JP2014057391A - Motor control device, and method of controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機械的に連結されて並列駆動する各モータに対して、ダイナミックブレーキを作動させるモータ制御装置及びモータ制御装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a motor control device that activates a dynamic brake for each motor that is mechanically connected and driven in parallel, and a control method for the motor control device.
従来、三相モータに対してダイナミックブレーキを作動させるモータ制御装置として、モータの出力部に外付けのブレーキ回路を追加したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載のブレーキ回路は、ブレーキ作動時にリレーがオンになり、ブレーキ回路内の複数の抵抗を介してモータの端子間を短絡させている。このモータ制御装置では、モータ自体のインピーダンスに抵抗が加わるため、モータにブレーキ電流が流れ過ぎることがない。しかしながら、モータの回転数の低下に伴って誘起電圧が低くなると、モータに流れるブレーキ電流も小さくなってブレーキトルクが弱くなるので、ブレーキ作動からモータ停止までに要する時間が長くなる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a motor control device that operates a dynamic brake for a three-phase motor is known in which an external brake circuit is added to the motor output (see, for example, Patent Document 1). In the brake circuit described in
また、インバータブリッジ回路のオンオフによってモータの端子間を短絡させるモータ制御装置も提案されている(例えば、特許文献2参照)。特許文献2に記載のモータ制御装置では、三相ハーフブリッジのインバータブリッジ回路において上アーム又は下アームの各相のスイッチング素子を同時にオンにすることで、モータの端子間を短絡させてダイナミックブレーキを作動させている。この場合、主にモータ自体のインピーダンスだけでブレーキ電流の流れ易さが定まるため、外付けのブレーキ回路の抵抗を加えた特許文献1のモータ制御装置と比較して、ブレーキ作動からモータ停止までに要する時間は短くなっている。
There has also been proposed a motor control device that short-circuits motor terminals by turning on and off an inverter bridge circuit (see, for example, Patent Document 2). In the motor control device described in
ところで、モータのブレーキトルクは、モータに流れるブレーキ電流に応じて変化することが知られている。しかしながら、ブレーキトルクはブレーキ電流だけに依存するのではなく、実際にはブレーキ電流が増加してもブレーキトルクが低下する場合がある。このため、特許文献2に記載のモータ制御装置では、ブレーキ電流が大きい高速域であっても、モータに対してブレーキを強く作動させることができず、モータ停止に要する時間を短くできなかった。
By the way, it is known that the brake torque of a motor changes according to the brake current which flows into a motor. However, the brake torque does not depend only on the brake current, and actually the brake torque may decrease even if the brake current increases. For this reason, in the motor control device described in
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、モータに対して適切にブレーキを作動させて、ブレーキ作動からモータ停止までに要する時間を短くできるモータ制御装置及びモータ制御装置の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a motor control device and a control method for the motor control device which can shorten the time required from the brake operation to the motor stop by appropriately operating the brake on the motor. The purpose is to provide.
本発明のモータ制御装置は、三相のスイッチング素子のそれぞれを有する上アーム及び下アームで構成され、当該スイッチング素子のオンオフ動作によって電源側から供給された直流を交流に変換して、モータに出力するインバータブリッジ回路と、各相のスイッチング素子のオンオフ動作を制御して、前記モータを駆動させるモータ制御回路とを備え、前記モータ制御回路は、前記上アーム及び前記下アームのいずれか一方の各相のスイッチング素子を全てオンにして、前記モータの各相の端子間を短絡させてブレーキ電流を発生させ、前記スイッチング素子のオンオフ動作の制御によって前記モータに流れるブレーキ電流を所定の電流制限値に制限する。 The motor control device of the present invention is composed of an upper arm and a lower arm each having a three-phase switching element, converts the direct current supplied from the power supply side to alternating current by the on / off operation of the switching element, and outputs it to the motor An inverter bridge circuit, and a motor control circuit that drives the motor by controlling the on / off operation of each phase switching element, and the motor control circuit includes each of the upper arm and the lower arm. All the phase switching elements are turned on, the terminals of each phase of the motor are short-circuited to generate a brake current, and the brake current flowing to the motor is controlled to a predetermined current limit value by controlling the on / off operation of the switching element. Restrict.
本発明のモータ制御装置の制御方法は、三相のスイッチング素子のそれぞれを有する上アーム及び下アームで構成され、当該スイッチング素子のオンオフ動作によって電源側から供給された直流を交流に変換して、モータに出力するインバータブリッジ回路と、各相のスイッチング素子のオンオフ動作を制御して、前記モータを駆動させるモータ制御回路とを備えたモータ制御装置の制御方法であって、前記モータ制御回路が、前記上アーム及び前記下アームのいずれか一方の各相のスイッチング素子を全てオンにして、前記モータの各相の端子間を短絡させてブレーキ電流を発生させ、前記スイッチング素子のオンオフ動作の制御によって前記モータに流れるブレーキ電流を所定の電流制限値に制限することを特徴とする。 The control method of the motor control device of the present invention is composed of an upper arm and a lower arm each having a three-phase switching element, and converts the direct current supplied from the power source side to alternating current by the on / off operation of the switching element, A control method for a motor control device comprising: an inverter bridge circuit that outputs to a motor; and a motor control circuit that controls the on / off operation of each phase switching element to drive the motor, the motor control circuit comprising: By turning on all the switching elements of each phase of either the upper arm or the lower arm, short-circuiting the terminals of each phase of the motor to generate a brake current, and controlling the on / off operation of the switching element The brake current flowing through the motor is limited to a predetermined current limit value.
これらの構成によれば、ブレーキ電流が所定の電流制限値に制限されるため、モータに電流が流れ過ぎることがない。この場合、ブレーキトルクが強く作動する範囲に電流制限値を設定することで、高速域でのブレーキ電流の増加によりブレーキトルクが弱くなることがなく、ブレーキ作動からモータ停止までに要する時間を短くできる。 According to these configurations, since the brake current is limited to a predetermined current limit value, the current does not flow excessively in the motor. In this case, by setting the current limit value in the range where the brake torque operates strongly, the brake torque does not become weak due to the increase of the brake current in the high speed range, and the time required from the brake operation to the motor stop can be shortened. .
また本発明の上記モータ制御装置において、前記モータ制御回路は、複数のモータを駆動させており、前記複数のモータに流れるブレーキ電流を所定の電流制限値に制限する。この構成によれば、複数のモータに流れるブレーキ電流が所定の電流制限値に制限されるため、複数のモータに対して適切にブレーキトルクを作動させることができる。 In the motor control device of the present invention, the motor control circuit drives a plurality of motors, and limits a brake current flowing through the plurality of motors to a predetermined current limit value. According to this configuration, since the brake current flowing through the plurality of motors is limited to the predetermined current limit value, the brake torque can be appropriately operated for the plurality of motors.
また本発明の上記モータ制御装置において、前記複数のモータは、並列駆動するように機械的に連結されており、前記モータ制御回路は、前記複数のモータに流れるブレーキ電流を、前記複数のモータで共通の電流制限値に制限する。この構成によれば、複数のモータに略均等にブレーキトルクを生じさせることができる。よって、機械的に連結されたモータの位置偏差を小さくして、モータ間の機械的なストレス等を抑制できる。 Further, in the motor control device of the present invention, the plurality of motors are mechanically coupled so as to be driven in parallel, and the motor control circuit transmits a brake current flowing through the plurality of motors by the plurality of motors. Limit to a common current limit value. According to this configuration, it is possible to generate the brake torque substantially uniformly in the plurality of motors. Therefore, it is possible to reduce the positional deviation of the mechanically connected motors and suppress mechanical stress between the motors.
