JP3285323B2 - ブラシレスモータの制御装置 - Google Patents
ブラシレスモータの制御装置Info
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- JP3285323B2 JP3285323B2 JP09748698A JP9748698A JP3285323B2 JP 3285323 B2 JP3285323 B2 JP 3285323B2 JP 09748698 A JP09748698 A JP 09748698A JP 9748698 A JP9748698 A JP 9748698A JP 3285323 B2 JP3285323 B2 JP 3285323B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、位置制御、速度制
御あるいはトルク制御等を目的としたブラシレスモータ
の制御装置に関するものである。
御あるいはトルク制御等を目的としたブラシレスモータ
の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３は工作機械などの制御用に用いられ
ている従来のブラシレスモータの制御装置の機能ブロッ
ク図である。図３においてモータ制御装置は、位置制御
部１０、速度制御部２０、電流制御部３０に区分するこ
とができ、位置制御部１０は、位置指令Ｃｏｍと位置セ
ンサ５０及び位置検出回路１２により検出した位置検出
値Ｐｆとを比較し、誤差を位置補償器１１で増幅し、出
力は速度指令ω＊となる。速度制御部２０は、速度指令
ω＊と位置センサ５０及び速度検出回路２２により検出
した速度検出値ωｆを比較し、誤差を速度補償器２１で
増幅し、出力は電流指令ｉ＊となる。電流制御部３０
は、電流指令ｉ＊と電流検出器３１により検出した電流
検出値ｉｆを比較し、誤差を電流補償器３２で増幅し、
出力はモータ電流となる。ここで、ブラシレスモータ４
０は多相交流機であるが、図３では１相分のみの簡略化
表現とした。各制御部は最近のデジタル技術の進歩によ
りマイクロコンピュータ（以下ＭＰＵと記する）やデジ
タルシグナルプロセッサ（以下ＤＳＰと記する）などの
デジタル演算素子を使用し各部機能を実現する例が多
く、特に位置制御部１０、速度制御部２０は機能的にア
ナログ演算素子を用いた構成よりも有利な面が多く一般
的となっている。しかし電流制御部３０においては、Ｍ
ＰＵを用いたデジタルサンプリング処理では電流制御部
３０で必要とする処理速度に対し無駄時間が大きく、十
分な性能を得ることが困難である。電流制御部３０のデ
ジタル化のための手段として高速演算素子であるＤＳＰ
やソフトウエアを介さないハードウエアロジック回路で
構成する例もあるが、低価格で高性能を実現するために
はアナログ演算回路のほうが有利な場合がある。
ている従来のブラシレスモータの制御装置の機能ブロッ
ク図である。図３においてモータ制御装置は、位置制御
部１０、速度制御部２０、電流制御部３０に区分するこ
とができ、位置制御部１０は、位置指令Ｃｏｍと位置セ
ンサ５０及び位置検出回路１２により検出した位置検出
値Ｐｆとを比較し、誤差を位置補償器１１で増幅し、出
力は速度指令ω＊となる。速度制御部２０は、速度指令
ω＊と位置センサ５０及び速度検出回路２２により検出
した速度検出値ωｆを比較し、誤差を速度補償器２１で
増幅し、出力は電流指令ｉ＊となる。電流制御部３０
は、電流指令ｉ＊と電流検出器３１により検出した電流
検出値ｉｆを比較し、誤差を電流補償器３２で増幅し、
出力はモータ電流となる。ここで、ブラシレスモータ４
０は多相交流機であるが、図３では１相分のみの簡略化
表現とした。各制御部は最近のデジタル技術の進歩によ
りマイクロコンピュータ（以下ＭＰＵと記する）やデジ
タルシグナルプロセッサ（以下ＤＳＰと記する）などの
デジタル演算素子を使用し各部機能を実現する例が多
く、特に位置制御部１０、速度制御部２０は機能的にア
ナログ演算素子を用いた構成よりも有利な面が多く一般
