JPH03117386A - モータ制御装置 - 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１ 本発明は、モータ制御装置、さらに詳細には。

モータの位置あるいは速度偏差を補償する制御信号とモ
ータ電流の偏差に従ってパルス幅変調されたパルスを発
生させ、このパルスをモータに供給してモータ電流を制
御する電流制御部を備えたモータ制御装置に関する。

［従来の技術］ 従来から、サーボ機構を用いたモータでは、位置指令パ
ルスとエンコーダからのモータの位置信号から得られる
モータの位置偏差に従ってモータの位置を制御する位置
制御部と、位置制御部からの信号とモータ速度信号の偏
差に従ってモータの速度を制御する速度制御部が用いら
れている。この場合、さらに制御を向上させるために、
位置制御部あるいは速度制御部からの信号とモータ電流
の偏差に従って発生するパルス幅変調されたパルスをモ
ータに供給してモータ電流を制御する＃主電流制御部を
設けるようにしている。

さらに、各制御部をマイクロコンピュータのソフトウェ
アで構成し、制御可能な位置や速度をさらに拡大し精密
な制御を可能にしている。このようなサーボ機構は、ソ
フトウェアサーボ機構とも呼ばれ、ＮＧ工作機械、ロボ
ットの制御など複雑で高精度の要求される位置あるいは
速度制御に用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ このようなソフトウェアサーボ機構を採用したモータ制
御装置が第４図に図示されている６同図において符号ｌ
で示すモータの位置がエンコーダ２を介して求められ、
これが加算点３に人力される。この加算点３には目標値
となる位置指令パルスが入力され、モータの位置偏差に
従った偏差信号が位置制御部４に入力される。又エンコ
ーダ２からの信号は微分手段６を介して微分されること
により、モータの速度信号として加算点５に入力され、
位置制御部４から来る速度指令信号とともに加算点５に
加算され、速度偏差信号として速度制御部７に入力され
る。速度制御部７からの信号はモータｌに供給される目
標電流値となって電流制御部９に入力される。この電流
制御部９からはパルス幅変調された（以下ＰＷＭという
）パルスが発生し、これが増幅器ＩＯを介してモータｌ
に入力される６又増幅器ＩＯからの信号がＡ／Ｄ変換器
ｉｔを介してソフトウェア電流として加算点８にフィー
ドバックされ、電流制御部９はその電流偏差が０となる
ように制御を行なっている。

このような構成で第４図で点線で図示された部分１２が
ＣＰＵとして構成され、ソフトウェアサーボ機構を構成
している。ここで電流制御部９はその制御偏差に従って
第５図の上に示したようにＰＷＭパターンを持ったパル
ス■５を発生する。それに従ってモータ電流１６が発生
し、これがモータ１に供給される。

この場合Ａ／Ｄ変換器１１により、モータ電流１６がサ
ンプリングされるが、この場合のタイミングとして１７
から１９に図示した設定が良く行なわれている。タイミ
ング１７は、ＰＷＭパルスの周期のスタート点１７ａに
合せるもので、モータ電流（リップル電流）が極小値に
成るところを求めるものである。一方タイミング１８は
ＰＷＭ周期の半分の時点１８ａに合せるもので、５０％
デユーティ−比の時リップル電流が極大値になる点をサ
ンプリングするものである。一方タイミング１９は、５
０％デユーティ−比の時平均電流２０になる時間に合せ
るもので、抵抗やコイルの電気的時定数により計算して
、求められるものである。

このようにして求められたモータ電流の平均値を求める
には、タイミング１７．１８を用いた場合には抵抗やコ
イルの電気的時定数を考慮し、又タイミング１９を用い
た場合はそのままの値を用いている。但しＰＷＭパルス
のデユーティ−比が５０％からずれた場合には、タイミ
ング１８を用いる方法では極大値がずれることから、そ
のデユーティ−比に従った補正が必要となる。