また本発明の上記モータ制御装置において、前記モータ制御回路は、前記複数のモータで共通の電流制限値を、ブレーキトルクが最大となる第1の電流制限値よりも低い第2の電流制限値に設定する。この構成によれば、ブレーキトルクが最大となる電流値よりも低い電流制限値にブレーキ電流が制限されるため、モータ自体のインピーダンスのバラツキによるブレーキ電流の差を吸収して、モータ間のブレーキトルクの差を小さくできる。 In the motor control device of the present invention, the motor control circuit sets the current limit value common to the plurality of motors to a second current limit value lower than the first current limit value at which the brake torque becomes maximum. Set. According to this configuration, since the brake current is limited to a current limit value lower than the current value at which the brake torque becomes maximum, the difference in brake current due to the impedance variation of the motor itself is absorbed, and the brake torque between the motors is absorbed. The difference can be reduced.
また本発明の上記モータ制御装置において、前記複数のモータは、並列駆動するように機械的に連結されており、前記モータ制御回路は、前記複数のモータに流れるブレーキ電流を、前記複数のモータで個別の電流制限値に制限する。この構成によれば、モータ特性の違いを吸収するように電流制限値を個別に設定することで、機械的に連結されたモータの位置偏差をさらに小さくして、モータ間の機械的なストレス等を抑制できる。 Further, in the motor control device of the present invention, the plurality of motors are mechanically coupled so as to be driven in parallel, and the motor control circuit transmits a brake current flowing through the plurality of motors by the plurality of motors. Limit to individual current limit values. According to this configuration, the current deviation value is individually set so as to absorb the difference in motor characteristics, so that the positional deviation of the mechanically connected motors can be further reduced, and mechanical stress between the motors can be reduced. Can be suppressed.
また本発明の上記モータ制御装置において、前記モータ制御回路は、前記複数のモータで個別の電流制限値をブレーキトルクが最大となる第1の電流制限値よりも低い第2の電流制限値に設定した上で、モータ毎に前記個別の電流制限値を補正する。この構成によれば、ブレーキトルクが最大となる電流値よりも低い電流制限値にブレーキ電流が制限されるため、モータ自体のインピーダンスのバラツキによるブレーキ電流の差を吸収できる。 In the motor control device of the present invention, the motor control circuit sets the individual current limit values of the plurality of motors to a second current limit value lower than the first current limit value at which the brake torque becomes maximum. Then, the individual current limit value is corrected for each motor. According to this configuration, since the brake current is limited to a current limit value lower than the current value at which the brake torque becomes maximum, it is possible to absorb the difference in brake current due to the impedance variation of the motor itself.
また本発明の上記モータ制御装置において、前記モータ制御回路は、前記複数のモータの位置偏差に基づいて前記個別の電流制限値を補正する。この構成によれば、位置偏差に応じてモータ毎の個別の電流制限値が補正されるため、負荷の動的な変化による位置偏差の拡大を抑えることができる。 In the motor control device of the present invention, the motor control circuit corrects the individual current limit values based on position deviations of the plurality of motors. According to this configuration, since the individual current limit value for each motor is corrected according to the position deviation, it is possible to suppress an increase in the position deviation due to a dynamic change in the load.
また本発明の上記モータ制御装置において、前記モータ制御回路は、前記複数のモータに流れるブレーキ電流の実測値に基づいて前記個別の電流制限値を補正する。この構成によれば、モータ特性の違いだけでなく、モータケーブルのインピーダンスやスイッチング素子の抵抗分を考慮して電流制限値が補正されるため、モータに対してより適切にブレーキを作動させることができる。 In the motor control device of the present invention, the motor control circuit corrects the individual current limit values based on measured values of brake currents flowing through the plurality of motors. According to this configuration, the current limit value is corrected in consideration of not only the difference in motor characteristics but also the impedance of the motor cable and the resistance of the switching element, so that the brake can be operated more appropriately for the motor. it can.
また本発明の上記モータ制御装置において、前記モータに流れるブレーキ電流を検出する電流センサを備え、前記モータ制御回路は、前記モータに流れるブレーキ電流が電流制限値を超える場合に、前記上アーム及び前記下アームの全てのスイッチング素子を一時的にオフにすることで、前記モータに流れるブレーキ電流を所定の電流制限値に制限する。この構成によれば、簡易なスイッチング制御により、モータに流れるブレーキ電流を電流制限値に制限できる。 The motor control device according to the present invention further includes a current sensor that detects a brake current flowing through the motor, and the motor control circuit includes the upper arm and the motor when the brake current flowing through the motor exceeds a current limit value. By temporarily turning off all the switching elements of the lower arm, the brake current flowing through the motor is limited to a predetermined current limit value. According to this configuration, the brake current flowing through the motor can be limited to the current limit value by simple switching control.
本発明によれば、モータに流れるブレーキ電流を制限することで、モータに対して適切にブレーキを作動させて、ブレーキ作動からモータ停止までに要する時間を短くできる。 According to the present invention, by limiting the brake current flowing through the motor, the brake can be appropriately operated with respect to the motor, and the time required from the brake operation to the motor stop can be shortened.
以下、添付図面を参照して、本実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。以下の説明では、本発明のモータ制御装置を、チップマウンタ等の部品実装装置の実装ヘッド移動機構に適用した構成を例示して説明するが、これに限定されるものではない。本発明のモータ制御装置は、モータが使用される装置であれば、どのような装置にも適用可能である。図1は、本実施の形態に係る実装ヘッドの移動機構の模式図である。なお、ここでは説明の便宜上、最小限の構成のみ記載している。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, a configuration in which the motor control device of the present invention is applied to a mounting head moving mechanism of a component mounting device such as a chip mounter will be described as an example. However, the present invention is not limited to this. The motor control device of the present invention can be applied to any device as long as the motor is used. FIG. 1 is a schematic diagram of a mounting head moving mechanism according to the present embodiment. For convenience of explanation, only a minimum configuration is shown here.
図1に示すように、実装ヘッド移動機構1は、実装ヘッド3を移動させて、基台2上の基板Wに電子部品を実装するように構成されている。実装ヘッド移動機構1は、基台2の四隅に立設された支柱部(不図示)に支持されており、基台2上面から所定高さで実装ヘッド3をX軸方向及びY軸方向に移動させる。また、実装ヘッド移動機構1は、Y軸方向に平行な一対のY軸ステージ5と、一対のY軸ステージ5上を移動する一対のモータ4A、4Bと、一対のモータ4A、4Bに両持ちで支持されるX軸ステージ6とを有している。X軸ステージ6には、実装ヘッド3がX軸方向に移動可能に支持されている。
