JP2004274855A - Method and device for detection and adjustment of rotor position - Google Patents

Method and device for detection and adjustment of rotor position Download PDF

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JP2004274855A JP2003060868A JP2003060868A JP2004274855A JP 2004274855 A JP2004274855 A JP 2004274855A JP 2003060868 A JP2003060868 A JP 2003060868A JP 2003060868 A JP2003060868 A JP 2003060868A JP 2004274855 A JP2004274855 A JP 2004274855A
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Akihiro Okumura
明洋 奥村
Original Assignee
Nippon Densan Corp
日本電産株式会社
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To automatically correct and adjust the dislocation of a rotor detected by a position sensor which is attached to the rotating shaft of a motor being the control target, by a simple and inexpensive constitution with light processing load. <P>SOLUTION: This device rotates the motor which is the control target in the clockwise and counterclockwise directions severally and converts the detected AC of drive currents obtained severally in both rotations into on two-axis components of a rotating orthogonal coordinate systems; detects the error (deviation) from the specified rotor' position of the detected rotor position, from the voltage difference of the axial components in the direction of field magnetic flux from among these two-axis components; and corrects and adjusts the rotor's position detected by the position sensor attached to the rotating shaft of the motor which is the control target, based on this error. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーボモータの回転軸に取り付けられた位置センサが検出したローター位置(検出ローター位置)の所定ローター位置に対するずれを補正するローター位置検出調整方法及びローター位置検出調整装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、ブラシレスDCサーボモータ(3相永久磁石同期モータ)、3相誘導モータを含むACサーボモータ等のサーボモータやブラシレスDCモータは、いわゆるブラシの保守が不要であり、制御精度が要求される産業用、民生用の種々の機器に用いられる。
【0003】
そして、これらのモータは、トルク制御(電流制御)、位置制御、速度制御のいずれか1つのフィードバックループ又は前記各制御のいずれか2つ若しくは全部の多重のフィードバックループの制御により、ステータ側の電機子巻線(固定子巻線)の駆動電流(3相交流電流)が制御されて駆動される。
【0004】
ところで、前記のACサーボモータは、高速・高精度が要求される用途に汎用され、そのフィードバックループはサーボループと呼ばれ、そのループ制御にあっては、回転中のローターの位置(ローター位置)を検出するため、レゾルバに代表される、モータの回転軸に取り付けられた位置センサが用いられ、しかも、処理速度の速いMPU等が用いられて高速・高精度の制御が行われる。
【0005】
また、前記のブラシレスDCモータは、一般的には速度・精度があまり要求されない油圧制御等に用いられ、そのループ制御にあっては、ローター位置の検出にホールセンサが多用されるが、このモータを高速・高精度が要求される用途に用いる場合は、そのループ制御において、前記のレゾルバに代表される、モータの回転軸に取り付けられた位置センサが用いられ、しかも、処理速度の速いコンピュータ等が用いられ、サーボループの制御に準じた高速・高精度のフィードバックループ(以下、準サーボループという)の制御が行われる。
【0006】
ところで、前記のサーボループ、準サーボループの制御に用いられる位置センサには、電磁式のセンサである前記のレゾルバの他、光学式のインクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダ、磁気式のインクリメンタルエンコーダ等があり、いずれも、サーボモータ又はブラシレスDCモータからなる制御対象モータの回転軸に取り付けられる。
【0007】
そして、この種の位置センサは、ローターの各1回転中の電気角変化(位相変化)に追従して位相変化する1相または複数相の信号を、検出ローター位置の信号として発生する。
【0008】
例えば、前記のレゾルバであれば、ローターの各1回転における電気角の変化に応じて振幅変化する2相の信号を、検出ローター位置の信号として発生し、その2相の信号の位相差が、ローターの各1回転における電気角の検出位相であり、時々刻々の検出ローター位置である。
【0009】
つぎに、この検出ローター位置に基づくモータ制御を説明する。
【0010】
まず、制御対象モータがACサーボモータの1つであるブラシレスDCサーボモータであって、サーボループによって、そのトルク制御を行うものとする。
【0011】
この場合、その駆動電流である3相の電機子電流は、上位装置から与えられたトルク指令値を目標値とするサーボループによって制御される。
【0012】
また、電機子電流が電流検出器により検出され、その検出交流の信号が前記サーボループのフィードバック入力に用いられる。
【0013】
このとき、制御の簡素化等を図るため、3相座標系で表される前記電流検出器の検出交流の信号は、モータ回転に同期して回転する直交座標系の2信号、具体的には、d−q座標系のd軸成分、q軸成分の信号に座標変換されて前記サーボループのフィードバック入力に用いられる。
【0014】
なお、q軸成分がトルク制御の成分であり、トルク指令値はq軸成分の電流指令値である。
【0015】
そして、トルク指令値と座標変換された検出電流のq軸成分の信号値との偏差に基づくサーボループのd−q座標系の制御出力が、逆の座標変換で3相座標系の出力に戻され、この3相座標系の出力により、電機子電圧の制御を介して電機子電流が制御される。
【0016】
なお、3相誘導モータの場合は、回転子、固定子の電流、電圧を共に直流で扱うため、前記サーボループにより、d−q座標系に替えて、γ−δ座標系の座標変換が採用される。
【0017】
そして、前記の3相座標系からd−q座標系、その逆の座標変換を行う場合、前記のレゾルバ等の位置センサが検出した時々刻々の検出ローター位置の位相情報に基づく正弦波、余弦波の関数値を、変換行列に代入して座標変換が行われる。
【0018】
そのため、位置センサの検出ローター位置の精度がモータの制御精度に大きく影響する。
【0019】
そして、検出ローター位置の精度は、ロータの磁極位置と位置センサの検出ローター位置原点との相対的な位置関係で定まる制御系内部の所定ローター位置に対する位置センサの取り付け位置のずれに依存し、このずれに機械的加工精度の影響等も含まれる。
【0020】
そのため、このずれの手動の調整には限界があり、実際、手動の調整では数度もの誤差が発生することから、この種位置センサの取り付け位置を、その検出ローター位置の所定ローター位置からのずれに応じて、すなわち、検出ローター位置と所定ローター位置との位相差に応じて、自動調整することが望まれている。
【0021】
この自動調整(ローター位置検出調整)として、従来、トルク指令値を入力とする同期電動機(ブラシレスDCサーボモータ)のトルク制御の場合に、モーター運転中に、d軸電流指令値とd軸電流検出値との偏差からd軸電圧補償値を算出し、トルク指令値が所定値以下であることを条件に、前記d軸電圧補償値を積分して前記のずれの補正値としての磁極位置補正値を求め、ローター回転位置検出値に磁極位置補正値を加算してローター回転位置検出値を補正して調整することが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
【0022】
【特許文献1】
特開2000−166278号公報(第1−5頁、図1)
【0023】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のローター位置検出調整の場合、d軸の電流についての偏差の演算からd軸電圧補償値を算出し、しかも、トルク指令値が所定値以下であることを条件に、前記d軸電圧補償値の積分から前記のずれの補正値としての磁極位置補正値を算出しなければならず、極めて複雑な演算が必要になり、それらの演算を行うコンピュータ等の処理が複雑化するとともに、処理負担が大きくなり、そのコンピュータ等を組み込んだ装置が複雑、高価になる問題がある。
【0024】
また、検出ローター位置のずれが、その取り付け位置に依存し、モータの負荷等によっては変化しないにもかかわらず、負荷が実装された状態で、常時、前記の複雑な演算を繰り返し行ってd軸電圧補償値、磁極位置補正値を求めるものであることから、モータの回転軸に位置センサのみを取り付けた負荷実装前の無負荷状態、すなわち、モータユニット単体の状態では、検出ローター位置のずれを調整し終えることができない問題もある。
【0025】
本発明は、積分等の複雑な演算を行うことなく、簡単で処理負担が少なく、安価な構成により、制御対象モータの回転軸に取り付けられた位置センサの検出ローター位置のずれを自動的に補正して調整するようにし、モータ回転軸に位置センサのみを取り付けた負荷実装前の無負荷状態(モータユニット単体)であっても、自動的に補正して調整し終えるようにすることを目的とする。
【0026】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために、本発明に係るローター位置検出調整方法は、サーボモータ又はブラシレスDCモータからなる制御対象モータの回転軸に取り付けられた位置センサの検出ローター位置に基づき、前記モータの駆動電流の検出交流を、回転する直交座標系の2軸成分に変換し、前記2軸成分がフィードバック入力される前記直交座標系のフィードバックループにより、前記駆動電流を制御するモータ駆動制御のローター位置検出調整方法であって、前記フィードバックループによる前記駆動電流の制御に基づき、前記モータを時計方向、反時計方向に回転し、前記両方向それぞれの回転で得られた前記2軸成分のうちの界磁磁束方向の軸成分の電圧差から、前記検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差を検出し、前記誤差により、前記センサの検出ローター位置を補正して調整することを特徴としている(請求項1)。
