JP2011125073A - Motor drive control device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータドライブ装置の制御技術に関する。 The present invention relates to a control technology for a motor drive device.
従来、固定子と移動子を有するモータドライブ装置において、移動子の位置情報を検出する技術として、レゾルバより得られるSIN信号とCOS信号を用いる技術が知られている。この技術において、位置信号の精度は、SIN信号及びCOS信号に基づくリサージュの真円に対する近似度に依存する。従って、移動子の位置及び速度精度は、レゾルバより得られるSIN信号及びCOS信号に正弦と余弦の関係が保たれること、また、これらの信号が波形として安定していることに依存する。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a motor drive device having a stator and a mover, a technique using a SIN signal and a COS signal obtained from a resolver is known as a technique for detecting position information of the mover. In this technique, the accuracy of the position signal depends on the degree of approximation of the Lissajous circle based on the SIN and COS signals. Therefore, the position and velocity accuracy of the moving element depends on the sine and cosine signals obtained from the resolver being maintained in a sine and cosine relationship, and that these signals are stable in waveform.
上述した位置情報は、平面モータに適用した場合、特にその精度の維持が困難となる。ここで、平面モータについて説明する。図12は、従来の平面モータを示す図である。図12に示すように、平面モータ9は、固定子としてのプラテン91と移動子としてのスライダ92を備える。スライダ92は複数の磁極を有し、プラテン91、スライダ92の複数の磁極のそれぞれは、スライダ92の移動方向に対して直角方向に溝と歯を有する。この平面モータ9において、ある歯から隣の歯までの距離、つまり歯と隣り合う溝との間隔を合わせた距離をピッチと呼び、プラテン91の歯からスライダ92の歯までの距離をギャップと呼ぶ。このような平面モータ9において、プラテン91の歯のピッチは、加工精度、面の粗さ、そりなどに依存する。
When the position information described above is applied to a planar motor, it is particularly difficult to maintain its accuracy. Here, the planar motor will be described. FIG. 12 is a diagram showing a conventional planar motor. As shown in FIG. 12, the
以上のことから、プラテン91の歯のピッチが場所によって異なる場合、レゾルバからの信号はその影響を受けてしまうという問題が生じる。スライダ92の制御は、レゾルバからの信号に基づいてなされているため、プラテン91上のスライダ92の位置によっては、リサージュが楕円性質や高調波を含む波形になる。このことは、位置情報に基づく速度情報におけるリップル(速度リップル)が生じることを意味する。また、上述した速度リップルを低減させるためにリアルタイムに位置情報に補正をかける場合、位置情報の再現性が低減するという問題がある。これはスライダ92が静止する直前の動作方向により補正値が異なることに起因する。
From the above, when the pitch of the teeth of the
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、モータドライブ装置の移動子の位置情報の再現性を維持しつつ、速度リップルを低減することができるモータドライブ制御装置、モータドライブ制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and a motor drive control device and a motor drive capable of reducing speed ripple while maintaining the reproducibility of the position information of the mover of the motor drive device. An object is to provide a control method.
上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、モータドライブ装置における移動子より出力される位相のずれた2つの正弦波状信号に基づくリサージュ曲線に近似する楕円を示す楕円パラメータを算出する楕円算出部と、前記楕円パラメータにより示される楕円
が真円となるように前記2つの正弦波状信号を補正する補正部と、前記補正された2つの正弦波状信号に基づくリサージュ曲線を前記移動子の移動速度を示す速度情報に変換する変換部と、前記速度情報とに基づいて、前記モータドライブ装置を制御する制御部とを備える。
In order to solve the above-described problem, one aspect of the present invention is an ellipse that calculates an ellipse parameter indicating an ellipse that approximates a Lissajous curve based on two sinusoidal signals out of phase output from a moving element in a motor drive device. A calculating unit; a correcting unit that corrects the two sinusoidal signals so that the ellipse indicated by the ellipse parameter is a perfect circle; and a Lissajous curve based on the two corrected sinusoidal signals. A conversion unit that converts speed information indicating speed and a control unit that controls the motor drive device based on the speed information are provided.
また、本発明の他の一態様は、モータドライブ装置における移動子より出力される位相のずれた2つの正弦波状信号に基づくリサージュ曲線に近似する楕円を示す楕円パラメータを算出し、前記楕円パラメータにより示される楕円が真円となるように前記2つの正弦波状信号を補正し、補正した2つの正弦波状信号に基づくリサージュ曲線を前記移動子の移動速度を示す速度情報に変換し、前記速度情報とに基づいて、前記モータドライブ装置を制御する。 According to another aspect of the present invention, an ellipse parameter indicating an ellipse that approximates a Lissajous curve based on two sine wave signals that are out of phase output from a moving element in a motor drive device is calculated. The two sinusoidal signals are corrected so that the indicated ellipse is a perfect circle, a Lissajous curve based on the two corrected sinusoidal signals is converted into speed information indicating the moving speed of the moving element, and the speed information and The motor drive device is controlled based on the above.
