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    公开号:WO1986004194A1
    申请号:PCT/JP1986/000010
    申请日:1986-01-11
    公开日:1986-07-17
    发明作者:Mitsuo Kurakake；Keiji Sakamoto；Yukio Toyasawa
    申请人:Fanuc Ltd；
    IPC主号:G05B19-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] サ - ボモ ー タ の速度制街方式
    [0003] 技 術 分 野
    [0004] *発明は、 工作機械や産業用 C3ボ ッ ト 等の負荷を駆動 する サ ー ボモ - タ の速度制铒方式に関す る。
    [0005] 背 景 技 術
    [0006] サ 一 ボ モ ー タ の速度 を フ ィ 一 ド パ ッ ク 制御する場合 に 、 実速度を検出す る必要があ る。 そのために 、 従来、 例えば、 ロ ー タ リ エ ン コ ーダが用い られてい る 。 かか る ロ ー タ リ エ ン コ ー ダはモー タ の ： I 回転当 り を数千か ら 2 万程度 ま で分割 してパル スを発生させる よ う に構成 され てお リ 、 その出カ バ ル ス の周波数はモー タ の回転速度に 比例す る こ と に な る 。
    [0007] 従 っ て、 特に サー ボモータ の低速回転時、 出力パ ル ス 列は非常に間隔がひ ら いて St散的と な リ 、 これ を そ の ま ま モー タ の速度情報 と してデ ィ ジタ ル制網に使用する と 回転 ム ラ と な っ て表われる こ と になる 。
    [0008] こ の よ う に機械負荷の位置検出用 と し て の α—タ リ ェ ン コ ー ダ を サ ー ボ モ ー タ の速度検 出 に も使用 した場合 に 、 ア ナ ロ グ型の検出器 と 比べ て速度分解能が低 く な り 、 精度の高い円滑な速度制 ¾を行ない得ない と い う 問 題があ っ た。
    [0009] 発 明 の 開 示
    [0010] *発明は、 α—タ リ エ ン コ ー ダか らの位置情報に よ り 速度を推定す る場合に 、 定常的な推定誤差を生ずる原因 と な っ てい る ク ー ロ ン摩擦などの負荷 ト ルク を同時に推 定 し て速度推定値を得る と と も に、 こ の速度推定値を得 る た め の オ ブザー バ （推定器） を使用する際に、 ォ ブ ザーバの使用 または不使用をモータ速度に応 じ て選択す る よ う に して、 中央処理装置 （ C P U ) の負担を軽減 し たサー ボモー タ の速度制 ¾方式の提供を 目 的 と する も の であ る 。
    [0011] 本発明に よれば、 機械負荷を駆動する サーボモー タ に 取 り 付け ら れた ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか らの位置情報を フ ィ ー ドバ ッ ク し 、 該サーボモータ への ト ル ク 指令信号 を生成する よ う に したサーポモータ の速度制裤方式に お いて、 前記サ一 ポモー タ に対 して設定された基準速度 と モー タ 速度 と を比較する ステ ッ プ と 、 モー タ 速度が前記 基準速度よ リ 小 さい と き に負荷 ト ル ク推定値を演算す る ス テ ッ プ と 、 前記 a—タ リ エ ン コーダか らの位置情報 と サーボ モー タ のモー タ 電流および前記負荷 ト ル ク 推定値 と に基づい て サ ー ポ モ ー タ の速度推定値を演箕する ス テ ツ プ と 、 前記速度推定値と速度指令信号に基づいて ト ル ク指令信号を演算する ステ ッ プとから な る サーボモ ー タ の タ の速度制御方式が提供される。
    [0012] *発明に よ る サー ボモータ の速度制御方式は モー タ 負荷 ト ル ク を推定 し ながら速度推定値を得る オ ブザー バ を使用 して速度を検出する際に、 オブザーバを使用す る か不使用 と する か の選択を、 モータ速度に応 じ て選択す る の で、 中央処理装置 （ C P U ) の負担を軽滅する と 共 に 、 低速度領域での速度検出を精度良 く 行な う こ と がで さ る 。
    [0013] 図面の箇単な説
    [0014] 第 1 図は本発明の モー タ電流ルー プ レ ベルに おけ る ォ ブザー バ の処理を示す フ ロ ー チ ャ ー ト 、 第 2 図は太発明 に係 る 速度制 ¾1方式が適用 さ れ る 制御回路の概略の ブ ロ ッ ク 図、 第 3 図 （ a ) はモー タ電流ルー プ ½理 レ ベ ル の説明図、 第 3 図 （ b ) は速度処理 レ ベ ル の説明図、 第 4 図は モー タ 電流ルー プ レ ベル における オ ブザー バの処 理を示すフ ロ ー チ ャ ー ト 、 第 5 図は速度ルー プ処理の フ 口 一 チ ャ ー ト であ る 。
    [0015] 発明 を実旄するための最良の形態 以下、 本発明の実旌例について図面を参照 し なが ら詳 細に説明する ，
