JP2009159751A - Thrust ripple compensator for linear motor and motor controller - Google Patents

Thrust ripple compensator for linear motor and motor controller Download PDF

Info

Publication number
JP2009159751A
JP2009159751A JP2007336293A JP2007336293A JP2009159751A JP 2009159751 A JP2009159751 A JP 2009159751A JP 2007336293 A JP2007336293 A JP 2007336293A JP 2007336293 A JP2007336293 A JP 2007336293A JP 2009159751 A JP2009159751 A JP 2009159751A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thrust
command
linear motor
ripple
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007336293A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Bunno Cho
文農 張
Yoshiharu Takamatsu
祥治 高松
Armel Baloche Noel
アーメル バローチュ ノール
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yaskawa Electric Corp
Original Assignee
Yaskawa Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yaskawa Electric Corp filed Critical Yaskawa Electric Corp
Priority to JP2007336293A priority Critical patent/JP2009159751A/en
Publication of JP2009159751A publication Critical patent/JP2009159751A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Control Of Linear Motors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thrust ripple compensator for linear motors wherein uneven motor feed is reduced even though the thrust ripple of a linear motor is deficient in periodicity or load fluctuates. <P>SOLUTION: The thrust ripple compensator for linear motors includes: a thrust ripple compensation unit 20 that generates a compensated thrust command based on a thrust command and the position of a linear motor; a current command converter 12 that is input with the compensated thrust command and outputs a current command; and a current amplifier 13 that causes the current of the linear motor to follow the current command. The thrust ripple compensation unit 20 is comprised of: a phase calculator 22 that is input with the position of the linear motor and outputs a Fourier basic phase; a thrust ripple calculator 21 that computes a thrust ripple compensation value based on the Fourier basic phase and the thrust command; and an adder 23 that adds the thrust ripple compensation value to the thrust command and outputs a compensated thrust command. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、リニアモータに起因する推力リップルを減少させることにより、該リップルにより発生する送りむらを減少させるリニアモータの推力リップル補償装置に関する。   The present invention relates to a thrust ripple compensator for a linear motor that reduces a feed ripple caused by the ripple by reducing a thrust ripple caused by the linear motor.

サーボモータにおいては、可動子と固定子との相対位置に応じてコイルに流れる電流を変化させることにより推力を得ている。
例えば、同期型リニアモータ等のサーボモータにおいては、可動子または固定子のどちらかの側に永久磁石を配置し、対向側にコイルを配置しており、可動子と固定子との相対位置に応じて、d‐q変換を行い、一定な推力を得るために、一定なq軸電流指令を与え、電流フィードバック制御してコイルに電流を流している。
ところが、コアの不均一性、着磁の乱れ、端効果などの要因によってコギングやトルク定数の変動が存在するため、一定なq軸電流指令を与えても、サーボモータが発生する推力は可動子と固定子との相対位置によって変わる。よって、サーボの制御性能を向上させるため、このような推力リップルの補償は不可欠になる。
In the servo motor, thrust is obtained by changing the current flowing in the coil in accordance with the relative position between the mover and the stator.
For example, in a servo motor such as a synchronous linear motor, a permanent magnet is disposed on either side of the mover or the stator, and a coil is disposed on the opposite side, so that the relative position between the mover and the stator is Accordingly, in order to perform dq conversion and obtain a constant thrust, a constant q-axis current command is given, and current feedback control is performed to pass a current through the coil.
However, cogging and torque constant fluctuations exist due to factors such as non-uniformity of the core, disturbance of magnetization, and end effects. Therefore, even if a constant q-axis current command is given, the thrust generated by the servo motor is Depends on the relative position of the stator and the stator. Therefore, in order to improve the servo control performance, such compensation of thrust ripple is indispensable.

従来のサーボモータのトルクリップル補正方法は、トルク指令制御部によって、速度ループ補償器が発生したトルク指令からトルクリップルによるトルク変化相当分を補償している(例えば、特許文献1参照)。
また、サーボモータの電気角に合わせて作った正弦波信号である第1の補正量と、そのサーボモータで駆動する機械の特定の移動距離に合わせて作った正弦波信号である第2の補正量とを、トルク指令に加えているものもある(例えば、特許文献2参照)。
図4は第1従来技術のサーボモータのトルクリップル補正方法の構成を示すブロック線図である。図4において、31は速度ループ補償器、32はトルク定数、33はモータおよび機械系、36はトルク指令制御部である。
トルク指令制御部36は、速度ループ補償器31によって算出されたトルク指令Tcおよびサーボモータのロータ磁石と電機子巻線との空間的位置関係であるロータ位相θmと電機子巻線に流れる電流値Iとに依存するトルクリップルTl(θm,I)とに基づいて、補正トルク指令Tc’を算出する。
いま、トルク定数32をKtとすると、トルクTmは、
Tm=Kt・Tc+Tl(θm,I)
となる。
一方、第1の従来技術のトルクリップル補正方法を適用した場合には、トルク指令Tcはトルク指令制御部36によって補正されて補正トルク指令Tc’となり、
Tm=Kt・Tc’+Tl(θm,I)
となる。
そして、この補正トルク指令Tc’の持つトルク指令の補正量は、トルクリップルTl(θm,I)を補償する補正項Cによって、
Tc’=Tc・(1+C)
と表すことができる。
この場合、トルクTmは、
Tm=Kt・Tc・(1+C)+Tl(θm,I)
=Kt・Tc+Kt・Tc・C+Tl(θm,I)
となり、
C=−Tl(θm,I)/(Kt・Tc)
とすることで、トルクリップルTl(θm,I)を補正することができる。
In a conventional torque ripple correction method for a servo motor, a torque command control unit compensates for a torque change equivalent to torque ripple from a torque command generated by a speed loop compensator (see, for example, Patent Document 1).
Also, a first correction amount, which is a sine wave signal made in accordance with the electrical angle of the servo motor, and a second correction, which is a sine wave signal made in accordance with a specific movement distance of the machine driven by the servo motor. Some have added quantity to the torque command (see, for example, Patent Document 2).
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the torque ripple correction method for the servo motor of the first prior art. In FIG. 4, 31 is a speed loop compensator, 32 is a torque constant, 33 is a motor and mechanical system, and 36 is a torque command control unit.
The torque command control unit 36 calculates the torque command Tc calculated by the speed loop compensator 31, the rotor phase θm that is a spatial positional relationship between the rotor magnet of the servo motor and the armature winding, and the current value that flows through the armature winding. Based on the torque ripple Tl (θm, I) that depends on I, a corrected torque command Tc ′ is calculated.
Now, assuming that the torque constant 32 is Kt, the torque Tm is
Tm = Kt · Tc + Tl (θm, I)
It becomes.
On the other hand, when the torque ripple correction method of the first prior art is applied, the torque command Tc is corrected by the torque command control unit 36 to become a corrected torque command Tc ′.
Tm = Kt · Tc ′ + Tl (θm, I)
It becomes.
The correction amount of the torque command included in the correction torque command Tc ′ is determined by a correction term C that compensates for the torque ripple Tl (θm, I).
Tc ′ = Tc · (1 + C)
It can be expressed as.
In this case, the torque Tm is
Tm = Kt · Tc · (1 + C) + Tl (θm, I)
= Kt.Tc + Kt.Tc.C + Tl (.theta.m, I)
And
C = −Tl (θm, I) / (Kt · Tc)
Thus, the torque ripple Tl (θm, I) can be corrected.

