JP4298844B2 - モータ制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モー夕の回転によって発生する、該モータの振動を抑制するためのモータ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のモー夕制御方法としては、例えば、（ａ）デジタルフィルタを用いる制御方法（特開平10-80173号公報）、（ｂ）モータ電流の特徴から共振の有無を判断し、制御系のゲインを変更する制御方法（特開平5-146187号公報）および（ｃ）モータの速度を検出して、その速度がある振幅で振動しているかどうかを判断して、共振の有無を判断し、制御系のゲインを変更する方法（特許第2861394号公報）などがある。
【０００３】
前記（ａ）の方法は、位相遅れの小さいデジタルフィルタを使用して、モータの共振を応答性よく防止する技術であり、該デジタルフィルタを、モータを速度制御するフィードバックループに挿入して、該モータと負荷との連結の不具合による共振を防止する。この方法は、簡便、かつ計算量の増加もそれほど多くない方法であるが、該デジタルフィルタを制御系に挿入することにより、該モータの動特性が劣化する。特に、立ち上がり特性、負荷変動に対する速度追従特性が劣化し、モータシステム全体の品質を低下させてしまう。また、簡単なフィルタで、あらゆる共振に対応することは不可能である。
【０００４】
前記（ｂ）の方法は、モータが動作中、共振振動を発生するときに起こる、電流振幅値が周期的に大小を繰り返す電流アンバランスを検出し、その偏差量が最小になるまで、順次、速度制御回路の比例、積分ゲインや共振時第２ゲイン設定を繰り返して、該モータの共振振動が最も小さくなる最適なゲインを設定する技術であり、モータ電流波形が共振時と非共振時で異なることに注目した制御方法である。この方法ではモータ電流を検出して、モータ電流情報をCPU（中央処理装置）にフィードバックしなければならない。そのため、該制御方法はA／D変換器を必要とする。また、モータ電流波形の解析や制御部のゲイン変更に伴う演算のために、CPUの計算量が多くなる。これは高性能のCPUを必要とする。
【０００５】
また、前記（ｃ）の方法は、モータへの速度指令信号と、モータから帰還される速度信号から速度演算部により演算された速度信号とを比較して、該モータが所定値以上の振幅で、かつ所定周波数以上の周期で振動しているとき、速度制御部および電流制御器のゲインを補正する技術であり、モータ速度の変化に注目した制御方法である。この方法では、該モータの速度情報から速度の時間変化を調べなければならない。速度の時間変化を調べるには、速度情報に、時間微分演算を施す方法、速度の振幅の大きさをメモリに記憶する方法がある。前者の方法はCPUの計算量を増大させる方法であり、後者の方法はメモリを多く必要とする方法であり、どちらもCPUに大きな負担を負わせることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、これらの制御方法は、高性能なCPUを使った制御を前提としており、制御周期は十分短く設定され、制御周期がモータの回転振動の原因にならないことを前提にしている。
そのため、これらの制御方法を、コスト削減のため性能の低いCPUで実現しようとすると、制御周期が長くなり、高速域の特定の回転速度でモータの回転に振動が発生するという問題点があった。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は前記問題点を解消し、制御信号の出力周期を変更することにより、特定の回転速度で発生する振動を抑制、または解消するモータ制御方法を提案することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、前記問題点を解消し、従来方法より、コスト削減が可能なモータ制御方法を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明のモータ制御方法の構成は、速度コマンド信号または時系列に並んだパルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が入力される制御器により、モータを制御するために必要な制御信号をある周期で出力し、該制御信号に従い、電流制御器からモータ駆動電流を出力する前記モータの速度制御システムを使用し、前記制御器により前記モータを制御する方法であって、前記速度コマンド信号、または前記パルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が、前記モータの回転に振動が発生する回転速度範囲内にあるとき、または振動状態になる可能性があるとき、前記制御器からの前記制御信号の出力周期を変更し、かつその出力周期の変更を緩やかに変化させて、前記モータの回転速度の急激な変化を避けて、前記モータの回転の振動を抑えるモータ制御方法である。
【００１０】
