JP2003033076A - モータ位置推定制御装置 - Google Patents

モータ位置推定制御装置

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JP2003033076A
JP2003033076A JP2001214708A JP2001214708A JP2003033076A JP 2003033076 A JP2003033076 A JP 2003033076A JP 2001214708 A JP2001214708 A JP 2001214708A JP 2001214708 A JP2001214708 A JP 2001214708A JP 2003033076 A JP2003033076 A JP 2003033076A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反転動作時の運転をスムーズに行なうことが
できるモータ位置推定制御装置を提供する。 【解決手段】 d−q座標系を用いたモータ制御装置に
おいて、負荷容量と負荷トルクとの相関関係を予め記憶
している相関テーブル22を設け負荷容量と負荷トルク
との相関関係を予め記憶しているテーブルを設け、検出
された負荷に応じて、テーブルに記憶されている対応の
負荷トルクを読出して所定の演算式より加速度を推定
し、所定の角度間の位置を推定するようにしたので、比
較的簡単な構成で位置精度を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はモータ位置推定制
御装置に関し、たとえば洗濯機に使用されるDCサーボ
モータの回転位置を所定の角度ごとに検出し、検出され
た角度間の位置を推定するモータ位置推定制御装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】DCブラシレスモータは3相であれば、
図5に示すように3相のコイルLu,Lv,Lwにイン
バータから3相の駆動電圧Vu,Vv,Vwが与えられ
る。この駆動電圧Vu,Vv,Vwはそれぞれ通電期間
は120度になっているが、位相が120度ずれてお
り、その位相のずれによってコイルLu,Lv,Lwに
印加されるタイミングが異なるのでモータが回転する。
【0003】また、DCブラシレスモータは、ホール素
子によって回転位置が検出され、3相モータであればホ
ール素子も3個用いられる。3個のホール素子からは図
6に示すようなタイミングでHu,Hv,Hwの検出信
号が出力される。それぞれの検出信号は1回転の間に6
0度位相がずれている。このため、分解能は電気角で6
0度しかないことになる。このようにホール素子による
回転位置の分解能は60度しかないため、次に検出され
る120度までの間の回転位置を何らかの推定方法によ
り補正する必要がある。そのような推定方法として、電
気学会論文D、118巻1号、平成10年発行には、発
生トルクからモータの加速度を推定し、これを推定した
位置および速度の補正に用いる方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
提案された方法では、負荷の大きさが考慮されておら
ず、負荷の変動が特に激しい洗濯機の水洗いなどの反転
動作では推定精度が悪化する。リアルタイムで負荷トル
クを測定すれば推定精度が向上するが、そのようなシス
テムでは装置が複雑化し、コストが高くなってしまうと
いう問題点があった。
【0005】それゆえに、この発明の主たる目的は、反
転動作時の運転をスムーズに行なうことができるモータ
位置推定制御装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明は、サーボモー
タの回転位置を所定の角度ごとに検出し、検出された角
度間の位置を推定するモータ位置推定制御装置であっ
て、負荷容量と負荷トルクとの相関関係を予め記憶して
いるテーブルと、サーボモータで駆動される負荷量を検
出する負荷検出手段と、サーボモータの反転動作時にお
いて、負荷検出手段によって検出された負荷に応じて、
テーブルに記憶されている対応の負荷トルクを読出して
所定の演算式より加速度を推定し、所定の角度間の位置
を推定する位置推定手段を備えたことを特徴とする。
【0007】これにより、比較的簡単な構成で位置精度
を向上できる。また、テーブルは、相関関係を反転時の
加速度指令パターンごとに細分化して記憶することを特
徴とする。これによりさらに位置精度を向上できる。
【0008】また、モータは洗濯機の攪拌体を回転駆動
し、負荷検出手段は洗濯機の洗濯容量を検出することを
特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の一実施形態のD
Cブラシレスモータの駆動回路を示すブロック図であ
る。この図1に示した駆動回路の基本的な構成は、d−
q座標系を用いた制御であり、杉本英彦著:「ACサー
ボシステムの理論と設計の実際」総合電子出版社発行に
詳述されている。
【0010】図1において、DCブラシレスモータ1の
