JP2708479B2 - 交流サーボモータの制御装置 - Google Patents

交流サーボモータの制御装置

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JP2708479B2 JP63181839A JP18183988A JP2708479B2 JP 2708479 B2 JP2708479 B2 JP 2708479B2 JP 63181839 A JP63181839 A JP 63181839A JP 18183988 A JP18183988 A JP 18183988A JP 2708479 B2 JP2708479 B2 JP 2708479B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は交流サーボモータの制御装置に係り、とく
に、誘導電動機も、同期電動機も駆動することができる
交流サーボモータ制御装置に関する。
〔従来の技術〕 従来、誘導電動機(以下、IM)や同期電動機(以下、
SM)をサーボモータとして用いる場合、たとえば「メカ
トロニクスのためのサーボ技術入門」(日刊工業新聞
社、昭61年)のP80〜P82に記されているように、それぞ
れの電動機に最適な制御装置の構成としてシステムを構
築している。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は制御装置の大部分の構成要素はどちら
のモータにも適用できるようになつているにもかかわら
ず、システムとしてはそれぞれのモータ専用になつてい
る。このように、制御装置としては各モータ専用なの
で、装置の設計に入手がかかり、結局コスト高のものに
なつてしまう問題があつた。
本発明は前記問題点に対してなされたもので、その目
的は制御装置をIM,SMに対して共通化し、低コストの制
御装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成する本願発明の特徴は、交流サーボモ
ータから検出された速度検出値と速度指令値の偏差に基
づいてq軸電流指令値を出力する速度制御手段と、前記
交流サーボモータが同期電動機の場合には零を、かつ前
記交流サーボモータが誘導電動機の場合には前記速度検
出値に基づいて求められたd軸電流指令値を出力する切
換手段と、前記交流サーボモータが同期電動機の場合に
同期電動機に設けられた回転位置検出器によって検出さ
れた回転位置に基づいて磁束位置を出力する同期電動機
用磁束位置検出手段と、前記交流サーボモータが誘導電
動機の場合には前記速度検出値に基づいて求められる磁
束、前記q軸電流指令値、および前記速度検出値から磁
束位置を演算して出力する誘導電動機用磁束位置検出手
段と、前記誘導電動機を駆動するインバータを、前記交
流サーボモータが同期電動機の場合には前記同期電動機
用磁束位置検出手段の出力、前記切換手段の出力、およ
び前記q軸電流指令値に基づいて制御し、前記交流サー
ボモータが誘導電動機の場合には前記誘導電動機用磁束
位置検出手段の出力、前記切換手段の出力、および前記
q軸電流指令値に基づいて、制御する制御手段とを備え
たことにある。
〔作用〕
IMを制御する場合、モータの磁束を作る励磁電流を指
令するd軸電流指令値が必要となるが、SMを制御する場
合には、ロータに取り付けられた永久磁束によってモー
タに磁束が与えられるため、d軸電流指令値は不要であ
る。また、モータに電流を流すための位相基準である磁
束位置は、IMの場合にはq軸電流指令値、および速度検
出値に基づいた演算により求められ、SMの場合にはロー
タに取り付けられた回転位置検出器によって検出され
る。
IMの制御とSMの制御では、上述した2つの点で相違
し、その他の点については同様の制御が行われる。その
ため、制御装置において、制御対象が同期電動機のとき
には零を出力し、制御対象が誘導電動機のときにはd軸
電流指令値を出力する切換手段、同期電動機から磁束位
置を検出して出力する同期電動機用磁束位置検出手段、
および誘導電動機の磁束位置を演算して出力する誘導電
動機用磁束位置検出手段を設けると共に、その他の構成
については共通化することにより、制御装置がIMおよび
SMのどちらの制御にも使用可能となる。その結果、IMお
よびSMのそれぞれに専用の制御装置を設ける必要がなく
なり、低コストの制御装置が実現できる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第
1図は制御ボード101をIM2に適用した例を示す。
第1図において、インバータ1はIM2に可変周波、可
変電圧の交流をIM2に与える。IM2の軸端にはそのロータ
の回転位置に応じたパルスを発生するエンコーダ3がと
りつけられる。エンコーダ3からのパルス信号は速度検
出手段5に入力される。一方、速度指令手段4はIM2の
回転速度を指令する信号ωr*を出力する。速度指令手
段4からの速度指令信号ωr*と速度検出手段5からの
速度検出信号ωrは速度制御手段6に入力される。速度
制御手段6はωr*とωrの偏差に応じて働き、その出力
信号は磁束と直交する電流成分の指令Iq*(q軸電流
指令)である。一方、d軸電流指令発生手段7は、d軸
電流指令Iq*を発生するもので、その詳細を第2図に
示す。第2図において、速度検出信号ωrに基づいて磁
束指令φ*を発生する磁束指令発生手段71の出力は磁束