As shown in FIG. 1, the mounting
実装ヘッド移動機構1は、不図示のモータによってX軸ステージ6に沿って実装ヘッド3をX軸方向に移動させる。また、実装ヘッド移動機構1は、一対のモータ4A、4BによってX軸ステージ6と共に実装ヘッド3をY軸ステージ5に沿ってY軸方向に移動させる。このような構成により、実装ヘッド3は、基板Wの上方を水平移動され、電子部品を基板Wの所望の位置に搬送することが可能となっている。本実施の形態に係るモータ制御装置は、この実装ヘッド移動機構1に適用される。そして、一対のモータ4A、4BをX軸ステージ6を介して機械的に連結した構成において、モータ停止に要する時間を短くし、かつモータ4A、4B間の位置偏差を最小にしている。
The mounting
次に、本実施の形態に係る実装ヘッド移動機構のモータ制御装置について説明する。図2は、本実施の形態に係るモータ制御装置のブロック図である。なお、図2は、一例を示すものであり、この構成に限定されるものではなく、インバータブリッジ回路を備えた構成であればよい。ここでは、モータ4Aのモータ駆動装置について説明するが、モータ4Bのモータ駆動装置も同一構成である。
Next, the motor control device for the mounting head moving mechanism according to the present embodiment will be described. FIG. 2 is a block diagram of the motor control device according to the present embodiment. FIG. 2 shows an example, and the present invention is not limited to this configuration, and any configuration including an inverter bridge circuit may be used. Here, although the motor drive device of the
図2に示すように、モータ制御装置は、三相交流又は単相交流の主電源11からの交流を直流に変換する整流器12と、整流器12からの直流を交流に変換してモータ4Aに出力するインバータブリッジ回路13と、インバータブリッジ回路13をPWM制御するモータ制御回路14とを備えている。整流器12には、整流器12の出力(直流電圧)を平滑にする平滑コンデンサ15が並列に接続されている。また、整流器12の一端と平滑コンデンサ15の一端との間には、電源立ち上がり時の突入電流を抑制する抵抗とバイパススイッチからなる突入電流抑制回路16が設けられている。整流器12、平滑コンデンサ15、突入電流抑制回路16により、主電源回路部17が構成されている。
As shown in FIG. 2, the motor control device includes a
インバータブリッジ回路13は、整流器12に対して互いに並列に接続された三相分のハーフブリッジ回路18を有している。U相のハーフブリッジ回路18uは、上アーム(ハイサイド)のスイッチング素子T1と下アーム(ローサイド)のスイッチング素子T4とを直列に接続し、スイッチング素子T1、T4のそれぞれに対して還流ダイオードD1、D4を並列に接続して構成される。同様に、V相のハーフブリッジ回路18vは、上アームのスイッチング素子T2と下アームのスイッチング素子T5とを直列に接続し、スイッチング素子T2、T5のそれぞれに対して還流ダイオードD2、D5を並列に接続して構成される。
The
W相のハーフブリッジ回路18wは、上アームのスイッチング素子T3と下アームのスイッチング素子T6とを直列に接続し、スイッチング素子T3、T6のそれぞれに対して還流ダイオードD3、D6を並列に接続して構成される。また、U相のスイッチング素子T1、T4の接続点、V相のスイッチング素子T2、T5の接続点、W相のスイッチング素子T3、T6の接続点は、それぞれモータ4A内の三相の励磁コイルや抵抗を介して相互に接続されている。三相のハーフブリッジ回路18u−18wには、モータ制御回路14からPWM信号が入力される。
The W-phase half-
スイッチング素子T1−T6のゲートにはモータ制御回路14からの入力ラインが接続されている。スイッチング素子T1−T6は、モータ制御回路14からPWM信号が印加されることで、オン状態とオフ状態とが切り替えられる。このスイッチング素子T1−T6のオンオフによって、直流を交流に変換してモータ4Aに対して必要な電力が供給される。U相のスイッチング素子T1、T4の接続点及びW相のスイッチング素子T3、T6の接続点とモータ4Aの各端子との間には、各相電流をモータ制御回路14にフィードバックする電流センサ19u、19wが設けられている。ここではIu、Iwの2相の電流検出を行う構成を例示するが、Iu、Iv、Iwの3相の電流検出を行ってもよい。
An input line from the
モータ4Aには、モータ4Aの位置や速度を検出するエンコーダ21が設けられている。エンコーダ21で検出された位置や速度はモータ制御回路14に出力され、モータ制御回路14によってモータ4Aがサーボ制御される。
The
また、モータ制御装置には、主電源11と別に三相交流又は単相交流の制御電源22と、制御電源22からの交流を直流に変換する整流器23と、整流器23からの出力電圧を変換するスイッチング電源回路24とが設けられている。整流器23には、整流器23の出力(直流電圧)を平滑にする平滑コンデンサ25が並列に接続されている。また、整流器23の一端と平滑コンデンサ25の一端との間には、電源立ち上がり時の突入電流を抑制する抵抗とバイパススイッチからなる突入電流抑制回路26が設けられている。整流器23、平滑コンデンサ25、突入電流抑制回路26により、制御電源回路部27が構成されている。
Further, the motor control device includes a three-phase AC or single-phase AC
スイッチング電源回路24には、ロジックコンデンサ28が並列に接続されており、ロジックコンデンサ28を経てモータ制御回路14で必要とする電圧(例えば、+5.0Vや+3.3V)が生成される。このようなスイッチング電源回路24からの入力により、モータ制御回路14がインバータブリッジ回路13を制御する。このモータ制御装置では、ブレーキ方式として、いわゆるショートブレーキ方式が採用されている。具体的には、上アーム及び下アームのいずれか一方の3つのスイッチング素子を同時にオンにすることで、モータ4Aの端子間の短絡で生じるブレーキ電流によってモータ4Aを停止させている。
A
なお、本実施の形態のスイッチング素子T1−T6は、パワートランジスタで構成したが、この構成に限定されない。スイッチング素子は、電流電圧を制御できる電流電圧制御素子であればよく、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、バイポーラトランジスタでもよい。また、還流ダイオードD1−D6は、回生電流の経路を構成する素子であればよく、パワートランジスタに内蔵される寄生ダイオードを使用することもできる。 In addition, although switching element T1-T6 of this Embodiment was comprised with the power transistor, it is not limited to this structure. The switching element may be a current-voltage control element that can control the current voltage. For example, the switching element may be an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), or a bipolar transistor. The free-wheeling diodes D1 to D6 may be elements that constitute a path for the regenerative current, and a parasitic diode built in the power transistor can also be used.
ところで、上記のショートブレーキ方式として、抵抗短絡のブレーキ方式とを組み合わせたものが検討されている。このブレーキ方式では、高速域ではショートブレーキを用いてブレーキ電流を一定に制御し、ブレーキ電流が一定に保てなくなった場合に抵抗短絡に切り換える。これにより、装置の用途に応じて減速時間を自在に調整することが可能になっている。しかしながら、このブレーキ方式では、実装ヘッド移動機構1のように一対のモータ4A、4BがX軸ステージ6を介して機械的に連結している場合には、モータ4A、4B間(2軸間)の位置偏差の拡大による機械的なダメージが想定される(図1参照)。
By the way, as a short brake system described above, a combination with a resistance short brake system has been studied. In this brake system, the brake current is controlled to be constant using a short brake in the high speed range, and when the brake current cannot be kept constant, switching to a resistance short circuit is performed. As a result, the deceleration time can be freely adjusted according to the application of the apparatus. However, in this brake system, when the pair of
この位置偏差の拡大を抑えるために、一対のモータ4A、4Bに対する負荷の割合に基づいて、各モータ4A、4Bにブレーキを作動させる方式が考えられる。一対のモータ4A、4Bには、X軸ステージ6上の実装ヘッド3のX軸方向の移動位置に応じてアンバランスに負荷が作用している。このブレーキ方式では、負荷のアンバランスに応じて各モータ4A、4Bにブレーキを作動する。しかしながら、負荷のアンバランスに応じたブレーキ作動だけでは位置偏差を十分に抑えることができない。これは、負荷のアンバランスだけでなく、モータ特性や回転数等もブレーキトルクに影響を与えているからである。
In order to suppress the expansion of the position deviation, a method of operating the brakes on the
以下、図3から図5を参照して、モータ特性や回転数とブレーキトルクとの関係について説明する。図3は、電機子抵抗、電機子インダクタンス、誘起電圧定数の一例を示す図である。図4は、回転数に対するインピーダンスの変化を示す図である。図5は、回転数に対するブレーキ電流及びブレーキトルクの変化を示す図である。図3から図5においては、同型式のモータA、Bを例示して、モータ特性や回転数とブレーキトルクとの関係について説明する。 Hereinafter, with reference to FIG. 3 to FIG. 5, the relationship between the motor characteristics and the rotational speed and the brake torque will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of armature resistance, armature inductance, and induced voltage constant. FIG. 4 is a diagram showing a change in impedance with respect to the rotational speed. FIG. 5 is a diagram showing changes in the brake current and the brake torque with respect to the rotational speed. 3 to 5, the motors A and B of the same type will be exemplified to explain the relationship between the motor characteristics and the rotational speed and the brake torque.
