JP2705929B2 - 交流サーボ電動機トルク制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、３相の交流サーボ電動機に対してトルク制
御を行う交流サーボ電動機トルク制御装置に関するもの
である。 〔従来の技術〕 サーボシステムに用いられる電動機としては、従来か
ら制御特性の優れた直流電動機が一般的に採用されてい
たが、最近は交流電動機に対する制御技術が急速に発展
したため、簡単な構成で保守性に優れている交流電動機
が次第に直流電動機に代わって採用されつつある。第４
図は、このような交流のサーボ電動機を制御対象とする
従来の交流サーボ電動機トルク制御装置の構成図であ
る。 この図に示すように、３相交流用のサーボ電動機８に
対してトルク制御を行う従来装置は、主として、ゲート
信号発生回路６と、スイッチング素子ブリッジ回路とし
てのトランジスタブリッジ７と、サーボ電動機８に直結
したパルスジェネレータ９と、パルスジェネレータ９か
らのパルス信号を入力するパルスジェネレータ処理回路
（以下、PG処理回路と略す。）４と、トランジスタブリ
ッジ７の出力電流を検出する変流器31,32と、変流器31,
32からの検出信号を入力する電流演算回路５と、により
構成されている。 次に、第４図の動作につき説明する。PG処理回路４
は、パルスジェネレータ９からのパルス信号の入力に基
づき、符号26で示した速度フィードバック信号Ｖを出力
する。そして、符号10で示した速度指令信号Ｖ＊と、こ
の速度フィードバック信号Ｖとの偏差が加算器からトル
ク指令信号Ｔ＊として、乗算器1,2,3の一方の入力端子
に出力される。 乗算器1,2,3の他方の入力端子には、符号22,23,24で
示したPG処理回路４からの位相信号Sinθｕ、Sinθv,Si
nθｗが入力される。そして、乗算器1,2,3はトルク指令
信号Ｔ＊にこれらの位相信号を乗じ、それぞれ符号12,1
3,14で示した電流指令信号ｉu*,iv*,iw*を加算器15,16,
17の一方の入力端子に出力する。 電流演算回路５は、変流器31,32から符号18,19で示し
た電流検出信号iu,ivを入力し、電流フィードバック信
号ｉu,iv,iwを加算器15,16,17の他方の入力端子に出力
する。そして、加算器15,16,17は、電流指令信号ｉu*,i
v*,iw*と電流フィードバック信号ｉu,iv,iwとの偏差を
電圧指令信号Au,Av,Awとして、ゲート信号発生回路６に
出力する。 第５図は、ゲート信号発生回路６の構成を示すブロッ
ク図である。この図に示すように、ゲート信号発生回路
６は、三角波発生器62と、各相用の３個のコンパレータ
61と、オンディレイ回路65と、を有している。 各相用の３個のコンパレータ61は、それぞれ電圧指令
信号Au,Av,Awを入力すると共に、三角波発生器62から三
角波信号を入力し、PWMパターン信号であるゲート信号M
u,Mv,Mwを出力する。このゲート信号Mu,Mv,Mwは、オン
ディレイ回路65を介して、符号25で示した最終的なゲー
ト信号となり、トランジスタブリッジ７に出力される。
なお、オンディレイ回路65は、トランジスタブリッジ７
内の正負アームがスイッチング動作の遅れに起因して同
時短絡するのを防止するために設けたものである。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、第４図の構成は、３相交流電流の制御
を行うものであるため、３相分の回路構成要素を設けて
いる部分がある。例えば、乗算器1,2,3、加算器15,16,1
7、及びゲート信号発生回路６内の３個のコンパレータ6
1である。したがって、回路構成が複雑となるばかり
か、各相間のバランスをとるための調整を行わなければ
ならず、この調整がうまく行われない場合は、電流の不
平衡が発生する虞れがあった。 また、第４図のPG処理回路４は、マイクロコンピュー
タにより構成されており、符号22,23,24で示した位相信
号Sinθu,Sinθv,Sinθｗを出力するものであるため、
その内部にはD/Aコンバータを設けなければならず、高
価なものとなっていた。 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、回路
構成の簡素化を図ることができ、これにより、信頼性を
向上させると共に、コストダウンを図ることもできる交
流サーボ電動機トルク制御装置を提供することを目的と
している。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は上記問題点を解決するための手段として、ス
イッチング素子により構成され、そのスイッチング動作
により３相サーボ電動機（８）に対して３相交流電力を