図5は第2従来技術のサーボモータのトルクリップル補償装置の構成を示すブロック線図である。図5において、41はモータ、42はエンコーダ、43は電流制御手段、44はPWM電力変換装置、45は電流検出手段、46はモータ電気角計算手段、47は第1の周波数f・振幅D・位相φ入力手段、48は第1の正弦波計算手段、49はモータ位置計算手段、50は第2の周波数f・振幅D・位相φ入力手段、51は第2の正弦波計算手段、52は第1加算手段、53は第2加算手段である。
モータ電気角計算手段46は、エンコーダ42によって検出されたモータ位置posからモータ電気角θeを計算する。第1の周波数f・振幅D・位相φ入力手段47では、周波数(モータ電気角周波数の整数倍)・振幅・位相を自由に選ぶことができ、それらを第1の正弦波計算手段48に入力する。第1の正弦波計算手段48は、sinテーブルを備えており、モータ電気角θeと入力された周波数f・振幅D・位相φに基づいて、
D・sin(f・θe−φ)
ただし、fは正の整数である。
となる正弦波を作る。
また、この第1の正弦波はm個(mは自然数)作ることができるので、第1のトルクリップル補正量Tcnp1は、
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a torque ripple compensator for a servo motor of the second prior art. In FIG. 5, 41 is a motor, 42 is an encoder, 43 is a current control means, 44 is a PWM power converter, 45 is a current detection means, 46 is a motor electrical angle calculation means, 47 is a first frequency f, amplitude D · Phase φ input means, 48 is first sine wave calculation means, 49 is motor position calculation means, 50 is second frequency f / amplitude D / phase φ input means, 51 is second sine wave calculation means, and 52 is First addition means 53 is a second addition means.
The motor electrical angle calculator 46 calculates the motor electrical angle θe from the motor position pos detected by the encoder 42. In the first frequency f / amplitude D / phase φ input means 47, the frequency (integer multiple of the motor electrical angular frequency), amplitude, and phase can be freely selected, and these are input to the first sine wave calculation means 48. To do. The first sine wave calculation means 48 includes a sin table, and based on the motor electrical angle θe and the input frequency f, amplitude D, and phase φ,
D ・ sin (f ・ θe−φ)
However, f is a positive integer.
Make a sine wave.
Since the first sine wave can be made m (m is a natural number), the first torque ripple correction amount Tcnp1 is

となる。
また、モータ位置計算手段49は、モータ位置posから前述の特定の移動範囲L内でのモータ位置Leを計算する。周波数f・振幅D・位相φ入力手段50では、周波数(モータの特定の距離の移動を1周期とする周波数の整数倍の倍数)・振幅・位相を自由に選ぶことができ、それらを第2の正弦波計算手段51に入力する。周波数f、振幅D、位相φの値は、例えば一定速度にて上記特定の距離以上の範囲を移動したときのトルクデータを読み込み、周波数fの値毎にフーリエ変換の計算を実行し、振幅D、位相φの値を求めることで求まる。第2の正弦波計算手段48は、sinテーブルを備えており、モータ位置Leと入力された周波数f・振幅D・位相φに基づいて、
D・sin{2π・f・(Le/L)−φ}
ただし、fは正の整数である。
となる正弦波を作る。
また、この第2の正弦波はk個(kは自然数)作ることができるので、第2のトルクリップル補正量Tcmp2は、
It becomes.
The motor position calculation means 49 calculates the motor position Le within the specific movement range L from the motor position pos. In the frequency f / amplitude D / phase φ input means 50, the frequency (multiple of an integer multiple of the frequency with a specific distance of the motor as one cycle), amplitude, and phase can be freely selected. To the sine wave calculation means 51. The values of the frequency f, the amplitude D, and the phase φ are, for example, read torque data when moving within a range of the specific distance or more at a constant speed, and performs a Fourier transform calculation for each value of the frequency f. It is obtained by obtaining the value of the phase φ. The second sine wave calculating means 48 includes a sin table, and based on the motor position Le and the input frequency f, amplitude D, and phase φ,
D · sin {2π · f · (Le / L) −φ}
However, f is a positive integer.
Make a sine wave.
Since the second sine wave can be made k (k is a natural number), the second torque ripple correction amount Tcmp2 is