図3は、モータA、Bのモータ特性のバラツキを示している。ここでは、モータAの電機子抵抗R、電機子インダクタンスL、誘起電圧定数Keをそれぞれ100として、モータBのバラツキの割合を測定した。この結果、モータBは、電機子抵抗Rが104.2、電機子インダクタンスLが95.5、誘起電圧定数Keが98.1というバラツキが測定された。さらに、仕様によれば、電機子抵抗Rが±10%、電機子インダクタンスLが±30%、誘起電圧定数Keが±10%のバラツキがあることが想定される。このように、同型式モータであっても、電機子抵抗R、電機子インダクタンスL、誘起電圧定数Ke等のモータ特性にバラツキが生じている。
FIG. 3 shows variations in motor characteristics of the motors A and B. Here, the armature resistance R of the motor A, armature inductance L, and the induced voltage
ここで、モータA、BのインピーダンスZを複素数で考え、電機子抵抗をR、電機子インダクタンスをL、角周波数をωとすると、次式(1)のように表わされる。なお、記号Zに付される「・」は、インピーダンスが複素表記であることを示している。
(1)
Z・=R+jωL
このとき位相θは、次式(2)で表わされ、電圧に対して電流が遅れ位相となる。
(2)
θ=ATAN(ωL/R)
Here, assuming that the impedance Z of the motors A and B is a complex number, assuming that the armature resistance is R, the armature inductance is L, and the angular frequency is ω, the following expression (1) is obtained. Note that “·” attached to the symbol Z indicates that the impedance is in complex notation.
(1)
Z · = R + jωL
At this time, the phase θ is expressed by the following equation (2), and the current is delayed with respect to the voltage.
(2)
θ = ATAN (ωL / R)
また、モータA、BのインピーダンスZの大きさは、電機子抵抗をR、電機子インダクタンスをL、角周波数をω、転流周波数をfとすると、次式(3)で表わされる。
(3)
Z=√(R2+(ωL)2)=√(R2+(2πfL)2)
さらに、転流周波数fは、回転数をN、マグネット磁極数をPとすると、次式(4)で表わされる。
(4)
f=N/60×P/2
The magnitude of the impedance Z of the motors A and B is expressed by the following equation (3), where R is the armature resistance, L is the armature inductance, ω is the angular frequency, and f is the commutation frequency.
(3)
Z = √ (R 2 + (ωL) 2 ) = √ (R 2 + (2πfL) 2 )
Further, the commutation frequency f is expressed by the following equation (4), where N is the number of rotations and P is the number of magnet magnetic poles.
(4)
f = N / 60 × P / 2
式(3)に式(4)を代入すると、インピーダンスZの大きさは、次式(5)で表わされる。
(5)
Z=√(R2+(πNPL/60)2)
このように、同型式のモータであっても、電機子抵抗R、電機子インダクタンスLの値により、個々のモータA、BにインピーダンスZにバラツキが生じ、回転数Nに応じて各モータA、BのインピーダンスZのバラツキの程度が変化することがわかる。
When the equation (4) is substituted into the equation (3), the magnitude of the impedance Z is expressed by the following equation (5).
(5)
Z = √ (R 2 + (πNPL / 60) 2 )
As described above, even in the same type of motor, the impedance Z varies among the motors A and B depending on the values of the armature resistance R and the armature inductance L. It can be seen that the degree of variation in the impedance Z of B changes.
また、モータA、Bの誘起電圧定数Keは、トルク定数Ktに比例した値になることが知られている。このため、誘起電圧定数Keのバラツキは、トルク定数Ktのバラツキと考えることもできる。この場合、モータトルクTmは、トルク定数をKt、モータA、Bに流れる相電流をImとすると、次式(6)で表わされる。
(6)
Tm=Kt×Im
このため、モータトルクTmも、誘起電圧定数Keのバラツキに応じてバラツキが生じていると考えられる。
The motor A, the induced voltage constant K e of B is known to be a value proportional to the torque constant K t. For this reason, the variation of the induced voltage constant K e can be considered as the variation of the torque constant K t . In this case, the motor torque T m is expressed by the following equation (6), where K t is the torque constant and I m is the phase current flowing through the motors A and B.
(6)
T m = K t × I m
For this reason, it is considered that the motor torque Tm also varies depending on the variation of the induced voltage constant Ke.
ここで、各モータA、Bに対してショートブレーキを作動させた場合について考える。モータA、Bに流れるブレーキ電流Idbkは、誘起電圧をVemf、インピーダンスをZとすると、次式(7)で表わされる。
(7)
Idbk=Vemf/Z
ブレーキ電流Idbkは、上記のように求められるが、このブレーキ電流Idbkがこのままブレーキトルクになるわけではない。
Here, a case where a short brake is operated for each of the motors A and B is considered. The brake current I dbk flowing through the motors A and B is expressed by the following equation (7), where the induced voltage is V emf and the impedance is Z.
(7)
I dbk = V emf / Z
The brake current I dbk is obtained as described above, but the brake current I dbk does not necessarily become the brake torque.
モータA、Bに作用する実際のブレーキトルクは、位相遅れを考慮すると、次式(8)で表わされるブレーキ電流Idbk・realによって生じる。
(8)
Idbk・real=Idbk×cosθ
このため、式(2)及び式(4)から明らかなように位相θはモータA、Bの回転数Nに応じて変化するため、回転数によってブレーキ電流とブレーキトルクとの関係が変化することがわかる。
The actual brake torque acting on the motors A and B is generated by the brake current I dbk · real expressed by the following equation (8) in consideration of the phase delay.
(8)
I dbk · real = I dbk × cos θ
For this reason, as is clear from the equations (2) and (4), the phase θ changes according to the rotational speed N of the motors A and B. Therefore, the relationship between the brake current and the brake torque changes depending on the rotational speed. I understand.
以上の計算式から図4及び図5のグラフが得られる。図4は、モータA、BのインピーダンスZのバラツキを示している。図4に示すように、モータA、Bのインピーダンスは、それぞれ回転数の低い約300rpmまでは非線形に変化し、以降は回転数の増加に伴って線形に変化する。また上記したように、モータA、Bの電機子抵抗R、電機子インダクタンスLのバラツキにより、各モータA、BのインピーダンスZにズレが生じている。この場合、回転数の増加に伴ってモータA、BのインピーダンスZの差異が大きくなっている。 The graphs of FIGS. 4 and 5 are obtained from the above calculation formula. FIG. 4 shows the variation in the impedance Z of the motors A and B. As shown in FIG. 4, the impedances of the motors A and B change non-linearly up to about 300 rpm where the rotational speed is low, and thereafter change linearly as the rotational speed increases. Further, as described above, due to variations in the armature resistance R and the armature inductance L of the motors A and B, the impedance Z of the motors A and B is displaced. In this case, the difference between the impedances Z of the motors A and B increases as the rotational speed increases.
図5は、モータA、Bのブレーキ電流Idbk及びブレーキトルク(Idbk・real)のバラツキを示している。図5に示すように、モータA、Bのブレーキ電流Idbkは、約600rpmまでは急激に増加し、以降は回転数の増加に伴って緩やかに増加して一定の電流値に近付けられる。また、モータA、BのインピーダンスZにズレがあることから、ブレーキ電流Idbkにもズレが生じている。また、モータA、Bにブレーキトルクを生じさせる実際のブレーキ電流Idbk・realは、約400rpm付近でピークとなり、以降は回転数の増加に伴って低下している。上記したように、モータA、Bのブレーキ電流Idbkにズレがあることから、実際のブレーキ電流Idbk・realにもズレが生じている。 FIG. 5 shows variations in brake current I dbk and brake torque (I dbk · real ) of motors A and B. As shown in FIG. 5, the brake currents I dbk of the motors A and B rapidly increase up to about 600 rpm, and thereafter gradually increase as the rotational speed increases and approach a constant current value. Further, since there is a deviation in the impedance Z of the motors A and B, there is also a deviation in the brake current I dbk . In addition, the actual brake current I dbk · real that generates the brake torque in the motors A and B has a peak around about 400 rpm, and thereafter decreases as the rotational speed increases. As described above, since the brake current I dbk of the motors A and B has a deviation, the actual brake current I dbk · real also has a deviation.
