JP3063121B2 - トルクリップルの低減方法 - Google Patents
トルクリップルの低減方法Info
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- JP3063121B2 JP3063121B2 JP2191277A JP19127790A JP3063121B2 JP 3063121 B2 JP3063121 B2 JP 3063121B2 JP 2191277 A JP2191277 A JP 2191277A JP 19127790 A JP19127790 A JP 19127790A JP 3063121 B2 JP3063121 B2 JP 3063121B2
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- torque
- encoder
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- synchronous motor
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- Control Of Electric Motors In General (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、位置及び速度制御を行うサ−ボコントロー
ラと同期形ACサーボ電動機とを工作機械の位置決め等を
行う手段に用いた場合に発生する回転リップル等のトル
クリップルを低減させる方法に関する。
ラと同期形ACサーボ電動機とを工作機械の位置決め等を
行う手段に用いた場合に発生する回転リップル等のトル
クリップルを低減させる方法に関する。
従来、この種の方法を実施するものとしては、第２図
に表す手段がある。第２図は、現在の代表的なPI（比例
積分）制御の伝達関数を用いたブロック線図［以下、こ
れを従来例という］である。
に表す手段がある。第２図は、現在の代表的なPI（比例
積分）制御の伝達関数を用いたブロック線図［以下、こ
れを従来例という］である。
速度指令νrefがこの制御系に与えられ、出力νから
の速度フィードバックsbが負帰還されて、演算点２で速
度偏差εが算出され、利得Ｇνで積分時定数Tiの１次遅
れ増幅回路３で増幅されてトルク指令値τが導出し、出
力段および負荷７で速度νとなるはずである。なお、８
は負荷の同期形ACサーボ電動機の回転軸に搭載された絶
対値エンコーダである。
の速度フィードバックsbが負帰還されて、演算点２で速
度偏差εが算出され、利得Ｇνで積分時定数Tiの１次遅
れ増幅回路３で増幅されてトルク指令値τが導出し、出
力段および負荷７で速度νとなるはずである。なお、８
は負荷の同期形ACサーボ電動機の回転軸に搭載された絶
対値エンコーダである。
また、文献として特開昭63−314194号公報［以下、こ
れを従来例という］がみられる。この従来例は、ト
ルク指令に対し同期電動機の電流のみを制御する制御回
路が構成されている同期電動機のトルク制御装置におい
て、トルク指令に対し同期電動機の速度に起因する損失
および無効分を補償することにより電流指令を発生させ
る同期電動機のトルク制御装置であり、トルク指令およ
び速度検出器の出力に基づき速度に起因する損失および
無効分を補償する演算をして電流指令を得る無効電流補
償回路の出力と、同期電動機の流入電流からトルク電流
を得る変換器の出力を比較し、さらにコギングトルクを
打ち消すコギングトルク補正回路の出力を差し引くよう
にしてある。
れを従来例という］がみられる。この従来例は、ト
ルク指令に対し同期電動機の電流のみを制御する制御回
路が構成されている同期電動機のトルク制御装置におい
て、トルク指令に対し同期電動機の速度に起因する損失
および無効分を補償することにより電流指令を発生させ
る同期電動機のトルク制御装置であり、トルク指令およ
び速度検出器の出力に基づき速度に起因する損失および
無効分を補償する演算をして電流指令を得る無効電流補
償回路の出力と、同期電動機の流入電流からトルク電流
を得る変換器の出力を比較し、さらにコギングトルクを
打ち消すコギングトルク補正回路の出力を差し引くよう
にしてある。
しかしながら、これらの各従来例についてはそれぞれ
以下に述べる難点がある。
以下に述べる難点がある。
従来例の第２図に表したPI制御系については公知で
