JP2001251881A - リニアモータ駆動往復機構の制御装置 - Google Patents
リニアモータ駆動往復機構の制御装置Info
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- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Control Of Linear Motors (AREA)
- Reciprocating, Oscillating Or Vibrating Motors (AREA)
Abstract
たままで、駆動周波数の最小変更単位を小さくすること
が出来るリニアモータ駆動往復機構の制御装置を提供す
る。 【解決手段】 本発明に係る制御装置において、制御回
路は、駆動周波数aHzを目標の駆動周波数bHzに変
更する場合、1振動毎に、aHzの波形の存在比率を9
9%、98%、…1%と徐々に減少させる一方、bHz
の波形の存在比率を1%、2%、…99%と徐々に増大
させ、これによって得られる合成波形に基づいて、位置
指令値を生成する。
Description
って往復出力部を往復駆動するリニアモータ駆動往復機
構の制御装置に関するものである。
は、膨張した冷媒ガスを圧縮する装置として、リニアモ
ータによってシリンダー内でピストンを往復駆動してガ
スの圧縮を行なうリニアコンプレッサーの開発が進めら
れている(例えば特開平11−324911号参照)。
ンが上死点に達したときのピストンヘッドとシリンダー
上壁の間隙(トップクリアランス)が小さい程、高い体積
効率が得られるので、変位センサーによってピストンの
位置を検知し、該検知信号に基づいて、トップクリアラ
ンスが例えば100μmとなる様、リニアモータのフィ
ードバック制御が行なわれる。変位センサーとしては例
えば、MRセンサー、差動トランス、レーザ変位計等を
採用することが可能である。
ク制御において、ピストンの目標位置に応じて位置指令
値が生成され、位置センサーによって検出されたピスト
ンの現在位置と、前記生成された位置指令値とに基づい
て、リニアモータに供給する駆動電流の指令値が生成さ
れ、生成された電流指令値に応じた駆動電流によってリ
ニアモータが駆動される。
が効率の点で有利となるため、ピストンの振動の数百サ
イクル毎に共振周波数を算出し、ピストンの駆動周波数
を共振周波数に近づける制御が実行される。但し、ピス
トンの駆動周波数が共振周波数に近づくと、ピストンの
駆動に必要な電力が減少するため、一時的に過大な駆動
電流がリニアモータに供給されることになり、この結
果、ピストンが上死点や下死点にて目標位置をオーバー
して、シリンダー上壁に衝突する虞れがある。そこで従
来は、ピストンの駆動周波数を共振周波数に近づける際
に、電流指令値を算出する際のゲイン(電流ゲイン)を数
%減少させて、ピストンのオーバーストロークを回避し
ている。
如くピストンの駆動周波数を共振周波数に近づける際に
一律に電流ゲインを数%減少させる制御では、特に現在
の駆動周波数と共振周波数の差が小さい場合、ピストン
のストロークが本来のストロークよりも小さくなる問題
があった。電流ゲインを減少させることなくピストンの
オーバーストロークを回避するためには、ピストンの駆
動周波数を共振周波数に近づける際の周波数の最小変更
単位を出来るだけ小さく設定することが有効である。こ
れによって、周波数を変更する際のピストンの駆動に必
要な電力の変動幅を小さく抑えることが出来るため、オ
ーバーストロークの発生を回避することが出来る。
ピストンの位置指令値を生成する際に用いるサインテー
ブルのデータ量(分解能)に依存し、サインテーブルのデ
ータ量は、データの格納に利用出来るメモリの容量によ
って制約されるため、メモリの容量を増大させない限
り、周波数の最小変更単位をより小さくすることは出来
ない。
す様に、ピストンの振動の4分の1周期分の波形を規定
する5000個のデータ(No.0〜No.4999)が書
き込まれており、制御周期が450μsecの場合、ピ
ストンの駆動周波数を60Hzに制御するためには、サ
インテーブルからは540個のデータ取り出し間隔で離
散的にデータを取り出す必要がある。この場合、例えば
駆動周波数を上げるためにデータ取り出し間隔を最小単
位の1だけ増大させて541個とすると、駆動周波数は
60.1Hzに上がることになる。即ち、駆動周波数の
最小変更単位は0.1Hzとなり、それよりも小さな幅
で駆動周波数を変化させることは出来ない。この様な大
きな幅で駆動周波数を変化させると、上述の如くピスト
ンの駆動に必要な電力が一度に大きく変化するため、オ
ーバーストローク発生の可能性が高くなる。
状に維持したままで、駆動周波数の最小変更単位を小さ
くすることが出来るリニアモータ駆動往復機構の制御装
置を提供することである。
駆動往復機構の制御装置は、往復出力部の現在位置を検
出するための位置検出手段と、往復出力部に対する位置
指令値を生成する位置指令値生成手段と、検出された現
在位置と、生成された位置指令値とに基づいて、リニア
モータを制御するモータ制御手段とを具えている。
出力部の現在の駆動周波数を目標の駆動周波数に向けて
変更する過程で、往復出力部の1往復動毎に、現在の駆
動周波数と目標の駆動周波数の存在比率を変化させなが
ら、現在の駆動周波数と目標の駆動周波数が混在する合
成波形に基づいて、位置指令値を生成するものである。
す如く現在の駆動周波数aHz(例えば60.000H
z)を目標の駆動周波数bHz(例えば60.100Hz)
に変更する場合、往復出力部の複数回の往復動によっ
て、徐々に駆動周波数の変更を行なう。即ち、現在の駆
動周波数を実現している波形では、aHzの波形の存在
比率が100%で、bHzの波形の存在比率が0%であ
るが、これを最終的に、aHzの波形の存在比率が0%
で、bHzの波形の存在比率が100%の波形に変化さ
せて、目標の駆動周波数bHzを実現する場合、図示の
如く、1往復動毎に、aHzの波形の存在比率を99
%、98%、…1%と徐々に減少させる一方、bHzの
波形の存在比率を1%、2%、…99%と徐々に増大さ
せる。この様に2つの波形の存在比率を変化させるため
には、aHzの波形の一部をbHzの波形の一部で置き
換えて、合成波形を生成すればよい。
99%で、bHzの波形の存在比率が1%の場合、この
1往復動における周波数は60.001Hzとなる。次
に、aHzの波形の存在比率が98%で、bHzの波形
の存在比率が2%の場合、この1往復動における周波数
は60.002Hzとなる。この様にして、周波数が0.
