JP2004096936A - Ｐｍサーボモータの制御方式 - Google Patents

Abstract

【課題】ＰＭサーボモータ制御を高応答としたときに発生する振動や騒音を低減する。
【解決手段】位置制御器１８の出力側に速度制御器２３が接続され、速度制御器２３から出力される電流指令をＩｑ／Ｉｄｑ演算回路３１でトルク分電流指令Ｉｑと界磁電流指令Ｉｄに変換してモータをベクトル制御するＰＭサーボモータの制御装置において、位置制御器１８に位置偏差量に応じて正のｄ軸電流を出力し目標に近づくにつれてブレーキトルクが強くなるようにするテーブル化されたＩｄ補間回路３２を接続し、この出力を界磁電流指令Ｉｄに加算する。ｌｄ補間回路３２は位置偏差量に応じて正のｄ軸電流を出力し、目標位置に近づくにつれてブレーキトルクが強くなるようにテーブル化されているので、目標位置に近づくにつれてブレーキ量が増え制動がかかりスムーズな位置制御が可能となる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を磁極とした同期電動機（以下ＰＭモータ）を用いたＰＭサーボモータの制御方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５、図６に、従来のＰＭモータを位置制御するＰＭサーボモータドライブ装置の回路構成を示し、図７、図８に、従来のＰＭモータを速度制御するＰＭサーボモータドライブ装置の回路構成を示す。ＰＭモータ１を位置制御するＰＭサーボモータの制御装置２Ａは、位置制御部１０、速度制御部２０、電流制御部３０及びＰＷＭ制御部４０等で構成されている。速度制御するＰＭモータを速度制御するＰＭサーボモータの制御装置２Ｂは、速度制御部２０、電流制御部３０及びＰＷＭ制御部４０等で構成されている。
【０００３】
位置制御部１０は、指令パルスＰｓの現在値と前回値回路１１から前回値との差分を加算器１２で取り位置指令Ｓｓを出力する差分回路１３と、ＰＭモータ１の速度検出パルスＰｎの現在値と前回値回路１４からの前回値との差分を加算器１５で取り位置検出Ｓｄを出力する差分回路１６と、この位置指令Ｐｓと位置検出Ｐｄとの偏差を加算器１７で検出しその位置偏差をＰＤ（比例・微分）制御して速度指令Ｎｐを出力する位置制御器１８とで構成されている。
【０００４】
速度制御部２０は、速度検出パルスＰｎから速度検出Ｎｄを得る速度検出回路２１と、速度指令Ｎｓと速度検出Ｎｄとの偏差を加算器２２で検出しその速度偏差をＰＩ（比例・積分）制御して電流指令Ｉｓを出力する速度制御器２３で構成されている。
【０００５】
電流制御部３０は、電流指令Ｉｓをベクトル制御するためのｑ軸のトルク分電流Ｉｑとｄ軸の界磁電流Ｉｄに変換するＩｑ／Ｉｄ演算回路３１と、このトルク分電流指令Ｉｑとモータ電流を３相／２相変換回路（図示省略）で変換して得たｑ軸電流検出Ｉｑｄｅｔとの偏差を加算器３３で検出しＰＩ制御してトルク電圧指令Ｖｑを出力するトルク分電流制御器３４と、界磁電流指令Ｉｄとモータ電流を変換して得たｄ軸電流検出Ｉｄｄｅｔとの偏差を加算器３６で検出しＰＩ制御して界磁電圧指令Ｖｄを出力する界磁電流制御器３７とで構成されている。
【０００６】
ＰＷＭ制御部４０は、電圧指令Ｖｑ、Ｖｄを２相／３相変換回路（図示省略）で変換した３相電圧指令をパルス幅変調（ＰＷＭ）し、ＰＭモータ駆動用インバータをＰＷＭ制御する。
【０００７】
通常の制御では、図９に示すようにＰＭモータにトルク分電流Ｉｑ、界磁電流Ｉｄを流しＰＭモータの発生トルクを制御する。図のＩｑの大きさ（長さ）により発生トルクが変化する。また、ブレーキの制御では、図１０に示すように＋Ｉｄを流しＰＭモータのブレーキトルクを発生させる。図の＋Ｉｄの大きさ（長さ）によりブレーキ発生トルクが変化する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
モータドライブ装置がサーボ用途の場合、制御は「より速く」を要求される。位置制御、速度制御ともに、目標値に如何に速く到達し、かつ行き過ぎが少ない制御を要求される。位置制御では、高応答を実現するために、位置制御器のＰ項（比例項）やＤ項（微分項）を高く設定することで可能となる。速度制御では、高応答を実現するために、速度制御器のＰ項（比例項）を高く設定したり、Ｉ項（積分項）を短く設定することで可能となる。
【０００９】
