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JP7532207B2 - MOTOR CONTROL DEVICE AND MOTOR CONTROL METHOD - Google Patents

MOTOR CONTROL DEVICE AND MOTOR CONTROL METHOD Download PDF

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JP7532207B2
JP7532207B2 JP2020179897A JP2020179897A JP7532207B2 JP 7532207 B2 JP7532207 B2 JP 7532207B2 JP 2020179897 A JP2020179897 A JP 2020179897A JP 2020179897 A JP2020179897 A JP 2020179897A JP 7532207 B2 JP7532207 B2 JP 7532207B2
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  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Description

本発明は、トルク指令と速度制限指令に基づいてモータ速度を制限しながらモータのトルクを制御するモータ制御装置及び制御方法に関するものである。 The present invention relates to a motor control device and control method that controls the torque of a motor while limiting the motor speed based on a torque command and a speed limit command.

紙やフィルムなどの製造では、しわやたるみなどを防止して品質を向上させるために、張力制御装置を用いて製造を行っている。このような張力制御装置の巻出し用モータの制御では、巻径に応じた一定のトルクで巻出し用モータを駆動して、張力を一定に保っている。 In the manufacture of paper, film, etc., tension control devices are used to prevent wrinkles, sagging, etc. and improve quality. In controlling the unwinding motor with such tension control devices, the unwinding motor is driven with a constant torque according to the reel diameter to keep the tension constant.

そして、被加工物が切断した場合の、巻出し用モータの速度上昇を抑制するため、速度制限機能を備えたトルク制御を実施している。また、スポット溶接用サーボガンの場合、溶接ガンの電極部の溶接チップでワークを挟んでモータのトルクを制御して加圧し、電極チップ間を通電しワークを溶着させている。 In addition, torque control with a speed limiting function is implemented to prevent the speed of the unwinding motor from increasing if the workpiece is cut. In the case of a spot welding servo gun, the workpiece is clamped with the welding tip of the electrode part of the welding gun, and pressure is applied by controlling the torque of the motor, and electricity is passed between the electrode tips to weld the workpiece.

このような溶接ガンでも、位置制御や速度制御で加圧対象に接触する手前まで移動し、トルク制御に切替えた時に過大な速度が発生して加圧対象に衝突することがないように、速度制限機能を備えたトルク制御を実施している。 Even with this type of welding gun, position control and speed control are used to move the gun to the point just before it comes into contact with the object to be pressed, and torque control with a speed limiting function is implemented to prevent excessive speeds from occurring and causing it to collide with the object to be pressed when switching to torque control.

こういった速度制限機能を備えたトルク制御を実施した例として特許文献1がある。 Patent Document 1 is an example of torque control with a speed limiting function.

特許文献1では、外部からの入力に基づいてモータの制御をするモータ制御装置であって、印加電圧に基づいて回転するモータと、モータの磁極位置を検出する磁極位置センサと、磁極位置センサが出力する位置信号に基づいてモータの回転速度を演算する速度演算部と、外部からの入力をトルク電流指令へと変換する変換部と、モータの制限回転速度と速度演算部が演算したモータの回転速度とに基づいてトルク電流指令を補正するトルク電流補正部と、補正されたトルク電流指令を用いて電圧指令を演算するベクトル演算部と、電圧指令に基づいてモータへの印加電圧を作成する印加電圧作成部と、を有するモータ制御装置が記載されている。 Patent document 1 describes a motor control device that controls a motor based on an external input, and includes a motor that rotates based on an applied voltage, a magnetic pole position sensor that detects the magnetic pole position of the motor, a speed calculation unit that calculates the rotational speed of the motor based on a position signal output by the magnetic pole position sensor, a conversion unit that converts the external input into a torque current command, a torque current correction unit that corrects the torque current command based on the motor's limited rotational speed and the motor rotational speed calculated by the speed calculation unit, a vector calculation unit that calculates a voltage command using the corrected torque current command, and an applied voltage creation unit that creates a voltage to be applied to the motor based on the voltage command.

しかし、このようなトルク指令をトルク電流補正部の出力で補正する方式では、速度制限時にトルク指令を打ち消すトルク電流補正を出力する必要があり、トルク指令が大きな場合、打消し信号も大きくなり、応答が遅く、速度のオーバーシュートが大きいといった問題や、速度制限付近で動作させた時に、速度制限制御のオンオフが行われ、大きなオーバーシュートが繰り返されるため挙動が不安定になるという問題や、一つの速度制限指令しか入力できないため、トルク指令の方向にしか速度を制限できないといった問題や、トルク指令が0の時は方向が定まらないので速度を制限することができないといった問題があった。 However, in a method of correcting such a torque command with the output of a torque current correction unit, it is necessary to output a torque current correction that cancels out the torque command when the speed is limited. When the torque command is large, the canceling signal also becomes large, resulting in problems such as slow response and large speed overshoot. When operating near the speed limit, the speed limit control is turned on and off, causing repeated large overshoots and making the behavior unstable. Also, since only one speed limit command can be input, the speed can only be limited in the direction of the torque command. When the torque command is 0, the direction is not determined and so the speed cannot be limited.

前記のようなトルク指令の方向にしか速度を制限できないといった問題や、トルク指令が0の時は方向が定まらないので速度を制限することができないといった問題を解消した例として特許文献2がある。 Patent Document 2 is an example of a solution to the problem of only being able to limit the speed in the direction of the torque command, as described above, and the problem of not being able to limit the speed when the torque command is 0 because the direction is not determined.