001Hzずつ変化して、最終的に60.100Hzに
達するのである。
変更単位は0.001Hzとなり、従来の最小変更単位
である0.1Hzと比べて、100分の1の小さな値と
なる。この様に現在の駆動周波数から目標の駆動周波数
に向かって、従来よりも小さな周波数変更単位で徐々に
周波数を変更することによって、往復出力部の駆動に必
要な電力の変動幅を小さく抑えることが出来るため、オ
ーバーストロークの発生を回避することが出来る。
数に向かって徐々に周波数を変更する動作は、当初の目
標駆動周波数に達するまで継続することによって、周波
数の変更を滑らかに行なうことが出来る。これに対し、
現在の駆動周波数から目標駆動周波数に向かって徐々に
周波数を変更する動作は、その途中で、目標駆動周波数
の更新によって目標駆動周波数が達成されたときに中止
することも可能である。
手段は、サイン波形を一連のデータ列として表わしたサ
インテーブルと、サインテーブルから一定の周期で順次
データを離散的に取り出しつつ、取り出したデータに基
づいて、往復出力部の位置指令値を作成するデータ処理
手段と、往復出力部の現在の駆動周波数を目標の駆動周
波数に向けて変更する際、往復出力部の1往復動に必要
な複数のデータをサインテーブルから取り出す動作にお
いて、現在の駆動周波数を決定している第1のデータ取
り出し間隔で全てのデータを取り出す動作から、目標の
駆動周波数を達成することが出来る第2のデータ取り出
し間隔で全てのデータを取り出す動作へ向けて、第2の
データ取り出し間隔によるデータの取り出し回数を徐々
に増加させるデータ取り出し制御手段とを具えている。
現在の駆動周波数を決定している第1のデータ取り出し
間隔で全てのデータを取り出す動作によって、現在の駆
動周波数の波形の存在比率が100%の波形に基づいて
位置指令値が作成され、最終的に第2のデータ取り出し
間隔で全てのデータを取り出した場合は、目標の駆動周
波数の波形の存在比率が100%の波形に基づいて位置
指令値が作成されることになる。又、第2のデータ取り
出し間隔によるデータの取り出し回数を徐々に増加させ
る過程では、現在の駆動周波数の波形と目標の駆動周波
数の波形の存在比率が変化する合成波形に基づいて、位
置指令値が作成されることになる。
は、サイン波形の4分の1周期分のデータが規定されて
おり、データ処理手段は、前記4分の1周期分のデータ
に基づいて、残りの4分の3周期分のデータを導出す
る。これによって、サインテーブルを格納するためのメ
モリの容量が節約される。
生成手段は、データ取り出し制御手段によって設定され
た第2のデータ取り出し間隔で全てのデータを取り出す
動作に移行するまで、第2のデータ取り出し間隔による
データの取り出し回数を増加させる処理を続行する。こ
れによって、現在の駆動周波数から目標の駆動周波数ま
で、滑らかな周波数変更を行なうことが出来る。
生成手段は、データ取り出し制御手段によって設定され
た第1のデータ取り出し間隔で全てのデータを取り出す
動作から、目標の駆動周波数を達成することが出来る第
2のデータ取り出し間隔で全てのデータを取り出す動作
へ移行する途中で、目標駆動周波数が達成されたとき、
第2のデータ取り出し間隔によるデータの取り出し回数
を増加させる処理を中止する。これによって、周波数変
更の途中で目標駆動周波数が変動した場合に、目標駆動
周波数が迅速に実現されることになる。
制御手段は、第1のデータ取り出し間隔T1で全てのデ
ータを取り出す動作から、第2のデータ取り出し間隔T
2によるデータの取り出し回数を徐々に増加させるべ
く、サインテーブルに規定されているデータに基づいて
導出されるべき1周期分のデータの数をテーブルデータ
数Nとして、該テーブルデータ数Nに整数の倍率Oを乗
算して、テーブルデータ数拡張値Pを算出する手段と、
第1のデータ取り出し間隔T1に前記倍率Oを乗算し
て、データ取り出し間隔拡張値Mの初期値を算出すると
共に、第2のデータ取り出し間隔T2によるデータの取
り出し回数を増加させんとする度に、データ取り出し間
隔拡張値Mを単位量だけ変化させて更新する手段と、第
2のデータ取り出し間隔T2によるデータの取り出し回
数を増加させんとする度に、データ取り出し間隔拡張値
Mだけカウンタ値Qが増大されるカウンタ手段と、カウ
ンタ手段のカウンタ値Qがテーブルデータ数拡張値P以
上の値となったか否かを判断する手段と、前記判断手段
がイエスと判断したとき、カウンタ手段のカウンタ値Q
からテーブルデータ数拡張値Pを減算して、カウンタ値
Qを変更する手段と、カウンタ値Qを前記倍率で除算
し、切り捨て処理を伴って得られる除算結果をデータ取
り出し番号Rとして、サインテーブルから順次データを
取り出す手段とを具えている。
カウンタ値Qにはその初期値0にサイクル毎にデータ取
り出し間隔拡張値Mを加算する処理が繰り返され、これ
によって、前記仮想のサインテーブルからデータを取り
出す際のデータ取り出し番号が得られる。この過程で、
カウンタ値Qがテーブルデータ数拡張値P以上となった
ときは、カウンタ値Qからテーブルデータ数拡張値が減
算されて、サインテーブルから1周期分のデータを繰り
返し読み出す際の折り返し処理が行なわれる。この様に
して得られるカウンタ値Qを倍率で除算し、切り捨て処
理を伴って得られる除算結果をデータ取り出し番号Rと
することより、実際のサインテーブルからデータを取り
出す際のデータ取り出し番号が得られる。ここで、カウ
ンタ値Qの増大に伴ってデータ取り出し番号は一定値ず
つ増大することになるが、除算に伴う切り捨て処理で桁
