JPH04156289A - サーボモータ駆動制御装置 - 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） 本発明は、サーボモータの駆動制御にマイクロプロセッ
サを利用したサーボモータ駆動制御装置に関するもので
あり、特に制御アルゴリズムの異なる複数種のサーボモ
ータを各種検出器及びインバータを用いて駆動制御する
際に適用して好適なサーボモータ駆動制御装置に関する
。

（従来の技術） マイクロプロセッサは一般に供給される制御プログラム
によってその動作が規定されるので、制御形態や制御対
象に合わせて制御プログラムを設計することにより同一
のハードウェア構成で種々のサーボコントローラを実現
することかできる。

第４図は従来のサーボモータ駆動制御装置の一例を示す
ブロック図であり、マイクロプロセッサを有しているＮ
Ｃ指令部２及びサーボＣＰＩＩ４は電源投入と同時に必
要な初期化処理を行う。初期化終了後、ＮＣ指令部２は
、バブルメモリ等の不揮発性記憶素子により構成され電
源遮断時においても格納データがンＮ失されないように
なっているサーボパラメータ格納部３に予め格納されて
いるサーボ軸制御に関するパラメータを読出し、当該軸
のサーボＣＰＩＩ４に転送する。そして、サーボパラメ
ータ転送後のＮＧプログラム運転可能状態において、Ｎ
Ｃ指令部２は紙テープやフロッピーディスクなどに記録
されたＮＣプログラム１を読込んで解釈を行ない、必要
な動作指令を当該軸のサーボＣＰ［Ｉ４に転送する。サ
ーボＣＰＵ４は制御ソフト格納部５に格納されている制
御ソフトを読出し、この制御ソフトに基づいてＮＣ指令
部２からの動作指令を解釈、実行して当該軸のサーボモ
ータフに対して必要な電流、速度１位置の各ループの制
御演算を行ない、サーボモータフに付加された位置検出
器８からの位置検出データ及びインバータ６からサーボ
モータ７に供給される三相電流の検出値１．、Ｉｖによ
り上記各制御ループに必要な電流、速度１位置の各帰還
データを求めて所定のフィードバック制御を行なうよう
になっている。

なお、制御対象であるサーボモータ７はＤＣＣサーモー
タと同等の制御性能を有し、ブラシがないため寿命か長
く保守性がよいという長所を備えているブラシレスサー
ボモータ（永久磁石型同期室ｔｌｌＩ機）に実用上限ら
れているため、制御ソフト格納部５にはブラシレスサー
ボモータ専用の制御ソフトか格納されている。

ここで、第５図を用いてブラシレスサーボモータの中で
も特に制御特性の良い永久磁石型同期電動機のモータ電
流と発生トルクについて説明する。なお、実用上は４ボ
ールあるいは６ボールのブラシレスサーボモータが多用
されているが、以下では説明を簡略化するために２ポー
ルのブラシレスサーボモータについて示すものとする。

固定子巻線の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）を流れる電流に直交
するるｎ束の密度Ｂｕ、Ｂｙ、Ｂ、は、回転子である永
久６ｎ石の最大磁束密度をＢ。（Ｗｂ／ｍ’）　　とす
るとそれぞれ次式（１）〜（３）で表わされる。

Ｂｕ−ＢＯＣＯＳθ　　　　　　　・・・・・・（１）
Ｂｖ−８０ＣＯ５（θ＋２π／３）・・・・・・（２）
Ｂ、＝　Ｂ、　ｃｏｓ　（θ＋　４　ｒｔ　Ｉ３）　　
−−（３）そして、固定子の三相巻線には最大■。（Ａ
）の次式（４）〜（６）に示すような各相電流１ｕ、Ｌ
、１ｗが流れるように制御されているものとする。

１、＝　　Ｉｏ　ｃｏｓθ　　　　　　　　　　−−−
−−−（４）Ｌ−１ｏｃｏｓ　（θ＋　２π／３）　　
　−−−−・・（５）Ｉｗ・　１ｏ　ｃｏｓ　（θ＋　
４　ｙｒ　Ｉ３）　　　−−（６）固定子巻線の平均半
径を「とし、有効長をＬとすると、発生トルクＴはフレ
ミングの左手の法則により次式（７）で表される。

