JP2010110145A - Drive unit of ac motor, and drive control device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流指令に応じた駆動電流を交流モータに供給する交流モータの駆動装置、及びこれを備えている駆動制御装置に関する。 The present invention relates to an AC motor drive device that supplies a drive current corresponding to a current command to an AC motor, and a drive control device including the drive device.
交流モータの駆動装置としては、例えば、以下の特許文献1に開示されているものがある。 As an AC motor drive device, for example, there is one disclosed in Patent Document 1 below.
この特許文献1に開示されている駆動装置では、3相リニアモータのU相、V相、W相に供給する駆動電流の電流値をそれぞれ検知し、各相の検知電流値に基づいて、各相に供給する電力の指令電流値を変更している。すなわち、この駆動装置は、3相リニアモータのU相、V相、W相に供給する電流値をフィードバック制御して、電流指令値に対する実際の電流値の誤差分を少なくしている。 In the drive device disclosed in Patent Document 1, the current values of the drive currents supplied to the U phase, the V phase, and the W phase of the three-phase linear motor are detected, and based on the detected current values of the respective phases, The command current value of the power supplied to the phase is changed. That is, this drive device feedback controls the current values supplied to the U-phase, V-phase, and W-phase of the three-phase linear motor to reduce the error in the actual current value with respect to the current command value.
近年、リニアモータは、省電力化のために、推力定数が大きくなってきている。リニアモータでは、推力定数が大きくなると、これに応じて逆起電力定数も大きくなり、駆動装置とリニアモータとをつなぐ電力供給線に流れる逆起電力が大きくなる。また、近年では、リニアモータの可動子を高速移動させる傾向が高く、この場合も、電力供給線に流れる逆起電力が大きくなる。 In recent years, the linear motor has a large thrust constant for power saving. In the linear motor, when the thrust constant increases, the back electromotive force constant increases accordingly, and the back electromotive force flowing through the power supply line connecting the driving device and the linear motor increases. In recent years, there is a high tendency to move the mover of the linear motor at a high speed, and in this case also, the back electromotive force flowing through the power supply line increases.
しかしながら、以上のように逆起電力が大きくなると、前述の特許文献1に記載の技術のように、電流フィードバック制御のみでは、モータ可動子の位置や速度を正確に制御することができないという問題点がある。 However, when the back electromotive force increases as described above, the position and speed of the motor movable element cannot be accurately controlled only by current feedback control as in the technique described in Patent Document 1 described above. There is.
本発明は、このような従来技術の問題点に着目し、モータ可動子の位置や速度をより正確に制御することができるモータの駆動装置及びこれを備えている駆動制御装置を提供することを目的とする。 The present invention pays attention to such problems of the prior art, and provides a motor drive device and a drive control device including the motor drive device that can more accurately control the position and speed of the motor mover. Objective.
前記問題点を解決するための発明に係る交流モータの駆動装置は、
電流指令に応じた駆動電流を交流モータに供給する交流モータの駆動装置において、
前記交流モータに供給される駆動電流の電流値を検知する電流検知器と、前記電流指令が示す電流値と前記電流検知器で検知された電流値との偏差に応じた電流値を示す新たな電流指令を出力する電流フィードバック制御手段と、前記交流モータの逆起電力に相当する電流値を示す電流補正指令を受け付け、前記電流フィードバック制御手段から出力された前記電流指令が示す電流値に、該電流補正指令が示す電流値を加算し、加算により得られた電流値を示す電流指令を出力する電流補正指令加算手段と、前記電流補正指令加算手段から出力された前記電流指令が示す電流値に応じた駆動電流を前記交流モータに供給するモータ駆動回路と、を備えていることを特徴とする。
An AC motor drive device according to the invention for solving the above problems is as follows:
In an AC motor drive device that supplies a drive current according to a current command to an AC motor,
A current detector for detecting a current value of a drive current supplied to the AC motor, and a new value indicating a current value according to a deviation between a current value indicated by the current command and a current value detected by the current detector. A current feedback control means for outputting a current command, a current correction command indicating a current value corresponding to a back electromotive force of the AC motor, and a current value indicated by the current command output from the current feedback control means; A current correction command adding means for adding a current value indicated by the current correction command and outputting a current command indicating the current value obtained by the addition; and a current value indicated by the current command output from the current correction command adding means. And a motor drive circuit for supplying a corresponding drive current to the AC motor.