上りを生じることによって、データ取り出し番号は前記
一定値よりも1だけ大きな値に増大することになる。こ
の桁上りの回数は、データ取り出し間隔拡張値Mの変化
に伴って、1サイクル毎に1回ずつ増加する。従って、
前記のデータ取り出し番号に基づいてサインテーブルか
らデータを取り出す手続きを繰り返すことによって、第
1のデータ取り出し間隔で全てのデータを取り出す動作
から、第2のデータ取り出し間隔で全てのデータを取り
出す動作へ向けて、1サイクル毎に、第2のデータ取り
出し間隔によるデータの取り出し回数を増加させること
が出来る。
の制御装置によれば、メモリの容量やCPUの能力を現
状に維持したままで、駆動周波数の最小変更単位を小さ
くすることが出来る。
サに実施した形態につき、図面に沿って具体的に説明す
る。本発明に係るリニアコンプレッサー(1)は、図3に
示す如く、円筒状のケーシング(10)の上端部及び下端部
の夫々に設けられた一対のシリンダー(11a)(11b)と、シ
リンダー(11a)(11b)内に夫々嵌挿された一対のピストン
(12a)(12b)とを具え、ピストン(12a)(12b)のヘッドとシ
リンダー(11a)(11b)の上壁の間には、一対の圧縮室(13
a)(13b)が形成されている。又、各シリンダー(11a)(11
b)には、圧縮室(13a)(13b)内のガス圧に応じて開閉する
吸入バルブ(14a)(14b)と吐出バルブ(15a)(15b)が取り付
けられている。
ロッド(16)の一方の端部及び他方の端部に連結されてお
り、該ロッド(16)は、一対の軸受け(17a)(17b)及びコイ
ルばね(18a)(18b)によって、ケーシング(10)及びシリン
ダー(11a)(11b)内を往復動自在に支持されている。
トン(12a)(12b)を往復駆動するためのリニアモータ(20)
を具えている。該リニアモータ(20)はボイスコイルモー
タであって、ヨーク部(10a)及び永久磁石(21)を含む固
定部と、コイル(23)及び円筒状の支持部材(24)を含む可
動部とを具えている。ヨーク部(10a)は、ケーシング(1
0)の一部を構成している。永久磁石(21)は、ヨーク部(1
0a)の内周壁に固定されている。支持部材(24)の一方の
端部は、永久磁石(21)と本体胴部(12)外周壁との間の円
筒状空間に遊挿され、他方の端部はロッド(16)の中央部
に連結されている。コイル(23)は、支持部材(24)の前記
一方の端部に取り付けられ、永久磁石(21)に対向してい
る。
には、N極とS極が一定ピッチで交互に着磁されたマグ
ネット板(42)が固定される一方、ケーシング(10)の内面
に形成した突部(100)には、マグネット板(42)に対向し
て、MR素子(41)が取り付けられ、MR素子(41)及びマ
グネット板(42)によって変位センサー(4)が構成されて
いる。該変位センサー(4)は、変位に応じたA相及びB
相の出力と、ロッド(16)が一対のピストン(12a)(12b)の
原点位置に達したときのZ相の出力を有している。
ン(12a)(12b)、ロッド(16)、コイル(23)、及び支持部材
(24)の質量、圧縮室(13a)(13b)のガスのばね定数、コイ
ルばね(18)のばね定数等から決まる共振周波数を有して
おり、該共振周波数は、通常、商用電力の周波数(例え
ば60Hz)付近に設定される。この共振周波数でリニ
アモータ(20)を駆動することにより、高い効率にて、上
下一対の圧縮室(13a)(13b)内で交互にガスを圧縮するこ
とが出来る。
(1)には、モータドライバー(3)、制御回路(5)及びセ
ンサー信号処理回路(6)からなる駆動制御装置(2)が接
続されている。モータドライバー(3)は、リニアコンプ
レッサー(1)のリニアモータに駆動電流Iを供給するも
のである。又、制御回路(5)は、CPU、メモリ等から
なるマイクロコンピュータによって構成されており、C
PUによる制御周期は150μsecである。
位に応じて変位センサー(4)から出力される正弦波のセ
ンサー信号Sは、センサー信号処理回路(6)に供給され
て、方形波に変換された後、該方形波の個数がカウント
され、該カウント値に基づいて、ピストンの変位を表わ
す位置データPaが作成され、制御回路(5)に供給され
る。尚、前記カウント値は、変位センサー(4)から得ら
れるZ相の信号に基づいてリセットされ、これによっ
て、位置データPaは、ピストンの原点位置を零点とす
る変位を表わすことになる。ここで、方形波のカウント
は、制御回路(5)に設けたカウンタによって行なう構成
も採用可能である。制御回路(5)は、センサー信号処理
回路(6)からの位置データPaに応じて制御信号φcを
作成し、該信号をモータドライバー(3)へ出力して、出
力電流Iを制御する。
表わしている。図示の如く制御回路(5)は、位置指令値
生成部(30)、位置・速度制御部(31)、電流指令値生成部
(32)、位置・速度検出部(33)、上下死点検出部(34)、電
流・速度位相差検出部(35)、電流ゲイン制御部(36)、振
幅中立位置制御部(37)、及び周波数制御部(38)から構成
されている。
理回路(6)から位置データPaを取り入れて、これを位
置現在値Pnowとすると共に、位置現在値Pnowを
微分して速度現在値Vnowを求める。
(33)から得られる一連の位置現在値Pnowに基づい
て、ピストン(12a)(12b)の上死点と原点の間の上死点側
振幅、及び下死点と原点の間の下死点側振幅を検出す
る。上死点側振幅及び下死点側振幅の検出は、位置指令
Prefの1サイクルが終了する度に、即ち位置指令P