特許文献2では、駆動対象を駆動するモータを制御して駆動対象を目標トルクに対応する圧力で加圧対象に押し付けるモータ制御装置であって、モータの速度検出値に基づいてモータに対するトルク指令およびトルク指令を補償するための回帰トルクを算出する速度制御器と、目標トルクと速度制御器が算出した回帰トルクとの偏差に応じた第1速度指令を算出する回帰トルク制御器とを備え、回帰トルク制御器は、算出した第1速度指令を駆動対象と加圧対象との接触速度に基づいて定められる所望の速度制限値で制限して出力し、速度制御器は、回帰トルク制御器が出力した第1速度指令に速度検出値が追従するようにトルク指令を算出することを特徴とするモータ制御装置が記載されている。 Patent document 2 describes a motor control device that controls a motor that drives a driven object to press the driven object against a pressurized object with a pressure corresponding to a target torque, and includes a speed controller that calculates a torque command for the motor and a regression torque for compensating for the torque command based on a speed detection value of the motor, and a regression torque controller that calculates a first speed command according to the deviation between the target torque and the regression torque calculated by the speed controller, the regression torque controller limits the calculated first speed command to a desired speed limit value determined based on the contact speed between the driven object and the pressurized object, and outputs the calculated first speed command, and the speed controller calculates a torque command so that the speed detection value follows the first speed command output by the regression torque controller.

特許文献2の手法では、速度制限値をモータの正回転側と逆回転側の両方とも設定でき、トルク指令の極性とは関係なく速度を制限することができるため、トルク指令の方向にしか速度を制限できないといった問題や、トルク指令が0の時は方向が定まらないので速度を制限することができないといった問題は解消される。しかし、このようなトルク指令を回帰トルクと比較して回帰トルク制御器で速度指令を算出してモータに対するトルク指令(モータトルク指令)を補償する方式では、回帰トルク制御器のゲインをかなり高くしないと、トルク指令通りのモータトルク指令が生成されない。 In the method of Patent Document 2, the speed limit value can be set for both the forward and reverse rotation sides of the motor, and the speed can be limited regardless of the polarity of the torque command, eliminating problems such as only being able to limit the speed in the direction of the torque command, and not being able to limit the speed when the torque command is 0 because the direction is not determined. However, in a method in which such a torque command is compared with the regression torque to calculate a speed command using a regression torque controller to compensate for the torque command for the motor (motor torque command), the gain of the regression torque controller must be made quite high in order to generate a motor torque command that matches the torque command.

しかし、回帰トルク制御ループは、比例積分制御器で構成される速度制御器と、同じく比例積分制御器で構成される回帰トルク制御器の2つの制御器で構成され、積分要素が2重に入るため制御系が不安定になり易く、制御ゲインを上げると回帰トルクに振動が生じてくる。回帰トルクに振動が生ずると、モータトルク指令にも振動が生じてくる。このため、ゲインを高くして使用することができず、トルク指令より少し小さなモータトルクしか出力できないという問題があった。 However, the regression torque control loop is composed of two controllers: a speed controller composed of a proportional-integral controller, and a regression torque controller also composed of a proportional-integral controller. Since there are two integral elements, the control system is prone to become unstable, and increasing the control gain causes the regression torque to oscillate. When oscillations occur in the regression torque, oscillations also occur in the motor torque command. For this reason, it is not possible to use a high gain, and there is the problem that only a motor torque slightly smaller than the torque command can be output.

特に回帰トルク制御器の比例ゲインを上げると振動しやすく、比例ゲインを上げて使用することができないため、制御パラメータによっては、速度制限状態からの復帰が適切に動作しない場合があり、調整が大変で、安定に動作するパラメータ範囲が狭いという問題があった。 In particular, increasing the proportional gain of the regression torque controller makes it prone to vibration, and since it is not possible to use it with the proportional gain increased, depending on the control parameters, recovery from the speed limit state may not work properly, making adjustments difficult and causing problems with the narrow range of parameters for stable operation.

また、速度制御器の積分器は、回帰トルク制御器の積分器としても動作するため、トルク指令が急変した場合は、速度制御器の積分器も動作してしまい、この結果、速度のオーバーシュートが大きいといった問題や、速度制限付近で動作させた時に、速度制限制御のオンオフが行われ、大きなオーバーシュートが繰り返されるため、挙動が不安定になるという問題があった。 In addition, because the integrator of the speed controller also functions as an integrator for the regression torque controller, if the torque command suddenly changes, the integrator of the speed controller also operates, resulting in problems such as large speed overshoots, and when operating near the speed limit, the speed limit control is turned on and off, causing repeated large overshoots and resulting in unstable behavior.

特開2003-33068号公報JP 2003-33068 A 国際公開2011/145366号International Publication No. 2011/145366

本発明は、前記問題点を解消するためになされたものであり、その目的は、制御パラメータの調整が容易で、トルク指令の極性やモータの回転方向によらずトルク制御中の速度を制限でき、速度制限時のオーバーシュートが小さく、速度制限にかからない場合にトルク指令通りのモータトルクを出力できるモータの制御装置及びモータの制御方法を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a motor control device and a motor control method that can easily adjust control parameters, limit the speed during torque control regardless of the polarity of the torque command or the direction of motor rotation, reduce overshoot when the speed is limited, and output motor torque according to the torque command when the speed limit is not reached.

