JP2948143B2 - モータ制御装置 - Google Patents
モータ制御装置Info
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- JP2948143B2 JP2948143B2 JP8055140A JP5514096A JP2948143B2 JP 2948143 B2 JP2948143 B2 JP 2948143B2 JP 8055140 A JP8055140 A JP 8055140A JP 5514096 A JP5514096 A JP 5514096A JP 2948143 B2 JP2948143 B2 JP 2948143B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータ電流を推定
して帰還するモータ制御装置に関する。
して帰還するモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は、従来のモータ制御装置の一例を
示すブロック図である。モータ制御装置は、ゲインＫａ
の比例要素２とモータ部１とで構成され、モータ部１
は、たとえばＤＣブラシレスモータ等からなり、ステー
タ巻線抵抗Ｒおよびステータ巻線の自己インダクタンス
Ｌで定義される１次遅れ要素３と、モータのトルク定数
Ｋｔで定義される比例要素４と、ロータの慣性モーメン
トＪで定義される積分要素５と、逆起電圧定数Ｋｅで定
義される比例要素６とで構成され、比例要素６は帰還ル
ープを形成している。
示すブロック図である。モータ制御装置は、ゲインＫａ
の比例要素２とモータ部１とで構成され、モータ部１
は、たとえばＤＣブラシレスモータ等からなり、ステー
タ巻線抵抗Ｒおよびステータ巻線の自己インダクタンス
Ｌで定義される１次遅れ要素３と、モータのトルク定数
Ｋｔで定義される比例要素４と、ロータの慣性モーメン
トＪで定義される積分要素５と、逆起電圧定数Ｋｅで定
義される比例要素６とで構成され、比例要素６は帰還ル
ープを形成している。
【０００３】速度指令信号ωｉが電圧信号として入力さ
れると、比例要素２はゲインＫａで増幅した電圧ｖをモ
ータ部１に印加する。すると、１次遅れ要素３は電流ｉ
に変換し、比例要素４はトルクτに変換し、積分要素５
は角速度ωに変換する。比例要素６は角速度ωを電圧ｖ
に変換して、比例要素２の出力に対して減算するように
帰還している。
れると、比例要素２はゲインＫａで増幅した電圧ｖをモ
ータ部１に印加する。すると、１次遅れ要素３は電流ｉ
に変換し、比例要素４はトルクτに変換し、積分要素５
は角速度ωに変換する。比例要素６は角速度ωを電圧ｖ
に変換して、比例要素２の出力に対して減算するように
帰還している。
【０００４】図３において、１次遅れ要素３からの電流
ｉに関する伝達関数Ｇは、下記の式（１）（２）で与え
られる。なお、自己インダクタンスＬは非常に小さいも
のとして無視している。
ｉに関する伝達関数Ｇは、下記の式（１）（２）で与え
られる。なお、自己インダクタンスＬは非常に小さいも
のとして無視している。
【０００５】
【数１】
【０００６】これらの式から、速度指令信号ωｉに対し
てトルクを制御できず、負荷変動（角速度ω）の影響を
電流ｉ、すなわちトルクτが受けることが判る。
てトルクを制御できず、負荷変動（角速度ω）の影響を
電流ｉ、すなわちトルクτが受けることが判る。
【０００７】図４は、従来のモータ制御装置の他の例を
示すブロック図である。ここでは電流ｉの帰還ループを
付加している。モータ制御装置は、ゲインＫａの比例要
素２とモータ部１とで構成され、モータ部１は、たとえ
ばＤＣブラシレスモータ等からなり、ステータ巻線抵抗
Ｒおよびステータ巻線の自己インダクタンスＬで定義さ
れる１次遅れ要素３と、モータのトルク定数Ｋｔで定義
される比例要素４と、ロータの慣性モーメントＪで定義
される積分要素５と、逆起電圧定数Ｋｅで定義される比
例要素６とで構成され、比例要素６は帰還ループを形成
している。さらに、１次遅れ要素３からの電流ｉは、ゲ
インＫｆで定義される比例要素７を介して帰還ループを
形成している。
示すブロック図である。ここでは電流ｉの帰還ループを
付加している。モータ制御装置は、ゲインＫａの比例要
素２とモータ部１とで構成され、モータ部１は、たとえ
ばＤＣブラシレスモータ等からなり、ステータ巻線抵抗
Ｒおよびステータ巻線の自己インダクタンスＬで定義さ
れる１次遅れ要素３と、モータのトルク定数Ｋｔで定義
される比例要素４と、ロータの慣性モーメントＪで定義
される積分要素５と、逆起電圧定数Ｋｅで定義される比