また、前記問題点を解決するための交流モータの駆動制御装置は、
以上の駆動装置と、該駆動装置の前記電流フィードバック制御手段に前記電流指令を出力する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記電流フィードバック制御手段に出力する前記電流指令を生成する電流指令生成手段と、前記交流モータの固定子に対する可動子の相対位置と前記逆起電力との予め定めた関係を用いて、該可動子の相対位置を検知する位置センサからの位置情報に応じた逆起電力を求め、該逆起電力に相当する電流値を示す前記電流補正指令を生成する電流補正指令生成手段と、を有することを特徴とする。
In addition, an AC motor drive control device for solving the above problems is
The above drive device, and a control device that outputs the current command to the current feedback control means of the drive device,
The control device includes:
Using a predetermined relationship between a current command generating means for generating the current command to be output to the current feedback control means, a relative position of the mover with respect to the stator of the AC motor, and the back electromotive force, the mover Current correction command generating means for obtaining a back electromotive force corresponding to position information from a position sensor that detects a relative position of the current and generating the current correction command indicating a current value corresponding to the back electromotive force. Features.
本発明によれば、制御装置から出力される電流指令値に、交流モータで発生する逆起電力に相当する電流値が加えられるので、モータ可動子の位置や速度をより正確に制御することができる。 According to the present invention, since the current value corresponding to the counter electromotive force generated by the AC motor is added to the current command value output from the control device, the position and speed of the motor mover can be controlled more accurately. it can.
以下、本発明に係る交流モータの駆動制御装置の実施形態について、図面を用いて説明する。 Embodiments of an AC motor drive control apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態の駆動制御装置が駆動制御する交流モータは、図1に示すように、三相リニアモータ30である。この三相リニアモータ30は、可動子又は固定子を成す負荷コイルと、固定子又は可動子を成す永久磁石(図示されていない)と、固定子に対する可動子の相対位置を検知する位置センサ32と、を有している。負荷コイルとしては、U相コイル31uと、V相コイル31vと、W相コイル31wとがある。各相コイル31u,31v,31wの駆動側と反対側の端子は、相互に結線されて、電源回路40のアースに接続されている。
The AC motor that is driven and controlled by the drive control device of the present embodiment is a three-phase linear motor 30 as shown in FIG. The three-phase linear motor 30 includes a load coil that forms a mover or a stator, a permanent magnet (not shown) that forms a stator or a mover, and a
以上の三相リニアモータ30を駆動制御する駆動制御装置は、三相リニアモータ30の各相に供給する駆動電流の電流値を示す電流指令、及びこの電流指令が示す電流値を補正する電流補正指令を出力する制御装置20と、電源回路40からの電力を各相毎の電流指令等に応じた駆動電流に調整して三相リニアモータ30の各相に供給する駆動装置10と、を備えている。 The drive control device for driving and controlling the three-phase linear motor 30 described above includes a current command indicating a current value of a drive current supplied to each phase of the three-phase linear motor 30, and a current correction for correcting the current value indicated by the current command. A control device 20 that outputs a command, and a drive device 10 that adjusts the power from the power supply circuit 40 to a drive current according to a current command for each phase and supplies the current to each phase of the three-phase linear motor 30. ing.
制御装置20は、機能的には、前述の電流指令を生成する電流指令生成部21と、前述の電流補正指令を生成する電流補正指令生成部22と、を有している。電流補正指令生成部22は、三相リニアモータ30の固定子に対する可動子の相対位置と、三相リニアモータ30で発生する逆起電力との関係を示す式を保持しており、この式に位置センサ32で検知され可動子の相対位置を代入して、三相リニアモータ30で発生している逆起電力を求め、この逆起電力相当の電流値を示す電流補正指令を生成する。
Functionally, the control device 20 includes a current
この制御装置20は、ハードウェア的には、コンピュータであり、各種演算処理を実行するCPUと、CPUが実行するプログラムやデータ等が予め格納されているROMと、CPUのワークエリア等になるRAMと、キーボード等の入力装置と、駆動装置10や三相リニアモータ30との間で信号の受送信を行うインタフェースと、を備えている。この制御装置20の前述の各機能部21,22は、いずれも、CPUがROM等に格納されているプログラムを実行することで機能する。
