JP3810461B2

JP3810461B2 - サーボアンプの並列運転方法

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Publication number: JP3810461B2
Application number: JP29169095A
Authority: JP
Inventors: 俊介松原; 平輔岩下; 裕一山田
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2015-10-16
Also published as: JPH09114504A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械や産業機械等の機械，装置やロボットの駆動源として使用されるサーボモータの駆動方法に関し、特に、サーボモータに駆動電流を供給するサーボアンプの並列運転に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械や産業機械等の機械，装置やロボットの駆動源として使用されるサーボモータを数値制御装置（ＣＮＣ）等により制御を行う場合、共有ＲＡＭを介して数値制御装置（ＣＮＣ）にデジタルサーボ回路を接続し、該デジタサーボ回路からサーボアンプにＰＷＭ信号を送り、これによって、サーボアンプからサーボモータに駆動電流を供給して駆動制御を行っている。
【０００３】
通常、サーボアンプはサーボモータの容量に応じて設定される。図４は従来のサーボアンプとサーボモータとの関係を説明するため図である。なお、図４では、モータおよびアンプの容量をＷの符号を用いて示している。図４において容量が２Ｗのサーボモータを駆動する場合には、このサーボモータの容量に応じた容量を持つサーボアンプを用いる。サーボアンプの容量がサーボモータの容量以下の場合には、サーボモータはその能力を充分に発揮することができないことになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示す従来のサーボアンプの構成では、サーボモータの容量の大型化に応じてサーボアンプの容量も大きくする必要があり、そのためサーボモータ毎にサーボアンプを開発し製作しなければならないという問題点がある。このような問題点を解決する手段として、小容量のサーボアンプを複数台用意し、それら複数台のサーボアンプを並列運転することによって１台のサーボモータを駆動することが提案されている。図５は、サーボアンプの並列運転の一構成例である。この並列運転では、複数台のサーボアンプを用意し、それらの合計の容量がサーボモータの容量となるよう設定するとともに、使用するサーボアンプの各容量に応じて、サーボモータ自体の巻線を分割した構成とし、分割した各巻線を各サーボアンプによって駆動する。これによって、小容量のサーボアンプを用いた複数台のサーボアンプの並列運転が可能となるが、この構成による並列運転では、サーボモータの巻線をサーボアンプに応じて分割し構成しなければならないという欠点が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は前記した従来の問題点を解決して、小容量のサーボアンプによって大容量のサーボモータを駆動することができるサーボアンプの並列運転方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、サーボモータを複数のサーボアンプで並列運転する並列運転方法であって、位置、速度、電流の制御を行う一つのサーボ回路によって生成された同一の電圧指令を、複数のサーボアンプに対して供給し、複数のサーボアンプが出力する駆動電流の和をサーボモータへの供給電流とする並列運転方法によって前記目的を達成し、また、各サーボアンプの駆動電流の不均衡検出を行うことができるものである。
【０００７】
サーボ回路は、位置、速度、電流制御等のサーボ制御によってサーボアンプに対してサーボモータの駆動制御を行うための指令信号を形成する。このとき、サーボ回路は複数のサーボアンプに対して同一内容の指令信号を形成する。各サーボアンプはこの指令信号を受け、該指令信号に応じてサーボモータに対する駆動電流を形成し、サーボに供給する。サーボモータはこの駆動電流によって駆動する。指令信号が指令する電流容量はサーボアンプ一つ当たりの電流容量であり、サーボモータの容量をサーボアンプの個数で除した値を基に設定することができる。
