JP2001145383A - 同期電動機制御方法 - Google Patents
同期電動機制御方法Info
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Abstract
する際に、制御切換点で生ずる推力段差を補正できる同
期電動機制御方法を提供する。 【解決手段】 同期電動機5の位置を検出する位置検出
手段7と、電流指令により同期電動機を制御する制御手
段1と、推力指令に応じてリニア制御アンプとPWM制
御アンプを切換える切換手段と、両制御に対応できるパ
ワー回路4とを備えた同期電動機を駆動する同期電動機
制御方法において、全電流制御範囲内で、リニア制御と
PWM制御の切換点と、最大電流時の電流指令を測定点
として、予め測定点である電流指令に基づき実電流を測
定し、電流指令に基づく理想電流と実電流のゲイン誤差
を直線補間によって補正する補正ゲインを算出し、その
補正ゲインを電流指令に乗算して得られる補正電流指令
によって同期電動機を駆動し、推力リップルおよびハイ
ブリッドアンプ切換時の推力段差を低減する。
Description
行う同期電動機の制御方法に係り、特にゲイン補正を行
った電流指令により同期電動機を駆動する制御方法に関
する。
「電流指令−実電流および電流指令−ゲイン」を表す図
である。今、電流指令通りの理想の電流(以降、理想電
流という)が流れた場合には、直線(1)となり、その
時のゲインは常に理想の一定の直線(1)’(以降、理
想ゲインという)となる。ここで正の電流指令I1、I
2および負の電流指令I3、I4が与えられた時の実電
流がそれぞれI1’、I2’、I3’、I4’のような
実際の同期電動機の制御装置の場合は、「電流指令−実
電流」が(2)の直線となり、「電流指令−ゲイン」が
(2)’の直線となる。このように従来の同期電動機は
理想電流(1)、理想ゲイン(1)’に対して、ある程
度の誤差を持った実電流で駆動していた。
に、同期電動機制御装置のパワーアンプ部には、リニア
制御アンプ(以降、リニアアンプと言う)、あるいはP
WM制御アンプ(以降、PWMアンプと言う)等が使用
されるが、両者の利点を生かしたリニア/PWM制御切
換アンプ(以降、ハイブリッドアンプと言う)を使用す
る用途もある。このハイブリッドアンプは、全電流制御
範囲内において精度が必要な小電流領域をリニアアンプ
として、また、精度が必要とされない大電流領域をPW
Mアンプとして使用するように切換えるものである。特
に、リニア制御とPWM制御の切換点(以降、切換点と
言う)は、その特徴を活かすために最大電流に対して比
較的小電流領域に設定される。図7は図6の0点近傍に
点線で示した領域Sを拡大して、リニア制御/PWM制
御切換領域として示した概略図であり、以下のような電
流指令の状態で各制御が切換わる。 電流指令0 →切換点IHighの間 :リニア制御 切換点IHigh→最大電流→切換点ILowの間 :PWM制御 切換点ILow →電流指令0の間 :リニア制御 このようなリニア/PWM制御アンプ方式の同期電動機
に、図6に示した、従来の実電流(2)、ゲイン
(2)’による駆動制御を適用した場合、各電流制御ル
ープを構成する部品の特性・精度のバラツキ等により、
リニア制御アンプ時の直線(4)とPWM制御アンプ時
の直線(5)のような場合、切換点でのゲイン誤差が生
じ、そのゲイン誤差が結果として図7に示すような推力
段差となって現れる。また、同様な部品の特性・精度の
バラツキや銅損等によって理想電流に対する実電流のゲ
イン誤差が生じ、それによって推力リップルも発生する
が、これらは従来の制御方式では補正できないので、精
密な電流制御を必要とする用途のシステムの特性を損ね
るという問題があった。また、リニア/PWM制御アン
プの切換制御方式では無く、リニア制御アンプ等による
単独制御時に、図6の従来の制御方式を適用する場合
の、理想電流(1)に対する実電流(2)のゲイン誤差
は、 K1=I1/I1’ K2=I2/I2’ K3=I3/I3’ K4=I4/I4’、となる。 このゲイン誤差は、電流指令を出力するD/A変換器の
各チャンネル間の出力電圧のバラツキや電流制御ループ
を構成する部品の特性・精度のバラツキによる発生す
る。また、同期電動機へ電流を流すことにより生ずる同
期電動機の各相巻線の銅損による温度上昇に伴い、各相
巻線抵抗値が上昇して出力電圧が飽和し、出力電流ピー
クが出ない場合もある。これらは各相出力電流振幅のバ
ラツキの原因となり、一定推力(又はトルク)指令時の
電流リップル、すなわち、推力(トルク)リップルとな
るが従来の制御方式では補正できないので、リニア制御
アンプ単独制御の場合にも、精密な電流制御を必要とす
る用途ではシステムの特性を損ねるという問題があっ
