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WO2007046257A1 - モータ制御装置及び方法及びプログラム記憶媒体 - Google Patents

モータ制御装置及び方法及びプログラム記憶媒体 Download PDF

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WO2007046257A1
WO2007046257A1 PCT/JP2006/320101 JP2006320101W WO2007046257A1 WO 2007046257 A1 WO2007046257 A1 WO 2007046257A1 JP 2006320101 W JP2006320101 W JP 2006320101W WO 2007046257 A1 WO2007046257 A1 WO 2007046257A1
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WO
WIPO (PCT)
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speed
command
motor
allowable
value
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/320101
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nobuhiro Umeda
Eri Yamanaka
Dai Fukuda
Yuko Ikeda
Original Assignee
Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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Filing date
Publication date
Application filed by Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki filed Critical Kabushiki Kaisha Yaskawa Denki
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/27—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an absolute digital measuring device
    • G05B19/31—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an absolute digital measuring device for continuous-path control
    • G05B19/311—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an absolute digital measuring device for continuous-path control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude
    • G05B19/315—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an absolute digital measuring device for continuous-path control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude with current or torque feedback only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/20—Controlling the acceleration or deceleration
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41233—Feedforward simulation filter, with model
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41381—Torque disturbance observer to estimate inertia

Definitions

  • the present invention relates to a motor control apparatus and method for identifying an inertia in a control apparatus such as a robot or a machine tool.
  • FIG. 3 shows a control configuration of a conventional motor control device.
  • 21 is a motor control unit
  • 22 is a model control unit
  • 23 is a speed control proportional gain
  • 24 is a differentiator
  • 25 is an integrator
  • 26 is a speed control proportional gain of the model control unit
  • 27 is an initial of the model control unit.
  • An integrator representing Sha, 28 is an integrator.
  • Vref is the speed command
  • Vfb is the motor speed
  • Tref is the torque command
  • STref is the torque command time integral value
  • Vfb ' is the model speed
  • STref' is the model torque command time integrated value.
  • the conventional motor control device has a motor control unit that controls the motor speed and a model control unit that simulates the speed control using the model, and the torque command of the speed control unit when operated at a predetermined speed pattern is integrated over time.
  • the inertia is identified by the ratio between the calculated value STref and the STref 'obtained by time-integrating the torque command of the model control unit (see Patent Document 1).
  • the control target is accelerated and decelerated.
  • a position control unit that controls the position of the controlled object, a speed control unit that controls the speed of the controlled object, and an observation device that includes an encoder that observes the current position of the controlled object.
  • step 41 is the step of accelerating the load inertia to the command speed Vmax.
  • step 4-2 is a step to determine whether the command speed V reaches the set command speed Vn and whether or not the force is correct.
  • the set command speed Vn needs to be 50% or more of the maximum command speed Vmax.
  • Step 4-3 is a step to calculate the deviation at Vn when the command speed V reaches the set command speed Vn.
  • Step 4-4 is a step to judge whether or not the command speed V has reached the maximum command speed Vmax.
  • Step 4-6 is a step to judge whether the actual speed has become zero.
  • Step 4-7 is the step to identify the deviation force load inertia.
  • Patent Document 1 Pamphlet of International Publication No. 96/37039 (6 pages, Fig. 1)
  • Patent Document 2 Japanese Patent No. 3509413 (12 pages, Fig. 5)
  • the present invention has been made in view of such problems, and limits the movable range, speed, and acceleration of the target device while keeping the acceleration that is important in the inertia identification method as high as possible. It is an object of the present invention to provide a motor control device and method for determining the shape of a speed command within the system.
  • the present invention is configured as follows.
  • a position control unit that generates a speed command based on the position command and the motor position, a speed control unit that generates a torque command based on the speed command and the motor speed, and a motor drive unit that generates a motor current from the torque command.
  • a motor controller that generates a model torque command based on the speed command and the model speed, and a motor torque command integral obtained by integrating the torque command of the motor over a predetermined interval from a predetermined position command.
  • an inertia identification unit that identifies the inertia by the ratio of the model torque command and the model torque command integral value obtained by time-integrating the model torque command over a predetermined interval, limiting the movable distance of the target machine, allowable speed, allowable
  • a command shape creation unit is provided that automatically generates a command shape at the time of the identification operation according to the conditions of constraints on acceleration and operation time.
