JPH03285589A - 直流サーボモータ - 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、ロボット装置等のサーボ制御に用いられる直
流サーボモータに係り、特に正確な速度指令およびトル
ク指令が可能な直流サーボモータに関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は従来の直流サーボモータを示したものである。

第３図において、符号１はマグネット励磁型モータであ
って、電機子２と界磁用の永久磁石３とを有している。

符号４はＰＷＭドライバであって、非安定化電源からな
る図示されない一次電源から供給された直流電圧■をチ
ョッピングして、速度指令信号の大きさに応じてパルス
幅の変化するＰＷＭ出力を発生して、電機子２に供給す
る。符号５は電流センサであって、電機子２の電流帰路
に挿入され、電機子電流値を検出した信号を発生する。

符号６はパルスジェネレータ（ＰＣ）であって、モータ
１に結合され、その回転を検出してパルスからなる出力
信号を発生する。符号７はコントローラであって、電流
センサ５の出力信号によるトルクフィードバックと、パ
ルスジェネレータ６からのパルス信号による位置フィー
ドバックとを受けて、モータ１の回転を外部指令に追従
させるための制御信号を発生する。符号８は周波数／電
圧（Ｆ／Ｖ）変換器であって、パルスジェネレータ６の
パルス周波数に比例した出力電圧を発生して、速度フィ
ードバックを行う。符号９は減算器であって、コントロ
ーラ７の出力信号と、Ｆ／■変換器８の出力信号との差
をとって、ＰＷＭドライバ４に対する速度指令信号を発
生する。

第３図に示された直流サーボモータでは、速度。

位置、トルクのそれぞれのフィードバック量がサーボル
ープを共用しており、トルクフィードバックによる力の
情報と、位置フィードバックによる位置の情報とを切り
替えて、コントローラ内のパラメータを設定することに
よって、ＰＷＭ制御を行うように構成されている。この
ように各種のフィードバック量がサーボループを共用し
ているため、その制御に不安定要素が含まれている。

また、モータ駆動のためのＰＷＭ信号を発生するＰＷＭ
ドライバは、その−次電源が図示されない非安定化電源
であって非安定状態にあり、これも制御の不安定要素と
なるものである。

〔発明が解決しようとする課題］ このように従来の直流サーボモータは、その制御に不安
定要素を有するものであり、これから次のような各種の
問題点を生じている。

■、速速度２置置、トルクそれぞれのフィードバック量
のサーボループのうち、位置ループと速度ループでは、
位置指令と位置フィードバック量の偏差によって速度指
令信号を生成するという、位置と速度の関係がある。し
かしながら、速度ループとトルクループとは、同一手法
で速度指令信号に対して偏差を付加するものであるため
、相互に影響し合って、速度とトルクの間で、互いに制
御のアルゴリズムを明確に構築できない。

■、ＰＷＭ、ライバに対する一次電源が非安定状態であ
るため、−次電源側の変動が直接、モータ駆動電圧に影
響を与える。そのため、指令に対するモータ動作が変動
して安定しない。また−次電源の変動によって、モータ
の絶対的最大パワーを得られなくなる。

第４図は、従来の直流サーボモータのトルク−速度特性
を示したものであって、−次電源側の変動によって、ト
ルクと速度の特性に、斜線を施して示したような変動幅
を生じることが示されている。

ＰＷＭドライバは、一定の一次電圧があることを前提と
して、パルスのデユーティの制御を行うものであるため
、−次電源に変動があると、モータに印加される電圧が
安定しないため、このような変動が発生することを避け
られない。

なお、−次電源側の変動の要因としては、−次側商用電
源の変動、負荷の集中による変動、電線の電圧降下（ラ
インドロップ）等がある。

〔発明の目的〕

本発明は、このような従来技術の課題を解決しようとす
るものであって、直流サーボモータのフィードバック系
における、このような不安定要因を除去して、速度指令
ループとトルク指令ループとに対して、それぞれ明確な
アルゴリズムを構築できるとともに、−次電源変動等に
よる影響を受けないようにして、正確な速度制御および
トルク制御を行うことを可能にした直流サーボモータを
提供することを、その目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、モータと、該モータの回転に応じて
パルスを発生するパルスジェネレータと、該パルスによ
って位置の情報をフィードバックされることによって前
記モータの回転速度を外部指令に追従させる速度制御信
号を発生するとともに、モータのトルクの大きさを指令
するトルク指令信号を発生するコントローラとを有して
いる。