このとき、ブレーキトルクの最大値は、位相θ=45°のときであり、上記式(2)からR=ωLであることが分かる。このため、ブレーキトルクが最大となる回転数Ndbk・maxは、上記式(5)のωL=πNPL/60=Rとして、次式(9)で表わされる。
(9)
Ndbk・max=60×R/(πPL)
各モータA、Bの回転数Ndbk・maxは、それぞれ390rpm、425rpmとなり、ブレーキトルクが最大となる回転数にもズレが生じている。
At this time, the maximum value of the brake torque is when the phase θ = 45 °, and it can be seen from the above equation (2) that R = ωL. Therefore, the rotational speed N dbk · max at which the brake torque is maximized is expressed by the following equation (9), where ωL = πNPL / 60 = R in the above equation (5).
(9)
N dbk · max = 60 × R / (πPL)
The rotational speeds N dbk · max of the motors A and B are 390 rpm and 425 rpm, respectively, and there is a deviation in the rotational speed at which the brake torque is maximum.
以上の結果から、ショートブレーキを作動させた場合には、モータA、Bの誘起電圧に応じたブレーキ電流Idbkが流れるが、ブレーキ電流Idbkだけでブレーキトルクが定まるわけでなく、回転数Nに応じてブレーキ電流とブレーキトルクとの関係が変化することが判明した。特に、ブレーキ電流Idbkが大きい高速域でブレーキトルクが強くなるわけではなく、Ndbk・maxにおいてブレーキトルクが最大になっている。 From the above results, when the short brake is operated, the brake current I dbk corresponding to the induced voltage of the motors A and B flows, but the brake torque is not determined only by the brake current I dbk and the rotation speed N It was found that the relationship between the brake current and the brake torque changes according to the condition. In particular, the brake torque does not increase at high speeds where the brake current I dbk is large, and the brake torque is maximum at N dbk · max .
このように、本件出願人は、図5に基づいてモータA、Bに流れるブレーキ電流を所定の電流制限値に抑えることで、モータA、Bに対してブレーキトルクが強く働くことを発見した。また、本件出願人は、モータA、Bのインピーダンスやモータ特性のバラツキにより位置偏差に悪影響が及ぶことを発見した。すなわち、本発明の骨子は、モータA、Bに対して適切なブレーキ電流を流すことで、ブレーキ作動からモータ停止までに要する時間を短くすることである。さらに、モータA、Bのインピーダンスやモータ特性のバラツキを考慮して、ブレーキを作動させることで位置偏差を最小限に抑えることである。 As described above, the present applicant has found that the brake torque acts strongly on the motors A and B by suppressing the brake current flowing through the motors A and B to a predetermined current limit value based on FIG. Further, the present applicant has discovered that the positional deviation is adversely affected by variations in the impedances and motor characteristics of the motors A and B. That is, the gist of the present invention is to shorten the time required from the brake operation to the motor stop by supplying an appropriate brake current to the motors A and B. Furthermore, in consideration of variations in motor A and B impedance and motor characteristics, the position deviation is minimized by operating the brake.
以下、図6から図8を参照して、本実施の形態に係るモータ制御装置のブレーキ方式について詳細に説明する。図6は、一般的なショートブレーキ方式のブレーキ評価を示す図である。図7は、本実施の形態に係る第1のブレーキ方式のブレーキ評価を示す図である。図8は、本実施の形態に係る第2のブレーキ方式のブレーキ評価を示す図である。なお、図6から図8では、実線W1がモータAのブレーキ電流、破線W2がモータBのブレーキ電流、実線W3がモータAの速度、破線W4がモータBの速度、実線W5がモータA、Bの位置偏差をそれぞれ示している。なお、ここでも、同型式のモータA、Bを例示して説明する。 Hereinafter, the brake system of the motor control device according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 6 is a diagram showing a brake evaluation of a general short brake system. FIG. 7 is a diagram showing a brake evaluation of the first brake system according to the present embodiment. FIG. 8 is a diagram showing a brake evaluation of the second brake method according to the present embodiment. 6 to 8, the solid line W1 is the brake current of the motor A, the broken line W2 is the brake current of the motor B, the solid line W3 is the speed of the motor A, the broken line W4 is the speed of the motor B, and the solid line W5 is the motor A, B Each position deviation is shown. Here, the motors A and B of the same type will be described as an example.
図6は、一般的なショートブレーキ方式のブレーキ評価であり、モータの最高回転時にブレーキを作動させ、停止するまでの減速の様子を測定したものである。ブレーキ作動直後にブレーキ電流が大きな値(モータAで37.84A、モータBで36.20A)になっている。このブレーキ電流の瞬間的な増加は正弦波数周期程度の時間で安定するが、モータに対してブレーキ電流が流れ過ぎ、モータの減速度も乱れ気味になるので好ましくない。安定後のブレーキ電流のピークは、モータAが21.24A、モータBが20.84Aとなっており、略一定の電流が流れている。 FIG. 6 shows a brake evaluation of a general short brake system, and measures the state of deceleration until the brake is operated and stopped at the maximum rotation of the motor. Immediately after the brake operation, the brake current is a large value (37.84 A for motor A and 36.20 A for motor B). This instantaneous increase in the brake current stabilizes in a time of about a sine wave number cycle, but this is not preferable because the brake current flows excessively to the motor and the deceleration of the motor becomes disturbed. The brake current peaks after stabilization are 21.24 A for motor A and 20.84 A for motor B, and a substantially constant current flows.
このとき、モータA、Bの速度の傾きを示す減速度が緩やかに変化しており、モータA、Bの電流値が約21Aと大きいにも関わらず、減速に要する時間が約152msと長くなっている。これは、図5に示すように、ブレーキ電流が所定値まではブレーキトルクも増加するが、ブレーキ電流が所定値を超えるとブレーキトルクが逆に減少し始めるからである。すなわち、高速域でブレーキトルクが弱いことを示している。このように、ブレーキ電流が大きくても、モータA、Bに対してはブレーキが強く作動するわけではない。また、モータA、Bが異なる減速度で減速しており、モータA、Bの位置偏差が大きくなっている。 At this time, the deceleration indicating the inclination of the speed of the motors A and B is gradually changing, and the time required for deceleration becomes as long as about 152 ms even though the current values of the motors A and B are as large as about 21 A. ing. This is because, as shown in FIG. 5, the brake torque increases until the brake current reaches a predetermined value, but when the brake current exceeds the predetermined value, the brake torque starts to decrease. That is, the brake torque is weak in the high speed range. Thus, even if the brake current is large, the brake does not operate strongly for the motors A and B. Further, the motors A and B are decelerated at different decelerations, and the positional deviations of the motors A and B are large.
図7は、第1のブレーキ方式のブレーキ評価であり、モータA、Bに流れるブレーキ電流の電流制限値を12.0Aに制限したものである。ここでは、モータA、Bに対してブレーキトルクが強く働くように、電流制限値が設定されている。第1のブレーキ方式においても、一般のショートブレーキと同様に、モータの最高回転時にブレーキを作動させ、停止するまでの減速の様子を測定している。この方式では、ブレーキ作動直後に各モータA、Bのブレーキ電流が大きな値になることもなく、ブレーキ電流が電流制限値である12.0Aに抑えられている。なお、電流制限の処理動作の詳細については後述する。 FIG. 7 shows the brake evaluation of the first brake system, in which the current limit value of the brake current flowing through the motors A and B is limited to 12.0A. Here, the current limit value is set so that the brake torque acts strongly on the motors A and B. Also in the first brake system, as in a general short brake, the brake is operated at the maximum rotation of the motor and the state of deceleration until it stops is measured. In this system, the brake currents of the motors A and B do not become large immediately after the brake operation, and the brake current is suppressed to 12.0 A which is the current limit value. Details of the current limiting processing operation will be described later.