  • a speed feedforward command generation unit for differentiating the position command to generate a speed feedforward command
  • the model control unit A feature is that a model torque command is generated based on the model speed.
  • the command shape creation unit is configured to move a small value of each of the movement distance limitation, the allowable speed, and the allowable acceleration of the target machine and the movement distance limitation, the allowable speed, and the allowable acceleration of the motor. It is characterized by the conditions of distance limitation, allowable speed, and allowable acceleration.
  • the command shape creation unit uniquely calculates the command shape by fixing a ratio of an acceleration section, a constant speed section, and a deceleration section as a trapezoidal speed command. .
  • the ratio of the acceleration section, the constant speed section, and the deceleration section is a ratio of 1 for the acceleration section, 2 for the constant speed section, and 1 for the deceleration section,
  • V 4Amax / Tmax (1)
  • the calculated speed command V is compared with the allowable speed Vmax, the smaller value is set as the speed command V, and the travel distance P is calculated using equation (2).
  • the calculated P is compared with the Pmax, and the smaller one is set as a new movement distance P.
  • a position control unit that generates a speed command based on the position command and the motor position
  • a speed control unit that generates a torque command based on the speed command and the motor speed
  • a motor drive that generates the torque command force motor current
  • the motor torque command from a predetermined position command
  • a model control unit that generates a model torque command based on the speed command and the model speed
  • Motor control including an inertia identification unit that identifies an inertia by a ratio of a motor torque command integrated value obtained by time integration in a predetermined interval and a model torque command integrated value obtained by time integration of the model torque command in a predetermined interval.
  • the speed command is a trapezoidal shape in which the ratio of the acceleration section, the constant speed section, and the deceleration section is 1 for the acceleration section, 2 for the constant speed section, and 1 for the deceleration section,
  • the speed command V is calculated by equation (1),
  • V 4Amax / Tmax (1)
  • the calculated speed command V is compared with the allowable speed Vmax, the smaller value is set as the speed command V, and the travel distance P is calculated using equation (2).
  • the calculated travel distance P is compared with Pmax, and the smaller one is used as the new travel distance P.
  • a program for automatically generating a speed command shape for inertia identification the step of setting a movable distance limit value Pmax, an allowable speed value Vmax, and an allowable acceleration value Amax (Step 1), the step of calculating the speed command V based on the set allowable acceleration / deceleration value Amax and the operating time limit value Tmax (Step 2), the speed command V and the allowable speed value Vmax
  • the step of comparing the smaller value with the speed command V step 3
  • the step of calculating the movement distance P based on the speed command V and the allowable acceleration value Amax step 4
  • a program storage medium that stores the step (Step 5) of comparing the moving distance P and Pmax and setting the smaller value as the moving distance P.
  • the motor control device of the present invention is capable of measuring the movable distance of a machine even if it is not an expert when identifying inertia (moment of inertia) of a servo motor used in a robot, a numerical control device, or the like.
  • inertia ment of inertia
  • the limit, allowable speed, allowable acceleration, and allowable operation time it is possible to automatically create a speed command shape pattern that is optimal for inertia identification while keeping the acceleration as high as possible.
  • conditions can be set according to the performance of the motor itself as well as the machine, and inertia identification can be executed within the range of conditions.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a first configuration of a motor control device that performs a method of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a second configuration of the motor control apparatus that performs the method of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a control configuration of a conventional motor control device.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the processing procedure of the conventional method.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure for generating an optimum command of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a first configuration of a motor control device that implements the method of the present invention.
  • 1 is a motor control unit
  • 2 is a model control unit.
  • 3 is a position control unit
  • 4 is a speed control unit
  • 6 is a position proportional gain
  • 7 is a speed control proportional gain
  • 8 is a current control unit
  • 9 is an inertia identification unit
  • 11 is a differentiator
  • 12 is an integrator
  • 13 is a speed control proportional gain of the model control unit
  • 14 is an integrator representing the inertia of the model control unit
  • 15 is an integrator of the model control unit.
  • the controlled object 30 driven by 1 includes a motor and a load.