ある。ここで理想的負荷で外乱ＴL＝０とすれば、トル
クリップルは電流ループの特性など他の要因がない限り
発生しない。しかし現状では、電動機のコギングトルク
分を回転リップルに出ないように制御するのは、ゲイン
の限界，演算遅れ等で難しくなっている。オブザーバな
どの現代制御理論の適用も考えられるが、ソフトウェア
のボリュームや演算時間を考えると、汎用サーボには不
向きである。
ある。ここで理想的負荷で外乱ＴL＝０とすれば、トル
クリップルは電流ループの特性など他の要因がない限り
発生しない。しかし現状では、電動機のコギングトルク
分を回転リップルに出ないように制御するのは、ゲイン
の限界，演算遅れ等で難しくなっている。オブザーバな
どの現代制御理論の適用も考えられるが、ソフトウェア
のボリュームや演算時間を考えると、汎用サーボには不
向きである。
また、機械負荷に比べ、トルク変動が微小なため、操
作量（偏差）が小さいので実効トルクとなるまで長い時
間を必要とするから、コギングトルクを制御できない。
作量（偏差）が小さいので実効トルクとなるまで長い時
間を必要とするから、コギングトルクを制御できない。
第３図（ａ）は同期形ACサーボ電動機の展開図であ
る。ステータ（界磁極）31に卷回した巻線33V−Ｖ′,W
−Ｗ′,U−Ｕ′…へ与える３相交流電流に基づく回転磁
界により、ロータの外周面に装着したマグネット32が例
えば矢印方向に回転する。
る。ステータ（界磁極）31に卷回した巻線33V−Ｖ′,W
−Ｗ′,U−Ｕ′…へ与える３相交流電流に基づく回転磁
界により、ロータの外周面に装着したマグネット32が例
えば矢印方向に回転する。
ここで、各ステ−タ31と一極のロ−タ（マグネット）
32の間に発生するコギングトルクについて考えると、第
３図（ｂ）のようになる。
32の間に発生するコギングトルクについて考えると、第
３図（ｂ）のようになる。
理想的な電動機の回転負荷トルクはτ＝一定（ａ）と
なるが、実際には磁束密度が均一ではなく、各ステータ
31の鉄心中心付近で大きく、巻線33付近では小さくなる
ので、滑らかに移動することができない。よって実際は
第３図（ｂ）の曲線ｂのように負荷トルク変動があると
考えられる。
なるが、実際には磁束密度が均一ではなく、各ステータ
31の鉄心中心付近で大きく、巻線33付近では小さくなる
ので、滑らかに移動することができない。よって実際は
第３図（ｂ）の曲線ｂのように負荷トルク変動があると
考えられる。
また、従来例においては磁極検出とコギングトルク
補正回路の方法とそれらの対象となるシステムが不明瞭
であり、かつこの手段では決め細かなコギングトルク補
正はできないと考えられる。
補正回路の方法とそれらの対象となるシステムが不明瞭
であり、かつこの手段では決め細かなコギングトルク補
正はできないと考えられる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、同
期電動機のコギングトルクによるトルクリップルを補正
して滑らかな回転を実現させるトルクリップルの低減方
法を提供することを目的としている。
期電動機のコギングトルクによるトルクリップルを補正
して滑らかな回転を実現させるトルクリップルの低減方
法を提供することを目的としている。
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載
の発明は、 位置検出に絶対値エンコーダを設けた同期電動機を駆
動するサーボコントローラにおいて、 電動機ポール数と、前記エンコーダ１回転あたりのパ
ルス数と、コギングトルクの変動の上限と下限との差の
平均値とをコギングトルクTKとして予めメモリに記憶し
ておき、 前記エンコーダの１回転あたりパルス数と前記エンコ
ーダの出力パルス数の計数値と、前記電動機ポール数と
から、コギングトルクの位相データを演算し、前記コギ
ングトルクTKを振幅とし且つ前記位相データを用いた正
弦波関数によりトルク補正値を演算し、この演算したト
ルク補正値をトルク指令に加える、 ことを特徴とする。
の発明は、 位置検出に絶対値エンコーダを設けた同期電動機を駆
動するサーボコントローラにおいて、 電動機ポール数と、前記エンコーダ１回転あたりのパ
ルス数と、コギングトルクの変動の上限と下限との差の
平均値とをコギングトルクTKとして予めメモリに記憶し
ておき、 前記エンコーダの１回転あたりパルス数と前記エンコ