また、各モータA、Bの速度の傾きを示す減速度が直線に近付くと共に、その減速度の傾きが大きくなっている。このため、ブレーキ電流を制限しているにも関わらず、一般的なショートブレーキ方式と比較して素早く停止している。具体的には、モータA、Bの電流値が約12.0Aと小さいが、減速に要する時間が約88msに大幅に短縮されている。これは、ブレーキトルクが強く働く電流値にブレーキ電流を抑えることで、高速域でブレーキ電流の位相が遅れすぎずに強いブレーキトルクを働かせることができるからである。また、モータA、Bの速度差が小さく、モータA、Bの位置偏差も小さくなっている。 In addition, the deceleration indicating the speed gradient of each motor A, B approaches a straight line, and the gradient of the deceleration increases. For this reason, although the brake current is limited, the brake is stopped more quickly than a general short brake system. Specifically, although the current values of the motors A and B are as small as about 12.0 A, the time required for deceleration is greatly reduced to about 88 ms. This is because by suppressing the brake current to a current value at which the brake torque works strongly, a strong brake torque can be applied without the phase of the brake current being delayed too much in the high speed range. Further, the speed difference between the motors A and B is small, and the positional deviation between the motors A and B is also small.
図8は、第2のブレーキ方式のブレーキ評価であり、モータAの電流制限値を11.5A、モータBの電流制限値を12.0Aに制限したものである。ここでは、モータA、Bのインピーダンスや誘起電圧定数等のモータ自体の特性の違いやモータA、Bの負荷の違いを吸収できるように、個別の電流制限値が設定されている。第2のブレーキ方式においても、一般のショートブレーキ方式と同様に、モータの最高回転時にブレーキを作動させ、停止するまで減速の様子を測定している。この方式でも、ブレーキ作動直後に各モータA、Bのブレーキ電流が大きな値になることもなく、ブレーキ電流がそれぞれの電流制限値に抑えられている。 FIG. 8 shows the brake evaluation of the second brake system, in which the current limit value of the motor A is limited to 11.5A and the current limit value of the motor B is limited to 12.0A. Here, individual current limit values are set so as to absorb differences in characteristics of the motor itself such as the impedances and induced voltage constants of the motors A and B, and differences in loads of the motors A and B. In the second brake method, as in a general short brake method, the brake is operated at the maximum rotation of the motor, and the state of deceleration is measured until it stops. Even in this method, the brake currents of the motors A and B do not become large immediately after the brake operation, and the brake currents are suppressed to the respective current limit values.
また、図7に示す第1のブレーキ方式と比較して、減速に要する時間は大きな差がないが、モータA、Bの減速度が略一致して、同一の速度で減速停止されている。このため、モータA、Bの位置偏差の最大値が小さくなっている。ここで、一般的なショートブレーキ方式、本実施の形態に係る第1、第2のブレーキ方式においてモータA、Bの位置偏差の最大値を比較すると、一般的なショートブレーキ方式が26300パルス、第1のブレーキ方式が7170パルス、第2のブレーキ方式が1440パルスとなっている。このように、第2のブレーキ方式では位置偏差を小さくできるため、モータA、Bが並列駆動するように機械的に連結される場合には、機械的なストレスや軸ねじれを最小に抑えることができる。 Compared with the first brake system shown in FIG. 7, the time required for deceleration is not significantly different, but the decelerations of the motors A and B are substantially the same and are decelerated and stopped at the same speed. For this reason, the maximum position deviation of the motors A and B is small. Here, when the maximum values of the positional deviations of the motors A and B in the general short brake system and the first and second brake systems according to the present embodiment are compared, the general short brake system has 26300 pulses, The first brake system has 7170 pulses and the second brake system has 1440 pulses. Thus, since the position deviation can be reduced in the second brake method, when the motors A and B are mechanically coupled so as to be driven in parallel, mechanical stress and shaft torsion can be minimized. it can.
次に、図5を参照して、第1、第2のブレーキ方式の電流制限値の設定について説明する。モータA、Bが機械的に連結される場合、モータA、Bに対する負荷のアンバランスだけを考慮しても、適切にブレーキを作動させることができず、位置偏差を抑えることが難しい。例えば、高速域ではブレーキ電流が増加すると、ブレーキトルクが弱くなり、逆効果になるおそれがある。そこで、本実施の形態に係るブレーキ方式では、モータのインピーダンスの違い、モータ自体の特性の違い、負荷のアンバランスを考慮して、電流制限値を設定するようにしている。 Next, the setting of the current limit values of the first and second brake methods will be described with reference to FIG. When the motors A and B are mechanically connected, even if only the load imbalance with respect to the motors A and B is considered, the brake cannot be operated properly, and it is difficult to suppress the position deviation. For example, when the brake current increases in a high speed range, the brake torque becomes weak, which may have an adverse effect. Therefore, in the brake system according to the present embodiment, the current limit value is set in consideration of the difference in motor impedance, the difference in characteristics of the motor itself, and the load imbalance.
まず、モータA、Bに対する共通の電流制限値の設定について説明する。図5に示すように、計算上最もブレーキトルクが大きい第1の電流制限値と、第1の電流制限値よりも10%から20%低い第2の電流制限値とが算出されている。第1、第2の電流制限値は、上記式(5)、式(7)、式(8)等から求めることが可能である。第1のブレーキ方式では、モータA、Bに流れる電流値が共通の第2の電流制限値、例えば、12.0Aに制限されている。これは、モータA、Bに流れる電流値が第1の電流制限値に制限されると、後述する第2のブレーキ方式の電流制限値として異なる値を設定する際に煩雑になるためである。
First, setting of a common current limit value for the motors A and B will be described. As shown in FIG. 5, the first current limit value with the largest brake torque in the calculation and the second
すなわち、第1の電流制限値は、ブレーキトルクの最大値付近に設定されため、電流制限値を大きくすればブレーキトルクが減るか、電流制限値を小さくすればブレーキトルクが減るかが判別し難い。そこで、本実施の形態では、第1、第2のブレーキ方式のどちらについても、第1の電流制限値よりも10%から20%低い第2の電流制限値に制限して、電流制限値の変更とブレーキトルクの増減との関係を明確にしている。これにより、第1のブレーキ方式から第2のブレーキ方式に変更する際に、電流制限値の補正が容易になっている。このように、共通の電流制限値を一致させることで、モータA、Bにほぼ均一なブレーキトルクを生じさせ、最大の電流制限値よりも電流制限値を低くすることで、モータA、Bのインピーダンスの違いを吸収している。 That is, since the first current limit value is set near the maximum value of the brake torque, it is difficult to determine whether the brake torque is reduced if the current limit value is increased or the brake torque is decreased if the current limit value is decreased. . Therefore, in this embodiment, for both the first and second brake systems, the current limit value is limited to a second current limit value that is 10% to 20% lower than the first current limit value. The relationship between the change and increase / decrease in brake torque is clarified. This facilitates correction of the current limit value when changing from the first brake system to the second brake system. In this way, by making the common current limit values coincide with each other, a substantially uniform brake torque is generated in the motors A and B, and by making the current limit value lower than the maximum current limit value, Absorbs the difference in impedance.
次に、モータA、Bに対する個別の電流制限値の設定について説明する。個別の電流制限値の設定は、第2のブレーキ方式で用いられている。個別の電流制限値の設定では、上記のモータA、Bのブレーキ電流を第2の電流制限値に制限した上で、第2の電流制限値を基準としてモータA、Bの電流制限値を補正(増減)する。ここでは、モータA、Bのブレーキ電流(ブレーキトルク)を実測し、各モータA、Bの電流制限値を固定値で補正するようにする。例えば、モータAよりもモータBのブレーキトルクが弱い場合には、モータAの電流制限値を11.5A、モータBの電流制限値を12.0Aに補正する。 Next, the setting of individual current limit values for the motors A and B will be described. The setting of the individual current limit value is used in the second brake method. In the setting of the individual current limit values, the brake currents of the motors A and B are limited to the second current limit value, and then the current limit values of the motors A and B are corrected based on the second current limit value. (Increase or decrease). Here, the brake currents (brake torque) of the motors A and B are measured, and the current limit values of the motors A and B are corrected with fixed values. For example, when the brake torque of the motor B is weaker than that of the motor A, the current limit value of the motor A is corrected to 11.5A and the current limit value of the motor B is corrected to 12.0A.
