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WO2019044271A1 - モータ駆動装置 - Google Patents

モータ駆動装置 Download PDF

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WO2019044271A1
WO2019044271A1 PCT/JP2018/027582 JP2018027582W WO2019044271A1 WO 2019044271 A1 WO2019044271 A1 WO 2019044271A1 JP 2018027582 W JP2018027582 W JP 2018027582W WO 2019044271 A1 WO2019044271 A1 WO 2019044271A1
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WO
WIPO (PCT)
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torque command
motor
friction
torque
compensation
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/027582
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
裕介 今田
鈴木　健一
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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Priority to CN201880052627.8A priority patent/CN111052596B/zh
Priority to JP2019539066A priority patent/JP7113195B2/ja
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    • 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
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/40—Regulating or controlling the amount of current drawn or delivered by the motor for controlling the mechanical load
    • 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
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric

Definitions

  • the present disclosure relates to a motor drive device used for industrial devices and the like.
  • the position controller In general, in control of a servomotor used in an industrial apparatus etc., at the time of position control, the position controller generates a speed command so that the position command given from the host controller to the motor drive matches the motor position. Do. Subsequently, the speed controller generates a torque command so that the speed command matches the motor speed.
  • the current controller controls the motor current such that the torque command matches the motor output torque. However, since the motor drive device can not generally grasp the motor output torque, the current controller controls the motor current so that the motor current necessary to obtain the motor output torque according to the torque command flows.
  • a speed command is directly given from the host controller to the motor drive
  • a torque command is directly given from the host controller to the motor drive.
  • the motor output torque at the time of motor direction reversal is not output as the torque command. This is due to the influence of the friction torque having hysteresis characteristics in the drive mechanism of the single motor and the industrial device. Due to an error with respect to a torque command in such motor output torque, for example, in a processing machine using a servomotor, a trajectory accuracy declines such that a trajectory of an actual operation goes outside with respect to a command trajectory in 2-axis arc interpolation operation Will occur. As described above, in the processing machine, the above-mentioned error is a factor that deteriorates the processing accuracy.
  • the motor position does not change if the torque command given from the host controller is less than the friction torque.
  • the conventional method has a problem that the displacement and the motor speed become 0 and the friction compensation torque becomes 0, so that the motor output torque can not be as the torque command.
  • the present disclosure is intended to solve the conventional problems, and has an object to provide a motor drive device capable of compensating for the influence of friction torque when the motor is stopped and obtaining a motor output torque according to a torque command.
  • one aspect of the motor drive device is a motor drive device that controls a motor current flowing to the motor based on a torque command, and the torque command and the motor speed of the motor Based on the friction compensator, the friction compensator generates a friction compensation torque command that compensates for the static friction torque in the motor.
  • the friction compensator generates a friction compensation torque command according to the sign of the amount of change with respect to the torque command immediately before the torque command.
  • the motor drive device controls the motor current based on the post-compensation torque command generated by adding or subtracting the friction compensation torque command to or from the torque command.
  • the motor drive device of the present disclosure can correctly compensate for the influence of the friction torque having the hysteresis characteristic even when the motor is stopped by switching the sign of the friction compensation torque according to the sign of the torque command change amount. Output torque can be obtained.
  • Block diagram showing a functional configuration of a motor drive device Block diagram showing the functional configuration of the friction compensator in the embodiment
  • a graph showing a relationship between a torque command and a motor speed when driving a motor using the motor drive device according to the embodiment
  • a graph showing a relationship between a torque command and a motor output torque when operation of the motor is restrained using the motor drive device according to the embodiment
  • the sign of the friction compensation torque is switched according to the sign of the change amount of the torque command.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a motor drive device 1 according to the embodiment.
  • FIG. 1 shows a motor 2 and an encoder 3 controlled by the motor drive 1 together with the motor drive 1.
  • the motor drive device 1 is a device that controls the motor current flowing to the motor 2 based on the torque command 23.
  • the motor drive device 1 functionally includes, as shown in FIG. 1, a current controller 12, a speed detector 13, and a friction compensator 14.
  • the motor drive device 1 drives the motor 2 by controlling a motor current composed of the U-phase current 24, the V-phase current 25 and the W-phase current 26.
  • the motor drive device 1 according to the present embodiment controls the motor current based on the after-compensation torque command 30 generated by adding the friction compensation torque command 29 to the torque command 23.
  • the friction compensation torque command 29 is generated by the friction compensator 14 in response to the torque command 23.