例要素６とで構成され、比例要素６は帰還ループを形成
している。さらに、１次遅れ要素３からの電流ｉは、ゲ
インＫｆで定義される比例要素７を介して帰還ループを
形成している。
【０００８】速度指令信号ωｉが電圧信号として入力さ
れると、比例要素２はゲインＫａで増幅した電圧ｖをモ
ータ部１に印加する。すると、１次遅れ要素３は電流ｉ
に変換し、比例要素４はトルクτに変換し、積分要素５
は角速度ωに変換する。比例要素６は角速度ωを電圧ｖ
に変換して、比例要素２の出力に対して減算するように
帰還している。さらに、比例要素７は電流ｉを電圧ｖに
変換して、比例要素２の出力に対して減算するように帰
還している。
れると、比例要素２はゲインＫａで増幅した電圧ｖをモ
ータ部１に印加する。すると、１次遅れ要素３は電流ｉ
に変換し、比例要素４はトルクτに変換し、積分要素５
は角速度ωに変換する。比例要素６は角速度ωを電圧ｖ
に変換して、比例要素２の出力に対して減算するように
帰還している。さらに、比例要素７は電流ｉを電圧ｖに
変換して、比例要素２の出力に対して減算するように帰
還している。
【０００９】図４において、１次遅れ要素３からの電流
ｉに関する伝達関数Ｇは、下記の式（３）（４）で与え
られる。なお、モータ回転数が小さく、自己インダクタ
ンスＬは非常に小さく、Ｋａ≫Ｊ・Ｒ、Ｋａ≫Ｋｔ・Ｋ
ｅとする。
ｉに関する伝達関数Ｇは、下記の式（３）（４）で与え
られる。なお、モータ回転数が小さく、自己インダクタ
ンスＬは非常に小さく、Ｋａ≫Ｊ・Ｒ、Ｋａ≫Ｋｔ・Ｋ
ｅとする。
【００１０】
【数２】
【００１１】これらの式から、速度指令信号ωｉに対し
てトルクを制御でき、負荷変動（角速度ω）の影響が受
けないことが判る。
てトルクを制御でき、負荷変動（角速度ω）の影響が受
けないことが判る。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】図４のように電流帰還
ループを追加して、速度指令信号ωｉとトルクτとの関
係を比例に設定するには、電流帰還ループを構成する比
例要素７のゲインＫｆを大きくする必要がある。
ループを追加して、速度指令信号ωｉとトルクτとの関
係を比例に設定するには、電流帰還ループを構成する比
例要素７のゲインＫｆを大きくする必要がある。
【００１３】しかしながら、ゲインＫｆを大きくする
と、電流ｉに存在するノイズも同様に増幅されてしま
い、制御誤差が大きくなる。また、帰還信号にあるノイ
ズを除去するフィルタを電流帰還ループに挿入すると、
位相の遅れが発生して制御特性が悪化する。また、電流
ｉを検出する電流センサ等の部品が別途必要となる。
と、電流ｉに存在するノイズも同様に増幅されてしま
い、制御誤差が大きくなる。また、帰還信号にあるノイ
ズを除去するフィルタを電流帰還ループに挿入すると、
位相の遅れが発生して制御特性が悪化する。また、電流
ｉを検出する電流センサ等の部品が別途必要となる。
【００１４】本発明の目的は、電流センサを使用せずに
モータ電流を推定することによって、安定なモータ制御
を実現できるモータ制御装置を提供することである。
モータ電流を推定することによって、安定なモータ制御
を実現できるモータ制御装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、速度指令信号
ωｉに応じてモータに電圧ｖを印加するとともに、モー
タ角速度ωを検出してモータ印加電圧ｖへ帰還する帰還
ループを有するモータ制御装置において、モータ回転角
を検出して、当該回転角信号θおよび速度指令信号ωｉ
を演算式に代入してモータ電流ｉを推定し、推定したモ
ータ電流ｉを電圧変換してモータ印加電圧ｖへ帰還する
第２の帰還ループを有し、第２の帰還ループは、回転角
信号θを角速度ωに変換する微分要素と、速度指令信号
ωｉおよび微分要素が出力する角速度ωからトルクτを
算出する速度−トルク指令変換部と、回転角信号θおよ
び速度−トルク指令変換部が出力するトルクτからモー
タ電流ｉを推定するモータ電流推定部とを備え、前記演
算式は、電流推定値Ｉ、巻線抵抗Ｒ、モータのトルク定
数Ｋｔ、逆起電圧定数Ｋｅ、速度指令信号ωｉ、角速度
ω、ロータ永久磁石の磁束密度φ、モータ回転角θを用
いた次式（１３）〜（１５）のいずれかであることをを
特徴とするモータ制御装置である。
ωｉに応じてモータに電圧ｖを印加するとともに、モー
タ角速度ωを検出してモータ印加電圧ｖへ帰還する帰還
ループを有するモータ制御装置において、モータ回転角
を検出して、当該回転角信号θおよび速度指令信号ωｉ
を演算式に代入してモータ電流ｉを推定し、推定したモ
