JP2006067686A - Motor control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device.
DCモータの駆動方法として、PWM(Pulse Wide Modulation)駆動あるいはPAM(Pulse Amplitude Modulation)駆動等のスイッチング駆動方法が広く知られている。このようなスイッチング駆動方法は、従来のリニア駆動方法に比較して効率の高い駆動方法として各分野で利用されている。
一方、例えば特開平5−336781号公報には、バッテリを直流電源としてDCモータをPWM駆動する場合の技術として、バッテリ電圧を検出し、この検出されたバッテリ電圧に応じてスピンドルモータのフィードバック制御系におけるループゲインを変化させることにより、バッテリ電圧の変動(電源電圧変動)に拘わりなくスピンドルモータの回転数を適正に制御する技術が開示されている。
On the other hand, for example, JP-A-5-336781 discloses a technique for detecting a battery voltage as a technique for PWM driving a DC motor using a battery as a DC power source, and a spindle motor feedback control system according to the detected battery voltage. Discloses a technique for appropriately controlling the rotational speed of the spindle motor regardless of battery voltage fluctuations (power supply voltage fluctuations).
ところで、PWM駆動は、高周波パルス電圧の組み合わせにより正弦波あるいは方形波の駆動電流を生成するので、スイッチング損失が増大するという問題がある。また、PAM駆動の場合には、直流電源の電圧を可変設定するためにチョッパ回路が必要であり、制御駆動系の構成が複雑になるという問題もある。 By the way, the PWM drive generates a sine wave or square wave drive current by a combination of high-frequency pulse voltages, and there is a problem that switching loss increases. Further, in the case of PAM driving, a chopper circuit is necessary to variably set the voltage of the DC power supply, and there is a problem that the configuration of the control drive system becomes complicated.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、以下の点を目的とするものである。
(1)DCモータをスイッチング駆動する場合におけるスイッチング損失を低減する。
(2)簡単な構成の制御駆動系でDCモータをスイッチング駆動する。
(3)直流電源の電圧変動に対してDCモータの回転を適正に制御する。
This invention is made | formed in view of such a situation, and aims at the following points.
(1) Reduce the switching loss when the DC motor is switched.
(2) The DC motor is switched by a control drive system having a simple configuration.
(3) The rotation of the DC motor is appropriately controlled against voltage fluctuations of the DC power supply.
上記目的を達成するために、本発明では、直流電源から供給された直流電圧を所定のゲートパルスに基づいてスイッチングすることによりモータ駆動パルスを生成するスイッチング駆動手段と、モータ駆動パルスに基づくDCモータの回転状態を検出する状態検出センサと、モータ駆動パルスがDCモータの半回転毎に1パルス生成され、かつ、DCモータの回転状態に応じてモータ駆動パルスのパルス幅を可変設定するように、状態検出センサの検出結果に基づいて上記ゲートパルスを生成するフィードバック制御手段とを具備する、という構成を採用する。 In order to achieve the above object, according to the present invention, switching drive means for generating a motor drive pulse by switching a DC voltage supplied from a DC power supply based on a predetermined gate pulse, and a DC motor based on the motor drive pulse A state detection sensor for detecting the rotation state of the motor, and one motor drive pulse is generated every half rotation of the DC motor, and the pulse width of the motor drive pulse is variably set according to the rotation state of the DC motor. A configuration is adopted in which feedback control means for generating the gate pulse based on the detection result of the state detection sensor is provided.
本発明によれば、DCモータの回転周期の半周期毎に1パルス生成されるモータ駆動パルスのパルス幅を調節することによってDCモータが駆動されるので、従来のPWM駆動と比較してスイッチング損失を大幅に低減することが可能であり、またPAM駆動よりも制御駆動系の構成を大幅に簡単化することができる。
また、直流電源の直流電圧をも加味してモータ駆動パルスのパルス幅を調節することにより、直流電源の電圧変動に対してDCモータの回転を適正に制御することができる。
According to the present invention, the DC motor is driven by adjusting the pulse width of the motor drive pulse generated for each half cycle of the rotation cycle of the DC motor, so that the switching loss compared with the conventional PWM drive. Can be significantly reduced, and the configuration of the control drive system can be greatly simplified as compared with the PAM drive.
