JP2005204397A - Motor control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高精度の位置決め制御・速度追従制御を必要とするモータとアンプからなるサーボモータ制御装置において、モータのロータ位置検出装置としてレゾルバを使用したモータ制御システムに関する。 The present invention relates to a motor control system using a resolver as a rotor position detection device of a motor in a servo motor control device including a motor and an amplifier that require high-precision positioning control and speed tracking control.
産業用ロボットや半導体装置等の分野において、高精度の位置決め・速度追従性能が要求されている。サーボモータの位置検出器としては、ロータリーエンコーダが使用されている。ロータリーエンコーダはインクリメンタルエンコーダとアブソリュートエンコーダに大別される。インクリメンタルエンコーダは、90度位相差を有するA,B2相の信号と、1回転に1パルスの基準Z信号と、ロータの通電相切り替えのためのコミュテーション信号U,V,Wを備えている。また、アブソリュートエンコーダは電源投入後直ちに1回転内の絶対位置が認識できるエンコーダであり急速に普及している。近年では図11のようにロータリーエンコーダにはこのような位置検出機能の他に、モータを識別するためにモータの抵抗、インダクタンス、逆起電圧、ロータリーエンコーダの種類などのモータを制御するうえで必要となる定数を記憶させるメモリを搭載したものがある。(例えば特許文献1参照)
従来例のロータリーエンコーダを使用したモータ制御システムの一例を図11に示す。また、従来例のレゾルバを使用したモータ制御システムの一例を図12に示す。また、従来例のレゾルバ構成の一例を図13に示す。図13の(a)はレゾルバの構成の概要を示す説明図であり、図13の(b)はレゾルバからの出力される信号の波形の説明図である。
In the fields of industrial robots and semiconductor devices, highly accurate positioning and speed following performance are required. A rotary encoder is used as a position detector for the servo motor. Rotary encoders are roughly classified into incremental encoders and absolute encoders. The incremental encoder includes A and B phase signals having a phase difference of 90 degrees, a reference Z signal of 1 pulse per rotation, and commutation signals U, V, and W for switching the energized phase of the rotor. The absolute encoder is an encoder that can recognize the absolute position within one rotation immediately after the power is turned on, and is rapidly spreading. In recent years, as shown in FIG. 11, in addition to such a position detection function, the rotary encoder is required to control the motor such as the motor resistance, inductance, back electromotive voltage, and rotary encoder type in order to identify the motor. Some of them have a memory that stores constants. (For example, see Patent Document 1)
An example of a motor control system using a conventional rotary encoder is shown in FIG. An example of a motor control system using a conventional resolver is shown in FIG. An example of a conventional resolver configuration is shown in FIG. FIG. 13A is an explanatory diagram showing an outline of the configuration of the resolver, and FIG. 13B is an explanatory diagram of a waveform of a signal output from the resolver.
これはモータとアンプを接続して電源を投入すると、ロータリーエンコーダに搭載されたメモリからモータ制御に必要な情報をアンプに送信し、アンプの初期設定を行うことができるために、モータに合わせてアンプの制御パラメータを変更する必要がない。 This is because when the motor and amplifier are connected and the power is turned on, the information necessary for motor control can be sent from the memory installed in the rotary encoder to the amplifier and the initial setting of the amplifier can be made. There is no need to change the control parameters of the amplifier.
一方のレゾルバは図13のような構成をしており、これは1相励磁、2相出力タイプのレゾルバである。その他2相励磁、2相出力タイプもあるが原理は同じである。図13の励磁相に正弦波電圧を印加すると、出力相に正弦波と余弦波が出力される。ロータが回転することによってインダクタンスが変化するために、出力される正弦波と余弦波の振幅が変化し、この振幅の変化からロータの位置を確定する。レゾルバは図13のように、珪素鋼板などの鉄板材からなるロータとステータ、そして巻線で構成されているために非常に頑強であり、また電子部品をレゾルバに搭載する必要がないために、高温・多湿の劣悪な環境下や高い信頼性が必要となる電気自動車や高速回転用途などで多く使用されている。
しかしながら、耐環境性・耐信頼性に優れるレゾルバにはロータリーエンコーダのようにモータ制御に必要なパラメータを記憶させるメモリがないため、モータとアンプの組み合わせが変わった場合には、作業者が手動入力で制御パラメータを設定しなければならない。また、当然のことではあるが、モータに制御パラメータ記憶用メモリを搭載した構成においては、作業環境に恵まれない状況の場合には、制御パラメータの設定により困難を伴う。また、モータとアンプを一対一で対応させた場合には、機種数が増加し、管理・サービス費用が増えるといった課題を有していた。このように、従来のモータ制御システムでは、制御パラメータの設定に関して、作業性に課題が生じやすい構成であった。 However, resolvers with excellent environmental resistance and reliability do not have a memory for storing parameters required for motor control, unlike rotary encoders, so if the combination of motor and amplifier changes, the operator must manually input it. The control parameter must be set with. As a matter of course, in the configuration in which the control parameter storage memory is mounted on the motor, it is difficult to set the control parameter in a situation where the working environment is not favorable. In addition, when the motor and the amplifier are made to correspond one-to-one, there is a problem that the number of models increases and the management / service cost increases. As described above, the conventional motor control system has a configuration in which a problem is easily caused in workability regarding the setting of the control parameter.