本発明は、次のとおりの、モータ制御装置である。 The present invention is a motor control device as follows:

トルク指令と速度制限指令に基づいて速度を制限しながらモータのトルクを制御するモータ制御装置であって、
前記モータ制御装置は、
前記モータの速度を検出する速度検出部と、
前記トルク指令に基づいてトルク指令に基づく速度指令を算出し、前記トルク指令に基づく速度指令に制限を加えたモータ速度指令を出力する速度制限部を有し、
前記速度制限部は、前記トルク指令から前記トルク指令に基づく速度指令を算出する速度指令算出部と、前記トルク指令に基づく速度指令に前記速度制限指令に基づく速度制限を加えて前記モータ速度指令を出力する速度制限器と、を備え、
前記トルク指令に基づく速度指令算出部は、前記トルク指令に基づき速度偏差を算出する速度偏差算出器と、前記速度偏差に前記速度を加算して前記トルク指令に基づく速度指令を出力する加算器と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
A motor control device that controls a torque of a motor while limiting a speed based on a torque command and a speed limit command,
The motor control device includes:
a speed detection unit for detecting a speed of the motor;
a speed limiting unit that calculates a speed command based on the torque command based on the torque command, and outputs a motor speed command that is limited by the speed command based on the torque command;
the speed limiting unit includes a speed command calculation unit that calculates a speed command based on the torque command from the torque command, and a speed limiter that adds a speed limit based on the speed limit command to the speed command based on the torque command and outputs the motor speed command,
The torque command-based speed command calculation unit includes a speed deviation calculator that calculates a speed deviation based on the torque command, and an adder that adds the speed deviation to the speed and outputs a speed command based on the torque command.
A motor control device comprising:

また、本発明は、次のとおりの、モータ制御方法でもある。 The present invention also relates to a motor control method as follows:

トルク指令と速度制限指令に基づいて速度を制限しながらモータのトルクを制御するモータ制御方法であって、
前記トルク指令に基づき速度偏差を算出し、
前記速度偏差に前記モータの前記速度を加算することによってトルク指令に基づく速度指令を出力し、
前記トルク指令に基づく速度指令に前記速度制限指令に基づく速度制限を加えてモータ速度指令を出力する、
ことを特徴とするモータ制御方法。
A motor control method for controlling a torque of a motor while limiting a speed based on a torque command and a speed limit command, comprising:
Calculating a speed deviation based on the torque command;
outputting a speed command based on a torque command by adding the speed deviation to the speed of the motor;
a speed limit based on the speed limit command is added to a speed command based on the torque command to output a motor speed command;
A motor control method comprising:

このような本発明のモータ制御装置及びモータ制御方法の実施の態様は、特許請求の範囲の従属項に示すように種々の態様において実施することができ、それらやその他の詳細及び利点については、後述の発明を実施するための形態の項において詳細に説明する。 The motor control device and motor control method of the present invention can be implemented in various ways as shown in the dependent claims of the patent, and these and other details and advantages are described in detail in the detailed description of the embodiment of the invention below.

前記構成により、本発明では、速度制御ループでのモータ速度指令からモータトルク指令を算出する計算の逆算を行う方法で、トルク指令を基に、トルク指令に基づく速度指令を算出し、速度制限を行ってモータ速度指令を求め、モータ速度指令に基づきモータを速度制御するという簡単な構成でトルク制御中の速度制限を実現している。このため、特別なパラメータの調整が不要で、トルク指令の極性やモータの回転方向によらず速度を制限でき、速度制限時のオーバーシュートが小さく、速度制限にかからない場合は、トルク指令通りのモータトルクを出力できるモータの制御装置を実現することができる。 With the above configuration, the present invention realizes speed limiting during torque control with a simple configuration in which a speed command based on a torque command is calculated based on the torque command using a method of performing reverse calculations to calculate a motor torque command from a motor speed command in a speed control loop, speed limiting is performed to obtain a motor speed command, and the motor speed is controlled based on the motor speed command. Therefore, it is possible to realize a motor control device that does not require special parameter adjustment, can limit the speed regardless of the polarity of the torque command or the rotation direction of the motor, has a small overshoot during speed limiting, and can output motor torque according to the torque command when the speed limit is not reached.

図1は、モータ制御装置及び方法の一態様を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating one aspect of a motor control device and method. 図2は、モータ制御装置及び方法の別の態様を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating another aspect of a motor controller and method. 図3は、モータ制御装置及び方法の一態様(速度比例制御)の速度変化シミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the results of a speed change simulation for one embodiment (speed proportional control) of a motor control device and method. 図4は、モータ制御及びその方法の別の態様(速度比例積分制御)の速度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing simulation results of speed change for another embodiment of the motor control and method (speed proportional-integral control). 図5は、トルク指令を補正する方式の動作例の速度変化のシミュレーション結果を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing a simulation result of a speed change in an example of operation of a method for correcting a torque command.

以下に、本発明に係るモータ制御装置及び方法の実施の態様を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の態様の説明如何により本発明の範囲が限定されるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の技術的範囲に属する限り、如何なる態様であっても本発明の範囲に含まれるものである。 Below, the embodiments of the motor control device and method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the scope of the present invention is not limited by the description of the embodiments, and any embodiment is included in the scope of the present invention as long as it falls within the technical scope of the invention according to each claim of the claims.

