second feedback unit 370 multiplies the model torque command after the low-pass filter processing output from the model torque command low-pass filter 330 by K LP and outputs it as a second feedback. The calculation unit SP355 adds the first feedback and the second feedback. The state feedback amount added by the calculation unit SP355 is the state feedback.

演算部SP335が出力するトルク偏差は、モデルトルク指令ローパスフィルタ330によって高周波成分のノイズが取り除かれてモデルトルク指令となる。可動部モデル340はローパスフィルタ処理をした後のモデルトルク指令からテーブル140の位置を示すモデル可動部位置を出力する。同時に、機台モデル350はローパスフィルタ処理をした後のモデルトルク指令から機台110の位置を示すモデル機台位置を出力する。演算部SP345は、モデル可動部位置とモデル機台位置とを加算してモデル位置を出力する。   The torque deviation output from the calculation unit SP335 becomes a model torque command by removing high-frequency component noise by the model torque command low-pass filter 330. The movable part model 340 outputs the model movable part position indicating the position of the table 140 from the model torque command after the low-pass filter processing. At the same time, the machine base model 350 outputs the model machine base position indicating the position of the machine base 110 from the model torque command after the low-pass filter processing. The calculation unit SP345 adds the model movable part position and the model machine base position and outputs the model position.

一方、フィードバック制御系400の演算部SP415は、モデル制御系300で得られるモデル位置とセンサ110Sで検出される機台110の現在の位置との位置偏差を演算する。位置制御器410はその位置偏差から速度指令を出力する。演算部SP425は、モデル制御系300の微分器380がモデル位置を微分して演算した速度指令と、位置制御器410が出力した速度指令と、微分器480がセンサ120によって検出されたモータ120の回転位置を微分して演算した速度とを加減算して、これらの速度偏差を演算する。速度制御器420は速度偏差からトルク指令を出力する。   On the other hand, the calculation unit SP415 of the feedback control system 400 calculates a position deviation between the model position obtained by the model control system 300 and the current position of the machine base 110 detected by the sensor 110S. The position controller 410 outputs a speed command from the position deviation. The calculation unit SP425 includes a speed command calculated by differentiating the model position by the differentiator 380 of the model control system 300, a speed command output by the position controller 410, and the motor 120 detected by the sensor 120 by the differentiator 480. These speed deviations are calculated by adding and subtracting the speed calculated by differentiating the rotational position. The speed controller 420 outputs a torque command from the speed deviation.

速度制御器420では、モータ120が回転しているときには、タイミング調整部415によってスイッチ426がOFFされている。このため、演算部435は、モータ120が回転しているときには、位置制御器410が出力した速度指令をそのまま比例制御器422に与える。比例制御器422は速度指令に基づいてトルク指令を出力する。一方、モータ120が停止したときには、タイミング制御部415によって設定したタイミングでスイッチ426がONされる。このため、演算部435は、位置制御器410が出力した速度指令と積分制御器424が積分演算した速度指令とを加算する。比例制御器422は加算された速度指令に基づいてトルク指令を出力する。   In the speed controller 420, the switch 426 is turned off by the timing adjustment unit 415 when the motor 120 is rotating. For this reason, the calculation unit 435 gives the speed command output from the position controller 410 to the proportional controller 422 as it is when the motor 120 is rotating. The proportional controller 422 outputs a torque command based on the speed command. On the other hand, when the motor 120 stops, the switch 426 is turned on at the timing set by the timing control unit 415. Therefore, the calculation unit 435 adds the speed command output from the position controller 410 and the speed command calculated by the integration controller 424. The proportional controller 422 outputs a torque command based on the added speed command.

演算部SP445はモデル制御系300の演算部SP335が出力するトルク指令と比例制御器422が出力するトルク指令を加算する。加算されたトルク指令はトルク指令ローパスフィルタ430で量子化リップルや高周波数成分が取り除かれ、さらにトルク指令ノッチフィルタ445で共振周波数成分が取り除かれる。トルク制御器455はノイズが取り除かれたトルク指令に基づいてモータ120のトルクを制御する。   The calculation unit SP445 adds the torque command output from the calculation unit SP335 of the model control system 300 and the torque command output from the proportional controller 422. From the added torque command, the torque command low-pass filter 430 removes quantization ripples and high frequency components, and the torque command notch filter 445 removes resonance frequency components. The torque controller 455 controls the torque of the motor 120 based on the torque command from which noise has been removed.