  • Pref is the position command
  • Pfb is the motor position
  • Vrefl is the speed command
  • Vfb is the motor speed
  • Tref is the torque command
  • S Tref is the torque command time integral value
  • Vfb is the model speed
  • STref ' is the model torque command Inter-integral value.
  • the model control unit 2 includes a speed control proportional gain 13, an integrator 14 representing an inertia, an integrator 15, and an adder 41.
  • the model control unit 2 is a model of the motor alone, and reproduces the response to the speed command Vrefl in this case.
  • the inertia identification unit 9 compares the output of the integrator 12 and the output of the model integrator 15 to identify the inertia.
  • Reference numeral 50 denotes a command shape creation unit.
  • the command shape generator 50 is a speed finger that is input to the control device.
  • Fig. 5 shows an example of a processing flowchart for creating a warp shape.
  • 60 is a command generator
  • 61 is a speed command generator
  • 62 is an integrator of the command generator.
  • a speed command is output from the speed command generator, and this speed command is integrated by the integrator 62 to generate a position command that is input to the motor controller. To do.
  • the command shape generator determines the optimum speed command shape for inertia identification within the set limits, the command output from the command generator 60 based on this determines the optimum shape for inertia identification. It is.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure for generating an optimum command in the motor control device of the present invention. The method of the present invention will be described step by step with reference to this figure.
  • step 1 the conditions of the movable distance limit Pmax, the allowable speed Vmax, and the allowable acceleration Amax of the controlled object 30 are set.
  • the decision method should use the smaller value of the limit of the target machine and the limit of the motor. Further, the user may arbitrarily determine it.
  • the speed command V is calculated from the acceleration / deceleration limit Amax set in step 2 and the operation time limit Tmax determined by memory restrictions. If the speed shape is trapezoidal as shown in Fig. 6 and the ratio of section 2 and section 3 is 1: 2: 1, the speed V can be obtained uniquely and is calculated as follows.
  • V 4Amax / Tmax (1)
  • Step 3 the calculated speed V and Vmax are compared, and the smaller value is set as the speed command V.
  • step 4 the travel distance P is calculated based on V and Amax as shown below.
  • V (Amax-P / 3) 1 2 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (3)
  • FIG. 6 is a diagram showing the shape of the speed command of the present invention, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the command speed.
  • 101 is the speed command V
  • 102 is the allowable acceleration Amax
  • 103 is the travel distance P (shaded area in the figure)
  • Section 1 is the acceleration section
  • Section 2 is the constant speed section
  • Section 3 is the deceleration section.
  • steps 1 to 5 in the flowchart showing the processing procedure for generating the optimum command in FIG. 5 can be stored in a program storage medium or downloaded as software (engineering tool) via the Internet.
  • This software can be pre-installed on the motor controller.
  • the latest software can be downloaded via a program storage medium or the Internet according to the upgrade of this software.
  • the command generation unit 50 can be incorporated not only in a motor control device but also in a general-purpose personal computer or a higher-level control device.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a second configuration of the motor control apparatus that implements the method of the present invention.
  • the configuration shown in Fig. 1 is a motor control device with improved responsiveness by adding 5 speed feedforward units and 10 differentiators.
  • the other configurations are the same as Fig. 1.
  • the motor control device of the present invention can be used to identify the inertia (moment of inertia) of servo motors used in robots, numerical control devices, etc.
  • a speed command shape pattern that is optimal for inertia identification can be automatically created simply by entering the allowable operation time.
  • the motor control device of the present invention is not limited to a skilled person when identifying inertia (moment of inertia) of a servo motor used in a robot, a numerical control device or the like. By simply entering the allowable acceleration and allowable operating time, the optimum speed command shape pattern for inertia identification can be created automatically.