The control device 20 is a computer in terms of hardware, and includes a CPU that executes various arithmetic processes, a ROM that stores programs and data executed by the CPU in advance, and a RAM that serves as a work area for the CPU. And an input device such as a keyboard, and an interface for transmitting and receiving signals between the driving device 10 and the three-phase linear motor 30. Each of the aforementioned
駆動装置10は、三相リニアモータ30のU相コイル31uに電流を供給するU相駆動部11uと、V相コイル31vに電流を供給するV相駆動部11vと、W相コイル31wに電流を供給するW相駆動部11wと、制御装置20からの各種指令を示すディジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータ12と、を有している。
The drive device 10 supplies current to the U-phase drive unit 11u that supplies current to the
各相の駆動部11u,11v,11wは、いずれも、三相交流モータ30の対応相に供給される駆動電流の電流値を検知する電流検知器17と、この電流検知器17からの出力を増幅するアンプ18と、D/Aコンバータ12でアナログ信号に変換された制御装置20からの電流指令値と前記アンプ18からの出力との偏差に応じた電流値を示す新たな電流指令を出力する電流フィードバック制御部13と、D/Aコンバータ12でアナログ信号に変換された制御装置20からの電流補正指令を受け付ける補正指令入力部14と、電流フィードバック制御部13からの電流指令値に、補正指令入力部14からの電流補正指令が示す電流値を加算して、新たな電流指令を出力する電流補正指令加算部15と、この電流補正指令加算部15から出力された電流指令値に応じた駆動電流を三相リニアモータ30の対応相に供給するモータ駆動回路16と、を有している。
Each of the drive units 11u, 11v, and 11w of each phase has a
電流フィードバック制御部13は、アンプU1と、D/Aコンバータ12からの電流指令が入力すると共に、アンプU1の入力端に直列接続されている抵抗R1と、アンプU1に並列接続されている抵抗R2と、この抵抗R2に直列接続されているコンデンサC1と、アンプU1に並列接続されているコンデンサC2と、電流検知器17で検知された電流値が入力すると共に、抵抗R1とアンプU1の入力端との間に接続されている抵抗R3と、を有している。なお、この電流フィードバック制御部13は、比例積分回路であり、D/Aコンバータ12からの電流指令が示す電流値と電流値増幅用アンプ18からの出力との偏差に比例させ、さらに、この偏差の時間積分に比例させて、新たな電流指令値を出力する。
The current
補正指令入力部14は、アンプU2と、D/Aコンバータ12からの電流補正指令が入力すると共に、アンプU2の入力端に直列接続されている抵抗R4と、アンプU2に並列接続されている抵抗R5と、を有している。
The correction
電流補正指令加算部15は、アンプU3と、電流フィードバック制御部13から電流指令が入力すると共に、アンプU3の入力端に直列接続されている抵抗R6と、アンプU3に並列接続されている抵抗R7と、補正指令入力部14からの電流補正指令が入力すると共に、抵抗R6とアンプU3の入力端との間に接続されている抵抗R8と、を有している。
The current correction
モータドライバ回路16は、電流補正指令加算部15から電流指令が入力するPWMPWM(Pulse Width Modulation)制御回路(図示されていない)と、電源回路40からの電力をPWM制御回路(図示されていない)からの出力に応じた電流値の駆動電流に変えて、対応相にこの駆動電流を供給する出力段回路と、を有している。なお、ここでは、電流値制御のために、効率が高く低発熱のPWM制御回路を用いているが、この替わりに、リニア制御回路等、他の制御回路を用いてもよい。
The
次に、本実施形態の駆動制御装置の作用について説明する。 Next, the operation of the drive control device of this embodiment will be described.
仮に、駆動装置10の補正指令入力部14及び電流補正指令加算部15が無く、制御装置20からモータ可動子が所定の速度にするための電流指令が出力されたとする。この場合、制御装置20からの電流指令が示す電流値と電流値増幅アンプ18からの出力との偏差に応じた電流値を示す電流指令がモータドライバ回路16に入力する。モータドライバ回路16は、この電流指令に応じた駆動電流を三相リニアモータ30の対応相へ出力する。一方、三相リニアモータ30の対応相では、逆起電力が発生し、この逆起電力が駆動装置10側へ流れる。このため、モータドライバ回路16と三相リニアモータ30の対応相との間には、電流指令に応じた交流電力(駆動電流)と逆起電力との合成電力が流れることになる。この結果、対応相には、制御装置20からの電流指令値と異なる電流値の電流が流れ、しかも、この電流の位相も目的の位相と異なることになる。
Assume that the correction
このように、三相リニアモータ30の対応相には、制御装置20からの電流指令値と異なる電流値の電流が流れるため、電流フィードバック制御部13では、制御装置20からの電流指令値と対応相に流れる電流値との偏差に基づき、新たな電流指令を出力する。モータドライバ回路16は、この新たな電流指令に応じた駆動電流を三相リニアモータ30の対応相へ出力する。この結果、三相リニアモータ30の可動子は、最終的に、目的とする所定の速度になる。
Thus, since a current having a current value different from the current command value from the control device 20 flows in the corresponding phase of the three-phase linear motor 30, the current
一方、本実施形態では、つまり、補正指令入力部14及び電流補正指令加算部15を有する駆動制御装置では、制御装置20は、モータ可動子が所定の速度にするための電流指令を出力すると共に、この電流指令を出力した際に発生する逆起電力に対応する電流値を示す電流補正指令も出力する。
On the other hand, in the present embodiment, that is, in the drive control device having the correction
ここで、制御装置20の補正電流指令生成部42による電流補正指令の生成方法について説明する。 Here, a method of generating a current correction command by the correction current command generation unit 42 of the control device 20 will be described.
