JP2754886B2 - 永久磁石型交流サーボモータ制御装置 - Google Patents
永久磁石型交流サーボモータ制御装置Info
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- H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
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- H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
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- H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
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- H02P2201/03—AC-DC converter stage controlled to provide a defined DC link voltage
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は永久磁石型交流サーボモータの制御装置に係
わり、特にコンバータとインバータの接続点の直流電圧
を制御して高速回転で高出力トルクを得ることを可能と
した永久磁石型交流サーボモータの制御装置に関する。
わり、特にコンバータとインバータの接続点の直流電圧
を制御して高速回転で高出力トルクを得ることを可能と
した永久磁石型交流サーボモータの制御装置に関する。
永久磁石型交流サーボモータの回転数、トルクを所定
の値に制御するために、ブリッジ接続された半導体スイ
ッチをPWM（パルス幅変調）方式によりオンオフするこ
とは周知の技術である（例えば実開昭57−135892）。
の値に制御するために、ブリッジ接続された半導体スイ
ッチをPWM（パルス幅変調）方式によりオンオフするこ
とは周知の技術である（例えば実開昭57−135892）。
これは三相ブリッジ接続されたダイオードを使用した
コンバータにより三相交流を一旦直流に変換する。
コンバータにより三相交流を一旦直流に変換する。
この直流を同じく三相ブリッジ接続されたスイッチン
グ素子によって三相交流に逆変換した後永久磁石型交流
サーボモータを回転するものであり、永久磁石型交流サ
ーボモータに要求される回転数およびトルクを指令信号
としてPWM方法によりスイッチング素子のスイッチング
パターンを決定するものである。
グ素子によって三相交流に逆変換した後永久磁石型交流
サーボモータを回転するものであり、永久磁石型交流サ
ーボモータに要求される回転数およびトルクを指令信号
としてPWM方法によりスイッチング素子のスイッチング
パターンを決定するものである。
しかしながらこの方式においては、コンバータ部はダ
イオードで構成されいわゆる120゜通電型である場合が
一般的であり、コンバータの出力である直流の電圧は交
流電源の線間電圧により一義的に定められる。
イオードで構成されいわゆる120゜通電型である場合が
一般的であり、コンバータの出力である直流の電圧は交
流電源の線間電圧により一義的に定められる。
したがって永久磁石型交流サーボモータを駆動するた
めのインバータ出力である三相交流の電圧も電源電圧か
ら定まる所定の電圧以上の電圧とすることはできない。
めのインバータ出力である三相交流の電圧も電源電圧か
ら定まる所定の電圧以上の電圧とすることはできない。
このため永久磁石型交流サーボモータがある定められ
た回転数（以下基底回転数という）以上の回転数となる
とトルクが減少するという問題が生じる。
た回転数（以下基底回転数という）以上の回転数となる
とトルクが減少するという問題が生じる。
第６図は永久磁石型交流サーボモータの特性を示すグ
ラフであるが、破線で示すように基底回転数ωｂ以下の
回転数では定トルク特性となるが基底回転数ωｂ以上で
は定出力特性となり定トルク特性を維持し得ないことが
理解される。
ラフであるが、破線で示すように基底回転数ωｂ以下の
回転数では定トルク特性となるが基底回転数ωｂ以上で
は定出力特性となり定トルク特性を維持し得ないことが