  • the motor 2 is a servomotor controlled by the motor drive device 1.
  • the encoder 3 is a detector that detects the motor position 27 of the motor 2 and feeds it back to the motor drive device 1.
  • the speed detector 13 is a detector that detects the motor speed of the motor 2.
  • the speed detector 13 detects the motor speed 28 by calculating the rate of change of the motor position 27 input from the encoder 3.
  • the speed detector 13 outputs the detected motor speed 28 to the friction compensator 14.
  • the friction compensator 14 is a processing unit that generates a friction compensation torque command 29 that compensates for the static friction torque in the motor 2 based on the torque command 23 and the motor speed 28 of the motor 2.
  • the friction compensator 14 generates a friction compensation torque command 29 in accordance with the sign of the amount of change with respect to the torque command immediately before the torque command 23. Thereby, different torque compensation can be performed when the torque command increases and decreases. That is, torque compensation corresponding to the hysteresis characteristic of the static friction torque can be performed. Details of the friction compensator 14 will be described later.
  • the current controller 12 is a controller that controls the motor current flowing to the motor 2 based on the post-compensation torque command 30.
  • the post-compensation torque command 30 is generated by adding the friction compensation torque command 29 to the torque command 23.
  • a torque command 23 is generated as a result of position control and speed control (not shown) or through an external interface (I / F).
  • the motor position 27 detected by the encoder 3 is input to the speed detector 13.
  • the speed detector 13 calculates the motor speed 28 using the motor position 27.
  • the speed detector 13 calculates the motor speed 28 by, for example, dividing the difference between the motor position 27 for each calculation cycle by the calculation cycle.
  • the torque command 23 and the motor speed 28 are input to the friction compensator 14, and the friction compensator 14 calculates the friction compensation torque command 29.
  • the method of calculating the friction compensation torque command 29 will be described later.
  • the motor drive device 1 calculates the post-compensation torque command 30 by adding the friction compensation torque command 29 to the torque command 23.
  • the calculated after-compensation torque command 30 is input to the current controller 12.
  • the current controller 12 controls the U-phase current 24, the V-phase current 25, and the W-phase current 26 based on the post-compensation torque command 30 so that the motor 2 outputs a torque corresponding to the torque command 23.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the friction compensator 14 in the embodiment.
  • the friction compensator 14 includes a change amount calculator 101, a code calculator 102, a storage unit 103, and a torque calculator 104.
  • the change amount calculator 101 is a processing unit that calculates the amount of change of the torque command 23 based on the input torque command 23.
  • the change amount calculator 101 calculates the change amount 111 with respect to the torque command immediately before the torque command 23, and outputs the calculated change amount 111 to the code calculator 102.
  • the change amount calculator 101 can calculate the change amount 111, for example, by taking the difference of the torque command 23 for each operation cycle.
  • the code calculator 102 is a processing unit that calculates the change amount code 112 based on the change amount 111 input from the change amount calculator 101.
  • the sign calculator 102 sets the change amount code 112 to 1 when the change amount 111 is a positive value, and sets the change amount code 112 to ⁇ 1 when the change amount 111 is negative.
  • the code calculator 102 sets the change amount code 112 to the same value as the change amount code corresponding to the change amount input immediately before the change amount 111.
  • the change amount 111 is zero, not only when the change amount 111 is completely zero but also when it is substantially zero is included. For example, the case where the change amount 111 is less than a sufficiently small predetermined value is also included when the change amount 111 is zero.
  • the storage unit 103 is a storage unit in which the value of the static friction torque 113 is stored.
  • the static friction torque 113 stored in the storage unit 103 may be the value of the after-compensation torque command 30 when the motor starts to operate when the after-compensation torque command 30 is gradually increased.
  • the torque calculator 104 is a processing unit that calculates the friction compensation torque command 29 based on the static friction torque compensation value 114, which is the product of the change amount code 112 and the static friction torque 113, and the motor speed.
  • the torque calculator 104 sets the friction compensation torque command 29 to the static friction torque compensation value 114 when the motor speed 28 is zero, and sets the friction compensation torque command 29 to zero when the motor speed 28 is other than zero.
  • the friction torque can be compensated only when the friction torque needs to be compensated, that is, when the motor 2 is stopped.
  • the motor speed 28 when the motor speed 28 is zero, not only when the motor speed 28 is completely zero but also when it is substantially zero is included. For example, the case where the motor speed 28 is less than a sufficiently small predetermined value is also included when the motor speed 28 is zero.
