JP5052854B2 - Motor control system, phase loss detection device, and phase loss detection method - Google Patents
Motor control system, phase loss detection device, and phase loss detection method Download PDFInfo
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Description
本発明は、三相交流モータ等の多相交流モータのモータ制御システム、欠相検知装置及び欠相検知方法に関する。 The present invention relates to a motor control system, a phase loss detection device, and a phase loss detection method for a multiphase AC motor such as a three-phase AC motor.
多相の交流モータの欠相を検知する技術が種々提案されている。特許文献1では、三相交流モータに供給される各相の電流を検出し、その検出値からd軸電流の変化率を算出し、変化率が閾値を超えたときに欠相検知信号を出力する技術が開示されている。
引用文献1の技術では、微分回路等の変化率を求めるための回路が必要であり、構成が複雑化する。また、一般に微分回路は安定した動作が望めず、外乱を増幅しやすいことから、外乱により誤って欠相を検知するおそれがある。
The technique of the cited
本発明の目的は、簡素な構成で確実に欠相を検知できるモータ制御システム、欠相検知装置及び欠相検知方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a motor control system, a phase loss detection device, and a phase loss detection method capable of reliably detecting phase loss with a simple configuration.
本発明のモータ制御システムは、多相交流モータと、前記モータに多相の交流電力を供給する電力供給部と、前記電力供給部から前記モータに供給される各相の電流を検出する電流検出部と、前記モータの回転位相を検出する位相検出部と、前記電流検出部の検出した各相の電流を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてdq変換し、d軸電流及びq軸電流を算出するdq変換部と、前記dq変換部の算出したd軸電流の絶対値が所定のd軸閾値を超え、且つ、前記dq変換部の算出したd軸電流の絶対値と前記dq変換部の算出したq軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相検知信号を出力する欠相検知部と、を有する。 A motor control system according to the present invention includes a multiphase AC motor, a power supply unit that supplies multiphase AC power to the motor, and a current detection that detects a current of each phase supplied from the power supply unit to the motor. A phase detection unit that detects a rotation phase of the motor, and a current of each phase detected by the current detection unit is dq converted based on the phase detected by the phase detection unit, and d-axis current and q-axis A dq converter that calculates current, an absolute value of the d-axis current calculated by the dq converter exceeds a predetermined d-axis threshold, and an absolute value of the d-axis current calculated by the dq converter and the dq conversion A phase loss detection unit that outputs a phase loss detection signal when a predetermined determination condition including that the ratio of the absolute value of the q-axis current calculated by the unit is within a predetermined range is satisfied .
好適には、前記比率は、前記dq変換部の算出した前記d軸電流の絶対値を前記dq変換部の算出した前記q軸電流の絶対値で割った値であり、前記判定条件には、前記dq変換部の算出したq軸電流の絶対値が所定のq軸閾値を超えたことが更に含まれる。 Preferably, the ratio is a value obtained by dividing the absolute value of the d-axis current calculated by the dq converter by the absolute value of the q-axis current calculated by the dq converter, and the determination condition includes: It is further included that the absolute value of the q-axis current calculated by the dq converter exceeds a predetermined q-axis threshold value.
好適には、d軸電流及びq軸電流の目標値と、前記dq変換部の算出したd軸電流及びq軸電流との偏差をそれぞれ算出する偏差算出部と、前記偏差算出部の算出した偏差に基づいてd軸電圧及びq軸電圧の目標値を算出する目標電圧算出部と、前記目標電圧算出部の算出したd軸電圧及びq軸電圧の目標値を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてdq逆変換し、各相の電圧の目標値を算出する逆変換部と、を更に有し、前記電力供給部は、前記逆変換部の算出した各相の電圧の目標値の電圧を前記モータに印加する。 Preferably, a deviation calculation unit for calculating a deviation between a target value of the d-axis current and the q-axis current and a d-axis current and a q-axis current calculated by the dq conversion unit, and a deviation calculated by the deviation calculation unit A target voltage calculation unit that calculates a target value of the d-axis voltage and the q-axis voltage based on the above, and a phase value detected by the phase detection unit based on the target value of the d-axis voltage and the q-axis voltage calculated by the target voltage calculation unit. And a reverse conversion unit that performs reverse conversion on the basis of dq and calculates a target value of the voltage of each phase, and the power supply unit is a voltage of the target value of the voltage of each phase calculated by the reverse conversion unit Is applied to the motor.
本発明の欠相検知装置は、多相交流モータに供給される各相の電流を検出する電流検出部と、前記モータの回転位相を検出する位相検出部と、前記電流検出部の検出した各相の電流を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてdq変換し、d軸電流及びq軸電流を算出するdq変換部と、前記dq変換部の算出したd軸電流の絶対値が所定のd軸閾値を超え、且つ、前記dq変換部の算出したd軸電流の絶対値と前記dq変換部の算出したq軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相検知信号を出力する欠相検知部と、を有する。 The phase loss detection device of the present invention includes a current detection unit that detects a current of each phase supplied to a multiphase AC motor, a phase detection unit that detects a rotation phase of the motor, and each of the current detection units detected The phase current is subjected to dq conversion based on the phase detected by the phase detection unit to calculate the d-axis current and the q-axis current, and the absolute value of the d-axis current calculated by the dq conversion unit is predetermined. On the condition that the ratio of the absolute value of the d-axis current calculated by the dq converter and the absolute value of the q-axis current calculated by the dq converter is within a predetermined range. A phase loss detection unit that outputs a phase loss detection signal when a predetermined determination condition is satisfied.