refがゼロクロス点(−→+)を通過する度に行なわれ
る。
度検出部(33)で生成された位置現在値Vnowと電流指
令値生成部(32)で生成された電流指令値Irefとの位
相差を検出する。この位相差は、現在の駆動周波数と共
振周波数のずれに応じた値となる。尚、位相差の検出
は、位置現在値Pnowの1サイクルが終了する度に、
即ち位置現在値Pnowがゼロクロス点(−→+)を通過
する度に行なわれる。
出部(35)によって検出された位相差が予め定められた許
容値を越えているかどうかを判断し、越えている場合は
位相差がなくなるように、即ち共振周波数が得られる様
に、位置指令値生成部(30)で用いられる角周波数ωを補
正し、補正後の角周波数ωを目標駆動周波数として位置
指令値生成部(30)へ供給する。尚、目標駆動周波数の達
成によって、ピストン(12a)(12b)の駆動に必要な電力は
減少するが、後述の如く、電力の変動幅は十分に小さい
ため、ピストン(12a)(12b)のヘッドがシリンダー(11a)
(11b)の上壁に衝突する虞れはない。
部(34)で検出された上死点側振幅と下死点側振幅とを比
較し、両振幅の差が小さくなるように位置指令値生成部
(30)で用いられるシフト量Bを位置指令値Prefの1
サイクルが終了する度に制御する。即ち振幅中立位置制
御部(37)は、上死点側振幅の方が下死点側振幅よりも大
きい場合はシフト量Bを負側(下方向)に補正し、上死
点側振幅の方が下死点側振幅よりも小さい場合はシフト
量Bを正側(上方向)に補正する。通常、シフト量Bは
バルブの非対称性等の装置の特性によりほぼ一定になる
ため、シフト量Bの1回あたりの制御量は小さな値(例
えば1μm)に設定されている。このようにシフト量B
を制御することにより、一対のピストン(12a)(12b)のト
ップクリアランスを同じ値に精度よく制御することがで
きる。
れたサインテーブルと、振幅Aと、角周波数ωと、シフ
ト量Bと、式Pref=Asinωt+B(正弦関数)
とに基づいて位置指令値Prefを生成し、生成した位
置指令値Prefを位置・速度制御部(31)に与える。
尚、サインテーブルには、図10に示す如く、サイン波
形の4分の1周期分に相当する5000個のデータ(N
o.0〜No.4999)が規定されており、残りの4分
の3周期分のデータは、前記4分の1周期分のデータに
基づいて導出されるが、以下の説明では、便宜上、1周
期分の20000個のデータをサインテーブルから取り
出すものとして説明する。
令値生成部(30)は、サインテーブルから一定の周期(4
50μsec)で順次データを離散的に取り出す。この
ときのデータの取り出し間隔によって、駆動周波数が決
まることになる。そして、駆動周波数を変更するときの
データ取り出し間隔は、周波数制御部(38)から得られる
目標駆動周波数(角周波数ω)に基づいて、次の様にして
決定される。即ち、現在の駆動周波数が共振周波数から
許容値を越えてずれている場合、共振周波数を実現する
べく、ピストンの1往復動に必要な20000個のデー
タをサインテーブルから取り出す動作において、現在の
駆動周波数(例えば60Hz)を決定している第1のデー
タ取り出し間隔(例えば540)で全てのデータを取り出
す動作から、ピストンの1往復動毎に、データの取り出
し回数を1回ずつ増加させる。これによって、駆動周波
数について最小分解能が達成される。そして、このデー
タ取り出し間隔でサインテーブルから取り出したデータ
に基づいて、位置指令値Prefを生成するのである。
尚、位置指令値生成部(30)による具体的な位置指令値生
成手続きについては後述する。
Hzから目標の駆動周波数60.1000Hzへ周波数
を変更する過程を表わしている。ここで、サインテーブ
ルから1周期分の20000個のデータを順次取り出す
動作において、1振動分を全て540のデータ取り出し
間隔で行なう動作から、1周期分を全て541のデータ
取り出し間隔で行なう動作へ向けて、541のデータ取
り出し間隔によるデータの取り出し回数が1サイクル毎
に1回ずつ増加され、37サイクル目で目標周波数が達
成される。例えば、第2サイクルでは、データ取り出し
間隔541によるデータの取り出しが1回だけ行なわ
れ、第3サイクルでは、データ取り出し間隔541によ
るデータの取り出しが2回行なわれ、更に目標周波数達
成直前の第36サイクルでは、541のデータ取り出し
間隔によるデータの取り出しが36回行なわれる。この
様にして、1サイクル毎に、現在の駆動周波数60.0
000Hzと目標の駆動周波数60.1000Hzの存
在比率を変化させながら、現在の駆動周波数と目標の駆
動周波数が混在する波形に基づいて、位置指令値Pre
fが生成される。この結果、駆動周波数について最小分
解能0.0027Hzが実現されることになる。
値生成部(30)で生成された位置指令値Prefと位置・
速度検出部(33)で生成された位置現在値Pnowと偏差
Pref−Pnowに基づいて速度指令値Vrefを生
成し、更に速度指令値Vrefと位置・速度検出部(33)
で生成された速度現在値Vnowとの偏差Vref−V
nowに基づいて速度制御値Vcを生成する。
(34)で検出された上死点側振幅と下死点側振幅とを比較
し、上死点側振幅及び下死点側振幅のうちのいずれか大
きい方を最大振幅現在値Anowとし、この最大振幅現
在値Anowが予め定められた最大振幅目標値Aref
に一致するように電流指令値生成部(32)で用いられる電
流ゲインGiの値をピストン(12a)(12b)の振動の1サイ
クルごとに制御する。
2a)(12b)の往復動の数百(例えば300)サイクルに1
