JP2005110344A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置検出器の時間変化から速度検出を行うモータ制御装置では、速度制御周期を短縮した場合、位置検出器の分解能と精度を高めないと、位置検出器の持つ位置誤差がモータトルクリップルとして現れてしまう。また、２回の位置検出値の差分をとるため、サンプリング周期の1/2だけ検出信号の時間遅れが大きい。
【解決手段】モータの速度を物理量として検出する速度検出器と、モータの回転位置を検出する位置検出器とを備え、前者出力のゲインやオフセット誤差を後者を時間微分した信号によって補正することで、周波数応答が高く、リップル成分の小さい速度検出信号を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、上位制御装置からの位置指令又は速度指令にしたがってモータの回転を制御するモータ制御装置、例えば工作機械の移動テーブル駆動用のモータ制御装置に関する。

１９８０年前半まで、ＤＣサーボモータを用いた工作機械のテーブル駆動用モータ制御装置として、一般に図１１に示すような制御ブロックの装置が使用されていた。１９８０年中盤以降になると、ＤＣサーボモータならびに速度検出器（タコジェネレータ）のブラシのメンテナンスフリー化と、速度指令や速度フィードバック信号をディジタル処理することで速度検出器のゲインやオフセットが温度ドリフトする影響を抑えて高精度化することを目的として、ブラシレスサーボモータと位置検出器を使用した図１２に示すシステム構成が一般的に使用されるようになった。なお、上記の移行課程において、速度検出器をブラシレス化する手段として、図１３に示す概略構成のブラシレスタコジェネレータが使用されている。以下に各従来例の動作について説明する。

図１１は、ＤＣモータを用いたモータ制御装置の代表的な構成例を示すブロック図である。ＤＣモータ１５の回転速度を検出するために速度検出器１７が、モータの駆動対象の位置を検出するために位置検出器１８が、それぞれＤＣモータと機械的に結合されている。上位制御装置からの位置指令値θ＊は、減算器１において位置検出器１８からの位置検出値θとの差分が求められ、比例増幅器２によって位置ループゲイン倍されて速度指令値Ｖ＊が演算される。次に、減算器４において速度指令値Ｖ＊と速度検出器１７からの速度検出値Ｖとの差分が求められ、ＰＩ制御を実行するための比例増幅器６と積分増幅器７で増幅された後、加算器８で加算されて、指令に追従するために必要なモータトルクに比例する電流指令値Ｉ＊となる。電流制御部１１は、モータ巻線に接続した電流検出器１４からの電流検出値Ｉと電流指令値Ｉ＊の差分を比例・積分増幅してモータへの印加電圧指令値Ｅ＊を演算する。単相ＰＷＭインバータ１２は、印可電圧指令値Ｅ＊に従ってＤＣモータ１５に電圧を印可することで、回転子の回転位置（回転角）は、上位制御装置からの位置指令値θ＊に追従するように制御される。ここで速度検出器１７は、固定子に磁石、回転子に複数の巻線を配置し、巻線誘起電圧を整流子とブラシを用いてＤＣアナログ電圧として取り出すように構成されたタコジェネレータが使用されていた。このため、高精度な用途では、巻線誘起電圧のゲイン誤差やアナログ信号を処理する回路のオフセット誤差等が問題となっていた。

図１２は、現在一般的に使用されているＡＣモータを用いたモータ制御装置の代表的な構成例を示すブロック図である。図１１と同一機能を有する部分には、同一符号を付けている。以下、図１１との相違点のみを説明する。モータ１６は３相ＡＣモータであるため、電流検出器はＵ相用１４ｕとＶ相用１４ｖの２相分を備えており、電流検出値Ｉｕと電流検出値Ｉｖを電流制御部１１にフィードバックしている。また、加算器８が出力するトルク指令値Ｔ＊は、位置検出値θに基づいて電流分配部９においてＵ相電流指令値Ｉｕ＊とＶ相電流指令値Ｉｖ＊に変換される。３相ＰＷＭインバータ１３は、電流制御部１１からの３相分の電圧指令Ｅｕ＊、Ｅｖ＊，Ｅｗ＊を入力とする。

位置検出器１８はロータリーエンコーダであり、モータ１回転あたり１０万から１００万分割以上の角度分解能が必要なため、磁気的または光学的手段によってモータ角度に従ってエンコーダ１回転あたりに数十回から数千回振幅変化する正弦波状の内挿信号が出力されるよう構成されている。位置検出値θｋを得るために、信号振幅変化をカウントしたり、正弦波状の信号をＡ／Ｄ変換器でサンプリングして逆三角関数演算を行っている。そして、速度検出には速度検出器を使用せず、位置検出器１８が出力する位置検出値θｋを微分器１９で時間微分することにより速度演算値ｄθ／ｄｔを求めている。なお、位置検出器１８はレゾルバを用いて構成されることもある。