的となっている。しかし電流制御部３０においては、Ｍ
ＰＵを用いたデジタルサンプリング処理では電流制御部
３０で必要とする処理速度に対し無駄時間が大きく、十
分な性能を得ることが困難である。電流制御部３０のデ
ジタル化のための手段として高速演算素子であるＤＳＰ
やソフトウエアを介さないハードウエアロジック回路で
構成する例もあるが、低価格で高性能を実現するために
はアナログ演算回路のほうが有利な場合がある。
【０００３】図４は電流制御部３０をアナログ演算回路
で構成した場合の構成例である。なお、今後の説明で前
出の内容と同一機能要素は同一の符号を付けて示す。図
４に示すように、図には明記していないが交流電源を整
流し直流に変換するコンバータ回路の出力を主電源受電
端子３０１から入力し、直流を交流に再変換するインバ
ータ回路３０２でブラシレスモータ４０に供給する電力
を制御している。この電流制御部３０では、モータ電流
を検出する電流検出器３１Ｕ、３１Ｖの出力すなわち電
流検出信号ｕｆ、ｖｆおよびｗｆと、速度制御部２０の
出力信号である電流指令信号ｕ＊、ｖ＊、ｗ＊とを入力
とし、該電流指令信号と該電流検出信号の差分を増幅す
る電流制御器（以下ＡＣＲと記す）３０３を備え、ＡＣ
Ｒ３０３の出力信号Ｐｕ＊、Ｐｖ＊、Ｐｗ＊をパルス幅
変調（以下ＰＷＭと記す）回路３０４でオン、オフの二
値信号に変換した後、ゲート駆動回路３０５を介して、
トランジスタなどの半導体素子を用いたブリッジ構成の
インバータ回路３０２を動作させて、ブラシレスモータ
４０に所定の電流が流れるように制御する。なお、第３
相目の電流検出信号ｗｆは、第３の電流検出器を設けて
発生しても良いが、対称三相交流の特性から従属な第３
相目の電流検出信号ｗｆは独立なｕｆ、ｖｆを合成する
ことで得られる。ＰＷＭ回路３０４は、ＡＣＲ３０３の
出力信号と、数ｋＨｚから数十ｋＨｚの周波数の変調信
号発生回路３０７から発生する三角波又は鋸歯状波信号
Ｓｃ（以下キャリアと記す）をコンパレータ３０６でレ
ベル比較する三角波比較方式が用いられる。図５には変
調信号発生回路３０７の具体的回路例を示す。
で構成した場合の構成例である。なお、今後の説明で前
出の内容と同一機能要素は同一の符号を付けて示す。図
４に示すように、図には明記していないが交流電源を整
流し直流に変換するコンバータ回路の出力を主電源受電
端子３０１から入力し、直流を交流に再変換するインバ
ータ回路３０２でブラシレスモータ４０に供給する電力
を制御している。この電流制御部３０では、モータ電流
を検出する電流検出器３１Ｕ、３１Ｖの出力すなわち電
流検出信号ｕｆ、ｖｆおよびｗｆと、速度制御部２０の
出力信号である電流指令信号ｕ＊、ｖ＊、ｗ＊とを入力
とし、該電流指令信号と該電流検出信号の差分を増幅す
る電流制御器（以下ＡＣＲと記す）３０３を備え、ＡＣ
Ｒ３０３の出力信号Ｐｕ＊、Ｐｖ＊、Ｐｗ＊をパルス幅
変調（以下ＰＷＭと記す）回路３０４でオン、オフの二
値信号に変換した後、ゲート駆動回路３０５を介して、
トランジスタなどの半導体素子を用いたブリッジ構成の
インバータ回路３０２を動作させて、ブラシレスモータ
４０に所定の電流が流れるように制御する。なお、第３
相目の電流検出信号ｗｆは、第３の電流検出器を設けて
発生しても良いが、対称三相交流の特性から従属な第３
相目の電流検出信号ｗｆは独立なｕｆ、ｖｆを合成する
ことで得られる。ＰＷＭ回路３０４は、ＡＣＲ３０３の
出力信号と、数ｋＨｚから数十ｋＨｚの周波数の変調信
号発生回路３０７から発生する三角波又は鋸歯状波信号
Ｓｃ（以下キャリアと記す）をコンパレータ３０６でレ
ベル比較する三角波比較方式が用いられる。図５には変
調信号発生回路３０７の具体的回路例を示す。
【０００４】ここで、制御装置が安定に動作するため
に、ブラシレスモータ４０、ＡＣＲ３０３及びＰＷＭ回
路３０４の各定数を適正に設定する必要がある。図には
明記していないが、回転子慣性モーメントＪｍ、巻線抵
抗Ｒｍ、インダクタンスＬｍ、トルク定数ｋｔ及び発電
定数ｋｅなどのモータ内部定数は構造で決定される固定