速度と位置がホールセンサからなる検出器2で検出さ
れ、その検出信号が位置&速度推定回路20に与えられ
る。位置&速度推定回路20は検出信号に基づいて、磁
極位置θdeと、電気角速度ωdeと、モータ速度ωd
mとを出力する。磁極位置θdeはたとえばROMで構
成された座標変換回路11に与えられ、磁極位置に対応
した三角関数cosθdeとsinθdeとが出力され
てd−q/3相交流座標変換器7と3相交流/d−q座
標変換器9とに与えられる。
【0011】3相交流/d−q座標変換器9は電流検出
器12で検出された電圧PWMインバータ8から出力さ
れた交流電流iuとivと、磁極位置に対応した三角関
数cosθdeとsinθdeとをそれぞれ乗算して、
d軸電流idとq軸電流iqとを出力する。d軸電流i
dは電流指令値idと加算されて電流制御器5に与えら
れ、d軸電圧vdが出力される。q軸電流iqは速度制
御器4の出力電流iq *と加算されて電流制御器6に与
えられ、q軸電圧vqが出力される。なお、速度制御器
4にはモータ速度ωdmが与えられており、速度指令ω
dと加算されてiq*が出力されている。
【0012】また、3相交流/d−q座標変換器9から
出力されたd軸電流idとq軸電流iqは非干渉化制御
器10に与えられる。非干渉化制御器10はDCブラシ
レスモータ1のi軸とq軸との間で干渉し合う速度起電
力を位置&速度推定回路20から与えられる電気角速度
ωdeで打ち消すための制御を行なう。非干渉化制御器
10から出力された打消し電圧vdとvqは電流制御器
5,6の出力のd軸電圧指令vd´とq軸電圧指令vq
´に加算されて干渉し合う速度起電力が打ち消され、d
軸電圧指令vd*とq軸電圧指令vq*としてd−q/3
相交流座標変換器7に与えられる。
【0013】d−q/3相交流座標変換器7はd軸電圧
指令vd*およびq軸電圧指令vq*と、磁極位置に対応
した三角関数cosθdeおよびsinθdeとを乗算
して、3相交流電圧vu*,vv*,vw*を電圧PWM
インバータ8に与える。電圧PWMインバータ8はその
3相交流電圧vu*,vv*,vw*に基づいたPWM波
形信号をDCブラシレスモータ1に与えて回転させる。
この駆動回路については上述の文献に詳細に説明されて
いるので、これ以上の動作説明を省略し、以下、この発
明の特徴となる部分について説明する。
【0014】容量センシング回路21は洗濯機の現在の
洗濯条件、すなわち洗濯物の容量を検出して相関テーブ
ル22に与える。相関テーブル22はたとえばROMな
どによって構成されており、洗濯物の種々の容量Cwa
shのそれぞれに対応してDCブラシレスモータ1の反
転時の推定負荷トルクTroadを記憶している。そし
て、洗濯開始時に与えられる速度指令ωdに応じて、相
関テーブル22からそのときに容量センシング回路21
で検出された容量に応じた負荷トルクTroadが読み
出されて位置&速度推定回路20に与えられる。
【0015】位置&速度推定回路20は与えられた負荷
トルクTroadに基づいて、次式により加速度を推定
する。このときi軸電流id=0に設定されている。
【0016】 J*ω=φfa*Iq−Troad ・・・(1) ただし、J:機械系慣性モーメント、ω:ωdの微分
(回転加速度)、φfa:3相巻線鎖交磁束数最大値であ
る。
【0017】このように、最も推定の困難な反転動作時
の位置推定において、予め洗濯容量と対応する反転負荷
時の負荷トルクTroadとの関係をテーブルデータと
して記憶しておき、洗濯時に洗濯容量に応じてテーブル
を参照して加速度を推定することにより、位置精度を向
上できる。
【0018】図2は相関テーブルデータを採取する構成
を示すブロック図である。図2において、DCブラシレ
スモータ1〜電流検出器12までの構成は図1と同じで
ある。ただし、検出器2としては、データの信頼性を持
たせるために、分解能の高いロータリエンコーダが用い
られる。負荷トルク計算器23は速度指令ωdに応じて
速度制御器4の出力のq軸電流iq*から前述の第
(1)式を逆算して負荷トルクTroadを算出する。
このときi軸電流id=0に設定されている。算出され
た負荷トルクTroadとそのときの速度指令ωdがデ
ータ記憶装置24によってたとえばROMなどに書込ま
れて、図1に示した相関テーブル22が作成される。
【0019】図3は採取したデータの一例を示す図であ
る。図3において横軸はモータ速度(rad/s)を示
し、縦軸は負荷トルク(Nm)を示しており、洗濯容量
が2kg,5kg,8kgのときのモータ速度が変化し
たときの負荷トルクの変化を示している。このデータよ
り、最も位置推定精度が悪化する0速(反転の瞬間)の
データを各洗濯容量ごとに採取し、負荷トルクテーブル
としてROMに書込む。
【0020】さらに、加速度指令パターンが多様化する
のであれば、その指令パターンごとにデータを細分化
し、さらに位置推定精度を高めることができる。
【0021】図4はこの発明が適用される洗濯機の内部
外略図である。図4において、洗濯機100は一槽式の
全自動洗濯機であり、本体の内部に洗濯機を兼ねた回転
槽102および外槽103を備えている。外槽103は