本発明は、速度検出の精度と応答性に関連してなされたものであるため、図１４を参照して、位置検出周期がΔｔθの場合の微分器１９での処理を以下に説明する。図１４において、位置検出器１８が出力する正弦波状の内挿信号をサンプリングするタイミングを、位置検出用データサンプリングタイミングと表記しており、この時点のロータ角度が検出されることになる。一方、位置検出値θｋは、Ａ／Ｄ変換ならびに演算による位置検出遅れ時間ｔｄθ経過した後得られる。この位置検出遅れ時間ｔｄθには、位置検出器１８と微分器１９間をデータがシリアル転送される場合は、転送時間も含まれる。さらに、速度演算値ｖｋは下記の（１）式で演算され、この演算結果はサンプリングタイミングｔk-1，ｔｋの中間時点における速度を表している。すなわち、下記の（１）式では、図１５に示される２点間（ｔk-1，θk-1）（ｔｋ，θk）の傾きを演算することとなり、この傾きは中間時点における傾きにほぼ一致する。よって、（１）式による演算結果は、サンプリングタイミングθkよりもΔｔθ/２だけ過去のデータであり、速度検出遅れ時間は位置の検出遅れよりも増加している。

ｖｋ ＝ θk-1 − θｋ ・・・・（１）

この遅れ時間は一定速の状態では問題とならないが、過渡状態では特に高周波の応答に誤差成分が多く含まれることとなり、モータの制御特性を低下させている。ただし、このシステムでは位置検出器により機械的に位置データを検出するとともに、水晶振動子の精度の時間差で位置検出データの差分を求め、速度を演算しているため、速度にＤＣ的なゲイン誤差やオフセット誤差が含まれることはない。

ブラシレスタコジェネレータと呼ばれる速度検出器では、既述したように、速度検出器で検出された速度検出値にゲイン誤差、オフセット誤差が含まれてしまう問題があるが、これとは別にトルクリップルが発生してしまう問題がある。この問題について、図１３に示すブラシレスタコジェネレータの構成例を参照して説明する。ブラシレスタコジェネレータでは、検出機構として、ロータ部に取り付けられた永久磁石８０と、当該永久磁石８０の磁束と鎖交し誘起電圧を発生する４組の巻線８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ、回転角で９０度分磁束検出方向が異なる１組のホールセンサ８１ａ，８１ｂが設けられている。各巻線８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂの誘起電圧ｖａ，ｖｂ，ｖａ−ｎ，ｖｂ−ｎは、信号選択スイッチ８４で選択されボルテージフォロワ回路８６を通じて速度検出値の出力ｖｏとなる。また、巻線選択信号生成部８５は、ホールセンサ８１ａ，８１ｂの出力から、永久磁石８０のＮ極がどの角度エリアにいるかを判定して、４つのアナログスイッチのうちいずれかを選択するセレクター信号ｓａ１，ｓｂ１，ｓａ２，ｓｂ２を出力する。図１６は、横軸をロータ部の回転角θとして速度検出器が一定速度で回転した場合の各部の信号波形を示した図である。各巻線８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂの誘起電圧ｖａ，ｖｂ，ｖａ−ｎ，ｖｂ−ｎは、回転角度θに対してほぼ台形波となるよう巻線８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂと磁石８０との鎖交磁束分布が工夫されている。４つのアナログスイッチを回転角９０度毎に順次切り替えてゆくことにより、各巻線８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂの誘起電圧ｖａ，ｖｂ，ｖａ−ｎ，ｖｂ−ｎが順次出力され、出力電圧ｖｏは回転速度に比例した電圧となる。ただし、このシステムでは選択される角度エリアで鎖交磁束数が完全に一定ではないこと、各巻線８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂの誘起電圧ｖａ，ｖｂ，ｖａ−ｎ，ｖｂ−ｎの振幅比に差があることなどから、主に巻線８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂの切り替え点の部分で周期的な検出リップルが発生してしまう。

特開平１−２０９９８２号公報 特開２０００−２２８８９３号公報

サーボ制御に対する高精度化ならびに高速化のニーズに対し、位置制御周期ならびに速度制御周期を短縮することが外乱応答性能を高める上で有効な手段であることは明らかである。このため、制御演算に使用可能なＣＰＵの処理速度向上とともに制御周期の短縮が行われてきた。８０年代中盤の一般的な工作機械用途における速度制御周期が１ｍｓ程度であったものが、現在では１００μs(１／１０)から５０μs(１／２０)程度まで短縮されている。

しかし、速度制御周期が短縮された結果、次の問題が発生している。すなわち、位置検出値により検出された回転位置θを時間微分して速度演算値ｄθ／ｄｔを求める場合、速度演算値ｄθ/ｄｔは速度制御周期を分母ｄｔとして演算されるため、速度制御周期ｄｔが短縮されるにしたがって、位置検出器により検出された回転位置θに含まれる位置誤差は速度演算値ｄθ／ｄｔに大きく反映されてしまう。例えば、速度検出周期が１／Ｎに短縮されると、位置検出器の検出誤差ならびに最小分解能による量子化誤差が、速度検出値ひいては出力トルクに従来比Ｎ倍増幅して出力される。この結果、速度演算値ｄθ／ｄｔには高周波のリップルが多く含まれ、モータの回転にトルクリップルを発生させている。なお、トルクリップルはＰＩ制御を行う比例増幅器の出力による影響が大きく、積分増幅器の出力の影響は小さい。