モータに連結された速度センサからの速度信号と、速度コマンド信号または時系列に並んだパルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が入力される制御器と、該制御器から出力される制御信号により前記モータの駆動電流を出力する電流制御器とからなるモータ速度制御システムを使用し、前記制御器から出力される前記制御信号をある周期で出力する前記モータを制御する方法であって、前記速度コマンド信号、または前記パルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が、前記モータの回転に振動が発生する回転速度範囲内にあるとき、または振動状態になる可能性があるとき、前記制御器からの前記制御信号の出力周期を変更し、かつその出力周期の変更を緩やかに変化させて、前記モータの回転速度の急激な変化を避けて、前記モータの回転の振動を抑えるモータ制御方法である。
【００１１】
また、モータに連結された速度センサからの速度信号と、速度コマンド信号または時系列に並んだパルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が入力される制御器と、該制御器から出力される制御信号により前記モータの駆動電流を出力する電流制御器と、前記モータ駆動電流を検出してその駆動電流検出信号を前記制御器に出力する駆動電流検出器とからなるモータ速度制御システムを使用し、前記制御器により前記制御信号をある周期で出力する前記モータを制御する方法であって、前記速度コマンド信号、または前記パルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号、前記モータの回転速度、モータ駆動電流から得られる個々の情報、またはそれらを使った演算により、該モータの回転が振動状態にあるとき、または振動状態になる可能性があるとき、前記制御器からの前記制御信号の出力周期を変更し、かつその出力周期の変更を緩やかに変化させて、前記モータの回転速度の急激な変化を避けて、該モータの回転の振動を抑えるモータ制御方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１ないし図４は、本発明のモータ制御方法の一実施形態を示す図で、図１は、最も簡単な、オープンループ制御によるモータの速度制御システムを示す構成図、図２は、図１のモータの速度制御システムに、速度センサおよびモータ駆動電流検出器を付加し、該速度センサによりモータ速度信号がフィードバックされる、クローズドループ制御による該モータの速度制御システムを示す構成図、図３は、モータ運転時における速度コマンド信号と制御周期（制御信号の出力周期）の関係を示す図、図４は、モータ停止時における速度コマンド信号と制御周期（制御信号の出力周期）の関係を示す図である。
【００１５】
図１において、モータの速度制御システム１は、制御されるモータ２と、外部から速度コマンド信号６が入力され、制御信号８を出力する制御器３と、該制御器３からの制御信号８が入力され、前記モータ２にモータ駆動電流９を出力する電流制御器４とからなる。
図２において、モータの速度制御システム１１は、図１のモータの速度制御システム１に、前記モータ２の速度を検出する速度センサ５とモータ駆動電流検出器１２が付加されている。該速度センサ５からの速度信号７と、該モータ駆動電流検出器１２からのモータ駆動電流検出信号１３と、前記速度コマンド信号６とがそれぞれ入力され、制御信号８を出力する制御器３と、前記電流制御器４とからなる。
【００１６】
図１および図２において、制御対象としての前記モータ２は、固定子と回転子とからなる３相ブラシレス構造とし、その回転子の外周には１０個（対極数は５）の磁石が等分に配設、固定されており、交互にそれぞれＮ極、Ｓ極に着磁されている。すなわち、該回転子は、その外周に配設されている該磁石が、円周方向に隣接するそれの極性が互いに反対になっている。 そして、該モータ２は、前記電流制御器４により、印加電圧がそれぞれ１２０゜の位相差の通電モードで励磁され、その固定子上に形成されている磁極と前記回転子の磁極とが、図示しない同期運転に必要なセンサを介して、常に同期されるようにモータ駆動電流９が制御されている。
【００１７】
該制御器３には、前記モータ２のモータ速度信号７と、モータ駆動電流検出信号１３と、速度コマンド信号６、または時系列に並んだパルス列の、位置情報としての位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号とが、入力される。
【００１８】
この場合、前記回転子を、機械的に１回転させるためには、該モー夕２の励磁シーケンスを３０回変更する必要がある。いま、該回転子の機械的回転速度をＦm、励磁シーケンスを変更する周波数をＦeとすると、両者の間には以下の簡単な関係式が成立する。
Ｆe＝３０・Ｆm
【００１９】
一方、前記制御器３は、制御周期と同じ周期で制御信号８を出力している。このとき、該制御周期Ｔ0を、４ｍｓｅｃとし、制御の周波数をＦsとすれば、下記のような関係になる。
Ｆs＝１／Ｔ0＝１／(４ｍｓｅｃ)＝２５０Ｈｚ
【００２０】
前記モータ２の回転数が５００ｒｐｍの場合、励磁シーケンスを変更する周波数Ｆeは、下記のようになる。
