JP2006180587A

JP2006180587A - サーボモータの制御方法

Info

Publication number: JP2006180587A
Application number: JP2004368944A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 一男佐藤
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2004-12-21
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2024-12-21
Also published as: JP4600748B2

Abstract

【課題】ポールセンサを省いても従来と同等の性能を得ることができるＡＣサーボモータの位置制御方法を提供する。
【解決手段】
モータ５のポール数と位置検出器６のアナログ信号の周期を合わせ、ポールセンサを位置検出器６で代用する。
【選択図】図１

Description

本発明はＡＣサーボモータを駆動するサーボ制御装置において位置検出器の出力からモータの位相を検出する方法に関する。

従来、ＡＣサーボモータの位相はポールセンサを別に設けて検出されていた。特に、絶対値式の位置検出器が用いられるときは、位相を1回転内の位置に合わせて検出されていた。このほかに、Ｎ極のＡＣサーボモータに１回転当たりｎ（ｎは２以上の整数）周期の磁気誘導センサを設け、ａ（Ｎ／２）≠ｂｎ（ａ，ｂは整数）の関係を満たし、磁極原点を自動力率方式で求め、１回転毎に現れるｎ周期のセンサが何番目かを計測して、１回転内の位置が検出されたりしていた（例えば、特許文献１参照）。この状況を図にしたのが図８、９である。図８において、ポールセンサ７がモータ５の各相の位相を検出しており、図９のように、Ｕ相がＨi、Ｖ相がＬo、Ｗ相がＨiで位相が０〜６０ｄｅｇの範囲であることが分かる。
特開２００１−２０８５６５

ところが上記の従来技術によると、ポールセンサを別に設けて検出されていたので、全体が大きくなったり配線数が増えるという問題があった。また第２の従来技術によると、絶対値式の位置検出器が必要となり、コストがかかるという問題があった。また特許文献1に開示された技術によると、モータのポール数の１／２と検出器の周期が異ならさせる必要があるという制約があった。
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、ポールセンサを省いても従来と同等の性能を得ることができる方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のようにしたのである。
請求項１に記載の本発明は、サーボモータを駆動するサーボ制御装置において、モータの位置を検出して２相のアナログ信号を出力する位置検出器を備え、前記モータのポール数と前記位置検出器が出力するアナログ信号の周期を合わせることにより、前記位置検出器にポールセンサの機能を兼ね備えさせたことを特徴としている。
また請求項２に記載の本発明は、前記位置検出器のアナログ信号の周期を１回転１周期とし、前記位置検出器にポールセンサの機能を兼ね備えさせたことを特徴としている。
また請求項３に記載の本発明は、ポール数分分割して前記位置検出器のアナログ信号の周期を合わせることにより、前記位置検出器にポールセンサの機能を兼ね備えさせたことを特徴としている。
また請求項４に記載の本発明は、ポール数の１／６又は１／１２分割して前記位置検出器のアナログ信号の周期を合わせることにより、前記位置検出器にポールセンサの機能を兼ね備えさせたことを特徴としている。
また請求項５に記載の本発明は、前記位置検出器のアナログ信号の周期をある基準位置からの１回転１周期とし、１回転内の基準位置からの絶対位置の機能を、兼ね備えさせたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によると、モータのポール数と位置検出器のアナログ信号の周期を合わせることにより、ポールセンサをなくすことができるという効果がある。また請求項２に記載の発明によると、位置検出器の周期を1回転1周期とすることにより、ポールセンサをなくすことができるという効果がある。また、請求項３に記載の発明によると、ポール数分分割して位置検出器のアナログ信号の周期を合わせることにより、ポールセンサをなくし、かつ位置検出器の分解能を上げることできるという効果がある。また請求項４に記載の発明によると、ポール数の１／６又は１／１２分割して位置検出器のアナログ信号の周期を合わせることにより、ポールセンサをなくしかつ位置検出器の分解能を上げることできるという効果がある。また請求項５に記載の発明によると、位置検出器のアナログ信号の周期をある基準位置からの１回転１周期とすることにより、１回転内の基準位置からの絶対位置を得ることができるという効果がある。