現在、速度制御周期を短縮し速度フィードバック感度を高くする要求が大きく、位置検出器の位置制御用途としての精度、分解能の要求よりも、速度検出用途のための精度、分解能の要求精度が上回っている。例えば、鏡面加工を実現するようなモータトルクリップルを定格トルク比１％未満に押さえた工作機械の送り機構ではモータ１回転あたり１０００万分割を越える精度の位置検出器が必要となってきている。位置検出器の高分解能化ならびに高精度化は、これまで内挿信号の１回転あたりの周期数を増加させる方向で達成されてきた。しかし、これにより１回転の周期数が増加したことによりモータ回転時の信号周波数が上昇し、内挿信号の位相遅延から低速時においても電気的機械的要因の誤差補正を高精度に適用できない技術課題が発生している。

本発明では、上述した従来技術の課題を解決するために、速度検出周期を短縮することで高周波数応答を実現したモータ制御装置において、トルクリップルを小さく抑えたモータ制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、速度指令にしたがってモータの回転を制御するモータ制御装置であって、モータの回転速度を検出する速度検出器と、モータの回転位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器により検出される回転位置を時間微分して速度演算値を求める速度演算器と、前記速度検出器による速度検出値を高周波成分とし、前記速度演算器による速度演算値を低周波成分とするフィードバック信号を生成するフィードバック信号生成回路と、ＰＩ制御を実行する比例増幅器及び積分増幅器であって、前記速度指令と前記フィードバック信号の差分をそれぞれ比例増幅、積分増幅する比例増幅器及び積分増幅器と、を備えることを特徴とする。ここで、高周波及び低周波の境界は、一般的な機械系を含んだ速度制御のカットオフ周波数１００〜５００Ｈｚの１／１０程度を目安とし、１０〜５０Ｈｚを超える周波数を高周波側、それ以下を低周波側としている。また、上記の低周波成分には周波数ゼロの直流成分も含まれる。

この構成によれば、速度検出器は、位置検出器のように速度を求めるために微分演算を行うことがなく、物理量としてモータの回転速度を検出する。よって、速度検出器の検出分解能ならびに検出精度は高周波領域においても低下しない。このような速度検出器による速度検出値をフィードバック信号の高周波成分として使用することにより、高周波成分を比例増幅器で比例増幅することにより顕著となるリップル成分は増加せず、この結果、速度検出リップルによって発生するトルクリップルを極めて小さく抑制して良好なモータの制御特性を得ることができる。また、フィードバック信号の低周波成分は従来の制御装置と同様に速度演算器による速度演算値を使用しているので、従来の制御装置のようにゲイン誤差やオフセット誤差の影響を直接受けることがない。さらに、図１５で説明した速度検出遅れ時間のうち、Δｔｅ/２分の遅れ時間が発生しないため、図１２の従来の制御装置に対して同一の速度検出周期でも速度検出の時間遅れを短縮できる。また、位置検出器の検出出力を速度演算に利用しないため、位置検出器の検出分解能を必要以上に上げることがない。

また、本発明は、速度指令にしたがってモータの回転を制御するモータ制御装置であって、モータの回転速度を検出する速度検出器と、モータの回転位置を検出する位置検出器と、前記位置検出器により検出される回転位置を時間微分して速度演算値を求める速度演算器と、ＰＩ制御を実行する比例増幅器及び積分増幅器であって、前記速度指令と前記速度検出値による速度検出値の差分を比例増幅する比例増幅器と、前記速度指令と前記速度演算器による速度演算値の差分を積分増幅する積分増幅器と、を備えることを特徴とする。この構成によっても、回転位置を時間微分して求めた速度演算値は比例増幅器で増幅されることがないため、リップル成分は増加せず、良好なモータの制御特性を得ることができる。

本発明は、さらに、オフセット誤差の情報を有し、これに基づいて前記速度検出器により検出された速度検出値に含まれるオフセット誤差を補正する速度検出値補正部を備えることが好ましい。また、さらに、位置情報に対応してゲイン誤差の情報が記憶された補正テーブルデータを有し、前記位置検出器から位置検出値を取り込み、前記補正テーブルデータを参照して対応するゲイン誤差の情報を読み出し、これに基づいて前記速度検出器による速度検出値に含まれるゲイン誤差を補正する速度検出値補正部を備えることが好ましい。これらの構成によれば、ゲイン誤差又はオフセット誤差を補正するため、速度検出器による速度検出値を利用した場合に問題となるゲイン誤差又はオフセット誤差を抑え、より正確なモータ制御を実現することができる。

また、本発明では、上記構成に加え、前記速度検出器の速度検出値と、前記位置検出器により検出される回転位置を時間微分して求めた速度演算値との差分に基づいて、前記オフセット誤差のデータ又は前記補正テーブルデータを作成する補正テーブル生成部を備えることも好ましい。この構成によれば、補正テーブルを自動的に校正して補正精度を高めることができ、速度検出器等をサービス時に交換した際や、装置を初めて機械に取り付けた際にも常に最適な補正値が得られ、ゲイン誤差又はオフセット誤差の経時変化の影響を受けることもない。