  • the friction compensator 14 in the present embodiment switches the sign of the friction compensation torque command 29 in accordance with the sign of the change amount 111 of the torque command 23.
  • the friction compensation torque command 29 generated by the friction compensator 14 is a positive value when the change amount 111 of the torque command 23 is positive, and is negative when the change amount 111 of the torque command 23 is negative. It is a value. Further, the friction compensation torque command 29 generated by the friction compensator 14 is a friction compensation torque command generated based on the torque command immediately before the torque command 23 when the change amount 111 of the torque command 23 is 0. .
  • the motor current is controlled using the post-compensation torque command 30 generated by adding the friction compensation torque command 29 to the torque command 23. And friction torque can be compensated appropriately.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the torque command 23 and the motor speed 28 when driving the motor 2 using the motor drive device 1 according to the embodiment.
  • the relationship between the torque command 23 and the motor speed 28 is shown under the condition that the motor 2 alone operates without any external restraint.
  • the graph shown by a thin solid line in FIG. 3 changes the torque command 23 of the motor drive 1 from 0 (stopped state) to a positive direction and from 0 (stopped state) to a negative direction without friction compensation. Shows the measurement result of the motor speed 28 when the motor 2 is operated (that is, when the motor 2 is operated based on the torque command 23).
  • the graph indicated by the thick solid line in FIG. 3 is that when the torque command 23 of the motor drive 1 is changed from 0 to positive, then to negative, and then to 0 after friction compensation.
  • the motor speed 28 is zero until the torque command 23 becomes equal to or more than the static friction torque.
  • the static friction torque is appropriately compensated, and therefore the motor speed linearity near the torque command 0 (that is, the linearity of the motor speed with respect to the torque command) is obtained. I understand that. Further, since the motor speed is substantially the same when the torque command is increased and decreased, it can be understood that the hysteresis characteristic of the friction torque can be appropriately compensated.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the torque command 23 and the motor output torque when the operation of the motor 2 is restrained using the motor drive device 1 according to the present embodiment.
  • FIG. 4 shows the relationship between the torque command 23 and the motor output torque in the state where the motor 2 is locked from the outside so as not to operate.
  • the graphs shown by thin solid lines and thick solid lines in FIG. 4 show the relationships in the case without friction compensation and in the case with friction compensation, respectively.
  • Each graph shown in FIG. 4 shows the measurement results of the motor output torque when the torque command 23 is changed from 0 to positive, then to negative, and then to 0. In this measurement, the torque command 23 is changed in the range below the static friction torque.
  • a straight line (ideal straight line) indicating an ideal state in which the torque command 23 and the motor output torque are equal is indicated by a broken line.
  • the motor drive device 1 in the present embodiment is a motor drive device that controls the motor current flowing to the motor 2 based on the torque command 23.
  • the motor drive device 1 includes a friction compensator 14 that generates a friction compensation torque command 29 that compensates for the static friction torque in the motor 2 based on the torque command 23 and the motor speed 28 of the motor 2.
  • the friction compensator 14 generates a friction compensation torque command 29 in accordance with the sign of the amount of change with respect to the torque command immediately before the torque command 23.
  • the motor drive device 1 controls the motor current based on the post-compensation torque command 30 generated by adding the friction compensation torque command 29 to the torque command 23.
  • the motor drive device 1 it is possible to compensate for the influence of the friction torque at the time of motor stop and to obtain the motor output torque as the torque command 23.
  • the friction compensator 14 may switch the sign of the friction compensation torque command 29 in accordance with the sign of the change amount 111 of the torque command 23.
  • the friction compensation torque command 29 generated by the friction compensator 14 is a positive value when the change amount 111 of the torque command 23 is positive, and the change amount 111 of the torque command 23 is negative. Is a negative value.
  • the friction compensation torque command 29 generated by the friction compensator 14 is a friction compensation torque command generated based on the torque command immediately before the torque command 23 when the change amount 111 of the torque command 23 is zero.
  • the motor current is controlled using the post-compensation torque command 30 generated by adding the friction compensation torque command 29 to the torque command 23.
  • the friction torque can be properly compensated.
  • the friction compensation torque command 29 generated by the friction compensator 14 may be zero when the motor speed 28 is other than zero.
  • the friction torque can be compensated only when the friction torque needs to be compensated, that is, when the motor 2 is stopped.
