JP2005176445A - 電動機制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】界磁極にあった各相の電流指令を演算してディジタルの電流指令出力をするCPU1と、電流指令をアナログ信号に変換するD/A変換器2と、電流検出器とパワー素子を有した電流ループが構成されたパワーアンプ9と、位置センサからの現在位置信号をCPUで制御演算可能となるように処理するセンサ信号処理部12と、CPUからの切換え信号により動作するサーボオン/オフ用の複数のアナログスイッチとを備える電動機制御装置において、CPUからの切換え信号により動作する電流指令の圧縮/伸長用の複数のアナログスイッチ3と、信号の圧縮・伸長手段5と、圧縮と伸長時でのパワーアンプ各出力電流オフセットを調整するオフセット調整手段7と位相補償手段6とを備える。
【選択図】図1
Description
図3は、従来技術の第1の電動機制御装置を含む電動機制御系のブロック図である。図において、CPU15は、予め指令された指令位置に可動テーブル等を移動させるため、一定周期毎に対数変換器16を介してディジタルの速度指令をD/A変換器17に出力する。可逆カウンタ24は、パルスジェネレータ23のパルスをカウントし、電動機21の現在位置を検出するものであり、その信号をCPU15が必要なときに読み込んで指令位置と現在位置との偏差を演算する。そして、この偏差に比例した速度指令をCPU15が出力することにより、位置制御ループを安定なものとしている。
対数変換器16はCPU15のディジタルの速度指令を対数変換し、入力する速度指令が大きくなる程、その速度指令を圧縮して出力する。圧縮された速度指令はD/A変換器17を介してアナログ信号に変換され、逆対数変換器18によって対数変換器16と逆の変換が行われる。逆対数変換器18によって、入力する速度指令が大きくなる程、その速度指令が伸張され、CPU15の速度指令に対応したアナログ信号に戻される。このように、速度指令が圧縮されてD/A変換されるため、D/A変換器17のビット数を大幅に削減することができる。次に加算器19によって逆対数変換器18の信号とタコジェネレータ22の信号の差が求められ、ドライブ回路20に出力されると、信号が増幅されて電動機21に電力が供給され、駆動される。
この従来例は、D/A変換器17の前段に対数変換器16が設けられ、D/A変換器17の後段に逆対数変換器18が設けられている点が特徴であり、量産されている比較的ビット数の少ない安価なD/A変換器を使用して速度分解能の大きな制御系を実現することができるというものである。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、制振制御・オブザーバ等の制御方式が容易に組み込め、速度ループがディジタル回路で構成されている場合においても、量産されている安価なD/A変換器を使用して制御分解能の大きな制御系を実現することができるとともに、従来の構成要素に存在する所望のシステム駆動ができない要因を調整/抑制することができる電動機制御装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、CPUからの切換え信号により動作する電流指令の圧縮/伸長用の複数のアナログスイッチと、D/A変換器とパワーアンプの間に設けられた信号の圧縮・伸長手段と、圧縮と伸長時でのパワーアンプ各出力電流オフセットを調整するオフセット調整手段と、パワーアンプの特性を向上させる位相補償手段とを備えることを特徴とするものである。
このようになっているため、システムの駆動に応じて、D/A変換器の有効分解能を切換えることができ、また、電流指令の圧縮/伸張であるので、速度ループがディジタルで構成することができ制振制御・オブザーバ等の制御方式が容易に組み込むことができる。また、D/A変換器からパワーアンプまでの内在するオフセット要因、また、圧縮/伸長を切換えた際に発生する過渡的な電流指令のサージ電圧の発生を調整/抑制することができる。また、パワーアンプに使用するパワー素子に、比較的位相遅れの大きいリニアアンプを使用する場合にも、電流制御ループ特性、特に、周波数特性を向上できる。
このようになっているため、CPUのトルク(推力)指令がしきい値を越えると、即ちD/A変換器で電流指令が出力できなくなるとトルク(推力)指令を1/ゲイン(圧縮)とし、外部のオペアンプ回路の入力信号をゲイン倍(伸張)する方にCPUよりアナログスイッチを切り換え、CPUで演算された電流指令に対応した信号に戻すことにより、同一のD/A変換器を用いる場合は電流制御の分解能を上げることができ、電流制御の分解能が同じでよい場合はD/A変換器のビット数が少ないより安価のD/A変換器を用いることができ、高い性能の制御装置を安価に提供できる。