本実施形態に係るモータ制御装置の制御系の動作は以上の通りである。本実施形態では、テーブル140の高速な位置決めを実現するために、制御パラメータとして独自の値を採用している。本実施形態に係るモデル制御系300の状態方程式は下記の通りである。   The operation of the control system of the motor control device according to the present embodiment is as described above. In the present embodiment, a unique value is adopted as a control parameter in order to realize high-speed positioning of the table 140. The state equation of the model control system 300 according to the present embodiment is as follows.

上記の状態方程式の特性方程式が5重根を持つように各パラメータを設定する。
本実施形態では、位置制御系及び速度制御系に若干のオーバーシュートをさせ、テーブル140の位置決めを高速化するために、Kv=3J・Kとし、J・Kの係数として3を用いる。ただし、イナーシャをJとし、第2のフィードバックゲインをK LP とした場合、上式よりJ =J(1+K LP )であり、Kv=3J・Kとすると、
Each parameter is set so that the characteristic equation of the state equation has a five-fold root.
In the present embodiment, in order to make the position control system and the speed control system slightly overshoot and to speed up the positioning of the table 140, Kv = 3J 2 · K P and 3 as the coefficient of J 2 · K P. Use. However, if the inertia is J and the second feedback gain is K LP , J 2 = J (1 + K LP ) from the above equation , and Kv = 3J 2 · K P

となる。以上の各数値を、モデル制御系300を構成する各要素に制御パラメータとして設定する。これらの制御パラメータの設定により、テーブル140の位置決めに若干のオーバーシュートを許容しつつも、オーバーシュートによる振動が生じることがなく高速の位置決めができる。さらに、テーブル140とボールねじ130との間に摩擦があってもテーブル140の位置決めを精度よく確実に実現できる。   It becomes. Each numerical value described above is set as a control parameter in each element constituting the model control system 300. By setting these control parameters, a slight overshoot is allowed for the positioning of the table 140, but vibration due to the overshoot does not occur and a high-speed positioning can be performed. Furthermore, the positioning of the table 140 can be realized accurately and reliably even if there is friction between the table 140 and the ball screw 130.

状態方程式において、K=3J・Kとし、J・Kの係数として3を用いる理由は下記の通りである。 In the state equation, K V = 3J 2 · K P and the reason why 3 is used as the coefficient of J 2 · K P is as follows.

一般的に生産機械の制御では、制御対象の位置決めを、オーバーシュートさせることなく迅速に行わせるのが常である。したがって、従来の生産機械の制御では位置決めの整定時間を短縮することは非常に困難である。   In general, in the control of a production machine, the positioning of a controlled object is usually performed quickly without overshooting. Therefore, it is very difficult to shorten the positioning settling time in the control of the conventional production machine.

ところが、最近では、さらなる生産効率の向上が強く求められている。特に、プリント基板穴あけ機では、穴あけ加工時間をさらに短縮するために、位置決めの制御のオーバーシュートを許容させてまでも位置決めの整定時間を短縮させたいという要望が出てきている。   Recently, however, further improvement in production efficiency has been strongly demanded. In particular, in the printed circuit board drilling machine, in order to further shorten the drilling time, there is a demand for shortening the positioning settling time even if the overshoot of the positioning control is allowed.

従来の生産機械の制御では、オーバーシュートさせることは前提としていないため、モデル制御系の状態方程式において、K=4J・Kとし、J・Kの係数として4を用いる。本実施形態のように、状態方程式において、K=3J・Kとし、J・Kの係数として4以外の係数を用いることはほとんどない。 In the control of the conventional production machine, since it is not assumed that overshooting occurs, K V = 4J 2 · K P and 4 as the coefficient of J 2 · K P are used in the state equation of the model control system. As in this embodiment, in the equation of state, K V = 3J 2 · K P and a coefficient other than 4 is rarely used as the coefficient of J 2 · K P.