理解される。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであって、基
底回転数ωｂ以上の回転数であっても所定のトルクを得
ることを可能とした永久磁石型交流サーボモータの制御
装置を提供することを目的とする。
底回転数ωｂ以上の回転数であっても所定のトルクを得
ることを可能とした永久磁石型交流サーボモータの制御
装置を提供することを目的とする。
本発明に係る永久磁石型交流サーボモータの制御装置
の基本構成は第１図に示されるが、入力側三相交流電源
と直流共通接続点の一方との間に接続され三相ブリッジ
接続されたスイッチング素子をコンバータ制御信号に基
づいて切り替えることにより三相交流を直流に変換する
コンバータ部と、直流共通接続点の他の一方と永久磁石
型交流サーボモータとの間に接続され同じく三相ブリッ
ジ接続されたスイッチング素子をインバータ制御信号に
基づいて切り替えることにより直流を所定の周波数およ
び所定の電圧の三相交流に変換するインバータ部と、永
久磁石型交流サーボモータを所定の回転速度および出力
トルクで駆動するためにインバータ部のスイッチング素
子を制御するためのインバータ制御信号を発生するイン
バータ制御信号発生部と、永久磁石型交流サーボモータ
の回転速度を検出する回転速度検出部と、回転速度検出
部で検出されたサーボモータの回転速度が所定の基底回
転数以上であるときはサーボモータの回転数に応じて目
標直流電圧を増加する目標直流電圧演算部と、直流共通
接続点の電圧を測定するための直流電圧測定部と、目標
直流電圧演算部により演算された目標直流電圧と直流電
圧測定部で測定された直流電圧とが一致するように制御
してコンバータ部に入力されるべき三相交流の目標交流
電流値を演算する目標入力交流電流演算部と、コンバー
タ部に入力される交流電流を測定する入力交流電流測定
部と、目標入力交流電流演算部により演算される目標入
力交流電流と入力交流電流測定部で測定された入力交流
電流とが一致するように制御してコンバータ部のスイッ
チング素子を制御するためのコンバータ制御信号を発生
するコンバータ制御信号発生部と、から構成される。
の基本構成は第１図に示されるが、入力側三相交流電源
と直流共通接続点の一方との間に接続され三相ブリッジ
接続されたスイッチング素子をコンバータ制御信号に基
づいて切り替えることにより三相交流を直流に変換する
コンバータ部と、直流共通接続点の他の一方と永久磁石
型交流サーボモータとの間に接続され同じく三相ブリッ
ジ接続されたスイッチング素子をインバータ制御信号に
基づいて切り替えることにより直流を所定の周波数およ
び所定の電圧の三相交流に変換するインバータ部と、永
久磁石型交流サーボモータを所定の回転速度および出力
トルクで駆動するためにインバータ部のスイッチング素
子を制御するためのインバータ制御信号を発生するイン
バータ制御信号発生部と、永久磁石型交流サーボモータ
の回転速度を検出する回転速度検出部と、回転速度検出
部で検出されたサーボモータの回転速度が所定の基底回
転数以上であるときはサーボモータの回転数に応じて目
標直流電圧を増加する目標直流電圧演算部と、直流共通
接続点の電圧を測定するための直流電圧測定部と、目標
直流電圧演算部により演算された目標直流電圧と直流電
圧測定部で測定された直流電圧とが一致するように制御
してコンバータ部に入力されるべき三相交流の目標交流
電流値を演算する目標入力交流電流演算部と、コンバー
タ部に入力される交流電流を測定する入力交流電流測定
部と、目標入力交流電流演算部により演算される目標入
力交流電流と入力交流電流測定部で測定された入力交流
電流とが一致するように制御してコンバータ部のスイッ
チング素子を制御するためのコンバータ制御信号を発生
するコンバータ制御信号発生部と、から構成される。
本発明による永久磁石型交流サーボモータの制御装置
によれば、永久磁石型交流サーボモータの回転数が基底
回転数ωｂ以上となっても所定のトルクを得ることがで
きるようにコンバータへの交流入力電流を制御すること
により共通直流接続点電圧を制御する。
によれば、永久磁石型交流サーボモータの回転数が基底
回転数ωｂ以上となっても所定のトルクを得ることがで
きるようにコンバータへの交流入力電流を制御すること
により共通直流接続点電圧を制御する。
第２図は本発明をマイクロプロセッサを使用したコン
トローラにより構成したときの構成図である。
