JP2011125073A - Motor drive control device and method - Google Patents

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Takuya Tachibana
拓也 立花
Junichiro Katsu
淳一郎 勝
Takahiro Maruyama
高寛 丸山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor drive control device and method that can reduce a speed ripple, while keeping the repeatability of positional information of a mover in a motor drive position. <P>SOLUTION: The motor drive control device has an ellipse computer which computes an elliptical parameter showing an ellipse that is approximate to a Lissajous's curve based on two sine wave signals with shifted phases which are output from the mover in the motor drive position, a corrector which corrects the two sine wave signals so that an ellipse shown by an elliptical parameter may be a perfect circle, a converter which converts the Lissajous's curve based on the two corrected sine wave signals into speed information that shows the moving speed of the mover, and a control unit which controls the motor driver based on the speed information. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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 planar motor 9 includes a platen 91 as a stator and a slider 92 as a mover. The slider 92 has a plurality of magnetic poles, and each of the platen 91 and the plurality of magnetic poles of the slider 92 has grooves and teeth in a direction perpendicular to the moving direction of the slider 92. In this planar motor 9, the distance from one tooth to the next tooth, that is, the distance between the teeth and the adjacent groove is called the pitch, and the distance from the tooth of the platen 91 to the tooth of the slider 92 is called the gap. . In such a flat motor 9, the pitch of the teeth of the platen 91 depends on the machining accuracy, surface roughness, warpage, and the like.

特開2006−112862号公報JP 2006-112862 A 特開2006−112859号公報JP 2006-112859 A 特開2006−90741号公報JP 2006-90741 A 特開2006−90738号公報JP 2006-90738 A

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 platen 91 varies depending on the location, there arises a problem that the signal from the resolver is affected by the influence. Since the slider 92 is controlled based on a signal from the resolver, depending on the position of the slider 92 on the platen 91, the Lissajous has a waveform including elliptical properties and harmonics. This means that a ripple (speed ripple) occurs in the speed information based on the position information. In addition, when the position information is corrected in real time in order to reduce the speed ripple described above, there is a problem that the reproducibility of the position information is reduced. This is because the correction value differs depending on the operation direction immediately before the slider 92 stops.

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.

実施の形態に係るモータドライブシステムを示す図である。It is a figure which shows the motor drive system which concerns on embodiment. スライダの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of a slider. 制御装置のハードウェア構成を示す図である。It is a figure which shows the hardware constitutions of a control apparatus. 制御装置の機能構成を示す図である。It is a figure which shows the function structure of a control apparatus. 制御装置の動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of a control apparatus. リサージュ曲線を示す図である。It is a figure which shows a Lissajous curve. 楕円近似式を示す図である。It is a figure which shows an ellipse approximate expression. 展開された楕円近似式を示す図である。It is a figure which shows the expanded ellipse approximate expression. 未知数A〜Eを求めるための行列を示す図である。It is a figure which shows the matrix for calculating | requiring unknown AE. 変位信号を示す図である。It is a figure which shows a displacement signal. 変位信号の式を示す図である。It is a figure which shows the type | formula of a displacement signal. 従来の平面モータを示す図である。It is a figure which shows the conventional planar motor.

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 motor drive system 1 according to the present embodiment includes a planar motor 2 as a motor drive device, and a control device 3 (motor drive control device) that is connected to the planar motor 2 and controls the planar motor 2. ). The planar motor 2 includes a platen 21 as a stator and a slider 22 as a mover.

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 slider 22 includes a plurality of salient poles 221 around which coils are wound, and a resolver 222 as an encoder. The resolver 222 excites the coil of the salient pole 221 with SIN-phase and COS-phase AC signals, and outputs displacement information indicating the SIN signal and the COS signal based on this to the control device 3. The slider 22 includes a power amplifier (not shown). This power amplifier amplifies a control signal based on the control information sent from the control device 3 and transmits it to the slider 22 as a drive signal.

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 control device 3 includes, as hardware, an external I / F 33 that mediates transmission / reception of information with a CPU (Central Processing Unit) 31, a memory 32, and a slider 22. As shown in FIG. 4, the control device 3 functions as a displacement information acquisition unit 41, a Lissajous calculation unit 42, a correction unit 43 (ellipse calculation unit, correction unit), a speed conversion unit 44 (conversion unit), a position. A conversion unit 45 and a control unit 46 are provided. These functions are realized by the cooperation of the CPU 31 and the memory 32.