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Abstract

　イナーシャの同定において、加速度を可能な限り高く保ちながら、対象とする装置の可動範囲、速度、加速度の制限内で速度指令の形状を決定するモータ制御装置及び方法を提供する。 　位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部と、速度指令とモ－タ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、トルク指令からモータ電流を生成するモータ駆動部とで構成されるモータ制御装置において、速度指令とモデル速度によりモデルトルク指令を生成するモデル制御部と、所定の位置指令から、モータのトルク指令を所定の区間で時間積分したモータトルク指令積分値とモデルトルク指令を所定の区間で時間積分したモデルトルク指令積分値との比によりイナーシャを同定するイナーシャ同定部とを備え、対象となる機械の可動距離の制限、許容速度、許容加速度、動作時間の制約の条件に応じて同定動作時の指令形状を自動的に生成する指令形状作成部を備えたものである。

Description

モータ制御装置及び方法及びプログラム記憶媒体
技術分野
[0001] 本発明は、ロボットや工作機械等の制御装置において、特にイナ一シャを同定する モータ制御装置及び方法に関する。
背景技術
[0002] 図 3は従来のモータ制御装置の制御構成を示す。 21はモータ制御部、 22はモデ ル制御部、 23は速度制御比例ゲイン、 24は微分器、 25は積分器、 26はモデル制 御部の速度制御比例ゲイン、 27はモデル制御部のイナ一シャを表す積分器、 28は 積分器である。また、 Vrefは速度指令、 Vfbはモータ速度、 Trefはトルク指令、 STre fはトルク指令時間積分値、 Vfb'はモデル速度、 STref'はモデルトルク指令時間積 分値である。従来のモータ制御装置では、モータ速度を制御するモータ制御部とモ デルにより速度制御をシミュレーションするモデル制御部を備え、所定の速度パター ンで動作させた時の速度制御部のトルク指令を時間積分した値 STrefとモデル制御 部のトルク指令を時間積分した STref 'との比によりイナ一シャを同定して 、る (特許 文献 1参照)。
また、制御対象を所定のパターンで加減速する速度パターンを発生する速度指令 信号発生部と、この速度指令信号発生部力 発生された速度パターンに基づ 、て制 御対象を加減速させて、制御対象の位置を制御する位置制御部および制御対象の 速度を制御する速度制御部と、制御対象の現在位置を観測するエンコーダよりなる 観測装置とを備える。
図 4において、ステップ 4 1は負荷イナ一シャを指令速度 Vmaxまで加速するステツ プである。ステップ 4— 2は指令速度 Vが設定指令速度 Vnに達して 、るカ^、る力否か を判断するステップである。設定指令速度 Vnは最大指令速度 Vmaxの 50%以上にす る必要がある力 好適には 70%程度が望ましい。ステップ 4— 3は指令速度 Vが設定 指令速度 Vnに達した場合、 Vn時の偏差を算出するステップである。ステップ 4— 4は 指令速度 Vが最大指令速度 Vmaxに達したか否かを判断するステップである。ステツ プ 4 5は指令速度 Vが最大指令速度 Vmaxに達した場合、停止 (指令速度 =0)まで減 速するステップである。ステップ 4— 6は実速度が零になったかどうかを判断するステ ップである。ステップ 4— 7は偏差力 負荷イナ一シャを同定するステップである。 このように図 4の手順に従 、、速度指令信号発生部から発生された指令速度が予 め設定した所定の速度となった時点の制御対象の指令位置と観測装置が観測した 現在位置との位置偏差に基づ!/、て、制御対象の負荷イナ一シャを同定するものもあ る。（特許文献 2参照)。
特許文献 1：国際公開第 96/37039号パンフレット (6頁、図 1)
特許文献 2 :日本国特許第 3509413号（12頁、図 5)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0003] 従来のイナ一シャを同定する制御定数調整装置では、速度指令のパターン形状に より同定精度が変化する。そのため試行錯誤で速度指令パターンを決定しなければ ならなかった。また、このようにして決めた所定の速度パターンを使用するため、設置 された機械の可動範囲、速度、加速度の制限によっては同定動作できないという問 題があった。また、特許文献 2の例では、予め移動距離が予測できないという問題も めつに。