【0027】
また、本発明に係るローター位置検出調整装置は、サーボモータ又はブラシレスDCモータからなる制御対象モータの駆動電流を検出する電流検出器と、前記モータの回転軸に取り付けられた位置センサの検出ローター位置に基づき、前記電流検出器の交流の検出出力を、回転する直交座標系の2軸成分に変換する変換器と、前記2軸成分がフィードバック入力されて前記駆動電流を制御する前記直交座標系のフィードバックループとを備えたモータ駆動制御装置のローター位置検出調整装置であって、調整指令に基づく前記フィードバックループの前記駆動電流の制御により、前記モータを時計方向、反時計方向それぞれに回転する調整駆動制御手段と、前記両方向それぞれの回転で得られた前記2軸成分のうちの界磁磁束方向の軸成分の電圧差から、前記検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差を検出する誤差検出手段と、前記誤差により、前記センサの検出ローター位置を補正して調整する位置調整手段とを備えたことを特徴としている(請求項6)。
【0028】
これらの構成によれば、サーボループ、準サーボループの制御で駆動される制御対象モータが時計方向、反時計方向それぞれに回転され、両回転それぞれで得られた駆動電流の検出交流が、回転する直交座標系の2軸成分に変換され、これらの2軸成分のうちの界磁磁束方向の軸成分の電圧差から、検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差(偏差)が検出され、この誤差に基づき、制御対象モータの回転軸に取り付けられた位置センサの検出ローター位置が補正して調整される。
【0029】
そのため、両回転それぞれで得られた界磁磁束方向の軸成分の電圧差(偏差)を求める極めて簡単な演算により、積分等の複雑な演算を行うことなく、簡単で処理負担が少なく、安価な構成により、位置センサの検出ローター位置のずれが自動的に補正して調整される。しかも、この調整は、制御対象モータの回転軸に位置センサのみを取り付けた負荷実装前の無負荷状態(モータユニット単体)で終了する。
【0030】
そして、制御対象モータの駆動電流が、トルク指令値に基づくフィードバックループによる制御(サーボループ、準サーボループの制御)でトルク制御される場合に好適である(請求項2、7)。
【0031】
つぎに、本発明に係るローター位置検出調整方法は、検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差の検出を、界磁磁束方向の軸成分の電圧差が0又は設定値以下になるまで、位置センサの検出ローター位置の補正位相を前記電圧差の1/2に相当する電気角ずつ増減可変して繰り返し行うことを特徴としている(請求項3)。
【0032】
また、本発明に係るローター位置検出調整装置は、誤差検出手段が、位置センサの検出ローター位置の補正位相を書き換え自在に保持する記憶手段を有し、前記検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差の検出を、界磁磁束方向の軸成分の電圧差が0又は設定値以下になるまで、前記記憶手段の補正位相を前記電圧差の1/2に相当する電気角ずつ増減可変して行うようにしたことを特徴としている(請求項8)。
【0033】
これらの構成によれば、時計方向、反時計方向それぞれに回転して得られる界磁磁束方向の軸成分の電圧差が0又は設定値以下になるように、検出ローター位置の補正位相を、検出したずれの1/2ずつ増減可変しつつ、制御対象モータを時計方向、反時計方向それぞれに回転することをくり返す極めて実用的な構成で調整が行われる。
【0034】
つぎに、本発明に係るローター位置検出調整方法及び装置は、制御対象モータとしてのサーボモータが、ブラシレスDCサーボモータからなり、回転する直交座標系が、d軸と該軸より90度進み位相のq軸とのd−q座標系であり、界磁磁束方向の軸成分が、前記d−q座標系のd軸の成分であることを特徴としている(請求項4、9)。
【0035】
これらの構成によれば、制御対象モータがブラシレスDCサーボモータの場合に、位置センサの検出ローター位置のずれを補正して調整する具体的な構成が提供される。
【0036】
つぎに、本発明に係るローター位置検出調整方法及び装置は、制御対象モータの時計方向、反時計方向の回転を、前記モータの回転軸に位置センサのみを取り付けた無負荷状態であって、界磁磁束方向の軸成分の電流指令値を0にして行われることを特徴としている(請求項5、10)。
【0037】
これらの構成によると、位置センサのローター位置検出のずれの調整を、前記の負荷実装前の無負荷状態(モータユニット単体)で行う具体的な構成が提供される。
【0038】
【発明の実施の形態】
制御対象モータがACサーボモータの1つである3相ブラシレスDCサーボモータであって、サーボループによってそのトルク制御を行う場合に適用した本発明の一実施形態について、図1及び図2を参照して説明する。
【0039】
図1はローター位置検出調整装置のブロック図、図2はその動作説明用のフローチャートである。
【0040】
図1に示す制御対象モータとしてのブラシレスDCサーボモータ1は、3相U、V、Wの電機子巻線及び回転磁極を発生する永久磁石(マグネット)のローターからなり、マグネットが形成する界磁磁束との合成ベクトルが直交するように、制御部2の3相PWMインバータ(出力部)3の各相の出力端子3u、3v、3wから電機子巻線の各相の端子1u、1v、1wに、電圧Vua、Vva、Vwaの3相交流の駆動電流iua、iva、iwaが供給され、この供給に基づき、トルクが発生してモータ1が回転する。
【0041】
このモーター1は、モータ生産ライン等において、その回転軸1rに、例えばレゾルバからなる位置センサ4が取り付けられ、センサ4が取り付けられたモータ1とその制御部2とにより、いわゆるモータユニット(モータアセンブリ)として形成される。
【0042】
そして、このモータユニットは、制御精度が要求される産業用、民生用の種々の機器に組み込まれ、その回転軸1rに負荷を接続した有負荷状態で運用される。
【0043】
つぎに、いわゆるソフトウエア処理でモータ1を制御する場合、演算処理が高速に行える、高速で処理能力の高いマイクロコンピュータ(MPU)を用いて、図1のインバータ3、位置信号処理器5を除く制御部2の回路部分が形成される。
【0044】
そして、位置センサ4はモータ1のローターの各1回転それぞれの交錯磁束の変化から各磁極位置を検出し、この検出に基づく電気角変化に応じて振幅変化する2相の信号(三角関数波形の信号)を、検出ローター位置の信号として発生し、その2相の信号の位相差が、ローターの各1回転における電気角の検出位相であり、時々刻々の検出ローター位置の位相情報の信号である。
【0045】
この位置センサ4の検出ローター位置の信号が、位置信号処理器5に入力され、この処理器5によって、前記電気角(位相)のデジタルデータに変換される。
【0046】
さらに、このデータが位置データ調節器6に入力され、この調節器6は、後述の初期セット処理により、記憶手段としての不揮発性の書き換え自在の補正値メモリ7に、位置センサ4の検出位置の誤差(ずれ)を補償する補正位相αのデータを書き込み、その後は、処理器5から出力されたデータの位相を、メモリ7の位相の加算によって補正し、位置センサ4の検出ローター位置に、そのずれの調整を施した電気角θre(ローターの回転位相)のデジタルデータを、三角関数発生器8に供給する。
【0047】
この発生器8は、電気角θreの正弦波、余弦波の関数値sin(θre)、cos(θre)を演算し、これらの関数値sin(θre)、cos(θre)を3相交流/d−qの座標変換器9及びd−q/3相交流の座標変換器10に供給する。
【0048】
一方、インバータ3からモータ1に供給される3相の駆動電流iua、iva、iwaのうちの2相の電流iua、ivaが電流検出器11u、11vによって検出され、電流iua、ivaの検出交流の信号が、座標変換器9に入力される。
【0049】
そして、座標変換器9は、三角関数の座標変換行列に関数値sin(θre)、cos(θre)を代入し、この代入後の変換行列を用いた座標変換の行列演算により、駆動電流iua,ivaの検出交流の信号と、これらの信号を用いて演算で求めた駆動電流iwaの信号とを、回転する直交座標系であるd−q座標系のd軸、この軸より90度進み位相のq軸の電流成分ida、iqaに変換する。
【0050】
なお、d−q座標系にあっては、d軸がローターの各磁極によって発生する界磁磁束方向の軸である。
【0051】
そして、電流成分ida、iqaは、減算器12d、12q、電流制御器13d、13q、及び座標変換器9、10、インバータ3、電流検出器11u、11vが形成するd−q座標系のサーボループ14の前記減算器12d、12qに、フィードバック入力される。
【0052】
そして、減算器12d、12qは、指令値入力端子15d、15qのd軸、q軸の電流指令値i*da、i*qaから電流成分ida、iqaを減算し、d軸、q軸の制御偏差を電流制御器13d、13qに供給する。
【0053】
なお、モータ1の効率を定める電流指令値i*daは、サーボループ14外の装置である制御部2の上位装置16により、0又は負に設定され、トルク制御の場合、モータ1のトルクを定める電流指令値i*qaも、上位装置16から与えられて設定される。
【0054】
また、上位装置16は、モータ生産ラインの試験装置又はモータ1が組み込まれる機器の制御装置等である。
【0055】
そして、電流制御器13d、13qは、PI制御により、入力に電流制御のゲイン、応答特性の調整を施してd軸、q軸の電機子電圧指令V*da、V*qaを形成し、この電圧指令V*da、V*qaを座標変換器10に出力する。
【0056】
この座標変換器10は、三角関数発生器8の関数値sin(θre)、cos(θre)に基づき、電圧指令V*da、V*qaに座標変換器9と逆の座標変換を施し、電圧指令V*da、V*qaを、3相交流の電機子電圧指令V*ua、V*va、V*waに変換し、これらの電機子電圧指令V*ua、V*va、V*waをインバータ3の3相制御端子3*u、3*v、3*wに出力する。
【0057】
そして、インバータ3は、電機子電圧指令V*ua、V*va、V*waに基づき、出力端子3u、3v、3wからモータ1の各相の端子1u、1v、1wに、トルク制御の駆動電流iua、iva、iwaを供給する。
【0058】
つぎに、位置センサ4の検出ローター位置の調整、すなわち、メモリ7の補正位相αの書き込みについて説明する。
【0059】
この実施形態にあっては、前記のモータユニットを工場出荷等する際に、モータユニットの状態(無負荷状態)で検出ローター位置の調整を行う。
【0060】
そのため、上位装置16は、調節器6の調整指令に基づくサーボループ(フィードバックループ)14の駆動電流iua、iva、iwaの制御により、モータ1を時計方向、反時計方向それぞれに回転する調整駆動制御手段を形成する。
【0061】
また、調節器6は、つぎの誤差検出手段、位置調整手段を備える。
【0062】
▲1▼誤差検出手段
この手段は、両方向それぞれの回転で得られたd軸、q軸の2軸成分のうちのd軸(界磁磁束方向の軸)成分の電圧差から、位置センサ4の検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差を検出する。
【0063】
▲2▼位置調整手段
この手段は、前記誤差により、位置センサ4の検出ローター位置を補正して調整する。
【0064】
そして、例えば、調節器6のソフトウエア又はハードウエアの初期セットスイッチ17が押されると、調節器6は図2の検出ローター位置の調整プログラムを実行し、そのステップS1により、上位装置16に、時計方向(CW方向)にPWM100パーセントで駆動する調整指令を通知する。
【0065】