上記課題を解決するために、本発明のモータ制御システムは、ロータ位置を検出する手段としてレゾルバを使用したサーボモータと、レゾルバで検出したロータ位置情報からサーボモータをコントロールするサーボアンプからなり、モータの相電流を検出する電流検出器と、モータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、サーボモータのモータ特性を推定するモータ定数推定器と、推定したモータ定数から制御パラメータ又は制御パラメータ群を演算してこの制御パラメータ又は制御パラメータ群を設定するパラメータ設定器と、設定された制御パラメータ又は制御パラメータ群に基づきサーボモータをコントロールするモータ制御器とを有する構成である。 In order to solve the above problems, a motor control system of the present invention comprises a servo motor that uses a resolver as means for detecting a rotor position, and a servo amplifier that controls the servo motor from rotor position information detected by the resolver. A current detector for detecting the phase current of the motor, a pulse generator for creating a timing signal for energizing the motor, a motor constant estimator for estimating the motor characteristics of the servo motor, and a control parameter or control parameter group from the estimated motor constant And a parameter setting unit that sets the control parameter or control parameter group, and a motor controller that controls the servo motor based on the set control parameter or control parameter group.
上記をより詳細に説明する。 The above will be described in more detail.
第1の発明のモータ制御システムは、
サーボモータと、
前記サーボモータのロータ位置情報を検出する手段としてのレゾルバと、
前記レゾルバで検出したロータ位置情報から前記サーボモータをコントロールするサーボアンプとからなり、さらに、
前記サーボモータの相電流を検出する電流検出器と、
前記サーボモータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、
前記サーボモータのモータ特性を推定するモータ定数推定器と、
推定された前記モータ定数をもとに演算して制御パラメータを得てこの制御パラメータを設定するパラメータ設定器と、
前記制御パラメータが設定されてこの制御パラメータに基づき前記サーボモータを制御するモータ制御器とを有する。
The motor control system of the first invention is
A servo motor,
A resolver as means for detecting rotor position information of the servo motor;
A servo amplifier that controls the servo motor from rotor position information detected by the resolver;
A current detector for detecting a phase current of the servo motor;
A pulse generator for creating an energization timing signal to the servo motor;
A motor constant estimator for estimating the motor characteristics of the servo motor;
A parameter setter for obtaining a control parameter by calculating based on the estimated motor constant and setting the control parameter;
A motor controller that sets the control parameter and controls the servo motor based on the control parameter.
第2の発明のモータ制御システムは、
サーボモータと、
前記サーボモータのロータ位置情報を検出する手段としてのレゾルバと、
前記レゾルバで検出したロータ位置情報から前記サーボモータをコントロールするサーボアンプとからなり、さらに、
前記サーボモータの相電流を検出する電流検出器と、
前記サーボモータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、
前記サーボモータのモータ特性を推定するモータ定数推定器と、
推定された前記モータ定数をもとに演算して制御パラメータ又は制御パラメータ群を得てこの制御パラメータ又は制御パラメータ群を設定するパラメータMAP設定器と、
前記制御パラメータ又は前記制御パラメータ群が設定されてこの制御パラメータ又は制御パラメータ群に基づき前記サーボモータを制御するモータ制御器とを有する。
The motor control system of the second invention is
A servo motor,
A resolver as means for detecting rotor position information of the servo motor;
A servo amplifier that controls the servo motor from rotor position information detected by the resolver;
A current detector for detecting a phase current of the servo motor;
A pulse generator for creating an energization timing signal to the servo motor;
A motor constant estimator for estimating the motor characteristics of the servo motor;
A parameter MAP setter for obtaining a control parameter or control parameter group by calculating based on the estimated motor constant and setting the control parameter or control parameter group;
A motor controller that sets the control parameter or the control parameter group and controls the servomotor based on the control parameter or the control parameter group.
第3の発明のモータ制御システムは、
サーボモータと、
前記サーボモータのロータ位置を検出する手段としてレゾルバを有するサーボモータと、前記レゾルバで検出されるロータ位置情報から前記サーボモータをコントロールするサーボアンプとからなり、さらに、
前記サーボモータの相電流を検出する電流検出器と、
前記サーボモータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、
前記サーボモータのモータ定数を推定するモータ定数推定器と、
前記モータ定数に対応させる別のモータ定数群(モータ定数群B)とこの別のモータ定数群(モータ定数群B)の各々のモータ定数に対応する制御パラメータ群とからなるパラメータMAPと、
前記モータ定数推定器によるモータ定数に該当する制御パラメータ群を前記パラメータMAPから選定するパラメータMAP選定器と、
前記パラメータMAP選定器により選定された前記制御パラメータ群に基づき前記サーボモータを制御するモータ制御器とを有する。
The motor control system of the third invention is
A servo motor,
A servo motor having a resolver as means for detecting the rotor position of the servo motor; and a servo amplifier for controlling the servo motor from rotor position information detected by the resolver;
A current detector for detecting a phase current of the servo motor;
A pulse generator for creating an energization timing signal to the servo motor;
A motor constant estimator for estimating a motor constant of the servo motor;
A parameter MAP comprising another motor constant group (motor constant group B) corresponding to the motor constant and a control parameter group corresponding to each motor constant of the other motor constant group (motor constant group B);
A parameter MAP selector for selecting a control parameter group corresponding to the motor constant by the motor constant estimator from the parameter MAP;
A motor controller that controls the servo motor based on the control parameter group selected by the parameter MAP selector.