た。そこで、本発明は、同期電動機をリニア/PWM制
御切換アンプ方式により制御駆動する場合に、電流指令
で各相出力電流振幅のバラツキを補正し、リニア/PW
M制御の切換点で生ずる推力段差を補正することによっ
て、精密な電流制御を必要とする用途のシステムの特性
向上を図ることができる同期電動機制御方法を提供する
ことを目的としている。更に、同期電動機をリニア制御
アンプ等の単独制御方式により制御駆動する際に、一定
推力指令時の推力リップルを低減させ、精密な電流制御
を必要とする用途のシステムの特性向上を図ることがで
きる同期電動機制御方法を提供することも目的としてい
る。
め、請求項1に記載の発明は、同期電動機の位置を検出
する位置検出手段と、電流指令により前記同期電動機を
リニア制御およびPWM制御できる制御手段と、推力指
令に応じてリニア制御とPWM制御を切換える切換手段
と、両制御に対応できるパワー回路とを備えた同期電動
機を駆動する同期電動機制御方法において、全電流制御
範囲内で、リニア制御とPWM制御の切換点と最大電流
時の電流指令を測定点として、予め前記測定点である電
流指令に基づき実電流を測定し、直線補間によって補正
ゲインを算出して、その補正ゲインを前記電流指令に乗
算して得られる補正電流指令によって同期電動機を駆動
することを特徴としている。この同期電動機制御方法に
よれば、同期電動機をハイブリッドアンプ方式で駆動制
御する場合に、電流指令を出力するD/A変換器の各チ
ャンネル間の出力電圧のバラツキや電流制御ループを構
成する部品の特性・精度のバラツキがある場合や同期電
動機へ電流を流すことにより生じる同期電動機各相巻線
の銅損による温度上昇に伴い出力電流のピークが出ない
場合、およびハイブリッドアンプの切換点で生ずる推力
段差を考慮した補正電流指令により電流制御するので、
一定推力指令時の電流リップル、即ち、推力リップルお
よびハイブリッドアンプの切換点で生ずる推力段差を減
少させ、精密な電流制御を必要とする用途のシステムの
特性を向上させることができる。また、請求項2に記載
の発明は、前記リニア制御とPWM制御のどちらか一方
のゲインに合わせるように前記電流指令と前記補正電流
を切換えることを特徴としている。この同期電動機制御
方法によれば、同期電動機のハイブリッドアンプ方式で
駆動制御する場合の、電流指令補正をリニア制御とPW
M制御のどちらか一方のゲインに合わせて補正するの
で、ハイブリッドアンプの切換点で生ずる推力段差、お
よびゲイン誤差により発生する推力リップルを効率良く
補正できる。また、請求項3に記載の発明は、同期電動
機の位置を検出する位置検出手段と、電流指令により前
記同期電動機を制御する制御手段とを備えた同期電動機
を駆動する同期電動機制御方法において、全電流制御範
囲内において、予め何点かの前記電流指令に基づき実電
流を測定し、直線補間によって補正ゲインを算出し、そ
の補正ゲインを前記電流指令に乗算して得られる補正電
流指令によって同期電動機を駆動することを特徴として
いる。この同期電動機制御方法によれば、同期電動機を
リニア制御アンプ等の単独制御方式により駆動する際、
電流指令を出力するD/A変換器の各チャンネル間の出
力電圧のバラツキや電流制御ループを構成する部品の特
性・精度のバラツキ、銅損等を考慮した補正電流指令に
より電流制御するので、一定推力指令時の電流リップ
ル、即ち、推力リップルを減少させ、精密な電流制御に
対応できる。
について図を参照して説明する。図1は本発明の第1の
実施の形態に係る同期電動機制御装置の概略構成図であ
る。図2は図1に示すパワーアンプ回路の回路図であ
る。図3は図1に示す同期電動機の1相分の電流指令−
実電流および電流指令−ゲインを表す図である。図1に
おいて、同期電動機5で可動テーブル等を予め指令され
た指令位置に移動させるべく、CPU1が一定周期毎に
ディジタルの電流指令をD/A変換器2に出力する。C
PU1内では、位置ループと速度ループが構成され、速
度ループの出力である推力指令が演算される。そしてリ
ニアスケール等の位置検出器6の信号を現在位置として
位置検出手段7を介して取り込み、予めメモリに用意さ
れたSINテーブルを参照して同期電動機5の界磁極に
あった各相の電流指令が演算される。D/A変換器2よ
り出力された各相の電流指令IUref、IVref、
IWrefは、OPアンプ回路3を介してIU、IV、
IWがパワーアンプ回路4に入力され、パワー変換され
て電力U、V、Wが同期電動機5に供給され、同期電動
機5の位置と速度、推力が制御される。図2はパワーア
ンプ4の回路図であり、ここでは、大電流時にはPWM
制御アンプによる制御が行われて効率の低下が防止さ
れ、小電流時にはリニア制御アンプによる制御が行われ