Ｔ−Ｌｒ（ＩｕｘＢｕ＋ＩｖｘＢＶ＋ｌ、　ＸＢｗ）−
１、ｒ　（ＩｏｃｏｓθＸ　Ｂｏｃｏｓθ”ＩａＣＯＳ
　　（θ＋２ｒｒ　Ｉ３）　　ｘ　８ｏｃｏｓ　（θ＋
２ｙｒ／３）”ＩｏＣＯＳ　（θ◆４π／３１　ｘ　Ｂ
ｏｃｏｓ　（θ＋４π／３））−ＬｒＸ　１．５１０Ｂ
Ｑ −Ｋ、１．　　　　　　　　　　　・・・・・・（７）
ここで、Ｋｔ−１，５１ｒＢ。

従って、サーボモータとして永久磁石型同期電動機を採
用する場合には、サーボモータ駆動制御装置の電流制御
演算は上式（７）の考え方により行なう事になる。

一方、近年の制御技術やパワー素子の発展によりこれま
でもっばら速度制御用のモータとして扱われてきた誘導
電動機か、前述のブラシレスサーボモータと同様に精密
な位置制御を行なうサーボモータとして採用されるよう
になってきた。以下に第６図と第７図を用いて、銹導電
動機制御の核心的技術であるベクトル制御によるトルク
発生について説明する。

第６図は誘導電動機の２次磁束を基準にして考えたモデ
ルを示す図であり、１次巻線として、２次巻線に平行な
起磁力を作る１次ｄ軸巻線と直角な起磁力を作る１次ｑ
軸巻線との２次磁束に同期して回転する２つの巻線を考
えると、 Ｌｌ：１次インダクタンス　ＣＭ”Ｊ２＋）＋２：２次
インダクタンス　（Ｍ＋ｕ２）ここで、　Ｍ・相互イン
ダクタンス １１・１次漏れインダクタンス ρ２：２次漏れインダクタンス である。

このモデルは２極機であり、以後トルクＴＭ、回転速度
ωｒは２極機の値として示す。

２次磁束Φ２に平行な起電力を作る１次ｄ軸電流ｉ２ｄ
はトルクを発生せず、直角な起電力を作る２次ｑ＠を流
１．２　ｑのみがトルクを発生するので、トルクＴＭは
２次磁束Φ２と２次ｑ＠電流１２．．の間に働く力とし
て次式（８）で求めることかできる。

７Ｍ　＝　−１２Ｑ　Φ２　　　　　　　・・・・・・
（８）２次磁束Φ２はｄ軸電流によって作られ、１次ｄ
＠電流ｉ＋ａが２次側に作ろうとする磁束Ｍｉ、ｄと、
２次ｄ軸電流１２ｄ自身が作ろうとする磁束Ｌ２＋２ｄ
　との和となる（次式（９））。

％式％（９） そして、ｄ軸を２次磁束方向に選んたので、ｑ軸方向の
磁束はτとなる（次式（１０）　）。

％式％（１０） 回転子の回転速度をωｒ、２次磁束Φ２の回転速度をω
。とすると、２次巻線は２次磁束Φ２に対してずへり周
波数ωＳ（−ω。−ω「）で相対的に時計方向に回転し
ている。２次ｑ軸巻線は速度起電圧ｅ２ｑを発生し、次
式（１１）　、　（１２）が成り立つ。

ｅ２．−ωＳΦ２　　　　　　　　・・・・・・（１１
）１２Ｑ−２２Ｑ／Ｒ２ 一ωＳΦ２／Ｒ２・・・・・・（１２）ここで、Ｒ２，
２次巻線抵抗 ２次ｄ軸巻線は２次磁束Φ２に平行な起磁力を発生する
位置にあるので速度起電圧は発生せず、２次磁束Φ２の
大きさの変化に対して変圧器起電圧ｅ２ｄを発生し、次
式（＋３）　、　（＋４）が成立する。

ｅ２．−−ｄΦ２／ｄｔ　　　　　　　　　　　　−−
（１３）！２ｄ−ｅ２ｄ／ｌ（；＋ 以上、（８）〜（１４）式か第６１の８六導電動機モデ
ルに成立する基本的な関係である。