図1に、モータ制御装置及び方法の一態様を示す。 FIG. 1 shows one embodiment of a motor control device and method.

本発明のモータMのモータトルクTを制御するモータ制御装置Aは、概略、モータ速度Sを求めるためのエンコーダEN、微分器Dif、速度偏差算出器1、加算器2、減算器3、速度制限器4、速度制御器5、モータトルク制御器6などから構成されている。 The motor control device A of the present invention, which controls the motor torque T of the motor M, is roughly composed of an encoder EN for determining the motor speed S, a differentiator Dif, a speed deviation calculator 1, an adder 2, a subtractor 3, a speed limiter 4, a speed controller 5, and a motor torque controller 6.

ここで、モータ速度Sを求めるためのエンコーダENと微分器Difは、両者でモータ速度Sを検出する速度検出部Bを構成している。なお、速度検出部Bの構成要素は、エンコーダENと微分器Difからなるものだけではなく、速度を検出できればどのようなものであっても良い。 Here, the encoder EN and the differentiator Dif for determining the motor speed S together constitute the speed detection unit B that detects the motor speed S. Note that the components of the speed detection unit B are not limited to the encoder EN and the differentiator Dif, and may be any components that can detect the speed.

また、速度偏差算出器1と加算器2は、トルク指令に基づく速度指令算出部Cを、かかるトルク指令に基づく速度指令算出部Cと速度制限器4は、速度制限部Dを構成している。 The speed deviation calculator 1 and the adder 2 constitute a speed command calculation unit C based on a torque command, and the speed command calculation unit C based on the torque command and the speed limiter 4 constitute a speed limiting unit D.

このように構成されるモータ制御装置Aには、モータMのモータトルクTを制御するためのトルク指令Tcと、モータMのモータ速度Sを制限するための速度制限指令Sucが、外部から与えられ、所望のトルクと一定の速度制限の下でモータMの運転が行われる。 The motor control device A configured in this manner is externally provided with a torque command Tc for controlling the motor torque T of the motor M and a speed limit command Suc for limiting the motor speed S of the motor M, and the motor M is operated under the desired torque and a certain speed limit.

外部から与えられた所望のトルク指令Tcは、速度偏差算出器1に入力され、トルク指令Tcに基づく速度偏差Sd1を算出して出力する。 The desired torque command Tc given from outside is input to the speed deviation calculator 1, which calculates and outputs the speed deviation Sd1 based on the torque command Tc.

トルク指令Tcに基づく速度偏差Sd1には、速度検出部Bから出力されたモータ速度Sが加算器2において加算され、トルク指令に基づく速度指令Scを出力する。このトルク指令に基づく速度指令Scは、速度制限器4に入力され、そこで外部から与えられた所望の速度制限指令Sucに基づいて速度制限が行われて、モータ速度指令Smcを算出する。このモータ速度指令Smcに基づき、モータMを速度制御することとなる。 The motor speed S output from the speed detection unit B is added to the speed deviation Sd1 based on the torque command Tc in the adder 2, and a speed command Sc based on the torque command is output. This speed command Sc based on the torque command is input to the speed limiter 4, which performs speed limiting based on a desired speed limit command Suc given from the outside, and calculates the motor speed command Smc. The speed of the motor M is controlled based on this motor speed command Smc.

具体的には、モータMに付けられているエンコーダENの発する位置信号を微分器Difで微分してモータ速度Sが求められる。モータ速度指令Smcとモータ速度Sを減算器3において減算出力した速度偏差Sd2信号を、速度制御器5に入力し、速度制御器5はモータトルク指令Tmcを算出する。モータトルク指令Tmcに基づき、モータトルク制御器6によりモータトルク指令TmcどおりのモータトルクTがモータMから出力される。モータMから出力されたモータトルクTにより回転した位置はエンコーダENで検出され、モータ速度指令Smcと一致するように速度制御ループが構成されている。 Specifically, the motor speed S is obtained by differentiating the position signal generated by the encoder EN attached to the motor M with a differentiator Dif. A speed deviation Sd2 signal obtained by subtracting the motor speed command Smc and the motor speed S in a subtractor 3 is input to a speed controller 5, which calculates a motor torque command Tmc. Based on the motor torque command Tmc, a motor torque T according to the motor torque command Tmc is output from the motor M by the motor torque controller 6. The position rotated by the motor torque T output from the motor M is detected by the encoder EN, and a speed control loop is configured so that it matches the motor speed command Smc.

速度制御器5を比例制御器で構成し、そのゲインをGとしたとき、速度制御ループの演算は、次式(1)、(2)に基づいて行われる。 When the speed controller 5 is configured as a proportional controller with a gain of G, the calculation of the speed control loop is performed based on the following equations (1) and (2).

モータ速度指令Smc-モータ速度S=速度偏差Sd2 ・・・(1)
速度偏差Sd2×比例制御器のゲインG=モータトルク指令Tmc ・・・(2)
Motor speed command Smc−motor speed S=speed deviation Sd2 (1)
Speed deviation Sd2 × proportional controller gain G = motor torque command Tmc (2)

両式より、モータトルク指令Tmcからモータ速度指令Smcを次のように逆算して求めることができる。 From these two equations, the motor speed command Smc can be calculated backwards from the motor torque command Tmc as follows:

速度偏差Sd2=モータトルク指令Tmc/比例制御器のゲインG ・・・(3)
モータ速度指令Smc=速度偏差Sd2+モータ速度S ・・・(4)
Speed deviation Sd2=motor torque command Tmc/gain G of proportional controller (3)
Motor speed command Smc=speed deviation Sd2+motor speed S (4)

本発明では、外部から与えられるトルク指令Tcに対して、上式(3)、(4)の関係を用いて、まず、トルク指令に基づく速度指令Scを算出する。 In the present invention, the speed command Sc is first calculated based on the torque command Tc given from the outside, using the relationship in equations (3) and (4) above.