て高分解能での制御を可能にするため、CPU1の推力
指令がしきい値以下の場合は、CPU1よりリニア/P
WM制御切換信号でパワーアンプ回路4内のアナログス
イッチ12を切換え、先述のリニア制御アンプによる第
1系統10に、又、CPU1の推力指令がしきい値を超
えた場合は、CPU1よりリニア/PWM切換信号でパ
ワーアンプ回路4内のアナログスイッチ12を切換え、
電流指令とキャリヤ発生器13からの三角波キャリヤ
を、比較器14で比較出力してパワー素子15を駆動す
るPWM制御アンプによる駆動を行う第2の系統11に
切換える手段を設けている。図3は、本発明の補正ゲイ
ンおよび補正電流指令を算出するための概略図であり、
3相同期電動機の1相分の電流指令−実電流および電流
指令−ゲインを表す図である。図でハイブリットアンプ
の切換点での推力段差を考慮した補正電流指令の場合
は、(6)の直線となり、その時のゲインは(6)’と
なる。
電流指令I1、I2、I3、I4、I5、I6時の実電
流I1’、I2’、I3’、I4’、I5’、I6’、
となった直線(7)のゲイン(7)’のゲインである同
期電動機制御装置の補正電流指令を求める方法について
述べる。ここで、各電流指令の設定は、従来の問題点を
考慮するために、 I1、I3=ILow I2、I4=IHigh I5、I6=最大電流、とする。 理想電流に対する実電流のゲイン誤差は、 K1=I1/I1’ K2=I2/I2’ K3=I3/I3’ K4=I4/I4’ K5=I5/I5’ K6=I6/I6’、となる。 次に測定点である正負の電流指令I1、I2、I3、I
4の関係は、 I2=2×I1、 I4=2×I3、であり、 最大電流I5、I6での測定は、必要な場合のみ測定を
行い、通常は実電流測定を行わずに、 I5’=I5、
I6’=I6、 としてゲイン誤差を算出し、測定回数
を短縮する。
流指令のある範囲内での補正ゲインK1’、K2’、K
3’、K4’、K5’、K6’をそれぞれ次のように直
線補間で算出する。 0≦I<I1の場合: K1’={(K1−1)/(I1−0)}(I−0)+
1 I1≦I<I2の場合: K2’={(K2−K1)/(I2−I1)}(I−I
1)+K1 I2≦I<I5の場合: K5’={(K5−K2)/(I5−I2)}(I−I
2)+K2 I3≦I<0の場合: K3’={(1−K3)/(0−I3)}(I−I3)
+K3 I4<I<I3の場合: K4’={(K3−K4)/(I3−I4)}(I−I
4)+K4 I6≦I<I4の場合: K6’={(K4−K6)/(I4−I6)}(I−I
6)+K6 次に、補正電流指令I1h、I2h、I3h、I4h、
I5h、I6h、は、このようにして算出された補正ゲ
インK1’、K2’、K3’、K4’、K5’、K6’
を次式により、元の電流指令I1、I2、I3、I4、
I5、I6、に乗算することにより、それぞれ求めるこ
とができる。 I1h=K1’×I1、 I2h=K2’×I2、 13h=K3’×I3、 14h=K4’×I4、 15h=K5’×I5、 16h=K6’×I6、 下記の電流指令の状態で各制御および電流指令が切換わ
る。 電流指令0→切換点I2、I4(=IHigh):リ
ニア制御、元の電流指令 切換点I2、I4(=IHigh)→最大電流 :P
WM制御、補正電流指令 最大電流→切換点I1、I3(=ILow) :P
WM制御、補正電流指令 切換点I1、I3(=ILow)→電流指令0 :リ
ニア制御、元の電流指令 この電流指令による実電流は、リニア制御に基づき切換
点の推力段差を補正した(6)の直線となり、その時の
ゲインは(6)’であり、理想電流に近い実電流を流す
ことができる。このように、第1の実施の形態におい
て、理想電流と実電流のゲイン誤差を補正し、リニア制
御アンプとPWM制御アンプとのゲイン誤差がある場合
には、PWM制御のゲインをリニア制御のゲインに合わ
せることで、切換点での推力段差を減少する方法を述べ
たが、逆に、リニア制御のゲインをPWM制御のゲイン
に合わせることも可能である。また、ここまでは直動型
の同期電動機について説明したが、回転型の同期電動機
でも同様な制御は可能である。
図を参照して説明する。図4は本発明の第2の実施の形
態に係る同期電動機制御装置のブロック図である。図5
は図4に示す同期電動機の1相分の電流指令−実電流お
よび電流指令−ゲインを表す図である。 図4におい
て、CPU21からの位置/速度/推力(トルク)制御
に応じた3相電流指令IUref、IVref、IWr
efは、後述する方法により算出された補正ゲインが乗
算された補正電流指令であり、D/A変換器22を介し
てパワーアンプ23へ送られる。パワーアンプ23では
電流検出器を有する電流制御ループが構成されていて、