トローラにより構成したときの構成図である。
第２図において、コンバータ１は６組の互に並列接続
されたスイッチングトランジスタ11a・・・11fとフィー
ドバックダイオード12a・・・12fが三相ブリッジ接続さ
れて構成され、各スイッチングトランジスタ11a・・・1
1fのゲートは、コンバータゲートコントローラ13に接続
される。
されたスイッチングトランジスタ11a・・・11fとフィー
ドバックダイオード12a・・・12fが三相ブリッジ接続さ
れて構成され、各スイッチングトランジスタ11a・・・1
1fのゲートは、コンバータゲートコントローラ13に接続
される。
そして三相交流電源４から送られてくる交流を整流し
て所定の電圧の直流に変換するが、この直流電圧はコン
バータゲートコントローラ13に与えられる目標直流電圧
と一致するようにコンバータゲートコントローラ13によ
り制御される。
て所定の電圧の直流に変換するが、この直流電圧はコン
バータゲートコントローラ13に与えられる目標直流電圧
と一致するようにコンバータゲートコントローラ13によ
り制御される。
インバータ２は、コンバータ１と同じく６組の互に並
列接続されたスイッチングトランジスタ21a・・・21fと
フィードバックダイオード22a・・・22fが三相ブリッジ
接続されて構成され、各スイッチングトランジスタ21a
・・・21fのゲートは、インバータゲートコントローラ2
3に接続される。
列接続されたスイッチングトランジスタ21a・・・21fと
フィードバックダイオード22a・・・22fが三相ブリッジ
接続されて構成され、各スイッチングトランジスタ21a
・・・21fのゲートは、インバータゲートコントローラ2
3に接続される。
そしてコンバータの出力である直流をスイッチングに
より所定の周波数と所定の電圧の三相交流に逆変換する
が、この周波数および電圧はインバータゲートコントロ
ーラ23に与えられる目標周波数および目標電圧と一致す
るようにインバータゲートコントローラ23により制御さ
れる。
より所定の周波数と所定の電圧の三相交流に逆変換する
が、この周波数および電圧はインバータゲートコントロ
ーラ23に与えられる目標周波数および目標電圧と一致す
るようにインバータゲートコントローラ23により制御さ
れる。
コンバータ１とインバータ２の間には直流電圧を測定
するための直流電圧測定器３が設置される。
するための直流電圧測定器３が設置される。
また交流電源４とコンバータ１の間には三相交流の電
圧位相を測定する電圧位相測定器41と三相入力電流を測
定する入力三相電流測定器42が設置されている。
圧位相を測定する電圧位相測定器41と三相入力電流を測
定する入力三相電流測定器42が設置されている。
さらにインバータ２と永久磁石型交流サーボモータ５
の間には永久磁石型交流サーボモータ５に供給される三
相交流電流を計測するための出力三相電流測定器51が、
永久磁石型交流サーボモータの軸に直結して永久磁石型
交流サーボモータ５の回転角を測定するエンコーダ52が
設置される。
の間には永久磁石型交流サーボモータ５に供給される三
相交流電流を計測するための出力三相電流測定器51が、
永久磁石型交流サーボモータの軸に直結して永久磁石型
交流サーボモータ５の回転角を測定するエンコーダ52が
設置される。
上述した各種の測定器の測定結果を入力してコンバー
タゲートコントローラ13およびインバータゲートコント
ローラ23に対する指令信号を演算するためにコントロー
ラ６が設置される。
タゲートコントローラ13およびインバータゲートコント
ローラ23に対する指令信号を演算するためにコントロー
ラ６が設置される。
このコントローラ６はマイクロプロセッサ61、メモリ
62、入力インターフェイス63、出力インターフェイス64
およびこれらを接続するバス65から構成される。
62、入力インターフェイス63、出力インターフェイス64
およびこれらを接続するバス65から構成される。
即ち直流電圧測定器３、入力交流電圧位相測定器41、
入力交流電流測定器42、出力交流電流測定器51およびエ
ンコーダ52の測定結果はコントローラ６の入力インター
フェイス63を介してマイクロプロセッサ61に取り込まれ
る。
入力交流電流測定器42、出力交流電流測定器51およびエ
ンコーダ52の測定結果はコントローラ６の入力インター
フェイス63を介してマイクロプロセッサ61に取り込まれ
る。
またマイクロプロセッサ61の演算結果はコントローラ