サスペンション部104によって本体に吊持されてお
り、回転槽102は外槽103の内側に回転可能に設置
されている。回転槽102の底部には攪拌体105が設
けられている。本体は洗濯物を出し入れするための蓋1
06を有する。また、図1に示したDCブラシレスモー
タ1による回転力を回転槽102および/または攪拌体
105に伝達するクラッチ機構108が外槽103の下
部に設けられている。
【0022】本体の上部には操作部109,表示部11
0,ブザー111および蓋106の開閉を検知する蓋セ
ンサ112,蓋106の開閉を制御するロック機構11
8が設けられており、外槽103の側方には外槽103
内の洗濯物の量に見合った量の水が注ぎ込まれたことを
検出する水位センサ113が設けられている。したがっ
て、この水位センサ113が図1に示した容量センシン
グ回路21を構成することになる。操作部109の下部
には図1に示した制御回路が収納されている。また、外
槽103内の水量を調整できるように、給水弁116お
よび排水弁117が設けられている。
【0023】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。
【0024】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、負荷
容量と負荷トルクとの相関関係を予め記憶しているテー
ブルを設け、検出された負荷に応じて、テーブルに記憶
されている対応の負荷トルクを読出して所定の演算式よ
り加速度を推定し、所定の角度間の位置を推定するよう
にしたので、比較的簡単な構成で位置精度を向上でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施形態のDCブラシレスモー
タの駆動回路を示すブロック図である。
【図2】 相関テーブルデータを採取する構成を示すブ
ロック図である。
【図3】 採取したデータの一例を示す図である。
【図4】 この発明が適用される洗濯機の内部外略図で
ある。
【図5】 DCブラシレスモータの駆動動作を説明する
ための図である。
【図6】 ホールセンサからの検出信号を示すタイミン
グ図である。
【符号の説明】
1 DCブラシレスモータ、2 検出器、4 速度制御
器、5,6 電流制御器、7 d−q/3相交流座標変
換器、8 電圧PWMインバータ、9 3相交流/d−
q座標変換器、10 非干渉制御器、11 座標変換
器、12 電流検出器、20 位置&速度推定回路、2
1 容量センシング回路、22 相間テーブル、23
負荷トルク計算器、24 データ記憶装置、100 洗
濯機、113 水位センサ。
フロントページの続き Fターム(参考) 3B155 AA01 BB05 BB19 CA06 CB06 KA02 KA32 KA36 LA11 LB21 MA01 MA05 MA08 MA09 5H560 AA10 BB04 BB12 DA02 DB02 DB20 DC12 EB01 GG04 TT11 TT15 XA02 XA04 XA12 XA13 5H576 AA12 BB09 DD02 DD07 EE01 EE10 EE11 FF10 GG02 GG04 HB02 JJ03 JJ04 JJ17 JJ20 KK06 LL10 LL22 LL38 LL41

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サーボモータの回転位置を所定の角度ご
    とに検出し、検出された角度間の位置を推定するモータ
    位置推定制御装置であって、 負荷容量と負荷トルクとの相関関係を予め記憶している
    テーブル、 前記サーボモータで駆動される負荷量を検出する負荷検
    出手段、および前記サーボモータの反転動作時におい
    て、前記負荷検出手段によって検出された負荷に応じ
    て、前記テーブルに記憶されている対応の負荷トルクを
    読出して所定の演算式より加速度を推定し、前記所定の
    角度間の位置を推定する位置推定手段を備えた、モータ
    位置推定制御装置。
  2. 【請求項2】 前記テーブルは、前記相関関係を反転時
    の加速度指令パターンごとに細分化して記憶することを
    特徴とする、請求項1に記載のモータ位置推定制御装
    置。
  3. 【請求項3】 前記モータは洗濯機の攪拌体を回転駆動
    し、 前記負荷検出手段は前記洗濯機の洗濯容量を検出するこ
    とを特徴とする、モータ位置推定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000324873A (ja) * 1999-05-13 2000-11-24 Sharp Corp インバータ洗濯機

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000324873A (ja) * 1999-05-13 2000-11-24 Sharp Corp インバータ洗濯機

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