本発明の欠相検知方法は、多相交流モータに供給される各相の電流の検出値をdq変換して算出されたd軸電流の絶対値とq軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相を検知する。 According to the phase loss detection method of the present invention, the ratio between the absolute value of the d-axis current and the absolute value of the q-axis current calculated by dq conversion of the detected value of each phase current supplied to the multiphase AC motor is predetermined. The phase loss is detected when a predetermined determination condition including the condition of being within the range is satisfied.
本発明によれば、簡素な構成で確実に欠相を検知できる。 According to the present invention, an open phase can be reliably detected with a simple configuration.
図1は、本発明の実施形態に係るモータ制御システムを適用した搬送台車1を示すブロック図である。搬送台車1は、例えば、工場内において金型やワークなどの被搬送物を搬送するためのものである。
FIG. 1 is a block diagram showing a
搬送台車1は、基体2と、基体2を軸支する複数の駆動輪3F、3R(以下、単に「駆動輪3」といい、両者を区別しないことがある。)と、駆動輪3F、3Rをそれぞれ駆動するモータ5F、5R(以下、単に「モータ5」といい、両者を区別しないことがある。)と、モータ5に電力を供給する駆動部7と、モータ5の欠相を検知する欠相検知部9と、駆動部7の動作を制御する制御部11とを備えている。
The
基体2及び駆動輪3は、搬送台車1の使用目的に応じて適宜に設計されている。例えば、基体2は、金属、樹脂、木材等の適宜な材料により、シャーシ状、箱状等の適宜な形状に構成されている。駆動輪3は、金属、樹脂、ゴム等の適宜な材料により形成されている。駆動輪3は、軌道上を転がるものであってもよいし、任意の場所を転がるものであってもよい。駆動輪3の数や種類も、搬送台車1の使用目的に応じて適宜に設定されている。図1は、前輪として一対の駆動輪3F(紙面奥手の駆動輪3Fは不図示)が、後輪として一対の駆動輪3R(紙面奥手の駆動輪3Rは不図示)が設けられ、合計4個の駆動輪3が設けられている場合を例示している。また、駆動輪3F及び駆動輪3Rが互いに同一径である場合を例示している。
The
モータ5Fは一対の駆動輪3Fを駆動し、モータ5Rは一対の駆動輪3Rを駆動する。なお、各駆動輪3に対応して一のモータが(合計4個のモータが)設けられていてもよい。モータ5と駆動輪3との間には、搬送台車1の使用目的に応じて、増速用ギア、減速用ギア、ディッファレンシャルギア等の適宜なギア列が設けられるが説明は省略する。モータ5Fと、モータ5Rとは、例えば、同一種類のモータにより構成されている。
The
モータ5は、三相の交流電力により駆動される三相交流モータである。モータ5は、誘導電動機であってもよいし、同期電動機であってもよい。モータ5は、特に図示しないが、ステータと、ステータに対して回転可能なロータとを備えており、ステータ及びロータの一方が界磁であり、他方が電機子である。なお、モータ5は、三相以外の多相交流モータであってもよい。 The motor 5 is a three-phase AC motor driven by three-phase AC power. The motor 5 may be an induction motor or a synchronous motor. Although not specifically shown, the motor 5 includes a stator and a rotor that can rotate with respect to the stator. One of the stator and the rotor is a field, and the other is an armature. The motor 5 may be a multiphase AC motor other than the three-phase motor.
モータ5は、サーボモータとして構成されており、モータ5Fには、モータ5Fの回転を検出し、検出結果に応じた回転検出信号Spを出力するエンコーダ13が設けられている。エンコーダ13は、磁気式エンコーダや光学式エンコーダ等の公知の適宜なエンコーダにより構成されてよい。なお、上述のように、駆動輪3F及び3Rは、互いに同一径に構成されており、基本的には同一の回転速度で回転するから、エンコーダ13は、複数のモータの回転の代表値を検出することになる。
The motor 5 is configured as a servo motor. The
エンコーダ13は、回転検出信号Spとして、モータ5Fのロータが所定角度回転する毎にパルス信号を出力する。すなわち、回転検出信号Spは、モータ5Fの回転数に応じた数のパルス列により構成されている。従って、単位時間当たりのパルス数の計数によりモータ5の回転速度が特定される。換言すれば、エンコーダ13は、モータ5Fの回転速度を検出する速度検出部として機能している。
The
エンコーダ13は、モータ5Fの回転位相θ(回転位置)が特定可能な回転検出信号Spを出力する。例えば、モータ5Fが一回転する間に出力されるパルス列には、他のパルス列とは長さの異なる一のパルス信号が含まれており、当該長さの異なるパルス信号の検出により、モータ5Fの回転位相θの原点が特定される。そして、原点が検出されてからのパルス数により、モータ5Fの原点からの回転位相θが特定される。従って、エンコーダ13は、モータ5Fの回転位相θを検出する位相検出部として機能している。
The