[0004] 本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、イナーシャ同定の手法上 重要となる加速度を可能な限り高く保ちながら、対象とする装置の可動範囲、速度、 加速度の制限内で速度指令の形状を決定するモータ制御装置及び方法を提供する ことを目的とする。
課題を解決するための手段
[0005] 上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と モータ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令からモータ電 流を生成するモータ駆動部とで構成されるモータ制御装置において、前記速度指令 とモデルの速度によりモデルトルク指令を生成するモデル制御部と、所定の位置指 令から、前記モータのトルク指令を所定の区間で時間積分したモータトルク指令積分 値と前記モデルトルク指令を所定の区間で時間積分したモデルトルク指令積分値と の比によりイナ一シャを同定するイナーシャ同定部とを備え、対象となる機械の可動 距離の制限、許容速度、許容加速度、動作時間の制約の条件に応じて同定動作時 の指令形状を自動的に生成する指令形状作成部を備えたことを特徴とする。
[0006] また、請求項 1にお!/、て前記位置指令を微分して速度フィードフォワード指令を生 成する速度フィードフォワード指令生成部を設け、前記モデル制御部は、前記速度 フィードフォワード指令と前記モデル速度によりモデルトルク指令を生成することを特 徴とする。
また、請求項 1において前記指令形状作成部は、前記対象となる機械の可動距離 の制限、許容速度、許容加速度と、前記モータの可動距離の制限、許容速度、許容 加速度の各々小さい値を可動距離の制限、許容速度、許容加速度の条件としたこと を特徴とする。
また、請求項 3において前記指令形状作成部は、台形型の速度指令とし加速区間 、一定速度区間、減速区間の比率を固定することで、前記指令形状を一意に算出す ることを特徴とする。
[0007] また、請求項 4にお 、て前記加速区間、一定速度区間、減速区間の比率をそれぞ れ加速区間を 1、一定速度区間を 2、減速区間を 1の比とし、
可動距離の制限値 Pmax、許容速度値 VmaX、許容加速度値 Amax、許容動作時間 Tmaxを設定し、速度指令 Vを（1)式で算出し、
V=4Amax/Tmax · · · (1)
算出した速度指令 Vと前記許容速度 Vmaxを比較し、小さい値を速度指令 Vとし、移 動距離 Pを (2)式で算出し、
P=3V2/Amax · · · (2)
算出された Pを前記 Pmaxと比較し、小さい方を新たな移動距離 Pとするものである。
[0008] また、位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指 令とモータ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令力 モータ 電流を生成するモータ駆動部と、前記速度指令とモデルの速度によりモデルトルク指 令を生成するモデル制御部と、所定の位置指令から、前記モータのトルク指令を所 定の区間で時間積分したモータトルク指令積分値と前記モデルトルク指令を所定の 区間で時間積分したモデルトルク指令積分値との比によりイナ一シャを同定するイナ ーシャ同定部とを備えたモータ制御装置のモータ制御方法において、可動距離の制 限値 Pmax、許容速度値 Vmax、許容加速度値 Amaxを設定するステップ (ステップ 1)と 、設定された許容加減速値 Amaxと動作時間の制限値 Tmaxに基づ ヽて速度指令 Vを 算出するステップ (ステップ 2)と、速度指令 Vと前記許容速度値 Vmaxを比較し小さ 、 方の値を速度指令 Vとするステップ (ステップ 3)と、前記速度指令 Vと許容加速度値 A maxに基づいて移動距離 Pを算出するステップ (ステップ 4)と、算出した前記移動距離 Pと Pmaxを比較し、小さ 、方の値を移動距離 Pとするステップ (ステップ 5)とからなるも のである。
[0009] また、請求項 6において前記速度指令を前記加速区間、一定速度区間、減速区間 の比率をそれぞれ加速区間を 1、一定速度区間を 2、減速区間を 1の比とした台形型 とし、前記速度指令 Vを（1)式で算出し、
V=4Amax/Tmax · · · (1)
算出した速度指令 Vと前記許容速度 Vmaxを比較し、小さい値を速度指令 Vとし、移 動距離 Pを (2)式で算出し、