ータ電流ｉを電圧変換してモータ印加電圧ｖへ帰還する
第２の帰還ループを有し、第２の帰還ループは、回転角
信号θを角速度ωに変換する微分要素と、速度指令信号
ωｉおよび微分要素が出力する角速度ωからトルクτを
算出する速度−トルク指令変換部と、回転角信号θおよ
び速度−トルク指令変換部が出力するトルクτからモー
タ電流ｉを推定するモータ電流推定部とを備え、前記演
算式は、電流推定値Ｉ、巻線抵抗Ｒ、モータのトルク定
数Ｋｔ、逆起電圧定数Ｋｅ、速度指令信号ωｉ、角速度
ω、ロータ永久磁石の磁束密度φ、モータ回転角θを用
いた次式（１３）〜（１５）のいずれかであることをを
特徴とするモータ制御装置である。
【数７】 本発明に従えば、当該回転角信号および速度指令信号を
用いてモータ電流を推定しているため、電流センサ等の
特別な部品が不要になる。また、こうして推定したモー
タ電流に基づいてモータ印加電圧へ帰還することによっ
て、安定したモータ制御を実現できる。
用いてモータ電流を推定しているため、電流センサ等の
特別な部品が不要になる。また、こうして推定したモー
タ電流に基づいてモータ印加電圧へ帰還することによっ
て、安定したモータ制御を実現できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態を
示すブロック図である。モータ制御装置は、ゲインＫａ
の比例要素１２とモータ部１１とモータ電流推定部とで
構成される。モータ部１１は、たとえばＤＣブラシレス
モータ等からなり、ステータ巻線抵抗Ｒおよびステータ
巻線の自己インダクタンスＬで定義される１次遅れ要素
１３と、モータのトルク定数Ｋｔで定義される比例要素
１４と、ロータの慣性モーメントＪで定義される積分要
素１５と、逆起電圧定数Ｋｅで定義される比例要素１６
とで構成され、比例要素１６は帰還ループを形成してい
る。積分要素１８は、レゾルバなどで構成され、モータ
の角速度ωを回転角θに変換して、回転角θに応じた電
気信号を出力する。
示すブロック図である。モータ制御装置は、ゲインＫａ
の比例要素１２とモータ部１１とモータ電流推定部とで
構成される。モータ部１１は、たとえばＤＣブラシレス
モータ等からなり、ステータ巻線抵抗Ｒおよびステータ
巻線の自己インダクタンスＬで定義される１次遅れ要素
１３と、モータのトルク定数Ｋｔで定義される比例要素
１４と、ロータの慣性モーメントＪで定義される積分要
素１５と、逆起電圧定数Ｋｅで定義される比例要素１６
とで構成され、比例要素１６は帰還ループを形成してい
る。積分要素１８は、レゾルバなどで構成され、モータ
の角速度ωを回転角θに変換して、回転角θに応じた電
気信号を出力する。
【００１７】さらに、モータ電流推定部は、回転角θを
角速度ωに変換する微分要素１９と、速度指令信号ωｉ
および微分要素１９からの角速度ωに基づいてトルクτ
に変換する速度−トルク指令変換部２１と、速度トルク
指令変換部２１からのトルクτおよび積分要素１８から
の回転角θに基づいて電流ｉを推定するモータ電流推定
部２０と、ゲインＫｆで定義され、モータ電流推定部２
０からの電流ｉを電圧ｖに変換してモータ印加電圧に帰
還するための比例要素１７とで構成される。
角速度ωに変換する微分要素１９と、速度指令信号ωｉ
および微分要素１９からの角速度ωに基づいてトルクτ
に変換する速度−トルク指令変換部２１と、速度トルク
指令変換部２１からのトルクτおよび積分要素１８から
の回転角θに基づいて電流ｉを推定するモータ電流推定
部２０と、ゲインＫｆで定義され、モータ電流推定部２
０からの電流ｉを電圧ｖに変換してモータ印加電圧に帰
還するための比例要素１７とで構成される。
【００１８】速度指令信号ωｉが電圧信号として入力さ
れると、比例要素１２はゲインＫａで増幅した電圧ｖを
モータ部１１に印加する。すると、１次遅れ要素１３は
電流ｉに変換し、比例要素１４はトルクτに変換し、積
分要素１５は角速度ωに変換する。比例要素１６は角速
度ωを電圧ｖに変換して、比例要素１２の出力に対して
減算するように帰還している。
れると、比例要素１２はゲインＫａで増幅した電圧ｖを
モータ部１１に印加する。すると、１次遅れ要素１３は
電流ｉに変換し、比例要素１４はトルクτに変換し、積
分要素１５は角速度ωに変換する。比例要素１６は角速
度ωを電圧ｖに変換して、比例要素１２の出力に対して
減算するように帰還している。
【００１９】次に、モータ電流の推定について説明す
る。モータの角速度ωは積分要素１８によって回転角θ
に変換され、この回転角θはたとえばレゾルバ等の角度
センサによって検出される。検出された回転角θは、モ