駆動部7は、入力されたトルク指令信号Stに応じた大きさの電力をモータ5に供給する。駆動部7の供給する電力は三相の交流電力である。その電力の各相の電流Iu、Iv、Iwは、例えば、振幅をI0として、
Iu=I0sinθ
Iv=I0sin(θ+2/3π) (1)
Iw=I0sin(θ−2/3π)
で表される。駆動部7は、モータ5F及びモータ5Rに対して同等の電力を供給する。駆動部7は、エンコーダ13からの回転検出信号Spに基づいてモータ5のフィードバック制御を行う。駆動部7は、各相の電流Iu、Iv、Iwを検出し、その検出値に基づいて電流検出信号Siを欠相検知部9に出力する。
The
Iu = I 0 sin θ
Iv = I 0 sin (θ + 2 / 3π) (1)
Iw = I 0 sin (θ−2 / 3π)
It is represented by The
欠相検知部9は、駆動部7から出力された電流検出信号Siに基づいて、欠相の発生の有無を判定し、欠相が発生したと判定した場合は、欠相検知信号Sfを制御部11に出力する。
The phase
制御部11は、例えば、CPU、RAM、ROM、外部記憶装置等を含むコンピュータにより構成されている。制御部11は、複数のモータ5に対して同一のトルク指令信号Stを生成するとともに駆動部7に出力し、複数のモータ5の並列運転を行う。換言すれば、制御部11は、複数のモータ5を独立に制御しない。
The
具体的には、制御部11は、エンコーダ13からの回転検出信号Spに基づいて、モータ5の速度フィードバック制御を行う。すなわち、単位時間毎に回転検出信号Spに含まれるパルスを計数してモータ5の速度を特定し、モータ5の速度が所定の目標速度になるようにトルク指令信号Stを生成して駆動部7に出力する。モータ5の目標速度は、例えば、不図示の操作部に対して所定の操作がなされることにより、あるいは、搬送台車1の位置に応じて予め不図示の記録装置に記憶された目標速度が適宜に読み出されることにより、設定される。
Specifically, the
また、制御部11は、欠相検知部9から欠相検知信号Sfが入力されたときには、所定の異常時処理を実行する。異常時処理は、例えば、搬送台車1の動作を停止する処理である。具体的には、例えば、制御部11は、欠相検知信号Sfが入力されたときは、目標速度の大きさに関らず、モータ5のトルクを0とするトルク指令信号Stを生成、出力する。また、異常時処理は、例えば、異常を作業者に報知する処理である。具体的には、例えば、制御部11は、欠相検知信号Sfが入力されたときは、不図示のスピーカから所定の報知音を出力したり、不図示の発光素子を点灯、点滅又は消灯したり、不図示の表示装置に所定の画像やメッセージを表示する。
In addition, when the phase loss detection signal Sf is input from the phase
図2は、駆動部7の詳細を説明するブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating details of the
駆動部7は、例えば、ICやインバータ等を含む電気回路により構成されている。制御部11から駆動部7に入力されたトルク指令信号Stは、目標電圧算出部21、逆変換部23及び電力供給部25を経て各相の電流Iu、Iv、Iwに変換されてモータ5に出力される。また、各相の電流Iu、Iv、Iwは、電流検出部27u、27v、27w(以下、単に「電流検出部27」といい、これらを区別しないことがある。)により検出され、その検出値は、dq変換部29、減算器31d、31q(以下、単に「減算器31」といい、これらを区別しないことがある。)を経て、目標電圧算出部21に入力され、フィードバック制御に供される。具体的には以下のとおりである。
The
目標電圧算出部21には、トルク指令信号Stが入力される。トルク指令信号Stは、例えば、d軸電流の目標値である目標d軸電流Id_T、q軸電流の目標値である目標q軸電流Id_Tの情報を含む。d軸は、モータ5において、界磁の作る磁束の方向に伸びる軸であり、q軸は、d軸に直交する方向に伸びる軸である。d軸電流は無効電流であり、q軸電流はモータ5のトルクに比例する。従って、目標d軸電流Id_Tは、通常は0に設定され、目標q軸電流Iq_Tは、一のモータ5の目標トルクに比例するように設定されている。
A torque command signal St is input to the target
目標電圧算出部21は、目標d軸電流Id_T及び目標q軸電流Iq_Tに基づいて、目標d軸電流Id_T及び目標q軸電流Iq_Tが各モータ5に供給されるのに必要な電圧、すなわち、d軸電圧の目標値である目標d軸電圧Vd_T、q軸電圧の目標値である目標q軸電圧Vq_Tを算出し、その算出値に応じた信号を逆変換部23に出力する。算出は、後述するようにフィードバックゲインを用いて行われる。
Based on the target d-axis current Id_T and the target q-axis current Iq_T, the
なお、一般には、目標d軸電流Id_T及び目標q軸電流Id_Tと、目標d軸電圧Vd_T及び目標q軸電圧Vd_Tとの間には、下記の(2)式が成立する。 In general, the following equation (2) is established between the target d-axis current Id_T and the target q-axis current Id_T, and the target d-axis voltage Vd_T and the target q-axis voltage Vd_T.
ここで、Rは電機子の抵抗、Lは電機子のインダクタンス、ωはロータの角速度(電気角速度)、Pは微分演算子(d/dt)、Eqは速度起電力である。 Here, R is the resistance of the armature, L is the inductance of the armature, ω is the angular velocity (electrical angular velocity) of the rotor, P is the differential operator (d / dt), and Eq is the velocity electromotive force.