しかしながら、サーボモータを実際に機械に組み込んだ場合、高応答とすることで、機械の振動、騒音が大きくなり、機械が破損したり使用できないなどの状態が発生し、希望とする応答が得られないなどの問題が発生する。
【００１０】
この振動や騒音は、位置制御では、目標位置に近づき停止状態に近い場合や、繰り返し指令が変化する場合に発生する。速度制御でも同様、目標位置に近づき一定速に状態に近い場合、停止状態に近い場合や、繰り返し指令が変化する場合に発生する。
【００１１】
このため、偏差が大きい場合には、応答を早くし、目標値に近くなると応答を遅くするなど、制御応答の切替を行って対策を行う方法が取られる。しかしながら、応答の切替時の不連続性による振動の発生、切替点の不適正による振動や騒音の発生などにより、最適な応答や切替点の調整を要するなど問題が発生する。
【００１２】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、振動や騒音を低減できると共に、偏差が大きいときには更に高い応答を選定でき、速い応答が可能となるＰＭサーボモータの制御方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＰＭモータの位置制御または速度制御における位置偏差や速度偏差によりブレーキ量（＋Ｉｄ）を調整するモジュールを作成し、位置制御または速度制御におけるブレーキ量を調整することで、モータの位置や速度が目標に近づいたときに発生する機械の振動、騒音、機器の破損などを抑制する。モジュールは、個々の制御の偏差よりあらかじめテーブル化されたブレーキ量を補間計算し、偏差量によるブレーキ量を算出する。テーブルは、偏差が０に近づくにつれて大きくなり、偏差が０の場合に最大のブレーキ量となる。また偏差の符号が変わり、偏差が大きくなると逆にブレーキ量が下がる構成としている。
【００１４】
そして、本願請求項１の発明に係るＰＭサーボモータの制御方式は、位置制御器の出力側に接続された速度制御器から出力される電流指令をｑ軸のトルク分電流指令とｄ軸の界磁電流指令に変換してモータをベクトル制御する位置制御のＰＭサーボモータの制御装置において、位置制御器の出力側に位置偏差量に応じて正のｄ軸電流を出力するテーブルを接続し、このテーブルの出力をｄ軸の界磁電流指令に加算し、目標に近くなるに連れてブレーキトルクが強くなる制御を行うことを特徴とする。
【００１５】
また本願請求項２の発明に係るＰＭサーボモータの制御方式は、位置制御器の出力側に接続された速度制御器から出力される電流指令をｑ軸のトルク分電流指令とｄ軸の界磁電流指令に変換してモータをベクトル制御する位置制御のＰＭサーボモータの制御装置において、速度制御器の出力側に速度制御器から入力する速度偏差量に応じて正のｄ軸電流を出力するテーブルを接続し、このテーブルの出力をｄ軸の界磁電流指令に加算し、目標に近くなるに連れてブレーキトルクが強くなる制御を行うことを特徴とする。
【００１６】
また本願請求項２の発明に係るＰＭサーボモータの制御方式は、速度制御器から出力される電流指令をｑ軸のトルク分電流指令とｄ軸の界磁電流指令に変換してモータをベクトル制御する速度制御のＰＭサーボモータの制御装置において、速度制御器の出力側に速度制御器から入力する速度偏差量に応じて正のｄ軸電流を出力するテーブルを接続し、このテーブルの出力をｄ軸の界磁電流指令に加算し、ゼロ回転に近くなるに連れてブレーキトルクが強くなる制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施形態１
本発明の実施形態１に係るＰＭモータを位置制御するＰＭサーボモータの制御方式を図１、図２を用いて説明する。図１はＰＭモータを位置制御するサーボモータドライブ装置の回路構成を示す。このサーボモータドライブ装置の回路構成は、従来図６の回路にＩｄ補間回路３２と加算器３５を付加した構成となっているので、同一部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
Ｉｄ補間回路３２は、図２のように、入力に対し出力＋Ｉｄがテーブル化されており、テーブルは、パネル等を用い可変値とし最大ブレーキ量や、該補間回路が動作する位置については、パラメータとして最適な値を選択できるように変更可能となっている。実施形態１では、Ｉｄ補間回路３２は、位置制御器１８から出力されるＰＤ制御された位置偏差が入力し、出力＋Ｉｄが加算器３５を介してＩｑ／Ｉｄ演算回路３１から出力する界磁電流指令Ｉｄに加算されるように接続され、テーブルは、入力する位置偏差量に応じて＋Ｉｄを流し、目標に近くなるにつれてブレーキトルクが強くなるように作成してある。
