JP3731756B2 - Ａｃサーボモータの制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、永久磁石同期機形ＡＣサーボモータを駆動する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３の一点鎖線内に示したブロック図は、永久磁石同期機形ＡＣサーボモータを駆動する電流制御系の構成を表したものである。 同図において、１はＡＣサーボモータ、２はモータの磁極位置を検出する信号と、速度あるいは位置を検出するための信号を有するセンサで、例えば光学式のエンコーダあるいはレゾルバなどが用いられている。３はパワーアンプ、４、５は電流検出器（ＤＣＣＴ）、６は従来の電流制御系のブロックである。６のブロック中のトルク指令は、例えば、速度サーボ系では速度指令に対するモータの実際速度との偏差量として与えられるものである。ここでは単に電流制御系の制御すべき電流の振幅値を与えるものとして表している。トルク指令値に対して流すべきモータ電流の位相を与えるものが１８の電流分配回路であり、センサ２から磁極位置検出信号に同期した正弦波信号を出力する。トルク指令値と電流分配信号を乗算したものが、モータの各相の電流指令となる。１０、１１、１２の電流アンプは、各相の電流指令値に対する、４、５の電流検出器からのフィードバック電流との偏差量を増幅して、パワーアンプに送る。ここで、Ｗ相電流については、モータに流れ込む電流の和が零になると言うキルヒホッフの法則から、次式によって演算する。
ｉｗｆｂ＝−（ｉｕｆｂ＋ｉｖｆｂ） （１）
パワーアンプでは、通常、この電流アンプの出力をパルス幅変調（ＰＷＭ）してスイッチング信号に変換し、パワーデバイスをＯＮ−ＯＦＦ制御しながらモータ端子電圧を制御して、電流を制御する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の電流制御系は、構成が単純である。しかしながら、欠点として、電流アンプが交流量を制御しているため、Ｐ−Ｉ（比例−積分）制御をしても定常偏差値を零とすることができず、指令値通りの電流を流すことができない。この欠点を補うために、通常はモータの誘起電圧による電流ループゲインの低下を補償する誘起電圧（ｅｍｆ）補償と、電流位相の遅れを補償する位相補償を付加する必要がある。これらの補償機能も比較的容易に行うことができるが、駆動すべきモータの特性に依存するため、煩雑である。
また上記の誘起電圧補償と位相補償の問題を解決する電流制御系の構成方法として、電流制御系を直流量で取り扱うことのできる、ｄ−ｑ静止座標変換制御方式があるが、本方式の欠点は演算が複雑なことと、過渡応答特性が悪くなる点である。本発明は電流制御系の簡略化と補償パラメータの低減を目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明はＡＣサーボモータの制御装置において、前記ＡＣサーボモータの各相の電流検出値と、前記各相電流に対応するモータの磁極位置検出信号と同期した正弦波の電流分配信号とを乗算し、前記各相の乗算した値を加算した信号に、モータの相数に応じた係数を乗じた値を電流アンプへのフィードバック信号とし、トルク指令と前記電流アンプへのフィードバック信号との偏差を増幅した値を電流アンプの出力信号とし、前記電流アンプの出力信号に、前記各相の電流分配信号にモータの回転速度の関数あるいは、モータの回転速度とトルク指令の関数で与えられる位相補償を加えた信号を乗算して得た３相信号でモータ電流を制御するようにする。