また、本発明は、前記速度検出器は、可動子又は固定子のいずれか一方に固定された磁石と、可動子又は固定子の他方に固定された複数の巻線であって、前記磁石の鎖交磁束変化によって位相の異なる複数の誘起電圧を発生する複数の巻線と、を有し、位置情報に対応して鎖交磁束数の情報が記憶された鎖交磁束テーブルデータを有し、前記位置検出器から位置検出値を取り込み、前記鎖交磁束テーブルデータを参照して位置検出値に対応する鎖交磁束数を取得し、この鎖交磁束数に基づき前記複数の巻線が発生する誘起電圧を補正する補正手段と、を備えることが好ましい。これにより、トルクリップルを低減することができる。さらに、前記位置検出器により検出される位置検出値を時間微分して求めた速度演算値と、前記各巻線の誘起電圧値に基づき、前記鎖交磁束テーブルのデータを校正する磁束分布テーブル校正部を備えることが好ましい。これにより、メンテナンスや経時変化を含めてトルクリップルを低く維持することができる。

以下に、図面を参照して、本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の実施形態では、いずれも回転型モータと回転型速度検出器を使用しているが、リニアモータならびにリニア速度検出器を用いても制御上何ら変わらないため、回転型モータに限らずリニアモータにも本発明は適用可能である。

（１）第一の実施形態
図１に、本発明の第一の実施形態に係るモータ制御装置の構成の概略を示す。本実施形態のモータ制御装置は、図１２の従来技術と同一機能である減算器１，４、加算器８、比例増幅器２，６、積分増幅器７、電流分配部９、電流制御部１１、３相ＰＷＭインバータ１３、位置検出器１８、微分器１９等を備え、これらには従来技術と同一符号を付している。

本実施形態のモータ制御装置において従来技術と異なるのは、速度検出器１７、減算器２０、ローパスフィルタ２１、加算器２２が設けられ、減算器４に入力される速度フィードバック信号Ｖhybが従来技術とは異なる方法で算出されている点である。この速度フィードバック信号Ｖhybは、追加された速度検出器１７が出力する速度検出値Ｖと、位置検出器１８が出力する位置検出値を微分器１９で微分することにより得られる速度演算値ｄθ/ｄｔから作られている。減算器２０によって速度演算値ｄθ/ｄｔと速度検出値Ｖとの差分ΔＶが演算され、差分ΔＶをローパスフィルタ２１を通過させることで差分ΔＶの低周波成分ΔＶLFが抽出される。その後、この低周波成分ΔＶLFと速度検出値Ｖが加算器２２で加算されることで速度フィードバック信号Ｖhybが生成される。

ローパスフィルタ２１のゲインは入力信号が高周波であるほど０、低周波であるほど１に近づくため、速度フィードバック信号Ｖhybの低周波成分は速度演算値ｄθ/ｄｔに一致し、高周波成分は速度検出値Ｖに一致する。なお、ローパスフィルタ２１の周波数には、一般的な機械系を含んだ速度制御のカットオフ周波数１００〜５００Ｈｚの１／１０程度を目安とし、１０〜５０Ｈｚ程度を選定する。

既述したとおり、速度演算値ｄθ/ｄｔは速度制御周期を分母ｄｔとして演算されるため、位置検出器１８の検出出力に含まれる位置誤差は、速度制御周期ｄｔが短縮されるにしたがって速度演算値ｄθ/ｄｔに大きく反映されるのであるが、速度演算値ｄθ/ｄｔの高周波成分は上述したようにローパスフィルタ２１によりカットされるため、速度フィードバック信号Ｖhybは位置検出器１８の位置検出誤差の影響を受けることがない。よって、これによりモータに発生するトルクリップルを低減することができる。また、速度演算値ｄθ/ｄｔに代えて、速度フィードバック信号の高周波成分となる速度検出値Ｖは、時間微分の演算を行うことなく求められており、速度検出誤差が制御周期の短縮によって変化することはない。よって、トルクリップルが増大することがない。

（２）第二の実施形態
図２に、本発明の第二の実施形態に係るモータ制御装置の構成の概略を示す。本実施形態のモータ制御装置は、図１２の従来技術と同一機能である減算器１，４、加算器８、比例増幅器２，６、積分増幅器７、電流分配部９、電流制御部１１、３相ＰＷＭインバータ１３、位置検出器１８、微分器１９等を備え、これらには従来技術と同一符号を付している。

本実施形態のモータ制御装置において従来技術と異なるのは、速度フィードバック信号として、速度検出器１７による速度検出値Ｖと、位置検出器１８による位置演算値θを時間微分して求めた速度演算値ｄθ／ｄｔの２つの速度情報が求められ、比例増幅器６につながる減算器４で速度指令値Ｖ＊と速度検出値Ｖの差分が算出されて比例増幅器６に入力され、積分増幅器７につながる減算器５で速度指令値Ｖ＊と速度演算値ｄθ／ｄｔの差分が算出されて積分増幅器７に入力される点である。