回、電流・速度位相差検出部(35)で検出された位相差が
予め定められた許容値を越えているかどうかを判断し、
越えている場合は更に、位相差が所定の超過判断基準を
越えているかどうかを判断し、越えている場合は、電流
指令値生成部(32)で用いられる電流ゲインGiの値を所
定値だけ減少させる。尚、位相差が所定の許容値を越え
ているが、所定の超過判断基準を越えていない場合は、
電流ゲインを減少させることなく、位置指令値生成部(3
0)による最小分解能での周波数変更処理が実行される。
部(31)で生成された速度制御値Vcと、電流ゲインGi
と、式Iref=Gi×Vcとに基づいて電流指令値I
refを生成し、更に電流指令値Irefを制御信号φ
cに変換してモータドライバー(3)に与える。モータド
ライバー(3)の出力電流Iの制御は、例えばPWM方式
で行なわれる。
令値生成部(30)で位置指令値Prefが生成され、位置
・速度制御部(31)で速度制御値Vcが生成され、位置・
速度制御部(31)で制御信号φcが生成される。モータド
ライバー(3)からリニアモータ(20)のコイル(23)に電流
が供給されると、リニアモータ(20)の可動部が往復運動
を開始して、ガスの圧縮が開始される。
基づいて、図1及び図2に示す制御回路(5)の具体的な
制御手続きを説明する。具体的制御手続きにおいては、
サインテーブルが仮に、実際のデータ数に所定倍率を乗
算したデータ数を有しているものとした場合において、
この仮想のサインテーブルから順次データを取り出すと
きのデータ取り出し間隔を算出し、その結果を、実際の
サインテーブルから順次データを取り出すときのデータ
取り出し間隔に換算するという手続きが採用されてい
る。
基づいて、データ取り出し間隔拡張値が算出される。
(位置データ取り出し周期/(1/周波数))
ブルから取り出されるサイン波形1周期分のデータの数
であって、本実施例では20000個である。倍率は、
周波数についての分解能(微細化率)であって、本実施例
の場合は37である。又、位置データ取り出し周期は、
CPUの制御周期(サンプリング時間)である150μs
ecの任意の整数倍、本実施例では、制御周期に後述の
第1カウンタの設置値:3を乗算した値:450μse
cに設定される。従って、テーブルデータ数拡張値は7
40000となる。又、現在の駆動周波数を60Hzと
すると、データ取り出し間隔拡張値は19980とな
る。
部(33)によって位置データPaの読み込みが行なわれ、
ステップS2では、位置・速度検出部(33)によって位置
現在値Pnow及び速度現在値Vnowが算出される。
ステップS3では、位置・速度制御部(31)によって速度
制御が行なわれる。即ち、位置・速度制御部(31)は、速
度指令値Vrefと速度現在値Vnowとの偏差に基づ
いて速度制御値Vcを生成し電流指令値生成部(32)に与
える。
によって速度制御値Vcと電流ゲインGiの積である電
流指令値Irefが生成され、ステップS5において電
流指令値生成部(32)から電流指令値Irefに応じた電
流指令データ即ち制御信号φcがモータドライバー(3)
に出力される。ステップS6にて、制御回路(5)に含ま
れる第1カウンタ(図示せず)のカウント値がインクリ
メント(+1)され、ステップS7において第1カウン
タのカウント値が設定値(本実施例では3)に到達した
か否かが判断される。
値が設定値に到達していた場合は、ステップS8に移行
し、位置指令値生成部(30)において位置補正量及び周波
数設定値に基づいて振幅A及び角周波数ωが生成され、
更に、サインテーブルのデータ、振幅A、シフト量B及
び角周波数ωに基づいて、位置指令値Pref=Asi
nωt+Bが生成される。尚、位置指令値Prefの生
成において、サインテーブルからデータを取り出すため
の具体的な手続きについては図7に基づいて後述する。
速度制御部(31)によって位置制御が行なわれる。即ち位
置・速度制御部(31)は、位置指令値Prefと位置現在
値Pnowの偏差に基づいて速度指令値Vrefを生成
する。位置制御が終了した後、ステップS10にて第1
カウンタのカウント値がリセットされる。
ント値が設定値に到達していない場合は、ステップS8
〜S10は実行されない。次に、ステップS11にて位
置指令値Prefの1サイクルが終了したか否かが判断
される。この判断は、位置現在値が負の値から正の値に
ゼロクロスしたかどうかの判断に代えることも可能であ
る。
fの1サイクルが終了したと判断した場合はステップS
12に移行し、上下死点検出部(34)によって、位置・速
度検出部(33)から得られる位置現在値Pnowの最大値
及び最小値に基づいて、ピストン(12a)(12b)の上死点側
振幅及び下死点側振幅が算出される。ステップS13に
おいて上死点側振幅と下死点側振幅の大小関係が比較さ
れ、上死点側振幅の方が下死点側振幅より大きい場合
は、ステップS14に移行し、振幅中立位置制御部(37)
によってシフト量Bの補正量として負の補正量が設定さ
れ、ステップS15では、最大振幅現在値Anowとし
て上死点側振幅が設定される。
下死点側振幅の方が上死点側振幅より大きい場合は、ス
テップS16に移行し、振幅中立位置制御部(37)によっ
てシフト量Bの補正量として正の補正量が設定され、ス
テップS17では、最大振幅現在値Anowとして下死
点側振幅が設定される。ステップS18において電流ゲ
イン制御部(36)によって最大振幅現在値Anowが最大
振幅目標値Arefに一致するように電流ゲインGiが
制御、設定された後、ステップS19に移行し、上下死