トルク指令に基づく速度偏差Sd1=トルク指令Tc/G ・・・(5)
トルク指令に基づく速度指令Sc=トルク指令に基づく速度偏差Sd1+モータ速度S ・・・(6)
Speed deviation based on torque command Sd1=torque command Tc/G (5)
Speed command based on torque command Sc=speed deviation based on torque command Sd1+motor speed S (6)

そして、求められたトルク指令に基づく速度指令Scに対して、速度制限器4において速度制限指令Sucに基づいて速度制限を行い、モータ速度指令Smcを求める。 Then, the speed limiter 4 performs speed limiting on the speed command Sc based on the obtained torque command, based on the speed limit command Suc, to obtain the motor speed command Smc.

このモータ速度指令Smcに基づいてモータの速度制御を行うと、 When the motor speed is controlled based on this motor speed command Smc,

モータトルク指令Tmc=速度偏差Sd2×G
=(モータ速度指令Smc-モータ速度S)×G
Motor torque command Tmc = speed deviation Sd2 x G
= (Motor speed command Smc - Motor speed S) x G

ここで、速度制限にかからない、すなわち、トルク指令に基づく速度指令Scが速度制限指令Sucより小さい場合は、モータ速度指令Smc=トルク指令に基づく速度指令Scとなるため、 Here, if there is no speed limit, i.e., if the speed command Sc based on the torque command is smaller than the speed limit command Suc, then the motor speed command Smc = the speed command Sc based on the torque command,

モータトルク指令Tmc=(トルク指令に基づく速度指令Sc-モータ速度S)×G
={(トルク指令に基づく速度偏差Sd1+モータ速度S)
-モータ速度S}×G
=(トルク指令に基づく速度偏差Sd1)×G
=トルク指令Tc/G×G
=トルク指令Tc
Motor torque command Tmc=(speed command Sc based on torque command−motor speed S)×G
= {(speed deviation Sd1 based on torque command + motor speed S)
-motor speed S}×G
= (Speed deviation Sd1 based on torque command) x G
= Torque command Tc/G×G
= Torque command Tc

となり、モータトルク指令Tmcはトルク指令Tcと一致し、このモータトルク指令Tmcに基づきモータMがトルク制御され、モータトルク指令Tmc、すなわちトルク指令TcどおりのモータトルクTがモータMから出力される。 The motor torque command Tmc coincides with the torque command Tc, and the motor M is torque-controlled based on this motor torque command Tmc, and the motor torque T according to the motor torque command Tmc, i.e., the torque command Tc, is output from the motor M.

速度制限にかかった場合、すなわち、トルク指令に基づく速度指令Scが速度制限指令Suc以上の場合には、モータ速度指令Smcは速度制限指令Sucになり、速度制限指令Sucに基づくモータMの速度制御が行われる。トルク指令に基づく速度偏差Sd1にモータ速度Sを加算して速度制限するだけなので、速度制御ループの上位に速度制限を実現するためのトルク制御ループがなく、制御ループを構成する特別な制御パラメータは必要がない。 When the speed limit is reached, that is, when the speed command Sc based on the torque command is equal to or greater than the speed limit command Suc, the motor speed command Smc becomes the speed limit command Suc, and the speed of the motor M is controlled based on the speed limit command Suc. Since the speed is limited only by adding the motor speed S to the speed deviation Sd1 based on the torque command, there is no torque control loop above the speed control loop to achieve the speed limit, and no special control parameters are required to configure the control loop.

なお、速度制限指令Sucは一つの入力でCW(時計回転方向)側とCCW(反時計回転方向)側の両方を制限してもよいし、速度制限指令を2つ設けてCW側とCCW側を独立に制限してもよい。 The speed limit command Suc may be a single input that limits both the CW (clockwise) and CCW (counterclockwise) sides, or two speed limit commands may be provided to limit the CW and CCW sides independently.

また、速度制限指令Sucは、モータ速度Sの上限を、所定の閾値、所定のテーブル値、所定の関数値等に基づいて定めることもできる。この場合、「所定の」とは、任意に定めることができることを含むことはいうまでもなく、さらに、モータ制御装置A等の製造時、試験時、出荷時、使用時等いずれの時点においても任意に設定することが可能であることをも包含するものである。 The speed limit command Suc can also determine the upper limit of the motor speed S based on a predetermined threshold value, a predetermined table value, a predetermined function value, etc. In this case, "predetermined" obviously includes the possibility of being arbitrarily determined, and further includes the possibility of being arbitrarily set at any time, such as when the motor control device A is manufactured, tested, shipped, or used.

以上のように、本発明では、速度制御系でのモータ速度指令Smcからモータトルク指令Tmcを算出する計算の逆算により、トルク指令Tcを基にトルク指令に基づく速度指令Scを算出し、速度制限を行ってモータ速度指令Smcを求め、モータ速度指令Smcを基にモータトルク指令Tmcを算出する。 As described above, in the present invention, the speed command Sc based on the torque command is calculated based on the torque command Tc by inverse calculation of the calculation of the motor torque command Tmc from the motor speed command Smc in the speed control system, the speed is limited to obtain the motor speed command Smc, and the motor torque command Tmc is calculated based on the motor speed command Smc.

