JP2011147201A - Electric motor control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、負荷機械を駆動する電動機の制御装置に関し、詳しくは、位置調節ゲインや速度調節ゲイン等の制御パラメータを最適化するセルフチューニング手段を備えた電動機制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for an electric motor that drives a load machine, and more particularly to an electric motor control device including self-tuning means for optimizing control parameters such as a position adjustment gain and a speed adjustment gain.
この種の従来技術として、マイクロコンピュータにより位置フィードバックループ、速度フィードバックループを構成する電動機の制御装置において、例えば、電動機の速度や位置等の状態量に関する応答波形のオーバーシュート量、立ち上がり時間、振動成分等を観察しながら制御パラメータをセルフチューニングする方法が提案されている。 As a conventional technology of this type, in a motor control device that constitutes a position feedback loop and a speed feedback loop by a microcomputer, for example, an overshoot amount, a rise time, and a vibration component of a response waveform related to a state quantity such as the speed and position of the motor A method of self-tuning control parameters while observing the above has been proposed.
図4は、この種のセルフチューニング方法が適用される従来のサーボモータ制御装置のブロック図であり、特許文献1に記載されているものである。
図4において、100は、マイクロコンピュータにより構成され、かつセルフチューニング手段を含む制御部、114は制御部100のディジタル出力(電流指令値)Irをアナログ信号の電流指令値Isに変換するD/A変換部、118cは電流指令値Isと電流検出値Idとの偏差ΔIを求める減算器、117はパワーアンプ、111は電流検出用の抵抗、110は制御対象である電動機、115は電動機110に取り付けられた位置検出器を示す。
FIG. 4 is a block diagram of a conventional servo motor control device to which this type of self-tuning method is applied, and is described in Patent Document 1. In FIG.
4, 100 converts a microcomputer, and control unit comprising self-tuning means, 114 digital outputs of the control unit 100 (current command value) I r the current command value I s of the analog signals D / a converter, 118c subtracter for obtaining the difference ΔI between the current command value I s and the current detection value I d, the
また、制御部100において、116は位置指令値Lsを出力する指令発生部、118aは位置指令値Lsと位置検出値Ldとの偏差ΔLを求める減算器、119は偏差ΔLをゼロにするような速度指令値Vrを演算する位置制御部、118bは速度指令値Vrと速度検出値Vdとの偏差ΔVを求める減算器、112は偏差ΔVをゼロにするような電流指令値Irを演算する速度制御部、120は位置検出器115の出力から位置検出値Ldを演算する位置カウンタ、121は同じく速度検出値Vdを演算する速度演算部、122は位置制御部119及び速度制御部112に対して位置応答や速度応答の立ち上がり時間やオーバーシュート量等の制御パラメータの変更指示信号を出力するパラメータ変更判定部である。
In the
上記構成では、電動機110の位置フィードバックループの内側に速度フィードバックループが設けられ、更にその内側に、電動機110の電流(トルク)フィードバックループが設けられており、電動機110の電流検出値Idを電流指令値Isに一致させると共に速度検出値Vdを速度指令値Vrに一致させ、最終的には、電動機110の位置検出値Ldを位置指令値Lsに一致させるような制御が行われる。
In the above configuration, speed feedback loop is provided inside the position feedback loop of the
ここで、パラメータ変更判定部122では、指令発生部116からセルフチューニングモードである旨の指示信号が入力されると、速度制御部112及び位置制御部119のゲインを徐々に上げていく。そして、位置検出値Ldの周波数成分から発振状態になったことを検出すると、発振周波数と速度制御部112及び位置制御部119のゲインとを用いて制御対象ゲインを演算し、速度制御部112の演算を比例制御から比例積分制御に変更して前記各ゲインを再び増加させる。その後、発振状態になったことを再び検出すると、この発振現象が収まるまで前記各ゲインを徐々に下げていく。
このような動作により、速度応答や位置応答の立ち上がり時間やオーバーシュート量が所定範囲に収まった時点や発振現象が収まった時点の各ゲインを最適値に調整することができ、その後にセルフチューニングモード終了信号を指令発生部116に送るものである。
Here, the parameter
With this operation, each gain when the speed response and position response rise time and overshoot amount fall within the specified range and when the oscillation phenomenon falls can be adjusted to the optimum value, and then the self-tuning mode An end signal is sent to the
上記従来技術では、電動機110を駆動している状態で、パラメータ変更判定部122が、位置制御部119及び速度制御部112のゲイン等の制御パラメータに関して、電動機110の位置指令値Lsに基づいてセルフチューニング操作を行っており、応答波形のオーバーシュート量や立ち上がり時間、意図的に発振させた発振周波数等を計測することにより制御パラメータを最適値に調整している。
しかしながら、このセルフチューニング手段では、チューニング時において指令発生部116から出力される位置指令値Lsのパターン(指令パターン)が、例えば電動機110を一定速度で往復運動させるように固定されたパターンとなっている。このため、実操業にて指令パターンが変化する場合や負荷の変動が起きた場合等には、制御パラメータを最適値に調整することができないおそれがあった。
In the above-described conventional technology, the parameter
However, in this self-tuning means, the pattern (command pattern) of the position command value L s output from the