【０００８】
サーボ制御において、位置，速度制御によって定まる電流指令値は、サーボアンプからの電流フィードバック電流によって帰還制御が行われる。このとき、複数のサーボアンプからはそれぞれ異なる電流フィードバック電流が帰還される。本発明の並列運転方法では、各サーボアンプの各相の実電流の平均値を求め、この平均値をサーボ回路への電流フィードバック電流とすることによって、電流制御を行う。これによって、複数のサーボアンプは、サーボ制御側からは一つのサーボアンプとして扱うことができる。
【０００９】
また、本発明の並列運転方法では、各相の各サーボアンプの駆動電流の不均衡を検出することができる。この駆動電流の不均衡検出は、各相において各サーボアンプの実電流と、各サーボアンプの実電流の平均値とを比較することによって行うことができ、各相の各サーボアンプの実電流と各相の実電流の平均値との比が所定範囲外のときに警報を発することによって、駆動電流の異常を知らせることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態を説明するための概略ブロック図である。図１において、１は数値制御装置（ＣＮＣ）、２は共有ＲＡＭ、３はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有するデジタルサーボ回路、４はトランジスタインバータ等のサーボアンプであり複数のサーボアンプ（第１サーボアンプ４１，第２サーボアンプ４２）により構成され、５はサーボモータ、６はサーボモータの回転とともにパルスを発生するエンコーダおよびロータ位相を検出するロータ位相検出器等の検出手段である。
【００１１】
ＣＮＣ１，共有ＲＡＭ２，デジタルサーボ回路３、およびサーボアンプ４は、サーボモータ５を駆動するサーボ制御系を構成し、ＣＮＣ１，共有ＲＡＭ２，デジタルサーボ回路３は位置、速度、電流制御等のサーボ制御によってサーボアンプ４に対してサーボモータ５を駆動制御するための指令信号を形成する。なお、図１において、位置、速度、電流制御等の通常のサーボ制御は、一点鎖線で示している。サーボアンプ４は、第１サーボアンプ４１，第２サーボアンプ４２の複数のサーボアンプを備え、各サーボアンプ４１，４２から出力電流を加算して、この加算電流をサーボモータ５に駆動電流として供給し、これによって、複数のサーボアンプによる並列運転を行う。なお、図１では複数のサーボアンプ４として第１サーボアンプ４１，第２サーボアンプ４２の２つのサーボアンプの例を示しているが、２以上のサーボアンプとすることもできる。
【００１２】
本発明の並列運転方法では、デジタルサーボ回路３は通常のサーボ制御の処理に加えて、指令信号のコピー処理と電流フィードバックの平均化処理を行う。サーボ制御の処理は、位置指令や速度指令に基づく位置制御や速度制御を行って電流フィードバックによる電流制御を行い、サーボアンプ４への指令信号を形成する。なお、この指令信号の形成は、通常のサーボ制御における動作と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００１３】
指令信号のコピー処理は、複数のサーボアンプ４１，４２，・・・に対してデジタルサーボ回路３で形成した指令信号と同一内容の信号を形成する処理であり、デジタルサーボ回路３内のソフトウェアによって行うことができる。例えば、図１において、第１サーボアンプ４１に対する指令信号を第１ＰＷＭとすると、デジタルサーボ回路３はソフトウェアによって第１ＰＷＭと同一内容の第２ＰＷＭを形成し、第２サーボアンプ４２に指令する。第３サーボアンプ，第４サーボアンプを備えた場合についても、同様に第１ＰＷＭのコピー処理によって共通の指令信号を形成することができる。図１において、コピー処理はコピー３４のブロックによって表している。
【００１４】