また、ＡＣサーボモータの制御装置において、３相のモータ電流検出値を、３相／２相変換器を介してα相信号ｉ（α）、β相信号ｉ（β）に変換し、かつ、モータ磁極位置検出信号をｓｉｎ（θｅ）、ｃｏｓ（θｅ）なる２相信号に変換して、前記α相信号ｉ（α）と前記ｓｉｎ（θｅ）、前記β相信号ｉ（β）と前記ｃｏｓ（θｅ）とをそれぞれ乗算し、ｉ（β）ｃｏｓ（θｅ）からｉ（α）ｓｉｎ（θｅ）を減算した値を電流アンプへのフィードバック信号とし、トルク指令と前記電流アンプへのフィードバック信号との偏差を増幅した値を電流アンプの出力信号とし、前記電流アンプの出力信号に、前記２相変換した磁極位置検出信号にモータの回転速度の関数あるいはモータの回転速度とトルク指令の関数で与えられる位相補償を加えた信号をそれぞれ乗算し、前記乗算により得たそれぞれの信号を３相信号に変換し、前記変換された３相信号でＡＣサーボモータの電流を制御するようにする。
【０００５】
【作用】
上記手段により電流アンプが１つでＡＣサーボモータの電流制御が可能になる。また、位相補償のみを行なって、誘起電圧補償を自動的に達成している。さらに、たとえ位相補償が不完全な場合でも、トルク指令に対するモータ発生トルクの直線性が損なわれないように制御される。
【０００６】
【実施例】
以下、本発明の第１の実施例を図１に基づいて説明する。図１は図３の一点鎖線内に示す電流制御系の部分のみ表したもので、その他の周辺回路部は図３と同一である。
１９は電流アンプ、２０は加算器、２１は係数器（３相モータの場合は２／３）、２２〜２７は乗算器、２８はモータの磁極位置検出信号を正弦波化する電流分配回路、２９は速度演算回路、３０はモータの回転速度あるいは、モータの回転速度とトルク指令に対応して電流分配器２８の電流分配信号の位相補償を行なう位相補償回路である。
電流アンプ１９には、トルク指令値（ｉｑ）が入力され、次式で与えられる電流フィードバック値（ｉｑｆ）と比較される。

ここで、
ｉｕｆｂ：モータＵ相のフィードバック電流値、
ｉｖｆｂ：モータＶ相のフィードバック電流値、
ｉｗｆｂ：モータＷ相のフィードバック電流値であり、
ｉｗｆｂは−（ｉｕｆｂ＋ｉｖｆｂ）の演算で与えてもよい。
また、
ｓｉｎ（θｅ）：モータＵ相の磁極位置を与える電流分配信号
ｓｉｎ（θｅ−２π／３）：モータＶ相の磁極位置を与える電流分配信号
ｓｉｎ（θｅ−４π／３）：モータＷ相の磁極位置を与える電流分配信号
ｉａ：各フィードバック電流の振幅が等しいとしたときの電流振幅
γ：モータ各相の電流分配信号とフィードバック電流との位相ずれ角度
上式において、フィードバック電流の振幅は等しいと仮定したが、実際には過渡状態においては必ずしも等しくならない。したがって、ステップ状のトルク指令に対して、ｉｑｆは振動的な応答を示す。しかし、この過渡応答は従来のｄ−ｑ静止座標変換方式よりも小さい。ここで言う従来のｄ−ｑ静止座標変換方式とは、磁束電流成分を制御するｄ軸の電流制御ループを有しているもので、通常、永久磁石同期機形ＡＣサーボモータの電流制御では、ｄ軸電流制御ループの指令値は零と置く。本発明は、このｄ軸電流制御ループを削除したものである。このｄ軸電流制御ループを削除した場合、電流指令に対するフィードバック電流の位相のずれの影響は避けられない。しかし位相ずれの影響は（２）式に示すように、電流振幅が見かけ上、ｃｏｓγだけ低下したのと等価であり、位相補償を行なえば、電流アンプをＰ−Ｉ制御することによって、電流振幅値を定常偏差が零になるように制御でき、誘起電圧補償を自動的に達成できる。
なお、モータの発生トルクは電流位相が磁極位置とγなるずれ角がある場合、ｃｏｓγで低下するが、本発明の電流制御系では、位相ずれがある場合は、その分電流振幅が大きくなり、モータ発生トルクは見かけ上、トルク指令値に対して直線性が成り立つ。ただし、位相ずれが大きくなると、電流値が増大するのでパワーアンプの負担が大きくなる。また、モータの損失が増えるので、注意が必要である。