逆変換部23は、目標電圧算出部21により算出された目標d軸電圧Vd_T及び目標q軸電圧Vq_Tを、モータ5の回転位相θに基づいてdq逆変換し、各位相の目標電圧Vu_T、Vv_T、Vv_Tを算出し、その算出値に応じた信号を電力供給部25に出力する。dq逆変換は、下記の(3)式により表される。
The inverse conversion unit 23 performs inverse dq conversion on the target d-axis voltage Vd_T and the target q-axis voltage Vq_T calculated by the target
なお、回転位相θは、上述のように、エンコーダ13からの回転検出信号Spに基づいて算出される。当該算出は、逆変換部23により、又は、エンコーダ13と逆変換部23との間に設けられた不図示の回転位相算出部により行われる。
The rotation phase θ is calculated based on the rotation detection signal Sp from the
電力供給部25は、例えばインバータにより構成されており、不図示の電力源からの直流電力を交流電力に変換し、逆変換部23の算出した各位相の目標電圧Vu_T、Vv_T、Vv_Tをモータ5に印加する。電力供給部25とモータ5とは例えばケーブルにより接続されている。モータ5F及びモータ5Rは、電力供給部25に対して並列に接続されており、モータ5F及びモータ5Rには、互いに同一の電圧が印加される。
The
電流検出部27u、27v、27wは、それぞれ各相の電流Iu、Iv、Iwを検出し、その検出値に応じた信号をdq変換部29に出力する。電流検出部27は、例えば、モータ5Fに供給される各相の電流Iu、Iv、Iwを検出可能に、電力供給部25からモータ5Fまでの間のうち、モータ5Fとモータ5Rとの接続点よりもモータ5F側に設けられている。なお、モータ5F及びモータ5Rは同一種類のモータにより構成されるとともに並列接続されているから、モータ5Rに供給される電流と、モータ5Fに供給される電流とは等しい。従って、電流検出部27は、複数のモータ5に供給される電流の代表値を検出することになる。
The
dq変換部29は、電流検出部27u、27v、27wの検出した各相の電流Iu、Iv、Iwを回転位相θに基づいてdq変換し、d軸電流Iq及びq軸電流Iqを算出する。dq変換は、下記の(4)式により表される。
The
なお、回転位相θは、上述のように、エンコーダ13からの回転検出信号Spに基づいて算出される。当該算出は、dq変換部29により、又は、エンコーダ13とdq変換部29との間に設けられた不図示の回転位相算出部により行われる。
The rotation phase θ is calculated based on the rotation detection signal Sp from the
そして、dq変換部29は、算出したd軸電流Iq及びq軸電流Iqの情報を含む信号を出力する。当該信号は、減算器31に入力されるとともに、図1を参照して説明した電流検出信号Siとして欠相検知部9に入力される。
Then, the
減算器31dは、目標d軸電流Id_Tからdq変換部29の算出したd軸電流Idを減算して目標電圧算出部21に出力する。また、減算器31qは、目標q軸電流Iq_Tからdq変換部29の算出したq軸電流Iqを減算して目標電圧算出部21に出力する。
The
目標電圧算出部21は、減算器31d、31qの算出した偏差に基づいて目標d軸電圧Vd_T及び目標q軸電圧Vq_Tを算出する。例えば、目標電圧算出部21は、PI制御が行われるように、下記の(5)式により目標d軸電圧Vd_T及び目標q軸電圧Vq_Tを算出する。
The target
Kpは比例ゲインであり、KIは積分ゲインである。比例ゲインKpや積分ゲインKIは、上述の(2)式、モータ5の数、実験等に基づいて適宜に設定される。 Kp is a proportional gain, K I is an integral gain. Proportional gain Kp and the integral gain K I is the above (2), the number of motor 5, are appropriately set based on experiments or the like.
図3は、欠相検知部9の構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the phase
上述のように、欠相検知部9は、駆動部7からの電流検出信号Siが入力され、欠相を検知したときに欠相検知信号Sfを出力する回路として構成されている。具体的には以下のとおりである。なお、以下の説明においては、論理回路等から出力される1ビット(bit)の情報を含む信号を、0(偽)又は1(真)の値を有する信号として説明することがある。
As described above, the phase
絶対値回路41dは、電流検出信号Siのうちd軸電流Idの情報を含む信号が入力され、d軸電流Idの絶対値を算出し、その算出値に応じた信号を出力する。同様に、絶対値回路41qは、電流検出信号Siのうちq軸電流Iqの情報を含む信号が入力され、q軸電流Iqの絶対値を算出し、その算出値に応じた信号を出力する。
The
比較器43dは、絶対値回路41dからの信号が入力されるとともに、所定の閾値Thの情報を含む信号が入力される。閾値Thは、例えば制御部11から比較器43dに入力される。比較器43dは、d軸電流Idの絶対値と閾値Thとを比較し、d軸電流Idの絶対値が閾値Thよりも大きいときは値が1の信号を出力し、それ以外のときは値が0の信号を出力する。
The
同様に、比較器43qは、絶対値回路41qからの信号が入力されるとともに、所定の閾値Thの情報を含む信号が入力される。閾値Thは、例えば制御部11から比較器43qに入力される。比較器43qは、q軸電流Iqの絶対値と閾値Thとを比較し、q軸電流Iqの絶対値が閾値Thよりも大きいときは値が1の信号を出力し、それ以外のときは値が0の信号を出力する。
Similarly, the
AND回路45は、比較器43dからの信号及び比較器43qからの信号が入力され、両信号の論理積を表す信号を出力する。すなわち、比較器43d及び比較器43qの双方から値が1の信号が入力されたとき、換言すれば、d軸電流Id及びq軸電流Iqの双方が閾値Thを超えたとき、値が1の信号を出力し、それ以外のときは値が0の信号を出力する。
The AND
比率演算器47は、比較器43dからの信号及び比較器43qからの信号が入力され、d軸電流Idの絶対値と、q軸電流Iqの絶対値との比率を算出し、その算出値に応じた信号を出力する。例えば、比率演算器47は、比率として、d軸電流Idの絶対値をq軸電流Iqの絶対値で割った値|Id|/|Iq|を算出する。
The
比較器49Uは、比率演算器47からの信号が入力されるとともに、所定の上限値Li_Uの情報を含む信号が入力される。上限値Li_Uは、例えば制御部11から比較器49Uに入力される。比較器49Uは、比率|Id|/|Iq|と上限値Li_Uとを比較し、比率|Id|/|Iq|が上限値Li_Uよりも大きいときは値が1の信号を出力し、それ以外のときは値が0の信号を出力する。
The
同様に、比較器49Dは、比率演算器47からの信号が入力されるとともに、所定の下限値Li_Dの情報を含む信号が入力される。下限値Li_Dは、例えば制御部11から比較器49Dに入力される。比較器49Dは、比率|Id|/|Iq|と下限値Li_Dとを比較し、比率|Id|/|Iq|が下限値Li_Dよりも大きいときは値が1の信号を出力し、それ以外のときは値が0の信号を出力する。
Similarly, the
AND回路51は、一の入力が反転される2入力AND回路である。AND回路51は、比較器49Uからの信号が反転されて入力されるとともに、比較器49Dからの信号が入力され、両信号の論理積を表す信号を出力する。すなわち、AND回路51は、比較器49Uから値を0とする信号が入力されるとともに比較器49Dから値を1とする信号が入力されたとき、換言すれば、比率|Id|/|Iq|が下限値Li_Dから上限値Li_Uまでの範囲にあるとき、値が1の信号を出力し、それ以外のときは値が0の信号を出力する。
