JPH0197197A - サーボドライバ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ＤＣモータ等をサーボ制御するサーボ制御回
路に装備されているもので、モータに流れる駆動電流を
制御するサーボドライバ回路に関する。

〈従来の技術〉 回転速度や位置などの入力指令に対して高速、高精度に
追従して動作するサーボモータは、今やメカトロニクス
分野に欠くことのできないものになっている。このサー
ボモータとしては、ＤＣサーボや、このＤＣサーボの欠
点であるｔａ械的整流機構を改良したＡＣサーボモータ
等がある。

第２図は、モータを位置決め制御するサーボ制御回路の
電気的構成図であって、位置帰還ループの中に速度帰還
ループを構成して振動の少ない滑らかな制御を可能にし
ている。このサーボ制回路の中には、駆動電流指令信号
６４１を指令値としてモータ６０に流れる駆動電流を制
御するサーボドライバ回路がある。

第４図は従来のサーボモータ用ドライバ回路の簡略構成
図を示している。

そこでは、駆動電流の指令値を与える駆動電流指令信号
６４１と実際に流れる駆動電流を示す駆動電流検出器２
０から出力された駆動電流検出信号２１との偏差を駆動
電流調節部３０で演算するとともに、この偏差量を示す
誤差信号３１を増幅部８０に導いて増幅を行い、これを
ＰＷＭ発生回路５１を含む駆動電流制御回路５０に導び
き、上記指令値通りに駆動電流の制御が行われるような
構成を採っている。

なお、直列の形となっているサーボドライバ回路Ａとモ
ータ６０とは全体として二次遅れ系を構成するので、フ
ィードバック制御系の安定度を示すゲイン余裕を１０〜
２０ｄＢ程度とすべく、増幅部８０にて位相補償を施こ
し、これで駆動電流の安定な制御が行われるようになっ
ている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしながら、上記従来例による場合には、モータ６０
に電力供給しているモータ駆動用電源７０の電源電圧が
変動するような外乱が生じると、結果としてゲイン余裕
が低下して、最悪の場合には発振してしまうという問題
がある。つまりモータ駆動用電源７０の電源電圧が変動
すると、ループゲインが、安定な制御を行うべく予め位
相補償がなされている最適なループゲイン以上に上昇し
、これにより制御の安定性が低下するのである。従来は
、予想されるモータ駆動用電源の電源電圧の変動を考慮
して、ループゲインを若干低めにする等して対処してい
たが、これでは、即応性が低下してしまうという新たな
問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、モー
タ駆動用電源の電源電圧が変動するような状態であって
も駆動電流の安定な制御を行うことができることになる
サーボドライバ回路を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 本発明にかかるサーボドライバ回路は、モータに電力を
供給しているモータ駆動用電源の電源電圧を検出し、こ
の検出結果を電源電圧検出信号として出力する電源電圧
検出器と、駆動電流の太きさを検出し、この検出結果を
駆動電流検出信号として出力する駆動電流検出器と、駆
動電流指令信号と前記駆動電流検出信号との偏差を求め
、これを誤差信号として出力する駆動電流調節部と、電
源電圧検出信号に基づいて誤差信号を増幅し、これを制
御信号として出力するゲイン補償部と、制御信号に応じ
た駆動電流をモータに与える駆動電流制御回路とを具備
している。

〈作用〉 しかるときは、モータ駆動用電源の電源電圧の変動に応
じて誤差信号を増幅するゲイン補償部の増幅度が可変す
るので、結果として電源電圧の変動によるループゲイン
の変動を抑止できることになる。

〈実施例〉 以下、本発明にかかるサーボドライバ回路の実施例を図
面を参照しつつ説明する。第１図はサーボドライバ回路
の電気的構成図、第２図はサーボ制御回路の簡略構成図
、第３図はサーボドライバ回路のボード線図を示してい
る。

本実施例で説明するサーボドライバ回路は、第２図で示
すようなソフトウェアサーボで構成されているサーボ制
御回路の一構成部であって、サーボドライバ回路人以外
の構成部についてはディジタル系となっている。

このサーボドライバ回路Ａを説明する前にＤＣモータで
あるモータ６０を位置決め制御するサーボ制御回路につ
いて簡単に説明する。

モータ６０のシャフトに連結されているバルスエインコ
ーダ６１からの戻りパルスを溜め込むカウンタ６２が示
す値は、モータ６０の現在位置を示しており、基本的に
はこの現在位置とソフト的に作られた位置指令値との偏
差量が零になるまで、モータ６０を回転駆動せよという
命令が適宜伝達される。