値である。またＡＣＲ３０３は、一般に比例増幅器又は
比例＋積分増幅器で構成され、これら増幅器の比例ゲイ
ン、積分時定数も回路部品の値で決定される。ＰＷＭ回
路３０４は、周波数及び振幅が一定のキャリアＳｃを用
いてＡＣＲ３０３の出力信号とコンパレータ３０６で比
較するもので、モータ印加電圧はインバータ印加電圧で
ある直流主電源とＰＷＭキャリア振幅の電圧比だけ増幅
されるため、（直流主電源電圧／キャリア振幅）倍のゲ
インを持つ。つまり、図４に示す制御要素の特性は製作
時に決定された固定値となるが、各定数個々のばらつき
や主電源の電源電圧変動があるため、制御回路全体のゲ
インは通常これら変動を考慮し適当なゲイン余裕を持つ
ように各定数が決定されることになる。
に、ブラシレスモータ４０、ＡＣＲ３０３及びＰＷＭ回
路３０４の各定数を適正に設定する必要がある。図には
明記していないが、回転子慣性モーメントＪｍ、巻線抵
抗Ｒｍ、インダクタンスＬｍ、トルク定数ｋｔ及び発電
定数ｋｅなどのモータ内部定数は構造で決定される固定
値である。またＡＣＲ３０３は、一般に比例増幅器又は
比例＋積分増幅器で構成され、これら増幅器の比例ゲイ
ン、積分時定数も回路部品の値で決定される。ＰＷＭ回
路３０４は、周波数及び振幅が一定のキャリアＳｃを用
いてＡＣＲ３０３の出力信号とコンパレータ３０６で比
較するもので、モータ印加電圧はインバータ印加電圧で
ある直流主電源とＰＷＭキャリア振幅の電圧比だけ増幅
されるため、（直流主電源電圧／キャリア振幅）倍のゲ
インを持つ。つまり、図４に示す制御要素の特性は製作
時に決定された固定値となるが、各定数個々のばらつき
や主電源の電源電圧変動があるため、制御回路全体のゲ
インは通常これら変動を考慮し適当なゲイン余裕を持つ
ように各定数が決定されることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来のブラシレスモータの制御装置においては、電源電圧
の変動が数十パーセント以上になる場合や、異なる電源
仕様に対応しようとした場合、ＰＷＭ回路３０４のゲイ
ンが電圧変動に比例して変化するため、一定の制御定数
では安定動作を維持するのが困難であり、特に、高速応
答が要求されるサーボモータでは制御系のゲインを大き
く設定する必要があるのに対し、広い電圧範囲にわたり
駆動装置が安定な動作を維持することは困難である。こ
のため、電圧の異なる環境においては、制御装置の制御
定数を再調整するか、電源電圧の範囲を区分し各区分電
圧ごとに適正に調整された複数の異なる仕様の装置で対
応する必要があった。すなわち、従来の電流制御部３０
がアナログ演算回路で構成されているブラシレスモータ
の制御装置では、大きな電源電圧変動や異なる電圧仕様
の電源で安定に動作するためにはハードウエアの変更か
定数の再調整を行う必要があり、製品の信頼性、均質性
を損なう問題があった。
来のブラシレスモータの制御装置においては、電源電圧
の変動が数十パーセント以上になる場合や、異なる電源
仕様に対応しようとした場合、ＰＷＭ回路３０４のゲイ
ンが電圧変動に比例して変化するため、一定の制御定数
では安定動作を維持するのが困難であり、特に、高速応
答が要求されるサーボモータでは制御系のゲインを大き
く設定する必要があるのに対し、広い電圧範囲にわたり
駆動装置が安定な動作を維持することは困難である。こ
のため、電圧の異なる環境においては、制御装置の制御
定数を再調整するか、電源電圧の範囲を区分し各区分電
圧ごとに適正に調整された複数の異なる仕様の装置で対
応する必要があった。すなわち、従来の電流制御部３０
がアナログ演算回路で構成されているブラシレスモータ
の制御装置では、大きな電源電圧変動や異なる電圧仕様
の電源で安定に動作するためにはハードウエアの変更か
定数の再調整を行う必要があり、製品の信頼性、均質性
を損なう問題があった。
【０００６】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、電源電圧変動等があっても、ハードウエア