出力するスイッチング素子ブリッジ回路（７）と、前記
サーボ電動機（８）に直結されたパルスジェネレータ
（９）からのパルス信号の入力に基づき、速度フィード
バック信号（Ｖ）を演算して出力するPG処理回路（４）
と、前記スイッチング素子ブリッジ回路（７）の出力側
に設けられた変流器（31,32）からの電流検出信号の入
力に基づき、各相毎の電流フィードバック信号（ｉu,i
v,iw）を出力する電流演算回路（５）と、各相毎の電圧
指令信号（Au,Av,Aw）の入力に基づき、ゲート信号を前
記スイッチング素子ブリッジ回路（７）のスイッチング
素子に対して出力するゲート信号発生回路（6,60）と、
を備えており、速度指令信号（Ｖ＊）と前記速度フィー
ドバック信号（Ｖ）との偏差をトルク指令信号（Ｔ＊）
とし、このトルク指令信号（Ｔ＊）及び前記各相毎の電
流フィードバック信号（ｉu,iv,iw）を用いて前記各相
毎の電圧指令信号（Au,Av,Aw）を生成し、これを前記ゲ
ート信号発生回路（6,60）に出力する交流サーボ電動機
トルク制御装置において、入力側が前記電流演算回路
（５）の各相毎の出力端子にそれぞれ接続されると共
に、出力側が互いに共通接続されており、オン．オフ指
令信号に基づき接点のオン．オフ動作を行う第１乃至第
３のスイッチ（SW1〜SW3）により構成されるスイッチ群
と、前記トルク指令信号（Ｔ＊）を一端側に入力し、他
端側から電流指令信号（Id＊）を出力する変換抵抗（2
7）と、前記第１乃至第３のスイッチ（SW1〜SW3）の出
力側共通接続点に一端側が接続され、他端側が前記変換
抵抗（27）の他端側に接続された演算抵抗（28）と、前
記変換抵抗（27）及び前記演算抵抗（28）の共通接続点
からの偏差信号を入力し、前記各相毎の電圧指令信号を
前記ゲート信号発生回路（60）に対して出力する電流ア
ンプ（30）と、を備えており、前記PG処理回路（４）
は、前記パルスジェネレータ（９）からのパルス信号の
入力に基づき、前記第１乃至第３のスイッチ（SW1〜SW
3）のいずれか一のスイッチにに対してオン指令信号を
順次サイクリックに出力するものである、ことを特徴と
する。 〔作 用〕 上記構成において、PG処理回路（４）はパルスジェネ
レータ（９）からのパルス信号による位相情報に基づい
て、スイッチ（SW1〜SW3）のいずれか１つを順次サイク
リックにオン・オフ制御していく。したがって、３相分
の回路構成要素はこのスイッチ（SW1〜SW3）だけであ
り、従来必要とされていた３相分の回路構成要素を実質
的に１相分だけのものとすることができる。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を第１図乃至第３図に基づき説
明する。第１図は、本発明の実施例に係る交流サーボ電
動機トルク制御装置の構成図である。第１図が第４図と
異なる点を主に説明していくと、まず、３個のスイッチ
SW1〜SW3により構成されているスイッチ群が設けられて
いる。これらのスイッチSW1〜SW3の各入力側は電流演算
回路５の各相毎の入力端子に接続されると共に、出力側
が共通接続されている。そして、これらのスイッチSW1
〜SW3の接点は、PG処理回路４からのオン・オフ指令信
号によりオン・オフ動作が行われるようになっている。 また、トルク指令信号Ｔ＊は変換抵抗27の一端側に入
力され、この変換抵抗27の他端側から電流指令信号Id＊
が出力されるようになっている。スイッチSW1〜SW3の出
力側共通接続点は演算抵抗28の一端側に接続され、この
演算抵抗28の他端側は変換抵抗27の他端側と共通接続さ
れている。 変換抵抗27及び演算抵抗28の共通接続点は電流アンプ
30の反転入力端子に接続されている。電流アンプ30の非
反転入力端子は接地されており、出力端子は負帰還抵抗
29を介して反転入力端子に接続されている。 電流アンプ30からの出力信号はゲート信号発生回路60
に出力されるようになっている。ゲート信号発生回路60
は、コンパレータ61、三角波発生器62、位相反転器63、
デコーダ64、及びオンディレイ回路65により構成されて
いる。ゲート信号発生回路60は、第５図のゲート信号発
生回路６と対比してみれば明らかなように、位相反転器
63及びデコーダ64が追加されているが、コンパレータ61
の数は１個となっている。そして、デコーダ64にはPG処
理回路４からの指令信号が入力されるようになってい
る。 次に、上記のように構成される本実施例の動作につき
説明する。第２図は、電流演算回路５から出力される電
流フィードバック信号ｉu,iv,iwの波形図である、本実
施例では、電流制御の通電モードを電気角120゜毎の６
つのモードＩ〜VIに分けている。この第２図から明らか