ータ電流推定部２０および微分要素１９に供給され、微
分要素１９は再び角速度ωに変換する。速度−トルク指
令変換部２１は、角速度ωおよび速度指令信号ωｉに基
づいてトルクτを推定し、さらにモータ電流推定部２０
はトルクτおよび回転角θに基づいて電流ｉを推定す
る。推定された電流ｉは比例要素１７によって電圧ｖに
変換され、比例要素１２の出力に対して減算するように
帰還している。
る。モータの角速度ωは積分要素１８によって回転角θ
に変換され、この回転角θはたとえばレゾルバ等の角度
センサによって検出される。検出された回転角θは、モ
ータ電流推定部２０および微分要素１９に供給され、微
分要素１９は再び角速度ωに変換する。速度−トルク指
令変換部２１は、角速度ωおよび速度指令信号ωｉに基
づいてトルクτを推定し、さらにモータ電流推定部２０
はトルクτおよび回転角θに基づいて電流ｉを推定す
る。推定された電流ｉは比例要素１７によって電圧ｖに
変換され、比例要素１２の出力に対して減算するように
帰還している。
【００２０】次に、速度−トルク指令変換部２１の動作
について説明する。モータの電気等価回路から以下の方
程式が得られる。なお、一般に、自己インダクタンスは
巻線抵抗Ｒに比べて小さいため、自己インダクタンスＬ
を無視している。また、理解容易のためにＫａ＝１とし
ている。
について説明する。モータの電気等価回路から以下の方
程式が得られる。なお、一般に、自己インダクタンスは
巻線抵抗Ｒに比べて小さいため、自己インダクタンスＬ
を無視している。また、理解容易のためにＫａ＝１とし
ている。
【００２１】 ωｉ ＝ Ｒ・ｉ＋Ｋｅ・ω …（５） τ ＝ Ｋｔ・ｉ …（６） 次に、式（６）を式（５）に代入して整理する。
【００２２】
【数３】
【００２３】こうして角速度ωおよび速度指令信号ωｉ
に基づいてトルクτを算出することができる。
に基づいてトルクτを算出することができる。
【００２４】次に、モータ電流推定部２０の動作につい
て説明する。モータとしてＤＣブラシレスモータを想定
すると、モータ電流推定値は以下のように算出できる。
ここで、Ｉは電流推定値（ベクトル）、Ｃは変換ベクト
ル、Ａは定数（スカラ）、τはトルク（スカラ）、φは
ロータ永久磁石の磁束密度（スカラ）、θはモータ回転
角である。
て説明する。モータとしてＤＣブラシレスモータを想定
すると、モータ電流推定値は以下のように算出できる。
ここで、Ｉは電流推定値（ベクトル）、Ｃは変換ベクト
ル、Ａは定数（スカラ）、τはトルク（スカラ）、φは
ロータ永久磁石の磁束密度（スカラ）、θはモータ回転
角である。
【００２５】
【数４】
【００２６】こうして得られた式（１０）〜（１２）に
式（８）を代入する。
式（８）を代入する。
【００２７】
【数５】
【００２８】このようにステータが１相の場合には角速
度ωおよび速度指令信号ωｉを用いて電流Ｉを算出で
き、ステータが２相または３相の場合にはさらに回転角
θを用いることによって、電流ベクトルＩを算出するこ
とができる。
度ωおよび速度指令信号ωｉを用いて電流Ｉを算出で
き、ステータが２相または３相の場合にはさらに回転角
θを用いることによって、電流ベクトルＩを算出するこ
とができる。
【００２９】図２は、図１の構成をソフトウェアで実現
する場合の回路例である。バス３３には、プログラムを
実行するＣＰＵ（中央処理装置）３０と、プログラムや
データを格納したＲＯＭ（リードオンリメモリ）３１
と、ワークエリアとなるＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）３２とが接続され、さらにモータ部１１を駆動する
ためのドライバ３４と、レゾルバ３７から信号をデジタ
ル値に変換するＡＤ変換部３９とが接続されている。モ
ータ部１１にはロータの回転角θを検出するレゾルバ３
７が設けられ、検出された回転角θはデコーダ３８およ
びＡＤ変換部３９を介してＣＰＵ３０等に取り込まれ、
ソフトウェアで処理される。
する場合の回路例である。バス３３には、プログラムを
実行するＣＰＵ（中央処理装置）３０と、プログラムや
データを格納したＲＯＭ（リードオンリメモリ）３１
と、ワークエリアとなるＲＡＭ（ランダムアクセスメモ
リ）３２とが接続され、さらにモータ部１１を駆動する
ためのドライバ３４と、レゾルバ３７から信号をデジタ
ル値に変換するＡＤ変換部３９とが接続されている。モ
ータ部１１にはロータの回転角θを検出するレゾルバ３
７が設けられ、検出された回転角θはデコーダ３８およ
びＡＤ変換部３９を介してＣＰＵ３０等に取り込まれ、
ソフトウェアで処理される。
【００３０】