そこで、本発明の解決課題は、実操業時に指令パターンが変化したり負荷変動が生じた場合にも、制御パラメータを常に最適値に調整可能として安定した制御応答が得られるようにした電動機制御装置を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a motor control device that can stably adjust the control parameter to an optimum value and obtain a stable control response even when a command pattern changes or a load fluctuation occurs during actual operation. Is to provide.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、電動機の状態量に関する指令パターンを出力する指令生成手段と、前記状態量をフィードバックして前記指令パターンに追従させるように制御する調節手段と、前記状態量に基づいて前記調節手段における制御パラメータを変更するパラメータ操作手段と、を備え、前記電動機により負荷機械を駆動しながら前記パラメータ操作手段により前記制御パラメータを最適値に調整する電動機制御装置において、前記負荷機械の状態に応じて前記指令パターンを変化させるものである。 In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is directed to a command generation unit that outputs a command pattern related to a state quantity of an electric motor, and an adjustment unit that controls the state quantity to be fed back to follow the command pattern. An electric motor control device that adjusts the control parameter to an optimum value by the parameter operating means while driving a load machine by the electric motor. The command pattern is changed according to the state of the load machine.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載した電動機制御装置において、前記指令パターンにおける加減速成分を段階的に変化させるものである。
The invention according to
請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載した電動機制御装置において、前記指令パターンを段階的に変化させてチューニングした制御パラメータの中で、前記指令パターンに対して所望の追従性が得られ、かつ、最も制御応答が低くなる制御パラメータを最適値として選択するものである。 According to a third aspect of the present invention, in the electric motor control device according to the first or second aspect, a desired follow-up to the command pattern is performed in the control parameters tuned by changing the command pattern stepwise. The control parameter that provides the best response and the lowest control response is selected as the optimum value.
本発明によれば、指令パターンの加速度成分等を変化させて位置調節ゲイン、速度調節ゲイン等の制御パラメータをチューニングし、安定した制御応答が得られるような制御パラメータを最適値として選択することにより、実操業時に指令パターンの加減速成分が変化したり負荷変動が生じた場合にも、制御ループが不安定とならずロバスト性の高い制御応答を実現することができる。 According to the present invention, the control parameters such as the position adjustment gain and the speed adjustment gain are tuned by changing the acceleration component and the like of the command pattern, and a control parameter that provides a stable control response is selected as an optimum value. Even when the acceleration / deceleration component of the command pattern changes or the load fluctuates during actual operation, the control loop does not become unstable and a highly robust control response can be realized.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1は、この発明の実施形態に係る電動機制御装置1の内部構成を示すブロック図であり、この制御装置1により電動機・負荷機械(電動機とその負荷機械を一つのブロックに纏めて示してある)7を所定のトルクで駆動するように構成されている。
電動機制御装置1は、入出力部2、セルフチューニング部3、自動運転指令生成部4、位置・速度調節部5、駆動装置部6から構成され、上記セルフチューニング部3は、インターフェイス部31、調整シーケンス部32、制御パラメータ操作部33、発振検出部34から構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of an electric motor control apparatus 1 according to an embodiment of the present invention. The electric motor / load machine (the electric motor and its load machine are grouped into one block by the control apparatus 1. ) 7 is driven with a predetermined torque.
The motor control device 1 includes an input /
次に、この実施形態の動作を各部の機能と共に説明する。なお、ここでは、電動機により負荷機械を往復運動させる場合について述べる。
まず、入出力部2から、電動機・負荷機械7を制御するための移動距離、移動速度、及び、これらの制御動作を行うための起動信号等が指令として入力されると、この指令はインターフェイス部31に送られ、更に、前記移動距離及び移動速度は設定値として調整シーケンス部32に送られる。
Next, the operation of this embodiment will be described together with the function of each part. Here, a case where the load machine is reciprocated by an electric motor will be described.