となる。
このようにして、第1のトルクリップル補正量Tcnp1および第2のトルクリップル補正量Tcmp2を求めて、それぞれを加え合わせた値をトルクリップル補正量としている。
特開平7−284286号公報(第8頁、図1) 特開2005−80482号公報(第6頁、図1)
It becomes.
In this way, the first torque ripple correction amount Tcnp1 and the second torque ripple correction amount Tcmp2 are obtained, and a value obtained by adding them is used as the torque ripple correction amount.
JP-A-7-284286 (page 8, FIG. 1) Japanese Patent Laying-Open No. 2005-80482 (page 6, FIG. 1)

第1従来技術のサーボモータのトルクリップル補正方法は、速度ループ補償器が発生したトルク指令にトルクリップルによるトルク変化相当分を補償する係数を乗じた値を補償トルク指令としているので、トルク指令が0である場合に存在しているトルクリップルを補償できないという問題があった。
また、第2従来技術のサーボモータのトルクリップル補償装置は、サーボモータの電気角および回転角度のみに基づいてトルク指令補償値を計算したので、負荷が変化した時の電流によって変化するトルクリップルを補償できないという問題があった。
また、上述の2つ従来技術では、回転モータを想定し、回転角度或いは電気角度に依存する周期的なリップルを補償しているため、リニアモータなど磁極位置に関するリップルの周期性が少ないものに対しては適応できないという問題もあった。
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、推力指令が0である場合に存在している推力リップルであっても、負荷が変化した時の電流によって変化する推力リップルであっても、リップルの周期性が少なくても、高精度に推力リップルを補償し、モータの送りむらを減少させることができる推力リップル補償装置とモータ制御装置を提供することを目的とする。
The torque ripple correction method of the servo motor of the first prior art uses a value obtained by multiplying the torque command generated by the speed loop compensator by a coefficient for compensating for the torque change equivalent due to the torque ripple. There is a problem that the torque ripple that exists when 0 is not compensated.
In addition, since the torque ripple compensation device for the servo motor of the second prior art calculates the torque command compensation value based only on the electrical angle and the rotation angle of the servo motor, the torque ripple that changes depending on the current when the load changes can be obtained. There was a problem that it could not be compensated.
In addition, in the above two prior arts, since a rotating motor is assumed and periodic ripples depending on the rotation angle or electrical angle are compensated, the linearity such as a linear motor with little ripple periodicity is detected. There was also a problem that could not be adapted.
The present invention has been made in view of such a problem. Even if the thrust ripple is present when the thrust command is 0, the thrust ripple varies depending on the current when the load changes. However, an object of the present invention is to provide a thrust ripple compensation device and a motor control device that can compensate for thrust ripples with high accuracy and reduce motor feed unevenness even if the periodicity of the ripples is small.

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項1に記載の発明は、 推力指令(F )およびリニアモータの位置(X)に基づいて補償推力指令(F)を生成する推力リップル補償部と、前記補償推力指令(F)を入力し電流指令を出力する電流指令変換器と、前記リニアモータの電流を前記電流指令に追従させる電流アンプとを備えたリニアモータの推力リップル補償装置において、
前記推力リップル補償部は、前記リニアモータの位置(X)を入力しフーリエ基本波の位相(θ)(以下、「フーリエ基本位相(θ)」という。)を出力する位相計算器と、前記フーリエ基本位相(θ)および前記推力指令(F )に基づいて推力リップル補償値(F)を出力する推力リップル計算器と、前記推力指令(F )に前記推力リップル補償値(F)を加算して前記補償推力指令(F)を出力する加算器とで構成することを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
The invention described in claim 1 includes a thrust ripple compensator that generates a compensation thrust command (F * ) based on the thrust command (F 0 * ) and the position (X) of the linear motor, and the compensation thrust command (F * ) . ) And a current command converter for outputting a current command, and a linear motor thrust ripple compensator comprising a current amplifier that causes the current of the linear motor to follow the current command,
The thrust ripple compensator receives a position (X) of the linear motor and outputs a phase (θ) of a Fourier fundamental wave (hereinafter referred to as “Fourier fundamental phase (θ)”), and the Fourier A thrust ripple calculator that outputs a thrust ripple compensation value (F h ) based on the basic phase (θ) and the thrust command (F 0 * ), and the thrust ripple compensation value (F 0 in the thrust command (F 0 * )). h ), and an adder that outputs the compensation thrust command (F * ).

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のリニアモータの推力リップル補償装置において、前記位相計算器は、前記フーリエ基本位相(θ)を次式で計算することを特徴とするものである。
θ=mod{(X−X),(X−X)}・2π
ただし、Xは補償すべく移動範囲のスタート位置、Xは補償すべく移動範囲のエンド位置、mod{P,Q}はPをQで割った余りを求める関数を表す。
According to a second aspect of the present invention, in the thrust ripple compensator for a linear motor according to the first aspect, the phase calculator calculates the Fourier fundamental phase (θ) by the following equation. Is.
θ = mod {(X−X s ), (X e −X s )} · 2π
Where X s is the start position of the movement range to be compensated, X e is the end position of the movement range to be compensated, and mod {P, Q} is a function for obtaining a remainder obtained by dividing P by Q.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載のリニアモータの推力リップル補償装置において、前記推力リップル計算器は、前記フーリエ基本位相(θ)および前記推力指令(F )に基づいて、前記推力リップル補償値(F)を次式で計算することを特徴とするものである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the thrust ripple compensation device for a linear motor according to the first aspect, wherein the thrust ripple calculator uses the Fourier basic phase (θ) and the thrust command (F 0 * ). Based on this, the thrust ripple compensation value (F h ) is calculated by the following equation.