本実施形態では、オーバーシュートさせることが前提となっているので、J・Kの係数として4ではなく3を用いる。なお、本実施形態では、J・Kの係数として3を用いたが、許容できるオーバーシュート量に応じて4よりも小さい係数を用いても良い。たとえば、2.5〜3.5の間で適切な値を用いることができる。小さな値の係数に設定するとオーバーシュート量が増え、大きな値の係数に設定するとオーバーシュート量が減る。 In this embodiment, since it is assumed that overshooting is performed, 3 is used instead of 4 as the coefficient of J 2 · K P. In the present embodiment, 3 is used as the coefficient of J 2 · K P , but a coefficient smaller than 4 may be used according to an allowable overshoot amount. For example, an appropriate value between 2.5 and 3.5 can be used. Setting the coefficient to a small value increases the amount of overshoot, and setting the coefficient to a large value decreases the amount of overshoot.

また、本実施形態では、オーバーシュートを迅速に収束させるため、及び摩擦の影響を取り除くため、図2に示したように速度制御器420の構成に工夫を凝らしている。   Further, in the present embodiment, in order to quickly converge the overshoot and remove the influence of friction, the configuration of the speed controller 420 is devised as shown in FIG.

速度制御器420は比例積分制御器で構成しているが、積分制御器424はモータ120の動作に合わせて挿入または除外できるようにしている。積分制御器424をモータ120の動作に合わせて挿入または除外するのは次のような理由からである。   The speed controller 420 is composed of a proportional integral controller, but the integral controller 424 can be inserted or removed according to the operation of the motor 120. The integration controller 424 is inserted or excluded in accordance with the operation of the motor 120 for the following reason.

生産機械の制御対象を駆動するときには必ず摩擦が生じる。このため、従来のフィードバック系の速度制御器は比例積分制御器を用いている。ところが、フィードバック系の速度制御器を比例積分制御器で構成すると、速度積分器にモータ120の回転中に摩擦を補償した若干の値が残ってしまい、位置決めの整定時間が伸びてしまう。また、フィードバック系の速度制御器を比例積分制御器で構成すると、オーバーシュートを許容した場合には、速度積分器により振動を速やかに収束させることができない。   Friction always occurs when the controlled object of the production machine is driven. For this reason, a proportional-integral controller is used as the speed controller of the conventional feedback system. However, when the speed controller of the feedback system is configured by a proportional integral controller, a slight value that compensates for friction during the rotation of the motor 120 remains in the speed integrator, and the positioning settling time is extended. Further, if the speed controller of the feedback system is configured by a proportional integral controller, the vibration cannot be quickly converged by the speed integrator when overshoot is allowed.

したがって、モータ120が回転している間は積分制御器424を除外して速度制御器420を比例制御器とする。これにより、モータ120が回転している間は、速度指令に含まれる積分項の値が0になり、オーバーシュートを許容することによる影響を受けることがなくなる。また、モータ120が回転している間は、摩擦補償分の速度指令が積分項に溜まることがなくなり、位置決めの整定時間が伸びることがない。   Therefore, while the motor 120 is rotating, the integral controller 424 is excluded and the speed controller 420 is a proportional controller. As a result, while the motor 120 is rotating, the value of the integral term included in the speed command becomes 0 and is not affected by allowing the overshoot. Further, while the motor 120 is rotating, the speed command for friction compensation does not accumulate in the integral term, and the positioning settling time does not increase.

また、従来の生産機械の制御では、通常、モータエンコーダを用いたセミクローズシステムを採用する。しかし、セミクローズシステムでは、モータの回転位置を制御しており、本実施形態のようにテーブル140の位置とモータ120の回転位置とで制御するものではないので、テーブル140の位置にはボールねじ130などの摩擦に起因する位置誤差が生じる。このためセミクローズシステムではテーブル140の高精度な位置決めを実現させることが難しい。したがって、本実施形態では、モータ120の回転位置とテーブル140の位置をフィードバックするフルクローズシステムとしている。   Further, in the control of conventional production machines, a semi-closed system using a motor encoder is usually adopted. However, in the semi-closed system, the rotational position of the motor is controlled and not controlled by the position of the table 140 and the rotational position of the motor 120 as in this embodiment. A position error due to friction such as 130 occurs. For this reason, it is difficult to achieve highly accurate positioning of the table 140 in the semi-closed system. Therefore, in the present embodiment, a full-close system that feeds back the rotational position of the motor 120 and the position of the table 140 is used.