６の出力インターフェイス64を介してコンバータゲート
コントローラ13およびインバータゲートコントローラ23
に出力される。
６の出力インターフェイス64を介してコンバータゲート
コントローラ13およびインバータゲートコントローラ23
に出力される。
第３図は本発明に係る永久磁石型交流サーボモータの
制御装置の制御動作を説明するための制御機能図であっ
て、実際の制御演算はコントローラ６内のメモリ62に収
納されたプログラムの形で実現される。
制御装置の制御動作を説明するための制御機能図であっ
て、実際の制御演算はコントローラ６内のメモリ62に収
納されたプログラムの形で実現される。
即ち永久磁石型交流サーボモータ５に軸直結されたエ
ンコーダ52により測定された永久磁石型交流サーボモー
タ５の回転角θは微分演算部301で微分されて回転速度
ωとなる。
ンコーダ52により測定された永久磁石型交流サーボモー
タ５の回転角θは微分演算部301で微分されて回転速度
ωとなる。
この回転速度ωをパラメータとして所定のトルクを出
力するために必要な目標直流電圧Vdcsが目標直流電圧演
算部302で演算される。
力するために必要な目標直流電圧Vdcsが目標直流電圧演
算部302で演算される。
比較部303において直流電圧測定器５により測定され
た直流電圧Vdcと目標直流電圧Vdcsとが比較され、その
結果は直流電圧制御部304に送られ、例えば周知の比例
積分演算が施されて、目標入力交流電流Iacsとなる。
た直流電圧Vdcと目標直流電圧Vdcsとが比較され、その
結果は直流電圧制御部304に送られ、例えば周知の比例
積分演算が施されて、目標入力交流電流Iacsとなる。
入力交流電流測定器42で測定された入力交流電流Iac
は、入力交流電圧位相測定器41で測定された入力交流電
圧位相角に基づいて、座標変換部305において有効電流I
acpと無効電流Iacqに分解される。
は、入力交流電圧位相測定器41で測定された入力交流電
圧位相角に基づいて、座標変換部305において有効電流I
acpと無効電流Iacqに分解される。
この入力交流有効電流Iacpは、前述の目標入力交流電
流Iacsと比較部306において比較され、例えば周知の比
例積分制御を実行する入力交流有効電流制御部307に送
られる。
流Iacsと比較部306において比較され、例えば周知の比
例積分制御を実行する入力交流有効電流制御部307に送
られる。
一方入力交流無効電流Iacqは、目標入力交流無効電流
設定部308で設定された目標入力交流無効電流Iacqsと比
較部309において比較され、偏差は例えば周知の比例積
分制御を実行する入力交流無効電流制御部310に送られ
る。
設定部308で設定された目標入力交流無効電流Iacqsと比
較部309において比較され、偏差は例えば周知の比例積
分制御を実行する入力交流無効電流制御部310に送られ
る。
なお目標入力交流無効電流設定部308で設定される目
標入力交流無効電流Iacqsは、通常入力交流電力におけ
る力率を“1"とするために“0"に設定される。
標入力交流無効電流Iacqsは、通常入力交流電力におけ
る力率を“1"とするために“0"に設定される。
入力交流有効電流制御部307および入力交流無効電流
制御部310の演算結果は、座標逆変換部311に送られ、入
力交流電圧位相測定器41で測定された入力交流電圧位相
角φに基づいて、逆座標変換され、コンバータ１のコン
バータゲートコントローラ13に対する指令信号を出力す
る。
制御部310の演算結果は、座標逆変換部311に送られ、入
力交流電圧位相測定器41で測定された入力交流電圧位相
角φに基づいて、逆座標変換され、コンバータ１のコン
バータゲートコントローラ13に対する指令信号を出力す
る。
第４図は上述した制御を実行するためのプログラムを
示すフローチャートであって、一定周期毎に起動され
る。
示すフローチャートであって、一定周期毎に起動され
る。
ステップ401において、このプログラムの実行に必要
な以下の測定値が読み込まれる。
な以下の測定値が読み込まれる。
（１）エンコーダ52で測定される永久磁石型交流サーボ
モータの回転角θ （２）直流電圧測定器３で測定される直流電圧Vdc （３）入力交流電流測定器42で測定される入力交流電流
Iac （４）入力交流電圧位相測定器41で測定される入力交流
電圧位相角φ 次にステップ402において永久磁石型交流サーボモー