このような従来のモータ電流を求めるやりかたではタイ
ミング１７．１８．１９でサンプリングする各方法では
、抵抗、コイルの電気的時定数に従い平均電流値を求め
ているため、モータ温度が上って抵抗値が変化した時、
電気的時定数（て＝Ｌ／Ｒ）が変り、求める平均電流値
に誤差が発生する。これがモータ制御時、問題となり振
動が発生したり、停止時にもモータ電流があると検出し
て、モータが回り始めたりするという問題がある。この
問題を避けるためにモータ電流検出部にローパスフィル
タを入れて、モータ電流のリップルを取ることも考えら
れるが、この方法を用いると電流検出に遅れが発生する
ため、制御が不安定になり、電流ループゲインを太き（
取れず、電流フィードバック効果が減少するという欠点
がある。

従って、本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたもので、正確なモータ電流を検出し、これをモー
タ電流部にフィードバックして電気的時定数の変動を受
けることなく、安定した制御が可能になるモータ制御装
置を提供することを課題とする。

［課題を解決するための手段１ このような課題を解決するために、本発明では、モータ
の位置あるいは速度偏差を補償する制御信号とモータ電
流の偏差に従ってパルス幅変調されたパルスを発生させ
、このパルスをモータに供給してモータ電流を制御する
電流制御部を備えたモータ制御装置において、パルス幅
変調されたパルスの一周期中に複数回モータ電流をサン
プリングし、サンプリングされたモータ電流の平均値を
モータ電流として制御を行なう構成を採用した。

［作　用１ このような構成では、ＰＷＭパルスの周期中に複数回（
例えば８回）モータ電流をサンプリングいるので、抵抗
の温度変化による電気的時定数の変動の影響を無くする
ことが可能になる。

［実施例１ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図は本発明装置の構成を示すブロック図であり、位
置指令検出手段３０、位置偏差処理手段３１、速度指令
発生手段３２によって位置制御部が構成され、速度偏差
処理手段３３、電流指令発生手段３４によって速度制御
部が、又電流偏差処理手段３５、モータ電圧指令発生手
段３６、ＰＷＭパターン発生手段３７によって電流制御
部が構成される。モータ位置を検出するエンコーダ２か
らの信号が、位置検出手段４０に入力され、位置検出手
段４０かもの信号は、位置偏差処理手段３１に入力され
て位置偏差を処理すると共に、速度検出手段４１にも入
力され、フィードバックゲイン乗算手段４２を介して速
度偏差処理手段に入力され、速度指令発生手段３２かも
の信号に従って速度偏差を発生させる。又ＰＷＭパター
ン発生手段３７からの信号は増幅器４３に供給され、増
幅されたパルスがモータ１に入力される。

増幅器４３からの電流値は電流センサ４４によって検出
されＡ／Ｄ変換器５０に入力される。

この場合電流センサ４４としては抵抗を直列に配置した
センサ、ホール素子あるいはカレントトランス等のセン
サが用いられる。

Ａ／Ｄ変換器５０はＡ／Ｄ変換タイミング発生手段５１
から発生するタイミングに従って駆動され、そのタイミ
ングでモータ電流をサンプリングする。このタイミング
はＰＷＭパターン発生手段３７を駆動するＰＷＭ周期タ
イミング発生手段５２を用いて同じ周期で駆動される。

Ａ／Ｄ変換器５０からの信号は、検出電流補正手段５３
によってサンプリング値の平均値が求められた後、フィ
ードバックゲイン乗算手段５４に入力され、補正係数が
形成された後電流偏差処理手段３５に入力され、電流偏
差が処理される。又位置制御部にはフィードフォワード
処理手段６０が設けられ、位置指令パルスを、速度偏差
処理手段３３にフィードフォワードし、処理を速めるよ
うにしている。

次にこのように構成された装置の動作を第２図の流れ図
に沿って説明する。

まずステップＳＬにおいて位置指令パルスを位置指令検
出手段３１に設けられたアップダウンカウンタでカウン
トし、その値を位置偏差処理手段３１に入力する。又ス
テップＳ２においてエンコーダ２からのパルスを同様に
位置検出手段４０のアップダウンカウンタでカウントし
位置偏差処理手段３１に入力する。それによりステップ
Ｓ３で示したように位置偏差処理手段３１によって位置
偏差を形成する。速度指令発生手段３２においてこの位
置偏差に、位置ループゲインを乗算し、速度指令とする
（ステップＳ４）。

次にステップＳ５において位置指令検出手段３０のカウ
ント値の変化を求め、フィードフォワード処理手段６０
を介しフィードフォワードゲインを乗算し、フィードフ
ォワード量とする。