リニアモータの場合、このリニアモータで発生する逆起電力によって発生する電圧Eは、モータ可動子の位置s、速度v、加速度αに依存する。また、リニアモータに電力を供給しない状態で、何らかの手段でリニアモータの可動子を移動させたときに、リニアモータで発生する電圧を計測すれば、この移動状態での逆起電力による電圧を計測することができる。 In the case of a linear motor, the voltage E generated by the counter electromotive force generated by the linear motor depends on the position s, speed v, and acceleration α of the motor movable element. Also, if the voltage generated by the linear motor is measured when the linear motor mover is moved by some means without supplying power to the linear motor, the voltage due to the counter electromotive force in this moving state is measured. can do.
このため、リニアモータに電力を供給しない状態で、何らかの手段でリニアモータの可動子を移動させ、このリニアモータで発生する電圧を計測し、この計測値とそのときのモータ可動子の位置s、速度v、加速度αとから、これらのパラメータと逆起電力によって発生する電圧Eとの関係を示す関数fを導き出すことができる。なお、この関数fを理論的に導き出すことも可能であるが、理論的に関数fを導き出した場合、この関数fを用いて求められる逆起電力による電圧には、実際のリニアモータで発生する逆起電力による電圧との誤差が比較的大きくなることが多いので、以上のように、逆起電力による電圧を計測し、この計測値を用いて、関数fを導き出すことが好ましい。 For this reason, in a state in which power is not supplied to the linear motor, the linear motor movable element is moved by some means, the voltage generated by the linear motor is measured, and the measured value and the position s of the motor movable element at that time are measured. A function f indicating the relationship between these parameters and the voltage E generated by the back electromotive force can be derived from the velocity v and the acceleration α. It is possible to theoretically derive this function f. However, when the function f is theoretically derived, the voltage due to the counter electromotive force obtained using this function f is generated by an actual linear motor. Since the error from the voltage due to the back electromotive force often becomes relatively large, it is preferable to measure the voltage due to the back electromotive force and derive the function f using this measured value as described above.
関数fが定まれば、モータ可動子の位置s、速度v、加速度αをリニアモータ30に設けられているセンサから取得することで、これらのデータの取得時における逆起電力による電圧を算出することができる。 When the function f is determined, the voltage s, the speed v, and the acceleration α of the motor movable element are acquired from the sensor provided in the linear motor 30 to calculate the voltage due to the back electromotive force when acquiring these data. be able to.
ところで、本実施形態のリニアモータ30は、ステージの駆動に用いられるものである。このステージは、モータ可動子の位置に応じて、このモータ可動子の速度及び加速度が予め定められている。そこで、本実施形態では、モータ可動子の位置に応じて、予め定められている速度及び加速度で、モータ可動子を何らかの手段で移動させ、このときにリニアモータ30で発生する電圧を計測し、この計測値とそのときのモータ可動子の位置sとから、逆起電力による電圧Eとモータ可動子の位置sとの関係を示すgを導き出している。 By the way, the linear motor 30 of this embodiment is used for driving a stage. In this stage, the speed and acceleration of the motor movable element are predetermined according to the position of the motor movable element. Therefore, in the present embodiment, the motor mover is moved by some means at a predetermined speed and acceleration according to the position of the motor mover, and the voltage generated in the linear motor 30 at this time is measured. From this measured value and the position s of the motor movable element at that time, g indicating the relationship between the voltage E due to the back electromotive force and the position s of the motor movable element is derived.