First, when a movement distance, a movement speed, and a start signal for performing these control operations are input as commands from the input /
調整シーケンス部32では、入力された移動距離及び移動速度に基づいて電動機に対する加減速パターンを作成し、自動運転指令生成部4に出力する。自動運転指令生成部4では、上記加減速パターンに基づいて位置指令を含む指令パターンを作成し、この指令パターンを位置・速度調節部5に出力する。
位置・速度調節部5では、後述のチューニング作業により調整された位置調節ゲイン及び速度調節ゲインのもとで、前記指令パターンとフィードバックされた状態量(位置・速度検出値)とを用いて位置・速度調節演算を行い、その演算結果に基づいたトルク指令を生成して駆動装置部6に出力する。駆動装置部6は、前記トルク指令に対応する電動機への印加電圧、電流を内部の電力変換器により生成し、電動機・負荷機械7を所定トルクで可変速駆動することにより、負荷機械の往復運動を制御する。
The
The position /
次に、本実施形態におけるチューニング動作について説明する。
入出力部2からインターフェイス部31に送られた起動信号によってセルフチューニングの設定操作が指示されると、調整シーケンス部32は、後述するチューニング則に応じた加減速パターンのパラメータを自動運転指令生成部4に送信し、自動運転指令生成部4では、往復運動を行わせるための位置指令を生成し、指令パターンを出力する。位置・速度調節部5では、前述したように指令パターンに基づいて位置・速度調節演算を行い、駆動装置部6を介して電動機を可変速駆動することにより、負荷機械の往復運動が開始される。
Next, the tuning operation in this embodiment will be described.
When a setting operation for self-tuning is instructed by a start signal sent from the input /
このとき、調整シーケンス部32からの有効信号(セルフチューニング操作が有効であることを示す信号)を受信した制御パラメータ操作部33では、調整シーケンス部32により予め設定された位置・速度調節部5の位置・速度調節ゲイン等の制御パラメータを、前記往復運動が終了する都度、徐々に増加させる等の操作を行う。また、位置・速度調節部5からのトルク指令が入力されている発振検出部34は、例えば、ハイパスフィルタ、絶対値回路、ローパスフィルタ、比較回路等によって構成されており、前記ゲインの増加に伴うトルク指令の発振周波数(発振状態)を監視し、出力する。
At this time, in the control
制御パラメータ操作部33は、入力された発振周波数からトルク指令の発振状態を検出すると、位置・速度調節ゲインを減少させるように位置・速度調節部5に対して操作を行うと共に、以後は減少させたゲインを保持するように位置・速度調節部5に指令する。なお、前記ゲインの減少、増加を複数回行ってリトライするようにすれば、ゲイン調整時の再現性を改善することができる。
When the control
ここで、図4に示した従来技術では、操業用の指令パターンを固定しており、例えば、位置指令値に基づいて電動機110を一定速度で往復運動させるように制御している。これに対し、本実施形態ではチューニング結果の制御パラメータをメモリに保持して、事前に入出力部2から指定された変化分だけ、負荷機械の状態に応じて指令パターンの加減速成分を変化させ、同じようにチューニング操作を繰り返し実施する。この作用を、図2,図3を参照しつつ以下に説明する。
Here, in the prior art shown in FIG. 4, the operation command pattern is fixed, and for example, the
すなわち、図2に示すように、まず、入出力部2からユーザが指定した設定加速度に基づく指令パターン(図3における実線のパターン)のもとでチューニング操作を実行し、その際の位置・速度調節ゲイン等の制御パラメータをメモリに記憶する(図2のステップS1)。
次に、負荷機械の状態に応じて、入出力部2からユーザが指定した変化分だけ設定加速度を増加させた指令パターン(図3では、例として設定加速度の1.2倍とした破線のパターン)を調整シーケンス部32及び自動運転指令生成部4を介して位置・速度調節部5に入力すると共に、その指令パターンのもとでチューニング操作を実行し、その際の制御パラメータをメモリに記憶する(図2のステップS2)。更に、同様にしてユーザが指定した変化分だけ設定加速度を減少させた指令パターン(図3では、例として設定加速度の0.8倍とした一点鎖線のパターン)を調整シーケンス部32及び自動運転指令生成部4を介して位置・速度調節部5に入力すると共に、その指令パターンのもとでチューニング操作を実行し、その際の制御パラメータをメモリに記憶する(図2のステップS3)。
That is, as shown in FIG. 2, first, a tuning operation is performed under a command pattern (solid line pattern in FIG. 3) based on a set acceleration designated by the user from the input /
Next, a command pattern in which the set acceleration is increased by a change designated by the user from the input /
最後に、各チューニング操作にてメモリに記憶した制御パラメータのうち、指令パターンに対して所望の追従性が得られ、かつ、最も制御応答が低くなる(すなわち、ゲインが小さく、制御対象の変動に対してロバストである)ような制御パラメータを最適値として選択し(図2のステップS4)、位置・速度調節部5におけるゲインのセルフチューニング操作を完了する。
Finally, among the control parameters stored in the memory in each tuning operation, desired followability can be obtained with respect to the command pattern, and the control response is the lowest (that is, the gain is small and the control target varies). On the other hand, a control parameter that is robust to the control unit is selected as an optimal value (step S4 in FIG. 2), and the self-tuning operation of the gain in the position /