上記のとおり、比例増幅器６につながる減算器４には、図１２に示す従来技術とは異なり、位置検出器１８による速度演算値ｄθ／ｄｔはフィードバックされず、速度検出器１７による速度検出値Ｖがフィードバックされる。速度検出値Ｖは、速度演算値ｄθ／ｄｔのように微分演算による検出遅れ、高周波成分の増大などによる悪影響がない、という長所がある。よって、この速度検出値Ｖを比例増幅器６にフィードバックすることにより、高周波の位置誤差成分がトルク指令Ｔ＊に大きく反映されることはなく、トルクリップルの発生が少ない良好なモータ制御を実現することができる。

一方、積分増幅器７につながる減算器５には、図１２に示す従来技術と同様に、微分器１９からの速度演算値ｄθ／ｄｔがフィードバックされる。これは、積分増幅器７における積分増幅では、速度演算値ｄθ／ｄｔの検出遅れ、高周波成分の増大は大きな問題とならず、むしろ速度検出値Ｖに含まれるゲイン誤差、オフセット誤差などにより正確な制御が阻害されてしまうため、これを防止するためである。

（３）第三の実施形態
図３に、本発明の第三の実施形態に係るモータ制御装置の構成の概略を示す。本実施形態のモータ制御装置は、第二の実施形態と類似した構成であり、同一機能を有する部分には同一符号を付けている。

本実施形態のモータ制御装置において、第二の実施形態と異なるのは、速度検出値補正部２３が追加して設けられ、この速度検出値補正部２３により速度検出値Ｖ＊が補正され、補正後の速度検出値Ｖｃがフィードバック信号として減算器４に入力されている点である。

速度検出値補正部２３は、図４に示すブロック図の構成を有する。速度検出値補正部２３は、速度検出値Ｖと位置検出値θが入力されている。オフセット補正値保持部５０には、速度検出器１７のオフセット誤差に相当するＤＣオフセット値Ｖｏが予め設定されており、減算器５１で、速度検出器１７から入力された速度検出値ＶからＤＣオフセット値Ｖｏが減算される。これにより、速度検出値Ｖに含まれるオフセット誤差が補正される。

ゲイン補正テーブル５２は、モータ回転角θの所定間隔ごとに、速度検出器１７のゲイン誤差係数Ｇｃ（θ）を予め測定し、これをテーブル状にまとめたデータである。なお、ゲイン誤差係数Ｇｃ（θ）は、モータの実際の回転速度を、ゲイン誤差を含む速度検出値Ｖで除することにより求められる。速度検出値補正部２３は、速度検出値Ｖと同一タイミングでサンプリングされた位置検出値θが入力されると、ゲイン補正テーブル５２を参照してこの位置検出値θに対応するゲイン誤差係数Ｇｃ（θ）を読み出す。このゲイン補正係数Ｇｃ（θ）が乗算器５３によって速度検出値Ｖに乗算されて、補正後の速度検出値Ｖｃとなる。これにより、速度検出値Ｖに含まれるゲイン誤差が補正される。

本実施形態では、上述したように、オフセット誤差、ゲイン誤差が補正された速度検出値Ｖｃが比例増幅器６にフィードバックされるため、速度フィードバックの高周波成分によるリップルを低減することができ、より正確なモータ制御を実現することができる。なお、本実施形態ではオフセット誤差及びゲイン誤差の両方を補正しているが、いずれか一方のみを補正するように構成してもよい。また、速度検出値補正部２３を、図２のモータ制御装置に設けた構成について説明したが、図１のモータ制御装置に設けた構成としてもよい。

（４）第四の実施形態
図５に、本発明の第四の実施形態に係るモータ制御装置の構成の概略を示す。本実施形
態のモータ制御装置は、第三の実施形態と類似した構成であり、同一機能を有する部分に
は同一符号を付けている。

本実施形態のモータ制御装置において、第三の実施形態と異なるのは、補正テーブル生成部２４が追加して設けられ、この補正テーブル生成部２４により、速度検出値補正部２３のオフセット補正値記憶部５０及びゲイン補正テーブル５２のデータが生成、更新されている点である。

補正テーブル生成部２４は、図６に示すブロック図の構成を有する。以下、補正テーブル生成部２４の動作を図６を参照して説明する。補正テーブル生成部２４には、速度検出値Ｖと、速度演算値ｄθ／ｄｔと、位置検出値θが入力される。速度検出値Ｖと速度演算値ｄθ／ｄｔはそれぞれ移動平均演算部５４ならびに５５で移動平均が取られた後、減算器５６によって差分が取られる。速度演算値ｄθ／ｄｔの移動平均結果は停止判定部５８に送られ、モータが一定時間以上停止していると判定された場合には、減算器５６の出力が速度検出値Ｖに含まれるオフセット補正値Ｖｏとして、サンプルホールド部５７にサンプリングされる。