の変更や調整作業が不要となり、製品の信頼性、均質性
を向上させることのできるブラシレスモータの制御装置
の実現を目的としている。
れたもので、電源電圧変動等があっても、ハードウエア
の変更や調整作業が不要となり、製品の信頼性、均質性
を向上させることのできるブラシレスモータの制御装置
の実現を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のブラシレスモータの制御装置は、相電流を
対称三相正弦波状に制御するための電流制御部を有する
３相ブラシレスモータの制御装置であって、上記電流制
御部がアナログ演算回路で構成されたインバータ回路を
備えたブラシレスモータの制御装置において、電流を制
御するために上記インバータ回路をパルス幅変調方式で
所定のモータ電流となるようモータ印加電圧を制御する
制御装置であって、上記パルス幅変調方式の変調信号に
キャリアを使用し、これとは別に主電源電圧を検出する
電圧検出回路を有し、上記キャリアの振幅を上記電圧検
出回路の検出値に比例して変化するように構成したこと
を特徴とする。
に、本発明のブラシレスモータの制御装置は、相電流を
対称三相正弦波状に制御するための電流制御部を有する
３相ブラシレスモータの制御装置であって、上記電流制
御部がアナログ演算回路で構成されたインバータ回路を
備えたブラシレスモータの制御装置において、電流を制
御するために上記インバータ回路をパルス幅変調方式で
所定のモータ電流となるようモータ印加電圧を制御する
制御装置であって、上記パルス幅変調方式の変調信号に
キャリアを使用し、これとは別に主電源電圧を検出する
電圧検出回路を有し、上記キャリアの振幅を上記電圧検
出回路の検出値に比例して変化するように構成したこと
を特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係るブラシレスモ
ータの制御装置の実施の形態を示す図である。図に示す
ように、主電源受電端子３０１に接続されている直流主
電源電圧はアナログ演算回路で構成された電流補償器で
あるインバータ回路３０２および電圧検出回路３０８に
接続され、変調信号発生回路３０９は電圧検出回路３０
８の出力に比例した振幅のキャリアＳｃを発生する。一
方、モータ電流を検出する電流検出器３１Ｕ、３１Ｖの
出力すなわち電流検出信号ｕｆ、ｖｆおよびｗｆと、電
流指令信号ｕ＊、ｖ＊、ｗ＊とを入力とし、該電流指令
信号と該電流検出信号の差分を増幅するＡＣＲ３０３を
備え、キャリアＳｃとＡＣＲ３０３の出力Ｐｕ＊、Ｐｖ
＊、Ｐｗ＊をコンパレータ３０６に入力し、ゲート制御
信号に変換する。該ゲート制御信号はゲート駆動回路３
０５を介して、トランジスタなどの半導体素子を用いた
ブリッジ構成のインバータ回路３０２を動作させて、ブ
ラシレスモータ４０に所定の電流が流れるように制御す
る。キャリアＳｃが主電源電圧に比例した振幅の三角波
電圧信号であるため、ＰＷＭ回路３０４のゲインすなわ
ち（直流主電源電圧／キャリア振幅）が一定に保たれる
ことになり、したがって主電源電圧の変動に伴う電流制
御系の開ループゲインは一定となるため電圧変動の影響
を受けない電流制御部が実現できる。
ータの制御装置の実施の形態を示す図である。図に示す
ように、主電源受電端子３０１に接続されている直流主
電源電圧はアナログ演算回路で構成された電流補償器で
あるインバータ回路３０２および電圧検出回路３０８に
接続され、変調信号発生回路３０９は電圧検出回路３０
８の出力に比例した振幅のキャリアＳｃを発生する。一
方、モータ電流を検出する電流検出器３１Ｕ、３１Ｖの
出力すなわち電流検出信号ｕｆ、ｖｆおよびｗｆと、電
流指令信号ｕ＊、ｖ＊、ｗ＊とを入力とし、該電流指令
信号と該電流検出信号の差分を増幅するＡＣＲ３０３を
備え、キャリアＳｃとＡＣＲ３０３の出力Ｐｕ＊、Ｐｖ
＊、Ｐｗ＊をコンパレータ３０６に入力し、ゲート制御
信号に変換する。該ゲート制御信号はゲート駆動回路３
０５を介して、トランジスタなどの半導体素子を用いた
ブリッジ構成のインバータ回路３０２を動作させて、ブ
