JP3652083B2 - サーボモータ駆動方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サーボモータ駆動方法に関し、特に、従来のモータ電流検出用の電流フィードバックループを構成する電流センサ及びA/D変換器をなくし、電源電圧を検出することにより、この検出値を用いて電流制御を行い、制御特性を向上させ、かつ低価格化を達成するための新規な改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、用いられていたこの種のサーボモータ駆動方法としては、一般に、図5で示される方法が採用されていた。
すなわち、電流コマンドIcmdは演算器1に入力され、この演算器1の出力1aは比例・積分制御部2を経て電圧コマンド2aとして周知のパワー素子構成からなる電力変換器3に入力され、この電力変換器3から三相駆動電流Iu,Iv,Iwとしてサーボモータ4に印加されている。この三相駆動電流Iu,Iv,Iwの一部は、電流センサ5により検出され、電流の検出値IvccはA/D変換器6を介して前記演算器1に入力されており、電流フィードバック制御を構成している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来のサーボモータ駆動方法は、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、電流フィードバック系を構成するためには、電流センサ及び高価なA/D変換器を用いなければならず、制御系の低価格化に大きい障害となっていた。
【0004】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、特に、従来のモータ電流検出用の電流フィードバックループをなくし、電源電圧を検出することにより、この検出値を用いて電流制御を行い、制御特性を向上させ、かつ低価格化を達成するようにしたサーボモータ駆動方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明によるサーボモータ駆動方法は、電流コマンド(Icmd)に基づいて電流制御部から発生する電圧コマンド (Vcmd) を電力変換器に入力してサーボモータを駆動する場合、前記サーボモータを駆動するための電源電圧(V)を検出し、この電源電圧(V)の検出値(Vcc)を用いて前記サーボモータの駆動電流(Iu,Iv,Iw)の電流制御を行うようにしたサーボモータ駆動方法において、前記電流コマンド (Icmd) は前記サーボモータの演算システム ( 1/Ra+Las、但し、Raはモータ抵抗、Laはモータインダクタンス、sはラプラス演算子)の逆演算システム(Ra+Las)を経て加算器からなる第1演算器に入力され、前記第1演算器の第1出力は減算器からなる第2演算器に入力され、前記第2演算器の第2出力が前記演算システム ( 1/Ra+Las ) 、トルク定数 (Kt) 及びイナーシャ (Js) を経ることによりモータ速度 ( ω ) が得られ、前記モータ速度 ( ω ) から得られた誘起電圧定数 (KE) は前記第1、第2演算器に帰還入力されて電流制御が行われ、さらに、前記電流コマンド (Icmd) は前記モータ抵抗 (Ra) から電流応答ループが1となる第1ループ又は電気的時定数 ( τ e) と前記ラプラス演算子sの積であるτ es (但し、τeは前記モータインダクタンスLaとモータ抵抗RaによるLa/Raと等しい)となる第2ループを経て前記第1演算器から第2演算器に入力され、前記第2演算器の第2出力が前記第2演算器の後段側の電圧演算部にてVcom/Vcc(但し、Vcomは電源電圧Vの設計値、Vccは前記電源電圧Vの検出値)の数値演算制御が行われて前記電源電圧 (V) の変動を補正した前記電圧コマンド (Vcmd) を前記電力変換器に印加する方法である。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるサーボモータ駆動方法の好適な実施の形態について説明する。なお、従来例と同一又は同等部分については同一符号を用いて説明する。
図1において電流指令値である電流コマンドIcmdは電流制御部2Aに入力され、この電流制御部2Aからの電圧コマンドVcmdは周知の電力変換器3に印加され、この電力変換器3には図示しない各パワー素子を駆動するための駆動電源6が接続されており、この電力変換器3からの三相の駆動電流Iu,Iv,Iwがサーボモータ4に供給されるように構成されている。また、前記駆動電源6の電源電圧Vの検出値Vcc及び電源電流Iの検出値Ivccが前記電流制御部2Aに取り込まれている。
【0007】
図1の制御系においては、図5の従来の制御系と異なり、電流制御部2Aは、駆動電源6の電源電圧Vの検出値Vcc及び電源電流Iの検出値Ivccを用いて制御した電圧コマンドVcmdを電力変換器3に印加し、電力変換器3から得られた三相の駆動電流Iu,Iv,Iwによってサーボモータ4を駆動制御する。
【0008】
次に、前記電流制御部2Aの具体的な演算制御について述べる。図2は、前記電流制御部2Aとサーボモータ4の演算内容をブロックとして示すもので、電流コマンドIcmdはサーボモータ4の演算システム(1/Ra+Las)の逆演算システム(Ra+Las)を経て加算器からなる第1演算器10に入力され、この第1演算器10の第1出力10aは減算器からなる第2演算器11に入力され、この第2演算器11の第2出力11a前記演算システム(1/Ra+Las)、トルク定数kt、イナーシャ1/Jsを経ることによりモータ速度ωが得られている。但し、前述のRaはモータ抵抗、Laはモータインダクタンス、sはラプラス演算子である。前記モータ速度ωから得られた各誘起電圧定数KEは、前記各演算器10,11に帰還入力されている。