以上のように、本実施形態に係る生産機械の制御装置は、モデル制御系300を、モデル機台の位置、速度、加速度、ローパスフィルタ処理後のモデルトルク指令をフィードバックする構成とする。そして、現代制御理論を適用して、モデル制御系300の特性方程式の根が重根となるように連立方程式を解き、モデル制御系300を構成する各要素の制御パラメータを設定する。ただし、モデル位置ゲインとモデル速度ゲインとの関係を、若干のオーバーシュートを許容した上で高速かつ確実に位置決めができるように設定する。フィードバック制御系400を、振動がなく高速かつ確実に位置決めできるモデル制御系300に追従できるように、フルクローズフィードバック制御系とした。フィードバック制御系400の速度制御器420は、比例積分制御器で構成し、積分項がモータ120の停止時のみ有効になるようにした。 As described above, in the control device for a production machine according to the present embodiment, the model control system 300 is configured to feed back the model machine position, speed, acceleration, and the model torque command after low-pass filter processing. Then, applying modern control theory, the simultaneous equations are solved so that the roots of the characteristic equations of the model control system 300 are multiple roots, and the control parameters of each element constituting the model control system 300 are set. However, the relationship between the model position gain and the model speed gain is set so that positioning can be performed at high speed and reliably while allowing a slight overshoot. The feedback control system 400 is a full-closed feedback control system so that it can follow the model control system 300 that can be positioned at high speed and reliably without vibration. The speed controller 420 of the feedback control system 400 is constituted by a proportional integral controller so that the integral term is valid only when the motor 120 is stopped.

なお、モデル位置制御器310及びモデル速度制御器320にそれぞれ設定されるゲインは、位置制御器410及び速度制御器420にそれぞれ設定されるゲインと同じであっても良いし、位置制御器410及び速度制御器420にそれぞれ設定されるゲインよりも若干高めであっても良い。   The gains set in the model position controller 310 and the model speed controller 320 may be the same as the gains set in the position controller 410 and the speed controller 420, respectively. It may be slightly higher than the gain set in each of the speed controllers 420.

以上の構成によって、機台110振動を検出するセンサを設けることなく、テーブル140を振動させることなく、高速かつ高精度に位置決めをさせることができる。   With the above configuration, positioning can be performed at high speed and with high accuracy without providing a sensor for detecting vibration of the machine base 110 and without vibrating the table 140.

100 生産機械、
110 機台、
120 モータ
120S センサ
130 ボールねじ、
140 テーブル、
140S センサ
150A、150B レベリングボルト、
160 床、
180 可動部、
200 モータ制御装置の制御系、
300 モデル制御系、
310 モデル位置制御器、
320 モデル速度制御器、
330 モデルトルク指令ローパスフィルタ、
340 可動部モデル、
350 機台モデル
360 第1フィードバック部、
370 第2フィードバック部、
380 微分器、
SP315−SP355 演算器、
400 フィードバック制御系、
410 位置制御器、
420 速度制御器、
422 比例制御器、
424 積分制御器、
430 トルク指令ローパスフィルタ、
445 トルク指令ノッチフィルタ、
455 トルク制御器、
SP415−SP445 演算器。
100 production machines,
110 units,
120 motor 120S sensor 130 ball screw,
140 tables,
140S sensor 150A, 150B leveling bolt,
160 floors,
180 moving parts,
200 Control system of motor control device,
300 model control system,
310 model position controller,
320 model speed controller,
330 Model torque command low pass filter,
340 movable part model,
350 machine model 360 first feedback section,
370 Second feedback section;
380 differentiator,
SP315-SP355 arithmetic unit,
400 feedback control system,
410 position controller,
420 speed controller,
422 proportional controller,
424 integral controller,
430 Torque command low pass filter,
445 Torque command notch filter,
455 torque controller,
SP415-SP445 computing unit.