  • the post-compensation torque command 30 is generated by adding the friction compensation torque command 29 to the torque command 23, but the method of generating the post-compensation torque command 30 is not limited thereto.
  • the post-compensation torque command 30 may be generated by subtracting the friction compensation torque command 29 from the torque command 23 by reversing the sign of the friction compensation torque command 29 from the embodiment. That is, the motor drive device 1 may control the motor current based on the post-compensation torque command 30 generated by subtracting the friction compensation torque command 29 from the torque command 23.
  • the sign of the friction compensation torque command 29 is switched according to the sign of the amount of change of the torque command 23 to influence the friction torque even when the motor 2 is stopped. Correct compensation can be performed, and motor output torque can be obtained according to the torque command 23. For this reason, the motor drive device 1 which concerns on this indication is useful especially in the processing machine etc. which need to control motor output torque correctly.
  • the present disclosure is not limited to torque control, and by appropriately compensating friction torque also in position control or speed control, it is possible to improve the responsiveness and positioning stability of motor operation. Further, it is needless to say that the invention is not limited to the rotary motor, and the linear motor can be applied only by replacing the unit of the rotary system with the linear motion system.

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Abstract

モータ駆動装置は、トルク指令に基づいて、モータに流れるモータ電流を制御するモータ駆動装置であって、トルク指令とモータのモータ速度とに基づいて、モータにおける静止摩擦トルクを補償する摩擦補償トルク指令を生成する摩擦補償器を備える。摩擦補償器は、トルク指令の直前のトルク指令に対する変化量の符号に応じて摩擦補償トルク指令を生成する。モータ駆動装置は、トルク指令に対して摩擦補償トルク指令を加算することによって生成された補償後トルク指令に基づいてモータ電流を制御する。

Description

モータ駆動装置
　本開示は、産業用装置等に使用されるモータ駆動装置に関する。
　一般に、産業用装置等で使用されるサーボモータの制御では、位置制御時は、上位コントローラからモータ駆動装置へ与えられる位置指令とモータ位置とが一致するように、位置制御器が速度指令を生成する。続いて、この速度指令とモータ速度とが一致するように、速度制御器がトルク指令を生成する。このトルク指令とモータ出力トルクとが一致するように、電流制御器がモータ電流を制御している。ただし、一般にモータ駆動装置は、モータ出力トルクを把握できないため、トルク指令どおりのモータ出力トルクを得るために必要なモータ電流が流れるように、電流制御器がモータ電流を制御している。なお、速度制御時は上位コントローラからモータ駆動装置へ速度指令が、トルク制御時は上位コントローラからモータ駆動装置へトルク指令が、それぞれ直接与えられる。