    [0016] 第 2 図は、 本発明 に係る速度制櫞方式の ブ D ッ ク 図で あ る 。 図中、 1 乃至 3 は演箕器、 4 は推定器 （ ォブザ— バ 、 あ る い は観澳器） 、 5 は モ ー タ 、 V c は速度指 4 値、 U は ト ル ク指令信号、 I はモー タ電流、 I は負荷 ト ル ク を示す電流、 V はモー タ速度、 ø は位置信号、 k i は積分ゲ イ ン 、 k 2 は フ ィ ー ド、パ ッ ク ゲ イ ン 、 K mは モー タ の定数、 T mは、 R a をモー タ巻線抵抗、 L a を イ ン ダ ク タ ン ス と す る と きの L a と R a と の比、 つま り L a Z R a 値であ る 。 また、 K t は ト ル ク 定数、 J は負 荷 と モ ー タ の イ ナ一 シ ャ を加え合せた イ ナ一 シ ャ 、 K p は ロ ー タ リ エ ン コ ー ダに よる換算係数であ り 、 S は d Z d t を表わ し ている 。 尚、 こ こで推定器自体は一般的に 用い られてお り 、 それを速度検出器と組み合せて速度制 御する 方式は、 日 *国特許出穎であ る特顕昭 5 9 - 5 5
    [0017] 1 1 4 号 と して提案されている。
    [0018] 次に 、 こ の速度制镩方式の動作について説明する 。 まず、 速度指令値 V c と後述する速度推定値 の差が 演算器 1 か ら ih力される。 こ の出力信号は積分 され演箕 器 2 に 出力 される 。 一方、 速度推定傕 V に フ ィ ー ドバ ッ ク ゲ イ ン k 2 をかけた ものが演箕器 2 に入力 され、 それ ら の入力信号間の差が ト ル ク 指今 u と し て出力 され、 モー タ 5 を制街 してい る。 そ して、 モー タ 速度は V し て出力 され、 口 一 タ リ エ ン コーダに よ っ て位置信号 0 が 検出 される 。 こ の位置信号 0 には、 演算器 3 に おい て負 荷 ト ル ク （ ク ー Q ン摩擦） を示す電流 I が加え られて い る ため、 負荷 ト ル ク 情報が含まれる。
    [0019] そ こ で、 こ の よ ラ な速度制樽方式 に おいて は、 ォ ブ ザ一バ 4 を用 いて速度推定値 V を得るが、 こ の時に定常 的な推定誤差を生ず る原因と なる負荷 ト ル ク を同時に推 定する 。 即ち 、 オブザーバ 4 にはモー タ 電流 I と 負荷 ト ル ク を示す電流 I を考慮 した位置信号 0 を入力 し 、 速 度推定値 V を出力す る。
    [0020] こ の点について、 更に詳細に説明する と 、 前記モー タ 電流 I 、 モー タ速度 V 、 位置信号 0 、 負荷 ト ル ク を示す 電流 I を 元 に し て 、 同一次元 オ ブザ ー バ を 構成する と 、 次の よ う に な る 。 I
    [0021] '
    [0022] 実際 に検 出 され 、 オ ブザ ー バ 4 に 入力 され る も のは モー タ 電流 I と位置信号 0 であ り 、 デ ィ ジ タ ル ½理の為 の同一次元オ ブザー バは、 次のよ う にな る 。
    [0023] I
    [0024]
    [0025] こ こ で、 Τ はサ ン プ リ ング周期、 λ ι , Κ 2 , A s は オブザーバ 4 のゲ イ ン であ り 、 これ らの値は、 推定値が 真値に収束す る ための時間に反比例 して設定 される 。
    [0026] そ こ で、 こ れ を マ イ ク ロ プ ロ セ ッ サで処理す る 為に上 記オブザーバ 4 を次のアルゴ リ ズムで実現する 。
    [0027] Λ 6m+1 = 第 3 図は こ の速度推定値 V を得るため の情報処理を説 明する 説明図であ り 、 第 3 図 （ a ) はモー タ電流ルー プ の処理 レ ベル （ 〗 ） を、 第 3 図 （ b ) は速度処理 レ ベ ル ( m ) を それぞれ説明 している。
    [0028] 尚 、 上記 オ ブザー バ 4 は 、 サ ン プ リ ン グ時間 T毎の ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか らのバルス数厶 0 を積算する カ ウ ン タ を備え、 例えば 5 周期以内で推定誤差が 0 と な る ゲ イ ン ん 1 , 2 , 入 5 が予め計箕して与え られてい る も の と する。
    [0029] 第 4 図は モ ー タ 電流ルー プ処理 レ ベ ル における ォ ブ ザーバ 4 に よ る処理の流れを示すも の であ り 、 第 5 図は 速度ルー プ処理の流れを示すも のであ る 。
    [0030] まず、 モー タ電流ルー プについては、 ォ ブザーノ < 4 に 位置情報 j 及びモー タ電流 I mを取込み、 次いで、 そ れ ら の稜分 を行 な う 。 次 に 、 前記 （ 1 ) 式に基づい て、 位置推定情報 Δ 、 速度推定情報 、 ト ル ク 負 荷を示す電铳推定情報 I ^ を計算する 。 そ し て、 5 回 目 の処理がで き た ら 、 Vmwを速度処理プ ロ グ ラ ム へ渡す よ う にする 。 こ の関係は第 3 図 （ a ) 及び第 3 図 （ b ) か ら明 らかであ る。