The AND
AND回路53は、AND回路45からの信号及びAND回路51からの信号が入力され、両信号の論理積を表す信号を出力する。すなわち、AND回路45及びAND回路51の双方から値が1の信号が入力されたときに値が1の信号を出力し、それ以外のときは値が0の信号を出力する。
The AND
値が1の信号は、欠相が検知されたときに出力される欠相検知信号Sfとして出力される。すなわち、制御部11等では、AND回路53から値が1の信号が入力されたときに所定の異常時処理を実行する。
A signal having a value of 1 is output as a phase loss detection signal Sf that is output when phase loss is detected. That is, the
以上のとおり、欠相検知部9では、d軸電流Idの絶対値及びq軸電流Iqの絶対値の双方が閾値Thを超え、且つ、d軸電流Idの絶対値及びq軸電流Iqの絶対値の比率|Id|/|Iq|が下限値Li_Dから上限値Li_Uまでの範囲にあるときに、欠相検知信号Sfが出力される。
As described above, in the phase
なお、欠相検知処理は適宜な周期で行ってよい。すなわち、欠相検知部9への電流検出信号Siの入力及び/又は欠相検知部9の駆動は適宜な周期で行ってよい。例えば所定のクロック信号に同期して行ってもよいし、クロック信号の周期よりも長い周期で行ってもよい。
The phase loss detection process may be performed at an appropriate cycle. That is, the input of the current detection signal Si to the phase
図4は、搬送台車1の動作及び効果を説明する図であり、図4(a)は、欠相が生じた場合のd軸電流Id及びq軸電流Iqの経時変化を、図4(b)は、欠相が生じた場合のd軸電流の絶対値|Id|、q軸電流の絶対値|Iq|、これらの比率|Id|/|Iq|及び欠相検知信号Sfの経時変化を示している。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation and effects of the
搬送台車1において、欠相が生じていない状態では、フィードバック制御により、d軸電流Idは0に保たれ、q軸電流Iqは目標トルクに比例した値に保たれる。目標トルクが一定の場合には、q軸電流Iqも目標トルクに比例した値で一定に保たれる。そして、欠相が生じると、図4(a)に示すように、d軸電流Id及びq軸電流Iqは波形状に変動する。
In the state where no phase failure occurs in the
当該変動は、上述の式からも理解される。すなわち、欠相が生じると、電力供給部25からモータ5に供給される電力は単相交流となり、各相の電流は、
Iu=I0sinθ
Iv=−Iu (6)
で表される。(6)式を(4)式に代入すると、dq変換部29の算出するd軸電流Id及びq軸電流Iqは、回転位相θを変数とする周期関数によって表される。具体的には、d軸電流Idの算出ではcos関数が乗じられ、q軸電流Iqの算出ではsin関数が乗じられることから、d軸電流Idとq軸電流Iqとは、位相が概ね1/4周期ずれた周期関数となる。
This variation can also be understood from the above formula. That is, when an open phase occurs, the power supplied from the
Iu = I 0 sin θ
Iv = −Iu (6)
It is represented by When the equation (6) is substituted into the equation (4), the d-axis current Id and the q-axis current Iq calculated by the
ただし、実際にdq変換部29により算出されるd軸電流Id及びq軸電流Iqの波形は、比例ゲインKpや積分ゲインKI等の設定によって異なる。例えば、図4(a)に示すように、d軸電流Idは、平均値が概ね0となる歪んだ波形となり、d軸電流Idは、平均値が概ね目標q軸電流Iqで、0〜目標q軸電流Iqの2倍程度の間で変動する歪んだ波形となる。
However, actually the waveform of the d-axis current Id and q-axis current Iq calculated by
d軸電流Idは、本来0となるはずであるから、比較器43dによりd軸電流の絶対値|Id|が閾値Thを超えたことを検出することにより、欠相が検知可能となる。閾値Thは、欠相が生じていない場合にフィードバック制御によるd軸電流Idの微小変動や外乱による微小変動によって欠相が誤検出されることを防止するように適宜な大きさに設定される。
Since the d-axis current Id should originally be zero, the phase loss can be detected by detecting that the absolute value | Id | of the d-axis current exceeds the threshold Th by the
d軸電流Idの絶対値とq軸電流Iqの絶対値との比率|Id|/|Iq|は、d軸電流Idと同様に、本来0となるはずであるから、比較器49Dが比率|Id|/|Iq|が下限値Li_Dを超えたことを検出することにより、欠相が検知可能となる。下限値Li_Dは、欠相が生じていない場合にフィードバック制御によるd軸電流Id等の微小変動や外乱による微小変動によって欠相が誤検出されることを防止するように適宜な大きさに設定される。図4(b)では、下限値Li_D=閾値Thの場合を例示している。
Since the ratio | Id | / | Iq | of the absolute value of the d-axis current Id and the absolute value of the q-axis current Iq should be essentially 0 similarly to the d-axis current Id, the
上述のように、欠相が生じたときのd軸電流Idの波形とq軸電流Iqの波形とは位相がずれている。当該位相のずれに起因して、d軸電流Idの変動と、比率|Id|/|Iq|の変動とは位相がずれている。従って、d軸電流が閾値Thを超え、且つ、比率|Id|/|Iq|が下限値Li_Dを超えたときに欠相を検知することは、いずれか一方の条件のみが満たされたときに欠相を検知する場合に比較して欠相を検知する条件が厳しくなる。 As described above, the waveform of the d-axis current Id and the waveform of the q-axis current Iq when phase loss occurs are out of phase. Due to the phase shift, the fluctuation of the d-axis current Id and the fluctuation of the ratio | Id | / | Iq | are out of phase. Therefore, when the d-axis current exceeds the threshold Th and the ratio | Id | / | Iq | exceeds the lower limit value Li_D, the phase loss is detected when only one of the conditions is satisfied. The condition for detecting an open phase becomes stricter than when detecting an open phase.