また、速度検出値Ｖからオフセット補正値Ｖｏを減算器５９で減算した後、除算器６０によって速度演算値ｄθ／ｄｔとの比を演算してゲイン誤差係数Ｇｎ（θｉ）が求められる。一方、ゲイン誤差テーブル５２Ｂにはゲイン補正テーブル５２と同様にモータ角度θｉに対応付けてゲイン誤差のデータが記憶されており、ゲイン誤差テーブル５２に位置検出値θが入力されると、ゲイン誤差テーブル５２から位置検出値θに対応するゲイン誤差係数のデータＧｃn-1（θｉ）が取り出され、減算器６１、加算器６３に出力される。除算器６０からの比Ｇｎ（θｉ）とゲイン誤差係数Ｇｃn-1（θｉ）の差分が減算器６１で求められる。この差分は、係数器６２で時定数Ｋ倍（Ｋは１以下）された後に、加算器６３でゲイン誤差係数Ｇｃn-1（θｉ）が加算される。これにより求められたゲイン誤差係数Ｇｃn（θｉ）が、新しいデータとして、ゲイン誤差テーブル５２Ｂに格納される。ここに減算器６１、係数器６２、加算器６３は指数応答を示すフィルタであり、速度検出値または位置検出値に混入したノイズ成分により、ゲイン誤差テーブルが誤学習することを抑制している。

ゲイン誤差テーブル５２ＢのデータＧｃ(θ)、及びサンプルホールド部５７のオフセット補正値Ｖｏは、定期的に速度検出値補正部２３に送られ、ゲイン補正テーブル５２及びオフセット補正値記憶部５０のデータは更新される。これにより、速度検出器１７等をサービス時に交換した際や、装置を初めて機械に取り付けた際にも、常に最適な補正値が得られ、経時変化を含めてトルクリップルを低く維持することができる。なお、ゲインの校正にあたっては、モータが一定速度である場合のみ学習するように構成したり、校正に使用する位置信号のサンプリング周期を速度検出周期とは独立した長い時間に変更することによって、校正精度を向上させてもよい。また、本実施形態では、補正テーブル生成部２４を、図２のモータ制御装置に設けた構成について説明したが、図１のモータ制御装置に設けた構成としてもよい。

なお、本実施形態ではオフセット補正値及びゲイン誤差テーブルの両方を更新しているが、いずれか一方のみを更新するように構成してもよい。また、速度検出値補正部２３及び補正テーブル生成部２４を、図２のモータ制御装置に設けた構成について説明したが、図１のモータ制御装置に設けた構成としてもよい。

（５）第五の実施形態
図７に、本発明の第五の実施形態に係るモータ制御装置の構成の概略を示す。本実施形態のモータ制御装置は、第二の実施形態と類似した構成であり、同一機能を有する部分には同一符号を付けている。

本実施形態のモータ制御装置において、第二の実施形態と異なるのは、従来とは構造の異なる速度検出器１７、その検出出力をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４２ａ，ｂ、鎖交磁束テーブル４３、除算器４４ａ，ｂ、検出速度選択部４５などが追加して設けられており、これらの構成により求められた速度検出値Ｖがフィードバック信号として減算器４に入力されている点である。

本実施形態の速度検出器１７の内部構成は、図１３に示す従来技術のブラシレスタコジェネレータと機械的な構造は類似しているが、以下に説明する相違がある。本実施形態の速度検出器１７では、ロータ部に永久磁石４０が設けられ、ステータ部にこの永久磁石４０の磁束に鎖交する２つの巻線４１ａ，４１ｂが設けられている。これら２つの巻線４１ａ，４１ｂは、回転角が９０°異なる位置に設けられている。なお、本実施形態では、リップル低減の観点から、永久磁石４０の数量を２つとしているが、より多くの永久磁石４０を設けてもよい。

鎖交磁束テーブル４３は、２つの巻線４１ａ，４１ｂのそれぞれについて位置検出器１８のロータ部のロータ回転角θに対応して鎖交磁束値φａ（θ），φｂ（θ）が記憶されたテーブル状のデータである。図８は、鎖交磁束テーブル内の各データを、横軸をロータ回転角θとし、縦軸を鎖交磁束値φａ（θ），φｂ（θ）としてプロットしたものである。

この構成例では巻線を２組のみ使用しており、鎖交磁束テーブル４３は、位置検出器１８から位置検出値θが入力されると、各巻線４１ａ，４１ｂの鎖交磁束値φａ（θ），φｂ（θ）のデータが除算器４４ａ，４４ｂに出力される。一方、２つの巻線４１ａ，４１ｂの誘起電圧ｅａ，ｅｂは、それぞれＡ／Ｄ変換器４２ａ，４２ｂに入力されＡ／Ｄ変換される。Ａ／Ｄ変換後の誘起電圧ｅａ，ｅｂは、それぞれ除算器４４ａ，４４ｂに入力される。ここで、誘起電圧ｅａ，ｅｂはそれぞれ鎖交磁束値φａ（θ），φｂ（θ）により除算され、速度検出値Ｖａ，Ｖｂが演算される。また、鎖交磁束テーブル４３は、入力された位置θにおいて、鎖交磁束数の絶対値が大きい方の巻線４１ａ，４１ｂを示す選択信号ｓｅｌを出力する。検出速度選択部４５は、この選択信号ｓｅｌにしたがって速度検出値Ｖａ，Ｖｂのうちいずれか一方を選択して、減算器４に出力する。