そして、上式（ｉｏ）からＩ次ｑＩＩＩＩＩＩ電流１．
９と２次ｑ＠電流１２ｑとの関係（次式（＋５））か求
まる。

−Ｌｌ　２４・Ｍ１１＋＋　　　　　　　　　・・・・
・・（１５）この２次ｑ軸電流１２９を上式（８）に代
入すると、トルクＴＭと１次９軸電流１１ｃの関係が２
次磁束Φ２と１次ｑ＠電流１１ｑとの積としても表わさ
れる（次式（１６）　）。

％式％（１６） また、上式（１４）の１２ｄを上式（９）に代入すると
、２次磁束Φ２と１次ｄ軸電流ｌｌｄの関係か得られる
（次式（１７））。

そして、ラプラス変換後の２次磁束Φ３，１次ｄ軸電流
ｌｉｄをそれぞれΦ２（ｓ）、１Ｉｄ（ｓ）と表記すれ
ば、Φ２（ｓ）に関して次式（１８）が得られる。

Φ２（ｓ）−ｉ＋ａ（ｓ）　ＸＭ／（１＋ｓＬ２／Ｒ２
）　　　−−（１８）すなわち２吹繊束Φ２は１次ｄ軸
電流１１ｄに対して１次遅れの関係となっている。第７
図は各電流の関係を表すベクトル図であり、上式（１６
）。

（１７）かヘク］・ル制御の基礎となる関係式である。

従って、サーボモータとして話導電動機を採用する場合
には、サーボモータ駆動制御装置の電流制御演算は上式
（＋６）　、　（１７）の考え方により行なう事になる
。

サーボモータの回転方向を含む回転速度及び回転位置を
正確に知るための検圧器としてはオプティカルエンコー
ダ、磁気エンコーダ、レゾルバ等か一般的に使用されて
いる。表１にこれらの検出器の特徴等を示す。これら検
圧器の動作原理の差に基づく検出信号処理の詳細な差に
ついては公知であるのでここては述べないが、前述のサ
ーボモータの場合と同様に検出器の種別に応して処理ソ
フトを選ぶ必要かある。

更に、サーボモータへ実際に駆動エネルギーを供給する
インバータについても電圧形インバータ、電流形インバ
ータの種別やＰＡＭ制御、　ＰＷＭ制御等の制御上の区
別か存在する。これら各種のインバータ駆動制御技術に
ついては公知であるのでここでは述べないが、前述のサ
ーボモータ及び検出器の場合と同様にインバータの種別
に応じて処理ソフトを選ぶ必要がある。

（発明が解決しようとする課題） サーボモータの例としてブラシレスサーボモータ（永久
磁石型同期電動機）と誂導電動機を取り上げてトルク発
生の機構を説明したか、このようにサーボモータの種別
か変わるとトルクを発生するための処理か変わり、電流
制御ループの制御ソフトを然るべく変更する必要かある
。従来においては、当該サーボモータに対応じた制御ソ
フトをＲＯＭ等に固定して格納準備して当該サーボｃｐ
ｕに供与していたので、１台のサーボモータ駆動制御装
置にて１種類のサーボモータしか制御てきないという問
題かあった。また、同様の問題は検出器やインバータの
場合にも存在するものである。

本発明は上述した事情から成されたものであり、本発明
の目的は、複数の動作原理の異なるサーボモータの駆動
制御を複数の動作原理の異なる検出器及びインバータに
対応できる制御装置１台で実施することができるサーボ
モータ駆動制御装置を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、サーボモータの制御ソフトと電流帰還信号及
び位置帰還信号に基づいて前記サーボモータの電流、速
度１位置を制御するサーボモータ駆動制御装置に関する
ものであり、本発明の上記目的は、サーボモータ駆動制
御形を構成するサーボモータ、検出器及びインバータの
種別を識別するためのコードを格納する第１の格納手段
と、前記サーボモータ、検出器及びインバータの種別毎
の制御ソフトや処理ソフトを格納する第２の格納手段と
、前記第１の格納手段からの前記コードに応じた前記制
御ソフトや処理ソフトを前記第２の格納手段から選択す
る選択手段とを具備することによって、又は、前記電流
帰還信号を測定して得られるパラメータにより前記サー
ボモータの種別を判定する判定手段と、前記サーボモー
タの種別毎の制御ソフトを格納する格納手段と、前記判
定手段からの判定結果に応じた前記制御ソフトを前記格
納手段から選択する選択手段とを具備することによって
達成される。