第4の発明のモータ制御システムは、
被制御サーボモータのロータ位置情報を検出する手段としてのレゾルバと、
前記レゾルバで検出したロータ位置情報から前記被制御サーボモータをコントロールするサーボアンプとからなり、さらに、
前記被制御サーボモータの相電流を検出する電流検出器と、
前記被制御サーボモータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、
前記被制御サーボモータのモータ特性を推定するモータ定数推定器と、
推定された前記モータ定数をもとに演算して制御パラメータを得てこの制御パラメータを設定するパラメータ設定器と、
設定された前記制御パラメータに基づき前記被制御サーボモータを制御するモータ制御器とを有する。
The motor control system of the fourth invention is:
A resolver as means for detecting rotor position information of a controlled servo motor;
A servo amplifier that controls the controlled servo motor from rotor position information detected by the resolver;
A current detector for detecting a phase current of the controlled servo motor;
A pulse generator for creating an energization timing signal to the controlled servo motor;
A motor constant estimator for estimating the motor characteristics of the controlled servo motor;
A parameter setter for obtaining a control parameter by calculating based on the estimated motor constant and setting the control parameter;
A motor controller for controlling the controlled servo motor based on the set control parameter.
第5の発明のモータ制御システムは、
被制御サーボモータのロータ位置情報を検出する手段としてのレゾルバと、
前記レゾルバで検出したロータ位置情報から前記被制御サーボモータをコントロールするサーボアンプとからなり、さらに、
前記被制御サーボモータの相電流を検出する電流検出器と、
前記被制御サーボモータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、
前記被制御サーボモータのモータ特性を推定するモータ定数推定器と、
推定された前記モータ定数をもとに演算して制御パラメータ又は制御パラメータ群を得てこの制御パラメータ又は制御パラメータ群を設定するパラメータMAP設定器と、
設定された前記制御パラメータ又は制御パラメータ群に基づき前記被制御サーボモータを制御するモータ制御器とを有する。
The motor control system of the fifth invention is
A resolver as means for detecting rotor position information of a controlled servo motor;
A servo amplifier that controls the controlled servo motor from rotor position information detected by the resolver;
A current detector for detecting a phase current of the controlled servo motor;
A pulse generator for creating an energization timing signal to the controlled servo motor;
A motor constant estimator for estimating the motor characteristics of the controlled servo motor;
A parameter MAP setting device that calculates based on the estimated motor constant to obtain a control parameter or control parameter group and sets the control parameter or control parameter group;
A motor controller for controlling the controlled servo motor based on the set control parameter or control parameter group.
第6の発明のモータ制御システムは、上記第1から第5の発明において、パルス発生器からモータへ出力する通電タイミング信号が、モータの少なくとも2相分の巻線を短絡するように、周期ごとに一定の時間をON、一定の時間をOFFとすることを繰り返す構成である。 The motor control system according to a sixth aspect of the present invention is the motor control system according to any one of the first to fifth aspects, wherein the energization timing signal output from the pulse generator to the motor short-circuits at least two phases of the motor. In this configuration, the constant time is turned on and the constant time is turned off.
第7の発明のモータ制御システムは、上記第1から第6の発明において、基準電流値に到達しない場合に、ONする時間を増加させる構成である。 A motor control system according to a seventh aspect of the present invention has a configuration in which, in the first to sixth aspects of the invention, the time for turning on is increased when the reference current value is not reached.
第8の発明のモータ制御システムは、上記第1から第7の発明において、ONする時間の増し方を、基準電流値と検出電流値の比で初期時間から増加させる構成である。 A motor control system according to an eighth aspect of the present invention is a configuration in which, in the first to seventh aspects of the invention, the method of increasing the ON time is increased from the initial time by the ratio between the reference current value and the detected current value.
第9の発明のモータ制御システムは、上記第1から第8の発明において、パルス発生器からモータへ出力する通電タイミング信号が、モータの少なくとも2相分の巻線を短絡するように、設定した時間の間のみモータへ電圧を印加して、検出したモータの相電流からモータ定数を推定する構成である。 According to a ninth aspect of the present invention, in the first to eighth aspects of the invention, the energization timing signal output from the pulse generator to the motor is set so as to short-circuit the windings of at least two phases of the motor. In this configuration, a voltage is applied to the motor only for a period of time, and the motor constant is estimated from the detected phase current of the motor.
第10の発明のモータ制御システムは、上記第1から第9発明において、モータへの電圧印加が、ON/OFFを繰り返す信号を用いる構成である。 A motor control system according to a tenth aspect of the invention is a configuration in which, in the first to ninth aspects of the invention, the voltage application to the motor uses a signal that repeats ON / OFF.