例えば、欠相が生じていない場合に、各相の電流Iu、Iv、Iwのいずれか一に瞬間的に外乱が混入され場合、(4)式から理解されるように、外乱は、d軸電流にsin関数が乗じられた形で影響を及ぼし、q軸電流にcos関数が乗じられた形で影響を及ぼす。従って、外乱が混入されたとしても、上記の2つの条件の双方が満たされるとは限らない。 For example, when no phase loss occurs, when disturbance is instantaneously mixed into any one of the currents Iu, Iv, and Iw of each phase, the disturbance is expressed as d-axis as understood from the equation (4). The current is affected by the form multiplied by the sin function, and the q-axis current is affected by the form multiplied by the cos function. Therefore, even if a disturbance is mixed, both of the above two conditions are not always satisfied.
その一方で、欠相は継続的なものであるから、欠相が生じた場合には、モータが回転する間において、必ずd軸電流Id及び比率|Id|/|Iq|の双方がある程度の大きさになる位相が存在する。従って、上記の2つの条件の双方が満たされることを条件とすることにより、外乱による欠相検知の誤動作が防止される。 On the other hand, since the phase loss is continuous, when the phase failure occurs, both the d-axis current Id and the ratio | Id | / | Iq | There is a phase that becomes a magnitude. Therefore, by setting both of the above two conditions to be satisfied, it is possible to prevent malfunction of phase loss detection due to disturbance.
比率|Id|/|Iq|は、q軸電流の絶対値|Iq|を分母としていることから、q軸電流の絶対値|Iq|が小さくなるときには、図4(b)に示されるように、比率|Id|/|Iq|は大きな値となるとともにばらつき、また、誤差の影響も大きくなる。そこで、比率|Id|/|Iq|が上限値Li_Uを超えていないことを条件として更に付加することにより、比率|Id|/|Iq|に基づく欠相検知が確実に行われる。 Since the ratio | Id | / | Iq | uses the absolute value | Iq | of the q-axis current as the denominator, when the absolute value | Iq | of the q-axis current becomes small, as shown in FIG. , The ratio | Id | / | Iq | becomes a large value, varies, and the influence of errors also increases. Therefore, by further adding the condition that the ratio | Id | / | Iq | does not exceed the upper limit value Li_U, the phase loss detection based on the ratio | Id | / | Iq | is reliably performed.
同様に、絶対値|Iq|が閾値Thを超えたことを条件として更に付加することにより、比率|Id|/|Iq|に基づく欠相検知が確実に行われる。 Similarly, by further adding the condition that the absolute value | Iq | exceeds the threshold Th, the phase loss detection based on the ratio | Id | / | Iq | is reliably performed.
図4(b)では、上記のような動作及び効果が示されている。すなわち、d軸電流Idの絶対値及びq軸電流Iqの絶対値の双方が閾値Thを超え、且つ、d軸電流Idの絶対値及びq軸電流Iqの絶対値の比率|Id|/|Iq|が下限値Li_Dから上限値Li_Uまでの範囲にあるという条件は、モータ5の回転中に間欠的に満たされ(欠相検知信号Sfは間欠的に出力され)、モータ5の欠相検知が確実に行われている。 FIG. 4B shows the operation and effect as described above. That is, both the absolute value of the d-axis current Id and the absolute value of the q-axis current Iq exceed the threshold Th, and the ratio of the absolute value of the d-axis current Id and the absolute value of the q-axis current Iq | Id | / | Iq The condition that | is in the range from the lower limit value Li_D to the upper limit value Li_U is intermittently satisfied during the rotation of the motor 5 (the phase loss detection signal Sf is intermittently output), and the phase loss detection of the motor 5 is detected. Surely done.
以上のとおり、以上の実施形態によれば、微分回路等を設けることなく比較的簡素な構成で欠相を検知することができ、しかも、外乱による誤動作が防止される。 As described above, according to the above embodiment, it is possible to detect an open phase with a relatively simple configuration without providing a differentiation circuit or the like, and to prevent malfunction due to disturbance.
しかも、d軸電流及びq軸電流を制御変数とするフィードバック制御が行われるモータ5の欠相を、d軸電流及びq軸電流に基づいて検知することから、d軸電流及びq軸電流を算出するための回路を新たに設ける必要もなく、構成が簡素である。 In addition, the d-axis current and the q-axis current are calculated from detecting the phase failure of the motor 5 in which feedback control is performed using the d-axis current and the q-axis current as control variables based on the d-axis current and the q-axis current. Therefore, it is not necessary to newly provide a circuit for doing so, and the configuration is simple.
なお、以上の実施形態において、駆動部7及び欠相検知部9の組合せは本発明のモータ制御システムの一例であり、モータ5は本発明の多相交流モータの一例であり、エンコーダ13は本発明の位相検出部の一例であり、閾値Thは本発明のd軸閾値及びq軸閾値の一例であり、減算器31d及び減算器31qは本発明の偏差算出部の一例であり、電流検出部27、エンコーダ13、dq変換部29及び欠相検知部9の組合せは本発明の欠相検知装置の一例である。
In the above embodiment, the combination of the
本発明は以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施してよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and may be implemented in various aspects.