この通知に基づき、上位装置16は、電流指令値i*daを0に、電流指令値i*qaを無負荷運転の規定値より十分に大きな値に、それぞれセットする。なお、電流指令値i*daは0でなく、所定の一定値にセットしてもよい。
【0066】
そして、これらのセットに基づくサーボループ14の制御により、モータ1が電源電圧(定格電圧)で時計方向に回転する。
【0067】
そして、モータ1の立ち上がり時間等を考慮して設定された所定時間τ(τは例えば1秒以下の適当な時間)が経過したときに、図2のステップS1からステップS2に移行し、調節器6の誤差検出手段が、座標変換器10に入力されるd軸成分の電圧指令V*daの電圧Vdcwを取り込んで一時的に保存する。
【0068】
つぎに、図2のステップS2からステップS3に移行し、調節器6が上位装置16に反時計方向(CCW方向)に電源電圧(PWMの100パーセント出力)で駆動する調整指令を通知する。
【0069】
なお、この通知の前に、調節器6から上位装置16に停止を指令し、モータ1を一時停止してもよい。
【0070】
そして、モータ1を反時計方向に回転するため、上位装置16は、電流指令値i*daを0に、電流指令値i*qaを時計方向に回転するときとは逆の極性で無負荷運転の規定値より十分に大きな値に、それぞれセットする。
【0071】
これらのセットに基づくサーボループ14の制御により、モータ1が電源電圧で反時計方向に回転する。
【0072】
そして、前記の所定時間τが経過したときに、図2のステップS3からステップS4に移行し、調節器6の誤差検出手段が、座標変換器10に入力されるd軸成分の電圧指令V*daの電圧Vdccwを取り込んで一時的に保存する。
【0073】
つぎに、図2のステップS4からステップS5に移行し、調節器6の誤差検出手段が、電圧Vdcwと電圧Vdccwとの差の絶対値、換言すれば、前記両方向それぞれの回転で得られたd軸成分(界磁磁束方向の軸成分)の電圧差ΔVを演算する。
【0074】
このとき、位置センサ4の取り付けが適当で、ローターの磁極位置と位置センサ4のエンコーダー検出位置原点との相対的位置関係が、正確に、制御部2内部で予め設定された所定の位置関係になっていると、位置センサ4の検出ローター位置がほぼ所定ローター位置に一致し、前記電圧差ΔVが0≦ΔV<ε(εは許容限界誤差であって、位相角換算で例えば0.3度)になる。
【0075】
そして、0≦ΔV<εであれば、位置センサ4の検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差が0であることを検出し、ステップS5を肯定(YES)で通過し、メモリ7に書き込みを行わず、その補正位相αを初期値(=0)にして検出ローター位置の調整を終了する。
【0076】
一方、ε≦ΔVであれば、位置センサ4の検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差が0でないことを検出し、ステップS5からステップS6に移行する。
【0077】
そして、ステップS6により、電圧差ΔVの1/2の電圧ΔV/2を演算し、この電圧ΔV/2に、実験等に基づいて予め設定されたd軸単位電圧当たりの位相角(単位電気角)Δθを乗算して、相当する電気角Δθ・(ΔV/2)を求める。
【0078】
さらに、ステップS6からステップS7に移行して電圧Vdcwと電圧Vdccwの大小関係を判別し、Vdcw<Vdccwであれば、ステップS7からステップS8に移行し、検出ローター位置を反時計方向に電気角Δθ・(ΔV/2)ずらすように、メモリー7の補正位相αを、例えば、Δθ・(ΔV/2)加算して書き換え、電圧差ΔVの1/2に相当する電気角、増加変更して補正する。
【0079】
また、Vdcw>Vdccwであれば、ステップS7からステップS9に移行し、検出ローター位置を時計方向に電気角Δθ・(ΔV/2)ずらすように、メモリー7の補正位相αを、例えば、Δθ・(ΔV/2)減算して書き換え、電圧差ΔVの1/2に相当する電気角、減少変更して補正する。
【0080】
そして、ステップS8、S9の補正後、ステップS1に戻り、電圧差ΔVが0≦ΔV<εになるまで、ステップS1〜S9の処理を繰り返し、メモリー7の補正位相αを、検出した電圧差ΔVの1/2に相当する電気角Δθ・(ΔV/2)ずつ増減可変する。
【0081】
この増減可変により、位置センサ4の検出ローター位置が、0≦ΔV<εの精度で正確に、所定の基準検出位置に補正して調整されるように、メモリー7の補正位相αが、自動的に設定される。
【0082】
そして、電圧差ΔVが0≦ΔV<εになると、ステップS5を肯定で通過して検出ローター位置の調整を終了する。
【0083】
この場合、負荷の影響を受けることなく、精度の高い検出ローター位置の自動調整が行える。
【0084】
そして、位置センサ4の取り付け位置がどのようにずれていても、電圧差ΔVが0≦ΔV<εになる精度で検出ローター位置の調整が行えるため、位置センサ4の取り付け精度を高める必要がなく、生産効率の向上等が図られる。
【0085】
なお、位置センサ4を精度よくモータ1の回転軸1rに取り付ける程、前記の検出ローター位置の調整が短時間で終了するため、位置センサ4の取り付け精度は、この調整時間との兼ね合い等から決定することが好ましい。
【0086】
そして、検出ローター位置の調整終了後は、調節器6のソフトウエア又はハードウエアの運用スイッチ18が押されて調節器6が運用状態にセットされる。
【0087】
この状態にセットされると、調節器6は、スイッチ17が再び押されるまで検出ローター位置の調整プログラムの実行が禁止され、モータサーボの通常プログラムを実行する状態になる。
【0088】
そして、このモータユニットが機器に実装され、モータ1の回転軸1rに負荷が取り付けられた状態で運用されると、調節器6の前記通常プログラムの実行により、メモリ7に保持された補正位相αが加算器19に読み出され、この加算器19により、処理器5のデータの位相に補正位相αが加算され、位置センサ4の検出ローター位置のずれを調整した電気角θre(ローターの回転位相)のデジタルデータが、三角関数発生器8に供給される。
【0089】
そのため、位置センサ4の検出ローター位置のずれの影響を排除して、モータ1が高精度にトルク制御される。
【0090】
ところで、ブラシレスDCサーボモータにあっては、一般に、d軸、q軸間で干渉し合う速度起電力が生じる。
【0091】
そして、モータ1にあっても、前記の速度起電力が座標変換器6から出力されるd軸、q軸の電流成分ida、iqaに影響することから、この影響を排除するため、いわゆる非干渉化制御器を設け、電流成分ida、iqaを、非干渉化制御器を介して減算器12d、12qに供給することが考えられるが、本実施形態にあっては、非干渉化制御器を省いても、メモリ7に保持された補正位相αにより、前記の速度起電力の影響も含んだ状態での位置センサ4の検出ローター位置のずれが補正されるため、非干渉化制御器を省いてサーボループ14が形成される。
【0092】
そのため、制御部2が極めて簡素、安価になる利点もある。
【0093】
なお、一般的なモータサーボを行うため、座標変換器9と減算器12d、12qとの間に、非干渉化制御器を設けてもよいのは勿論である。
【0094】
そして、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。
【0095】
例えば、前記実施形態においては、トルク制御を行う場合の位置センサ4の検出ローター位置のずれの調整に適用したが、サーボループによって位置制御、速度制御を行う場合の位置センサ4の検出ローター位置のずれの調整にも同様に適用することができる。
【0096】
なお、位置制御、速度制御を行う場合、位置信号処理器5により位置センサ4の検出ローター位置の信号を微分して速度フィードバック値が作成され、位置の偏差に基づいて生成された速度指令と前記速度フィードバック値との偏差(速度偏差)を求めて制御が行われる。
【0097】
また、本発明は、位置センサ4の検出ローター位置に基づき、トルク制御、位置制御、速度制御のいずれか2つ又は全部の多重制御を行う場合の位置センサ4の検出ローター位置のずれの調整にも同様に適用することができる。
【0098】
さらに、本実施形態にあっては、制御対象モータがブラシレスDCサーボモータ1であって、このモータ1をサーボループで制御する場合の位置センサ4の検出ローター位置のずれの調整に適用したが、制御対象モータがブラシレスDCサーボモータ以外のACサーボモータ(例えば3相かご形誘導モータ)等のサーボモータであって、このモータをサーボループで制御する場合の位置センサの検出ローター位置のずれの調整、制御対象モータがブラシレスDCモータであって、このモータを準サーボループで制御する場合の位置センサの検出ローター位置のずれの調整にも、本発明を同様に適用することができる。
【0099】
つぎに、前記実施形態にあっては、メモリー7の補正位相αを、電圧差ΔVの1/2に相当する電気角Δθ・(ΔV/2)ずつ増減可変して位置センサ4の検出ローター位置のずれを補正して調整したが、例えば、図2のステップS6において設定した単位位相角を単位補正量として累加、累減し、メモリー7の補正位相αを単位電気角ずつ増減可変して位置センサ4の検出ローター位置のずれを補正して調整してもよい。
【0100】
つぎに、図1の制御部2の各部がいわゆるハードウエア回路で形成されていてもよく、また、検出ローター位置の調整プログラムが図2と異なる構成であってもよいのも勿論である。
【0101】
さらに、制御対象モータ等に応じて、回転する直交座標系は、d−q座標系以外の座標系であってもよい。
【0102】
【発明の効果】
以上のように、請求項1、6に記載の発明によれば、制御対象モータの時計方向、反時計方向の回転それぞれで得られた駆動電流の検出交流を、回転する直交座標系の2軸成分に変換し、これらの2軸成分のうちの界磁磁束方向の軸成分の電圧差から、検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差(偏差)を検出し、この誤差に基づき、制御対象モータの回転軸に取り付けられた位置センサの検出ローター位置を補正して調整することができ、両回転それぞれで得られた界磁磁束方向の軸成分の電圧差(偏差)を求める極めて簡単な演算により、積分等の複雑な演算を行うことなく、簡単で処理負担が少なく、安価な構成により、位置センサの検出ローター位置のずれを自動的に補正して調整することができる。
【0103】
そして、この調整は、制御対象モータの回転軸に位置センサのみを取り付けた負荷実装前の無負荷状態(モータユニット単体)であっても行うことができる。
【0104】
また、請求項2、7に記載の発明によれば、制御対象モータがトルク制御される場合に、請求項1、6と同様の効果を得ることができる。
【0105】
また、請求項3、8に記載の発明によれば、界磁磁束方向の軸成分の電圧差が0又は設定値以下になるように、検出ローター位置の補正位相を増減可変しつつ、制御対象モータを時計方向、反時計方向それぞれに回転することをくり返す極めて実用的な構成で位置センサの検出ローター位置のずれを自動的に補正して調整することができる。
【0106】
また、請求項4、9に記載の発明によれば、制御対象モータがブラシレスDCサーボモータの場合に、位置センサの検出ローター位置のずれを自動的に補正して調整することができる具体的な構成を提供することができる。
【0107】
また、請求項5、10に記載の発明によれば、位置センサのローター位置検出のずれの調整を、前記の負荷実装前の無負荷状態(モータユニット単体)で行う場合の具体的な構成を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態のブロック図である。
【図2】図1の動作説明用のフローチャートである。
【符号の説明】
1 ブラシレスDCサーボモータ
2 制御部
4 位置センサ
6 位置データ調節器
7 補正値メモリ
8 三角関数発生器
9、10 座標変換器
11u、11v 電流検出器