【００１９】
実施形態１の動作に付いて説明する。このサーボモータドライブ装置に入力する指令パルスＰｓは、前回値回路１１と加算器１２とからなる差分回路により位置指令Ｓｓに変換され、前回値回路１４と加算器１５とからなる差分回路に入力する速度検出パルスＰｎは位置検出Ｓｄに変換される。加算器１７はこの位置指令Ｓｓと位置検出Ｓｄとの偏差を検出し、位置制御器１８は位置偏差を比例・微分制御して速度指令Ｎｐを出力する。加算器２２この速度指令Ｎｓと速度検出Ｎｄとの偏差を検出し、速度制御器２３はこの速度偏差を比例・積分制御して電流指令Ｉｓを出力する。この電流指令ＩｓはＩｑ／Ｉｄ演算回路３１でベクトル制御するためのトルク分電流指令Ｉｑと界磁電流指令Ｉｄに変換される。
【００２０】
Ｉｄ補間回路３２は、テーブルを検索し位置制御器１８から入力するＰＤ制御された位置偏差量に応じて＋Ｉｄを出力し、この出力＋Ｉｄは加算器３５で界磁電流指令Ｉｄに加算される。加算器３６でこの＋Ｉｄが加算された界磁電流指令Ｉｄと界磁電流検出Ｉｄｄｅｔとの偏差が検出され、界磁電流制御器３７はこの界磁電流偏差をＰＩ制御して磁束電圧指令Ｖｄを出力する。ＰＷＭ制御部４０は、この電圧指令Ｖｑ、Ｖｄを図示省略の２相／３相変換回路で変換した３相電圧指令をパルス幅変調（ＰＷＭ）し、ＰＭモータ駆動用インバータをＰＷＭ制御する。
【００２１】
上記界磁電流制御器３７の界磁電流指令Ｉｄに加算される＋Ｉｄは、入力する位置偏差量に応じて＋Ｉｄを流し、目標に近くなるにつれてブレーキトルクが強くなるように作成されたｌｄ補間回路３２のテーブルから出力されるので、目標位置に近づくにつれてブレーキ量（ｄ軸電流）が増え制動がかかりスムーズな位置制御が可能となる。
【００２２】
実施形態２
本発明の実施形態２に係るＰＭモータ制御方式を図３を用いて説明する。図３と上記図１（実施形態１）との相違は、１ｄ補間回路３２が位置制御内の速度制御器２３に接続した点と、１ｄ補間回路３２のテーブルを入力する位置制御内の速度制御器２３の出力（ＰＩ制御された速度偏差＝電流指令Ｉｓ）に応じて＋Ｉｄを流し、目標近くなるにつれてブレーキトルクが強くなるように作成してある点にある。その他の構成は、図１と同じであるので、同一構成部分には同一の符号を付しその重複する説明を省略する。
【００２３】
実施形態２では、位置制御内の速度制御器２３から出力されるＰＩ制御した速度偏差が１ｄ補間回路３２に入力する。１ｄ補間回路３２では、テーブルを検索し＋ｌｄを算出し、加算器３６でベクトル制御の界磁電流指令１ｄに加算する。１ｄ補間回路３２のテーブルは、位置制御内の速度制御器２３出力に応じて＋Ｉｄを流し、目標近くなるにつれてブレーキトルクが強くなるようにするなっているので、目標位置に近づくにつれて＋Ｉｄが増加し、ブレーキ量（ｄ軸電流）が増え制動がかかりスムーズな位置制御が可能となる。
【００２４】
実施形態３
本発明の実施形態３に係るＰＭモータ速度制御方法を図４を用いて説明する。図４と上記図１（実施形態１）との相違点は、図１の位置制御部（１１〜１８）がなく、速度制御部（２１〜２３）には図示省略の速度設定器２３からの速度指令Ｎｓが入力する点と、１ｄ補間回路３２のテーブルが速度制御器２３の出力（ＰＩ制御された速度偏差＝電流指令Ｉｓ）に応じ＋Ｉｄを流し、０回転に近くなるにつれてブレーキトルクが強くなるように作成されている点にある。その他の構成は、図１と同じであるので、同一構成部分には同一の符号を付しその重複する説明を省略する。
【００２５】
実施形態３では、速度検出器２３の出力がｌｄ補間回路３２に入力する。１ｄ補間回路３２では、テーブルを検索し＋ｌｄを算出し、加算器３５でベクトル制御の界磁電流指令１ｄに加算する。１ｄ補間回路３２のテーブルは、速度検出器２３から入力するＰＩ制御された速度偏差量に対し＋Ｉｄを出力し、０回転に近くなるにつれてブレーキトルクが強くなるように作成されているので、速度が０回転に近づくにつれて＋Ｉｄが増加しレーキ量（ｄ軸電流）が増え制動がかかりスムーズな速度制御が可能となる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１、２に係る発明によれば、
（１）位置制御が目標に近づくにつれて、ブレーキトルクが強くなり、目標位置ではブレーキトルクが最も強くなるので、行き過ぎ量を低減できる。