　このようなサーボモータの制御では、モータの動作方向反転時のモータ出力トルクは、トルク指令どおりに出力されない。これは、モータ単体及び産業用装置の駆動機構におけるヒステリシス特性を持つ摩擦トルクの影響によるものである。このようなモータ出力トルクにおけるトルク指令に対する誤差に起因して、例えば、サーボモータを用いる加工機において、２軸円弧補間動作における指令軌跡に対して実動作の軌跡が外側に出るなどの軌跡精度低下が生じる。このように、加工機では、上記誤差が加工精度を悪化させる要因となっている。
　上述した摩擦による影響を除去するために、モータ速度の符号が変化したモータ位置と現在のモータ位置との変位を生成し、変位と摩擦トルクとの関係を表すモデルを用いる方法が提案されている。この方法では、モデルを用いて変位の絶対値とモータ速度とから摩擦補償トルクを生成し、速度制御器の出力であるトルク指令値に摩擦補償トルクを加算することによって、モータの動作方向反転時におけるヒステリシス特性を持つ摩擦トルクの影響を補償している（例えば、特許文献１を参照）。
　しかしながら、従来の方法では、巻線機などで用いられるトルク制御時において、上位コントローラから与えられたトルク指令が摩擦トルク未満の場合には、モータ位置が変化しない。これに伴い、従来の方法は、変位とモータ速度とが０となり、摩擦補償トルクが０となるため、トルク指令どおりのモータ出力トルクとならないという問題を有している。
特開２００８－２１０２７３号公報
　本開示は、従来の問題を解決するもので、モータ停止時における摩擦トルクの影響を補償し、トルク指令どおりのモータ出力トルクを得ることのできるモータ駆動装置を提供することを目的とする。
　従来の問題を解決するために、本開示のモータ駆動装置の一態様は、トルク指令に基づいて、モータに流れるモータ電流を制御するモータ駆動装置であって、トルク指令とモータのモータ速度とに基づいて、モータにおける静止摩擦トルクを補償する摩擦補償トルク指令を生成する摩擦補償器を備える。摩擦補償器は、トルク指令の直前のトルク指令に対する変化量の符号に応じて摩擦補償トルク指令を生成する。モータ駆動装置は、トルク指令に対して摩擦補償トルク指令を加算又は減算することによって生成された補償後トルク指令に基づいてモータ電流を制御する。
　本開示のモータ駆動装置は、トルク指令変化量の符号に応じて摩擦補償トルクの符号を切り替えることによって、モータ停止時においてもヒステリシス特性を持つ摩擦トルクの影響を正しく補償でき、トルク指令どおりのモータ出力トルクを得ることができる。
実施の形態におけるモータ駆動装置の機能構成を示すブロック図 実施の形態における摩擦補償器の機能構成を示すブロック図 実施の形態におけるモータ駆動装置を用いてモータを駆動させる場合のトルク指令とモータ速度との関係を示すグラフ 実施の形態におけるモータ駆動装置を用いてモータの動作拘束した場合のトルク指令とモータ出力トルクとの関係を示すグラフ
　本開示によれば、トルク指令とモータ出力トルクとが一致するように電流制御器でモータ電流を制御するモータ駆動装置において、トルク指令の変化量の符号に応じて摩擦補償トルクの符号を切り替えることによって、モータ停止時においてもヒステリシス特性を持つ摩擦トルクの影響を正しく補償でき、トルク指令どおりのモータ出力トルクを得ることができる。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態によって本開示が限定されるものではない。つまり、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ及びステップの順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態）
　実施の形態におけるモータ駆動装置について、図面を用いて説明する。
　図１は、実施の形態におけるモータ駆動装置１の機能構成を示すブロック図である。図１には、モータ駆動装置１と併せてモータ駆動装置１が制御するモータ２及びエンコーダ３が示されている。
　モータ駆動装置１は、トルク指令２３に基づいて、モータ２に流れるモータ電流を制御する装置である。モータ駆動装置１は、機能的には、図１に示すように、電流制御器１２と、速度検出器１３と、摩擦補償器１４とを備える。モータ駆動装置１は、Ｕ相電流２４、Ｖ相電流２５及びＷ相電流２６で構成されるモータ電流を制御することによって、モータ２を駆動する。本実施の形態におけるモータ駆動装置１は、トルク指令２３に対して摩擦補償トルク指令２９を加算することによって生成された補償後トルク指令３０に基づいて、モータ電流を制御する。ここで、摩擦補償トルク指令２９は、トルク指令２３に対して、摩擦補償器１４によって生成されるものである。