以下、本発明の方法の具体的実施例について、図に基づいて説明する。

図１は本発明の方法を実施するサーボ制御装置の構成を示す図である。そのブロック図が図２であり、速度ループと位置ループが組まれている場合が示されている。図１において、１はマイクロコンピュータ（以下ＣＰＵという）であり、２は電流アンプ、３はベースドライブ回路、４はパワートランジスタモジュール、５はモータ、６はエンコーダ、７はＡ／Ｄ変換器、８は入力回路である。なお実際のサーボ制御装置には図示しない様々な機能や手段が内蔵されているが、本発明に関係する構成要素のみを示している。
ＣＰＵ１が外部のコントローラ等から位置や速度などの指令を受取ると、位置指令より位置フィードバックが差引かれて位置制御する。そして速度指令から速度フィードバックが差引かれて速度制御する。その出力の電流指令を受けて電流アンプが電流制御をし、電流アンプの出力はベースドライブ駆動回路３を通してパワートランジスタ４を駆動し、モータ５を制御する。エンコーダ６からの位置のアナログ信号は入力回路８から入力されて、Ａ／Ｄ変換器７でデジタルに変換されてＣＰＵ１で受取る。ＣＰＵ１は図４ような位置のアナログ信号Ａφ、Ｂφの電圧から位置と移動方向が分かる。
図３は光学式エンコーダの構成を示しており、発光体３１の光がＡ、Ｂのスリット３２を通過し、受光器３３が受光する。これをアンプ３４が増幅してＡφ、Ｂφの信号を出力する。このとき、スリット３２の光の通過具合で正弦波が得られる。これを1回転１パルスとしたのが図４の波形である。９０°の位相差があるＡφとＢφは１回転１パルスになっているので、Ａφの電圧によって１回転内の位置を知ることができる。Ａφとモータの位相であるＵ相を図４のように合わせておくと、Ａφの電圧よりＵφの角度が分かりモータの位相も分かる。こうして得られた信号によってＡＣサーボモータを駆動することができる。
電源が投入されるとモータの位置はエンコーダの入力回路８とＡ／Ｄ変換器７によりデジタル値に変換され、ＣＰＵ１で読み取られる。ＡφとＵφは同じであるのでＡφよりモータの位相を得ることができる。例えばＵφの立ち上がりを０ｄｅｇとすると、Ａφ＝０、Ｂφ＝９０ｄｅｇであるのでモータ位相は０ｄｅｇとなる。このようにしてモータの位置と位相が分かり、モータを駆動することができるのである。
また1回転内のある基準位置、例えばＡφ＝０、Ｂφ＝９０ｄｅｇの位置を０とすると、
基準位置からの位置、基準位置は１回転に１回なので１回転内の絶対位置を得ることができる。

図５は第２の実施例により得られた波形であり、モータのポール数分分割して位置検出器Ａφと合わせて得られたものである。サーボ制御装置の構成は図１と同じであり、光学式エンコーダの構成も図３と同じである。また、動作も実施例１と同様である。１回転６ポールのモータの場合、１回転の中にモータの位相Ｕφが３周期ある。従ってＡφの電圧を得ることによってモータの位相Ｕφの角度も分かる。またＡφとＵφを図５のように合わせておけば、Ａφの電圧よりＵφの位相も分かり、モータの位相も分かる。こうしてＡＣサーボモータを駆動することができるのである。
サーボ制御装置を起動して電源が投入されると、モータ５の位置はエンコーダの入力回路８とＡ／Ｄ変換器７でデジタル値に変換され、ＣＰＵ１で読み取られる。ＡφとＵφは同じであるので、Ａφよりモータの位相が得られる。例えばＵφの立ち上がりを０ｄｅｇとすると、Ａφ＝０、Ｂφ＝９０ｄｅｇでモータ位相は０ｄｅｇとなる。

図６は第３の実施例により得られた波形であり、モータのポール数を１／２分割して位置検出器Ａφと合わせて得られたものである。サーボ制御装置の構成は図１と同じであり、光学式エンコーダの構成も図３と同じである。また、動作も実施例１と同様である。１回転６ポールのモータの場合、１回転の中にモータの位相Ｕφが３周期ある。従ってＡφの電圧を得ることによってモータの１８０ｄｅｇ毎の位相が分かる。またＡφとＵφを図６のように合わせておけば、Ａφの電圧からＵφの１８０ｄｅｇ毎の位相も分かる。１８０ｄｅｇ毎の位相のうちのどこであるかを特定するときは、例えば正逆に電流を流してトルクが小さくかつ回転方向の一致するものを検出して、どちらであるかが判断される。こうしてＡＣサーボモータを駆動することができるのである。
サーボ制御装置を起動して電源が投入されると、モータ５の位置はエンコーダの入力回路８とＡ／Ｄ変換器７でデジタル値に変換され、ＣＰＵ１で読み取られる。ＡφとＵφの１８０ｄｅｇ毎の位相は同じであるので、Ａφよりモータの１８０ｄｅｇ毎の位相が得られる。例えば、モータ５に正トルクを一瞬かけて正側に回転する場合はＵφの０〜１８０ｄｅｇがＡφと一致し、負側に回転する場合はＵφの１８０〜３６０ｄｅｇがＡφと一致すると判断する。また負トルクでは逆になるのでこれを確認することもできる。例えばＵφの立ち上がりを０ｄｅｇとし、Ｕφの０〜１８０ｄｅｇがＡφと一致する場合はＡφ＝０、Ｂφ＝９０ｄｅｇでモータの位相は０ｄｅｇとなる。