第11の発明のモータ制御システムは、上記第1から第10の発明において、設定した時間が100μs以上100ms以下とする構成である。 A motor control system according to an eleventh aspect of the invention is a configuration in which, in the first to tenth aspects of the invention, the set time is 100 μs or more and 100 ms or less.
本発明のモータ制御システムは、モータの相電流を検出する電流検出器と、モータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、サーボモータのモータ特性を推定するモータ定数推定器と、推定したモータ定数から制御パラメータを演算して制御パラメータを設定するパラメータ設定器と、設定した制御パラメータに基づきサーボモータをコントロールするモータ制御器とを設けたものである。これによりロータ位置検出手段としてレゾルバを使用したモータにおいても機種選定が可能となるために、作業者が手動入力で制御パラメータを設定することを要せず作業を円滑に進行させることが可能となる。また、モータとアンプを一対一で対応させる必要がないため、機種数の増加、管理・サービス費用の増加を激減させることが可能である。このように、本発明のモータ制御システムでは、制御パラメータの設定に関して、作業性の向上がより図れる構成を提供できる。 The motor control system of the present invention estimated a current detector that detects a phase current of the motor, a pulse generator that generates a current-carrying timing signal for the motor, a motor constant estimator that estimates the motor characteristics of the servo motor, and A parameter setter that calculates a control parameter from a motor constant and sets the control parameter, and a motor controller that controls the servo motor based on the set control parameter are provided. This makes it possible to select a model even in a motor that uses a resolver as the rotor position detecting means, and it is possible for the operator to proceed smoothly without having to manually set control parameters. . In addition, since there is no need for one-to-one correspondence between motors and amplifiers, it is possible to drastically reduce the increase in the number of models and the increase in management and service costs. Thus, the motor control system of the present invention can provide a configuration that can further improve workability with respect to setting of control parameters.
また、本発明のモータ制御システムは、定数推定器と、推定したモータ定数を用いて制御パラメータ又は制御パラメータ群から該当する制御パラメータ又は制御パラメータグループを選定する構成のパラメータMAP選定器を設けることにより、多くて詳細な機種選定が可能である。 In addition, the motor control system of the present invention includes a constant estimator and a parameter MAP selector configured to select a corresponding control parameter or control parameter group from the control parameter or control parameter group using the estimated motor constant. A large and detailed model selection is possible.
また、本発明のモータ制御システムは、パルス発生器からモータへ出力する通電タイミング信号が、モータの少なくとも2相分の巻線を短絡するように、周期ごとに一定の時間をON、一定の時間をOFFとすることを繰り返すことにより、モータ相電流検出時の電流を制限することでアンプとモータを破壊から防ぐことが可能である。 In addition, the motor control system of the present invention is configured such that the energization timing signal output from the pulse generator to the motor short-circuits the windings for at least two phases of the motor for a certain period of time. By repeatedly turning OFF, it is possible to prevent the amplifier and the motor from being destroyed by limiting the current at the time of detecting the motor phase current.
また、本発明のモータ制御システムは、検出したモータ相電流が基準電流値に到達しない場合に、ONする時間を増加させることにより、モータ定数推定精度を高めることが可能である。 Further, the motor control system of the present invention can increase the motor constant estimation accuracy by increasing the ON time when the detected motor phase current does not reach the reference current value.
また、本発明のモータ制御システムは、ONする時間の増し方は、基準電流値と検出電流値の比で初期時間から増加させることにより、モータ定数推定に要する時間を短縮することが可能である。 Further, in the motor control system of the present invention, the time required for motor constant estimation can be shortened by increasing the ON time from the initial time by the ratio of the reference current value and the detected current value. .
また、本発明のモータ制御システムは、パルス発生器からモータへ出力する通電タイミング信号が、モータの少なくとも2相分の巻線を短絡するように、設定した時間モータへ電圧を印加して、検出したモータの相電流からモータ定数を推定することで、多種のモータ機種を推定することが可能である。 In addition, the motor control system of the present invention detects by applying a voltage to the motor for a set time so that the energization timing signal output from the pulse generator to the motor shorts the windings for at least two phases of the motor. Various motor models can be estimated by estimating the motor constant from the motor phase current.
また、本発明のモータ制御システムは、モータへの電圧印加が、ON/OFFを繰り返す信号を用いる構成が、好適である。 In addition, the motor control system of the present invention is preferably configured to use a signal that repeats ON / OFF for voltage application to the motor.
また、本発明のモータ制御システムは、設定した時間を100μs以上から100ms以下とすることが、好適である。 In the motor control system of the present invention, it is preferable that the set time is 100 μs or more and 100 ms or less.
(実施の形態1)
実施の形態1のモータ制御システムについて、その基本構成に関して図1を用いて説明する。
(Embodiment 1)
The basic configuration of the motor control system of the first embodiment will be described with reference to FIG.