　モータ２は、モータ駆動装置１によって制御されるサーボモータである。
　エンコーダ３は、モータ２のモータ位置２７を検出して、モータ駆動装置１にフィードバックする検出器である。
　速度検出器１３は、モータ２のモータ速度を検出する検出器である。速度検出器１３は、エンコーダ３から入力されるモータ位置２７の変化率を算出することによって、モータ速度２８を検出する。速度検出器１３は、検出したモータ速度２８を摩擦補償器１４に出力する。
　摩擦補償器１４は、トルク指令２３とモータ２のモータ速度２８とに基づいて、モータ２における静止摩擦トルクを補償する摩擦補償トルク指令２９を生成する処理部である。摩擦補償器１４は、トルク指令２３の直前のトルク指令に対する変化量の符号に応じて摩擦補償トルク指令２９を生成する。これにより、トルク指令が増加する場合と減少する場合とで異なるトルク補償を行うことができる。つまり、静止摩擦トルクのヒステリシス特性に対応するトルク補償を行うことができる。摩擦補償器１４の詳細については、後述する。
　電流制御器１２は、補償後トルク指令３０に基づいて、モータ２に流れるモータ電流を制御する制御器である。ここで、補償後トルク指令３０は、トルク指令２３に対して摩擦補償トルク指令２９を加算することによって生成されるものである。
　モータ駆動装置１の動作を説明する。まず、図示しない位置制御及び速度制御の結果として、又は、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を通じて、トルク指令２３が生成される。一方、エンコーダ３によって検出されるモータ位置２７が速度検出器１３に入力される。速度検出器１３は、モータ位置２７を用いてモータ速度２８を算出する。速度検出器１３は、例えば演算周期毎のモータ位置２７の差分を演算周期で除することによって、モータ速度２８を算出する。
　トルク指令２３とモータ速度２８とが摩擦補償器１４に入力され、摩擦補償器１４は摩擦補償トルク指令２９を算出する。なお、摩擦補償トルク指令２９の算出方法については、後述する。
　モータ駆動装置１は、トルク指令２３に対して摩擦補償トルク指令２９を加算することによって、補償後トルク指令３０を算出する。算出された補償後トルク指令３０は、電流制御器１２に入力される。電流制御器１２は、補償後トルク指令３０に基づいて、モータ２がトルク指令２３に相当するトルクを出力するように、Ｕ相電流２４とＶ相電流２５とＷ相電流２６とを制御する。
　以上のように構成されたモータ駆動装置１におけるモータ停止時の摩擦トルクの補償について、以下その動作及び作用を、図面を用いて詳細に説明する。
　図２は、実施の形態における摩擦補償器１４の機能構成を示すブロック図である。
　図２に示すように、摩擦補償器１４は、変化量算出器１０１と、符号算出器１０２と、保存器１０３と、トルク算出器１０４とを備える。
　変化量算出器１０１は、入力されたトルク指令２３に基づいて、トルク指令２３の変化量を算出する処理部である。変化量算出器１０１は、トルク指令２３の直前のトルク指令に対する変化量１１１を算出し、符号算出器１０２に出力する。変化量算出器１０１は、例えば演算周期毎のトルク指令２３の差分を取ることによって、変化量１１１を算出できる。
　符号算出器１０２は、変化量算出器１０１から入力された変化量１１１に基づいて、変化量符号１１２を算出する処理部である。符号算出器１０２は、変化量１１１が正の値の場合には、変化量符号１１２を１とし、変化量１１１が負の場合には、変化量符号１１２を－１とする。符号算出器１０２は、変化量１１１が０の場合には、変化量符号１１２を、変化量１１１の直前に入力された変化量に対応する変化量符号と同一の値とする。なお、ここで、変化量１１１が０である場合には、変化量１１１が完全に０である場合だけでなく、実質的に０である場合も含まれる。例えば、変化量１１１が十分小さい所定の値未満である場合も、変化量１１１が０である場合に含まれる。
　保存器１０３は、静止摩擦トルク１１３の値が保存される記憶部である。ここで、保存器１０３に保存される静止摩擦トルク１１３は、補償後トルク指令３０を徐々に大きくした場合に、モータが動作し始める時の補償後トルク指令３０の値とすればよい。
　トルク算出器１０４は、変化量符号１１２及び静止摩擦トルク１１３の積である静止摩擦トルク補償値１１４と、モータ速度２８とに基づいて、摩擦補償トルク指令２９を算出する処理部である。トルク算出器１０４は、モータ速度２８が０の場合には摩擦補償トルク指令２９を静止摩擦トルク補償値１１４とし、モータ速度２８が０以外の場合には摩擦補償トルク指令２９を０とする。これにより、摩擦トルクの補償が必要な場合、つまり、モータ２が停止している場合にだけ摩擦トルクを補償することができる。
　なお、ここで、モータ速度２８が０である場合には、モータ速度２８が完全に０である場合だけでなく、実質的に０である場合も含まれる。例えば、モータ速度２８が十分小さい所定の値未満である場合も、モータ速度２８が０である場合に含まれる。