本発明が適用される対象は搬送台車に限定されない。本発明は、モータの欠相を検知する必要のある、あらゆる装置に適用されてよい。また、本発明が適用されるモータ制御システムは、d軸電流及びq軸電流を用いたフィードバック制御を行うものに限定されない。例えば、ステップモータを制御するモータ制御システムに適用されてもよい。 The object to which the present invention is applied is not limited to the transport carriage. The present invention may be applied to any device that needs to detect a motor phase failure. Further, the motor control system to which the present invention is applied is not limited to the one that performs feedback control using the d-axis current and the q-axis current. For example, the present invention may be applied to a motor control system that controls a step motor.
モータは、単数設けられていてもよいし、複数設けられていてもよい。モータが複数設けられ、制御部(11)によって並列運転される場合、制御部の指令に従ってモータを駆動する駆動部(7)及び/又は欠相検知部(9)は、複数のモータに対応して複数設けられてもよいし、実施形態のように複数のモータに対応して一つ設けられてもよい。さらに、駆動部及び欠相検知部のうち一部については複数のモータに対応して複数設けられ、他の部分については複数のモータに対応して一つ設けられてもよい。 A single motor or a plurality of motors may be provided. When a plurality of motors are provided and operated in parallel by the control unit (11), the drive unit (7) and / or the phase loss detection unit (9) that drives the motor in accordance with a command from the control unit corresponds to the plurality of motors. A plurality may be provided, or one may be provided corresponding to a plurality of motors as in the embodiment. Further, a part of the drive unit and the phase loss detection unit may be provided corresponding to the plurality of motors, and the other part may be provided corresponding to the plurality of motors.
例えば、実施形態では、駆動部7が複数のモータに対して一つ設けられる場合を例示したが、2つのモータ5F、5Rに対応して駆動部7を2つ設け、一の制御部11から2つの駆動部7へ同一のトルク指令信号Stを出力し、2つの駆動部7がそれぞれモータ5F、5Rを駆動するようにしてもよい。なお、この場合、各駆動部7の電流検出部27は、モータ5F、5Rの電流をそれぞれ検出することにより、各駆動部7は、互いに同一のトルク指令信号Stに基づきつつも、それぞれ独立にモータ5F、5Rのフィードバック制御を行う。
For example, in the embodiment, the case where one
例えば、実施形態では、一の駆動部7において電力供給部25が複数のモータに対して一つ設けられる場合を例示したが、一の駆動部7において電力供給部25をモータ5F、5Rに対応して2つ設け、一の逆変換部23から2つの電力供給部25に各相の目標電圧Vu_T、Vv_T、Vw_Tを出力し、2つの電力供給部25が同一の目標電圧Vu_T、Vv_T、Vw_Tに基づいてモータ5F、5Rにそれぞれ電圧を印加するようにしてもよい。
For example, in the embodiment, the case where one
例えば、実施形態では、エンコーダ13(位相検出部)及び電流検出部27u、27v、27wが複数のモータに対してそれぞれ一つ設けられる場合を例示したが、エンコーダ13(位相検出部)及び電流検出部27u、27v、27wが複数のモータに対して複数設けられ、複数のエンコーダ13の検出値の最大値、最小値又は平均を一のdq変換部、一の逆変換部、一の制御部に入力したり、複数の電流検出部27u、27v、27wの検出値の最大値、最小値又は平均を一のdq変換部に入力し、フィードバック制御や欠相検知に資するようにしてもよい。
For example, in the embodiment, a case where one encoder 13 (phase detection unit) and one
例えば、実施形態では、一のモータのd軸電流やq軸電流(トルク)に基づいてフィードバック制御や欠相検知を行う場合を例示したが、複数のモータのd軸電流やq軸電流(トルク)の合計に基づいてフィードバック制御や欠相検知を行うようにしてもよい。 For example, in the embodiment, the case where feedback control and phase loss detection are performed based on the d-axis current and q-axis current (torque) of one motor is exemplified. However, the d-axis current and q-axis current (torque) of a plurality of motors are exemplified. )), Feedback control or phase loss detection may be performed.
d軸電流の絶対値とq軸電流の絶対値との比率は、q軸電流を分母とするものに限定されない。例えば、q軸電流の絶対値をd軸電流の絶対値で割って算出した比率が所定の閾値よりも小さくなった場合に欠相を検知することもできる。ただし、d軸電流を分子としたほうが閾値の設定等が容易である。 The ratio between the absolute value of the d-axis current and the absolute value of the q-axis current is not limited to the ratio having the q-axis current as the denominator. For example, the phase loss can be detected when the ratio calculated by dividing the absolute value of the q-axis current by the absolute value of the d-axis current becomes smaller than a predetermined threshold. However, setting the threshold value and the like is easier when the d-axis current is a numerator.
本発明において、q軸電流の絶対値が所定のq軸閾値を超えたことは必須の要件ではない。例えば、図3において、絶対値回路41q、比較器43q及びAND回路45は省略されてもよい。
In the present invention, it is not an essential requirement that the absolute value of the q-axis current exceeds a predetermined q-axis threshold value. For example, in FIG. 3, the
欠相検知部は、欠相の発生の有無を判定するための判定条件、例えば、d軸電流の絶対値が所定のd軸閾値を超え、且つ、d軸電流の絶対値とq軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあるという条件が満たされたか否か判定できれば、適宜な構成としてよい。 The phase loss detection unit is a determination condition for determining whether or not phase loss has occurred, for example, the absolute value of the d-axis current exceeds a predetermined d-axis threshold, and the absolute value of the d-axis current and the q-axis current An appropriate configuration may be employed as long as it can be determined whether or not the condition that the ratio to the absolute value is within a predetermined range is satisfied.