また、速度制御器5のゲインGが低い場合にも、速度制限にかかっていない時はトルク指令Tcどおりのモータトルク指令Tmcが算出され、速度制御器5の比例制御器のゲインGの影響を受けない。速度制御器5のゲインGは、通常の運転状態でモータMを速度制御する時に、速度ループが安定するように常法に従って調整しておけばよい。 In addition, even if the gain G of the speed controller 5 is low, when there is no speed limit, the motor torque command Tmc is calculated according to the torque command Tc and is not affected by the gain G of the proportional controller of the speed controller 5. The gain G of the speed controller 5 can be adjusted in the usual way so that the speed loop is stable when controlling the speed of the motor M under normal operating conditions.

図2に、モータ制御装置及び方法の別の態様を示す。 Figure 2 shows another aspect of the motor control device and method.

この態様においては、図1に示しモータ制御装置及び方法において、モータMやそこに接続される軸や巻取り装置等の機械系に共振が生じるなど所定の場合には、ノッチフィルタNFやローパスフィルタLPFなどのフィルタを速度制御器5の出力側に設けることが可能である。その場合には、トルク指令Tcに対する応答がローパスフィルタLPF等のフィルタを追加した分低下することになる。その余の構成は、前記の一の態様と同じである。 In this embodiment, in the motor control device and method shown in FIG. 1, in certain cases where resonance occurs in the mechanical system of the motor M or the shaft or winding device connected thereto, it is possible to provide a filter such as a notch filter NF or a low-pass filter LPF on the output side of the speed controller 5. In that case, the response to the torque command Tc will be reduced by the amount of the addition of a filter such as a low-pass filter LPF. The remaining configuration is the same as the first embodiment described above.

速度制御器5を比例制御器で構成している場合には、オーバーシュートが無い。モータMによる張力制御中に被加工物が切断された場合などは、巻出し部の回転摩擦のみのため、負荷トルクは小さく、比例制御であっても制限されるモータ速度に生じる誤差は僅かである。 When the speed controller 5 is configured as a proportional controller, there is no overshoot. If the workpiece is cut while tension is being controlled by the motor M, the load torque is small due to only the rotational friction of the unwinding section, and even with proportional control, the error in the limited motor speed is small.

以上、2つの態様を示してきたが、本発明の用途によっては、負荷が持つ負荷トルクTbが大きく、速度制限指令Sucに対して負荷トルクTbを速度制御のゲインGで除算した分の速度誤差が生じることがある。 Two aspects have been described above, but depending on the application of the present invention, the load torque Tb of the load may be large, and a speed error may occur with respect to the speed limit command Suc, which is the load torque Tb divided by the speed control gain G.

その場合には、速度制御器5を比例積分制御器で構成し、速度制限にかからない場合は比例制御器として動作させ、速度制限にかかった場合に、積分制御器を有効にする。速度制限にかかった場合は、積分制御器により、負荷トルクTbの影響が抑制される。しかし、積分制御器から出力される値は負荷トルクTbを補償する分の値が出力されるのみのため、積分制御器の補償量は僅かであり、モータ速度のオーバーシュートは僅かとなる。 In this case, the speed controller 5 is configured as a proportional-integral controller, which operates as a proportional controller when the speed limit is not reached, and activates the integral controller when the speed limit is reached. When the speed limit is reached, the integral controller suppresses the effects of the load torque Tb. However, since the value output from the integral controller is only a value that compensates for the load torque Tb, the compensation amount of the integral controller is small, and the overshoot of the motor speed is small.

また、負荷トルクTbが大きくて回生動作も行う場合には、回生中に速度制限にかかった時に比例積分制御器の積分制御器をオフにする。速度誤差は生ずるものの、回生中に積分制御器がオンオフを繰り返してモータトルクTの脈動を生ずるのを防止する作用が生じる。 In addition, if the load torque Tb is large and regeneration is also performed, the integral controller of the proportional-integral controller is turned off when the speed limit is reached during regeneration. Although a speed error occurs, this has the effect of preventing the integral controller from repeatedly turning on and off during regeneration, causing pulsation in the motor torque T.

図3及び図4に、モータ制御及びその方法の複数の態様の速度変化のシミュレーション、また、図5に、トルク指令を補正する方式の動作例の速度変化の、シミュレーション結果を示す。それぞれ、縦軸に速度の大きさを、横軸に時間の経過を示す。いずれも同じ速度制限指令Sucの下でのグラフである。 Figures 3 and 4 show simulation results of speed change for multiple aspects of motor control and its method, while Figure 5 shows simulation results of speed change for an example of the operation of a method for correcting a torque command. In each case, the vertical axis shows the magnitude of speed, and the horizontal axis shows the passage of time. Both graphs are based on the same speed limit command Suc.

