JP5026559B2 - リニアモータの制御装置 - Google Patents
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Description
この場合、磁気センサが出力する信号に基づいて可動子の位置検出を行うと、信号に含まれる周期的な変動成分の影響を受けて、得られる位置の情報に周期的な変動成分が含まれてしまう。
このような場合、磁気センサが出力する信号に基づいて位置検出を行い、検出した位置を示す信号を用いてリニアモータの制御を行うと、位置を示す信号に含まれる周期的な変動成分の影響により、リニアモータの制御が乱れてしまうという問題がある。
図1は、本発明の実施形態におけるリニアモータ装置1の構成を示す概略図である。
同図に示すように、リニアモータ装置1は、制御装置10と、リニアモータ20とを具備している。制御装置10は、リニアモータ20を駆動させる制御をする装置である。リニアモータ20は、長尺の固定子21と、固定子21上を移動する可動子25と、固定子21及び可動子25を組み付ける一対の案内装置22、22を備えている。
MRセンサ27は、磁気センサの一種であり、固定子21に配列されている駆動用磁石24が生じさせる磁界の磁束線の方向に応じた信号を制御装置10に出力する。
これにより、複数のコイルに生じる磁界と、固定子21に配置されている駆動用磁石24により生じる磁界との作用により、可動子25を軌道レール23に沿って駆動させる。
図3は、本実施形態におけるリニアモータ20の斜視図(テーブル53の断面を含む)である。図4は、本実施形態におけるリニアモータ20の正面図である。
これにより、可動子25に取り付けられているMRセンサ27に対し、可動子25が移動した際に、駆動用磁石24のN極とS極との磁極が交互に対向するようになっている。
テーブル53の下面には、断熱材63を介して電機子60が取り付けられている。電機子60は、珪素鋼などの磁性素材からなるコア64と、上述した複数のコイルであり、コア64の突極64u、64v、64wに巻かれるコイル28u、28v、28wとを有している。
また、テーブル53の下面には、電機子60を挟んで一対の補助コア67が取り付けられている。補助コア67は、リニアモータ20に発生するコギングを低減するために設けられている。
固定子21には、上述したように、ベース54の底壁部54a上に、駆動用磁石24が配列されている。より詳細には、MRセンサ27に対しN極を向けて配置されている駆動用磁石24Nと、MRセンサ27に対しS極を向けて配置されている駆動用磁石24Sとが、移動方向に交互に配列されている。
同図に示すように、制御装置10は、位置制御器101、微分器102、105、スイッチ103、107、113、速度制御器104、加速度制御器106、電流制御器108、電力変換器109、変流器110、パルス生成器111、速度検出器112、平均化器114、位置検出器115、及び制御モード選択器116を備えている。
ここで、上位の制御装置は、可動子25を移動させる目標位置までの距離に応じて、単位時間当たりに可動子25を移動させる距離の示す信号列を生成する。例えば、上位の制御装置は、可動子25を移動させる目標位置までの距離に応じた駆動パターン(図9に示した加速域、等速域、減速域それぞれにおける期間の長さと、等速域における速度との組み合わせ)を生成し、生成した駆動パターンから毎単位時間における可動子25を移動させる距離を算出して、位置指令として単位時間ごとに位置制御器101に入力する。
なお、第1の速度指令は、位置指令により示される距離に対する可動子25の位置の偏差を用いたPI演算又はPID演算などにより算出するようにしてもよい。
パルス生成器111は、MRセンサ27から出力される信号から、可動子25が移動する距離及び方向を示すパルス信号を出力する。
平均化器114は、スイッチ113を介して速度検出器112から入力される可動子25の速度を示すパルス信号から可動子25の速度の平均値を算出し、算出した平均値を示す信号を速度制御器104に出力する。
上述したように、MRセンサ27、パルス生成器111、及び位置検出器115は、可動子25の位置の検出を行うリニアエンコーダを実現している。なお、位置検出器115は、リニアモータ装置1の起動時において、検出する位置の基準位置となる原点の検出を行う。
停止制御では、位置制御器101、速度制御器104、電流制御器108、電力変換器109、パルス生成器111、位置検出器115による制御のループと、速度制御器104、電流制御器108、電力変換器109、パルス生成器111、速度検出器112による制御のループとが形成される。また、停止制御では、位置検出器115が検出する可動子25の位置を示す信号に基づいて、可動子25が動かないように電流が印加される。
加速度制御では、位置指令に基づいたオープンループ制御が行われる。
速度制御では、位置制御器101、速度制御器104、電流制御器108、電力変換器109、パルス生成器111、位置検出器115による制御のループと、速度制御器104、電流制御器108、電力変換器109、パルス生成器111、速度検出器112、平均化器114による制御のループとが形成される。
制御装置10において、リニアモータ20の制御が開始されると、制御モード選択器116は、入力される位置指令により示される距離が0であるか否かを判定する(ステップS101)。
一方、入力される位置指令により示される距離が0でない場合(ステップS101:NO)、制御モード選択器116は、入力される加速度指令により示される値が0であるか否かを判定する(ステップS103)。
一方、加速度指令により示される値が0である場合(ステップS103:YES)、制御モード選択器116は、スイッチ103、107、113を切り替えて速度制御を選択し(ステップS105)、ステップS101に戻る。