14 サーボループ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a rotor position detection adjustment method and a rotor position detection adjustment device that corrects a deviation of a rotor position (detected rotor position) detected by a position sensor attached to a rotation shaft of a servomotor from a predetermined rotor position.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, brushless DC servomotors (three-phase permanent magnet synchronous motors), servomotors such as AC servomotors including three-phase induction motors, and brushless DC motors do not require so-called brush maintenance and are required to have control accuracy. It is used for various appliances for consumer and consumer use.
[0003]
The motors on the stator side are controlled by controlling one of a feedback loop of torque control (current control), position control, and speed control, or a multiplex feedback loop of any two or all of the controls. The drive current (three-phase alternating current) of the child winding (stator winding) is controlled and driven.
[0004]
Incidentally, the AC servomotor is widely used for applications requiring high speed and high accuracy, and its feedback loop is called a servo loop. In the loop control, the position of the rotating rotor (rotor position) is used. In order to detect this, a position sensor attached to the rotating shaft of a motor, such as a resolver, is used, and high-speed and high-precision control is performed using an MPU or the like having a high processing speed.
[0005]
The brushless DC motor is generally used for hydraulic control or the like that does not require much speed and accuracy. In the loop control, a Hall sensor is frequently used for detecting a rotor position. In applications where high speed and high precision are required, in the loop control, a position sensor attached to the rotating shaft of a motor, such as the resolver, is used, and a computer with a high processing speed is used. Is used to control a high-speed and high-precision feedback loop (hereinafter, referred to as a quasi-servo loop) according to the servo loop control.
[0006]
By the way, the servo loop, the position sensor used for the control of the quasi-servo loop, in addition to the resolver, which is an electromagnetic sensor, there is an optical incremental encoder, an absolute encoder, a magnetic incremental encoder, and the like. Each of them is attached to a rotating shaft of a motor to be controlled, which is a servo motor or a brushless DC motor.
[0007]
Then, this type of position sensor generates a signal of one phase or a plurality of phases whose phase changes following an electrical angle change (phase change) during each rotation of the rotor as a signal of the detected rotor position.
[0008]
For example, in the case of the resolver described above, a two-phase signal whose amplitude changes according to a change in the electrical angle in each rotation of the rotor is generated as a signal of the detected rotor position, and the phase difference between the two-phase signals is: This is the detection phase of the electrical angle in each rotation of the rotor, and is the detected rotor position every moment.
[0009]
Next, motor control based on the detected rotor position will be described.
[0010]
First, it is assumed that the motor to be controlled is a brushless DC servomotor, which is one of the AC servomotors, and the torque is controlled by a servo loop.
[0011]
In this case, the three-phase armature current, which is the driving current, is controlled by a servo loop having a torque command value given from a host device as a target value.
[0012]
An armature current is detected by a current detector, and a signal of the detected AC is used as a feedback input of the servo loop.
[0013]
At this time, in order to simplify control and the like, the signal of the detected AC of the current detector expressed in the three-phase coordinate system is two signals in the orthogonal coordinate system that rotates in synchronization with the rotation of the motor, specifically, , D-q coordinate system, are converted into signals of the d-axis component and the q-axis component, and are used for feedback input of the servo loop.
[0014]
The q-axis component is a component for torque control, and the torque command value is a current command value for the q-axis component.
[0015]
Then, the control output of the dq coordinate system of the servo loop based on the deviation between the torque command value and the signal value of the q-axis component of the coordinate-converted detection current is returned to the output of the three-phase coordinate system by reverse coordinate conversion. The output of the three-phase coordinate system controls the armature current through the control of the armature voltage.
[0016]
In the case of a three-phase induction motor, since the current and voltage of the rotor and the stator are both handled as DC, the servo loop employs a γ-δ coordinate system instead of the dq coordinate system. Is done.
[0017]
When performing a coordinate transformation from the three-phase coordinate system to the dq coordinate system and vice versa, a sine wave and a cosine wave based on phase information of a momentarily detected rotor position detected by a position sensor such as the resolver. Is substituted into the transformation matrix to perform coordinate transformation.