ただし、Nは一定な自然数である。また、A
However, N is a fixed natural number. Also, An is



であり、Mは一定な自然数、anm,bnm(n=1,2,・・・,N;m=0,1,・・・,M)は定数である。
B n is

M is a constant natural number, and a nm and b nm (n = 1, 2,..., N; m = 0, 1,..., M) are constants.

また、請求項4に記載の発明は、モータ制御装置において、請求項1ないし3のいずれかに記載のリニアモータの推力リップル補償装置を備えることを特徴とするものである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the motor control device, the linear motor thrust ripple compensating device according to any one of the first to third aspects is provided.

請求項1ないし3のいずれかに記載の発明によれば、推力指令およびリニアモータの位置に基づいて実際の推力リップルとの誤差が小さい推力リップル補償値を計算して補償を行うため、推力指令が0である場合に存在している推力リップルであっても、負荷が変化した時の電流によって変化する推力リップルであっても、リニアモータの推力リップルの周期性が少なくても、高精度に推力リップルを補償し、モータの送りむらを減少させる推力リップル補償装置を提供することができる。
また、請求項4に記載の発明によれば、推力指令およびリニアモータの位置に基づいて実際の推力リップルとの誤差が小さい推力リップル補償値を計算して補償を行う推力リップル補償装置を備えているので、推力指令が0である場合に存在している推力リップルであっても、負荷が変化した時の電流によって変化する推力リップルであっても、リニアモータの推力リップルの周期性が少なくても、高精度に推力リップルを補償し、モータの送りむらを減少させることのできるモータ制御装置を提供することができる。
According to the invention described in any one of claims 1 to 3, the thrust command is compensated by calculating a thrust ripple compensation value with a small error from the actual thrust ripple based on the thrust command and the position of the linear motor. Even if the thrust ripple that exists when the torque is 0, the thrust ripple that changes depending on the current when the load changes, even if the periodicity of the thrust ripple of the linear motor is small, high accuracy It is possible to provide a thrust ripple compensation device that compensates for thrust ripple and reduces motor feed unevenness.
According to the fourth aspect of the present invention, the thrust ripple compensator is provided that performs compensation by calculating a thrust ripple compensation value with a small error from the actual thrust ripple based on the thrust command and the position of the linear motor. Therefore, even if the thrust ripple exists when the thrust command is 0 or the thrust ripple changes depending on the current when the load changes, the periodicity of the thrust ripple of the linear motor is small. In addition, it is possible to provide a motor control device that can compensate for thrust ripples with high accuracy and reduce motor feed unevenness.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
実際のモータ制御装置には様々な機能や手段が内蔵されているが、図には本発明に関係する機能や手段のみを記載し説明することとする。また、以下同一名称には極力同一符号を付け重複説明を省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Although various functions and means are built in the actual motor control device, only the functions and means related to the present invention will be described and described in the figure. Hereinafter, the same reference numerals are assigned to the same names as much as possible, and the duplicate description is omitted.

図1は、本発明のリニアモータの推力リップル補償装置の構成を示すブロック線図である。図1において、1はモータ制御装置、4はリニアモータ、5は負荷、6は位置検出器であり、12は電流指令変換器、13は電流アンプ、20は推力リップル補償部、21は推力リップル計算器、22は位相計算器である。
モータ制御装置1は、電流指令変換器12、電流アンプ13、および推力リップル補償部20で構成されており、推力リップル補償部20は、推力指令F およびリニアモータの位置Xを入力し、その推力指令F およびリニアモータの位置Xに基づいて補償推力指令Fを算出して電流指令変換器12に出力する。
電流指令変換器12は、補償推力指令Fを電流指令Iに変換し電流アンプ13に出力する。
電流アンプ13は、電流指令Iに基づいてリニアモータ4にモータ電流Iを流す。
リニアモータ4は、推力を発生し負荷を駆動する。
位置検出器5は、リニアモータ4に装着されており、リニアモータ4の位置Xを検出して推力リップル補償部20に出力する。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a thrust ripple compensator for a linear motor according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a motor control device, 4 is a linear motor, 5 is a load, 6 is a position detector, 12 is a current command converter, 13 is a current amplifier, 20 is a thrust ripple compensator, and 21 is a thrust ripple. A calculator 22 is a phase calculator.
The motor control device 1 includes a current command converter 12, a current amplifier 13, and a thrust ripple compensation unit 20, and the thrust ripple compensation unit 20 inputs a thrust command F 0 * and a linear motor position X, Based on the thrust command F 0 * and the position X of the linear motor, a compensation thrust command F * is calculated and output to the current command converter 12.
The current command converter 12 converts the compensation thrust command F * into a current command I * and outputs it to the current amplifier 13.
Current amplifier 13 flows the motor current I m to the linear motor 4 based on the current command I *.
The linear motor 4 generates thrust and drives a load.
The position detector 5 is attached to the linear motor 4, detects the position X of the linear motor 4, and outputs it to the thrust ripple compensation unit 20.