実施形態では、d軸電流の閾値と、q軸電流の閾値とが同一である場合を例示したが、これらは別個に設定されてよい。また、d軸電流の閾値、q軸電流の閾値、比率と比較される上限値(Li_U)及び下限値(Li_D)は、定数であってもよいし、トルク指令などに応じて変化する値であってもよい。 In the embodiment, the case where the threshold value of the d-axis current and the threshold value of the q-axis current are the same is illustrated, but these may be set separately. The upper limit value (Li_U) and lower limit value (Li_D) to be compared with the threshold value of the d-axis current, the threshold value of the q-axis current, and the ratio may be a constant or a value that changes according to a torque command or the like. There may be.
1…搬送台車(モータ制御システムを適用した装置)、5F、5R…モータ(多相交流モータ)、7…駆動部、13…エンコーダ(位相検出部)、9…欠相検知部、25…電力供給部、27u、27v、27w…電流検出部、29…dq変換部。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記モータに多相の交流電力を供給する電力供給部と、
前記電力供給部から前記モータに供給される各相の電流を検出する電流検出部と、
前記モータの回転位相を検出する位相検出部と、
前記電流検出部の検出した各相の電流を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてdq変換し、d軸電流及びq軸電流を算出するdq変換部と、
前記dq変換部の算出したd軸電流の絶対値が所定のd軸閾値を超えており、同時に、前記dq変換部の算出したd軸電流の絶対値と前記dq変換部の算出したq軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相検知信号を出力する欠相検知部と、
を有するモータ制御システム。 A polyphase AC motor,
A power supply unit for supplying multiphase AC power to the motor;
A current detection unit that detects a current of each phase supplied to the motor from the power supply unit;
A phase detector for detecting the rotational phase of the motor;
A dq conversion unit that dq-converts the current of each phase detected by the current detection unit based on the phase detected by the phase detection unit, and calculates a d-axis current and a q-axis current;
The absolute value of the d-axis current calculated by the dq converter exceeds a predetermined d-axis threshold, and at the same time , the absolute value of the d-axis current calculated by the dq converter and the q-axis current calculated by the dq converter A phase loss detection unit that outputs a phase loss detection signal when a predetermined determination condition including a condition that the ratio of the absolute value is within a predetermined range is satisfied,
A motor control system.
前記判定条件には、前記dq変換部の算出した前記d軸電流の絶対値が前記d軸閾値を超えており、同時に、前記比率が前記所定の範囲内にあるときに、これと同時に、前記dq変換部の算出したq軸電流の絶対値が所定のq軸閾値を超えていることが更に含まれる
請求項1に記載のモータ制御システム。 The ratio is a value obtained by dividing the absolute value of the d-axis current calculated by the dq converter by the absolute value of the q-axis current calculated by the dq converter,
The determination condition includes that when the absolute value of the d-axis current calculated by the dq converter exceeds the d-axis threshold, and at the same time, when the ratio is within the predetermined range, The motor control system according to claim 1, further comprising that the absolute value of the q-axis current calculated by the dq converter exceeds a predetermined q-axis threshold value.
前記偏差算出部の算出した偏差に基づいてd軸電圧及びq軸電圧の目標値を算出する目標電圧算出部と、
前記目標電圧算出部の算出したd軸電圧及びq軸電圧の目標値を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてdq逆変換し、各相の電圧の目標値を算出する逆変換部と、
を更に有し、
前記電力供給部は、前記逆変換部の算出した各相の電圧の目標値の電圧を前記モータに印加する
請求項1又は2に記載のモータ制御システム。 a deviation calculator for calculating a deviation between the target values of the d-axis current and the q-axis current and the d-axis current and the q-axis current calculated by the dq converter,
A target voltage calculation unit that calculates a target value of the d-axis voltage and the q-axis voltage based on the deviation calculated by the deviation calculation unit;
An inverse conversion unit that performs dq inverse conversion on the target values of the d-axis voltage and the q-axis voltage calculated by the target voltage calculation unit based on the phase detected by the phase detection unit, and calculates a target value of the voltage of each phase; ,
Further comprising
The motor control system according to claim 1, wherein the power supply unit applies a voltage of a target value of the voltage of each phase calculated by the inverse conversion unit to the motor.
前記モータの回転位相を検出する位相検出部と、
前記電流検出部の検出した各相の電流を、前記位相検出部の検出した位相に基づいてdq変換し、d軸電流及びq軸電流を算出するdq変換部と、
前記dq変換部の算出したd軸電流の絶対値が所定のd軸閾値を超えており、同時に、前記dq変換部の算出したd軸電流の絶対値と前記dq変換部の算出したq軸電流の絶対値との比率が所定の範囲内にあることを条件として含む所定の判定条件が満たされたときに欠相検知信号を出力する欠相検知部と、
を有する欠相検知装置。 A current detector for detecting the current of each phase supplied to the multiphase AC motor;
A phase detector for detecting the rotational phase of the motor;
A dq conversion unit that dq-converts the current of each phase detected by the current detection unit based on the phase detected by the phase detection unit, and calculates a d-axis current and a q-axis current;
The absolute value of the d-axis current calculated by the dq converter exceeds a predetermined d-axis threshold, and at the same time , the absolute value of the d-axis current calculated by the dq converter and the q-axis current calculated by the dq converter A phase loss detection unit that outputs a phase loss detection signal when a predetermined determination condition including a condition that the ratio of the absolute value is within a predetermined range is satisfied,
A phase-opening detection device.
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