Ｆe＝３０・５００／６０＝２５０Ｈｚ＝Ｆs
【００２１】
この場合、ＦeとＦsの間には、Ｆe／Ｆs＝１の関係が成り立つ。この回転数において、該モータ２の速度に、振動が発生する。さらに、該モータ２の回転速度が高くなり、Ｆe／Ｆsの値が任意の整数になる回転速度（例えば、1000rpm,1500rpm,2000rpm,‥‥）においても、回転速度に振動が発生する。このように、Ｆe／Ｆsの値が整数になる回転速度とその周辺において、該モータ２の回転速度の振動が大きくなり、制御性が劣化する。
【００２２】
図３（ａ）および（ｂ）は、制御周期が原因となる、該モータ２の振動を抑えるために、該制御周期を速度コマンド信号６により変更した場合（運転時）を示す。図３（ａ）は、横軸に時間をとり、縦軸に速度コマンド信号６を示している。同図中のＳＺk（ここで、k=1,2,‥‥n,n+1，‥‥）は、制御周期をＴ0とした場合に、Ｆe／Ｆsの値が整数になる速度とその周辺であり、振動の大きい回転速度範囲を示す。グラフで、時間軸とともに変化している線は、時間とともに変化する速度コマンド信号６を示す。
【００２３】
図３（ｂ）は、制御周期が時間とともに変化する様子を示している。制御周期Ｔ0は、一つの制御周期の値を示し、この場合の値は、４ｍｓｅｃである。Ｔ1は、Ｔ0と異なる値を持つもう一つの制御周期の値である。また、Ｔ1は、制御周期Ｔ0で振動が発生する回転速度範囲において、十分振動が抑えられる制御周期の値を持つとする。
【００２４】
図３（ｂ）の制御周期Ｔ0とＴ1の隔たりは、それぞれの制御周期の値Ｔ0とＴ1との差を示す。通常、前記制御器４は制御周期をＴ0に設定する。速度コマンド信号６が、ＳＺk（ここで、k=1,2,‥‥n,n+1,‥‥）で示される速度範囲に固定されると、該制御器３は、制御周期をＴ0からＴ1に向けて緩やかに変化させる。同図中で、制御周期がＴ0とＴ1の間で連続的に変化している部分は、制御周期が、時間とともに変化していることを示している。
【００２５】
この制御周期を、時間とともに緩やかに変化させることにより、制御周期の変化に伴うモータ速度の急激な変動を回避できる。前記速度コマンド信号６が、ＳＺk（ここで、k=1,2,‥‥n,n+1,‥‥）の範囲外に固定されると、該制御周期は、Ｔ1からＴ0に緩やかに変化する。この図３（ｂ）では、スタート信号がオフ状態になると、該制御周期が、直ちにＴ0に戻る様子が示されている。
【００２６】
なお、図示されていないが、前記制御周期の変更に伴い、制御系のゲインおよびその他の演算を変更することもできる。これにより、該制御周期を変更しても、制御系全体の特性を、ほぼ一定に保つことができる。
【００２７】
次に、図４（ａ）および（ｂ）は、前記モータ２の停止時の様子を示している。同図において、図３（ａ）および（ｂ）と同一部分は、同一記述にして、その説明を省略する。前記モータ２の停止時は、速度コマンド信号６がＳＺk（ここで、k=1,2,‥‥n,n+1,‥‥）の範囲に入ると、直ちに制御周期をＴ0からＴ1に変更する。
【００２８】
このように、モータ停止時に制御周期を、該モータ２に振動が発生しない値に設定することにより、スタート信号により該モータ２が起動された場合、該モータ２の回転開始から優れた特性を実現させることができる。なお、制御周期が、Ｔ1からＴ0に変更されるのは、速度コマンド信号がＳＺk（ここで、k=1,2,‥‥n,n+1,‥‥）の範囲からはずれた場合である。
【００２９】
さらに、図による説明はないが、制御周期を、ある範囲内で無作為に変更することにより、Ｆe／Ｆsの値が整数になる頻度を低くすることができる。これは、制御周期を頻繁に変更し、かつモータ２の回転速度が一定である場合に、振動抑制に大きな効果が現れる。
【００３０】
また、さらに前記速度コマンド信号６、前記モータ２のモータ速度信号７、モータ駆動電流検出信号１３等から得られる情報、またはそれらを使った演算から、前記モータ２の回転が振動状態、または振動状態になる可能性があるときは、前記制御器４から出力される制御信号８の出力周期を変更して、該モータ２の回転の振動を抑えることができる。
これらの方法により、該モータ２の前述の振動を解消、または軽減、または十分抑制することができる。
【００３１】
なお、本発明の技術は前記実施例における技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明のモータ制御方法によれば、速度コマンド信号、または前記パルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が、モータの回転に振動が発生する回転速度範囲内にあるとき、特定の速度コマンド信号の値で、制御器の出力である制御信号の出力周期を変更して、前記モータの特定の回転速度で発生する振動を抑制、または解消することができる。
【００３３】
また、前記速度コマンド信号、前記パルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号、前記モータの回転速度、モータ駆動電流等から得られる個々の情報、またはそれらを使った演算により、該モータの回転が振動状態、または振動状態になる可能性があるとき、該制御器からの制御信号の出力周期を変更して、前記モータの特定の回転速度で発生する振動を抑制、または解消することができる。