まず、位置検出器としてレゾルバを利用したサーボモータとアンプの基本構成について説明する。30はモータ装置であり、サーボモータ1とレゾルバ2で構成されている。サーボモータ1は3相ACブラシレスモータが効率、振動、騒音の面からよく利用されている。レゾルバ2はモータのロータ位置を検出するものであり、レゾルバロータ位置のインダクタンスの差を利用して、正弦波の励磁電圧を印加することで、正弦波と余弦波の2相出力信号の振幅を変調させた波形を出力する。
First, a basic configuration of a servo motor and an amplifier using a resolver as a position detector will be described. A
R/D変換器11はレゾルバ2から出力された正弦波と余弦波の信号に基づき、位置情報を10bitや12bitのディジタル信号として出力する。最近では1チップIC化されている。電流検出器3はモータの相巻線に流れる電流を検出するものであり、CTやシャント抵抗が通常よく用いられ、電流値を電圧値に変換して出力する。A/D変換器10は電流検出器4からの電圧値をマイコンが認識できるようにディジタル信号に変換する。電力変換器4はモータに通電する相を切り分けるものであり、3相モータの場合図4に示すように6つのパワー素子と6つのダイオードから構成される。
The R /
位置・速度指令16はモータに対し外部から与えるロータ回転角度やモータ回転数の指令である。位置指令は例えばパルス指令値では、設定値としてロータ1回転に相当するパルス数を設定し、ロータを何度回転させるかを入力するパルス数で決定する。速度指令では、例えばアナログ指令では、設定値としてモータ回転数と指令電圧値を設定し、速度指令電圧を与えることによりモータを指令値で回転させるよう動作する。指令値I/F器6は、位置・速度指令16より与えられた信号をマイコン(マイクロコンピュータ)が認識できるディジタル信号に変換する。
The position /
モータ制御器5は位置・速度指令16より与えられた指令値に基づき、R/D変換器11から与えられたモータのロータ位置情報、A/D変換器11から与えられたモータの相電流情報から、モータの各相に通電するタイミングを制御する働きをし、電力変換器4に信号を出力する。以上がモータとアンプの基本構成である。
Based on the command value given from the position /
次に実施の形態1によるモータ制御システムについて、図1,図3,図4,図7を用いて説明する。 Next, the motor control system according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 3, 4 and 7. FIG.
制御パラメータ設定ブロック1が符号31として示されており、モータ制御に必要な制御パラメータを制御器5へ出力する。制御パラメータ設定ブロック1(符号31)はパルス発生器7、モータ定数推定器8、パラメータ設定器9で構成されている。パルス発生器7はモータ定数推定に必要な制御信号を電力変換器4に与え、その制御情報をモータ定数推定器8に与える。制御信号は図4に示すようにパワー素子22cをONし、パワー素子22aをON/OFFするようなPWM信号(Pulse Width Modulation)を与える。このように制御信号を与えた場合、モータ巻線は図3に示すようにU−V相を短絡した状態となる。このときモータのU相巻線17の電流25は図7のようになる。モータ定数推定器8はモータの特性値(モータ電流など)及びそのモータの制御情報からモータ定数を次のように推定する。ここで、主電源17をVdc、パルス発生器7から出力するPWMのDuty(デューティ比)をα%とすると、モータ定数のうちのモータのU相巻線17の抵抗Ruは式1となる。
A control parameter setting block 1 is indicated by
Ru=(Vdc・α/100)/Iave・1/2[Ω]・・・(式1) Ru = (Vdc · α / 100) / Iave · 1/2 [Ω] (Equation 1)
パラメータ設定器9では、この式1で求めたモータ定数から制御パラメータを設定する。モータの巻線抵抗はモータ容量によって表1のように分類できる。
The
これからモータの容量を推定できるため、パラメータ選定器9はモータ制御に必要な制御パラメータ又は制御パラメータ群をモータ制御器5に与えることができる。
Since the capacity of the motor can be estimated from this, the
パルス発生器7から出力するPWMのDuty(デューティ比)のαはアンプ容量に合わせて0.4〜4%以下とする。例えば、30W時はαを0.4%、750W時はαを4%以下とする。その他の容量もアンプの瞬時最大電流値に反比例してαの値を変化させる。通常サーボモータでは瞬時最大トルクは定格トルクの500%が一般的である。パワー素子は500%トルクを発生させたときに流れる電流を許容できるように選定する。例えばアンプ容量が30W、αを0.4%、Vdcを280Vとすると、30Wのモータを接続した場合は、モータ電流は2.8Aとなり、アンプが許容できる瞬間最大電流以下となるため、アンプが破壊することなくモータの機種を推定できる。 The α of the PWM duty (duty ratio) output from the pulse generator 7 is set to 0.4 to 4% or less in accordance with the amplifier capacity. For example, α is 0.4% at 30 W, and α is 4% or less at 750 W. Other capacitors also change the value of α in inverse proportion to the instantaneous maximum current value of the amplifier. Usually, in the servo motor, the instantaneous maximum torque is generally 500% of the rated torque. The power element is selected so as to allow current flowing when 500% torque is generated. For example, if the amplifier capacity is 30W, α is 0.4%, and Vdc is 280V, when a 30W motor is connected, the motor current is 2.8A, which is less than the instantaneous maximum current that the amplifier can tolerate. The model of the motor can be estimated without destruction.