上記のように、この実施形態によれば、段階的に変化させた指令パターンのもとで位置調節ゲインや速度調節ゲイン等の制御パラメータを最適値にチューニングしているので、実操業時に指令パターンの加減速成分が変化したり負荷変動が生じた場合にも、制御ループが不安定とならずロバスト性の高い制御応答を得ることができる。 As described above, according to this embodiment, the control parameters such as the position adjustment gain and the speed adjustment gain are tuned to the optimum values based on the command pattern that is changed stepwise. Even when the acceleration / deceleration component changes or a load fluctuation occurs, the control loop does not become unstable and a highly robust control response can be obtained.
なお、本実施形態では、図3に示すように直線状に変化する指令パターン(加減速パターン)について説明したが、例えば曲線(S字など)で加速するパターンとしてもよく、更に、加速時と減速時とが非対象のパターンであってもよい。
また、本実施形態では、制御パラメータをゲイン要素として説明したが、ノッチフィルタなどの閉ループの周波数特性を局所的に操作する制御器を含んだ構成とし、フィルタ及びゲインの制御パラメータをチューニングしてもよい。
In the present embodiment, the command pattern (acceleration / deceleration pattern) that changes linearly as shown in FIG. 3 has been described. However, for example, a pattern that accelerates with a curve (such as an S-shape) may be used. An untargeted pattern may be used when decelerating.
In the present embodiment, the control parameter is described as a gain element. However, the controller includes a controller that locally operates the frequency characteristics of the closed loop, such as a notch filter, and the filter and gain control parameters can be tuned. Good.
1:電動機制御装置
2:入出力部
3:セルフチューニング部
31:インターフェイス部
32:調整シーケンス部
33:制御パラメータ操作部
34:発振検出部
4:自動運転指令生成部
5:位置・速度調節部
6:駆動装置部
7:電動機・負荷機械
1: Motor controller 2: Input / output unit 3: Self-tuning unit 31: Interface unit 32: Adjustment sequence unit 33: Control parameter operation unit 34: Oscillation detection unit 4: Automatic operation command generation unit 5: Position / speed adjustment unit 6 : Drive unit 7: Electric motor / load machine
Claims (3)
前記負荷機械の状態に応じて前記指令パターンを変化させることを特徴とする電動機制御装置。 Command generation means for outputting a command pattern relating to the state quantity of the motor, adjustment means for controlling the feedback of the state quantity so as to follow the command pattern, and changing control parameters in the adjustment means based on the state quantity An electric motor control device that adjusts the control parameter to an optimum value by the parameter operating means while driving a load machine by the electric motor,
An electric motor control device that changes the command pattern according to a state of the load machine.
前記指令パターンにおける加減速成分を段階的に変化させることを特徴とする電動機制御装置。 In the motor control device according to claim 1,
An electric motor control device characterized in that an acceleration / deceleration component in the command pattern is changed stepwise.
前記指令パターンを段階的に変化させてチューニングした制御パラメータの中で、前記指令パターンに対して所望の追従性が得られ、かつ、最も制御応答が低くなる制御パラメータを最適値として選択することを特徴とする電動機制御装置。
In the electric motor control device according to claim 1 or 2,
Among the control parameters tuned by changing the command pattern stepwise, a control parameter that achieves desired followability with respect to the command pattern and has the lowest control response is selected as an optimum value. An electric motor control device.
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2010
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