ラシレスモータ４０に所定の電流が流れるように制御す
る。キャリアＳｃが主電源電圧に比例した振幅の三角波
電圧信号であるため、ＰＷＭ回路３０４のゲインすなわ
ち（直流主電源電圧／キャリア振幅）が一定に保たれる
ことになり、したがって主電源電圧の変動に伴う電流制
御系の開ループゲインは一定となるため電圧変動の影響
を受けない電流制御部が実現できる。
【０００９】図２は電圧検出回路３０８および変調信号
発生回路３０９の具体的回路構成図である。図に示すよ
うに、電圧検出回路３０８で電源電圧を検出し、変調信
号発生回路３０９でキャリアＳｃを発生するが、ここで
三角波信号発信部３０９ａの振幅を制御するため電圧ク
ランプ回路３０９ｂを設けている。電圧クランプ回路３
０９ｂは、電圧検出回路３０８の出力信号と、増幅度１
倍の反転増幅器３０９ｃで極性反転した信号とで、正負
対称に、かつ主電源電圧に比例した信号を発生し、三角
波信号発信部３０９ａの振幅電圧を制御するように機能
している。
発生回路３０９の具体的回路構成図である。図に示すよ
うに、電圧検出回路３０８で電源電圧を検出し、変調信
号発生回路３０９でキャリアＳｃを発生するが、ここで
三角波信号発信部３０９ａの振幅を制御するため電圧ク
ランプ回路３０９ｂを設けている。電圧クランプ回路３
０９ｂは、電圧検出回路３０８の出力信号と、増幅度１
倍の反転増幅器３０９ｃで極性反転した信号とで、正負
対称に、かつ主電源電圧に比例した信号を発生し、三角
波信号発信部３０９ａの振幅電圧を制御するように機能
している。
【００１０】また、本発明の方式は、キャリア比較のＰ
ＷＭ制御方式を用いた制御装置全般に適用可能である。
例えばブラシ付ＤＣサーボモータの制御装置の場合、図
１に示した実施の形態で、インバータ回路構成をＨブリ
ッジに、３相構成の各部制御回路を１信号制御回路に置
き換えることで同一の機能を実現できる。
ＷＭ制御方式を用いた制御装置全般に適用可能である。
例えばブラシ付ＤＣサーボモータの制御装置の場合、図
１に示した実施の形態で、インバータ回路構成をＨブリ
ッジに、３相構成の各部制御回路を１信号制御回路に置
き換えることで同一の機能を実現できる。
【００１１】上述のように、本発明によれば、主電源電
圧に比例して変調信号発生回路３０９のキャリアＳｃを
変化させることにより、ＰＷＭ変換による電圧ゲインを
電圧変化に関係なく一定に維持できるため、電圧変動に
よる制御系のゲイン変化を抑えることができ、ハードウ
エアの変更や調整工程を伴わずに広範囲の電圧条件に対
応することができる。
圧に比例して変調信号発生回路３０９のキャリアＳｃを
変化させることにより、ＰＷＭ変換による電圧ゲインを
電圧変化に関係なく一定に維持できるため、電圧変動に
よる制御系のゲイン変化を抑えることができ、ハードウ
エアの変更や調整工程を伴わずに広範囲の電圧条件に対
応することができる。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るブラ
シレスモータの制御装置においては、大きな電源電圧変
動や異なる電圧仕様の電源でも安定に動作することが可
能になり、ハードウエアの変更や調整作業を省略し、製
品の信頼性、均質性を向上することが可能となる。
シレスモータの制御装置においては、大きな電源電圧変
動や異なる電圧仕様の電源でも安定に動作することが可
能になり、ハードウエアの変更や調整作業を省略し、製
品の信頼性、均質性を向上することが可能となる。
【図１】本発明に係るブラシレスモータの制御装置の実
施の形態を示す図である。
施の形態を示す図である。
【図２】電圧検出回路および変調信号発生回路の具体的
回路構成図である。
回路構成図である。
【図３】従来のブラシレスモータの制御装置の機能ブロ
ック図である。
ック図である。
【図４】従来技術による電流制御部の構成図である。
【図５】従来技術による変調信号発生回路の具体的回路
構成図である。
構成図である。