ーダの出力パルス数の計数値と、前記電動機ポール数と
から、コギングトルクの位相データを演算し、前記コギ
ングトルクTKを振幅とし且つ前記位相データを用いた正
弦波関数によりトルク補正値を演算し、この演算したト
ルク補正値をトルク指令に加える、 ことを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明におい
て、 制御対象となる各種類の絶対値エンコーダ付３相同期
電動機の特性パラメータとして 電動機ポール数をＰM， 絶対値エンコーダの１回転毎のパルス数をECPN絶対値
エンコーダからのパルスの設定されたサンプリング時間
内の計数値をCNT［ただし、後記するＰTとの論理積をと
り上位データを切り捨てCNTとする］， 各種類の同期電動機のコキングトルクの変動の上限，
下限との差の平均値をとり、これをコキングトルクＴ
K， コキングトルクＴKの１周期あたりのCNTの位置を位相
データとして表してこれをx, トルクの補正値をa, とすれば、コキングトルク１周期（360゜）あたりのパ
ルス数のＰTであるｘを ｘ＝CNT×360゜／［ECPN×4/PM×３］ ……（１式） と導出してから、トルク補正値ａを ａ＝ＴK−Sin（ｘ＋90゜）×ＴK ……（２式） にて演算して、この同期電動機のトルク指令値に加える
ようにした、 ことを特徴とする。
て、 制御対象となる各種類の絶対値エンコーダ付３相同期
電動機の特性パラメータとして 電動機ポール数をＰM， 絶対値エンコーダの１回転毎のパルス数をECPN絶対値
エンコーダからのパルスの設定されたサンプリング時間
内の計数値をCNT［ただし、後記するＰTとの論理積をと
り上位データを切り捨てCNTとする］， 各種類の同期電動機のコキングトルクの変動の上限，
下限との差の平均値をとり、これをコキングトルクＴ
K， コキングトルクＴKの１周期あたりのCNTの位置を位相
データとして表してこれをx, トルクの補正値をa, とすれば、コキングトルク１周期（360゜）あたりのパ
ルス数のＰTであるｘを ｘ＝CNT×360゜／［ECPN×4/PM×３］ ……（１式） と導出してから、トルク補正値ａを ａ＝ＴK−Sin（ｘ＋90゜）×ＴK ……（２式） にて演算して、この同期電動機のトルク指令値に加える
ようにした、 ことを特徴とする。
本発明は、上記の方法を行うから、同期電動機のパラ
メータと単純な計算によって、各同期電動機のその負荷
状態および種別に対応して、トルクリップルを効果的に
適確に減少させることが可能となり、高速高精度のいわ
ゆる高性能サーボシステムを構成できる。
メータと単純な計算によって、各同期電動機のその負荷
状態および種別に対応して、トルクリップルを効果的に
適確に減少させることが可能となり、高速高精度のいわ
ゆる高性能サーボシステムを構成できる。
本発明の一実施例の信号伝達関数を適用した回路ブロ
ック線図を第１図に示す。
ック線図を第１図に示す。
全ての図面において、同一符号は同一部材を表す。
同期電動機のコギングトルクは第３図（ｂ）の曲線ｂ
のように発生すると予想されるので、これを打ち消すよ
うな第４図の点線曲線で示す補正トルクｄを１次遅れ増
幅回路３の出力段のトルク指令τに演算点４で加算する
トルク補正手段１のａの係数に与えればよい。
のように発生すると予想されるので、これを打ち消すよ
うな第４図の点線曲線で示す補正トルクｄを１次遅れ増
幅回路３の出力段のトルク指令τに演算点４で加算する
トルク補正手段１のａの係数に与えればよい。
ここでは、対象とする電動機は３相絶対値エンコーダ
８付同期電動機とする。先の係数ａは、次のコキングト
ルク１周期（360゜）あたりのパルス数のＰTであるｘを
（１式）に基づき導出してから、トルク補正値ａを（２
式）に基づき求めることができる。
８付同期電動機とする。先の係数ａは、次のコキングト
ルク１周期（360゜）あたりのパルス数のＰTであるｘを
（１式）に基づき導出してから、トルク補正値ａを（２
式）に基づき求めることができる。
ｘ＝CNT×360゜／［ECPN×4/PM×３］ ……（１式） ａ＝ＴK−Sin（ｘ＋90゜）×ＴK ……（２式） まず、パラメータとして、同期電動機のポール数をＰ
M、コギングトルクをTk、絶対値エンコーダ８からの１
回転毎のパルス数の計数値をECPN、絶対値エンコーダ８
からある設定されたサンプリング期間内のパルス数の計
数値をCNT、としてこれらを設定する。