[0018]
Therefore, the accuracy of the detected rotor position of the position sensor greatly affects the control accuracy of the motor.
[0019]
The accuracy of the detected rotor position depends on the deviation of the position of the position sensor from the predetermined rotor position in the control system, which is determined by the relative positional relationship between the magnetic pole position of the rotor and the origin of the detected rotor position of the position sensor. The deviation includes the influence of the mechanical processing accuracy and the like.
[0020]
Therefore, there is a limit in the manual adjustment of this deviation, and in actuality, the manual adjustment can cause errors of several degrees. Therefore, the mounting position of the position sensor of this kind is shifted from the predetermined rotor position of the detected rotor position. In other words, it is desired that the automatic adjustment be performed according to the phase difference between the detected rotor position and the predetermined rotor position.
[0021]
As the automatic adjustment (rotor position detection adjustment), conventionally, in the case of torque control of a synchronous motor (brushless DC servomotor) which receives a torque command value as input, a d-axis current command value and a d-axis current detection are performed during motor operation. A d-axis voltage compensation value is calculated from a deviation from the value, and on the condition that the torque command value is equal to or less than a predetermined value, the d-axis voltage compensation value is integrated and a magnetic pole position correction value as a correction value of the deviation is calculated. It has been proposed to obtain the rotor rotation position detection value and add the magnetic pole position correction value to the rotor rotation position detection value to correct and adjust the rotor rotation position detection value (for example, see Patent Document 1).
[0022]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-166278 (pages 1 to 5, FIG. 1)
[0023]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the conventional rotor position detection adjustment, the d-axis voltage compensation value is calculated from the calculation of the deviation of the d-axis current, and the d-axis voltage compensation is performed on condition that the torque command value is equal to or less than a predetermined value. A magnetic pole position correction value as a correction value for the deviation must be calculated from the integration of the values, which requires extremely complicated calculations, complicates the processing of a computer or the like for performing the calculations, and increases the processing load. However, there is a problem that a device incorporating the computer or the like becomes complicated and expensive.
[0024]
In addition, despite the fact that the displacement of the detected rotor position depends on the mounting position and does not change depending on the load of the motor or the like, the above-described complicated calculation is always repeated while the load is mounted, and the d-axis Since the voltage compensation value and the magnetic pole position correction value are obtained, in the no-load state before mounting the load with only the position sensor attached to the rotating shaft of the motor, that is, in the state of the motor unit alone, the deviation of the detected rotor position may be reduced. There are also problems that cannot be adjusted.
[0025]
The present invention automatically corrects the displacement of the detection rotor position of the position sensor attached to the rotating shaft of the motor to be controlled by a simple, low processing load and an inexpensive configuration without performing complicated calculations such as integration. The purpose is to automatically correct and complete the adjustment even in the no-load state (only the motor unit) before mounting the load with only the position sensor attached to the motor rotation shaft. I do.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, a rotor position detection adjustment method according to the present invention is based on a detection rotor position of a position sensor attached to a rotation shaft of a control target motor including a servo motor or a brushless DC motor, and the motor has The detected alternating current of the drive current is converted into a two-axis component of a rotating rectangular coordinate system, and the rotor position of the motor drive control for controlling the drive current is controlled by a feedback loop of the rectangular coordinate system to which the two-axis component is input as feedback. A detection adjustment method, wherein the motor is rotated clockwise and counterclockwise based on the control of the drive current by the feedback loop, and the field of the two-axis component obtained by the rotation in each of the two directions is changed. From the voltage difference of the axial component in the magnetic flux direction, an error from the predetermined rotor position of the detected rotor position is detected, The difference is characterized by adjusting to correct the detected rotor position of the sensor (claim 1).
[0027]
In addition, the rotor position detection adjustment device according to the present invention includes a current detector that detects a drive current of a motor to be controlled including a servomotor or a brushless DC motor, and a detection rotor position of a position sensor attached to a rotation shaft of the motor. A converter that converts an AC detection output of the current detector into a biaxial component of a rotating rectangular coordinate system, and a converter of the rectangular coordinate system that controls the driving current by feedback-inputting the biaxial component. A rotor position detection adjustment device of a motor drive control device comprising a feedback loop, wherein the control drive of the feedback loop based on an adjustment command causes the motor to rotate clockwise and counterclockwise, respectively. Control means, and an axial component of the field magnetic flux direction among the two axial components obtained by the rotation in each of the two directions. An error detecting means for detecting an error of the detected rotor position from a predetermined rotor position from a pressure difference, and a position adjusting means for correcting and adjusting the detected rotor position of the sensor based on the error. (Claim 6).
[0028]
According to these configurations, the control target motor driven by the control of the servo loop and the quasi-servo loop is rotated clockwise and counterclockwise respectively, and the detected alternating current of the drive current obtained in each of the rotations is rotated. An error (deviation) of the detected rotor position from a predetermined rotor position is detected from the voltage difference between the two axial components in the field magnetic flux direction of the orthogonal coordinate system. , The detected rotor position of the position sensor attached to the rotating shaft of the motor to be controlled is corrected and adjusted.
[0029]
Therefore, a very simple calculation for obtaining the voltage difference (deviation) of the axial component in the field magnetic flux direction obtained in each of the two rotations is simple, the processing load is low, and the cost is low without performing complicated calculations such as integration. With the configuration, the displacement of the detection rotor position of the position sensor is automatically corrected and adjusted. Moreover, this adjustment ends in a no-load state (a single motor unit) before mounting a load, in which only the position sensor is attached to the rotating shaft of the motor to be controlled.
[0030]
Then, it is suitable when the drive current of the motor to be controlled is torque-controlled by control by a feedback loop based on a torque command value (servo loop, quasi-servo loop control).
[0031]
Next, the rotor position detecting and adjusting method according to the present invention detects the error of the detected rotor position from the predetermined rotor position until the voltage difference of the axial component in the field magnetic flux direction becomes 0 or less than a set value. The correction phase of the detected rotor position is repeatedly increased and decreased by an electrical angle corresponding to 1/2 of the voltage difference, and is repeated (claim 3).
[0032]
Further, in the rotor position detection adjusting device according to the present invention, the error detecting means has a storage means for rewritably holding a correction phase of the detected rotor position of the position sensor, and an error of the detected rotor position from a predetermined rotor position. Until the voltage difference of the axial component in the field magnetic flux direction becomes 0 or less than a set value, the correction phase of the storage means is increased and decreased by an electrical angle corresponding to の of the voltage difference. (Claim 8).
[0033]
According to these configurations, the correction phase of the detected rotor position is detected so that the voltage difference of the axial component in the field magnetic flux direction obtained by rotating in the clockwise direction and the counterclockwise direction becomes 0 or less than the set value. The adjustment is performed in an extremely practical configuration in which the control target motor is repeatedly rotated clockwise and counterclockwise while increasing and decreasing the deviation by 1/2.
[0034]
Next, in the rotor position detection adjustment method and apparatus according to the present invention, the servomotor as the motor to be controlled is a brushless DC servomotor, and the rotating rectangular coordinate system has a d-axis and a phase that is 90 degrees ahead of the axis. It is a dq coordinate system with the q axis, and the axial component in the field magnetic flux direction is the d axis component of the dq coordinate system (claims 4 and 9).
[0035]
According to these configurations, a specific configuration is provided in which, when the motor to be controlled is a brushless DC servomotor, the deviation of the detected rotor position of the position sensor is corrected and adjusted.
[0036]
Next, the rotor position detection adjustment method and apparatus according to the present invention are arranged so that the rotation of the motor to be controlled in the clockwise and counterclockwise directions is performed in a no-load state in which only a position sensor is attached to the rotation shaft of the motor. The present invention is characterized in that the current command value of the axial component in the magnetic flux direction is set to 0, and this is performed.
[0037]
According to these configurations, a specific configuration is provided in which the deviation of the detection of the rotor position of the position sensor is adjusted in a no-load state (a single motor unit) before mounting the load.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
One embodiment of the present invention applied to a case where the motor to be controlled is a three-phase brushless DC servomotor, which is one of AC servomotors, and its torque is controlled by a servo loop, with reference to FIGS. Will be explained.
[0039]
FIG. 1 is a block diagram of the rotor position detecting and adjusting device, and FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation thereof.
[0040]
The brushless DC servomotor 1 as a motor to be controlled shown in FIG. 1 is composed of three-phase U, V, and W armature windings and a permanent magnet (magnet) rotor that generates rotating magnetic poles. From the output terminals 3u, 3v, 3w of each phase of the three-phase PWM inverter (output unit) 3 of the control unit 2, terminals 1u, 1v, 1w of each phase of the armature winding so that the resultant vector with the magnetic flux is orthogonal. Are supplied with three-phase alternating currents iua, iva, and iwa of voltages Vua, Vva, and Vwa. Based on this supply, a torque is generated and the motor 1 rotates.