１０ 位置制御部 １１ 位置補償器 １２ 位置検出回路 ２０ 速度制御部 ２１ 速度補償器 ２２ 速度検出回路 ３０ 電流制御部 ３１ 電流検出器 ３１Ｕ Ｕ相電流検出器 ３１Ｖ Ｖ相電流検出器 ３２ 電流補償器 ４０ ブラシレスモータ ５０ 位置センサ ３０１ 主電源受電端子 ３０２ インバータ回路 ３０３ 電流制御器（ＡＣＲ） ３０４ ＰＷＭ回路 ３０５ ゲート駆動回路 ３０６ コンパレータ ３０７ 変調信号発生回路 ３０８ 電圧検出回路 ３０９ 変調信号発生回路 ３０９ａ 三角波信号発信部 ３０９ｂ 電圧クランプ回路 ３０９ｃ 反転増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 式根 洋一郎 群馬県桐生市相生町３−93番地 日本サ ーボ株式会社 研究所内 (56)参考文献 特開 平８−317685（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−131091（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−219782（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−115788（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02P 6/08
Claims (1)
- 【請求項１】相電流を対称三相正弦波状に制御するため
の電流制御部を有する３相ブラシレスモータの制御装置
であって、上記電流制御部がアナログ演算回路で構成さ
れたインバータ回路を備えたブラシレスモータの制御装
置において、 電流を制御するために上記インバータ回路をパルス幅変
調方式で所定のモータ電流となるようモータ印加電圧を
制御する制御装置であって、上記パルス幅変調方式の変
調信号にキャリアを使用し、これとは別に主電源電圧を
検出する電圧検出回路を有し、上記キャリアの振幅を上
記電圧検出回路の検出値に比例して変化するように構成
した ことを特徴とするブラシレスモータの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09748698A JP3285323B2 (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | ブラシレスモータの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09748698A JP3285323B2 (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | ブラシレスモータの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11299279A JPH11299279A (ja) | 1999-10-29 |
| JP3285323B2 true JP3285323B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=14193614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09748698A Expired - Fee Related JP3285323B2 (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | ブラシレスモータの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3285323B2 (ja) |
-
1998
- 1998-04-09 JP JP09748698A patent/JP3285323B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11299279A (ja) | 1999-10-29 |
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