推力リップル補償部20は、推力リップル計算器21、位相計算器22および加算器23で構成されており、位相計算器22は、リニアモータ4の位置Xを入力し、リニアモータ4の位置Xに基づいてフーリエ基本位相θを計算し推力リップル計算器21に出力する。
推力リップル計算器21は、推力指令F およびフーリエ基本位相θを入力し、その推力指令F およびフーリエ基本位相θに基づいて推力リップル補償値Fを計算し、加算器23に出力する。
加算器23は、推力指令F に推力リップル補償値Fを加算して補償推力指令Fを算出し、電流指令変換器12に出力する。
The thrust ripple compensation unit 20 includes a thrust ripple calculator 21, a phase calculator 22, and an adder 23, and the phase calculator 22 inputs the position X of the linear motor 4 and puts it in the position X of the linear motor 4. Based on this, the Fourier basic phase θ is calculated and output to the thrust ripple calculator 21.
The thrust ripple calculator 21 receives the thrust command F 0 * and the Fourier fundamental phase θ, calculates a thrust ripple compensation value F h based on the thrust command F 0 * and the Fourier fundamental phase θ, and outputs the thrust ripple compensation value F h to the adder 23. To do.
The adder 23 adds the thrust ripple compensation value F h on the thrust instruction F 0 * to calculate a compensation thrust command F *, and outputs the current command converter 12.

以下、推力リップルの補償原理について説明する。
まず、推力リップルFと推力指令Fおよびリニアモータの位置Xとの関係を分析する。
リニアモータの推力Fは、リニアモータのコイルに流れる電流により発生する電磁力Fと、永久磁石が磁性材料との間に発生する吸引力(一般的にコギングと言う)Fとを含む。理想なリニアモータとしては、電磁力Fがモータ電流Iと一定な定数で比例し(すなわち、力定数が定数である)、コギングFが0となることが望ましいが、実際のリニアモータでは、力定数がモータ電流Iおよびリニアモータの位置Xによって変動し、また、コギングFがリニアモータの位置Xによって変わる。
Hereinafter, the compensation principle of thrust ripple will be described.
First, the relationship between the thrust ripple Fr , the thrust command F *, and the position X of the linear motor is analyzed.
The thrust F of the linear motor includes an electromagnetic force F e generated by a current flowing through the coil of the linear motor, and an attractive force (generally referred to as cogging) F c generated between the permanent magnet and the magnetic material. Ideally linear motors, electromagnetic force F e is proportional constant constant motor current I m (i.e., force constant is a constant), it is desirable that the cogging F c is 0, the actual linear motor Then, the force constant varies depending on the motor current Im and the position X of the linear motor, and the cogging F c varies depending on the position X of the linear motor.

本発明が、従来技術と異なる点は、リニアモータの位置Xを入力しフーリエ基本位相θを出力する位相計算器22と、フーリエ基本位相θおよび推力指令F に基づいて推力リップル補償値Fを出力する推力リップル計算器21と、推力指令F に推力リップル補償値Fを加算して補償推力指令Fを出力する加算器23とで構成した推力リップル補償部20を備え、推力指令が0である場合に存在している推力リップルと、負荷が変化した時の電流によって変化する推力リップルと、の両方を共に考慮して補償を行う点である。 The present invention differs from the prior art in that a phase calculator 22 that inputs a linear motor position X and outputs a Fourier fundamental phase θ, and a thrust ripple compensation value F based on the Fourier fundamental phase θ and a thrust command F 0 *. includes a thrust ripple calculator 21 which outputs the h, and thrust command F 0 * thrust ripple compensation section 20 constituted by an adder 23 which adds the thrust ripple compensation value F h outputs a compensation thrust command F * in, Compensation is performed by considering both the thrust ripple that exists when the thrust command is 0 and the thrust ripple that changes depending on the current when the load changes.

図2は、図1の近似等価ブロック線図である。図2において、14は推力定数、15はコギング関数、16は加算器、17は減算器、18はリニアモータの可動子を含む機械可動部のモデルである。
一般的に、電流アンプ13の特性は良いため、モータ電流Iが電流指令Iと等しいと見なせるので、電流アンプ13のモデル化は省略している。
推力定数14は、関数K(I,X)で表わされている。コギング関数15は、関数c(X)で表わされている。リニアモータの可動子を含む機械可動部のモデル18は、加速力Fからリニアモータの位置Xまでの伝達関数で表されている。電磁力FとコギングFとの和がモータの発生する推力Fとなる。
また、推力Fから負荷力Fを差し引いたものが機械可動部を加速する加速力Fとなる。
FIG. 2 is an approximate equivalent block diagram of FIG. In FIG. 2, 14 is a thrust constant, 15 is a cogging function, 16 is an adder, 17 is a subtractor, and 18 is a model of a machine moving part including a mover of a linear motor.
Generally, since the characteristics of the current amplifier 13 is good, since the motor current I m can be regarded as equal to the current command I *, modeling of the current amplifier 13 are omitted.
The thrust constant 14 is represented by a function K (I m , X). The cogging function 15 is represented by a function c (X). The model 18 of the machine movable part including the linear motor movable element is represented by a transfer function from the acceleration force F m to the position X of the linear motor. The sum of the electromagnetic force F e and the cogging F c is the thrust F generated by the motor.
Also, minus the load force F L from the thrust F is the acceleration force F m for accelerating the machine actuators.

図2により、推力Fは式(1)のように表すことができる。
F=F+F=I・K(I,X)+c(X) (1)
また、式(2)が成り立つ。
=I=F/K(2)
式(2)を式(1)に代入し、推力Fは式(3)に示すように補償推力指令Fおよびリニアモータ4の位置Xの関数で表すことができる。
F=(F/K)・K(F/K,X)+c(X)=f(F,X) (3)
式(3)より、推力Fは補償推力指令Fに追従せず、そのリップルは補償推力指令Fおよびリニアモータ4の位置Xによって変わる。
よって、リニアモータに一定な推力Fを発生させるため、補償推力指令Fにリップル補償値を含ませる必要がある。
According to FIG. 2, the thrust F can be expressed as shown in Equation (1).
F = F e + F c = I m · K (I m , X) + c (X) (1)
Moreover, Formula (2) is materialized.
I m = I * = F * / K 0 (2)
Equation (2) is substituted into Equation (1), and thrust F can be expressed as a function of compensation thrust command F * and position X of linear motor 4 as shown in Equation (3).
F = (F * / K 0 ) · K (F * / K 0 , X) + c (X) = f (F * , X) (3)
From equation (3), the thrust F is not follow the compensation thrust command F *, its ripple varies with position X of the compensation thrust command F * and the linear motor 4.
Therefore, in order to generate a constant thrust F in the linear motor, it is necessary to include a ripple compensation value in the compensation thrust command F * .