　以上のように、本実施の形態における摩擦補償器１４は、トルク指令２３の変化量１１１の符号に応じて、摩擦補償トルク指令２９の符号を切り替える。モータ駆動装置１が摩擦補償器１４を備えることにより、符号を切り替えるだけの簡易な演算によって、後述するように適切に摩擦トルクを補償することができる。
　また、摩擦補償器１４が生成する摩擦補償トルク指令２９は、トルク指令２３の変化量１１１が正の場合には正の値であり、トルク指令２３の変化量１１１が負の場合には負の値である。また、摩擦補償器１４が生成する摩擦補償トルク指令２９は、トルク指令２３の変化量１１１が０の場合には、トルク指令２３の直前のトルク指令に基づいて生成された摩擦補償トルク指令である。このように摩擦補償トルク指令２９を生成する場合には、トルク指令２３に対して、摩擦補償トルク指令２９を加算することによって生成された補償後トルク指令３０を用いてモータ電流を制御することで、摩擦トルクを適切に補償することができる。
　モータ駆動装置１によるモータ停止時の摩擦トルク補償の効果確認結果について、図面を用いて説明する。
　図３は、実施の形態におけるモータ駆動装置１を用いてモータ２を駆動させる場合のトルク指令２３とモータ速度２８との関係を示すグラフである。図３においては、モータ２単体で、外部からの拘束がなく動作する条件でのトルク指令２３とモータ速度２８との関係が示されている。図３において細い実線で示されるグラフは、摩擦補償なしの場合において、モータ駆動装置１のトルク指令２３を０（停止状態）から正方向へ、及び、０（停止状態）から負方向へ変化させたとき（つまり、トルク指令２３に基づいてモータ２を動作させたとき）のモータ速度２８の測定結果を示す。図３において太い実線で示されるグラフは、摩擦補償ありの場合において、モータ駆動装置１のトルク指令２３を０から正方向へ変化させ、その後負方向へ変化させ、さらにその後０へ変化させたときのモータ速度２８の測定結果を示す。
　図３に示すように、摩擦トルク補償なしの場合は、トルク指令２３が静止摩擦トルク以上となるまではモータ速度２８が０である。これに対し、摩擦トルク補償ありの場合は、静止摩擦トルクが適切に補償されるため、トルク指令０付近におけるモータ速度の直線性（つまり、トルク指令に対するモータ速度の線形性）が得られていることが分かる。また、トルク指令の増加時と減少時とでモータ速度がほぼ同じとなることから、摩擦トルクのヒステリシス特性を適切に補償できていることが分かる。
　続いて、本実施の形態におけるモータ駆動装置１に対するトルク指令２３とモータ出力トルクとの関係について図面を用いて説明する。
　図４は、本実施の形態におけるモータ駆動装置１を用いてモータ２の動作を拘束した場合のトルク指令２３とモータ出力トルクとの関係を示すグラフである。図４においては、モータ２が動作しないよう外部からロックした状態におけるトルク指令２３とモータ出力トルクとの関係を示す。図４において細い実線及び太い実線で示されるグラフは、それぞれ、摩擦補償なしの場合、及び、摩擦補償ありの場合における関係を示す。図４に示される各グラフは、トルク指令２３を０から正方向へ変化させ、その後負方向へ変化させ、さらにその後０へ変化させたときのモータ出力トルクの測定結果を示す。なお、本測定においてはトルク指令２３を静止摩擦トルク以下の範囲で変化させている。図４には、トルク指令２３とモータ出力トルクとが等しい理想的な状態を示す直線（理想直線）を破線で示している。
　図４に示すように、摩擦トルク補償なしの場合は、トルク指令２３が静止摩擦トルク以下であるため、トルク指令２３に依存せずモータ出力トルクが０である。これに対し、摩擦トルク補償ありの場合は、静止摩擦トルクが適切に補償されるため、モータ出力トルクがトルク指令２３と等しい理想直線（図４の破線）に近い結果となる。これにより、モータ出力トルクの直線性（つまり、トルク指令２３に対するモータ出力トルクの線形性）が得られていることが分かる。また、トルク指令の増加時と減少時とでモータ出力トルクがほぼ同じとなることから、摩擦トルクのヒステリシス特性を適切に補償できていることが分かる。
　以上のように、本実施の形態におけるモータ駆動装置１は、トルク指令２３に基づいて、モータ２に流れるモータ電流を制御するモータ駆動装置である。モータ駆動装置１は、トルク指令２３とモータ２のモータ速度２８とに基づいて、モータ２における静止摩擦トルクを補償する摩擦補償トルク指令２９を生成する摩擦補償器１４を備える。摩擦補償器１４は、トルク指令２３の直前のトルク指令に対する変化量の符号に応じて摩擦補償トルク指令２９を生成する。モータ駆動装置１は、トルク指令２３に対して摩擦補償トルク指令２９を加算することによって生成された補償後トルク指令３０に基づいてモータ電流を制御する。
　モータ駆動装置１によれば、モータ停止時における摩擦トルクの影響を補償し、トルク指令２３どおりのモータ出力トルクを得ることができる。