また、リニアモータ20の可動子25を等速にて移動させる場合、可動子25の平均速度に基づいて第1の電流指令を算出するので、速度に含まれる周期的な変動性分が平均化により抑圧され、第1の電流指令を安定させることができる。その結果、コイル28u、28v、28wに印加する電流を安定させることができ、電流値の変化に伴うコイル28u、28v、28wの過剰な発熱を抑えることができる。また、コイル28u、28v、28wに流れる電流値が安定させることができ、消費電力が増加することを防ぐことができる。
更に、コイル28u、28v、28wの過剰な発熱を抑えることができるので、コイル28u、28v、28wの発熱によるリニアモータ20の劣化を抑えることができる。
また、制御装置10における制御方法の切り替えは、制御装置10に設けられる制御用のマイコンなどのプログラム変更により容易に実現できる。そのため、周期的な変動成分が出力する信号に含まれないようにする対策が施された高価なMRセンサを用いる場合に比べ、製造コストを増加させることなく、安定したリニアモータ20の制御を実現することができる。
これにより、制御装置10は、可動子25を加速(減速)させて駆動する場合、入力される位置指令に基づいたオープンループ制御をするので、MRセンサ27が出力する信号に含まれる周期的な変動成分の影響を受けることなく、リニアモータ20の制御をするので、リニアモータ20を安定して制御することができる。また、可動子25を加速(減速)させて駆動する場合、MRセンサ27の影響により速度が変化しているようにみえているのか、可動子25が加速しているので速度が変化しているのかを区別する複雑な判定を用いる必要がないので、制御装置10の構成が複雑になることを防ぐことができる。
これにより、加速度制御のために算出する加速度指令を流用して、リニアモータ20の制御方法を選択するので、制御モード選択器116が行う演算を容易にすることができる。
これにより、速度検出器112が検出した速度を示す情報の全てを用いて平均を算出するので、平均値(平均速度)に含まれる周期的な変動成分を十分に抑圧することができ、可動子25を等速で移動させる場合により安定した制御を行うことができる。
これにより、平均化器114において、速度の平均値を算出するための演算量を削減して応答性を改善することができ、可動子25を高速で移動させる場合にも安定して制御を行うことができる。これは、MRセンサ27が出力する信号に含まれる周期的な変動成分が、駆動用磁石24の磁極ピッチに応じて変化するような場合などに特に有効である。
Claims (5)
- N極とS極とが交互に等間隔に配列された複数の駆動用磁石を備える駆動用磁石部と、複数のコイルを備える電機子とを具備し、前記電機子又は前記駆動用磁石部のいずれか一方が可動子であり、前記電機子に備えられている複数のコイルに電流を流して生じる磁界と、前記駆動用磁石が生じさせる磁界とにより前記駆動用磁石の配列された配列方向に前記可動子を直線運動させるリニアモータの制御装置であって、
前記電機子に備えられている磁気センサであって前記駆動用磁石が生じさせている磁界の方向に応じた信号を出力する磁気センサと、
前記磁気センサが出力する信号に基づいて前記可動子が移動する速度を検出する速度検出部と、
前記速度検出部が検出した前記可動子の平均速度と、外部より単位時間ごとに入力される位置指令であって単位時間当たりに前記可動子を移動させる距離を示す位置指令から算出される速度指令との差分から前記複数のコイルに流す電流値を示す第1の電流指令を算出する速度制御部と、
前記速度制御部が算出した第1の電流指令に基づいて前記複数のコイルに電流を印加する電力変換部と
前記位置指令に基づいて、前記可動子を停止させる停止制御と、前記可動子を等速にて移動させる等速制御とのいずれか一方を選択する制御モード選択部とを備え、
前記速度制御部は、前記制御モード選択部が前記等速制御を選択した場合、前記速度検出部が検出した前記可動子の平均速度と、前記速度指令との差分から前記第1の電流指令を算出し、前記制御モード選択部が前記停止制御を選択した場合、前記速度検出部が検出した現在の前記可動子の速度と、前記速度指令との差分から前記第1の電流指令を算出する
ことを特徴とするリニアモータの制御装置。 - 前記位置指令から前記可動子に与える加速度を示す加速度指令を算出する加速度算出部と、
前記加速度算出部が算出する加速度指令に基づいて前記複数のコイルに流す電流値を示す第2の電流指令を算出する加速度制御部とを更に備え、
前記電力変換部は、前記可動子を加速させて駆動する場合、前記加速度制御部が算出する第2の電流指令に基づいて前記複数のコイルに電流を印加する
ことを特徴とする請求項1に記載のリニアモータの制御装置。 - 前記制御モード選択部は、
前記加速度算出部が算出する加速度指令が0(ゼロ)を示す場合、等速制御を選択し、前記加速度指令が0(ゼロ)を示さない場合、加速度制御を選択する
ことを特徴とする請求項2に記載のリニアモータの制御装置。 - 前記速度制御部は、
前記制御モード選択部が等速制御を選択してから現在までの間に、前記速度検出部が検出した速度の平均値を前記平均速度として用いる
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のリニアモータの制御装置。 - 前記速度制御部は、
前記制御モード選択部が等速制御を選択している場合、
前記複数の駆動用磁石において隣り合う駆動用磁石の磁極間の距離を整数倍した距離により定められる区間ごとに、前記速度検出部が検出した速度の平均値を算出し、算出した平均値のうち最も新しい平均値を前記平均速度として用いる
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のリニアモータの制御装置。
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