各相電流指令を電圧−電流変換して、電流指令に応じた
各相電流により同期電動機24を駆動する。位置検出器
25から発生されるA、B相信号をカウンタ26で計数
することにより、可動子(あるいは回転子)の位置情報
をCPU21へ入力し、各制御のフィードバック信号と
する。図5は補正ゲインおよび補正電流指令を算出する
ための概略図であり、3相同期電動機の1相分の電流指
令−実電流および電流指令−ゲインを表す。図5におい
て、電流指令通りの電流が流れた場合、(8)の直線と
なり、その時のゲインは常に一定の(8)’となる。第
2の実施の形態は、第1の実施の形態がリニア/PWM
制御アンプの切換時の推力段差等を含む補正制御であっ
たのに対し、今回はリニア制御アンプ等の単独制御方式
における理想電流と実電流のゲイン誤差の、より詳細な
補正制御によって、精密な電流制御の用途に対応しよう
とするものである。
電流指令I1、I2、I3、I4時の実電流I1’、I
2’、I3’、I4’となった(9)の直線と、
(9)’のゲインである同期電動機制御装置の場合の補
正電流指令を求める方法について説明する。理想電流に
対する実電流のゲイン誤差は、 K1=I1/I1’ K2=I2/I2’ K3=I3/I3’ K4=I4/I4’、となる。 そこで、ゲイン誤差を減少させるために電流指令のある
範囲内での補正ゲインK1’、K2’、K3’、K4’
を以下のように直線補間で算出する。 0≦I<I1の場合: K1’={(K1−1)/(I1−0)}(I−0)+
1 I1≦I<I2の場合: K2’={(K2−K1)/(I2−I1)}(I−I
1)+K1 I2≦Iの場合:K2’ I3≦I<0の場合: K3’={(1−K3)/(0−I3)}(I−I3)
+k3 I4<I<I3の場合: K4’={(K3−K4)/(I3−I4)}(I−I
4)+K4 I≦I4の場合:K4’ 補正電流指令I1h、I2h、I3h、I4hは、この
ように算出された補正ゲインK1’、K2’、K3’、
K4’を用いて、次のように元の電流指令I1、I2、
I3、I4に乗算することにより、それぞれ求めること
ができる。 I1h=K1’×I1、 I2h=K2’×I2、 I3h=K3’×I3、 I4h=K4’×I4、 この補正電流指令による実電流は(10)の直線とな
り、その時のゲインは(10)’であり、理想電流に近
い実電流を流すことで補正することができる。この場
合、正負の電流指令I1、I2、I3、I4時の実電流
I1’、I2’、I3’、I4’の測定は、同期電動機
を駆動する前に予め測定しておくものであり、測定点で
ある正負の電流指令I1、I2、I3、I4は、 I2=2×I1、 I4=2×I3、とすることにより、測定回数を減らす
ことができる。例えば、3相同期電動機のU相電流指令
I1時の実電流I2’を測定しようとすると、他の2相
電流指令I3時の実電流I3’も同時に測定できること
になる。また、測定点である正負の電流指令I1、I
2、I3、I4は各相巻線の銅損により、抵抗値が上昇
して出力電圧が飽和し、出力電流ピークが出ない場合を
考慮して、 I2、I4=最大電流×0.9、 I3、I3=最大電流×0.45、 とする。 このように、第2の実施の形態によれば、リニア制御ア
ンプ等の単独制御方式において、理想電流と実電流のゲ
イン誤差をより詳細に補正することによって、精密な電
流制御を必要する用途に対応可能となる。
るD/A変換器の各チャンネル間の出力電圧のバラツキ
や電流制御ループを構成する部品の特性・精度のバラツ
キ、銅損等の影響、およびハイブリッドアンプの切換点
で生じる推力段差を考慮した補正電流指令により電流制
御するので、一定推力指令時の推力リップルおよび推力
段差を低減して、精密な電流制御を必要とする用途のシ
ステムの向上を可能にする効果がある。また、電流指令
を出力するD/A変換器の各チャンネル間の出力電圧の
バラツキや電流制御ループを構成する部品の特性・精度
のバラツキがある場合や同期電動機へ電流を流すことに
より生じる同期電動機各相巻線の銅損による温度上昇を
伴い、各相巻線抵抗値が上昇して出力電圧が飽和し、出
力電流ピークが出ない場合を考慮した補正電流指令によ
り電流制御するので、単独制御方式により一定推力指令
時の電流リップル、即ち、推力リップルを低減させて精
密な電流制御を必要とする用途のシステムの特性向上を
可能にする効果がある。
御装置の概略構成図である。
電流及び電流指令ーゲインを表す図である。
御装置のブロック図である。
電流及び電流指令ーゲインを表す図である。
及び電流指令ーゲインを表す図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 同期電動機の位置を検出する位置検出手
段と、電流指令により前記同期電動機をリニア制御およ