　例えば、摩擦補償器１４は、トルク指令２３の変化量１１１の符号に応じて、摩擦補償トルク指令２９の符号を切り替えてもよい。
　モータ駆動装置１が摩擦補償器１４を備えることにより、符号を切り替えるだけの簡易な演算を追加することによって、適切に摩擦トルクを補償することができる。
　より具体的には、摩擦補償器１４が生成する摩擦補償トルク指令２９は、トルク指令２３の変化量１１１が正の場合には正の値であり、トルク指令２３の変化量１１１が負の場合には負の値である。摩擦補償器１４が生成する摩擦補償トルク指令２９は、トルク指令２３の変化量１１１が０の場合には、トルク指令２３の直前のトルク指令に基づいて生成された摩擦補償トルク指令である。
　このように、摩擦補償トルク指令２９を生成する場合には、トルク指令２３に対して、摩擦補償トルク指令２９を加算することによって生成された補償後トルク指令３０を用いてモータ電流を制御することで、摩擦トルクを適切に補償することができる。
　また、摩擦補償器１４が生成する摩擦補償トルク指令２９は、モータ速度２８が０以外の場合には０であってもよい。
　これにより、摩擦トルクの補償が必要な場合、つまり、モータ２が停止している場合にだけ、摩擦トルクを補償することができる。
　（変形例など）
　以上、本開示に係るモータ駆動装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、実施の形態に限定されるものではない。
　実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も、本開示に含まれる。
　例えば、実施の形態では、トルク指令２３に対して摩擦補償トルク指令２９を加算することによって、補償後トルク指令３０を生成したが、補償後トルク指令３０の生成方法は、これに限定されない。例えば、摩擦補償トルク指令２９の符号を実施の形態と逆にして、トルク指令２３に対して摩擦補償トルク指令２９を減算することによって、補償後トルク指令３０を生成してもよい。つまり、モータ駆動装置１は、トルク指令２３に対して摩擦補償トルク指令２９を減算することによって生成された補償後トルク指令３０に基づいて、モータ電流を制御してもよい。
　以上のように、本開示に係るモータ駆動装置１では、トルク指令２３の変化量の符号に応じて摩擦補償トルク指令２９の符号を切り替えることで、モータ２の停止時においても摩擦トルクの影響を正しく補償でき、トルク指令２３どおりのモータ出力トルクを得ることができる。このため、本開示に係るモータ駆動装置１は、特に、モータ出力トルクを正確に制御する必要がある加工機などにおいて、有用である。
　なお、本開示はトルク制御に限定されるものではなく、位置制御又は速度制御においても摩擦トルクを適切に補償することで、モータ動作の即応性及び位置決め整定性を向上させることができる。また、回転モータに限定されるものではなく、リニアモータにおいても回転系の単位を直動系に置き換えるだけで適用できることはいうまでもない。
　１　モータ駆動装置
　２　モータ
　３　エンコーダ
　１２　電流制御器
　１３　速度検出器
　１４　摩擦補償器
　２３　トルク指令
　２４　Ｕ相電流
　２５　Ｖ相電流
　２６　Ｗ相電流
　２７　モータ位置
　２８　モータ速度
　２９　摩擦補償トルク指令
　３０　補償後トルク指令
　１０１　変化量算出器
　１０２　符号算出器
　１０３　保存器
　１０４　トルク算出器
　１１１　変化量
　１１２　変化量符号
　１１３　静止摩擦トルク
　１１４　静止摩擦トルク補償値

Claims (4)

  1. トルク指令に基づいて、モータに流れるモータ電流を制御するモータ駆動装置であって、
    前記トルク指令と前記モータのモータ速度とに基づいて、前記モータにおける静止摩擦トルクを補償する摩擦補償トルク指令を生成する摩擦補償器を備え、
    前記摩擦補償器は、前記トルク指令の直前のトルク指令に対する変化量の符号に応じて前記摩擦補償トルク指令を生成し、
    前記モータ駆動装置は、前記トルク指令に対して前記摩擦補償トルク指令を加算又は減算することによって生成された補償後トルク指令に基づいて前記モータ電流を制御する
    モータ駆動装置。
  2. 前記摩擦補償器は、前記トルク指令の変化量の符号に応じて、前記摩擦補償トルク指令の符号を切り替える
    請求項１に記載のモータ駆動装置。
  3. 前記摩擦補償トルク指令は、前記トルク指令の変化量が正の場合には正の値であり、前記トルク指令の変化量が負の場合には負の値であり、前記トルク指令の変化量が０の場合には前記トルク指令の前記直前のトルク指令に基づいて生成された前記摩擦補償トルク指令である
    請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動装置。
  4. 前記摩擦補償トルク指令は、前記モータ速度が０以外の場合には０である
    請求項１又は請求項２に記載のモータ駆動装置。
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