Further, by adjusting the pulse width of the motor drive pulse in consideration of the DC voltage of the DC power supply, the rotation of the DC motor can be appropriately controlled with respect to the voltage fluctuation of the DC power supply.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係るモータ制御装置のブロック図である。この図において、符号Xは3相ブラシレスモータ(DCモータ)、1はバッテリ、2は半導体スイッチモジュール、3は電圧センサ、4は電流センサ、5は速度センサ、6はフィードバック制御装置である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram of a motor control device according to the present embodiment. In this figure, symbol X is a three-phase brushless motor (DC motor), 1 is a battery, 2 is a semiconductor switch module, 3 is a voltage sensor, 4 is a current sensor, 5 is a speed sensor, and 6 is a feedback control device.
3相ブラシレスモータXは、半導体スイッチモジュール2から印加されたモータ駆動パルスPkによって3相(U相、V相及びW相)駆動されるDCモータである。バッテリ1は、周知のように直流電源であり、直流電圧を半導体スイッチモジュール2に供給する。半導体スイッチンジュール2は、フィードバック制御装置3から供給されたゲートパルスPg(スイッチングパルス)によってON/OFF動作すると共にU相、V相及びW相に各々対応する複数のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を備え、バッテリ1から供給された直流電圧を上記各IGBTでスイッチングすることによりU相、V相及びW相に各々対応するモータ駆動パルスPkを生成して上記3相ブラシレスモータXに供給する。
The three-phase brushless motor X is a DC motor that is driven in three phases (U phase, V phase, and W phase) by a motor drive pulse Pk applied from the semiconductor switch module 2. The
電圧センサ3は、上記バッテリ1の出力端子間に介挿されており、バッテリ1の直流電圧を検出し電源電圧Vdcとしてフィードバック制御装置6に出力する。電流センサ4は、上記モータ駆動パルスPkによって3相ブラシレスモータXに通電される駆動電流を検出しモータ電流Iとしてフィードバック制御装置6に出力する。速度センサ5は、3相ブラシレスモータXの回転速度を検出しモータ速度ωとしてフィードバック制御装置6に出力する。
The voltage sensor 3 is inserted between the output terminals of the
フィードバック制御装置6は、上記電源電圧Vdc、モータ電流I及びモータ速度ωに基づいて半導体スイッチモジュール2を制御するためのゲートパルスPgを生成する。すなわち、フィードバック制御装置6は、モータ駆動パルスPkが3相ブラシレスモータXの回転周期の半周期毎に1パルス生成され、かつ、電源電圧Vdc並びに3相ブラシレスモータXの回転状態に応じてモータ駆動パルスPkのパルス幅を可変設定するようにゲートパルスPgを生成する。 The feedback control device 6 generates a gate pulse Pg for controlling the semiconductor switch module 2 based on the power supply voltage Vdc, the motor current I, and the motor speed ω. That is, the feedback control device 6 generates a motor drive pulse Pk for each half cycle of the three-phase brushless motor X, and drives the motor according to the power supply voltage Vdc and the rotation state of the three-phase brushless motor X. The gate pulse Pg is generated so as to variably set the pulse width of the pulse Pk.