制御手段73に入力される。磁束制御手段73の出力はd軸
電流指令Id*であり、これにIM2の励磁電流を指令する
信号でもある。d軸電流指令Id*は磁束演算手段72に
入力され、磁束演算手段72はそのときの励磁電流指令I
d*に応じた磁束φを演算する。その演算は、 である。ここで、MはIM2の励磁インダクタンス、T2
IM2の2次時定数、Sはラプラス演算子である。磁束φ
の信号は磁束制御手段73に入力され、磁束制御手段73は
磁束指令φ*と磁束φとの偏差に応じて働き、d軸電流
指令Id*を出力する。なお、本実施例では、d軸電流
指令Id*は速度ωrに応じて変えるようにしたが、これ
以外に、たとえばトルクに応じて変えてもよい。また、
両者を併用することもできる。さらに、Id*は一定値
でもよい。
第1図に戻り、d軸電流指令発生手段7の出力のd軸
電流指令Id*は切換手段8に入力される。切換手段8
はIM側に切換えてあり、d軸電流指令手段7からd軸電
流指令Id*は電流指令演算手段10に入力される。速度
制御手段6からのq軸電流指令Iq*はId*と同様に電
流指令演算手段10に入力されるが、これは同時に磁束位
置検出手段9aにも入力される。第3図は磁束位置検出手
段9aの具体例を示す。割算手段91は速度制御手段9aから
のq軸電流指令Iq*、磁束演算手段72からの磁束φを
入力し、 の演算を行つて、IM2のすべり周波数指令ωs*を求め
る。割算手段91からのすべり周波数指令ωs*は加算手
段93に入力される。また、速度検出手段5からの速度検
出信号ωrは倍率手段93によつてp倍され(pはIM2の極
対数)、加算手段93に入力される。加算手段93では結
局、 ω1*=ωs+P・ωr の加算を行つて、IM2の1次周波数指令ω1*を求める。
加算手段93からの1次周波数指令ω1*が積分手段94に
入力される。積分手段94では1次周波数指令ω1*を積
分し、θ*=∫ω1*のdtの演算を行う。積分手段94か
らの出力θ*はIM2の磁束位置に対応する。以上のよう
にして、磁束位置検出手段9aでは磁束位置θ*を演算す
る。第3図に示す磁束位置検出手段9aは一例であり、こ
れ以外に種々の変形があるが、いずれにしても衆知の方
法で磁束位置を求めることができる。
次に、再び第1図に戻り、磁束位置検出手段9aからの
磁束位置θ*は電流指令演算手段10に入力される。電流
指令演算手段10ではq軸電流指令Iq*、d軸電流指令
d*、磁束位置θ*を用いて、以下の1次電流指令i
*の演算を行う。
ここで、ξ=tan-1(Iq*、Id*)。1次電流指令i
*は磁束位置θ*の変化に伴う交流電流になる。電流指
令演算手段10からの1次電流指令i*と電流検出器11か
らの電流検出信号iの偏差が電流制御手段12に入力され
る。電流制御手段12はi*とiの偏差に応じて働き、そ
の出力をPWM信号発生手段13に入力する。PWM信号発生手
段13は電流制御手段12からの出力信号に応じたPWMパル
ス信号を出力し、インバータ1を動作させ、IM2に1次
電流指令i*に比例する電流を流す。第1図において、
電流指令演算手段10からの出力信号は1相分だけについ
て示したが、衆知のようにIM2の相数分だけある。さら
に、それに続く、電流検出器、電流制御手段、PWM信号
発生手段もその数だけある。さらにまた、電流制御手段
12,PWM発生手段13は他の方法によつてPWM信号を発生さ
せてもよい、例えば、i*とiの偏差に応じて働く、ヒ
ステリシス型のコンパレータを用いてもよいし、最近検
討されている空間ベクトルに基づくPWM信号発生法を用
いてもよい。第1図の制御方式はベクトル制御として知
られている。
第4図は制御ボード101をSM14に適用した例を示す。
第4図において、部品番号1〜13を示す部品、手段は第
1図と同一物を表す。制御ボード101はSM14に接続され
ているので、切換手段8はSM側に切りかえられ、d軸電
流指令Id*は零となる。このようにSMの場合、第4図
の点線で示すd軸電流指令発生手段7の演算は無駄にな
るので、制御演算をリフトウエアで実行するときにはこ
の処理を実行しないようにすればよく、あるいはハード
で実行するときにはこの回路を取りつけないようにして
もよい。磁束位置検出手段9bはSM14のロータにとりつけ
られた磁石の磁束位書θ*を求めるためのもので、図示
の場合には、SM14のロータ軸にとりつけられたアブソリ
ユート・エンコーダ15の出力信号を利用し、アブソリユ
ート・エンコーダ15の回転位置信号から磁束位置検出手
段9bにより磁束位置θ*を求める。SM14の磁束位置θ*
はこれ以外の方法として、衆知のように分配器とエンコ
ーダの信号を組み合せて求めてもよく、正弦波信号を出
力する正弦波位置検出器を用いてもよい。
以上のように、IMとSMとで、d軸電流指令の値、及
び、磁束位置の求め方を変更するのみで、制御ボードを
IM,SM共通に利用することができる。このため、安価な
制御システムを提供することができる。制御ボード101
による制御実行はアナログ、デイジタル回路などのハー
ド回路を用いてもよく、また、マイクロコンピユータを
用いたソフトウエアによつて実行しても、さらに、両者
を混在して実行してもよい。なお、第1図、第4図の実
施例では速度指令を出すようにしているが、この上位制
御系として位置制御系を設けてもよいのはいうまでもな
い。
第5図は本発明の他の実施例をIMに適用した例を示
す。第5図において、部品番号1〜11を付けた部品、手