[0041]
In a motor production line or the like, a position sensor 4 made of, for example, a resolver is attached to a rotating shaft 1 r of the motor 1, and the motor 1 to which the sensor 4 is attached and the control unit 2 form a so-called motor unit (motor assembly). ).
[0042]
The motor unit is incorporated in various industrial and consumer devices that require control accuracy, and is operated in a loaded state in which a load is connected to the rotating shaft 1r.
[0043]
Next, when the motor 1 is controlled by so-called software processing, a microcomputer (MPU) capable of performing arithmetic processing at high speed and having high processing capability is used, except for the inverter 3 and the position signal processor 5 of FIG. The circuit part of the control unit 2 is formed.
[0044]
Then, the position sensor 4 detects the position of each magnetic pole from the change of the intersecting magnetic flux of each rotation of the rotor of the motor 1, and based on this detection, a two-phase signal (a triangular function waveform) whose amplitude changes according to the change in the electrical angle. Signal) is generated as a signal of the detected rotor position, and the phase difference between the two signals is the detected phase of the electrical angle in each rotation of the rotor, and is the signal of the phase information of the detected rotor position every moment. .
[0045]
A signal of the detected rotor position of the position sensor 4 is input to a position signal processor 5, which converts the signal into digital data of the electrical angle (phase).
[0046]
Further, this data is input to the position data adjuster 6, and the adjuster 6 stores the detected position of the position sensor 4 in a nonvolatile rewritable correction value memory 7 as storage means by an initial setting process described later. The data of the correction phase α for compensating the error (shift) is written, and thereafter, the phase of the data output from the processor 5 is corrected by adding the phase of the memory 7, and the corrected data is added to the detection rotor position of the position sensor 4. The digital data of the electric angle θre (rotational phase of the rotor) adjusted for the deviation is supplied to the trigonometric function generator 8.
[0047]
The generator 8 calculates function values sin (θre) and cos (θre) of a sine wave and a cosine wave of the electrical angle θre, and converts these function values sin (θre) and cos (θre) into three-phase AC / d. It is supplied to a -q coordinate converter 9 and a dq / 3-phase AC coordinate converter 10.
[0048]
On the other hand, two-phase currents iua, iva of the three-phase drive currents ua, iva, iwa supplied from the inverter 3 to the motor 1 are detected by the current detectors 11u, 11v. The signal is input to the coordinate converter 9.
[0049]
Then, the coordinate converter 9 substitutes the function values sin (θre) and cos (θre) into the coordinate transformation matrix of the trigonometric function, and performs a matrix operation of the coordinate transformation using the transformation matrix after the substitution to obtain the drive currents ua, The signal of the detected AC of iva and the signal of the drive current iwa obtained by calculation using these signals are converted to a d-axis of a dq coordinate system which is a rotating rectangular coordinate system, and a phase advanced by 90 degrees from this axis. The current components are converted into q-axis current components ida and iqa.
[0050]
In the dq coordinate system, the d axis is the axis in the direction of the field magnetic flux generated by each magnetic pole of the rotor.
[0051]
The current components ida and iqa are calculated by a dq coordinate system servo loop formed by the subtracters 12d and 12q, the current controllers 13d and 13q, the coordinate converters 9 and 10, the inverter 3, and the current detectors 11u and 11v. The feedback is input to the 14 subtracters 12d and 12q.
[0052]
Then, the subtracters 12d and 12q subtract the current components ida and iqa from the d-axis and q-axis current command values i * da and i * qa of the command value input terminals 15d and 15q, and control the d-axis and q-axis. The deviation is supplied to the current controllers 13d and 13q.
[0053]
Note that the current command value i * da that determines the efficiency of the motor 1 is set to 0 or negative by the host device 16 of the control unit 2 which is a device outside the servo loop 14, and in the case of torque control, the torque of the motor 1 is reduced. The determined current command value i * qa is also given from the host device 16 and set.
[0054]
The host device 16 is a test device of a motor production line or a control device of a device in which the motor 1 is incorporated.
[0055]
The current controllers 13d and 13q adjust the gain of the current control and the response characteristics to the input by PI control to form the d-axis and q-axis armature voltage commands V * da and V * qa. The voltage commands V * da and V * qa are output to the coordinate converter 10.
[0056]
The coordinate converter 10 performs a reverse coordinate conversion on the voltage commands V * da and V * qa with respect to the coordinate converter 9 based on the function values sin (θre) and cos (θre) of the trigonometric function generator 8, The commands V * da and V * qa are converted into three-phase AC armature voltage commands V * ua, V * va and V * wa, and these armature voltage commands V * ua, V * va and V * wa are converted. To the three-phase control terminals 3 * u, 3 * v, 3 * w of the inverter 3.
[0057]
The inverter 3 drives the torque control from the output terminals 3u, 3v, 3w to the terminals 1u, 1v, 1w of each phase of the motor 1 based on the armature voltage commands V * ua, V * va, V * wa. Supply currents ua, iva, iwa.
[0058]
Next, adjustment of the detection rotor position of the position sensor 4, that is, writing of the correction phase α in the memory 7 will be described.
[0059]
In this embodiment, when the motor unit is shipped from a factory or the like, the detection rotor position is adjusted in the state of the motor unit (no load state).
[0060]
Therefore, the higher-level device 16 controls the drive currents ua, iva, and iwa of the servo loop (feedback loop) 14 based on the adjustment command of the adjuster 6 to perform the adjustment drive control for rotating the motor 1 clockwise and counterclockwise. Form means.
[0061]
The adjuster 6 includes the following error detecting means and position adjusting means.
[0062]
(1) Error detection means
This means uses a voltage difference between the d-axis (axis in the direction of the field magnetic flux) component of the two-axis components of the d-axis and the q-axis obtained by the respective rotations in both directions to determine a predetermined rotor position of the detected rotor position of the position sensor 4. Detect errors from the position.
[0063]
(2) Position adjustment means
This means corrects and adjusts the detected rotor position of the position sensor 4 based on the error.
[0064]
Then, for example, when the software or hardware initial set switch 17 of the adjuster 6 is pressed, the adjuster 6 executes the adjustment program of the detected rotor position in FIG. An adjustment command for driving at 100% PWM in the clockwise direction (CW direction) is notified.
[0065]
Based on this notification, the host device 16 sets the current command value i * da to 0 and sets the current command value i * qa to a value sufficiently larger than the specified value for the no-load operation. Note that the current command value i * da may be set to a predetermined constant value instead of 0.
[0066]
Then, under the control of the servo loop 14 based on these sets, the motor 1 rotates clockwise at the power supply voltage (rated voltage).
[0067]
When a predetermined time τ (τ is an appropriate time of, for example, 1 second or less) set in consideration of the rise time of the motor 1 or the like has elapsed, the process proceeds from step S1 to step S2 in FIG. The error detection means 6 takes in and temporarily stores the voltage Vdcw of the voltage command V * da of the d-axis component input to the coordinate converter 10.
[0068]
Next, the process proceeds from step S2 in FIG. 2 to step S3, in which the adjuster 6 notifies the host device 16 of an adjustment command for driving the power supply voltage (100% output of PWM) in the counterclockwise direction (CCW direction).
[0069]
Prior to this notification, the controller 6 may instruct the host device 16 to stop, and the motor 1 may be temporarily stopped.
[0070]
Then, since the motor 1 is rotated in the counterclockwise direction, the host device 16 sets the current command value i * da to 0, and performs no-load operation with the polarity opposite to that of rotating the current command value i * qa clockwise. Are set to values sufficiently larger than the specified values.
[0071]
Under the control of the servo loop 14 based on these sets, the motor 1 rotates counterclockwise at the power supply voltage.
[0072]
Then, when the predetermined time τ has elapsed, the process proceeds from step S3 to step S4 in FIG. 2, and the error detecting means of the controller 6 sets the voltage command V * of the d-axis component input to the coordinate converter 10. The voltage Vdccw of da is taken in and temporarily stored.
[0073]
Next, the process proceeds from step S4 in FIG. 2 to step S5, in which the error detecting means of the controller 6 determines that the absolute value of the difference between the voltage Vdcw and the voltage Vdccw, in other words, d obtained by the rotation in each of the two directions. The voltage difference ΔV of the axial component (axial component in the field magnetic flux direction) is calculated.
[0074]
At this time, the attachment of the position sensor 4 is appropriate, and the relative positional relationship between the magnetic pole position of the rotor and the origin of the encoder detection position of the position sensor 4 accurately matches the predetermined positional relationship set in advance in the control unit 2. , The detected rotor position of the position sensor 4 substantially coincides with the predetermined rotor position, and the voltage difference ΔV is 0 ≦ ΔV <ε (ε is an allowable limit error, and is, for example, 0.3 degree in terms of phase angle. )become.