電流フィードバックの平均化処理は、デジタルサーボ回路３における電流制御の電流フィードバックにおけるフィードバック電流をを得る処理である。並列運転では、複数のサーボアンプは、共通の指令信号を受けている場合であってもサーボアンプ内のスイッチング特性等によってサーボアンプの特性が異なり、各サーボアンプが出力する駆動電流は必ずしも同一の大きさとなるとは限らない。そこで、本発明の並列運転では、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相について、各サーボアンプの実電流の平均値を求め、この平均値を電流フィードバックすることによってサーボアンプ４を一つのサーボアンプとする電流制御を行うことができる平均化の処理は、複数のサーボアンプからの駆動電流を加算し、これらの平均を演算することによって行うことができる。このために、デジタルサーボ回路３は、各相に対応してＵ相，Ｂ相，Ｗ相の各相毎に平均化処理を行う３つの平均化処理手段（なお、図中では平均の名称で表している）３１，３２，３３を備える。したがって、ｎ個のサーボアンプ４１，４２，・・・，４ｎによって一つのサーボモータ５を駆動する場合には、各平均化処理手段３１，３２，３３は、各サーボアンプの各相からのｎ個の実電流を加算し、該加算値をｎで除する平均化処理を行い、求めた平均化処理後の値を電流フィードバックとして帰還させる。例えば、図１において、Ｕ相については、第１サーボアンプ４１のＵ相から実電流ＵＩ１と第２サーボアンプ４２のＵ相から実電流ＵＩ２とを加算し、この加算値を平均化処理手段３１によって平均化して帰還する。
【００１５】
なお、平均化処理をソフトウェアで行う場合には、３個のハードウェアの平均化手段を設けることなく、デジタルサーボ回路３中のソフトウェアによって行うことができる。
【００１６】
サーボモータ５は、複数のサーボアンプ４１，４２，・・・のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相の駆動電流は、各相毎に加算し動力線を介してサーボ５に供給する。
【００１７】
検出手段６は、エンコーダやロータ位相検出器を含み、サーボモータの回転とともにパルスを発生し、ロータ位相を検出してデジタルサーボ回路３に帰還し、位置制御や速度制御の帰還データとして使用する。
【００１８】
次に、サーボアンプの駆動電流の不均衡、および該駆動電流の不均衡の検出について説明する。図２は、サーボアンプによるサーボモータへの駆動電流の供給状態を説明する図である。前記したように、並列運転では、複数のサーボアンプは、共通の指令信号を受けている場合であってもサーボアンプ内のスイッチング特性等によってサーボアンプの特性が異なり、各サーボアンプが出力する駆動電流は必ずしも同一の大きさとなるとは限らず、駆動電流に不均衡が生じる。例えば、サーボモータ（図示していない）のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相に対して１００Ａの駆動電流を供給を、第１サーボアンプと第２サーボアンプの２つのサーボアンプによって行う場合、両サーボアンプに同一内容の指令信号の指令を行う。両サーボアンプの特性が同一である場合にはそれぞれ５０Ａの駆動電流を出力するが、特性が異なる場合には例えば４０Ａと６０Ａというように駆動電流の大きさに不均衡が生じる。
【００１９】
複数のサーボアンプによって並列運転を行う場合、各サーボアンプが出力する駆動電流に不均衡が生じると、サーボアンプおよびサーボモータの能力を充分に発揮することが困難となる場合がある。そこで、本発明の並列運転方法では、この駆動電流の不均衡を検出し、該不均衡が設定値を越えた場合には異常として警報等の処理を行う。
【００２０】
図３は駆動電流の不均衡の検出を説明する図である。なお、図３は第１サーボアンプと第２サーボアンプの２つのサーボアンプの場合について示している。ここで、第１サーボアンプの１つの相の駆動電流をＩ１とし、第２サーボアンプの同じ相の駆動電流をＩ２とし、両駆動電流を加算した和の電流をＩ３とする。
【００２１】
駆動電流Ｉ１と駆動電流Ｉ２と和の電流Ｉ３との間には、
Ｉ３＝Ｉ１＋Ｉ２ …（１）
の関係が成り立つ。サーボアンプの駆動電流の不均衡に対して、下限方向の保護係数をαとし上限方向の保護係数をβとすると、各電流は前記式（１）の関係を保持しながら以下の式の関係で表される。
【００２２】
（Ｉ３／２）×α≦Ｉ１≦（Ｉ３／２）×β …（２）
（Ｉ３／２）×α≦Ｉ２≦（Ｉ３／２）×β …（３）
さらに、上記式（２），（３）から以下の関係が得られる。
【００２３】
α／２≦Ｉ１／Ｉ３≦β／２ …（４）