続いてステップＳ６において位置検出手段４０のカウン
ト値の変化を求め、速度検出手段４１により速度信号を
求め、それに乗算手段４２によって得られるフィードバ
ックゲインを乗算し、速度フィードバック量として速度
偏差処理手段３３に入力し、速度偏差とする（ステップ
Ｓ７．５８）１次にこの速度偏差を電流指令発生手段３
４に入力し、フィードフォワードを加えた速度偏差にＰ
Ｉ（比例、積分）補償を行い、指令電流を発生させる（
ステップＳ９）。

次に、ステップＳＩＯで電流センサ４４によりモータ電
流を電圧値に変換し、それをＡ／Ｄ変換器５０に入力す
る。ステップＳｌｌにおいてＰＷＭ周期に同期して１周
期あたり数回（例えば８回）のＡ／Ｄ変換開始信号を発
生させ、モータ電流をサンプリングする。この状態が第
３図に図示されており、ＰＷＭパターンが７０で、一方
電流センサで検出されるモータ電流が７Ｉで、又タイミ
ング信号が７３でそれぞれ図示されている。

Ａ／Ｄ変換器５０は、ステップＳＬ２で示したように上
記タイミングでＡ／Ｄ変換を行ない、検出電流補正手段
５３に人力し、過去８回のサンプリング値を積算し、平
均化する（ステップ５１３）。続いてステップ５１４で
示したように乗算手段５４により平均化した検出電流値
に所定のフィードバックゲインを乗算し、電流偏差処理
手段３５に入力して電流偏差を求める（ステップ５１５
）。

ステップＳ１６においてモータ電圧指令発生手段３６は
上記電流偏差にＰＩ（比例、ＨＩ分）補償を行なったの
ちモータ電圧指令を発生し、ＰＷＭパターン発生手段３
７を駆動する。この発生手段３７はタイミング発生手段
５２によって発生するタイミングにより駆動され、モー
タ電圧指令値に従ってＰＷＭパターンを発生する（ステ
ップＳ１７．５１８）。

増幅器４３はＰＷＭバクーンのデュニティー比に応じた
平均電流をモータｌに流し、モータに流れた平均電流に
比例したトルクが発生し、モータｌを回転させる（ステ
ップ５１９．５２０）。このモータの回転に従ってエン
コーダ２も回転し、これが実際の信号として位置検出手
段４０に入力され、フィードバック制御が行なわれる（
ステップ５２１）。

このような制御はＣＰＵを介してソフトウェア的に行な
われ、本発明ではＰＷＭ周期中に複数回（実施例では８
回）モータ電流をサンプリングし、それを検出電流補正
手段５３により平均化しているので、抵抗の温度変化に
よる電気的時定数の変化の影響を無くすことができる。

この時要求される変換時間ｔは、ＰＷＭ周期を５００μ
ｓ（チョッパ周波数２ＫＨｚ）の時でｔ＝５００／５＝
ｓｚ、ｓμｓとなる。現在のＡ／Ｄ変換器では十分対応
可能である。

［発明の効果Ｊ 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、パル
ス幅変調されたパルスの１周期中に複数回モータ電流を
サンプリングし、サンプリングされたモータ電流の平均
値をモータ電流として制御するようにしているので、ソ
フトウェア電流フィードバックを電気的時定数の変動を
受けることなく、精密にしかも安定した状態で制御する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の全体の構成を示すブロック図、第
２図（Ａ）、（Ｂ）は第１図装置の制御の流れを示す流
れ図、第３図は動作を説明するタイミング波形図、第４
図は従来装置を示す構成ブロック図、第５図は従来装置
の動作を説明する信号波形図である。 １・−・モータ　　　　　２・・・エンコーダ４４−・
・電流センサー　５０・・−Ａ／Ｄ変換器５３・・・検
出電流補正手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）モータの位置あるいは速度偏差を補償する制御信号
   とモータ電流の偏差に従ってパルス幅変調されたパルス
   を発生させ、このパルスをモータに供給してモータ電流
   を制御する電流制御部を備えたモータ制御装置において
   、パルス幅変調されたパルスの一周期中に複数回モータ
   電流をサンプリングし、サンプリングされたモータ電流
   の平均値をモータ電流として制御を行なうようにしたこ
   とを特徴とするモータ制御装置。