補正電流指令生成部42は、この関数gを保持しており、リニアモータ30に設けられている位置センサ32で検知された可動子の位置を、この関数gに代入して、このときの逆起電力を求める。補正電流指令生成部42は、次に、この逆起電力に対応する電流値を求めて、この電流値を示す電流補正指令を出力する。なお、ここでは、関数gを保持しておき、この関数gを用いて、可動子の位置に対応する逆起電力による電圧を求めているが、可動子の各種位置毎の逆起電力による電圧を示すマップを保持しておき、このマップを用いて、可動子の位置に対応する逆起電力による電圧を求めるようにしてもよい。
The correction current command generation unit 42 holds this function g, and substitutes the position of the mover detected by the
次に、補正指令入力部14及び電流補正指令加算部15を有する駆動装置10の動作について説明する。
Next, the operation of the drive device 10 having the correction
駆動装置10の電流フィードバック制御部13は、補正指令入力部14及び電流補正指令加算部15が無い前述の場合と同様に、制御装置20からの電流指令値と対応相に流れる電流値との偏差に基づき、新たな電流指令を出力する。この新たな電流指令値には、制御装置20の補正電流指令生成部22から、補正指令入力部14を介して入力した補正電流指令が示す電流値、つまり逆起電力相当の電流値が、電流補正指令加算部15で加算され、この加算電流値を示す電流指令が出力される。モータドライバ回路16は、この電流補正指令加算部15からの電流指令に応じた駆動電流を三相リニアモータ30の対応相へ出力する。この際、対応相へ供給される電流は、制御装置20からの電流指令値に対応する電流値の駆動電流に、この駆動電流を供給したときに発生する逆起電力の電流(但し、駆動電流とは逆向きの流れ)を加えた電力である。このため、三相リニアモータ30に供給される実際の駆動電流の電流値は、制御装置20からの電流指令値に対して、逆起電力による誤差を最小限に抑えた値となる。
The current
10:駆動装置、11u:U相駆動部、11v:V相駆動部、11W:W相駆動部、12:D/Aコンバータ、13:電流フィードバック制御部、14:補正指令入力部、15:電流補正指令加算部、16:モータドライバ回路、17:電流検知器、20:制御装置、21:電流指令生成部、22:電流補正指令生成部、30:三相リニアモータ、31u:U相コイル、31v:V相コイル、31W:W相コイル、32:位置センサ、40:電源回路 10: drive device, 11u: U-phase drive unit, 11v: V-phase drive unit, 11W: W-phase drive unit, 12: D / A converter, 13: current feedback control unit, 14: correction command input unit, 15: current Correction command addition unit, 16: motor driver circuit, 17: current detector, 20: control device, 21: current command generation unit, 22: current correction command generation unit, 30: three-phase linear motor, 31u: U-phase coil, 31v: V-phase coil, 31W: W-phase coil, 32: position sensor, 40: power supply circuit
Claims (2)
前記交流モータに供給される駆動電流の電流値を検知する電流検知器と、
前記電流指令が示す電流値と前記電流検知器で検知された電流値との偏差に応じた電流値を示す新たな電流指令を出力する電流フィードバック制御手段と、
前記交流モータの逆起電力に相当する電流値を示す電流補正指令を受け付け、前記電流フィードバック制御手段から出力された前記電流指令が示す電流値に、該電流補正指令が示す電流値を加算し、加算により得られた電流値を示す電流指令を出力する電流補正指令加算手段と、
前記電流補正指令加算手段から出力された前記電流指令が示す電流値に応じた駆動電流を前記交流モータに供給するモータ駆動回路と、
を備えていることを特徴とする交流モータの駆動装置。 In an AC motor drive device that supplies a drive current according to a current command to an AC motor,
A current detector for detecting the current value of the drive current supplied to the AC motor;
Current feedback control means for outputting a new current command indicating a current value according to a deviation between a current value indicated by the current command and a current value detected by the current detector;
Accepting a current correction command indicating a current value corresponding to the back electromotive force of the AC motor, adding the current value indicated by the current correction command to the current value indicated by the current command output from the current feedback control means, Current correction command adding means for outputting a current command indicating a current value obtained by the addition;
A motor drive circuit for supplying a drive current corresponding to the current value indicated by the current command output from the current correction command adding means to the AC motor;
A drive device for an AC motor comprising:
前記制御装置は、
前記電流フィードバック制御手段に出力する前記電流指令を生成する電流指令生成手段と、
前記交流モータの固定子に対する可動子の相対位置と前記逆起電力との予め定めた関係を用いて、該可動子の相対位置を検知する位置センサからの位置情報に応じた逆起電力を求め、該逆起電力に相当する電流値を示す前記電流補正指令を生成する電流補正指令生成手段と、
を有することを特徴とする交流モータの駆動制御装置。 A drive device according to claim 1, and a control device that outputs the current command to the current feedback control means of the drive device,
The control device includes:
Current command generating means for generating the current command to be output to the current feedback control means;
Using a predetermined relationship between the relative position of the mover with respect to the stator of the AC motor and the counter electromotive force, the counter electromotive force is obtained in accordance with position information from a position sensor that detects the relative position of the mover. Current correction command generating means for generating the current correction command indicating a current value corresponding to the counter electromotive force;
An AC motor drive control device comprising:
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