[0075]
If 0 ≦ ΔV <ε, it is detected that the error of the detected rotor position of the position sensor 4 from the predetermined rotor position is 0, and the step S5 is affirmed (YES), and the writing to the memory 7 is performed. Instead, the correction phase α is set to the initial value (= 0), and the adjustment of the detected rotor position is completed.
[0076]
On the other hand, if ε ≦ ΔV, it is detected that the error of the detected rotor position of the position sensor 4 from the predetermined rotor position is not 0, and the process proceeds from step S5 to step S6.
[0077]
Then, in step S6, a voltage ΔV / 2, which is の of the voltage difference ΔV, is calculated, and a phase angle (unit electric angle) per d-axis unit voltage set in advance based on an experiment or the like is calculated. ) Multiply by Δθ to obtain the corresponding electrical angle Δθ · (ΔV / 2).
[0078]
Further, the process proceeds from step S6 to step S7 to determine the magnitude relationship between the voltage Vdcw and the voltage Vdcw. The correction phase α of the memory 7 is rewritten by, for example, adding Δθ · (ΔV / 2) so as to be shifted by (ΔV / 2), and the electrical angle corresponding to の of the voltage difference ΔV is increased and corrected. I do.
[0079]
If Vdcw> Vdccw, the process proceeds from step S7 to step S9, and the correction phase α of the memory 7 is set to, for example, Δθ · so that the detected rotor position is shifted clockwise by an electrical angle Δθ · (ΔV / 2). (ΔV / 2) is subtracted and rewritten, and the electrical angle corresponding to の of the voltage difference ΔV is reduced and corrected.
[0080]
After the corrections in steps S8 and S9, the process returns to step S1, and repeats the processing in steps S1 to S9 until the voltage difference ΔV becomes 0 ≦ ΔV <ε, and determines the correction phase α of the memory 7 as the detected voltage difference ΔV Is increased or decreased by an electric angle Δθ · (ΔV / 2) corresponding to の of the above.
[0081]
The correction phase α of the memory 7 is automatically adjusted so that the detection rotor position of the position sensor 4 is accurately corrected and adjusted to a predetermined reference detection position with an accuracy of 0 ≦ ΔV <ε by this variable increase / decrease. Is set to
[0082]
When the voltage difference ΔV becomes 0 ≦ ΔV <ε, step S5 is affirmatively passed, and the adjustment of the detected rotor position ends.
[0083]
In this case, highly accurate automatic adjustment of the detection rotor position can be performed without being affected by the load.
[0084]
Also, no matter how the mounting position of the position sensor 4 is shifted, the detection rotor position can be adjusted with the accuracy that the voltage difference ΔV becomes 0 ≦ ΔV <ε, so that it is not necessary to increase the mounting accuracy of the position sensor 4. In addition, production efficiency can be improved.
[0085]
The more accurately the position sensor 4 is mounted on the rotating shaft 1r of the motor 1, the shorter the adjustment of the detected rotor position is completed. Therefore, the mounting accuracy of the position sensor 4 is determined in consideration of the adjustment time. Is preferred.
[0086]
Then, after the adjustment of the detected rotor position is completed, the operation switch 18 of the software or hardware of the adjuster 6 is pressed, and the adjuster 6 is set to the operating state.
[0087]
When set in this state, the controller 6 is inhibited from executing the detection rotor position adjustment program until the switch 17 is pressed again, and enters a state in which the motor servo normal program is executed.
[0088]
When this motor unit is mounted on a device and operated with a load attached to the rotating shaft 1 r of the motor 1, the controller 6 executes the normal program to execute the correction phase α stored in the memory 7. Is read by the adder 19, and the adder 19 adds the correction phase α to the data phase of the processor 5, and adjusts the electrical angle θre (rotational phase of the rotor) ) Is supplied to the trigonometric function generator 8.
[0089]
Therefore, the influence of the displacement of the detection rotor position of the position sensor 4 is eliminated and the torque of the motor 1 is controlled with high accuracy.
[0090]
By the way, in a brushless DC servomotor, generally, a speed electromotive force that interferes between the d-axis and the q-axis is generated.
[0091]
Even in the case of the motor 1, the speed electromotive force affects the d-axis and q-axis current components ida and iqa output from the coordinate converter 6, so that this effect is eliminated. It is conceivable that a decoupling controller is provided and the current components ida, iqa are supplied to the subtractors 12d, 12q via the decoupling controller. However, in this embodiment, the decoupling controller is omitted. However, since the deviation of the detected rotor position of the position sensor 4 in a state including the influence of the speed electromotive force is corrected by the correction phase α held in the memory 7, the decoupling controller is omitted. A servo loop 14 is formed.
[0092]
Therefore, there is an advantage that the control unit 2 is extremely simple and inexpensive.
[0093]
In order to perform general motor servo, a decoupling controller may be provided between the coordinate converter 9 and the subtracters 12d and 12q.
[0094]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes other than those described above can be made without departing from the gist of the present invention.
[0095]
For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied to the adjustment of the deviation of the detected rotor position of the position sensor 4 when performing the torque control. However, when the position control and the speed control are performed by the servo loop, the detected rotor position of the position sensor 4 is not changed. The same can be applied to the adjustment of the displacement.
[0096]
When performing position control and speed control, the position signal processor 5 differentiates the signal of the detected rotor position of the position sensor 4 to create a speed feedback value, and the speed command generated based on the position deviation and the speed command Control is performed by obtaining a deviation (speed deviation) from the speed feedback value.
[0097]
The present invention is also applicable to the adjustment of the displacement of the detected rotor position of the position sensor 4 when performing any two or all of the multiplex control of the torque control, the position control, and the speed control based on the detected rotor position of the position sensor 4. Can be similarly applied.
[0098]
Furthermore, in the present embodiment, the motor to be controlled is the brushless DC servo motor 1, and the present invention is applied to the adjustment of the deviation of the detection rotor position of the position sensor 4 when the motor 1 is controlled by the servo loop. When the motor to be controlled is a servomotor such as an AC servomotor other than the brushless DC servomotor (for example, a three-phase squirrel-cage induction motor) and the motor is controlled by a servo loop, the deviation of the detected rotor position of the position sensor is adjusted. The present invention can be similarly applied to the adjustment of the displacement of the detected rotor position of the position sensor when the motor to be controlled is a brushless DC motor and this motor is controlled by a quasi-servo loop.
[0099]
Next, in the above embodiment, the correction phase α of the memory 7 is increased or decreased by an electric angle Δθ · (ΔV / 2) corresponding to の of the voltage difference ΔV, and the detected rotor position of the position sensor 4 is changed. For example, the unit phase angle set in step S6 of FIG. 2 is added or subtracted as a unit correction amount, and the correction phase α of the memory 7 is changed by increasing or decreasing the unit electrical angle by a unit electric angle. The deviation of the detection rotor position of the sensor 4 may be corrected and adjusted.
[0100]
Next, each part of the control unit 2 in FIG. 1 may be formed by a so-called hardware circuit, and, of course, the program for adjusting the detected rotor position may be different from that in FIG.
[0101]
Further, the orthogonal coordinate system that rotates according to the motor to be controlled or the like may be a coordinate system other than the dq coordinate system.
[0102]
【The invention's effect】
As described above, according to the first and sixth aspects of the present invention, the detected alternating current of the drive current obtained by each of the clockwise and counterclockwise rotations of the motor to be controlled is converted into two axes of a rotating rectangular coordinate system. The error (deviation) of the detected rotor position from the predetermined rotor position is detected from the voltage difference between the axial components in the field magnetic flux direction of the two axial components. It is possible to correct and adjust the detection rotor position of the position sensor attached to the rotation axis of the axis, and to calculate the voltage difference (deviation) of the axis component in the direction of the field magnetic flux obtained in each of both rotations by an extremely simple calculation , A simple operation with a small processing load and an inexpensive configuration without performing complicated calculations such as integration, etc., can automatically correct and adjust the displacement of the detection rotor position of the position sensor.
[0103]
This adjustment can be performed even in a no-load state (a single motor unit) before mounting a load in which only the position sensor is attached to the rotation axis of the motor to be controlled.
[0104]
Further, according to the second and seventh aspects of the invention, the same effects as those of the first and sixth aspects can be obtained when the torque of the control target motor is controlled.
[0105]
According to the third and eighth aspects of the present invention, the control target is controlled while increasing or decreasing the correction phase of the detected rotor position so that the voltage difference of the axial component in the field magnetic flux direction becomes 0 or less than a set value. It is possible to automatically correct and adjust the displacement of the detection rotor position of the position sensor with an extremely practical configuration that repeatedly rotates the motor clockwise and counterclockwise.
[0106]
According to the fourth and ninth aspects of the present invention, when the motor to be controlled is a brushless DC servo motor, the deviation of the detected rotor position of the position sensor can be automatically corrected and adjusted. A configuration can be provided.