段は第1図と同一物を示す。この実施例は第1図に対し
て電流制御方法が異なる。電流成分検出手段16は電流検
出器11からの3相の電流検出信号iu,iv,iwと、磁束位
置検出手段9aからの磁束位置θ*とにより、 の演算を行つてd軸電流Id,q軸電流Iqを求める。すな
わち、磁束と同一方向の電流成分Id、直交する電流成
分Iqを求める。速度制御手段6からのq軸電流指令Iq
*と電流成分検出手段16からのq軸電流Iqの偏差はq
軸電流制御手段17に入力される。q軸電流制御手段17の
出力ΔIqは電圧指令演算手段19に入力される。切換手
段8を通してd軸電流指令手段7から出されるd軸電流
指令Id*と電流成分検出手段16からのd軸電流Idの偏
差はd軸電流制御手段18に入力される。d軸電流制御手
段18の出力ΔIdは電圧指令演算手段19に入力される。
電圧指令演算手段19には前記ΔIq*,ΔId*の他、速
度制御手段6からのq軸電流指令Iq*、切換手段8を
通して与えられるd軸電流指令Id*、及び、磁束位置
検出手段9aからの1次周波数指令ω1*により、以下の
演算を行つて、d軸電圧指令Vd*,q軸電圧指令Vq*を
得る。
d*=ΔId+r1d*−(l1+l2)ω1*Iq* Vd*=ΔIq+Mω1*Id*+r1q*+(l1+l2
ω1*Id* ここで、r1,l12はIM2の1次抵抗、1次もれインダク
タンス、2次もれインダクタンスである。電圧指令Vd
*,Vq*の指令は他にもあり、例えばd軸、q軸電流制
御手段18,17のゲインが大きければ上式をそれぞれ第2
項以後は省略できる。また、Id*,Iq*の代わりに検出
値Id,Iqを用いてもよい。次に、PWM信号発生手段20に
は電圧指令演算手段19からのd軸電圧指令Vd*,q電圧
指令Vq*と、磁束位置検出手段9aからの磁束位置θ*
が入力される。PWM信号発生手段20では、たとえば、 v*=Vd*sinθ*+Vq*cosθ* の演算により1つの相を交流電圧指令を得、インバータ
1を動作するPWM信号を得る。(他の相の演算も同様で
ある。)PWM信号の得方はこれ以外の方法として、たと
えば、空間ベクトルに基づくPWM信号発生法を用いても
よい。
以上のように、第5図はIMに適用する場合を述べた
が、前の場合と同様にして、切換手段8を切換え、磁束
位置検出手段を変更するだけでSMにも適用できる。第5
図に示す方法は、d,q軸の電流成分の指令値と検出値を
比較しているので、精度のよい電流制御ができる。
〔発明の効果〕
誘導電動機および同期電動機のそれぞれに専用の制御
装置を設ける必要がなくなり、低コストの制御装置が実
現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図,第3図は
第1図に示す部品の詳細図、第4図は本発明の他の実施
例を示す図、第5図はさらに別の実施例を示す図であ
る。 2……誘導電動機、8……切換手段、9……磁束位置検
出手段、14……同期電動機。
フロントページの続き (72)発明者 宮下 邦夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 杉浦 康之 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小林 澄男 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者 中川 一幸 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 日立京葉エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−95687(JP,A) 特開 昭63−52691(JP,A) 特開 昭61−35191(JP,A) 特開 昭58−123394(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流サーボモータから検出された速度検出
    値と速度指令値の偏差に基づいてq軸電流指令値を出力
    する速度制御手段と、 前記交流サーボモータが同期電動機の場合には零を、か
    つ前記交流サーボモータが誘導電動機の場合には前記速
    度検出値に基づいて求められたd軸電流指令値を出力す
    る切換手段と、 前記交流サーボモータが同期電動機の場合に同期電動機
    に設けられた回転位置検出器によって検出された回転位
    置に基づいて磁束位置を出力する同期電動機用磁束位置
    検出手段と、 前記交流サーボモータが誘導電動機の場合には前記速度
    検出値に基づいて求められる磁束、前記q軸電流指令
    値、および前記速度検出値から磁束位置を演算して出力
    する誘導電動機用磁束位置検出手段と、 前記誘導電動機を駆動するインバータを、前記交流サー
    ボモータが同期電動機の場合には前記同期電動機用磁束
    位置検出手段の出力、前記切換手段の出力、および前記
    q軸電流指令値に基づいて制御し、前記交流サーボモー
    タが誘導電動機の場合には前記誘導電動機用磁束位置検
    出手段の出力、前記切換手段の出力、および前記q軸電
    流指令値に基づいて、制御する制御手段とを備えたこと
    を特徴とする交流サーボモータの制御装置。
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