Claims (7)

生産機械の動きをモデル化するモデル制御系と、
前記生産機械の動きを実際に制御するフィードバック制御系と、を有し、
前記フィードバック制御系は、
前記モデル制御系から出力される前記生産機械の制御対象のモデル位置と前記生産機械の制御対象の位置との偏差から速度指令を演算する位置制御器と、
前記モデル制御系から出力されるモデル位置を微分した速度指令と前記位置制御器が演算した速度指令と前記制御対象を駆動するモータの位置を微分した速度指令との偏差からトルク指令を出力する速度制御器と、
前記モデル制御系から出力される前記生産機械の制御対象を駆動するためのモデルトルク指令と前記速度制御器から出力されたトルク指令とを加算して前記モータのトルクを制御するトルク制御器と、を有し、
前記速度制御器と前記トルク制御器との間には、前記トルク指令に含まれる量子化リップルや高周波数成分を取り除くトルク指令ローパスフィルタを設け、
前記速度制御器は、積分制御器と比例制御器とを有し、前記モータが前記制御対象を動かしているときには前記比例制御器のみでトルク指令を出力し、前記モータが前記制御対象を停止させているときには前記積分制御器と比例制御器とでトルク指令を出力し、
前記モデル制御系は、
前記生産機械の前記可動部の動きをモデル化して前記可動部のモデル可動部位置を出力する可動部モデルと、
前記機台の動きをモデル化して前記機台のモデル機台位置を出力する機台モデルと、
前記位置制御器をモデル化してモデル速度指令を出力するモデル位置制御器と、
前記速度制御器をモデル化してモデルトルク指令を出力するモデル速度制御器と、
前記トルク指令ローパスフィルタをモデル化して、前記モデルトルク指令をローパスフィルタ処理して得たフィルタ処理モデルトルク指令を、前記可動部モデルと前記機台モデルとに与えるモデルトルク指令ローパスフィルタと、
前記モデル可動部位置と前記モデル機台位置とを加算して得たモデル位置情報をフィードバック系へのモデル位置として前記モデル位置制御器及び前記モデル速度制御器にそれぞれフィードバックする主フィードバック部と、
前記モデル機台位置に基づいて少なくとも前記モデル機台位置を含む第1のフィードバックを出力する第1のフィードバック部と、
前記フィルタ処理モデルトルク指令から第2のフィードバックを出力する第2のフィードバック部と、
前記第1のフィードバックと前記第2のフィードバックと前記モデルトルク指令との偏差を求め、前記偏差をモデルトルク指令として前記モデルトルク指令ローパスフィルタと前記トルク指令ローパスフィルタに出力する演算部とを備え、
前記モデル制御系に含まれる複数のパラメータは、前記モデル制御系の状態方程式の特性方程式が重根を持つように算出し、かつ前記モデル制御系における位置ループゲインをK、速度ループゲインをKvとし、イナーシャをJ、第2のフィードバックゲインをK LP とすると、J =J(1+K LP )となり、前記フィードバック制御系がオーバーシュートを起こすようにKv=2.5〜3.5J・Kとされ、
前記フィードバック系へのモデル位置指令を前記位置制御器に前記位置指令として与え、前記フィードバック系へのモデル位置指令に基づいて作成したフィードバック系へのモデル速度指令を前記速度制御器に入力される前記速度指令に加算することを特徴とするモータ制御装置。
A model control system that models the movement of production machines;
A feedback control system that actually controls the movement of the production machine,
The feedback control system is
A position controller that calculates a speed command from a deviation between a model position of the control target of the production machine output from the model control system and a position of the control target of the production machine;
A speed at which a torque command is output from a deviation between a speed command obtained by differentiating the model position output from the model control system, a speed command calculated by the position controller, and a speed command obtained by differentiating the position of a motor that drives the controlled object. A controller;
A torque controller that controls a torque of the motor by adding a model torque command output from the model control system to drive a controlled object of the production machine and a torque command output from the speed controller; Have
Between the speed controller and the torque controller, a torque command low-pass filter that removes quantization ripples and high frequency components included in the torque command is provided,
The speed controller includes an integral controller and a proportional controller. When the motor is moving the control target, the speed controller outputs a torque command only by the proportional controller, and the motor stops the control target. Output torque command with the integral controller and proportional controller,
The model control system is
A movable part model that models the movement of the movable part of the production machine and outputs a model movable part position of the movable part;
A machine model that models the movement of the machine and outputs the model machine position of the machine, and
A model position controller that models the position controller and outputs a model speed command; and
A model speed controller that models the speed controller and outputs a model torque command;
A model torque command low-pass filter that models the torque command low-pass filter, and gives a filter processing model torque command obtained by low-pass filtering the model torque command to the movable part model and the machine base model;
A main feedback unit that feeds back the model position information obtained by adding the model movable part position and the model machine base position to the model position controller and the model speed controller, respectively, as a model position to a feedback system;