このようになっているため、圧縮/伸長の比率は、圧縮/伸長手段の抵抗比とソフトウェアにより、必要に応じて簡単に自由に設定でき、基本的に切換を行わない場合に比べてこの比率倍で電流制御範囲を広げることが可能である。
また、請求項4記載の発明は、圧縮と伸長の切り換え時に出る電流指令のサージ電圧を吸収するフィルタを前記位相補償手段の入力側または出力側へ設けたものである。
また、請求項5記載の発明は、前記オフセット調整手段はを複数の可変抵抗器で構成したものである。
(1)同一のD/A変換器を用いる場合は電流制御の分解能を上げることができ、電流制御の分解能が同じでよい場合はD/A変換器のビット数が少ないより安価のD/A変換器を用いることができ、高い性能の制御装置を安価に提供できる。
(2)ゲインハイ:ゲインローの比率は、圧縮/伸長手段の抵抗比とソフトウェアにより、必要に応じて簡単に自由に設定でき、基本的に切換を行わない場合に比べてこの比率倍で電流制御範囲を広げることが可能である。
(3)圧縮/伸長手段の2系統のオフセット調整が可能なオフセット調整手段を備えるため、D/A変換器からパワーアンプまでの内在するオフセット要因をキャンセルすることができ、システムをより所望に駆動させることができる。
(4)CPUからの切換え信号により、圧縮/伸長を切換えた際に発生する過渡的な電流指令のサージ電圧を吸収するフィルタを備えているため、システムへの切換えの影響を極小に留めることができる。
(5)パワーアンプに使用するパワー素子に、比較的位相遅れの大きいリニアアンプを使用する場合にも、位相補償手段を備えているため、電流制御ループ特性、特に、周波数特性を向上でき、システムをより所望に駆動させることができる。
(6)電流指令の圧縮と伸張をするので、速度ループをディジタル回路で構成することができ、制振制御やオブザーバ等の制御方式を容易に組み込むことができる。
電動機駆動に際して、サーボon時はCPUからの切換え信号により、サーボon用アナログスイッチ31を選択し、D/A変換器からの電流指令を後段の手段に有効とする。サーボoff時はCPUからの切換え信号により、サーボoff用アナログスイッチ32を選択し、D/A変換器からの電流指令とは切り離し、後段の手段にゼロ電流指令を有効とする。
推力指令データが8191より大きい時(以下、ゲインハイとする)、即ち±13ビットのD/A変換器で出力できなくなると、CPU1で推力指令データを1/16倍してD/A変換器2に出力する。その際、伸長用アナログスイッチ41をCPU1の切換信号により選択する。伸長用アナログスイッチ41を選択すると圧縮/伸長手段5の第1の系統13(ゲイン16倍)が電流指令の流れとなる。
推力指令データが65536の時、推力指令データは4096(=65536/16)とされ、D/A変換器2の出力は625mV(=5V×4096/32768)、圧縮/伸長手段5の出力信号は10V(=625mV×16)となり、パワーアンプ9でパワー変換された後、10A(=10V×1)の定格電流が電動機10に供給される。
推力指令データが最小値1の時、推力指令データは1(=1×1)としてD/A変換器2に入力され、D/A変換器2の出力は0.15mV(=5V/32768)、圧縮/伸長手段5の出力信号は0.15mV(=0.15mV×1)となり、パワーアンプ9でパワー変換された後、0.15mA(=0.15mV×1)の電流が電動機10に供給される。
圧縮/伸長手段5でのオペアンプ回路ゲイン比は、ゲインハイ:ゲインロー=16:1となるよう抵抗が実装されている。
よって、あるしきい値(本実施例では推力指令データ4096、8192)でゲインハイ:ゲインロー=16:1の比率で切換を行うことにより、電流制御範囲は、0.15mA:10A=1:66666となる。ここに圧縮/伸長手段5でのオペアンプ回路の出力電圧制限等の制約条件がなければ、電流制御範囲は1:133333まで可能である。
なお、切換を行わない場合の電流制御範囲は、0.15mA:1.25A=1:8333である。
2、17 D/A変換器
3、31、32 サーボオン/オフ用アナログスイッチ
4、41、42 圧縮/伸張用アナログスイッチ
5 圧縮/伸張手段
6 位相補償手段
7、71、72 オフセット調整手段