タ５の回転角θを時間で微分して永久磁石型交流サーボ
モータ５の回転速度ωを求める。
モータの回転角θ （２）直流電圧測定器３で測定される直流電圧Vdc （３）入力交流電流測定器42で測定される入力交流電流
Iac （４）入力交流電圧位相測定器41で測定される入力交流
電圧位相角φ 次にステップ402において永久磁石型交流サーボモー
タ５の回転角θを時間で微分して永久磁石型交流サーボ
モータ５の回転速度ωを求める。
ステップ403において回転速度ωをパラメータとして
目標直流電圧Vdcsを演算する。
目標直流電圧Vdcsを演算する。
第５図は目標直流電圧Vdcsを算出するために使用する
グラフであり、横軸に永久磁石型交流サーボモータ５の
回転速度ω、縦軸に目標直流電圧Vdcsをとる。
グラフであり、横軸に永久磁石型交流サーボモータ５の
回転速度ω、縦軸に目標直流電圧Vdcsをとる。
即ち基底回転数ωｂ以下では、目標直流電圧Vdcsを一
定値に維持し、基底回転数ωｂ以上では目標直流電圧Vd
csを回転数に比例して増加する。
定値に維持し、基底回転数ωｂ以上では目標直流電圧Vd
csを回転数に比例して増加する。
ステップ404において目標直流電圧Vdcsと測定された
直流電圧Vdcに基づき制御演算が実行され目標入力交流
電流Iacsが算出される。
直流電圧Vdcに基づき制御演算が実行され目標入力交流
電流Iacsが算出される。
ステップ405において入力交流電流Iacを入力交流電圧
位相φに基づいて座標変換し、有効電流Iacpと無効電流
Iacqに分解する。
位相φに基づいて座標変換し、有効電流Iacpと無効電流
Iacqに分解する。
続いてステップ406と407においてそれぞれ入力交流有
効電流制御、入力交流無効電流制御演算が実行される。
効電流制御、入力交流無効電流制御演算が実行される。
そしてステップ408でこれらの制御演算結果に対して
逆座標変換を行い、ステップ409でコンバータゲートコ
ントローラ13に対して指令信号を出力する。
逆座標変換を行い、ステップ409でコンバータゲートコ
ントローラ13に対して指令信号を出力する。
なおコンバータゲートコントローラ13は例えばゲート
アレイで構成され、コントローラ６の出力インターフェ
イス64から出力される指令信号に基づき各スイッチング
トランジスタ11a・・・11fのゲートをオンオフする。
アレイで構成され、コントローラ６の出力インターフェ
イス64から出力される指令信号に基づき各スイッチング
トランジスタ11a・・・11fのゲートをオンオフする。
またインバータ２は、同じく例えばゲートアレイで構
成され永久磁石型交流サーボモータに対して要求される
回転速度およびトルクを目標値として、例えばよく知ら
れたPWM方式により直流を所定の周波数および電圧の交
流に逆変換する。
成され永久磁石型交流サーボモータに対して要求される
回転速度およびトルクを目標値として、例えばよく知ら
れたPWM方式により直流を所定の周波数および電圧の交
流に逆変換する。
以上の説明から理解されるように本発明によれば、永
久磁石型交流サーボモータに対して基底回転数ωｂ以上
の回転数が要求される場合であっても、回転速度ωの関
数として所定のトルクを維持するのに必要な直流電圧を
求め、この目標直流電圧にもとづいてコンバータを制御
することにより、第６図に実線で示すように定トルク運
転領域を拡大することができる。
久磁石型交流サーボモータに対して基底回転数ωｂ以上
の回転数が要求される場合であっても、回転速度ωの関
数として所定のトルクを維持するのに必要な直流電圧を
求め、この目標直流電圧にもとづいてコンバータを制御
することにより、第６図に実線で示すように定トルク運
転領域を拡大することができる。
即ち小出力の永久磁石型交流サーボモータにより高速
回転で規定のトルクを得ることが可能となる。
回転で規定のトルクを得ることが可能となる。
第１図は基本構成をしめす機能ブロック図、 第２図は本発明をマイクロプロセッサを使用したコント
ローラにより構成したときの構成図、 第３図は制御動作を説明する制御機能図、 第４図は制御動作を説明するフローチャート、 第５図は回転速度と目標直流電圧の関係を示すグラフ、 第６図は永久磁石型交流サーボモータの特性を示すグラ
フである。 １……コンバータ、２……インバータ、 ３……直流電圧測定器、４……交流電源、 ５……永久磁石型交流サーボモータ、 ６……コントローラ。