図3では、モータ制御及びその方法の一態様において、時間Tが0≦T≦0.25であるときに、負荷トルクを無とした場合の結果を示している。この時間範囲では、速度制限指令Sucの設定どおりに速度が制限されている様子が現れている。また、0.25≦Tの範囲においては、負荷トルクを有とした場合の結果を示している。この時間範囲では、後述するとおり、速度制限指令Sucに対して負荷トルクTbを速度制御のゲインGで除算した分の速度誤差が生じている。ここでの例は、あくまでも一例であるが、29.4min-1の誤差を示している。力行時においては、かかる誤差の分だけ低く制限され、回生時においては、かかる誤差の分だけ高く制限されることとなる。 FIG. 3 shows the result when the load torque is absent when the time T is 0≦T≦0.25 in one embodiment of the motor control and method. In this time range, the speed is limited according to the setting of the speed limit command Suc. Also, in the range of 0.25≦T, the result when the load torque is present is shown. In this time range, as described later, a speed error occurs with respect to the speed limit command Suc, which is the load torque Tb divided by the speed control gain G. This example is merely an example, but shows an error of 29.4 min −1 . During powering, the speed is limited lower by the amount of this error, and during regeneration, the speed is limited higher by the amount of this error.

一図飛んで図5には、前記モータ制御及び方法との比較のため、特許文献1のトルク指令を補正する方式の動作例を示している。時間Tが0≦T≦0.25であるときに、負荷トルクを無とした場合の結果を示している。また、0.25≦Tの範囲においては、負荷トルクを有とした場合の結果を示している。何れの力行時においても、速度の立ち上がり時に、290min-1、265min-1などの大きなオーバーシュートが生じており、また、回生時でトルク指令が0になると、速度の制限が行われない状況が生じている。オーバーシュートが大きいのは、トルク指令を打消すだけの大きさの速度ループからのトルク指令が出力されて速度が制限される仕組みであることから、大きな打消しトルク指令が出るまでの時間遅れの存在によるものである。 Jumping to Fig. 5, an example of the operation of the method for correcting the torque command in Patent Document 1 is shown for comparison with the motor control and method. The results are shown when the load torque is set to zero when the time T is 0≦T≦0.25. Also, the results are shown when the load torque is set to exist in the range of 0.25≦T. In both power running modes, large overshoots such as 290 min -1 and 265 min -1 occur when the speed rises, and when the torque command becomes 0 during regeneration, a situation occurs in which the speed is not limited. The reason for the large overshoot is that a time delay exists until a large counter torque command is issued, since the speed is limited by a torque command output from the speed loop that is large enough to counter the torque command.

図4には、モータ制御及びその方法の別の態様の速度変化のシミュレーション結果を示している。この態様は、速度制御器を比例積分制御(PI制御)が行えるように構成し、速度制限値に至らない場合には比例制御(P制御)として作動させることを可能としたもので、速度制限に至った場合には、積分制御器を有効にして速度比例積分制御(PI制御)を行わせるようにしたものの動作例を示している。時間Tが0≦T≦0.25であるときに、負荷トルクを無とした場合の結果を示している。この時間範囲では、速度制限にかかった時に、積分制御器が作動するが、トルクの打消しを行っていないため、30min-1のオーバーシュートにとどまっている。また、0.25≦Tの範囲においては、負荷トルクを有とした場合の結果を示している。この時間範囲でも速度制限にかかった時に積分制御器が動作するためオーバーシュートを生ずるが、図5に示すトルク指令を補正する方式の動作例と比べると、オーバーシュートの量は相当少ない。 FIG. 4 shows a simulation result of the speed change of another embodiment of the motor control and its method. In this embodiment, the speed controller is configured to perform proportional-integral control (PI control), and can be operated as proportional control (P control) when the speed limit value is not reached, and when the speed limit is reached, the integral controller is enabled to perform speed proportional-integral control (PI control). When the speed limit is reached, the integral controller is enabled to perform speed proportional-integral control (PI control). When the speed limit is reached in this time range, the integral controller is activated, but the overshoot is limited to 30 min −1 because the torque is not canceled. In addition, in the range of 0.25≦T, the load torque is activated. Even in this time range, the integral controller is activated when the speed limit is reached, so an overshoot occurs, but the amount of overshoot is considerably smaller than the operation example of the method of correcting the torque command shown in FIG. 5.

以上のように、本発明の態様においては、いずれも、特別なパラメータの調整が不要で、トルク指令の極性やモータの回転方向によらず速度を制限でき、速度制限時のオーバーシュートが小さく、速度制限にかからない場合は、トルク指令通りのモータトルクを出力できるモータの制御装置を実現することができる。 As described above, in all aspects of the present invention, it is possible to realize a motor control device that does not require special parameter adjustment, can limit the speed regardless of the polarity of the torque command or the direction of motor rotation, has a small overshoot when the speed is limited, and can output motor torque according to the torque command when the speed limit is not reached.

上述した各態様は、いずれも本発明の一態様を示すものであって、本発明自体がそれらの態様によって示される具体的な構成に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載された事項に基づき当業者が想定し得るものはすべて含まれるものである。 Each of the above-mentioned aspects represents one aspect of the present invention, and the present invention itself is not limited to the specific configurations represented by those aspects. The scope of the present invention includes everything that a person skilled in the art could imagine based on the matters described in the claims.