    [0031] 次に 、 速度ルー ブ処理は第 5 図の フ ロ ーか ら 明 らかな よ う に 、 オブザーバ 4 に速度指令 V 5 m を取込み、 次い でそれ らの稜分を行な う。 次に、 その積分値に積分ゲ イ ン を 掛算 し 、 そ の積 か ら 速 度推定情報 V 5 m と フ ィ ー ドバ ッ ク ゲ イ ン k 2 と の稜を減算 し て ト ルク指令 U 5 mを得る ょ ラ に する。
    [0032] 第 1 図は、 本発明 に よ るモー タ電流ルー プ処理 レ ベ ル におけ る オ ブザーバ 4 に よ る処理の流れ を示す も のであ る。 オ ブザー バ 4 に位置情報 A 0 j 及びモー タ 電流 I m を取込んだ後に 、 位置情報 j と基準速度 Vsと を比較 し て、 モー タ 速度が一定速度以上の と き に は、 ォブザ一 バ処理 を行なわずに 、 ロ ー タ リ エ ン コ ー ダに よ り 得 られ る パル ス に よ り 現在速度を推定 し、 こ の速度推定値を速 度処理 プロ グ ラ ムへ渡 して ト ルク指令を得る よ う に し て い る 。 こ の点が前記第 4 図に示 したオブザーバ処理の フ ロ ー と 相違 し て お り 、 そ の他は同様の処理が行なわれ る 。
    [0033] なお、 基準速度 Vsと しては、 例えば 1 5 0 O r p m を 選定 し 、 検出速度が 1 5 0 0 r p m以下の と き には、 ォ ブザー バ処理 を行ない、 低速度での速度検出 を精度良 く 行な う 。
    [0034] 尚、 本発明は上記実旄例に限定される も の でな く 、 * 発明の主旨に従い、 種 々 の変形が可能であ り 、 それ ら を 本発明 の範囲か ら排除する も の ではない。
    [0035] 産業上の利用可能性
    [0036] *発明に係 る サー ボモー タ の速度制御方式は 、 サ一 ボ モー タ の低速駆動時において も精度の高い速度制 ¾が で き る の で 、 特 に 高精度 を要求 され る 工作機械のべ ッ ド や 、 産 業用 ロ ボ ッ ト 等 を 作 動 さ せ る ラ え で好適 で あ る 。
    权利要求:
    Claims 請 求 の 範 囲
    ( 1 ) 機械負荷を駆動す る サ一ボモ ー タ に取 り 付け ら れ た ロ ー タ リ ヱ ン コ ー ダか らの位置情報を フ ィ 一 ド、バ ッ ク し 、 該サ ー ボ モ ー タ へ の ト ル ク 指今信号 を生成す る よ う に し た サー ボ モ ー タ の速度制御方式は、 次 を含 む ：
    前記 サ ー ボ モ ー タ に対 して設定された基準速度 と モ 一 タ 速度 と を比較す る ス テ ッ プ ；
    モ ー タ 速度が前記基準速度 よ り 小 さい と き に 負荷 ト ル ク 推定値 を演算す る ス テ ッ プ ；
    前記 ロ ー タ リ エ ン コ ー ダか ら の位置情報 と サ 一 ボ モ 一 タ のモ ー タ 電流お よ び前記負荷 ト ルク推定値 と に基づい て サ 一 ボモ ー タ の速度推定値を演算する ス テ ツ プ ；
    前記速度推定値 と 速度指令信号に基づ い て ト ル ク 指会 信号 を演算す る ス テ ッ プ。
    ( 2 ) 前記基準速度 を 5 0 0 r p m と した こ と を特徴 と す る 請求の範囲 第 （ ) 項記載のサ一 ボ モ ー タ の速度 制御方式。
    类似技术:
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    Lorenz et al.1991|High-resolution velocity estimation for all-digital, ac servo drives
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0208788A1|1987-01-21|
    JPS61164481A|1986-07-25|
    US4680518A|1987-07-14|
    EP0208788A4|1988-04-27|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    1986-07-17| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DE FR GB |
    1986-09-05| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1986900635 Country of ref document: EP |
    1987-01-21| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1986900635 Country of ref document: EP |
    1989-12-20| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1986900635 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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