M、コギングトルクをTk、絶対値エンコーダ８からの１
回転毎のパルス数の計数値をECPN、絶対値エンコーダ８
からある設定されたサンプリング期間内のパルス数の計
数値をCNT、としてこれらを設定する。
コギングトルクは各種同期電動機のコギングトルクの
変動の上限，下限との差の平均値をとる。絶対値エンコ
ーダ８の同期電動機への駆動方法において、CNT＝０で
は、第４図でのｃの位置にコギングトルクの値は設定さ
れる。
変動の上限，下限との差の平均値をとる。絶対値エンコ
ーダ８の同期電動機への駆動方法において、CNT＝０で
は、第４図でのｃの位置にコギングトルクの値は設定さ
れる。
（１式）では、コギングトルク１周期（360゜）あた
りのパルス数のＰTを算出する。CNTはＰTとの論理積を
とり、上位データを切り捨てて、これをCNTとする。
（１式）によりｘはコキングトルク１周期当たりのCNT
の位置を位相データとして表す。
りのパルス数のＰTを算出する。CNTはＰTとの論理積を
とり、上位データを切り捨てて、これをCNTとする。
（１式）によりｘはコキングトルク１周期当たりのCNT
の位置を位相データとして表す。
さらに、（２式）では、Tk/2から位相によって変動す
るコキングトルク分を引算することで、最終的な補正値
を求めることができる。この補正値を内部演算の単位に
変換して加算する。よって、コキングトルクと補正トル
クとが互いに打ち消し合い、トルクリップルは減少し、
滑らかな回転を得ることができる。
るコキングトルク分を引算することで、最終的な補正値
を求めることができる。この補正値を内部演算の単位に
変換して加算する。よって、コキングトルクと補正トル
クとが互いに打ち消し合い、トルクリップルは減少し、
滑らかな回転を得ることができる。
なお、本発明の他の実施例として、イニシャル時に組
み合わせ同期電動機を何回転かすることで、各同期電動
機固有のコキングトルクをメモリに格納して、操作制御
卓と比較調整して、最適の特性パラメータとして使用す
る手段がある。この一実施例は３相同期電動機で説明し
たが、この手段はこれに限るものではないことは明らか
である。
み合わせ同期電動機を何回転かすることで、各同期電動
機固有のコキングトルクをメモリに格納して、操作制御
卓と比較調整して、最適の特性パラメータとして使用す
る手段がある。この一実施例は３相同期電動機で説明し
たが、この手段はこれに限るものではないことは明らか
である。
かくして、本発明によれば、予めメモリに記憶させて
あるパラメータと、エンコーダパルスの計数値とからコ
ギングトルクの位相データを求め、この位相データに基
づきトルク補正量を容易に演算することができる。
あるパラメータと、エンコーダパルスの計数値とからコ
ギングトルクの位相データを求め、この位相データに基
づきトルク補正量を容易に演算することができる。
すなわち、絶対値エンコーダ付の同期電動機のパラメ
ータと、絶対値エンコーダからの計数値とを用いた単純
な計算によって、補正データを制御卓からのロードする
というソフトウェア的な操作が可能となり、各同期電動
機の機種、容量、特性さらににその負荷状態に応じてパ
ラメータを１つの制御卓に持たせることができ、フレキ
シブルな対応がなされるとともに、トルクリップルを効
果的に適確に減少させることが可能となる。したがっ
て、高速高精度のいわゆる高性能ソフトウェアサーボシ
ステムを構成できる。
ータと、絶対値エンコーダからの計数値とを用いた単純
な計算によって、補正データを制御卓からのロードする
というソフトウェア的な操作が可能となり、各同期電動
機の機種、容量、特性さらににその負荷状態に応じてパ
ラメータを１つの制御卓に持たせることができ、フレキ
シブルな対応がなされるとともに、トルクリップルを効
果的に適確に減少させることが可能となる。したがっ
て、高速高精度のいわゆる高性能ソフトウェアサーボシ
ステムを構成できる。
第１図は本発明の一実施例のブロック線図、第２図は従
来例の説明図、第３図（ａ）は同期電動機の展開図、
第３図（ｂ）はそのコギングトルクの発生状態図、第４
図は補正トルクの説明図である。 １……トルク補正手段 2,4,5……演算点 ３……１次遅れ増幅回路 ６……外乱伝達関数 ７……出力段と負荷 ８……絶対値エンコーダ
来例の説明図、第３図（ａ）は同期電動機の展開図、
第３図（ｂ）はそのコギングトルクの発生状態図、第４