【００３４】
さらに、運転中に制御周期を変更する場合、制御周期を緩やかに変更することにより、該制御周期の変更に伴う、速度の急激な変動を抑えることができる。起動前(停止状態)で、制御周期を振動の発生しない値に変更することにより、起動当初から振動の少ない運転ができる。また、制御周期を変更することは、従来の共振防止方法に比べて、少ない計算量で実現できる。
【００３５】
また、本発明のモータ制御方法によれば、性能の低いCPUにより実現できるので、従来の方法より、コストを削減することができる。すなわち、演算速度の遅いCPUを使った前記制御器でも、前記モータを、特定の回転速度で発生する振動を抑制、解消して、高速まで安定に制御することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のモータ制御方法の一実施形態を示す図で、最も簡単な、オープンループ制御によるモータの速度制御システムを示す構成図である。
【図２】図１に示すモータの速度制御システムに、速度センサおよびモータ駆動電流検出器を付加し、該速度センサによりモータ速度信号がフィードバックされる、クローズドループ制御による該モータの速度制御システムを示す構成図である。
【図３】モータ運転時における速度コマンドと制御周期（制御信号の出力周期）の関係を示す図である。
【図４】モータ停止時における速度コマンドと制御周期（制御信号の出力周期）の関係を示す図である。
【符号の説明】
１，１１ モータ速度制御システム
２ モータ
３ 制御器
４ 電流制御器
５ 速度センサ
６ 速度コマンド信号
７ モータ速度信号
８ 制御信号
９ モータ駆動電流
１２ モータ駆動電流検出器
１３ モータ駆動電流検出信号

Claims (3)

1. 速度コマンド信号または時系列に並んだパルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が入力される制御器により、モータを制御するために必要な制御信号をある周期で出力し、該制御信号に従い、電流制御器からモータ駆動電流を出力する前記モータの速度制御システムを使用し、前記制御器により前記モータを制御する方法であって、
   前記速度コマンド信号、または前記パルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が、前記モータの回転に振動が発生する回転速度範囲内にあるとき、または振動状態になる可能性があるとき、前記制御器からの前記制御信号の出力周期を変更し、かつその出力周期の変更を緩やかに変化させて、前記モータの回転速度の急激な変化を避けて、前記モータの回転の振動を抑えることを特徴とするモータ制御方法。
2. モータに連結された速度センサからの速度信号と、速度コマンド信号または時系列に並んだパルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が入力される制御器と、該制御器から出力される制御信号により前記モータの駆動電流を出力する電流制御器とからなるモータ速度制御システムを使用し、前記制御器から出力される前記制御信号をある周期で出力する前記モータを制御する方法であって、
   前記速度コマンド信号、または前記パルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が、前記モータの回転に振動が発生する回転速度範囲内にあるとき、または振動状態になる可能性があるとき、前記制御器からの前記制御信号の出力周期を変更し、かつその出力周期の変更を緩やかに変化させて、前記モータの回転速度の急激な変化を避けて、前記モータの回転の振動を抑えることを特徴とするモータ制御方法。
3. モータに連結された速度センサからの速度信号と、速度コマンド信号または時系列に並んだパルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号が入力される制御器と、該制御器から出力される制御信号により前記モータの駆動電流を出力する電流制御器と、前記モータ駆動電流を検出してその駆動電流検出信号を前記制御器に出力する駆動電流検出器とからなるモータ速度制御システムを使用し、前記制御器により前記制御信号をある周期で出力する前記モータを制御する方法であって、
   前記速度コマンド信号、または前記パルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号、前記モータの回転速度、モータ駆動電流から得られる個々の情報、またはそれらを使った演算により、該モータの回転が振動状態にあるとき、または振動状態になる可能性があるとき、前記制御器からの前記制御信号の出力周期を変更し、かつその出力周期の変更を緩やかに変化させて、前記モータの回転速度の急激な変化を避けて、該モータの回転の振動を抑えることを特徴とするモータ制御方法。

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