モータドライブ装置の移動子の位置情報の再現性を維持しつつ、速度リップルを低減することができる。 The speed ripple can be reduced while maintaining the reproducibility of the position information of the mover of the motor drive device.
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本実施の形態に係るモータドライブシステムの構成について説明する。図1は、本実施の形態に係るモータドライブシステムの構成を示す図である。 First, the configuration of the motor drive system according to the present embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a motor drive system according to the present embodiment.
図1に示すように、本実施の形態に係るモータドライブシステム1は、モータドライブ装置としての平面モータ2、この平面モータ2に接続され、平面モータ2を制御する制御装置3(モータドライブ制御装置)を備える。平面モータ2は、固定子としてのプラテン21、移動子としてのスライダ22を備える。
As shown in FIG. 1, a
次に、スライダの構成について説明する。図2は、スライダの構成を示す図である。 Next, the configuration of the slider will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the slider.
図2に示すように、スライダ22は、コイルが巻かれた複数の突極221と、エンコーダとしてのレゾルバ222を備える。レゾルバ222は、突極221のコイルをSIN相及びCOS相の交流信号で励磁し、これに基づくSIN信号及びCOS信号を示す変位情報を制御装置3に対して出力する。また、スライダ22は、図示しないパワーアンプを備える。このパワーアンプは、制御装置3から送出される制御情報に基づく制御信号を増幅し、駆動信号としてスライダ22に伝える。
As shown in FIG. 2, the
次に、制御装置のハードウェア構成及び機能構成について説明する。図3は、本制御装置のハードウェア構成を示す図である。また、図4は、制御装置の機能構成を示す図である。 Next, the hardware configuration and functional configuration of the control device will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating a hardware configuration of the control apparatus. FIG. 4 is a diagram illustrating a functional configuration of the control device.
図3に示すように、制御装置3は、ハードウェアとして、CPU(Central Processing Unit)31、メモリ32、スライダ22との情報の送受を仲介する外部I/F33を備える。また、図4に示すように、制御装置3は、機能として、変位情報取得部41、リサージュ演算部42、補正部43(楕円算出部、補正部)、速度変換部44(変換部)、位置変換部45、制御部46を備える。これらの機能は、CPU31とメモリ32とが協働することにより実現されるものとする。
As shown in FIG. 3, the
変位情報取得部41は、外部I/F33を介して、位相のずれた2つの信号としてのSIN信号及びCOS信号の実測値を示す変位情報をレゾルバ222より取得する。リサージュ演算部42は、変位情報取得部41により取得された変位情報に基づいて、リサージュ演算を行う。補正部43は、リサージュ演算により演算されたリサージュ曲線に近似する楕円に基づいて、SIN信号及びCOS信号の補正を行う。速度変換部44は、補正部43により補正されたSIN信号及びCOS信号に基づくリサージュ曲線を速度情報に変換する。位置変換部45は、リサージュ演算により演算されたリサージュ曲線を位置情報に変換する。制御部46は、外部I/F33を介して、速度変換部44により変換された速度情報と、位置変換部45により変換された位置情報とに基づく制御情報を、スライダ22へ送出する。
The displacement
次に、制御装置の動作について説明する。図5は、制御装置の動作を示すフローチャートである。また、図6は、リサージュ曲線を示す図である。また、図7は、楕円近似式を示す図である。また、図8は、展開された楕円近似式を示す図である。また、図9は、A〜Eを求めるための行列を示す図である。また、図10は、変位信号を示す図である。また、図11は、変位信号の式を示す図である。 Next, the operation of the control device will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the control device. FIG. 6 is a diagram showing a Lissajous curve. FIG. 7 is a diagram showing an ellipse approximation formula. FIG. 8 is a diagram showing the developed ellipse approximation formula. FIG. 9 is a diagram illustrating a matrix for obtaining A to E. FIG. 10 is a diagram showing a displacement signal. FIG. 11 is a diagram showing an equation of the displacement signal.
まず、変位情報取得部41は、レゾルバ222より、変位情報を取得する(S101)。
First, the displacement
次に、リサージュ演算部42は、変位情報取得部41により取得された変位情報に基づいて、図6に示すようなリサージュ曲線ab’を算出する(S102)。図6において、横軸はSIN信号出力、縦軸はCOS信号出力を示す。また、リサージュ曲線abは補正目標とする真円であるリサージュ曲線を示し、リサージュ曲線ab’は変位情報に基づくリサージュ曲線を示す。
Next, the
次に、位置変換部45は、リサージュ演算部42により算出されたリサージュ曲線を、位相、つまり位置情報に変換する(S103)。
Next, the
次に、補正部43は、楕円近似式により係数を算出する(S104)。以下、この係数の具体的な算出方法について説明する。まず、図6に示すように、楕円の中心を(X0,Y0)とし、横軸方向の長さをc、縦軸方向の長さをd、中心と交差する横軸に対する半時計周り方向の傾きをθとした場合、楕円近似式は図7のようになる。この楕円近似式を展開し、未知数部分を変数A,B,C,D,Eに置き換えると、式は図8のようになる。
Next, the
この式の2乗の和が最小となるようなA〜Eの値を求めるため、A〜Eで偏微分し、A〜Eを求めるための行列で表すと、式は図9のようになる。図9に示す式におけるX及びYに変位情報における実測値のそれぞれを代入することで、A〜Eを求めることができる。本実施の形態においては、A=0.578827、B=2.777778、C=−0.