しかしながら、図示しないモータ６０の負荷をも含むサ
ーボ制御系は、全体として高次遅れ系を構成するので、
増幅部６３にて位相補償をなし、更に速度帰還ループを
施して、安定な位置決め制御が行われるようにしである
。また速度帰還ループのループゲインを与える増幅部６
４では、図示されていないがＤ／Ａコンバータが備えら
れており、駆動電流の指令値をアナログに変換しこれを
駆動電流指令信号６４１として出力している。

サーボドライバ回路Ａは、この駆動電流指令信号６４１
に基づいてモータ６０に流れる駆動電流ａを制御する回
路であり、第１図を参照しつつ説明する。

このサーボドライバ回路Ａは、駆動電流検出器２０が検
出した実際に流れる駆動電流ａの値と駆動電流指令信号
６４１が与える指令値との偏差を駆動電流調節部３０で
演算するとともに、この演算結果である誤差信号３１を
ゲイン補償部４０にて増幅せしめ、と同時にモータ６０
に電力供給しているモータ駆動用電源７０の電源電圧す
を検出する電源電圧検出器１０の検出結果に応じてこの
増幅度を変化させ、更にゲイン補償部４０からの制御信
号４１を駆動電流制御回路５０に導いて、ここで駆動電
流ａの制御を行うような基本構成を採っている。以下、
この各構成部について詳しく説明する。

駆動電流調節部３０は、差動増幅回路等からなるアナロ
グ回路であって、駆動電流検出器２０から導かれた駆動
電流ａの大きさを示す駆動電流検出信号２１と駆動電流
指令信号６４１とを減算するとともに、減算された値を
所定の位相進み補償を行わしめ、これを誤差信号３１と
して出力するようにしている。

ゲイン補償部４０は、誤差信号３１を増幅するゲイン調
節回路等からなり、電源電圧検出器１０から導かれたモ
ータ駆動用電源７０の電源電圧すの大きさを示す電源電
圧検出信号１３１に応じて増幅度が可変できるような構
成となっている。更に詳しく説明すると、電源電圧すが
モータ駆動用電源７０の定格値Ｅよりも高くなった場合
には、増幅度が下がり、同様に定格値Ｅよりも低くなっ
た場合には、増幅度が上がるような設定になっている。

このように電源電圧すに応じて増幅された誤差信号３１
は、制御信号４１として駆動電流制御回路５０に導かれ
ている。

駆動電流制御回路５０は、制御信号４１に応じてモータ
６０に流れる駆動電流ａを制御し、モータ６０を正逆可
能に回転駆動させる回路であって、ＰＷＭ発生回路５１
とスイッチング回路５３とを主構成とするものである。

このＰＷＭ発生回路５１は、アナログ信号である制御信
号４１をパルス幅変調する回路であって、この制御信号
４１と三角波発生回路５１２にて生成された三角波信号
５１２１とをコンパレータ５１１でもって振幅比較する
ことによりＰＷＭ信号５１１１が得られる構成となって
いる。このＰＷＭ信号５１１１と、これをインバータ回
路５４でもって反転せしめたＰＷＭ反転信号５４１とは
、フォトカプラ５２を介してスイッチング回路５３に夫
々導かれている。

スイッチング回路５３は、モータ駆動用電源７０の電源
電圧すをＦＥＴ５３１〜５３４でもってスイッチングせ
しめ、これによりモータ６０に流れる駆動電流ａを制御
するような構成となっている。即ち、ＰＷＭ信号５１１
１が入力されているＦ　Ｅ　Ｔ５３１．５３２はモータ
６０を正転駆動する際にアクティブとなり、またＰＷＭ
反転信号５４１が入力されているＦＥＴ５３３．５３４
はモータ６０を逆転駆動する際にアクティブとなる。但
し、ＦＥＴ５３１〜５３４を保護するためのダイオード
やバイアス抵抗等は図中省略されている。このスイッチ
ング回路５３により制御される駆動電流ａの大きさは（
正負を含む）、この電流ルートに設けられている駆動電
流検出器２０により検出されることにな。

この駆動電流検出器２０は、シャント抵抗等からなる電
流−電圧変換回路である。これから出力される駆動電流
検出信号２１の電圧レベルは、検出された駆動電流ａの
大きさが、一方駆動電流検出信号２１の符号は、駆動電
流ａの流れる方向が夫々対応しており、駆動電流指令信
号６４１と同種の信号となっている。

またモータ駆動用電源７０は、図示されていないが、商
用交流を整流ブリッジ、平滑コンデン号等で整流せしめ
、これで電源電圧すが得られる構成となっている。なお
、図中Ｅは、モータ駆動用電源７０における電源電圧す
の定格値を示している。