図７は第４の実施例により得られた波形であり、モータのポール数を１／６分割して位置検出器Ａφと合わせて得られたものである。サーボ制御装置の構成は図１と同じであり、光学式エンコーダの構成も図３と同じである。また、動作も実施例１と同様である。１回転６ポールのモータの場合、１回転の中にモータの位相Ｕφが３周期ある。従ってＡφの電圧を得ることによってモータの６０ｄｅｇ毎の位相が分かる。またＡφとＵφを図７のように合わせておけば、Ａφの電圧からＵφの６０ｄｅｇ毎の位相も分かる。６０ｄｅｇ毎の位相のうちどこであるかを特定するときは、例えば正逆に電流を流してトルクが小さくかつ回転方向の一致するものを検出して、どちらであるかが判断される。こうしてＡＣサーボモータを駆動することができるのである。

サーボ制御装置を起動して電源が投入されると、モータ５の位置はエンコーダの入力回路８とＡ／Ｄ変換器７でデジタル値に変換され、ＣＰＵ１で読み取られる。ＡφとＵφの６０ｄｅｇ毎の位相は同じであるので、Ａφよりモータの６０ｄｅｇ毎の位相が得られる。例えば、モータ５に０〜６０、６０〜１２０、１２０〜１８０、１８０〜２４０、２４０〜３００、３００〜３６０ｄｅｇの正トルクを一瞬かけて正側に回転する場合は、トルクが最も小さい位相がＡφと一致すると判断する。負トルクでは逆になるのでこれを確認することもできる。例えばＵφの立ち上がりを０ｄｅｇとしＵφの０〜６０ｄｅｇがＡφと一致する場合は、Ａφ＝０、Ｂφ＝９０ｄｅｇでモータの位相は０ｄｅｇとなる。

本発明のＡＣサーボモータの位置制御方法は、位置検出器からモータの位相を検出しているため、１回転内の位置を得るような様々な用途にも適用できる。

本発明の具体的実施例の構成図制御ブロック図光学式エンコーダの構成図位置検出器の信号出力の図別の実施例の位置検出器の信号出力の図別の実施例の位置検出器の信号出力の図別の実施例の位置検出器の信号出力の図従来の実施例の構成図ポールセンサの信号出力の図

符号の説明

１マイクロコンピュータ、２電流アンプ、３ベースドライブ回路、
４パワートランジスタモジュール、５モータ、
６エンコーダ、７Ａ／Ｄ変換器、８入力回路、
９ポールセンサ

Claims

サーボモータを駆動するサーボ制御装置において、モータの位置を検出して２相のアナログ信号を出力する位置検出器を備え、前記モータのポール数と前記位置検出器が出力するアナログ信号の周期を合わせることにより、前記位置検出器にポールセンサの機能を兼ね備えさせたことを特徴とするサーボモータの位置制御方法。
前記位置検出器のアナログ信号の周期を１回転１周期とし、前記位置検出器にポールセンサの機能を兼ね備えさせたことを特徴とする請求項１に記載のサーボモータの位置制御方法。
ポール数分分割して前記位置検出器のアナログ信号の周期を合わせることにより、前記位置検出器にポールセンサの機能を兼ね備えさせたことを特徴とする請求項１に記載のサーボモータの位置制御方法。
ポール数の１／６又は１／１２分割して前記位置検出器のアナログ信号の周期を合わせることにより、前記位置検出器にポールセンサの機能を兼ね備えさせたことを特徴とする請求項１に記載のサーボモータの位置制御方法。
前記位置検出器のアナログ信号の周期をある基準位置からの１回転１周期とし、１回転内の基準位置からの絶対位置の機能を、兼ね備えさせたことを特徴とする請求項２に記載のサーボモータの位置制御方法。