点検出部(34)において位置現在値Pnowの最大値及び
最小値がリセットされる。
1サイクルが終了しなかったと判断した場合は、ステッ
プS12〜S19は実行されない。次にステップS20
では、上下死点検出部(34)において位置現在値Pnow
の最大値及び最小値の検出・保持が行なわれる。
位置現在値Pnowの1サイクルが終了したか否かが判
断される。この判断は、位置現在値が負の値から正の値
にゼロクロスしたかどうかの判断に代えることも可能で
ある。ステップS21にて位置現在値Pnowの1サイ
クルが終了したと判断された場合は、ステップS22に
移行し、電流・速度位相差検出部(35)によって電流指令
値Irefと速度現在値Vnowの位相差が検出され
る。
理フラグFLAGがON(オン)となっているか否かが判
断され、ここでノーと判断されたときはステップS36
に移行して、第2カウンタ(図示省略)のカウント値をイ
ンクリメントし、ステップS37では第2カウンタのカ
ウント値が設定値(300)に到達した否かが判断され
る。ステップS37にて第2カウンタのカウント値が設
定値に到達したと判断された場合は、ステップS38に
移行し、電流指令値Irefと速度現在値Vnowの位
相差が許容値以内であるか否かが判断される。
ないと判断されたときは、ステップS39にて周波数処
理フラグFLAGをONとした後、ステップS40で
は、目標周波数が設定される。更にステップS41で
は、周波数を目標周波数に向けて最小分解能だけ変更す
る手続き、具体的には、周波数を増大させるときは前記
データ取り出し間隔拡張値に1を加算し、周波数を減少
させるときには前記データ取り出し間隔拡張値から1を
減算して、データ取り出し間隔拡張値を更新する手続き
が実行される。その後、ステップS42にて、第2カウ
ンタをリセットする。
とき、ステップS38〜S42は実行されない。又、前
記ステップS38にてイエスと判断されたときは、ステ
ップS39〜S41は実行されない。
たときは、ステップS43に移行して、現在の駆動周波
数が目標周波数に到達したか否かが判断される。ここで
ノーと判断されたときはステップS44にて周波数を最
小分解能だけ変更する手続きが実行され、イエスと判断
されたときはステップS45にて周波数制御処理フラグ
FLAGをOFF(オフ)とした後、ステップS46に移
行する。そして、ステップS46では、リニアコンプレ
ッサーの運転中止等により制御を終了すべきか否かを判
断し、イエスと判断されたときは手続きを終了し、ノー
と判断されたときは図4のステップS1に戻って、制御
を繰り返す。
位置指令値生成の際のデータ取り出し手続きであって、
前記仮想のサインテーブルから順次データを取り出す場
合のデータ取り出し間隔に基づいて、実際のサインテー
ブルから順次データを取り出す際のデータ取り出し番号
を算出する具体的な手続きを表わしている。
カウント値(第3カウンタ値)にデータ取り出し間隔拡張
値を加算して、第3カウンタ値を更新する。この第3カ
ウンタ値によって、前記仮想のサインテーブルからデー
タを取り出す際のデータ取り出し番号が得られる。続い
て、ステップS52にて第3カウンタ値がテーブルデー
タ数拡張値以上であるか否かが判断され、ここでノーと
判断されたときはステップS54へ移行し、イエスと判
断されたときは、ステップS53に移行して、第3カウ
ンタ値からテーブルデータ数拡張値を減算して、第3カ
ウンタ値を更新した後、ステップS54へ移行する。こ
の様に、第3カウンタ値からテーブルデータ数拡張値を
減算することによって、サインテーブルから1周期分の
データを繰り返し読み出す際の折り返し処理が行なわれ
る。
率で除算し、切り捨て処理を伴って得られる除算結果を
データ取り出し番号とする。これによって、実際のサイ
ンテーブルからデータを取り出す際のデータ取り出し番
号が得られることになる。そして、ステップS55で
は、算出されたデータ取り出し番号により、サインテー
ブルからデータを取り出す。尚、4分の1周期分のデー
タはサインテーブルから直接に取り出すが、残りの4分
の3周期のデータは、4分の1周期のデータに基づいて
導出する。
すことによって、第1のデータ取り出し間隔で全てのデ
ータを取り出す動作から、1サイクル毎に、第2のデー
タ取り出し間隔によるデータの取り出し回数を増加させ
ることが出来る。例えば図9に示す例において、前記の
如く、テーブルデータ数N=20000、倍率O=37、
位置データ取り出し周期=450μsec、テーブルデ
ータ数拡張値P=740000、データ取り出し間隔拡
張値M=19980(初期値)の場合、図7のステップS
51を経ることによって、第1サイクルにて、第3カウ
ンタのカウンタ値(第3カウンタ値Q)は0から7192
80まで19980ずつ増大する。この過程で、データ
取り出し番号は、0から19440まで540ずつ増大
し、37回の全てのデータの取り出しが、データ取り出
し間隔T1=540で行なわれることになる。
44を経てデータ取り出し間隔拡張値Mが19981と
なることによって、第3カウンタ値Qは739261と
なり、次に図7のステップS51を経ることによって、
第3カウンタ値Qは一旦、759242となるが、テー
ブルデータ数拡張値P=740000を越えることとな
って、ステップS53を経て19242となる。第1サ
イクルから第2サイクルにかけて、データ取り出し番号
Rは0から19980まで540ずつ増大した後、前述
の如く第3カウンタ値が19242になったとき、デー
タ取り出し番号Rは520となり、サインテーブルを折