図2は、フィードバック制御装置6の制御機能を示すブロック図である。フィードバック制御装置6は、この図2に示すように減算器3a,3c、アンプ3b,3d、乗算器3e、三角波発生器3f及びコンパレータ3gから構成されている。減算器3aは、外部から設定された3相ブラシレスモータXの目標速度ωrefからモータ速度ωを減算することにより速度誤差Δωを生成してアンプ3bに出力する。アンプ3bは、上記速度誤差Δωを所定の制御ゲイン(ゲイン1)で増幅することにより目標電流Irefを生成して減算器3cに出力する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a control function of the feedback control device 6. As shown in FIG. 2, the feedback control device 6 includes
減算器3cは、上記目標電流Irefからモータ電流Iを減算することにより誤差電流ΔIを生成してアンプ3dに出力する。アンプ3dは、誤差電流ΔIを所定の制御ゲイン(ゲイン2)で増幅することにより目標電圧Vrefを生成して乗算器3eに出力する。乗算器3eは、上記目標電圧Vrefと電源電圧Vdcとを乗算することにより制御電圧Vsを生成してコンパレータ3gに出力する。三角波発生器3fは、モータ速度ω、より正確には当該モータ速度ωによって示される3相ブラシレスモータXの回転周期と同一周期の三角波信号を生成してコンパレータ3gに出力する。コンパレータ3gは、上記三角波信号と制御電圧Vsとを比較することによりゲートパルスPgを生成する。
The
次に、このように構成された本モータ制御装置の動作について、図3をも参照して詳しく説明する。 Next, the operation of the motor control apparatus configured as described above will be described in detail with reference to FIG.
上記モータ制御装置では、例えばバッテリ1の直流電圧つまり電源電圧Vdcの変動に応じてゲートパルスPgのパルス幅が可変設定され、これに連動してモータ駆動パルスPkのパルス幅も可変される。図3の最上段の波形図は、上記三角波信号と制御電圧Vsとの関係を示している。
In the motor control device, for example, the pulse width of the gate pulse Pg is variably set according to the fluctuation of the DC voltage of the
すなわち、制御電圧Vsが実線で示す値にあるとき、ゲートパルスPgのパルス幅は、上から2段目の波形図に示すように実線で示す幅となる。これに対して、制御電圧Vsが一点鎖線で示すように実線よりも大きな値にあると、ゲートパルスPgのパルス幅は、一点鎖線で示すように実線よりも狭い幅となる。 That is, when the control voltage Vs is at the value indicated by the solid line, the pulse width of the gate pulse Pg is the width indicated by the solid line as shown in the waveform diagram at the second stage from the top. On the other hand, when the control voltage Vs is larger than the solid line as shown by the alternate long and short dash line, the pulse width of the gate pulse Pg becomes narrower than the solid line as shown by the alternate long and short dash line.
そして、半導体スイッチモジュール2において上記ゲートパルスPgに基づいてバッテリ1の直流電圧をスイッチングして生成されるモータ駆動パルスPkは、制御電圧Vsが実線で示す値にあるときは、上から3段目の波形図に示すようなパルス幅となり、またその電圧はバッテリ1の直流電圧に対応した値となる。一方、制御電圧Vsが一点鎖線で示す値にあるときには、モータ駆動パルスPkは、上から4段目(下から2段目)の波形図に示すように制御電圧Vsが実線で示す値にあるときよりも狭くなると共に、その電圧はバッテリ1の直流電圧に対応して大きな値となる。
The motor drive pulse Pk generated by switching the DC voltage of the
つまり、本モータ制御装置では、3相ブラシレスモータXの半回転(0°〜180°)毎に1パルス生成されるモータ駆動パルスPkのパルス幅を、バッテリ1の直流電圧つまり電源電圧Vdcが高くなると狭くなり、バッテリ1の直流電圧つまり電源電圧Vdcが低くなると広くなるように制御することによって3相ブラシレスモータXのモータ電流Iを制御し、以って3相ブラシレスモータXのモータ速度ωが目標速度ωrefに追従するように駆動する。
In other words, in this motor control device, the pulse width of the motor drive pulse Pk generated for one pulse every half rotation (0 ° to 180 °) of the three-phase brushless motor X is set so that the DC voltage of the
このような本モータ制御装置によれば、以下のような効果を奏する。
(1)3相ブラシレスモータXの半回転(0°〜180°)毎に1パルス生成されるモータ駆動パルスPkによって3相ブラシレスモータXを駆動するので、PWM駆動よりもスイッチング周波数が大幅に低く、よってスイッチング損失を大幅に低減することができる。
(2)PAM駆動で必要となるチョッパ回路が不要なので、駆動装置の構成を簡単化することが可能である。
(3)さらに、バッテリ1の直流電圧つまり電源電圧Vdcが高くなると狭くなり、バッテリ1の直流電圧つまり電源電圧Vdcが低くなると広くなるように制御するので、バッテリ1の電圧変動に依らず3相ブラシレスモータXの回転を適正に制御することができる。
According to such a motor control device as described above, the following effects can be obtained.