本実施形態の特徴事項は、上述した、誘起電圧ｅａ，ｅｂを鎖交磁束値φａ（θ），φｂ（θ）により除算することである。これにより、速度検出値Ｖａ，Ｖｂに含まれる鎖交磁束数の変化による誤差を補正することができ、従来のブラシレスタコジェネレータのような回転角度に依存した検出速度のリップルを低減することができる。また、巻線ごとに補正を行うので、巻線の選択を切り替えるときに不連続な値をとることなく、巻線の切替ポイントで発生するリップルも低減することができる。また、位置検出器の位置変化から速度検出する従来システムと比較すると、検出器の巻線数を最小２組にできることから、回転数が上がっても検出信号に含まれる周期誤差成分の周波数があまり上がらず、１回転あたり数十から数百回繰り返す位置検出器の内挿誤差の補正に比べて、容易に高精度な補正結果を算出することができ、速度検出のために位置検出器のみを用いるシステムよりも大幅にトルクリップルを低減することができる。

なお、本実施形態では、鎖交磁束テーブル４３を、図２のモータ制御装置に設けた構成について説明したが、図１のモータ制御装置に設けた構成としてもよい。

（６）第六の実施形態
図９に、本発明の第六の実施形態に係るモータ制御装置の構成の概略を示す。本実施形態は、第五の実施形態と類似した構成であり、同一機能を有する部分には同一符号を付けている。

本実施形態のモータ制御装置において、第五の実施形態と異なるのは、鎖交磁束テーブル校正部４６と、誘起電圧ｅａ，ｅｂに含まれるオフセット成分ｅａｏ、ｅｂｏを減算する２つの減算器４７ａ，ｂが追加して設けられている点である。以下に鎖交磁束テーブル校正部４６の構成例を示す図１０のブロック図を参照して説明する。なお、誘起電圧ｅｂに対する処理は、誘起電圧ｅａに対する処理とほぼ同じであるので、誘起電圧ｅａに関する処理のみを説明し、誘起電圧ｅｂに関する処理の説明は省略する。

巻線４１ａからの誘起電圧ｅａと位置検出値θの時間微分である速度演算値ｄθ/ｄｔはそれぞれ移動平均演算部７０ａ，７７に入力され、移動平均がとられる。速度演算値ｄθ/ｄｔの移動平均結果は停止判定部７８に送られ、モータが一定時間以上停止していると判定された場合には、移動平均演算部７０ａの出力が誘起電圧ｅａに含まれるオフセット補正値ｅａｏとして、サンプルホールド部７１ａにサンプリングされる。

本実施形態の特徴事項の一つは、上記のようにして求めたオフセット補正値ｅａｏ，ｅｂｏをそれぞれ減算器４７ａ，ｂに出力し、誘起電圧ｅａ，ｅｂからオフセット補正値ｅａｏ，ｅｂｏを減算して、誘起電圧ｅａ，ｅｂのオフセット誤差を補正することである。これにより、トルクリップルを減らし、より好適にモータを制御することができる。

また、減算器７２ａで、Ａ／Ｄ変換器４２ａ，ｂが出力した誘起電圧ｅａから、オフセット補正値ｅａｏが減算される。次に、除算器７３ａで、減算された誘起電圧ｅａ−ｅａｏが速度演算値ｄθ/ｄｔにより除算されて、誘起電圧ｅａ−ｅａｏと速度演算値ｄθ/ｄｔの比が求められる。次に、除算器７４ａで、除算して求められた比から、鎖交磁束テーブル４３からの鎖交磁束値φａ（θ）が減算され、さらに係数器７５ａで、時定数Ｋφａ倍（Kは１以下）される。次に、加算器７６ａで、鎖交磁束値φａと加算される。

本実施形態の他の特徴事項は、上記のようにして求めた演算結果を、新しいゲイン磁束鎖交値φａ’（θ）として鎖交磁束テーブル４３を更新することである。ここで減算器７２ａ、係数器７５ａ、加算器７６ａは指数応答を示すフィルタであり、誘起電圧ｅａまたは位置検出値θに混入したノイズ成分により、鎖交磁束値テーブルの係数の誤学習を抑制している。

なお、本実施形態では、鎖交磁束テーブル４３、鎖交磁束テーブル校正部４６を、図２のモータ制御装置に設けた構成について説明したが、図１のモータ制御装置に設けた構成としてもよい。

第一の実施形態に係るモータ制御装置を示すブロック図である。 第二の実施形態に係るモータ制御装置を示すブロック図である。 第三の実施形態に係るモータ制御装置を示すブロック図である。 速度検出値補正部を示すブロック図である。 第四の実施形態に係るモータ制御装置を示すブロック図である。 補正テーブル生成部を示すブロック図である。 第五の実施形態に係るモータ制御装置を示すブロック図である。 鎖交磁束テーブルのデータを示す説明図である。 第六の実施形態に係るモータ制御装置を示すブロック図である。 鎖交磁束テーブル校正部を示すブロック図である。 従来技術に係るモータ制御装置を示すブロック図である。 従来技術に係るモータ制御装置を示すブロック図である。 従来技術に係るブラシレスタコジェネレータを示す構成図である。 位置検出器の出力から速度検出値を演算する際の遅れ時間を説明するためのタイムチャートである。 位置検出器の出力から速度検出値を演算する際の遅れ時間を説明するためのタイムチャートである。 従来技術であるブラシレスタコジェネレータの各部信号を説明する図である。