更に、前記パルスの周波数に対応する速度電圧信号を発
生する周波数／電圧変換器と、前述した速度制御信号と
該速度電圧信号との差をとって速度指令信号を発生する
減算器と、 モータの電流を検出する電流センサとを装備している。

ま−た、該電流検出信号をフィードバックされることに
よって前記トルク指令信号に追従して変化する出力電圧
■を発生する安定化電源と、速度指令信号に応じて前記
出力電圧Ｖをパルス幅変調した出力を発生してモータに
供給するＰＷＭドライバとを備える、という構成をとっ
ている。

これによって前述した目的を達成しようとするものであ
る。

〔作用〕

モータ１に対して、パルスジェネレータ６を設けて、モ
ータ１の回転を検出してパルスを発生する。そしてコン
トローラ７は、パルスジェネレータ６のパルスによって
位置の情報をフィードバックされることによって、モー
タ１の回転速度を外部指令に追従させるような速度制御
信号を発生し、またモータ１のトルクの大きさを指令す
るトルク指令信号を発生する。

またパルスジェネレータ６のパルス周波数を電圧に変換
した速度電圧信号を発生し、減算器９で速度制御信号と
速度電圧信号との差をとって速度指令信号を発生する。

一方、電流センサ５でモータ１の電流を検出し、この信
号をフィードバックすることによって、安定化電源１０
でトルク指令信号に追従して変化する出力電圧■を発生
する。そしてＰＷＭドライバ４で速度指令信号に応じて
安定化電源１０の出力電圧■をパルス幅変調した出力を
発生してモータ１に供給する。

従って、本発明の直流サーボモータでは、速度指令ルー
プとトルク指令ループとが分離しているので、それぞれ
に対して明確なアルゴリズムを構築することができるよ
うになるとともに、モータを駆動するＰＷＭドライバ４
の電源として安定化電源１０を用いたので、−次電源変
動等による影響を受けることがなく、正確な速度制御お
よびトルク制御を行うことができる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示したものであって、第°
３図におけると同じものを同じ番号で示している。符号
１０は安定化電源（ボルテージレギュレータ）であって
、入力電源の変動に対してその出力電圧が安定化されて
いるとともに、外部からの指令に応じてその出力電圧を
変化することができるものである。

本実施例の直流サーボモータは、モータ１と、該モータ
１の回転に応じてパルスを発生するパルスジェネレータ
６と、該パルスによって位置の情報をフィードバックさ
れることによって前記モータ１の回転速度を外部指令に
追従させる速度制御信号を発生するとともに、モータ１
のトルクの大きさを指令するトルク指令信号を発生する
コントローラ７と、前述したパルスの周波数に対応する
速度電圧信号を発生する周波数／電圧変換器８と、前記
速度制御信号と該速度電圧信号との差をとって速度指令
信号を発生する減算器９と、前記モータ１の電流を検出
する電流センサ５と、該電流検出信号をフィードバック
されることによって前記トルク指令信号に追従して変化
する出力電圧Ｖを発生する安定化電源１０と、前記速度
指令信号に応じて前記出力電圧■をパルス幅変調した出
力を発生して前記モータ１に供給するＰＷＭドライバ４
とを備えたものである。

第１図に示された直流サーボモータにおいては、従来の
直流サーボモータの制御における、サーボループの共用
と、ＰＷＭドライバに対する一次電源の非安定という、
二つの不安定要素から生じる問題点が解決されている。

サーボループの共用による従来技術の不安定要素は、速
度ループとトルクループが速度指令信号を共用している
ために生じるものである。本発明の直流サーボモータで
は、トルクループを速度指令信号から切り離して、第１
図に示されるようにトルク指令信号による、独立したサ
ーボループを形成している。