図は補正トルクの説明図である。 １……トルク補正手段 2,4,5……演算点 ３……１次遅れ増幅回路 ６……外乱伝達関数 ７……出力段と負荷 ８……絶対値エンコーダ
Claims (2)
- 【請求項１】位置検出に絶対値エンコーダを設けた同期
電動機を駆動するサーボコントローラにおいて、 電動機ポール数と、前記エンコーダ１回転あたりのパル
ス数と、コギングトルクの変動の上限と下限との差の平
均値とをコギングトルクTKとして予めメモリに記憶して
おき、 前記エンコーダの１回転あたりパルス数と前記エンコー
ダの出力パルス数の計数値と、前記電動機ポール数とか
ら、コギングトルクの位相データを演算し、前記コギン
グトルクTKを振幅とし且つ前記位相データを用いた正弦
波関数によりトルク補正値を演算し、この演算したトル
ク補正値をトルク指令に加える、 ことを特徴とするトルクリップルの低減方法。 - 【請求項２】制御対象となる各種類の絶対値エンコーダ
付３相同期電動機の特性パラメータとして 電動機ポール数をＰM， 絶対値エンコーダの１回転毎のパルス数をECPN, 絶対値エンコーダからのパルスの設定されたサンプリン
グ時間内の計数値をCNT［ただし、後記するＰTとの論理
積をとり上位データを切り捨てCNTとする］， 各種類の同期電動機のコキングトルクの変動の上限，下
限との差の平均値をとり、これをコキングトルクＴK， コキングトルクＴKの１周期あたりのCNTの位置を位相デ
ータとして表してこれをx, トルクの補正値をa, とすれば、コキングトルク１周期（360゜）あたりのパ
ルス数のＰTであるｘを ｘ＝CNT×360゜／［ECPN×4/PM×３］ ……（１式） と導出してから、トルク補正値ａを ａ＝ＴK−Sin（ｘ＋90゜）×ＴK ……（２式） にて演算して、この同期電動機のトルク指令値に加える
ようにした、 ことを特徴とする請求項１記載のトルクリップルの低減
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2191277A JP3063121B2 (ja) | 1990-07-19 | 1990-07-19 | トルクリップルの低減方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2191277A JP3063121B2 (ja) | 1990-07-19 | 1990-07-19 | トルクリップルの低減方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04101690A JPH04101690A (ja) | 1992-04-03 |
| JP3063121B2 true JP3063121B2 (ja) | 2000-07-12 |
Family
ID=16271880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2191277A Expired - Fee Related JP3063121B2 (ja) | 1990-07-19 | 1990-07-19 | トルクリップルの低減方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3063121B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2129761A1 (en) * | 1993-08-11 | 1995-02-12 | David G. Taylor | Self-tuning tracking controller for permanent-magnet synchronous motors |
| JP4676551B1 (ja) * | 2009-12-22 | 2011-04-27 | ファナック株式会社 | コギングトルク補正量算出機能を有するモータ制御装置 |
| CN117516596B (zh) * | 2024-01-05 | 2024-04-26 | 华中科技大学 | 一种磁电编码器的高精度在线补偿方法 |
-
1990
- 1990-07-19 JP JP2191277A patent/JP3063121B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04101690A (ja) | 1992-04-03 |
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