り返すこととなって、データ取り出し間隔T1=540
が維持される。
値Qは19242から718577まで19981ずつ
増大する。これによって、データ取り出し番号Rが52
0から18880まで540ずつ増大した後、第3カウ
ンタ値Qが718577になることによりデータ取り出
し番号Rが19421となって、データ取り出し間隔は
T2=541に桁上りすることなる。この様にして、第
2サイクルでは、37回のデータ取り出しにおいて、最
後の1回だけ、データ取り出し間隔T2=541による
データ取り出しが行なわれることになる。
第3カウンタ値Qは718577から、図7のステップ
S51を経て738559となり、これよってデータ取
り出し番号Rは、19421から19961となって、
データ取り出し間隔はT1=540に戻ることなる。そ
の後、第3サイクルでは、第3カウンタ値Qが、ステッ
プS53を経て738559から18541となった
後、ステップS51にてデータ取り出し間隔拡張値M=
19982が加算されて、717911まで増大するこ
とになる。この過程で、第3カウンタ値Qが33825
3から358235に変化することによって、データ取
り出し番号が9141から9682に変化し、データ取
り出し間隔がT2=541に桁上りすることになる。
又、最後に第3カウンタ値Qが697929から717
911になることによって、データ取り出し番号Rが1
8862から19403となって、データ取り出し間隔
がT2=541に桁上りすることなる。この様にして、
第3サイクルでは、37回のデータ取り出しにおいて、
中間と最後の2回だけ、データ取り出し間隔T2=54
1によるデータ取り出しが行なわれることになる。
に、データ取り出し間隔T2=541によるデータ取り
出しの回数が増えて、最終的に第37サイクルでは、3
7回の全てのデータの取り出しが、データ取り出し間隔
T2=541で行なわれることになる。
手続きにおいては、サインテーブルのデータ数が倍率O
を乗算した数(テーブルデータ数拡張値P=74000
0)だけ存在すると仮定し、この仮想のサインテーブル
から順次データを取り出す場合の間隔(データ取り出し
間隔拡張値M)をサイクル毎に1ずつ変化させて、デー
タ取り出し番号を第3カウンタ値Qによって表わし、そ
の後、第3カウンタ値Qを倍率Oで除算して、実際のサ
インテーブルからのデータ取り出し番号に換算する。こ
の際、整数化処理に伴う桁上りを利用して、データ取り
出し間隔T2=541によるデータ取り出しを発生させ
ると共に、データ取り出し間隔拡張値Mを変化させるこ
とによって、データ取り出し間隔T2=541によるデ
ータの取り出し回数をサイクル毎に1回ずつ増大させて
いるのである。
波数(共振周波数)に到達するまで、上記の例では、6
0.0000Hzから60.1000Hzまで、最小分解
能(0.0027Hz)による滑らかな周波数の変更が行
なわれるので、周波数の変更に伴うリニアモータ駆動電
力の変動幅は微少となり、この結果、従来の如く電流ゲ
インを削減することなく、ピストンの衝突を回避するこ
とが出来る。
とが出来る他の制御手続きを表わしている。図6の制御
手続きにおいては、上述のステップS21、S22を経
た後、ステップS23にて、第2カウンタ(図示省略)の
カウント値をインクリメントし、ステップS24におい
て第2カウンタのカウント値が設定値(300)に到達し
たか否かが判断される。 ステップS24において第2
カウンタのカウント値が設定値に到達したと判断された
場合は、ステップS25に移行し、電流指令値Iref
と速度現在値Vnowの位相差が許容値以内であるか否
かが判断される。ステップS25にて許容値以内でない
と判断された場合は、ステップS26に移行し、前記位
相差が第1の超過判断基準を越えているか否かが判断
され、ここでノーと判断されたときは、更にステップS
27にて、前記位相差が前記第1の超過判断基準より
も小さな第2の超過判断基準を越えているか否かが判
断される。
は、ステップS28に移行して、ピストンの駆動周波数
を最小分解能だけ変更するための手続き、具体的には周
波数を増大させるときは前記データ取り出し間隔拡張値
に1を加算し、周波数を減少させるときには前記データ
取り出し間隔拡張値から1を減算して、データ取り出し
間隔拡張値を更新する手続きが実行される。
のカウント値がリセットされる。ステップS21にて位
置現在値Pnowの1サイクルが終了していないと判断
された場合は、ステップS22〜S29は実行されな
い。ステップS24において第2カウンタのカウント値
が設定値に到達していないと判断された場合は、ステッ
プS25〜S29は実行されない。
きは、ステップS32に移行して、周波数の変更量を大
きな値(例えば0.03Hz)に設定して、周波数の制御
・設定を実行した後、更にステップS33にて、電流指
令値の振幅ゲインを所定値(例えば5%)だけ削減して、
ステップS29に移行する。又、ステップS27にてイ
エスと判断されたときは、ステップS30に移行して、
周波数の変更量を小さな値(例えば0.15Hz)に設定
して、周波数の制御・設定を実行した後、ステップS3
3にて、電流指令値の振幅ゲインを所定値(例えば30
%)だけ削減して、ステップS29に移行する。
差が許容値以内に収まった時点で、即ち、周波数がほぼ
共振周波数となったとき、周波数変更処理は中止される
ことになる。又、電流と速度の位相差が超過判断基準
若しくはを越えた場合、即ち現在の駆動周波数が共振
周波数から大きくずれている場合には、周波数の変更と