ローラにより構成したときの構成図、 第３図は制御動作を説明する制御機能図、 第４図は制御動作を説明するフローチャート、 第５図は回転速度と目標直流電圧の関係を示すグラフ、 第６図は永久磁石型交流サーボモータの特性を示すグラ
フである。 １……コンバータ、２……インバータ、 ３……直流電圧測定器、４……交流電源、 ５……永久磁石型交流サーボモータ、 ６……コントローラ。
Claims (1)
- 【請求項１】入力側三相交流電源と直流共通接続点の一
方との間に接続され、三相ブリッジ接続されたスイッチ
ング素子をコンバータ制御信号に基づいて切り替えるこ
とにより三相交流を直流に変換するコンバータ部と、 前記直流共通接続点の他の一方と永久磁石型交流サーボ
モータとの間に接続され、同じく三相ブリッジ接続され
たスイッチング素子をインバータ制御信号に基づいて切
り替えることにより、直流を所定の周波数および所定の
電圧の三相交流に変換するインバータ部と、 前記永久磁石型交流サーボモータを所定の回転速度およ
び出力トルクで駆動するために、該インバータ部のスイ
ッチング素子を制御するためのインバータ制御信号を発
生するインバータ制御信号発生部と、からなる永久磁石
型交流サーボモータ制御装置において、 前記永久磁石型交流サーボモータの回転速度を検出する
回転速度検出部と、 該回転速度検出部で検出されたサーボモータの回転速度
が所定の基底回転数以上であるときは、サーボモータの
回転数に応じて目標直流電圧を増加する目標直流電圧演
算部と、 前記直流共通接続点の電圧を測定するための直流電圧測
定部と、 前記目標直流電圧演算部により演算された目標直流電圧
と、該直流電圧測定部で測定された直流電圧とが一致す
るように制御して前記コンバータ部に入力されるべき三
相交流の目標交流電流値を演算する目標入力交流電流演
算部と、 前記コンバータ部に入力される交流電流を測定する入力
交流電流測定部と、 前記目標入力交流電流演算部により演算される目標入力
交流電流と、該入力交流電流測定部で測定された入力交
流電流とが一致するように制御して、前記コンバータ部
のスイッチング素子を制御するためのコンバータ制御信
号を発生するコンバータ制御信号発生部と、を設けるこ
とを特徴とした永久磁石型サーボモータ制御装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP2221270A JP2754886B2 (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | 永久磁石型交流サーボモータ制御装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2221270A JP2754886B2 (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | 永久磁石型交流サーボモータ制御装置 |
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|---|---|
| JPH04105583A JPH04105583A (ja) | 1992-04-07 |
| JP2754886B2 true JP2754886B2 (ja) | 1998-05-20 |
Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2221270A Expired - Lifetime JP2754886B2 (ja) | 1990-08-24 | 1990-08-24 | 永久磁石型交流サーボモータ制御装置 |
Country Status (2)
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| JP (1) | JP2754886B2 (ja) |
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Also Published As
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| JPH04105583A (ja) | 1992-04-07 |
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