(1) Since the three-phase brushless motor X is driven by the motor driving pulse Pk generated by one pulse every half rotation (0 ° to 180 °) of the three-phase brushless motor X, the switching frequency is significantly lower than that of PWM driving. Therefore, switching loss can be greatly reduced.
(2) Since the chopper circuit required for PAM driving is unnecessary, the configuration of the driving device can be simplified.
(3) Further, since the control is performed so that the DC voltage of the
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形が考えられる。
(1)上記実施形態では3相ブラシレスモータXの駆動について説明したが、本発明は、3相ブラシレスモータXの駆動に限定されることなく、他の各種DCモータに適用可能である。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, For example, the following modifications can be considered.
(1) Although the driving of the three-phase brushless motor X has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to the driving of the three-phase brushless motor X, and can be applied to other various DC motors.
(2)上記実施形態ではフィードバック制御装置6の制御機能を図2に示すように構成したが、フィードバック制御装置6の制御機能はこれに限定されるものではない。すなわち、電源電圧Vdc、モータ電流I及びモータ速度ωに基づいてゲートパルスPgを生成する制御機能の構成については他の構成方法も考えられる。 (2) Although the control function of the feedback control device 6 is configured as shown in FIG. 2 in the above embodiment, the control function of the feedback control device 6 is not limited to this. In other words, other configuration methods are conceivable for the configuration of the control function for generating the gate pulse Pg based on the power supply voltage Vdc, the motor current I, and the motor speed ω.
X…3相ブラシレスモータ(DCモータ)、1…バッテリ、2…半導体スイッチモジュール、3…電圧センサ、4…電流センサ、5…速度センサ、6…フィードバック制御装置
X ... three-phase brushless motor (DC motor), 1 ... battery, 2 ... semiconductor switch module, 3 ... voltage sensor, 4 ... current sensor, 5 ... speed sensor, 6 ... feedback control device
Claims (3)
前記モータ駆動パルスに基づくDCモータの回転状態を検出する状態検出センサと、
前記モータ駆動パルスがDCモータの半回転毎に1パルス生成され、かつ、前記DCモータの回転状態に応じて前記モータ駆動パルスのパルス幅を可変設定するように、前記状態検出センサの検出結果に基づいて前記スイッチングパルスを生成するフィードバック制御手段と
を具備することを特徴とするモータ制御装置。 Switching driving means for generating a motor driving pulse by switching a DC voltage supplied from a DC power supply based on a predetermined switching pulse;
A state detection sensor for detecting a rotation state of the DC motor based on the motor drive pulse;
In the detection result of the state detection sensor, one pulse is generated for each half rotation of the DC motor, and the pulse width of the motor drive pulse is variably set according to the rotation state of the DC motor. Feedback control means for generating the switching pulse based on the motor control device.
フィードバック制御手段は、状態検出センサの検出結果に加えて前記電圧センサの検出結果にも基づいてモータ駆動パルスのパルス幅を可変設定するようにスイッチングパルスを生成する
ことを特徴とする請求項1記載のモータ制御装置。 A voltage sensor for detecting a DC voltage;
The feedback control means generates the switching pulse so as to variably set the pulse width of the motor drive pulse based on the detection result of the voltage sensor in addition to the detection result of the state detection sensor. Motor control device.
ことを特徴とする請求項1または2記載のモータ制御装置。
3. The motor control device according to claim 1, wherein the state detection sensor is a speed detection sensor that detects a rotational speed of the DC motor, and a current sensor that detects a current supplied to the DC motor.
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