図３はこの式（４）の関係を示しており、横軸は和の電流Ｉ３に対する駆動電流Ｉ１の比（Ｉ１／Ｉ３）を示し、縦軸は各駆動電流Ｉ１，Ｉ２を示している。駆動電流Ｉ１と駆動電流Ｉ２と和の電流Ｉ３との間には、前記式（１）の関係があるため、駆動電流Ｉ１と駆動電流Ｉ２は、比Ｉ１／Ｉ３の値が０．５で交差する傾斜が反対方向の直線となり、図中の矢印の区間は駆動電流の不均衡の許容範囲となる。この不均衡の許容範囲を定める保護係数αおよびβは、駆動電流とサーボモータの運転状態を観察しながら実験によってあらかじめ定める値である。
【００２４】
サーボアンプの駆動電流の不均衡の検出は、駆動電流と和の電流との比を求め、その比があらかじめ設定した保護係数αとβの間に有るか否かを判定することによって行うことができ、この判定はデジタルサーボ回路３内のソフトウェアによって行うことができる。
【００２５】
デジタルサーボ回路３は、駆動電流の不均衡に異常を発見した場合には、警報を発して異常を知らせる処理を行うことができる。また、場合によっては、異常発見時にサーボモータの駆動を停止する処理をとることもできる。
【００２６】
この駆動電流の不均衡検出は、例えば前記電流比Ｉ１／Ｉ３をサーボアンプ毎に行うことによって、サーボアンプ毎に行うことができる。
【００２７】
また、駆動電流の不均衡が生じた場合に、サーボアンプを構成するスイッチング素子等のモータ駆動用のパワー素子の特性を調整することによって、不均衡を低減することができる。
【００２８】
これによって、１つのサーボモータを複数のサーボアンプを使用し、各サーボアンプに同一内容のＰＷＭ指令を供給して並列運転を行うことができる。また、容量の大きなモータを、該モータに対応したサーボアンプの開発を行うことなく駆動することができる。
【００２９】
なお、前記実施の形態では、２つのサーボアンプによって１つのサーボモータを駆動する場合の並列運転を示しているが、２つ以上のサーボアンプによる並列運転についても、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の各相について、各サーボアンプからの駆動電流を平均化処理した電流フィードバックを用いて電流制御を行い、検出手段からの検出信号によって位置制御および速度制御を行うことによって、２つのサーボアンプによる並列運転と同様の並列運転を行うことができ、また、各サーボアンプの駆動電流と和の電流との比を保護係数と比較することよって、サーボアンプ毎の駆動電流の不均衡検出を行うことができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、小容量のサーボアンプによって大容量のサーボモータを駆動することができるサーボアンプの並列運転方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための概略ブロック図である。
【図２】サーボアンプによるサーボモータへの駆動電流の供給状態を説明する図である。
【図３】駆動電流の不均衡の検出を説明する図である。
【図４】従来のサーボアンプとサーボモータとの関係を説明するため図である。
【図５】サーボアンプの並列運転の一構成例である。
【符号の説明】
１ＣＮＣ
２共有ＲＡＭ
３デジタルサーボ回路
４サーボアンプ
５サーボモータ
６検出手段
７動力線
３１，３２，３３平均化処理手段
４１第１サーボアンプ
４２第２サーボアンプ

Claims

サーボモータを複数のサーボアンプで並列運転する並列運転方法において、
位置、速度、電流の制御を行う一つのサーボ回路によって生成された同一の電圧指令を、複数のサーボアンプに対して供給し、
前記複数のサーボアンプが出力する駆動電流の和をサーボモータへの供給電流とすることを特徴とするサーボアンプの並列運転方法。
各相の各サーボアンプの実電流の平均値を求め、該平均値をサーボ回路への電流フィードバックとすることを特徴とする請求項１記載のサーボアンプの並列運転方法。
指令信号が指令する電流容量は、サーボモータの容量をサーボアンプの個数で除した値を基に設定することを特徴とする請求項１，又は２記載のサーボアンプの並列運転方法。
各相の各サーボアンプの実電流と、各相の実電流の平均値とを比較して各サーボアンプの駆動電流の不均衡を検出することを特徴とする請求項１，２，又は３記載のサーボアンプの並列運転方法。
各相の各サーボアンプの実電流と各相の実電流の平均値との比が所定範囲外のときに警報を発することを特徴とする請求項１，２，又は３記載のサーボアンプの並列運転方法。