電流アンプ１９の出力は、（３）〜（５）式に示すように、速度演算回路２９の出力データあるいはその出力データとトルク指令によって位相補償された電流分配信号によって、モータのＵ、Ｖ、Ｗ相信号に変換され、パワーアンプに送られる。
Ｕ相信号：ｓｉｎ（θｅ＋ｆ（ω，ｉｑ）） （３）
Ｖ相信号：ｓｉｎ（θｅ−２π／３＋ｆ（ω，ｉｑ）） （４）
Ｗ相信号：ｓｉｎ（θｅ−４π／３＋ｆ（ω，ｉｑ）） （５）
ただし、ｆ（ω，ｉｑ）は位相補償値
位相遅れを生ずる要因として電流ループゲインを理想的に高くとれない点があり、とくにリアクタンス降下による要因は回転数と電流に依存するので位相補償値としては回転数すなわち回転角周波数ωとトルク指令ｉｑの関数となるが、リアクタンス降下の影響が無視できる場合は位相補償値は回転角周波数ωのみの関数となる。
図２は本発明の第２の実施例を説明するための図であり、３相／２相変換および２相／３相変換を付加して、上述の実施例と同様の電流制御系を構成したものである。
３１は電流アンプ、３２は加算器、３３〜３６は乗算器、３７は反転器、３８はモータの磁極位置検出信号を正弦波化した２相の電流分配回路、３９は速度演算回路、４０はモータの回転速度に対応して３８の２相電流分配信号の位相補償を行なう位相補償回路である。４１は３相／２相変換器、４２は２相／３相変換器である。
なお、加算器３２においては、乗算器３３の出力の反転値と乗算器３４の出力を加算する。
【０００７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ただ１個の電流アンプで多相の電流制御系を構成できるので、従来の複数の電流アンプで構成していた電流制御系で問題となっていた電流アンプのアンバランスに基づく相互干渉を排除することができる。また、位相補償の付加のみによってモータの誘起電圧補償も自動的に行なわれ、かつトルク指令に対するモータ発生トルクの直線性は、たとえ位相補償が不完全な場合でも成り立つことが明らかにされた。したがって、サーボゲインのオートチューニング技術を代表とする、サーボ系の同定等に際しても、高精度の演算が可能となると言う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】永久磁石同期機形ＡＣサーボモータの電流制御系の構成の第１の実施例を示す図。
【図２】永久磁石同期機形ＡＣサーボモータの電流制御系の構成の第２の実施例を示す図。
【図３】 永久磁石同期機形ＡＣサーボモータの電流制御系の構成の従来例を示す図。
【符号の説明】
１ ＡＣサーボモータ
２ センサ
３ パワーアンプ
４、５ 電流検出器
６ 電流制御系
７、２０、３２ 加算器
８、９、２２〜２７、３３〜３６ 乗算器
１０〜１２、１９、３１ 電流アンプ
１３、１４ 加算反転器
１５ 誘起電圧補償回路
１６、３０、４０ 位相補償回路
１７、２９、３９ 速度演算回路
２１ 係数器
１８、２８、３８ 電流分配回路
３７ 反転器
４１ ３相／２相変換器
４２ ２相／３相変換器

Claims (2)

1. ＡＣサーボモータの相電流検出値と前記当該相の磁極位置に対応する正弦値とを乗算する乗算手段と、
   前記各相の乗算値を全相加算する加算手段と、
   前記全相加算値の定数倍値とトルク指令値との偏差を増幅する電流アンプと、
   各相の磁極位置と全相共通の位相補償値との各加算値に対応する各正弦値と前記電流アンプ出力との各乗算値を各相指令信号として出力する３相信号変換器と、
   前記各相指令信号に基づいて前記ＡＣサーボモータに３相電圧出力するパワーアンプを備えたことを特徴とするＡＣサーボモータの制御装置。
2. 前記全相共通の位相補償値はモータの回転数およびトルク指令値を変数とする関数値であることを特徴とする請求項１記載のＡＣサーボモータの制御装置。

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