P=3V2/Amax · · · (2)
算出された移動距離 Pを前記 Pmaxと比較し、小さい方を新たな移動距離 Pとするも のである。
[0010] また、モータ制御装置において、イナーシャ同定用の速度指令形状を自動的に作 成するプログラムであって、可動距離の制限値 Pmax、許容速度値 Vmax、許容加速 度値 Amaxを設定するステップ (ステップ 1)と、設定された許容加減速値 Amaxと動作 時間の制限値 Tmaxに基づ 、て速度指令 Vを算出するステップ (ステップ 2)と、速度指 令 Vと前記許容速度値 Vmaxを比較し小さい方の値を速度指令 Vとするステップ (ステ ップ 3)と、前記速度指令 Vと許容加速度値 Amaxに基づいて移動距離 Pを算出するス テツプ (ステップ 4)と、算出した前記移動距離 Pと Pmaxを比較し、小さい方の値を移動 距離 Pとするステップ (ステップ 5)を記憶したプログラム記憶媒体。
発明の効果 [0011] 本発明によると、本発明のモータ制御装置は、ロボット、数値制御装置などに用い られるサーボモータのイナーシャ (慣性モーメント）の同定の際に熟練者でなくても機 械の可動距離の制限、許容速度、許容加速度、許容動作時間を入力するだけで、 加速度を可能な限り高く保ちながらイナーシャ同定に最適な速度指令形状パターン を自動的に作成することができる。また、機械だけでなくモータ自身の性能に応じて 条件を設定することができ、条件の範囲内でイナーシャ同定を実行することがするこ とがでさる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1]本発明の方法を実施するモータ制御装置の第 1の構成を示すブロック図
[図 2]本発明の方法を実施するモータ制御装置の第 2の構成を示すブロック図
[図 3]従来のモータ制御装置の制御構成を示す図
[図 4]従来の方法の処理手順を示すフローチャート
[図 5]本発明の最適な指令を生成する処理手順を示すフローチャート
[図 6]本発明の速度指令の形状を示す図
符号の説明
[0013] 1, 21 モータ制御部
2、 22 モデル制御部
3 位置制御部
4 速度制御部
5 速度フィードフォワード部
6 位置比例ゲイン
7、 23 速度制御比例ゲイン
8 電流制御部
9 イナーシャ同定部
10、 11、 24 微分器
12、 25、 28 積分器
13、 26 モデル制御部速度制御比例ゲイン
14、 27 モデル制御部のイナ一シャを表す積分器 15 モデル制御部積分器
30 制御対象
40、 41、 42、 43 カロ算器
50 指令形状作成部
60 指令生成部
61 速度指令生成部
62 指令生成部の積分器
101 速度指令
102 許容加速度
103 移動距離
発明を実施するための最良の形態
[0014] 以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。
実施例 1
[0015] 図 1は、本発明の方法を実施するモータ制御装置の第 1の構成を示すブロック図で ある。 1はモータ制御部、 2はモデル制御部である。 3は位置制御部、 4は速度制御部 、 6は位置比例ゲイン、 7は速度制御比例ゲイン、 8は電流制御部、 9はイナ一シャ同 定部、 11は微分器、 12は積分器、 13はモデル制御部の速度制御比例ゲイン、 14は モデル制御部のイナ一シャを表す積分器、 15はモデル制御部の積分器である。 1に より駆動される制御対象 30は、モータおよび負荷を含んでいる。また、 Prefは位置指 令、 Pfbはモータ位置、 Vreflは速度指令、 Vfbはモータ速度、 Trefはトルク指令、 S Trefはトルク指令時間積分値、 Vfb，はモデル速度、 STref'はモデルトルク指令時 間積分値である。
また、モデル制御部 2は、速度制御比例ゲイン 13、イナ一シャを表す積分器 14、積 分器 15、加算器 41から構成されている。
モデル制御部 2は、モータ単体のモデルであり、この場合の速度指令 Vreflに対す る応答を再現する。イナーシャ同定部 9は積分器 12の出力とモデル積分器 15の出 力を比較し、イナ一シャを同定する。
50は指令形状作成部である。指令形状作成部 50は、制御装置へ入力する速度指 令形状を作成する部分であり、その処理フローチャートの一例を図 5に示す。 60は指 令生成部、 61は速度指令生成部、 62は指令生成部の積分器である。
指令形状生成部 50で作成した速度指令形状に基づき，速度指令生成部から速度 指令を出力し、この速度指令を積分器 62で積分することにより、モータ制御部の入 力である位置指令を生成する。