符号の説明

１，４，５，４７ａ，４７ｂ，５１，５６，６１，７２ａ，７２ｂ，７４ａ，７４ｂ 減算器、８，２２，６３，７６ａ，７６ｂ 加算器、５３ 乗算器、４４ａ，４４ｂ，５９，６０，７３ａ，７３ｂ 除算器、２，６ 比例増幅器、７ 積分増幅器、９ 電流分配部、１１ 電流制御部、１３ ３相ＰＷＭインバータ、１４ｕ，１４ｖ 電流検出器、１５ ＤＣモータ、１６ モータ、１７ 速度検出器、１８ 位置検出器、１９ 微分器、２１ ローパスフィルタ、２３ 速度検出値補正部、２４ 補正テーブル生成部、４０，８０ 永久磁石、４１ａ，４１ｂ，８２ａ，８２ｂ，８３ａ，８３ｂ 巻線、４２ａ，４２ｂ Ａ／Ｄ変換器、４３ 鎖交磁束テーブル、４５ 検出速度選択部、４６ 鎖交磁束テーブル校正部、５０ オフセット補正値記憶部、５２ ゲイン補正テーブル、５４，５５，７０ａ，７０ｂ 移動平均演算部、５７，７１ａ，７１ｂ サンプルホールド部、５８ 停止判定部、６２，７５ａ，７５ｂ 係数演算器、、８１ａ，８１ｂ ホールセンサ、８４ 信号選択スイッチ、８５ 巻線選択信号生成部、８６ ボルテージフォロワ回路。

Claims (7)

1. 速度指令にしたがって可動子の動作を制御するモータ制御装置であって、
   可動子の速度を検出する速度検出器と、
   可動子の位置を検出する位置検出器と、
   前記位置検出器により検出される位置検出値を時間微分して速度演算値を求める微分器と、
   前記速度検出器による速度検出値を高周波成分とし、前記微分器による速度演算値を低周波成分とするフィードバック信号を生成するフィードバック信号生成回路と、
   ＰＩ制御を実行する比例増幅器及び積分増幅器であって、前記速度指令と前記フィードバック信号の差分をそれぞれ比例増幅、積分増幅する比例増幅器及び積分増幅器と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
2. 速度指令にしたがって可動子の動作を制御するモータ制御装置であって、
   可動子の速度を検出する速度検出器と、
   可動子の位置を検出する位置検出器と、
   前記位置検出器により検出される位置検出値を時間微分して速度演算値を求める微分器と、
   ＰＩ制御を実行する比例増幅器及び積分増幅器であって、前記速度指令と前記速度検出値による速度検出値の差分を比例増幅する比例増幅器、及び、前記速度指令と前記微分器による速度演算値の差分を積分増幅する積分増幅器と、
   を備えることを特徴とするモータの制御装置。
3. 請求項１又は請求項２記載のモータ制御装置であって、
   オフセット誤差の情報を有し、これに基づいて前記速度検出器により検出された速度検出値に含まれるオフセット誤差を補正する速度検出値補正部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
4. 請求項１又は請求項２記載のモータ制御装置であって、
   位置情報に対応してゲイン誤差の情報が記憶された補正テーブルデータを有し、前記位置検出器から位置検出値を取り込み、前記補正テーブルデータを参照して対応するゲイン誤差の情報を読み出し、これに基づいて前記速度検出器による速度検出値に含まれるゲイン誤差を補正する速度検出値補正部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
5. 請求項３又は請求項４記載のモータ制御装置であって、
   前記速度検出器により検出される速度検出値と、前記位置検出器により検出される回転位置を時間微分して求めた速度演算値との差分に基づいて、前記オフセット誤差のデータ又は前記補正テーブルデータを作成する補正データ生成部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。
6. 請求項１又は請求項２記載のモータ制御装置であって、
   前記速度検出器は、可動子又は固定子のいずれか一方に固定された磁石と、可動子又は固定子の他方に固定された複数の巻線であって、前記磁石の鎖交磁束変化によって位相の異なる複数の誘起電圧を発生する複数の巻線と、を有し、
   位置情報に対応して鎖交磁束数の情報が記憶された鎖交磁束テーブルデータを有し、前記位置検出器から位置検出値を取り込み、前記鎖交磁束テーブルデータを参照して位置検出値に対応する鎖交磁束数を取得し、この鎖交磁束数に基づき前記複数の巻線が発生する誘起電圧を補正する補正手段と、
   を備えることを特徴とするモータ制御装置。
7. 請求項６記載のモータ制御装置であって、
   前記各巻線の誘起電圧値に基づき、前記鎖交磁束テーブルのデータを校正する磁束分布テーブル校正部を備えたことを特徴とするモータ制御装置。

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