8 フィルタ
9 パワーアンプ
10、21 電動機
11 位置センサ
12 センサ信号処理部
13 圧縮/伸張手段の第1の系統
14 圧縮/伸張手段の第2の系統
16 対数変換器
18 逆対数変換器
19 加算器
20 ドライブ回路
22 タコゼネレータ
23 パルスゼネレータ
24 可逆カウンタ
Claims (5)
- 界磁極にあった各相の電流指令を演算してディジタルの電流指令出力をするCPUと、前記電流指令をアナログ信号に変換するD/A変換器と、前記D/A変換器の信号を受けて前記電流指令に応じた電流を電動機に供給する複数個の電流検出器とパワー素子を有した電流ループが構成されたパワーアンプと、位置センサからの現在位置信号を前記CPUで制御演算可能となるように処理するセンサ信号処理部と、前記CPUからの切換え信号により動作するサーボオン/オフ用の複数のアナログスイッチと、を備える電動機制御装置において、
前記CPUからの切換え信号により動作する前記電流指令の圧縮/伸長用の複数のアナログスイッチと、
前記D/A変換器と前記パワーアンプの間に設けられた信号の圧縮・伸長手段と、
圧縮と伸長時での前記パワーアンプ各出力電流オフセットを調整するオフセット調整手段と、
前記パワーアンプの特性を向上させる位相補償手段とを備えたことを特徴とする電動機制御装置。 - 前記圧縮/伸長手段はオペアンプで構成され、前記CPU内で演算される電流指令あるいはトルク指令が、所定のしきい値をクロスすると前記圧縮/伸長用アナログスイッチを切換えることにより前記オペアンプの利得を切換えることを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。
- 前記圧縮/伸長手段は、圧縮/伸長の割合をオペアンプの抵抗比で決定し、その抵抗比は、前記D/A変換器のビット数に応じた前記CPU内の演算での圧縮/伸長比との逆数とすることを特徴とする請求項1記載の電動機制御装置。
- 圧縮と伸長の切り換え時に出る電流指令のサージ電圧を吸収するフィルタを前記位相補償手段の入力側または出力側へ設けた請求項1記載の電動機制御装置。
- 前記オフセット調整手段は、複数の可変抵抗器で構成したものである請求項1記載の電動機制御装置。
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JP2003410365A JP2005176445A (ja) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 電動機制御装置 |
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JP2003410365A JP2005176445A (ja) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 電動機制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005176445A true JP2005176445A (ja) | 2005-06-30 |
JP2005176445A5 JP2005176445A5 (ja) | 2006-09-14 |
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ID=34731479
Family Applications (1)
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JP2003410365A Pending JP2005176445A (ja) | 2003-12-09 | 2003-12-09 | 電動機制御装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114977974A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-08-30 | 北京航空航天大学 | 一种数模混合架构振镜电机系统及驱动控制方法 |
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2003
- 2003-12-09 JP JP2003410365A patent/JP2005176445A/ja active Pending
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