なお、補正後の電流制限値は、第1の電流制限値よりも低ければよく、モータAの電流制限値を11.75A、モータBの電流制限値を12.25Aに補正してもよい。また、個別の電流制限値の設定では、モータA及びモータBのいずれかの電流制限値だけを補正してもよいし、両方の電流制限値を補正してもよい。 The corrected current limit value only needs to be lower than the first current limit value, and the current limit value of motor A may be corrected to 11.75A and the current limit value of motor B may be corrected to 12.25A. In setting individual current limit values, only the current limit value of either motor A or motor B may be corrected, or both current limit values may be corrected.
このように、モータA、Bに流れる電流値が個別の電流制限値に制限されることで、誘起電圧定数等のモータ特性の違いを吸収している。しかしながら、この設定方法では、モータのインピーダンスの違いやモータ特性の違いを吸収できるが、負荷の動的な変化が考慮されていない。また、モータA、Bを実測する必要があり、補正値の決定が煩雑である。この場合、負荷の位置情報に基づいて電流制限値を補正する方法も考えられるが、高速域で適切な補正ができない。 As described above, the current values flowing through the motors A and B are limited to individual current limit values, thereby absorbing differences in motor characteristics such as induced voltage constants. However, this setting method can absorb differences in motor impedance and motor characteristics, but does not consider dynamic changes in load. Further, it is necessary to actually measure the motors A and B, and the correction value determination is complicated. In this case, a method of correcting the current limit value based on the position information of the load is conceivable, but appropriate correction cannot be performed in a high speed range.
そこで、個別の電流制限値の設定として、モータA、Bの現在位置の差分である位置偏差に応じて電流制限値を補正することも可能である。これにより、負荷の動的な変化に応じてモータA、Bの電流制限値を動的に変化させることができる。この位置偏差に応じた電流制限値の設定では、モータA、Bのブレーキ電流を第2の電流制限値に制限した上で、モータA、Bの位置偏差量が予め定めた閾値を超える場合に、位置偏差量に応じた補正係数を電流制限値に掛け合わせることで電流制限値を補正(増減)する。この位置偏差に応じた電流制限値の設定では、モータA及びモータBのいずれかの電流制限値だけを補正してもよいし、両方の電流制限値を補正してもよい。 Therefore, as the setting of the individual current limit value, it is also possible to correct the current limit value according to the position deviation which is the difference between the current positions of the motors A and B. As a result, the current limit values of the motors A and B can be dynamically changed according to the dynamic change of the load. In setting the current limit value according to the position deviation, the brake current of the motors A and B is limited to the second current limit value, and the position deviation amount of the motors A and B exceeds a predetermined threshold value. The current limit value is corrected (increased or decreased) by multiplying the current limit value by a correction coefficient corresponding to the position deviation amount. In setting the current limit value according to the position deviation, only the current limit value of either the motor A or the motor B may be corrected, or both current limit values may be corrected.
ところで、上記補正は、モータA、Bの回転数が400rpm以下の低速域では無効になる。このため、400rpm以下の低速域でブレーキ電流を制限して位置偏差を抑える場合には、図5に示すように第3の電流制限値を設定することも可能である。第3の電流制限値は、回転数(速度)の低下に伴って電流制限値が下がるように設定される。そして、400rpm以上の高速域では位置偏差に応じて第2の電流制限値を基準として電流制限値を補正(増減)し、400rpm以下の低速域では位置偏差に応じて第3の電流制限値を基準として電流制限値を補正(増減)するようにする。これにより、低速域でも位置偏差に応じて適切な電流制限値にブレーキ電流を制限できる。 By the way, the above correction becomes invalid in the low speed range where the rotational speeds of the motors A and B are 400 rpm or less. Therefore, when the brake current is limited in a low speed region of 400 rpm or less to suppress the position deviation, it is possible to set the third current limit value as shown in FIG. The third current limit value is set so that the current limit value decreases as the rotational speed (speed) decreases. Then, the current limit value is corrected (increased or decreased) based on the second current limit value according to the position deviation in the high speed range of 400 rpm or more, and the third current limit value is set according to the position deviation in the low speed range of 400 rpm or less. The current limit value is corrected (increased / decreased) as a reference. Accordingly, the brake current can be limited to an appropriate current limit value according to the position deviation even in the low speed range.
なお、位置偏差に応じた電流制限値の設定においても、実際にはモータケーブルのインピーダンスやスイッチング素子の抵抗も加味する必要があるため、モータや配線の決定時に一度実測することが好ましい。 In setting the current limit value according to the position deviation, it is necessary to actually take into account the impedance of the motor cable and the resistance of the switching element.
以上のように、電流制限値の設定は、モータA、Bに流れるブレーキ電流を、モータトルクが最大となる第1の電流制限値よりも低い第2の電流制限値に制限することでモータA、Bのインピーダンスの違いを吸収している。また、モータA、Bに対する電流制限値を個別に補正することで、モータA、Bのモータ特性の違いを吸収している。さらに、モータA、Bに対する電流制限値を位置偏差量に応じて個別に補正することで、位置偏差量を最小限に抑えている。 As described above, the current limit value is set by limiting the brake current flowing through the motors A and B to the second current limit value lower than the first current limit value at which the motor torque is maximum. , B absorbs the difference in impedance. Moreover, the difference in the motor characteristics of the motors A and B is absorbed by individually correcting the current limit values for the motors A and B. Further, the position deviation amount is minimized by correcting the current limit values for the motors A and B individually according to the position deviation amount.
本実施の形態に係る実装ヘッド移動機構1は、第1のブレーキ方式を採用することで、一般的なショートブレーキ方式と比較して、モータ停止に要する時間を短くし、モータ4A、4B間の位置偏差を小さくしている(図1参照)。さらに、実装ヘッド移動機構1は、第2のブレーキ方式を採用することで、モータ停止に要する時間を短くすると共に、第1のブレーキ方式よりもモータ4A、4B間の位置偏差を小さくして、機械的なストレスや軸ねじれを防止している。なお、電流制限値の設定処理及び補正処理は、モータ制御回路14が実施してもよいし、さらに上位の装置が実施してもよい。
The mounting
ここで、図2及び図9を参照して、モータ制御装置における電流制限の処理動作について説明する。図9は、本実施の形態に係る電流制限の処理動作の一例を示すフローチャートである。ここでは、モータ4Aの電流制限について説明するが、モータ4Bの電流制限も同様である。
Here, with reference to FIG.2 and FIG.9, the process operation | movement of the electric current limitation in a motor control apparatus is demonstrated. FIG. 9 is a flowchart showing an example of the current limiting processing operation according to the present embodiment. Here, the current limit of the
図2及び図9に示すように、ダイナミックブレーキが作動されると、インバータブリッジ回路13の上アーム又は下アームの3つのスイッチング素子がオンにされる(ステップS01)。これにより、モータ4Aの端子が短絡してブレーキ電流が発生する。モータ4Aに流れるブレーキ電流は、電流センサ19u、19wによって検出されて、モータ制御回路14に出力される。モータ制御回路14では、ブレーキ電流が電流制限値を超えたか否かが判定される(ステップS02)。ブレーキ電流が電流制限値を超えていない場合には(ステップS02でNO)、ステップS02からステップS06に処理が移行する。
As shown in FIGS. 2 and 9, when the dynamic brake is operated, the three switching elements of the upper arm or the lower arm of the
一方、ブレーキ電流が電流制限値を超える場合には(ステップS02でYES)、インバータブリッジ回路13の6つ全てのスイッチング素子がオフにされ、ブレーキが一時的に停止される(ステップS03)。一定時間が経過すると(ステップS04)、再びインバータブリッジ回路13の上アーム又は下アームの3つのスイッチング素子がオンにされてブレーキが作動される(ステップS05)。なお、一定時間とは、数百μs程度であり、制御周期の最短周期でよい。次に、モータ制御回路14において、ブレーキ電流が電流制限値と比較して十分に小さいか否かが判定される(ステップS06)。例えば、電流制限値よりも十分に低い判定値とブレーキ電流とが比較される。
On the other hand, when the brake current exceeds the current limit value (YES in step S02), all six switching elements of the
そして、ブレーキ電流が電流制限値よりも十分に低いと判定されると(ステップS06でYES)、ダイナミックブレーキが終了される。一方、ブレーキ電流が電流制限値よりも十分に低くないと判定されると(ステップS06でNO)、ブレーキ電流が十分に低くなるまでステップS02からS05までの処理が繰り返される。このように、本実施の形態に係るモータ制御装置では、上アーム又は下アームの3つのスイッチング素子のオンと全てのスイッチング素子の一時的なオフを繰り返すことで、ブレーキ電流のピークが電流制限値を超えないように制御している。 If it is determined that the brake current is sufficiently lower than the current limit value (YES in step S06), the dynamic brake is terminated. On the other hand, if it is determined that the brake current is not sufficiently lower than the current limit value (NO in step S06), the processes from step S02 to S05 are repeated until the brake current becomes sufficiently low. Thus, in the motor control device according to the present embodiment, the peak of the brake current becomes the current limit value by repeatedly turning on the three switching elements of the upper arm or the lower arm and temporarily turning off all the switching elements. It is controlled not to exceed.