（２）このブレーキトルクは目標値近傍で最も強くなるため、位置偏差が大きな場合には、影響が無く従来位置制御と同じ応答が得られる。
（３）位置偏差が小さいときにブレーキトルクが大きくなるために、結果的には、駆動するトルクを低減できることになる。位置偏差が大きい場合に、応答を上げるため高い応答を選択しても、目標値に近くなると応答を連続的に変えることができる。そのため従来高応答とすることで大きくなる振動や騒音を低減できると共に、位置偏差が大きいときには、更に高い応答を選定でき、従来よりも速い応答が可能となる。
【００２７】
請求項３に係る発明によれば、
（１）速度制御では、０回転に近づくにつれて、ブレーキトルクが強くなり、０回転では、ブレーキトルクが最も強くなるので、アンダーシュートを低減できる。
（２）このブレーキトルクは０回転近傍で最も強くなるため、速度偏差が大きな場合には、影響が無く従来速度制御と同じ応答が得られる。
（３）０回転に近いときにブレーキトルクが大きくなるために、結果的には、駆動するトルクを低減できることになる。速度が高い場合に、応答を上げるため高い応答を選択しても、０回転に近くなると応答を連続的に変えることができるので、従来高応答とすると大きくなる振動や騒音を低減できると共に、速度が高いときには、更に高い応答を選定でき、従来よりも速い応答が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１に係るＰＭモータを位置制御するＰＭサーボモータの制御装置のブロック回路図。
【図２】Ｉｄ補間回路のテーブル説明図。
【図３】本発明の実施形態２に係るＰＭモータを位置制御するＰＭサーボモータの制御装置のブロック回路図。
【図４】本発明の実施形態３に係るＰＭモータを速度制御するＰＭサーボモータの制御装置のブロック回路図。
【図５】従来例に係るＰＭモータを位置制御するＰＭサーボモータ制御装置のブロック構成図。
【図６】従来例に係るＰＭモータを位置制御するＰＭサーボモータの制御装置のブロック回路図。
【図７】従来例に係るＰＭモータを速度制御するＰＭサーボモータ制御装置のブロック構成図。
【図８】従来例に係るＰＭモータを速度制御するＰＭサーボモータの制御装置のブロック回路図。
【図９】通常の制御の電流説明図。
【図１０】ブレーキの制御の電流説明図。
【符号の説明】
１８…位置制御器
２３…速度制御器
３１…Ｉｑ／Ｉｄ算出回路
３２…Ｉｄ補間回路
３４…Ｉｑ電流制御器
４０…ＰＷＭ制御部

Claims (4)

1. 位置制御器の出力側に接続された速度制御器から出力される電流指令をｑ軸のトルク分電流指令とｄ軸の界磁電流指令に変換してモータをベクトル制御する位置制御のＰＭサーボモータの制御装置において、
   位置制御器の出力側に位置偏差量に応じて正のｄ軸電流を出力するテーブルを接続し、このテーブルの出力をｄ軸の界磁電流指令に加算し、目標に近くなるに連れてブレーキトルクが強くなる制御を行うことを特徴とするＰＭサーボモータの制御方式。
2. 位置制御器の出力側に接続された速度制御器から出力される電流指令をｑ軸のトルク分電流指令とｄ軸の界磁電流指令に変換してモータをベクトル制御する位置制御のＰＭサーボモータの制御装置において、
   速度制御器の出力側に速度制御器から入力する速度偏差量に応じて正のｄ軸電流を出力するテーブルを接続し、このテーブルの出力をｄ軸の界磁電流指令に加算し、目標に近くなるに連れてブレーキトルクが強くなる制御を行うことを特徴とするＰＭサーボモータの制御方式。
3. 速度制御器から出力される電流指令をｑ軸のトルク分電流指令とｄ軸の界磁電流指令に変換してモータをベクトル制御する速度制御のＰＭサーボモータの制御装置において、
   速度制御器の出力側に速度制御器から入力する速度偏差量に応じて正のｄ軸電流を出力するテーブルを接続し、このテーブルの出力をｄ軸の界磁電流指令に加算し、ゼロ回転に近くなるに連れてブレーキトルクが強くなる制御を行うことを特徴とするＰＭサーボモータの制御方式。
4. 正のｄ軸電流を出力するテーブルは、パネル等を用い可変値とし最適な値を選択できるようにしたことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のＰＭサーボモータの制御方式。

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