次に、フーリエ基本位相θおよび推力リップル補償値Fを算出する方法について説明する。
推力Fがリニアモータ4の位置Xの周期関数である場合では、その周期のスタート位置をX、エンド位置をXとする。
推力Fがリニアモータ4の位置Xの周期関数でない場合では、補償すべく移動範囲のスタート位置をX、そのエンド位置をXとする。
よって、フーリエ基本位相θを式(4)のように与える。
θ=mod{(X−X),(X−X)}・2π (4)
ただし、mod{P,Q}はPをQで割った余りを求める関数を表す。
そして、推力リップル補償値Fを式(5)のようなフーリエ級数で表すものとする。
Next, a method for calculating the Fourier basic phase θ and the thrust ripple compensation value F h will be described.
In the case where the thrust F is a periodic function of the position X of the linear motor 4, the start position of the period is X s and the end position is X e .
In the case where the thrust F is not a periodic function of the position X of the linear motor 4, the start position of the movement range is X s and its end position is X e to compensate.
Therefore, the Fourier basic phase θ is given as shown in Equation (4).
θ = mod {(X−X s ), (X e −X s )} · 2π (4)
Here, mod {P, Q} represents a function for obtaining a remainder obtained by dividing P by Q.
Then, it denotes the thrust ripple compensation value F h in the Fourier series of Equation (5).

ただし、Nは一定な自然数である。また、フーリエ係数A(n=1,2,・・・,N)およびB(n=1,2,・・・,N)は式(6)に示すように元の推力指令F の多項式で表すものとする。 However, N is a fixed natural number. The Fourier coefficients A n (n = 1, 2,..., N) and B n (n = 1, 2,..., N) are the original thrust commands F 0 as shown in the equation (6). It shall be expressed by the polynomial of * .

ただし、Mは一定な自然数、anm,bnm(n=1,2,・・・,N;m=0,1,・・・,M)は定数である。
よって、補償推力指令Fは式(6′)のようになる。
Here, M is a constant natural number, and a nm and b nm (n = 1, 2,..., N; m = 0, 1,..., M) are constants.
Therefore, the compensation thrust command F * is as shown in Expression (6 ′).

補償パラメータanmおよびbnmは定数であって、リニアモータを駆動する系が決定された際に決定しておくことにより、リニアモータを運転する際に、毎回、決定する必要はない。
つぎに、補償パラメータanmおよびbnmを決定する方法を説明する。
リニアモータ4の位置Xをフィードバックして位置速度制御系を構成する。
図3は、補償パラメータを決定するために用いた位置速度制御系を構成した一例である。図3において、11は位置速度制御器、30は補償パラメータ決定部である。
位置速度制御器11は、位置指令Xおよびリニアモータ4の位置Xを入力し、その位置指令Xおよびリニアモータの位置Xに基づいて推力指令F を算出し、補償パラメータ決定部30に出力する。
補償パラメータ決定部30は、推力指令F およびリニアモータ4の位置Xに基づいて補償パラメータanmおよびbnmを決定する。
The compensation parameters a nm and b nm are constants, and are determined when the system for driving the linear motor is determined. Therefore, it is not necessary to determine each time the linear motor is operated.
Next, a method for determining the compensation parameters a nm and b nm will be described.
The position / speed control system is configured by feeding back the position X of the linear motor 4.
FIG. 3 shows an example in which the position / velocity control system used to determine the compensation parameter is configured. In FIG. 3, 11 is a position / speed controller, and 30 is a compensation parameter determination unit.
The position / speed controller 11 receives the position command X * and the position X of the linear motor 4, calculates a thrust command F 0 * based on the position command X * and the position X of the linear motor, and the compensation parameter determination unit 30. Output to.
The compensation parameter determination unit 30 determines the compensation parameters a nm and b nm based on the thrust command F 0 * and the position X of the linear motor 4.

まず、スタート位置Xからエンド位置Xまでの区間が定速区間に入るように位置指令Xを設定し、スタート位置Xとエンド位置Xとの間にモータ速度が一定となるように位置速度制御器11の制御ゲインを十分大きく上げるか、若しくは、位置速度制御器に繰り返し補償器を含ませる。
つぎに、リニアモータを動かしながら、リニアモータがスタート位置Xとエンド位置Xとの間に移動する際にリニアモータの位置Xと対応する推力指令F を記録する。
さらに、そのデータに基づいてフーリエ解析してAおよびBを計算する。また、数回負荷力Fを変えてAおよびBを計算する。
最後に、AとBの近似誤差が最小となるように最小2乗法を用いてanmおよびbnmを計算する。
このようにして、補償パラメータanmおよびbnmを決定する。
First, the position command X * is set so that the section from the start position X s to the end position X e enters the constant speed section so that the motor speed is constant between the start position X s and the end position X e. The control gain of the position / velocity controller 11 is sufficiently increased, or the position / velocity controller is repeatedly included with a compensator.
Next, while moving the linear motor, the linear motor records the start position X s and the end position X thrust command F and the corresponding position X of the linear motor when moving between e 0 *.
Further, An and Bn are calculated by Fourier analysis based on the data. Moreover, to calculate the A n and B n by changing the number of times the load force F L.
Finally, a nm and b nm are calculated using the least square method so that the approximation error between An and Bn is minimized.
In this way, the compensation parameters a nm and b nm are determined.