【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、該
回転角信号および速度指令信号に基づいてモータ電流を
推定しているため、電流センサ等の特別な部品が不要に
なる。また、こうして推定したモータ電流に基づいてモ
ータ印加電圧へ帰還することによって、安定したモータ
制御を実現できる。
回転角信号および速度指令信号に基づいてモータ電流を
推定しているため、電流センサ等の特別な部品が不要に
なる。また、こうして推定したモータ電流に基づいてモ
ータ印加電圧へ帰還することによって、安定したモータ
制御を実現できる。
【図１】本発明の実施の一形態を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】図１の構成をソフトウェアで実現する場合の回
路例である。
路例である。
【図３】従来のモータ制御装置の一例を示すブロック図
である。
である。
【図４】従来のモータ制御装置の他の例を示すブロック
図である。
図である。
１１ モータ部 １２、１４、１６、１７ 比例要素 １３ １次遅れ要素 １５、１８ 積分要素 １９ 微分要素 ２０ モータ電流推定部 ２１ 速度−トルク指令変換部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02P 5/00 H02P 6/00
Claims (1)
- 【請求項１】 速度指令信号ωｉに応じてモータに電圧
ｖを印加するとともに、モータ角速度ωを検出してモー
タ印加電圧ｖへ帰還する帰還ループを有するモータ制御
装置において、 モータ回転角を検出して、当該回転角信号θおよび速度
指令信号ωｉを演算式に代入してモータ電流ｉを推定
し、推定したモータ電流ｉを電圧変換してモータ印加電
圧ｖへ帰還する第２の帰還ループを有し、 第２の帰還ループは、回転角信号θを角速度ωに変換す
る微分要素と、速度指令信号ωｉおよび微分要素が出力
する角速度ωからトルクτを算出する速度−トルク指令
変換部と、回転角信号θおよび速度−トルク指令変換部
が出力するトルクτからモータ電流ｉを推定するモータ
電流推定部とを備え、 前記演算式は、電流推定値Ｉ、巻線抵抗Ｒ、モータのト
ルク定数Ｋｔ、逆起電圧定数Ｋｅ、速度指令信号ωｉ、
角速度ω、ロータ永久磁石の磁束密度φ、モータ回転角
θを用いた次式（１３）〜（１５）のいずれかであるこ
とをを特徴とするモータ制御装置。 【数６】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8055140A JP2948143B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | モータ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8055140A JP2948143B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | モータ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09247977A JPH09247977A (ja) | 1997-09-19 |
| JP2948143B2 true JP2948143B2 (ja) | 1999-09-13 |
Family
ID=12990482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8055140A Expired - Lifetime JP2948143B2 (ja) | 1996-03-12 | 1996-03-12 | モータ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2948143B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7692399B2 (en) | 2003-04-01 | 2010-04-06 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | DC motor control |
-
1996
- 1996-03-12 JP JP8055140A patent/JP2948143B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09247977A (ja) | 1997-09-19 |
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