なように、いずれの時点においても、３相のうちの２相
にしか電流が流れないことがわかる。 第３図は、第２図の波形図に基づき、各相の電流の出
力状態を各通電モード毎に示した図表である。第３図に
おいて、ＵP,VP,WPはＵ相,V相,W相に正電流が流れるか
否かを示す欄であり、ＵN,VN,WNはＵ相,V相,W相に負電
流が流れるか否かを示す欄である。そして、表中の
「１」は電流が出力状態にあることを示し、「０」は電
流が非出力状態にあることを示している。したがって、
例えば、モードＩでは、Ｕ相の正電流iU及びＶ相の負電
流iVのみが流れてＷ相の電流は流れないことがわかり、
また、モードIIでは、Ｕ相の正電流iU及びＷ相の負電流
iWのみが流れてＶ相の電流は流れないことがわかる。 そして、第３図の表に示された電流出力状態の規則性
に着目してみると、モードI,IIではＵPが連続して
「１」となり、モードIII,IVではＶPが連続して「１」
となり、モードV,VIではＷPが連続して「１」となって
いることがわかる。 それ故、PG処理回路４は、モードI,IIではスイッチSW
1のみにオン指令信号を出力し、モードIII,IVではスイ
ッチSW2のみにオン指令信号を出力し、モードV,VIでは
スイッチSW3のみにオン指令信号を出力する。以下、同
様に、PG処理回路４は、スイッチSW1〜SW3のうちのいず
れか１つを順次サイクリックにオン動作させるようにす
る。 したがって、演算抵抗28の他端側からは、第３図の通
電モードに従った電流成分を含むフィードバック信号が
出力され、変換抵抗27の他端側からはこれに対応した電
流指令信号Id＊が出力され、両信号を合成した信号が電
流アンプ30の反転入力端子に入力される。ここで、変換
抵抗27からの電流指令信号Id＊と演算抵抗28からのフィ
ードバック信号とは、互いに極性が逆になるように設定
されている。したがって、電流アンプ30の反転入力端子
には電流指令信号Id＊とフィードバック信号との偏差分
が入力されることになり、電流アンプ30はこの偏差がゼ
ロになるように電圧指令信号をゲート信号発生回路60に
出力することになる。 ゲート信号発生回路60内において、コンパレータ61
は、電流アンプ30からの電圧指令信号を入力し、これを
三角波発生器62からの三角波信号と比較して比較出力信
号を出力する。デコーダ64は、コンパレータ61から直接
出力される信号と、位相反転器63を介して出力される信
号との２つの信号を入力する。そして、PG処理回路４
は、この２つの信号をいずれの相のゲート信号として出
力するかについて、その指令信号をデコーダ64に出力す
る。例えば、現在の通電モードがＩであるとすると、第
３図によれば、ＵP,VNがそれぞれ「１」であるから、コ
ンパレータ61から直接出力される信号がＵ相のゲート信
号Muとなり、位相反転器63を介して出力される信号がＶ
相のゲート信号Mvとなる。また、現在の通電モードがII
であるとすると、ＵP,WNがそれぞれ「１」であるから、
コンパレータ61から直接出力される信号がＵ相のゲート
信号Muとなり、位相反転器63を介して出力される信号が
Ｗ相のゲート信号ＭWとなる。 このように、各モード毎にデコーダ64から出力される
２つのゲート信号は、オンディレイ回路65を通ってトラ
ンジスタブリッジ７に出力される。そして、トランジス
タブリッジ７内のトランジスタのスイッチング制御が、
このゲート信号により行われ、３相交流電力がサーボ電
動機８に対して出力される。 上記した第１図の構成では、スイッチSW1〜SW3は３相
の相数に対応して３個設けられているが、他の回路構成
要素については実質的に１相分のみに対応するものとな
っている。すなわち、電流アンプ30は、第４図における
加算器15,16,17を合わせた機能を有するものと考えるこ
とができ、また、コンパレータ61も第５図においては３
個なっていたが第１図では１個となっている。そして、
第１図のPG処理回路４は、第４図のPG処理回路４と異な
り、位相信号Sinθu,Sinθv,Sinθｗを出力する必要が
ないため、その内部にD/Aコンバータを設ける必要がな
い。さらに、第４図において用いられていた乗算器1,2,
3も省略された構成となっている。 第４図の構成は、このように、第１図の構成に比べて
簡素化されているので、コストダウンを図ることがで
き、また、各相間のバランスの調整が良好に行われない
ことに起因する電流不平衡が発生する心配をなくすこと
ができる。 〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、回路構成の簡素化を
図ることができ、これにより、信頼性を向上させると共
に、コストダウンを図ることもできる交流サーボ電動機