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 information acquisition unit 41 acquires displacement information indicating measured values of the SIN signal and the COS signal as two signals shifted in phase from the resolver 222 via the external I / F 33. The Lissajous calculation unit 42 performs a Lissajous calculation based on the displacement information acquired by the displacement information acquisition unit 41. The correction unit 43 corrects the SIN signal and the COS signal based on an ellipse that approximates the Lissajous curve calculated by the Lissajous calculation. The speed conversion unit 44 converts the Lissajous curve based on the SIN signal and the COS signal corrected by the correction unit 43 into speed information. The position conversion unit 45 converts the Lissajous curve calculated by the Lissajous calculation into position information. The control unit 46 sends control information based on the speed information converted by the speed conversion unit 44 and the position information converted by the position conversion unit 45 to the slider 22 via the external I / F 33.

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 information acquisition unit 41 acquires displacement information from the resolver 222 (S101).

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 Lissajous calculating unit 42 calculates a Lissajous curve ab 'as shown in FIG. 6 based on the displacement information acquired by the displacement information acquiring unit 41 (S102). In FIG. 6, the horizontal axis indicates the SIN signal output, and the vertical axis indicates the COS signal output. The Lissajous curve ab represents a Lissajous curve that is a perfect circle as a correction target, and the Lissajous curve ab 'represents a Lissajous curve based on displacement information.

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 position conversion unit 45 converts the Lissajous curve calculated by the Lissajous calculation unit 42 into a phase, that is, position information (S103).

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 correction unit 43 calculates a coefficient using an elliptic approximation (S104). Hereinafter, a specific calculation method of this coefficient will be described. First, as shown in FIG. 6, the center of the ellipse is (X 0 , Y 0 ), the length in the horizontal axis direction is c, the length in the vertical axis direction is d, and the counterclockwise rotation with respect to the horizontal axis intersecting the center When the inclination of the direction is θ, the ellipse approximation formula is as shown in FIG. If this elliptical approximate expression is developed and the unknown part is replaced with variables A, B, C, D, and E, the expression becomes as shown in FIG.

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 correction unit 43 calculates an OFFSET (X 0 , Y 0 ), an amplitude ratio (d / c), and a phase difference (θ) of the ellipse as the Lissajous curve ab ′ based on the coefficients (S105). In this embodiment, it is assumed that OFFSET is 0.1, phase difference is 0.174533, and amplitude ratio is 0.6. In this case, the displacement signal has waveforms a and b ′ as shown in FIG. In FIG. 10, a represents a SIN signal, and b and b ′ represent COS signals. Here, a and b indicate ideal displacement signals. Here, the ideal displacement signal indicates a SIN signal or a COS signal having a perfect circle like the Lissajous curve ab in FIG. 6 when the Lissajous calculation is executed. Further, b ′ represents a COS signal in the present embodiment. Here, b ′ is a COS signal that is distorted due to deformation, crossing or the like of the platen 21. For ease of explanation, it is assumed that the SIN signal according to the present embodiment is not distorted. These are shown by the equations as shown in FIG.

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 correction unit 43 corrects the displacement signal based on the calculated OFFSET (X 0 , Y 0 ), amplitude ratio (d / c), and phase difference (θ) (S106). In this embodiment, since only the COS signal is distorted, by correcting the COS signal based on OFFSET (X 0 , Y 0 ), amplitude ratio (d / c), and phase difference (θ), A Lissajous curve ab ′ for drawing an ellipse shown in FIG. 6 becomes a Lissajous curve ab for drawing a perfect circle.

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 correction unit 43 into phase information (S107), and further converts it into speed information (S108).

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 control unit 46 feedback-controls the planar motor 2 by outputting control information to the slider 22 based on the target value indicating the control target, position information, and speed information (S109).

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 SYMBOLS 1 Motor drive system, 2 Planar motor, 3 Motor drive control apparatus, 21 Platen, 22 Slider, 221 Salient pole, 222 Resolver, 31 CPU, 32 Memory, 33 External I / F, 41 Displacement information acquisition part, 42 Lissajous calculation part , 43 Correction unit, 44 Speed conversion unit, 45 Position conversion unit, 46 Control unit.

Claims (4)

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.
前記モータドライブ装置は、平面モータであることを特徴とする請求項1に記載のモータドライブ制御装置。   The motor drive control device according to claim 1, wherein the motor drive device is a planar motor. 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モータドライブ制御方法。   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 is calculated, and the ellipse indicated by the ellipse parameter is a perfect circle Two sine wave signals are corrected, a Lissajous curve based on the two corrected sine wave signals is converted into speed information indicating the moving speed of the moving element, and the motor drive device is controlled based on the speed information. Motor drive control method. 前記モータドライブ装置は、平面モータであることを特徴とする請求項3に記載のモータドライブ制御方法。   The motor drive control method according to claim 3, wherein the motor drive device is a planar motor.
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