05788、D=−0.55556、E=−0.94207とする。
In order to obtain values of A to E that minimize the sum of the squares of this equation, partial differentiation is performed with A to E, and the equation is as shown in FIG. 9 when represented by a matrix for obtaining A to E. . A to E can be obtained by substituting each of the actually measured values in the displacement information for X and Y in the equation shown in FIG. In the present embodiment, A = 0.578878, B = 2.777778, C = −0.
05788, D = −0.55556, E = −0.94207.
次に、補正部43は、係数に基づいて、リサージュ曲線ab’としての楕円のOFFSET(X0,Y0)、振幅比(d/c)、位相差(θ)を算出する(S105)。本実施の形態においては、OFFSETを0.1、位相差を0.174533、振幅比を0.6とする。この場合、変位信号は、図10に示すような波形a,b’となる。図10において、aはSIN信号、b及びb’はCOS信号を示す。ここで、a、bは理想的な変位信号を示す。ここで理想的な変位信号とは、リサージュ演算を実行した場合に、図6におけるリサージュ曲線abのような真円となる波形を持つSIN信号またはCOS信号を示す。また、b’は本実施の形態におけるCOS信号を示す。ここで、b’は、プラテン21の変形、交差等により歪みが生じたCOS信号とする。なお、説明を容易にするため、本実施の形態に係るSIN信号には歪みが生じていないものとする。これらは、図11のような式により示される。
Next, the
次に、補正部43は、算出したOFFSET(X0,Y0)、振幅比(d/c)、位相差(θ)に基づいて、変位信号を補正する(S106)。本実施の形態においては、COS信号のみが歪んでいるため、OFFSET(X0,Y0)、振幅比(d/c)、位相差(θ)に基づいて、COS信号を補正することにより、図6に示す楕円を描くリサージュ曲線ab’は、真円を描くリサージュ曲線abとなる。
Next, the
次に速度変換部k44は、補正部43により補正されたリサージュ曲線abを位相情報に変換し(S107)、これを更に速度情報に変換する(S108)。
Next, the speed conversion unit k44 converts the Lissajous curve ab corrected by the
次に、制御部46は、制御目標を示す目標値、位置情報及び速度情報に基づいて、スライダ22に対して制御情報を出力することにより、平面モータ2をフィードバック制御する(S109)。
Next, the
上述したように、速度情報が基づく変位信号にのみ、楕円が真円となるような楕円補正を行うことによって、位置再現性を確保しつつ、速度リップルを低減させることができる。また、本実施の形態において、モータドライブ装置を平面モータとしたが、本発明は回転モータに対しても適用可能である。 As described above, velocity ripple can be reduced while ensuring position reproducibility by performing ellipse correction so that an ellipse becomes a perfect circle only on a displacement signal based on velocity information. In the present embodiment, the motor drive device is a flat motor, but the present invention can also be applied to a rotary motor.
1 モータドライブシステム、2 平面モータ、3 モータドライブ制御装置、21 プラテン、22 スライダ、221 突極、222 レゾルバ、31 CPU、32 メモリ、33 外部I/F、41 変位情報取得部、42 リサージュ演算部、43 補正部、44 速度変換部、45 位置変換部、46 制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記楕円パラメータにより示される楕円が真円となるように前記2つの正弦波状信号を補正する補正部と、
前記補正された2つの正弦波状信号に基づくリサージュ曲線を前記移動子の移動速度を示す速度情報に変換する変換部と、
前記速度情報とに基づいて、前記モータドライブ装置を制御する制御部と
を備えるモータドライブ制御装置。 An ellipse calculator that calculates an ellipse parameter indicating an ellipse that approximates a Lissajous curve based on two sinusoidal signals out of phase output from a mover in a motor drive device;
A correction unit that corrects the two sinusoidal signals so that the ellipse indicated by the ellipse parameter is a perfect circle;
A converter that converts a Lissajous curve based on the two corrected sinusoidal signals into speed information indicating the moving speed of the moving element;
A motor drive control device comprising: a control unit that controls the motor drive device based on the speed information.
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JP2009278189A JP2011125073A (en) | 2009-12-08 | 2009-12-08 | Motor drive control device and method |
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Cited By (1)
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---|---|---|---|---|
JP2013053929A (en) * | 2011-09-05 | 2013-03-21 | Suminori Nishie | Phase-contrast measurement method, phase-contrast measurement system, frequency measurement method and frequency measurement system |
-
2009
- 2009-12-08 JP JP2009278189A patent/JP2011125073A/en active Pending
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