また、モータの相抵抗が大きい場合はPWMのDuty(デューティ比)のαを大きく設定することができる。例えば、モータの相抵抗が全ての容量で2倍になった場合は、αの値を2倍にすれば良い。 When the motor phase resistance is large, the PWM duty (duty ratio) α can be set large. For example, if the phase resistance of the motor is doubled for all capacities, the value of α may be doubled.
また、モータ巻線の短絡方法であるが、図5のようにU−VW相を短絡してもよい。この場合のパワー素子の動作は図6のような構成となる。 Moreover, although it is the short circuit method of a motor winding, you may short-circuit a U-VW phase like FIG. The operation of the power element in this case is as shown in FIG.
また、パワー素子の動作は図4,図6にあるようにパワー素子22aだけをPWMしているが、パワー素子22e、あるいはパワー素子22e,22fともにPWMしてもよく、また逆にパワー素子22aをONし、パワー素子22e、あるいはパワー素子22e,22fをPWMしてもよい。
4 and 6, only the power element 22a is PWMed as shown in FIGS. 4 and 6, but the
(実施の形態2)
実施の形態2を図2に示す。第1の実施の形態との相違について説明する。パラメータMAP選定器(パラメータマップ選定器)12はモータ制御に必要な制御パラメータ又は制御パラメータ群を記憶している。表2に記憶しているモータ定数群(モータ定数群B)、制御パラメータ又は/及び制御パラメータ群はその一例である。モータ定数推定器8によって推定した相抵抗の値がパラメータMAP選定器(パラメータマップ選定器)12に入力され、該当する相抵抗を表2から検索する。選択したモータ機種毎の制御パラメータ又は制御パラメータ群をモータ制御器5へ送信する構成となっている。そして、制御パラメータ設定ブロック2が符号32として示されている。
(Embodiment 2)
A second embodiment is shown in FIG. Differences from the first embodiment will be described. The parameter MAP selector (parameter map selector) 12 stores control parameters or control parameter groups necessary for motor control. The motor constant group (motor constant group B), control parameters, and / or control parameter groups stored in Table 2 are examples. The value of the phase resistance estimated by the motor constant estimator 8 is input to the parameter MAP selector (parameter map selector) 12, and the corresponding phase resistance is retrieved from Table 2. The control parameter or control parameter group for each selected motor model is transmitted to the
また、モータ制御器5内に表2を記憶させ、パラメータMAP選定器(パラメータマップ選定器)12は相抵抗とモータ機種のみを記憶して、モータ機種番号をモータ制御器5へ送信する構成としても同様の結果が得られる。
Further, Table 2 is stored in the
なお、表2のモータ定数群(モータ定数群B)は、相抵抗の欄記載の数値群を指す。また、制御パラメータ又は/及び制御パラメータ群は、トルク定数、誘起電圧定数、相インダクタンス、定格回転数、ロータイナーシャ、レゾルバ分解能、及び制御ゲインの欄記載の数値群を指す。 In addition, the motor constant group (motor constant group B) in Table 2 indicates a numerical group described in the column of phase resistance. Further, the control parameter or / and control parameter group refers to a numerical group described in the columns of torque constant, induced voltage constant, phase inductance, rated rotational speed, rotor inertia, resolver resolution, and control gain.
(実施の形態3)
実施の形態3を図8に示す。実施の形態1及び実施の形態2との相違について説明する。パルス発生器7から出力するPWM信号のDutyのαはアンプ容量毎の設定とするが、相抵抗の小さいモータを接続した場合を考えて設定範囲を0.数%〜数%程度と比較的小さい値を設定している。相抵抗の大きいモータが接続された場合はモータ相電流が小さくなり、検出誤差が大きくなる。図8のようにモータ相電流が基準値以下の場合にPWMのDutyを大きくする。モータ相電流が基準値を上回ったときの値を用いてモータ定数を推定する構成とする。PWMのDutyの増し方は図8のように設定した%値ずつ増加させてもよい。
(Embodiment 3)
A third embodiment is shown in FIG. Differences from the first embodiment and the second embodiment will be described. The duty α of the PWM signal output from the pulse generator 7 is set for each amplifier capacity, but the setting range is set to 0. 0 in consideration of the case where a motor having a small phase resistance is connected. A relatively small value of several percent to several percent is set. When a motor having a large phase resistance is connected, the motor phase current decreases and the detection error increases. As shown in FIG. 8, the PWM duty is increased when the motor phase current is below the reference value. The motor constant is estimated using the value when the motor phase current exceeds the reference value. The method of increasing the PWM duty may be increased by the set% value as shown in FIG.
また、モータ定数推定の時間を短縮させるために、基準電流値と検出電流値の比からDutyを増加させてもよい。 Further, in order to shorten the time for estimating the motor constant, the duty may be increased from the ratio between the reference current value and the detected current value.