以上のように、本実施の形態に係るモータ制御装置によれば、ブレーキ電流が所定の電流制限値に制限されるため、モータに電流が流れ過ぎることがない。この場合、ブレーキトルクが強く作動する範囲に電流制限値を設定することで、高速域でのブレーキ電流の増加によりブレーキトルクが弱くなることがなく、ブレーキ作動からモータ停止までに要する時間を短くできる。また、モータが機械的に連結されて並列駆動される場合には、モータのインピーダンスの違い、モータ特性の違い、各モータに対する負荷の違いを吸収できるように個別の電流制限値を設定することで、位置偏差を最小限に抑えてモータ間の機械的なストレス等を抑制できる。 As described above, according to the motor control device according to the present embodiment, the brake current is limited to the predetermined current limit value, so that no current flows through the motor. In this case, by setting the current limit value in the range where the brake torque operates strongly, the brake torque does not become weak due to the increase of the brake current in the high speed range, and the time required from the brake operation to the motor stop can be shortened. . When motors are mechanically connected and driven in parallel, individual current limit values can be set to absorb differences in motor impedance, motor characteristics, and loads on each motor. In addition, the mechanical stress between the motors can be suppressed by minimizing the positional deviation.
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状等については、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change and implement variously. In the above-described embodiment, the size, shape, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effects of the present invention are exhibited. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.
例えば、本実施の形態において、各モータで個別の電流制限値を第2の電流制限値に設定した上で、モータ毎に第2の電流制限値を基準として電流制限値を個別に補正する構成としたが、この構成に限定されない。個別の電流制限値は、モータ毎に設定されれば設定方法は特に限定されない。 For example, in the present embodiment, the individual current limit value is set to the second current limit value for each motor, and the current limit value is individually corrected for each motor on the basis of the second current limit value. However, the present invention is not limited to this configuration. The setting method is not particularly limited as long as the individual current limit value is set for each motor.
また、本実施の形態において、実測値や位置偏差に基づいて各モータで個別の電流制限値を補正する構成としたが、この構成に限定されない。各モータで個別の電流制限値は、モータ特性を吸収可能であれば、どのように補正されてもよい。 In the present embodiment, the individual current limit value is corrected by each motor based on the actually measured value and the position deviation. However, the present invention is not limited to this configuration. The individual current limit value for each motor may be corrected in any way as long as the motor characteristics can be absorbed.
以上説明したように、本発明は、モータに対して適切にブレーキを作動させて、ブレーキ作動からモータ停止までに要する時間を短くできるという効果を有し、特に、機械的に連結された二軸が並列駆動する各モータ制御装置に有用である。 As described above, the present invention has an effect that the time required from the brake operation to the motor stop can be shortened by appropriately operating the brake to the motor, and in particular, the two shafts mechanically connected. Is useful for motor control devices that are driven in parallel.
1 実装ヘッド移動機構
3 実装ヘッド(負荷)
4A、4B モータ
5 Y軸ステージ
6 X軸ステージ(負荷)
11 主電源(電源)
13 インバータブリッジ回路
14 モータ制御回路
18u−18w ハーフブリッジ回路
19u、19w 電流センサ
21 エンコーダ
T1−T6 スイッチング素子
D1−D6 還流ダイオード
1 Mounting
4A, 4B Motor 5 Y-
11 Main power supply
13
Claims (10)
各相のスイッチング素子のオンオフ動作を制御して、前記モータを駆動させるモータ制御回路とを備え、
前記モータ制御回路は、前記上アーム及び前記下アームのいずれか一方の各相のスイッチング素子を全てオンにして、前記モータの各相の端子間を短絡させてブレーキ電流を発生させ、前記スイッチング素子のオンオフ動作の制御によって前記モータに流れるブレーキ電流を所定の電流制限値に制限することを特徴とするモータ制御装置。 An inverter bridge circuit configured by an upper arm and a lower arm each having a three-phase switching element, converting a direct current supplied from the power source side by an on / off operation of the switching element into an alternating current, and outputting the alternating current to the motor;
A motor control circuit for controlling the on / off operation of the switching element of each phase and driving the motor;
The motor control circuit turns on all of the switching elements of each phase of either the upper arm or the lower arm, short-circuits the terminals of the phases of the motor to generate a brake current, and the switching element. A motor control device that limits a brake current flowing through the motor to a predetermined current limit value by controlling the on / off operation of the motor.
前記モータ制御回路は、前記複数のモータに流れるブレーキ電流を、前記複数のモータで共通の電流制限値に制限することを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 The plurality of motors are mechanically coupled to drive in parallel,
The motor control device according to claim 2, wherein the motor control circuit limits a brake current flowing through the plurality of motors to a current limit value common to the plurality of motors.
前記モータ制御回路は、前記複数のモータに流れるブレーキ電流を、前記複数のモータで個別の電流制限値に制限することを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 The plurality of motors are mechanically coupled to drive in parallel,
The motor control device according to claim 2, wherein the motor control circuit limits a brake current flowing through the plurality of motors to an individual current limit value by the plurality of motors.
前記モータ制御回路は、前記モータに流れるブレーキ電流が電流制限値を超える場合に、前記上アーム及び前記下アームの全てのスイッチング素子を一時的にオフにすることで、前記モータに流れるブレーキ電流を所定の電流制限値に制限することを特徴とする請求項1から請求項8のいずれかに記載のモータ制御装置。 A current sensor for detecting a brake current flowing through the motor;
When the brake current flowing through the motor exceeds a current limit value, the motor control circuit temporarily turns off all the switching elements of the upper arm and the lower arm, thereby reducing the brake current flowing through the motor. The motor control device according to any one of claims 1 to 8, wherein the motor control device is limited to a predetermined current limit value.
各相のスイッチング素子のオンオフ動作を制御して、前記モータを駆動させるモータ制御回路とを備えたモータ制御装置の制御方法であって、
前記モータ制御回路が、前記上アーム及び前記下アームのいずれか一方の各相のスイッチング素子を全てオンにして、前記モータの各相の端子間を短絡させてブレーキ電流を発生させ、前記スイッチング素子のオンオフ動作の制御によって前記モータに流れるブレーキ電流を所定の電流制限値に制限することを特徴とするモータ制御装置の制御方法。 An inverter bridge circuit configured by an upper arm and a lower arm each having a three-phase switching element, converting a direct current supplied from the power source side by an on / off operation of the switching element into an alternating current, and outputting the alternating current to the motor;
A control method of a motor control device comprising a motor control circuit for controlling the on / off operation of each phase switching element to drive the motor,
The motor control circuit turns on all of the switching elements of each phase of either the upper arm or the lower arm, short-circuits the terminals of the phases of the motor to generate a brake current, and the switching element. A control method for a motor control device, wherein a brake current flowing through the motor is limited to a predetermined current limit value by controlling on / off operation of the motor.
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