このようにして、リニアモータを運転する際に、リップル測定時に使われた推力指令に近い値を新たな推力指令とすることで、リニアモータがリップル測定時とほぼ同じ動きをするようにさせることができる。
また、リップル測定時にモータ速度が一定となるように制御されたため、加速力Fが0となるので、推力Fが負荷力Fと等しくなり、すなわち、推力リップルが0になっていた。
従って、図1のように補償されたリニアモータが発生する推力リップルも小さくなるので、モータの送りむらを減少させることができる。
In this way, when operating a linear motor, the value close to the thrust command used at the time of ripple measurement is used as the new thrust command, so that the linear motor moves almost the same as at the time of ripple measurement. Can do.
Further, since the motor speed at the time of the ripple measurement is controlled to be constant, since the acceleration force F m is zero, the thrust F becomes equal to the load force F L, i.e., thrust ripple had become 0.
Accordingly, the thrust ripple generated by the compensated linear motor as shown in FIG. 1 is also reduced, so that the motor feed unevenness can be reduced.

本発明のリニアモータの推力リップル補償装置は、従来のサーボモータのトルクリップル補償装置に比較して、推力指令が0である場合に存在している推力リップルと、負荷が変化した時の電流によって変化する推力リップルと、の両方を共に考慮して補償を行うので、トルク指令が0である場合に存在しているトルクリップルが大きくても、負荷が変化しても、モータの送りむらを減少させるという効果がある。   The linear motor thrust ripple compensation device according to the present invention is based on the thrust ripple existing when the thrust command is 0 and the current when the load changes, as compared with the torque ripple compensation device of the conventional servo motor. Compensation takes into account both the changing thrust ripple and reduces the motor feed unevenness even if the torque ripple is large or the load changes when the torque command is 0 There is an effect of making it.

本発明のリニアモータの推力リップル補償装置の構成を示すブロック線図The block diagram which shows the structure of the thrust ripple compensation apparatus of the linear motor of this invention 図1の近似等価ブロック線図Approximate equivalent block diagram of FIG. 補償パラメータを決定するために用いた位置速度制御系を構成した一例An example of a position / velocity control system used to determine compensation parameters 第1従来技術のサーボモータのトルクリップル補正方法の構成を示すブロック線図Block diagram showing the configuration of the torque ripple correction method of the servo motor of the first prior art 第2従来技術のサーボモータのトルクリップル補償装置の構成を示すブロック線図Block diagram showing the configuration of a torque ripple compensator for a servo motor of the second prior art

符号の説明Explanation of symbols

1 モータ制御装置
4 リニアモータ
5 負荷
6 位置検出器
12 電流指令変換器
13 電流アンプ
14 推力定数
15 コギング関数
16 加算器
17 減算器
18 機械可動部のモデル
20 推力リップル補償部
21 推力リップル計算器
22 位相計算器
30 補償パラメータ決定部
31 速度ループ補償器
32 トルク定数
33 および機械系
36 トルク指令制御部
41 モータ
42 エンコーダ
43 電流制御手段
44 PWM電力変換装置
45 電流検出手段
46 モータ電気角計算手段
47 第1の周波数f・振幅D・位相φ入力手段
48 第1の正弦波計算手段
49 モータ位置計算手段
50 第2の周波数f・振幅D・位相φ入力手段
51 第2の正弦波計算手段
52 第1加算手段
53 第2加算手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor controller 4 Linear motor 5 Load 6 Position detector 12 Current command converter 13 Current amplifier 14 Thrust constant 15 Cogging function 16 Adder 17 Subtractor 18 Machine moving part model 20 Thrust ripple compensation part 21 Thrust ripple calculator 22 Phase calculator 30 Compensation parameter determination unit 31 Speed loop compensator 32 Torque constant 33 and mechanical system 36 Torque command control unit 41 Motor 42 Encoder 43 Current control unit 44 PWM power converter 45 Current detection unit 46 Motor electrical angle calculation unit 47 1 frequency f / amplitude D / phase φ input means 48 first sine wave calculation means 49 motor position calculation means 50 second frequency f / amplitude D / phase φ input means 51 second sine wave calculation means 52 first Adder 53 Second adder

Claims (4)