この電源電圧検出器１０は、電源電圧すを分圧する抵抗
１１．１２と、この分圧電圧である信号１４を電気絶縁
しつつ電源電圧検出信号１３１に変換するバッファ回路
１３とを備える構成となっている。このように電気絶縁
するのは、上記したフォトカプラ５２と同様に、モータ
６０側で発生したノイズをサーボ制御回路又はサーボド
ライバ回路Ａの一部に混入させない観点からなされてい
るものである。

次に、上記のように構成されたサーボドライバ回路Ａが
電源電圧すが変動するような外乱に対しても安定な制御
を行うことができることの原理について第３図を参照し
つつ説明する。

サーボドライバ回路Ａのループゲインは、ゲイン補償部
４０における増幅度、駆動電流制御回路５０における変
調周波数等により決定され、しかも安定なフィードバッ
ク制御を行うために、駆動電流調節部３０等により進み
補償がなされている。そして、モータ駆動用電源７０の
電源電圧すが定格値Ｅであるような状態では、フィード
バック制御系の安定度を示すゲイン余裕は第３図に示す
ようにｇｍ、となっている。

しかし、電源電圧すが何らかの原因で定格値Ｅよりも大
きくなりＥ、となれば、上記した場合よりもループゲイ
ンが上昇し、結果としてゲイン余裕が下がってしまう。

第３図の図中点線で示すグラフは、従来例による構成の
場合で、ゲイン余裕がｇｍ２　（ｇｍ、＜ｇｍ２）に下
がって、不安定な制御が行われている様子を示すもので
ある。

そこで本発明にかかるサーボドライバ回路Ａによる場合
には、このループゲインの上昇を抑止すべく、電源電圧
すの上昇を検出して、この上昇の度合に応じてゲイン補
償部４０における増幅度を可変するようにし、電源電圧
すの変動によりループゲインが変化しないようにしであ
る。これは、ゲイン余裕が電源電圧すの変動という外乱
に対して変化せずｇｍ、に固定できることを意味する。

これにより駆動電流ａの安定な制御を行うことができる
ことになる。

なお、本発明にかかるサーボドライバ回路は、上記実施
例に雨足されず、駆動電流調節部３０、ゲイン補償部４
０及び駆動電流制御回路５０の一部をソフトウェアによ
り行なうようにしても構わない。

更にＡＣモータ等を位置決め制御する号−水制御回路に
も装備することができることは勿論である。

〈発明の効果〉 以上、本案サーボドライバ回路による場合には、モータ
駆動用電源の電源電圧の変動による外乱に対してループ
ゲインが常に一定になるように構成されているので、こ
の電源電圧が変動するような状態であっても駆動電流を
安定に制御することができる。従って従来例による場合
には対処策としてなされていたループゲインを若干低め
に設定するようなことも行う必要がないので、調整作業
を省略できることは勿論のこと、即応性をも向上できる
ことになるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図にかけては、本発明にかかるサーボド
ライバ回路の実施例の説明図であって、第１図はサーボ
ドライバ回路の電気的構成図、第２図はサーボ制御回路
の簡略構成図、第３図はサーボドライバ回路のボード線
図、第４図は従来のサーボドライバ回路の簡略構成図で
ある。 Ａ・・・サーボドライバ回路 １０・・・電源電圧検出器 １３１　　・・・電源電圧検出信号 ２０・・・駆動電流検出器 ２１・・・駆動電流検出信号 ３０・・・駆動電流調節部 ３１・・・誤差信号 ４０・・・ゲイン補償部 ４１・・・制御信号 ５０・・・駆動電流制御回路 ６０・・・モータ ７０・・・モータ駆動用電源 ６４１　　・・・駆動電流指令信号 ａ　・・・駆動電流 ｂ　・・・電源電圧 特許出願人　　　シャープ株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）駆動電流指令信号に基づいてモータに流れる駆動
   電流を制御するサーボドライバ回路において、前記モー
   タに電力を供給しているモータ駆動用電源の電源電圧を
   検出し、この検出結果を電源電圧検出信号として出力す
   る電源電圧検出器と、前記駆動電流の大きさを検出し、
   この検出結果を駆動電流検出信号として出力する駆動電
   流検出器と、前記駆動電流指令信号と前記駆動電流検出
   信号との偏差を求め、これを誤差信号として出力する駆
   動電流調節部と、前記電源電圧検出信号に基づいて前記
   誤差信号を増幅し、これを制御信号として出力するゲイ
   ン補償部と、前記制御信号に応じた前記駆動電流を前記
   モータに与える駆動電流制御回路とを具備することを特
   徴とするサーボドライバ回路。