トルク制御装置を実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例に係る交流サーボ電動機トルク
制御装置の構成図、第２図は第１図の動作を説明するた
めの波形図、第３図は第２図の波形図に基づき各相電流
の出力状態を各通電モード毎に示した図表、第４図は従
来の交流サーボ電動機トルク制御装置の構成図、第５図
は第４図におけるゲート信号発生回路６の構成を示すブ
ロック図である。 ４……PG処理回路、５……電流演算回路、6,60……ゲー
ト信号発生回路、７……トランジスタブリッジ（スイッ
チング素子ブリッジ回路）、８……サーボ電動機、９…
…パルスジェネレータ、27……変換抵抗、28……演算抵
抗、30……電流アンプ、31,32……変流器、61……コン
パレータ、62……三角波発生器、63……位相反転器、64
……デコーダ、SW1〜SW3……第１乃至第３のスイッチ、
Ｖ＊……速度指令信号、Ｖ……速度フィードバック信
号、Ｔ＊……トルク指令信号、Id＊……電流指令信号、
ｉu,iv,iw……電流フィードバック信号、Mu,Mv,Mw……
ゲート信号。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．スイッチング素子により構成され、そのスイッチン
   グ動作により３相サーボ電動機（８）に対して３相交流
   電力を出力するスイッチング素子ブリッジ回路（７）
   と、 前記サーボ電動機（８）に直結されたパルスジェネレー
   タ（９）からのパルス信号の入力に基づき、速度フィー
   ドバック信号（Ｖ）を演算して出力するPG処理回路
   （４）と、 前記スイッチング素子ブリッジ回路（７）の出力側に設
   けられた変流器（31,32）からの電流検出信号の入力に
   基づき、各相毎の電流フィードバック信号（ｉu,iv,i
   w）を出力する電流演算回路（５）と、 各相毎の電圧指令信号（Au,Av,Aw）の入力に基づき、ゲ
   ート信号を前記スイッチング素子ブリッジ回路（７）の
   スイッチング素子に対して出力するゲート信号発生回路
   （6,60）と、 を備えており、速度指令信号（Ｖ＊）と前記速度フィー
   ドバック信号（Ｖ）との偏差をトルク指令信号（Ｔ＊）
   とし、このトルク指令信号（Ｔ＊）及び前記各相毎の電
   流フィードバック信号（ｉu,iv,iw）を用いて前記各相
   毎の電圧指令信号（Au,Av,Aw）を生成し、これを前記ゲ
   ート信号発生回路（6,60）に出力する交流サーボ電動機
   トルク制御装置において、 入力側が前記電流演算回路（５）の各相毎の出力端子に
   それぞれ接続されると共に、出力側が互いに共通接続さ
   れており、オン．オフ指令信号に基づき接点のオン．オ
   フ動作を行う第１乃至第３のスイッチ（SW1〜SW3）によ
   り構成されるスイッチ群と、 前記トルク指令信号（Ｔ＊）を一端側に入力し、他端側
   から電流指令信号（Id＊）を出力する変換抵抗（27）
   と、 前記第１乃至第３のスイッチ（SW1〜SW3）の出力側共通
   接続点に一端側が接続され、他端側が前記変換抵抗（2
   7）の他端側に接続された演算抵抗（28）と、 前記変換抵抗（27）及び前記演算抵抗（28）の共通接続
   点からの偏差信号を入力し、前記各相毎の電圧指令信号
   を前記ゲート信号発生回路（60）に対して出力する電流
   アンプ（30）と、 を備えており、前記PG処理回路（４）は、前記パルスジ
   ェネレータ（９）からのパルス信号の入力に基づき、前
   記第１乃至第３のスイッチ（SW1〜SW3）のいずれか一の
   スイッチにに対してオン指令信号を順次サイクリックに
   出力するものである、 ことを特徴とする交流サーボ電動機トルク制御装置。 ２．特許請求の範囲第１項記載の交流サーボ電動機トル
   ク制御装置において、前記ゲート信号発生回路（60）
   は、 三角波発生器（62）からの三角波信号と、前記電流アン
   プ（30）からの電圧指令信号との比較に基づく比較出力
   信号を出力する１個のコンパレータ（61）と、 前記コンパレータ（61）からそのまま入力した比較出力
   信号、及び前記コンパレータ（61）から位相反転器（6
   3）を介して入力した比較出力信号の２つの信号を各相
   毎のゲート信号（Mu,Mv,Mw）として出力するデコーダ
   （64）と、 を備え、前記PG処理回路（４）は、前記パルスジェネレ
   ータ（９）からのパルス信号の入力に基づき、前記デコ
   ーダ（64）に対して前記２つの信号をいずれの相のゲー
   ト信号として出力するかについてを指令するものであ
   る、 ことを特徴とする交流サーボ電動機トルク制御装置。