(実施の形態4)
実施の形態4によるモータ制御システムについて、図9を用いて説明する。パルス発生器7からのPWM信号は図9に示すようにΔt1間ONし続ける。この場合のモータ相電流Ipを検出して、モータの相インダクタンスLを演算することでモータ機種推定を行う。相インダクタンスLは式2で求めることができる。求めた相インダクタンスLは上記の表2に示すように、モータ機種によってことなるためモータの選定が可能となる。
(Embodiment 4)
A motor control system according to Embodiment 4 will be described with reference to FIG. The PWM signal from the pulse generator 7 continues to be ON for Δt1 as shown in FIG. The motor model is estimated by detecting the motor phase current Ip in this case and calculating the phase inductance L of the motor. The phase inductance L can be obtained by
L=1/Ia・∫(Vdc−R・Iu)dt・・・(式2) L = 1 / Ia · ∫ (Vdc−R · Iu) dt (Formula 2)
図9では、Δt1の期間ONし続けているが、図10に示すようにΔt2の期間PWM信号を印加させる構成としてもよい。 In FIG. 9, the signal is continuously turned on during the period Δt1, but as shown in FIG. 10, the PWM signal may be applied during the period Δt2.
また、この場合のDutyのαは実施の形態2及び実施の形態3に示すような構成とすることで、精度よく安全に相インダクタンスLの推定が可能となる。 In addition, the duty α in this case is configured as shown in the second and third embodiments, so that the phase inductance L can be estimated accurately and safely.
また、測定期間Δt1とΔt2の設定であるが、モータの時定数は通常、数ms〜数100msであるので、測定期間は100μs〜100msがよい。 Further, although the measurement periods Δt1 and Δt2 are set, since the time constant of the motor is usually several ms to several hundreds ms, the measurement period is preferably 100 μs to 100 ms.
また、相抵抗Rと相インダクタンスLとを組み合わせたパラメータMAPを作成し、モータ機種を選定することで、より多くて詳細な機種選定が可能となる。 Further, by creating a parameter MAP that combines the phase resistance R and the phase inductance L and selecting a motor model, it is possible to select more and more detailed models.
なお、実施の形態1〜4にて説明するレゾルバとサーボモータとは、一体の構成物又は別々の構成物を互いに組み合す構成物のいずれでもよい。例えば、被制御サーボモータの出力軸の一部に、別体の構成物としてのレゾルバを取り付ける構成などでもよい。また、サーボモータの構成にレゾルバの構成を含む一体の構造を図ってもよい。 Note that the resolver and the servo motor described in the first to fourth embodiments may be either an integral component or a component that combines separate components. For example, a structure in which a resolver as a separate component is attached to a part of the output shaft of the controlled servo motor may be used. Further, an integral structure including the resolver structure may be used in the servo motor structure.
本発明にかかるモータ制御システムは、制御パラメータの設定に関して、作業性の向上がより図れる構成を有し、モータのロータ位置検出装置としてレゾルバを使用したモータ制御システム等として有用である。 The motor control system according to the present invention has a configuration capable of further improving workability with respect to setting of control parameters, and is useful as a motor control system using a resolver as a rotor position detection device of a motor.
1 サーボモータ
2 レゾルバ
3 電流検出器
4 電力変換器
5 モータ制御器
6 指令I/F器
7 パルス発生器
8 モータ定数推定器
9 パラメータ設定器
10 A/D変換器
11 R/D変換器
12 パラメータMAP選定器(パラメータマップ選定器)
13 ロータリーエンコーダ
14 パラメータI/F器
15 メモリ
16 位置指令、速度指令
17 主電源
18 電力スイッチ
19 U相巻線
20 V相巻線
21 W相巻線
22a、22b、22c、22d、22e、22f パワー素子
23a、23b、23c、23d、23e、23f フライホイールダイオード
24 PWM信号
25 モータ相電流
26 励磁相
27 正弦波出力相
28 余弦波出力相
29 レゾルバロータ
30 モータ装置
31 制御パラメータ設定ブロック1
32 制御パラメータ設定ブロック2
33 PWM Duty(PWMのデューティ)
34 基準電流値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
13
32 Control
33 PWM Duty (PWM duty)
34 Reference current value
Claims (11)
前記サーボモータのロータ位置情報を検出する手段としてのレゾルバと、
前記レゾルバで検出したロータ位置情報から前記サーボモータをコントロールするサーボアンプとからなり、さらに、
前記サーボモータの相電流を検出する電流検出器と、
前記サーボモータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、
前記サーボモータのモータ特性を推定するモータ定数推定器と、
推定された前記モータ定数をもとに演算して制御パラメータを得てこの制御パラメータを設定するパラメータ設定器と、
前記制御パラメータが設定されてこの制御パラメータに基づき前記サーボモータを制御するモータ制御器とを有するモータ制御システム。 A servo motor,
A resolver as means for detecting rotor position information of the servo motor;
A servo amplifier that controls the servo motor from rotor position information detected by the resolver;
A current detector for detecting a phase current of the servo motor;
A pulse generator for creating an energization timing signal to the servo motor;
A motor constant estimator for estimating the motor characteristics of the servo motor;
A parameter setter for obtaining a control parameter by calculating based on the estimated motor constant and setting the control parameter;
A motor control system comprising: a motor controller that sets the control parameter and controls the servo motor based on the control parameter.