すなわち、電機子２の電流帰路に挿入された電流センサ
５によって検出された電機子電流値を、トルク検出信号
として安定化電源１０にフィードバックする。

これによって、安定化電源１０はコントローラ７から出
力されるトルク指令信号に応じて出力電圧■を変化し、
従ってコントローラ７に外部から与えられる指令に応じ
て、ＰＷＭドライバ４の発生するＰＷＭ出力の振幅が変
化するので、モータ１のトルクを外部指令に追従させる
制御が行われる。

第３図に示された従来の直流サーボモータでは、速度指
令信号が速度以外の情報を含んでサーボループを形成し
ていたのに対し、本発明の直流サーボモータでは、速度
の制御要因をフィードバックする速度のサーボループと
、トルクの制御要因をフィードバックするトルクのサー
ボループとが分離されており、それぞれの制御アルゴリ
ズムを明確に構築できるようになっている。

また、トルクループにおける制御は、ＰＷＭドライバ４
に対する一次電源を安定化電源１０から供給するように
し、その出力電圧■を制御することによって行っている
。このようにモータ１を駆動する電源そのものが制御さ
れるため、トルク−速度特性によるパワーの制御が行わ
れる。

第２図は、本発明におけるモータ１のトルク速度特性を
示したものである。同図に示されるように、安定化電源
１０からの出力電圧の、ｒｙ。

→■２→Ｖ３　　（Ｖ＋　＞ＶＺ　＞Ｖ３　）Ｊの変化
に伴って、トルク−速度の特性は、ｒ　（Ｔ、−ｎ＋　
）→（’ｒｚ　−ｎｚ　）　−）　（Ｔａ　−ｎｚ　）
　Ｊに変化する。

このように−次電源によりトルクを制御でき、従ってト
ルク−速度特性によるパワーの制御が行われる。そのた
め本発明によれば、トルクの制限を指令値通りに制御す
ることが可能となる。

安定化電源１０は、入力電源が変動しても、出力電圧に
変化を生じないので、これをモータ１２を駆動するＰＷ
Ｍドライバ４の一次電源として使用することによって、
モータ動作の安定化を図ることができる。

これらのことから本発明の直流サーボモータでは、容易
にトルクの可変制御を行うことができるので、トルクリ
ミッタの必要な用途、例えばパリとり装置等に適用した
場合、極めて好都合である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、ＰＷＭ制御を行
う直流サーボモータにおいて、ＰＷＭドライバを駆動す
る一次電源を安定化電源とし、この安定化電源をトルク
フィードバックによって制御するようにしたので、速度
指令サーボループとトルク指令サーボループとの系統分
離が可能となり、それぞれの制御アルゴリズムを明確に
構築できるようになる。

さらにサーボモータ駆動用−次電源を安定化電源とした
ので、入力電源および負荷変動による影響を受けなくな
り、速度指令およびトルク指令に対する正確な制御を行
うことが可能になるという従来にない優れた直流サーボ
モータを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は本発明に
おけるモータのトルク−速度特性を示す図、第３図は従
来の直流サーボモータを示す図、第４図は従来のモータ
のトルク−速度特性を示す図である。 １−モータ、４・−ＰＷＭドライバ、５−電流センサ、
６−パルスジェネレータ、７−コントローラ、８−周波
数／電圧変換器、９−減算器、１０安定化電源。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、モータと該モータの回転に応じてパルスを発生
   するパルスジェネレータと、該パルスによって位置の情
   報をフィードバックされることによって前記モータの回
   転速度を外部指令に追従させる速度制御信号を発生する
   とともに、モータのトルクの大きさを指令するトルク指
   令信号を発生するコントローラとを有し、 前記パルスの周波数に対応する速度電圧信号を発生する
   周波数／電圧変換器と、前記速度制御信号と該速度電圧
   信号との差をとって速度指令信号を発生する減算器と、
   前記モータの電流を検出する電流センサとを装備し、 該電流検出信号をフィードバックされることによって前
   記トルク指令信号に追従して変化する出力電圧Ｖを発生
   する安定化電源と、前記速度指令信号に応じて前記出力
   電圧Ｖをパルス幅変調した出力を発生して前記モータに
   供給するＰＷＭドライバとを備えたことを特徴とする直
   流サーボモータ。