M ・・・モータ
S ・・・モータ速度
T ・・・モータトルク
A ・・・モータ制御装置
EN ・・・エンコーダ
Dif ・・・微分器
1 ・・・速度偏差算出器
2 ・・・加算器
3 ・・・減算器
4 ・・・速度制限器
5 ・・・速度制御器
6 ・・・モータトルク制御器
B ・・・速度検出部
C ・・・トルク指令に基づく速度指令算出部
D ・・・速度制限部
Tc ・・・トルク指令
Suc ・・・速度制限指令
Sd1、Sd2 ・・・速度偏差
Sc ・・・トルク指令に基づく速度指令
Smc ・・・モータ速度指令
G ・・・速度制御器のゲイン
Tmc ・・・モータトルク指令
Tb ・・・負荷トルク
NF ・・・ノッチフィルタ
LPF ・・・ローパスフィルタ
M...Motor S...Motor speed T...Motor torque A...Motor control device EN...Encoder Dif...Differentiator 1...Speed deviation calculator 2...Adder 3...Subtractor 4...Speed limiter 5...Speed controller 6...Motor torque controller B...Speed detection section C...Speed command calculation section D based on torque command...Speed limit section Tc...Torque command Suc...Speed limit commands Sd1, Sd2...Speed deviation Sc...Speed command Smc based on torque command...Motor speed command G...Speed controller gain Tmc...Motor torque command Tb...Load torque NF...Notch filter LPF...Low pass filter

Claims (6)

外部から与えられた、トルク指令と速度制限指令に基づいて速度を制限しながらモータのトルクを制御するモータ制御装置であって、
前記モータ制御装置は、
前記モータの速度を検出する速度検出部と、
前記トルク指令に基づいてトルク指令に基づく速度指令を算出し、前記トルク指令に基づく速度指令に制限を加えたモータ速度指令を出力する速度制限部を有し、
前記速度制限部は、前記トルク指令から前記トルク指令に基づく速度指令を算出する速度指令算出部と、前記トルク指令に基づく速度指令に前記速度制限指令に基づく速度制限を加えて前記モータ速度指令を出力する速度制限器と、を備え、
前記トルク指令に基づく速度指令算出部は、前記トルク指令に基づき速度偏差を算出する速度偏差算出器と、前記速度偏差に前記速度を加算して前記トルク指令に基づく速度指令を出力する加算器とを有し、
さらに、前記モータ速度指令と前記モータの前記速度との速度偏差に基づいてモータトルク指令を算出する速度制御器と、
前記モータトルク指令に基づいてモータトルクを制御するモータトルク制御器と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。
A motor control device that controls the torque of a motor while limiting a speed based on a torque command and a speed limit command given from an external source ,
The motor control device includes:
a speed detection unit for detecting a speed of the motor;
a speed limiting unit that calculates a speed command based on the torque command based on the torque command, and outputs a motor speed command that is limited by the speed command based on the torque command;
the speed limiting unit includes a speed command calculation unit that calculates a speed command based on the torque command from the torque command, and a speed limiter that adds a speed limit based on the speed limit command to the speed command based on the torque command and outputs the motor speed command,
the torque command-based speed command calculation unit includes a speed deviation calculator that calculates a speed deviation based on the torque command, and an adder that adds the speed deviation to the speed and outputs a speed command based on the torque command ,
a speed controller that calculates a motor torque command based on a speed deviation between the motor speed command and the speed of the motor ;
a motor torque controller for controlling a motor torque based on the motor torque command;
A motor control device comprising:
前記速度制限指令は、前記モータの前記速度の上限が、所定の閾値、所定のテーブル値又は所定の関数値に基づいて定められるものである、請求項1に記載のモータ制御装置。 2 . The motor control device according to claim 1 , wherein the speed limit command is set so that an upper limit of the speed of the motor is determined based on a predetermined threshold value, a predetermined table value, or a predetermined function value. 前記速度制御器は、比例制御器または比例積分制御器の少なくとも一方を有する、請求項1又は2に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1 , wherein the speed controller has at least one of a proportional controller and a proportional-integral controller. 外部から与えられた、トルク指令と速度制限指令に基づいて速度を制限しながらモータのトルクを制御するモータ制御方法であって、
前記トルク指令に基づき速度偏差を算出し、
前記速度偏差に前記モータの前記速度を加算することによってトルク指令に基づく速度指令を出力し、
前記トルク指令に基づく速度指令に前記速度制限指令に基づく速度制限を加えてモータ速度指令を出力し、
前記モータ速度指令と前記モータの前記速度との速度偏差に基づいて、速度制御器により、モータトルク指令を算出し、
前記モータトルク指令に基づいてモータトルクを制御する、
ことを特徴とするモータ制御方法。
A motor control method for controlling a torque of a motor while limiting a speed based on a torque command and a speed limit command given from an external source, comprising:
Calculating a speed deviation based on the torque command;
outputting a speed command based on a torque command by adding the speed deviation to the speed of the motor;
a speed limit based on the speed limit command is added to a speed command based on the torque command to output a motor speed command;
calculating a motor torque command by a speed controller based on a speed deviation between the motor speed command and the speed of the motor ;
controlling a motor torque based on the motor torque command;
A motor control method comprising:
前記速度制限指令は、前記モータの前記速度の上限が、所定の閾値、所定のテーブル値又は所定の関数値に基づいて定められるものである、請求項4に記載のモータ制御方法。 5. The motor control method according to claim 4 , wherein the speed limit command is a command in which an upper limit of the speed of the motor is determined based on a predetermined threshold value, a predetermined table value, or a predetermined function value. 前記速度制御器は、トルク制御中は比例制御を、速度制限中は比例積分制御を行うものである、請求項4又は5に記載のモータ制御方法。 6. The motor control method according to claim 4, wherein the speed controller performs proportional control during torque control and proportional-integral control during speed limiting.
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