びPWM制御できる制御手段と、推力指令に応じてリニ
ア制御とPWM制御を切換える切換手段と、両制御に対
応できるパワー回路とを備えた同期電動機を駆動する同
期電動機制御方法において、 全電流制御範囲内で、リニア制御とPWM制御の切換点
と最大電流時の電流指令を測定点として、予め前記測定
点である電流指令に基づき実電流を測定し、直線補間に
よって補正ゲインを算出して、その補正ゲインを前記電
流指令に乗算して得られる補正電流指令によって同期電
動機を駆動することを特徴とする同期電動機制御方法。 - 【請求項2】 前記リニア制御とPWM制御のどちらか
一方のゲインに合わせるように前記電流指令と前記補正
電流を切換えることを特徴とする請求項1記載の同期電
動機制御方法。 - 【請求項3】 同期電動機の位置を検出する位置検出手
段と、電流指令により前記同期電動機を制御する制御手
段とを備えた同期電動機を駆動する同期電動機制御方法
において、 全電流制御範囲内において、予め何点かの前記電流指令
に基づき実電流を測定し、直線補間によって補正ゲイン
を算出し、その補正ゲインを前記電流指令に乗算して得
られる補正電流指令によって同期電動機を駆動すること
を特徴とする同期電動機制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32427899A JP3940875B2 (ja) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | 同期電動機制御方法および制御装置 |
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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JP3940875B2 JP3940875B2 (ja) | 2007-07-04 |
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JP32427899A Expired - Fee Related JP3940875B2 (ja) | 1999-11-15 | 1999-11-15 | 同期電動機制御方法および制御装置 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP3940875B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100865609B1 (ko) * | 2001-05-30 | 2008-10-27 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 자기디스크 기억장치 |
JP2008301678A (ja) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Ntn Corp | 多相モータの駆動制御回路およびこれを用いたスピンドル装置 |
-
1999
- 1999-11-15 JP JP32427899A patent/JP3940875B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100865609B1 (ko) * | 2001-05-30 | 2008-10-27 | 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼 | 자기디스크 기억장치 |
JP2008301678A (ja) * | 2007-06-04 | 2008-12-11 | Ntn Corp | 多相モータの駆動制御回路およびこれを用いたスピンドル装置 |
US8198852B2 (en) | 2007-06-04 | 2012-06-12 | Ntn Corporation | Drive control circuit for polyphase motor capable of reducing variation among armature currents of respective phases, and spindle apparatus using the same |
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Publication number | Publication date |
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JP3940875B2 (ja) | 2007-07-04 |
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