共に、電流指令値のゲインの削減が行なわれるため、ピ
ストンの衝突が確実に回避される。
装置の構成を表わすブロック図である。
である。
ある。
ャートである。
る。
きのフローチャートである。
フローチャートである。
形図である。
波形図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 リニアモータによって往復出力部を往復
駆動するリニアモータ駆動往復機構の制御装置におい
て、 往復出力部の現在位置を検出するための位置検出手段
と、 往復出力部に対する位置指令値を生成する位置指令値生
成手段と、 検出された現在位置と、生成された位置指令値とに基づ
いて、リニアモータを制御するモータ制御手段とを具
え、前記位置指令値生成手段は、往復出力部の現在の駆
動周波数を目標の駆動周波数に向けて変更する過程で、
往復出力部の1往復動毎に、現在の駆動周波数と目標の
駆動周波数の存在比率を変化させながら、現在の駆動周
波数と目標の駆動周波数が混在する波形に基づいて、位
置指令値を生成することを特徴とするリニアモータ駆動
往復機構の制御装置。 - 【請求項2】 前記位置指令値生成手段は、 サイン波形を一連のデータ列として表わしたサインテー
ブルと、 サインテーブルから一定の周期で順次データを離散的に
取り出しつつ、取り出したデータに基づいて、往復出力
部の位置指令値を作成するデータ処理手段と、 往復出力部の現在の駆動周波数を目標の駆動周波数に向
けて変更する際、往復出力部の1往復動に必要な複数の
データをサインテーブルから取り出す動作において、現
在の駆動周波数を決定している第1のデータ取り出し間
隔で全てのデータを取り出す動作から、目標の駆動周波
数を達成することが出来る第2のデータ取り出し間隔で
全てのデータを取り出す動作へ向けて、第2のデータ取
り出し間隔によるデータの取り出し回数を徐々に増加さ
せるデータ取り出し制御手段とを具えている請求項1に
記載の制御装置。 - 【請求項3】 サインテーブルには、サイン波形の4分
の1周期分のデータが規定されており、データ処理手段
は、前記4分の1周期分のデータに基づいて、残りの4
分の3周期分のデータを導出する請求項2に記載の制御
装置。 - 【請求項4】 前記位置指令値生成手段は、データ取り
出し制御手段によって設定された第2のデータ取り出し
間隔で全てのデータを取り出す動作に移行するまで、第
2のデータ取り出し間隔によるデータの取り出し回数を
増加させる処理を続行する請求項2又は請求項3に記載
の制御装置。 - 【請求項5】 前記位置指令値生成手段は、第1のデー
タ取り出し間隔で全てのデータを取り出す動作から、第
2のデータ取り出し間隔で全てのデータを取り出す動作
へ移行する途中で、目標駆動周波数が達成されたとき、
第2のデータ取り出し間隔によるデータの取り出し回数
を増加させる処理を中止する請求項2又は請求項3に記
載の制御装置。 - 【請求項6】 更に、目標の駆動周波数を決定する周波
数制御手段を具え、該周波数制御手段は、電流指令値生
成手段から得られる電流指令値の変化と、位置検出手段
から得られる往復出力部の現在位置の変化との位相差に
基づいて、往復出力部に共振が発生する周波数を算出
し、該周波数を目標駆動周波数として設定する請求項2
乃至請求項5の何れかに記載の制御装置。 - 【請求項7】 更に、前記位相差が所定の超過判断基準
を上回っているか否かを判断する手段を具え、上回って
いないと判断された場合に前記データ取り出し手段によ
る駆動周波数の変更を実行し、上回っていると判断され
た場合は、駆動周波数を目標駆動周波数に向けて所定値
だけ変更すると共に、電流指令値を作成するためゲイン
を所定値だけ小さく設定する請求項6に記載の制御装
置。 - 【請求項8】 データ取り出し制御手段は、第1のデー
タ取り出し間隔T1で全てのデータを取り出す動作か
ら、第2のデータ取り出し間隔T2によるデータの取り
出し回数を徐々に増加させるべく、 サインテーブルに規定されているデータに基づいて導出
されるべき1周期分のデータの数をテーブルデータ数N
として、該テーブルデータ数Nに整数の倍率Oを乗算し
て、テーブルデータ数拡張値Pを算出する手段と、 第1のデータ取り出し間隔T1に前記倍率Oを乗算し
て、データ取り出し間隔拡張値Mの初期値を算出すると
共に、第2のデータ取り出し間隔T2によるデータの取
り出し回数を増加させんとする度に、データ取り出し間
隔拡張値Mを単位量だけ変化させて更新する手段と、 第2のデータ取り出し間隔T2によるデータの取り出し
回数を増加させんとする度に、データ取り出し間隔拡張
値Mだけカウンタ値Qが増大されるカウンタ手段と、 カウンタ手段のカウンタ値Qがテーブルデータ数拡張値
P以上の値となったか否かを判断する手段と、 前記判断手段がイエスと判断したとき、カウンタ手段の
カウンタ値Qからテーブルデータ数拡張値Pを減算し
て、カウンタ値Qを変更する手段と、 カウンタ値Qを前記倍率で除算し、切り捨て処理を伴っ
て得られる除算結果をデータ取り出し番号Rとして、サ
インテーブルから順次データを取り出す手段とを具えて
いる請求項2乃至請求項7の何れかに記載の制御装置。
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JP2000056550A JP3759571B2 (ja) | 2000-03-01 | 2000-03-01 | リニアモータ駆動往復機構の制御装置 |
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