前記サーボモータのロータ位置情報を検出する手段としてのレゾルバと、
前記レゾルバで検出したロータ位置情報から前記サーボモータをコントロールするサーボアンプとからなり、さらに、
前記サーボモータの相電流を検出する電流検出器と、
前記サーボモータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、
前記サーボモータのモータ特性を推定するモータ定数推定器と、
推定された前記モータ定数をもとに演算して制御パラメータ又は制御パラメータ群を得てこの制御パラメータ又は制御パラメータ群を設定するパラメータMAP設定器と、
前記制御パラメータ又は前記制御パラメータ群が設定されてこの制御パラメータ又は制御パラメータ群に基づき前記サーボモータを制御するモータ制御器とを有するモータ制御システム。 A servo motor,
A resolver as means for detecting rotor position information of the servo motor;
A servo amplifier that controls the servo motor from rotor position information detected by the resolver;
A current detector for detecting a phase current of the servo motor;
A pulse generator for creating an energization timing signal to the servo motor;
A motor constant estimator for estimating the motor characteristics of the servo motor;
A parameter MAP setter for obtaining a control parameter or control parameter group by calculating based on the estimated motor constant and setting the control parameter or control parameter group;
A motor control system comprising: a motor controller that sets the control parameter or the control parameter group and controls the servo motor based on the control parameter or the control parameter group.
前記サーボモータのロータ位置を検出する手段としてレゾルバを有するサーボモータと、前記レゾルバで検出されるロータ位置情報から前記サーボモータをコントロールするサーボアンプとからなり、さらに、
前記サーボモータの相電流を検出する電流検出器と、
前記サーボモータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、
前記サーボモータのモータ定数を推定するモータ定数推定器と、
前記モータ定数に対応させる別のモータ定数群とこの別のモータ定数群の各々のモータ定数に対応する制御パラメータ群とからなるパラメータMAPと、
前記モータ定数推定器によるモータ定数に該当する制御パラメータ群を前記パラメータMAPから選定するパラメータMAP選定器と、
前記パラメータMAP選定器により選定された前記制御パラメータ群に基づき前記サーボモータを制御するモータ制御器とを有するモータ制御システム。 A servo motor,
A servo motor having a resolver as means for detecting the rotor position of the servo motor; and a servo amplifier for controlling the servo motor from rotor position information detected by the resolver;
A current detector for detecting a phase current of the servo motor;
A pulse generator for creating an energization timing signal to the servo motor;
A motor constant estimator for estimating a motor constant of the servo motor;
A parameter MAP comprising another motor constant group corresponding to the motor constant and a control parameter group corresponding to each motor constant of the other motor constant group;
A parameter MAP selector for selecting a control parameter group corresponding to the motor constant by the motor constant estimator from the parameter MAP;
A motor control system comprising: a motor controller that controls the servo motor based on the control parameter group selected by the parameter MAP selector.
前記レゾルバで検出したロータ位置情報から前記被制御サーボモータをコントロールするサーボアンプとからなり、さらに、
前記被制御サーボモータの相電流を検出する電流検出器と、
前記被制御サーボモータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、
前記被制御サーボモータのモータ特性を推定するモータ定数推定器と、
推定された前記モータ定数をもとに演算して制御パラメータを得てこの制御パラメータを設定するパラメータ設定器と、
設定された前記制御パラメータに基づき前記被制御サーボモータを制御するモータ制御器とを有するモータ制御システム。 A resolver as means for detecting rotor position information of a controlled servo motor;
A servo amplifier that controls the controlled servo motor from rotor position information detected by the resolver;
A current detector for detecting a phase current of the controlled servo motor;
A pulse generator for creating an energization timing signal to the controlled servo motor;
A motor constant estimator for estimating the motor characteristics of the controlled servo motor;
A parameter setter for obtaining a control parameter by calculating based on the estimated motor constant and setting the control parameter;
A motor control system comprising: a motor controller that controls the controlled servo motor based on the set control parameter.
前記レゾルバで検出したロータ位置情報から前記被制御サーボモータをコントロールするサーボアンプとからなり、さらに、
前記被制御サーボモータの相電流を検出する電流検出器と、
前記被制御サーボモータへの通電タイミング信号を作成するパルス発生器と、
前記被制御サーボモータのモータ特性を推定するモータ定数推定器と、
推定された前記モータ定数をもとに演算して制御パラメータ又は制御パラメータ群を得てこの制御パラメータ又は制御パラメータ群を設定するパラメータMAP設定器と、
設定された前記制御パラメータ又は制御パラメータ群に基づき前記被制御サーボモータを制御するモータ制御器とを有するモータ制御システム。 A resolver as means for detecting rotor position information of a controlled servo motor;
A servo amplifier that controls the controlled servo motor from rotor position information detected by the resolver;
A current detector for detecting a phase current of the controlled servo motor;
A pulse generator for creating an energization timing signal to the controlled servo motor;
A motor constant estimator for estimating the motor characteristics of the controlled servo motor;
A parameter MAP setter for obtaining a control parameter or control parameter group by calculating based on the estimated motor constant and setting the control parameter or control parameter group;
A motor control system comprising: a motor controller that controls the controlled servo motor based on the set control parameter or control parameter group.
The motor control system according to any one of claims 1 to 10, wherein the set time is 100 µs or more and 100 ms or less.
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- 2004-01-15 JP JP2004007692A patent/JP2005204397A/en active Pending
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