[0107]
Further, according to the fifth and tenth aspects of the present invention, a specific configuration in a case where the deviation of the rotor position detection of the position sensor is adjusted in a no-load state (motor unit alone) before mounting the load. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1 Brushless DC servo motor
2 control unit
4 Position sensor
6 Position data controller
7 Correction value memory
8 Trigonometric function generator
9, 10 coordinate converter
11u, 11v current detector
14 Servo loop

Claims (10)

  1. サーボモータ又はブラシレスDCモータからなる制御対象モータの回転軸に取り付けられた位置センサの検出ローター位置に基づき、前記モータの駆動電流の検出交流を、回転する直交座標系の2軸成分に変換し、
    前記2軸成分がフィードバック入力される前記直交座標系のフィードバックループにより、前記駆動電流を制御するモータ駆動制御のローター位置検出調整方法であって、
    前記フィードバックループによる前記駆動電流の制御に基づき、前記モータを時計方向、反時計方向に回転し、
    前記両方向それぞれの回転で得られた前記2軸成分のうちの界磁磁束方向の軸成分の電圧差から、前記検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差を検出し、
    前記誤差により、前記センサの検出ローター位置を補正して調整することを特徴とするローター位置検出調整方法。
    Based on the detected rotor position of a position sensor attached to the rotation axis of a control target motor consisting of a servo motor or a brushless DC motor, the detected AC of the drive current of the motor is converted into a two-axis component of a rotating rectangular coordinate system,
    A rotor position detection adjustment method of motor drive control for controlling the drive current by a feedback loop of the rectangular coordinate system to which the two-axis components are input as feedback.
    Based on the control of the drive current by the feedback loop, the motor rotates clockwise, counterclockwise,
    From the voltage difference between the axial components in the field magnetic flux direction of the two axial components obtained by the rotation in each of the two directions, an error from the predetermined rotor position of the detected rotor position is detected.
    A rotor position detection adjustment method, wherein the detected rotor position of the sensor is corrected and adjusted based on the error.
  2. 請求項1に記載のローター位置検出調整方法において、
    フィードバックループによる駆動電流の制御が、トルク指令値に基づく制御であることを特徴とするローター位置検出調整方法。
    In the rotor position detection adjustment method according to claim 1,
    A rotor position detection adjustment method, wherein the control of the drive current by the feedback loop is control based on a torque command value.
  3. 請求項1又は請求項2に記載のローター位置検出調整方法において、
    検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差の検出を、
    界磁磁束方向の軸成分の電圧差が0又は設定値以下になるまで、位置センサの検出ローター位置の補正位相を前記電圧差の1/2に相当する電気角ずつ増減可変して繰り返し行うことを特徴とするローター位置検出調整方法。
    In the rotor position detection adjustment method according to claim 1 or 2,
    Detection of the error of the detected rotor position from the predetermined rotor position,
    Until the voltage difference of the axial component in the direction of the field magnetic flux becomes 0 or less than a set value, the correction phase of the detected rotor position of the position sensor is repeatedly increased and decreased by an electrical angle corresponding to 1/2 of the voltage difference, and is repeatedly performed. A rotor position detection adjusting method.
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のローター位置検出調整方法において、
    制御対象モータとしてのサーボモータが、ブラシレスDCサーボモータからなり、
    回転する直交座標系が、d軸と該軸より90度進み位相のq軸とのd−q座標系であり、
    界磁磁束方向の軸成分が、前記d−q座標系のd軸の成分であることを特徴とするローター位置検出調整方法。
    In the rotor position detection adjustment method according to any one of claims 1 to 3,
    The servo motor as the motor to be controlled is a brushless DC servo motor,
    The rotating rectangular coordinate system is a dq coordinate system including a d axis and a q axis having a phase advanced by 90 degrees from the axis,
    A rotor position detection adjustment method, wherein an axis component in a field magnetic flux direction is a d-axis component of the dq coordinate system.
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のローター位置検出調整方法において、
    制御対象モータの時計方向、反時計方向の回転を、前記モータの回転軸に位置センサのみを取り付けた無負荷状態であって、界磁磁束方向の軸成分の電流指令値を0にして行うことを特徴とするローター位置検出調整方法。
    In the rotor position detection adjustment method according to any one of claims 1 to 4,
    Clockwise and counterclockwise rotation of the motor to be controlled is performed in a no-load state where only a position sensor is attached to the rotation axis of the motor, and the current command value of the axis component in the field magnetic flux direction is set to 0. A rotor position detection adjusting method.
  6. サーボモータ又はブラシレスDCモータからなる制御対象モータの駆動電流を検出する電流検出器と、
    前記モータの回転軸に取り付けられた位置センサの検出ローター位置に基づき、前記電流検出器の交流の検出出力を、回転する直交座標系の2軸成分に変換する変換器と、
    前記2軸成分がフィードバック入力されて前記駆動電流を制御する前記直交座標系のフィードバックループとを備えたモータ駆動制御装置のローター位置検出調整装置であって、
    調整指令に基づく前記フィードバックループの前記駆動電流の制御により、前記モータを時計方向、反時計方向それぞれに回転する調整駆動制御手段と、
    前記両方向それぞれの回転で得られた前記2軸成分のうちの界磁磁束方向の軸成分の電圧差から、前記検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差を検出する誤差検出手段と、
    前記誤差により、前記センサの検出ローター位置を補正して調整する位置調整手段とを備えたことを特徴とするローター位置検出調整装置。
    A current detector for detecting a drive current of a control target motor including a servo motor or a brushless DC motor;
    A converter that converts an AC detection output of the current detector into a two-axis component of a rotating rectangular coordinate system based on a detection rotor position of a position sensor attached to a rotation axis of the motor;
    A rotor position detection adjustment device of a motor drive control device, comprising: a feedback loop of the rectangular coordinate system in which the two-axis components are feedback-input to control the drive current.
    Adjustment drive control means for rotating the motor clockwise and counterclockwise by controlling the drive current of the feedback loop based on an adjustment command,
    Error detecting means for detecting an error of the detected rotor position from a predetermined rotor position from a voltage difference between axial components in the field magnetic flux direction among the two axial components obtained by the rotation in each of the two directions,
    And a position adjusting means for correcting and adjusting the detected rotor position of the sensor based on the error.
  7. 請求項6に記載のローター位置検出調整装置において、
    フィードバックループによる駆動電流の制御が、トルク指令値に基づく制御であることを特徴とするローター位置検出調整装置。
    The rotor position detection adjustment device according to claim 6,
    A rotor position detection adjusting device, wherein the control of the drive current by the feedback loop is a control based on a torque command value.
  8. 請求項6又は請求項7に記載のローター位置検出調整装置において、
    誤差検出手段が、位置センサの検出ローター位置の補正位相を書き換え自在に保持する記憶手段を有し、
    前記検出ローター位置の所定ローター位置からの誤差の検出を、界磁磁束方向の軸成分の電圧差が0又は設定値以下になるまで、前記記憶手段の補正位相を前記電圧差の1/2に相当する電気角ずつ増減可変して繰り返し行うようにしたことを特徴とするローター位置検出調整装置。
    In the rotor position detection adjusting device according to claim 6 or 7,
    The error detection means has a storage means for rewritably holding a correction phase of the detected rotor position of the position sensor,
    The detection of the error of the detected rotor position from the predetermined rotor position is performed by setting the correction phase of the storage means to の of the voltage difference until the voltage difference of the axial component in the field magnetic flux direction becomes 0 or less than a set value. A rotor position detecting and adjusting device characterized in that the electric angle is increased or decreased by a corresponding electric angle, and is repeatedly performed.
  9. 請求項6〜8のいずれかに記載のローター位置検出調整装置において、
    制御対象モータとしてのサーボモータが、ブラシレスDCサーボモータからなり、
    回転する直交座標系が、d軸と該軸より90度進み位相のq軸とのd−q座標系であり、
    界磁磁束方向の軸成分が、前記d−q座標系のd軸の成分であることを特徴とするローター位置検出調整装置。
    The rotor position detection adjustment device according to any one of claims 6 to 8,
    The servo motor as the motor to be controlled is a brushless DC servo motor,
    The rotating rectangular coordinate system is a dq coordinate system including a d axis and a q axis having a phase advanced by 90 degrees from the axis,
    A rotor position detection adjustment device, wherein an axis component in a field magnetic flux direction is a d-axis component of the dq coordinate system.
  10. 請求項6〜9のいずれかに記載のローター位置検出調整装置において、
    制御対象モータの時計方向、反時計方向の回転を、前記モータの回転軸に位置センサのみを取り付けた無負荷状態であって、界磁磁束方向の軸成分の電流指令値を0にして行うようにしたことを特徴とするローター位置検出調整装置。
    The rotor position detection adjustment device according to any one of claims 6 to 9,
    Clockwise and counterclockwise rotation of the motor to be controlled is performed in a no-load state in which only a position sensor is attached to the rotating shaft of the motor, and the current command value of the axial component in the field magnetic flux direction is set to 0. A rotor position detecting and adjusting device characterized in that:
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