推力指令(F )およびリニアモータの位置(X)に基づいて補償推力指令(F)を生成する推力リップル補償部と、前記補償推力指令(F)を入力し電流指令を出力する電流指令変換器と、前記リニアモータの電流を前記電流指令に追従させる電流アンプとを備えたリニアモータの推力リップル補償装置において、
前記推力リップル補償部は、前記リニアモータの位置(X)を入力しフーリエ基本波の位相(θ)(以下、「フーリエ基本位相(θ)」という。)を出力する位相計算器と、前記フーリエ基本位相(θ)および前記推力指令(F )に基づいて推力リップル補償値(F)を出力する推力リップル計算器と、前記推力指令(F )に前記推力リップル補償値(F)を加算して前記補償推力指令(F)を出力する加算器とで構成することを特徴とするリニアモータの推力リップル補償装置。
A thrust ripple compensator that generates a compensation thrust command (F * ) based on the thrust command (F 0 * ) and the position (X) of the linear motor, and inputs the compensation thrust command (F * ) and outputs a current command In a thrust ripple compensator for a linear motor comprising a current command converter and a current amplifier that causes the current of the linear motor to follow the current command,
The thrust ripple compensator receives a position (X) of the linear motor and outputs a phase (θ) of a Fourier fundamental wave (hereinafter referred to as “Fourier fundamental phase (θ)”), and the Fourier A thrust ripple calculator that outputs a thrust ripple compensation value (F h ) based on the basic phase (θ) and the thrust command (F 0 * ), and the thrust ripple compensation value (F 0 in the thrust command (F 0 * )). h ) and an adder that outputs the compensation thrust command (F * ) by adding the same to the thrust ripple compensation device for a linear motor.
前記位相計算器は、前記フーリエ基本位相(θ)を次式で計算することを特徴とする請求項1に記載のリニアモータの推力リップル補償装置。
θ=mod{(X−X),(X−X)}・2π
ただし、Xは補償すべく移動範囲のスタート位置、Xは補償すべく移動範囲のエンド位置、mod{P,Q}はPをQで割った余りを求める関数を表す。
The thrust ripple compensator for a linear motor according to claim 1, wherein the phase calculator calculates the Fourier fundamental phase (θ) by the following equation.
θ = mod {(X−X s ), (X e −X s )} · 2π
Where X s is the start position of the movement range to be compensated, X e is the end position of the movement range to be compensated, and mod {P, Q} is a function for obtaining a remainder obtained by dividing P by Q.
前記推力リップル計算器は、前記フーリエ基本位相(θ)および前記推力指令(F )に基づいて、前記推力リップル補償値(F)を次式で計算することを特徴とする請求項1に記載のリニアモータの推力リップル補償装置。

ただし、Nは一定な自然数である。また、A



であり、Mは一定な自然数、anm,bnm(n=1,2,・・・,N;m=0,1,・・・,M)は定数である。
The thrust ripple calculator calculates the thrust ripple compensation value (F h ) by the following equation based on the Fourier basic phase (θ) and the thrust command (F 0 * ). The thrust ripple compensator for linear motors described in 1.

However, N is a fixed natural number. Also, An is

B n is

M is a constant natural number, and a nm and b nm (n = 1, 2,..., N; m = 0, 1,..., M) are constants.
請求項1ないし3のいずれかに記載のリニアモータの推力リップル補償装置を備えることを特徴とするモータ制御装置。   A motor control device comprising the linear motor thrust ripple compensation device according to claim 1.
JP2007336293A 2007-12-27 2007-12-27 Thrust ripple compensator for linear motor and motor controller Pending JP2009159751A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007336293A JP2009159751A (en) 2007-12-27 2007-12-27 Thrust ripple compensator for linear motor and motor controller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007336293A JP2009159751A (en) 2007-12-27 2007-12-27 Thrust ripple compensator for linear motor and motor controller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009159751A true JP2009159751A (en) 2009-07-16

Family

ID=40963145

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007336293A Pending JP2009159751A (en) 2007-12-27 2007-12-27 Thrust ripple compensator for linear motor and motor controller

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009159751A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015092917A1 (en) 2013-12-20 2015-06-25 富士機械製造株式会社 Linear motor thrust constant deriving method and movement control method, and linear motor thrust constant deriving device and movement control device
WO2022057010A1 (en) * 2020-09-21 2022-03-24 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Method for suppressing thrust ripple of linear motor, related device, and medium

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015092917A1 (en) 2013-12-20 2015-06-25 富士機械製造株式会社 Linear motor thrust constant deriving method and movement control method, and linear motor thrust constant deriving device and movement control device
US10097127B2 (en) 2013-12-20 2018-10-09 Fuji Corporation Thrust constant derivation method and movement control method of linear motor, and thrust constant derivation device and movement control device of linear motor
WO2022057010A1 (en) * 2020-09-21 2022-03-24 瑞声声学科技(深圳)有限公司 Method for suppressing thrust ripple of linear motor, related device, and medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ni et al. A new position and speed estimation scheme for position control of PMSM drives using low-resolution position sensors
Bu et al. Speed ripple reduction of direct-drive PMSM servo system at low-speed operation using virtual cogging torque control method
Husain et al. Modeling, simulation, and control of switched reluctance motor drives
KR101301385B1 (en) Speed control apparatus for the switched reluctance motor
JP3640120B2 (en) Control device for synchronous motor
JP4221307B2 (en) Synchronous motor control device, electrical equipment and module
JP5332400B2 (en) Torque pulsation suppression device and suppression method for electric motor
Kamalzadeh et al. Accurate tracking controller design for high-speed drives
JP2007295716A (en) Torque control device of permanent magnet synchronous motor
JP2009136085A (en) Controller of ac motor
CN103780187B (en) Permanent magnet synchronous motor high-dynamic response current method and system
CN110365268A (en) Torque ripple compensation in motor control system
KR101393765B1 (en) Model based disturbance observer for torque ripple reduction
CN110073590A (en) Control system for motor circuit
GB2227619A (en) Brushless motor
JP2017051089A (en) Driving device, positioning device, lithography device, and method for manufacturing article
JP2019083672A (en) Inverter, and drive control method for motor
JPS5956881A (en) Control system for servo motor
Le et al. A sensorless anti-windup speed control approach to axial gap bearingless motors with nonlinear lumped mismatched disturbance observers
Pan et al. High-precision control of LSRM based X–Y table for industrial applications
JP2009159751A (en) Thrust ripple compensator for linear motor and motor controller
JP2010130854A (en) Thrust ripple compensating arrangement of linear motor and compensating method thereof
CN113872481B (en) Method for measuring speed of long primary linear induction motor
JP2009159741A (en) Instrument and method for measuring thrust ripple in linear motor, and motor controller
Sami et al. Design of fractional order terminal sliding mode control for robust speed tracking in sensorless multiphase drive systems