A first feedback unit that outputs a first feedback including at least the model machine base position based on the model machine base position;
A second feedback unit that outputs a second feedback from the filter processing model torque command;
A calculation unit that obtains a deviation between the first feedback, the second feedback, and the model torque command, and outputs the deviation to the model torque command low-pass filter and the torque command low-pass filter as a model torque command;
A plurality of parameters included in the model control system are calculated as the characteristic equation of state equations of the model control system have a repeated root, and the position loop gain in the model control system and Kv a K P, speed loop gain If the inertia is J and the second feedback gain is K LP , J 2 = J (1 + K LP ), and Kv = 2.5 to 3.5J 2 · K P so that the feedback control system causes overshoot. And
A model position command to the feedback system is given to the position controller as the position command, and a model speed command to the feedback system created based on the model position command to the feedback system is input to the speed controller. A motor control device that adds to a speed command.
前記フィードバック制御系は、前記速度制御器が有する積分制御器を前記比例制御器に接続するタイミングを制御するタイミング調整部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。   The motor control apparatus according to claim 1, wherein the feedback control system further includes a timing adjustment unit that controls timing of connecting an integral controller included in the speed controller to the proportional controller. 前記フィードバック制御系は、前記制御対象の位置を前記位置制御器にフィードバックするとともに微分した前記モータの位置を前記速度制御器にフィードバックするフルクローズフィードバック系であることを特徴とする請求項1または2に記載のモータ制御装置。   The feedback control system is a full-closed feedback system that feeds back a position of the motor to the speed controller while feeding back the position of the control target to the position controller. The motor control device described in 1. 前記フィードバック制御系の前記速度制御器と前記トルク制御器との間には、
前記生産機械の共振周波数成分を取り除くトルク指令ノッチフィルタを有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のモータ制御装置。
Between the speed controller and the torque controller of the feedback control system,
The motor control device according to claim 1, further comprising a torque command notch filter that removes a resonance frequency component of the production machine.
前記第1のフィードバック部は、前記モデル機台位置に加えて前記機台のモデル機台速度及びモデル機台加速度を前記第1のフィードバックに含めることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のモータ制御装置。   The said 1st feedback part includes the model base speed and the model base acceleration of the base in addition to the model base position in the first feedback. The motor control device described in 1. 前記モデル位置制御器及び前記モデル速度制御器にそれぞれ設定されるゲインは、前記位置制御器及び前記速度制御器にそれぞれ設定されるゲインと同じであり、前記第1のフィードバック部に設定される第1のフィードバックゲインと、前記第2のフィードバック部に設定される第2のフィードバックゲインとは、前記機台の振動を抑制するように定められていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のモータ制御装置。   The gains set in the model position controller and the model speed controller are the same as the gains set in the position controller and the speed controller, respectively, and are set in the first feedback unit. The feedback gain of 1 and the second feedback gain set in the second feedback unit are determined so as to suppress vibrations of the machine base. A motor control device according to claim 1. 前記モデル位置制御器及び前記モデル速度制御器にそれぞれ設定されるゲインは、前記位置制御器及び前記速度制御器にそれぞれ設定されるゲインよりも若干高めであり、前記第1のフィードバック部に設定される第1のフィードバックゲインと、前記第2のフィードバック部に設定される第2のフィードバックゲインとは、前記機台の振動を抑制するように定められていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のモータ制御装置。   The gains set for the model position controller and the model speed controller are slightly higher than the gains set for the position controller and the speed controller, respectively, and are set in the first feedback unit. The first feedback gain and the second feedback gain set in the second feedback section are determined so as to suppress vibration of the machine base. The motor control apparatus in any one of.
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