指令形状生成部は、設定された制限の範囲内でイナーシャ同定に最適な速度指 令の形状を決定するため、これに基づき指令生成部 60から出力される指令は、イナ ーシャ同定に最適なものである。
[0016] 図 5は、本発明のモータ制御装置において最適な指令を生成する処理手順を示す フローチャートである。この図を用いて本発明の方法を順を追って説明する。
[0017] はじめにステップ 1で制御対象 30の可動距離の制限 Pmax、許容速度 Vmax、許 容加速度 Amaxの条件を設定する。決定の方法は対象となる機械の制限とモータの 制限の小さい方の値を用いるのが良い。また、使用者が任意に定めても良い。次に ステップ 2で設定された加減速の制限 Amaxとメモリの制約等により決定される動作 時間の制限 Tmaxより、速度指令 Vを算出する。ここで速度形状を図 6に示すような 台形形状とし、区間 区間 2、区間 3の比率を 1 : 2 : 1すると、速度 Vは一意に求める ことができ、次式の様に算出される。
[0018] V=4Amax/Tmax · · · (1)
[0019] ステップ 3では、算出された速度 Vと Vmaxを比較し、小さい値を速度指令 Vとする。
さらにステップ 4では、 Vおよび Amaxに基づき次式の様に移動距離 Pを算出する。
[0020] P=3V2/Amax · · · (2)
[0021] 算出された Pはステップ 5で Pmaxと比較し、小さい方を新たな移動距離 Pとする。最 後に移動距離に応じて次式の様に速度指令 Vを再計算する。
[0022] V=(Amax-P/3)1 2 · · · (3)
[0023] このように指令加速度を許容加速度 Amaxに維持したまま制限内に算出した速度 V、移動距離 Pの速度指令を生成することができる。この速度指令を積分し、位置指 令として、図 1のモータ制御装置に入力することにより、制限範囲内で精度の良いィ ナーシャの同定が可能となる。 図 6は本発明の速度指令の形状を示す図であり、横軸は時間、縦軸は指令速度を 表している。 101は速度指令 V、 102は許容加速度 Amax、 103は移動距離 P (図の 斜線部）、区間 1は加速区間、区間 2は一定速度区間、区間 3は減速区間である。 また、図 5の最適な指令を生成する処理手順を示すフローチャートのステップ 1〜5 をプログラム記憶媒体に記憶したり、インターネットを介してソフトウェア（エンジニアリ ングツール）としてダウンロードすることもできる。このソフトウェアはモータ制御装置に 事前にインストールすることができる。また本ソフトウェアのバージョンアップに応じて プログラム記憶媒体あるいはインターネットを介して最新のソフトウェアをダウンロード することができる。指令作成部 50はモータ制御装置だけでなく汎用のパーソナルコン ピュータゃ上位の制御装置に組み込むこともできる。
実施例 2
[0024] 図 2は本発明の方法を実施するモータ制御装置の第 2の構成を示すブロック図で ある。図 1の構成に、 5の速度フィードフォワード部、 10の微分器をカ卩えることにより、 応答性を高めたモータ制御装置であり、その他の構成は図 1と同じである。
[0025] 図 2の構成においても、実施例 1と同様の処理により、精度の良いイナーシャ同定 が可能である。本発明のモータ制御装置は、ロボット、数値制御装置などに用いられ るサーボモータのイナーシャ (慣性モーメント）の同定の際に熟練者でなくても機械の 可動距離の制限、許容速度、許容加速度、許容動作時間を入力するだけでイナ一 シャ同定に最適な速度指令形状パターンを自動的に作成することができる。
産業上の利用可能性
[0026] 本発明のモータ制御装置は、ロボット、数値制御装置などに用いられるサーボモ ータのイナーシャ (慣性モーメント）の同定の際に熟練者でなくても機械の可動距離 の制限、許容速度、許容加速度、許容動作時間を入力するだけで、イナーシャ同定 に最適な速度指令形状パターンを自動的に作成することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と モータ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令からモータ電 流を生成するモータ駆動部とで構成されるモータ制御装置において、
前記速度指令とモデル速度によりモデルトルク指令を生成するモデル制御部と、 所定の位置指令から、前記モータのトルク指令を所定の区間で時間積分したモータ トルク指令積分値と前記モデルトルク指令を所定の区間で時間積分したモデルトルク 指令積分値との比によりイナ一シャを同定するイナーシャ同定部とを備え、