【0009】
次に、図2の構成の演算制御が、正常に機能すると、図3の演算制御状態となり、サーボモータ4の電流ループの応答が1となって、電流目標値に正確に追従する電流制御系となる。但し、この図3で示される電流制御系では、電源電圧Vの変動を直接受けるため、電源電圧Vの検出値Vccを検出して電圧コマンドVcmdを補正する必要がある。
【0010】
前述の補正をするために、図4で示す演算制御ブロックよりなる演算制御系を用いて数値演算制御する。まず、電流コマンドIcmdはモータ抵抗Raから電流応答ループが1となる第1ループ20又は第2ループ21(電気的時定数τeとラプラス演算子sの積であるτes、但し、τeはモータインダクタンスLaとモータ抵抗RaによるLa/Raと等しい)を経て図2と同様に第1演算器10から第2演算器11に入力され、この第2演算器11の第2出力11aが前記第2演算器11の後段側の電圧演算部21Aにおいて、Vcom/Vcc(Vcomは電源電圧Vの設計値、Vccは電源電圧Vの検出値)の数値演算制御が行われて電源電圧Vの変動を補正した電圧コマンドVcmdが電力変換器3に印加される。なお、前述の図4における電圧コマンドVcmdの演算を行うプログラムの例としては次の数の(1)式に示される通りである。
【0011】
【数1】
【0012】
また、演算制御において、モータ過電流検出状態すなわち制御異常状態は、正常制御時が、K・Icmd×kt×ω=Vcc×Ivcc(但し、kは比例定数、Icmdはモータ電流コマンド、ktはトルク定数、ωはモータ速度、Vccは電源電圧の検出値、Ivccは電源電流の検出値)の等号が成立している場合であるため、この等号が不成立の場合を前述の制御異常と判断している。
【0013】
【発明の効果】
本発明によるサーボモータ駆動方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。すなわち、従来用いていた電流センサ及びA/D変換器を用いた電流フィードバック系が不要で、全て数値演算のオープンループで制御できるため、部品低減による低価格化、電流センサノイズによる制御精度低下の防止を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるサーボモータ駆動方法を示すブロック図である。
【図2】 図1の電流制御部の演算内容を示す制御ブロック図である。
【図3】 図2の正常制御状態を示す制御ブロック図である。
【図4】 図1の電流制御部の電圧コマンドを演算するブロック図である。
【図5】 従来の制御方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
4 サーボモータ
Icmd 電流コマンド
V 電源電圧
Vcc 電源電圧の検出値
Iu,Iv,Iw 駆動電流
Ra モータ抵抗
La モータインダクタンス
KE 誘起電圧定数
Kt トルク定数
ω モータ速度
Ivcc 電源電流の検出値
s ラプラス演算子
2A 電流制御部
Vcmd 電圧コマンド
1/Ra+Las 演算システム
Ra+Las 逆演算システム
10 第1演算器
11 第2演算器
10a 第1出力
11a 第2出力
Js イナーシャ
Ra モータ抵抗
20 第1ループ
21 第2ループ
電力変換器

Claims (1)

  1. 電流コマンド(Icmd)に基づいて電流制御部 (2A) から発生する電圧コマンド (Vcmd) を電力変換器 (3) に入力してサーボモータ(4)を駆動する場合、前記サーボモータ(4)を駆動するための電源電圧(V)を検出し、この電源電圧(V)の検出値(Vcc)を用いて前記サーボモータ(4)の駆動電流(Iu,Iv,Iw)の電流制御を行うようにしたサーボモータ駆動方法において、
    前記電流コマンド (Icmd) は前記サーボモータ (4) の演算システム ( 1/Ra+Las、但し、Raはモータ抵抗、Laはモータインダクタンス、sはラプラス演算子)の逆演算システム(Ra+Las)を経て加算器からなる第1演算器 (10) に入力され、前記第1演算器 (10) の第1出力 (10a) は減算器からなる第2演算器 (11) に入力され、前記第2演算器 (11) の第2出力 (11a) が前記演算システム ( 1/Ra+Las ) 、トルク定数 (Kt) 及びイナーシャ (Js) を経ることによりモータ速度 ( ω ) が得られ、前記モータ速度 ( ω ) から得られた誘起電圧定数 (KE) は前記第1、第2演算器 (10,11) に帰還入力されて電流制御が行われ、さらに、前記電流コマンド (Icmd) は前記モータ抵抗 (Ra) から電流応答ループが1となる第1ループ (20) 又は電気的時定数 ( τ e) と前記ラプラス演算子 (S) の積であるτ es (但し、τeは前記モータインダクタンスLaとモータ抵抗RaによるLa/Raと等しい)となる第2ループ (21) を経て前記第1演算器 (10) から第2演算器 (11) に入力され、前記第2演算器 (11) の第2出力 (11a) が前記第2演算器 (11) の後段側の電圧演算部 (21) にてVcom/Vcc(但し、Vcomは電源電圧Vの設計値、Vccは前記電源電圧Vの検出値)の数値演算制御が行われて前記電源電圧 (V) の変動を補正した前記電圧コマンド (Vcmd) を前記電力変換器 (3) に印加することを特徴とするサーボモータ駆動方法。
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