対象となる機械の可動距離の制限、許容速度、許容加速度、動作時間の制約の条 件に応じて同定動作時の指令形状を自動的に生成する指令形状作成部を備えたこ とを特徴とするモータ制御装置。
[2] 前記位置指令を微分して速度フィードフォワード指令を生成する速度フィードフォヮ ード指令生成部を設け、
前記モデル制御部は、前記速度フィードフォワード指令と前記モデル速度によりモ デルトルク指令を生成することを特徴とする請求項 1記載のモータ制御装置。
[3] 前記指令形状作成部は、前記対象となる機械の可動距離の制限、許容速度、許容 加速度と、前記モータの可動距離の制限、許容速度、許容加速度の各々小さい値を 可動距離の制限、許容速度、許容加速度の条件としたことを特徴とする請求項 1記 載のモータ制御装置。
[4] 前記指令形状作成部は、台形型の速度指令とし、加速区間、一定速度区間、減速 区間の比率を固定することで、前記指令形状を一意に算出することを特徴とする請 求項 3記載のモータ制御装置。
[5] 前記加速区間、一定速度区間、減速区間の比率をそれぞれ加速区間を 1、一定速 度区間を 2、減速区間を 1の比とし、
可動距離の制限値 Pmax、許容速度値 VmaX、許容加速度値 Amax、許容動作時間 Tmaxを設定し、速度指令 Vを（1)式で算出し、
V=4Amax/Tmax · · · (1)
算出した速度指令 Vと前記許容速度 Vmaxを比較し、小さい値を速度指令 Vとし、移 動距離 Pを (2)式で算出し、
P=3V2/Amax · · · (2)
算出された Pを前記 Pmaxと比較し、小さい方を新たな移動距離 Pとするものである 請求項 4記載のモータ制御装置。
[6] 位置指令とモータ位置により速度指令を生成する位置制御部と、前記速度指令と モータ速度によりトルク指令を生成する速度制御部と、前記トルク指令からモータ電 流を生成するモータ駆動部と、前記速度指令とモデル速度によりモデルトルク指令を 生成するモデル制御部と、所定の位置指令から、前記モータのトルク指令を所定の 区間で時間積分したモー外ルク指令積分値と前記モデルトルク指令を所定の区間 で時間積分したモデルトルク指令積分値との比によりイナ一シャを同定するイナーシ ャ同定部とを備えたモータ制御装置のモータ制御方法において、
可動距離の制限値 Pmax、許容速度値 Vmax、許容加速度値 Amaxを設定するステツ プ (ステップ 1)と、
設定された許容加減速値 Amaxと動作時間の制限値 Tmaxに基づ ヽて速度指令 Vを 算出するステップ (ステップ 2)と、
速度指令 Vと前記許容速度値 Vmaxを比較し小さい方の値を速度指令 Vとするステ ップ (ステップ 3)と、
前記速度指令 Vと許容加速度値 Amaxに基づ ヽて移動距離 Pを算出するステップ (ス テツプ 4)と、
算出した前記移動距離 Pと Pmaxを比較し、小さい方の値を移動距離 Pとするステツ プ (ステップ 5)とからなるモータ制御方法。
[7] 前記速度指令を前記加速区間、一定速度区間、減速区間の比率をそれぞれ加速 区間を 1、一定速度区間を 2、減速区間を 1の比とした台形型とし、前記速度指令 Vを (1)式で算出し、
V=4Amax/Tmax · · · (1)
算出した速度指令 Vと前記許容速度 Vmaxを比較し、小さい値を速度指令 Vとし、移 動距離 Pを (2)式で算出し、
P=3V2/Amax · · · (2) 算出された移動距離 Pを前記 Pmaxと比較し、小さい方を新たな移動距離 Pとするも のである請求項 6記載のモータ制御方法。
モータ制御装置において、イナーシャ同定用の速度指令形状を自動的に作成する プログラムであって、
可動距離の制限値 Pmax、許容速度値 Vmax、許容加速度値 Amaxを設定するステツ プ (ステップ 1)と、
設定された許容加減速値 Amaxと動作時間の制限値 Tmaxに基づ ヽて速度指令 Vを 算出するステップ (ステップ 2)と、
速度指令 Vと前記許容速度値 Vmaxを比較し小さい方の値を速度指令 Vとするステ ップ (ステップ 3)と、
前記速度指令 Vと許容加速度値 Amaxに基づ ヽて移動距離 Pを算出するステップ (ス テツプ 4)と、
算出した前記移動距離 Pと Pmaxを比較し、小さい方の値を移動距離 Pとするステツ プ (ステップ 5)を記憶したプログラム記憶媒体。
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