（作用） 本願発明にあっては、実際に接続されたサーボモータ、
検出器及びインバータの種別を判定し、当該サーボモー
タ、検出器及びインバータに対応じた制御ソフトや処理
ソフトを選択してから当該サーボモータの駆動制御を行
なうので、１台のサーボモータ駆動制御装置で複数種の
検出器及びインバータに対応することができ、かつ複数
種のサーボモータを駆動制御することが容易に実現でき
る。

（実施例） 第１図は本発明のサーボモータ駆動制御装置の一例を第
４図に対応させて示すプロ・ンク図であり、同一構成箇
所は同符号を付して説明を省略する。ＮＣ工作機械等の
制御対象の仕様が確定した段階でサーボパラメータとし
て何を採用するかが確定するので、サーボパラメータ格
納部３には各制御ループゲインや加減速時定数等の当該
軸のサーボパラメータに加えて、当該軸のサーボモータ
７の種別を示すモータ種別データ、当該軸のサーボモー
タフの位置を検出する位置検出器８の種別を示す検出器
種別データ及び当該軸駆動用のインバータ６の種別を示
すインバータ種別データか格納される。電源投入後のサ
ーボパラメータ転送時にサーボＣＰＵ４はＮＣ制御部２
を介してモータ種別データ、検出器種別データ及びイン
バータ種別データを受取り、モータ識別コード、検出器
識別コード及びインバータ識別コードとしてモータ識別
コード格納部１０１．検出器識別コード格納部１０２及
びインバータ識別コード格納部１０３に格納する。モー
タ識別コード格納部１０１はモータ識別コードにより制
御ソフト選択４３号ＳＬ、を生成して制御ソフト選択部
９に転送する。制御ソフト格納部５１及び５２には、第
１の種別のサーボモータに対応じた制御ソフト及び第２
の種別のサーボモータに対応じた制御ソフトがそれぞれ
格納されており、制御ソフト選択部９はモータ識別コー
ド格納部１０１からの制御ソフト選択信号乳、によりど
ちらか一方の制御ソフトを選択してサーボＣＰＵ４に供
与する。また、検出器識別コード格納部１０２は検出器
識別コードにより処理ソフト１択信号５１．２を生成し
て処理ソフト選択部１２に転送する。処理ソフト選択部
１２は検出器識別コード格納部１０２からの処理ソフト
選択信号乳、に該当する処理ソフトを処理ソフト格納部
６１．６２．・・・、６ｎから選択してサーボＣＰＵ４
に供与する。さらに、インバータ識別コード格納部１０
３はインバータ識別コードにより処理ソフト選択信号Ｓ
Ｌ、を生成して処理ソフ）−選択部１３に転送する。処
理ソフト選択部１３はインバータ識別コード格納部１０
３からの処理ソフト選択信号ＳＬ３に該当する処理ソフ
トを処理ソフト格納部７１，７２．・・・、７ｎから選
択してサーボＣＰ　１１４に供与する。このようにし、
て、当該サーボモータフに対応じた制御ソフト及び当該
検出器、インバータに対応じた処理ソフトが選択され、
サーボＣＰＵ４により電流、速度１位置についての所定
のフィードバック制御が行なわれるようになっている。

第２図は本発明のサーボモータ駆動制御装置の別の一例
を第１図に対応させて示すブロック図であり、第１図示
のモータ識別コード格納部１０の代わりにモータ種別判
定部１１が付加されたものである。このモータ種別判定
部１１の詳細ブロック図は第３図に示すようになり、モ
ータパラメータ記憶部１１ａには予め本システムに接続
する可能性のある複数のサーボモータ自体の電気的パラ
メータ（例えは固定子巻線の抵抗値とかインダクタンス
の値など）　ＲＭＰか、電源投入直後のサーボパラメー
タ転送時にサーボパラメータ格納部３からＮＣ指令部２
及びサーボＣＰＵ４を介して転送され格納される。モー
タパラメータ測定部１１ｃはインバータ６に対する当該
サーボモータ７への印加電圧指令として各相毎にＰＷＭ
制御による電圧指令ＭＣを生成する機能と、この各相即
加電圧と各相に流れる電流の関係より当該サーボモータ
フの固定子巻線抵抗やインダクタンスなどのモータパラ
メータを測定する機能とを有し、電源投入直後の初期化
処理や前述の各種パラメータ転送処理が終了した後に、
サーボＣＰＵ４からの図示しないモータパラメータ測定
開始信号を受けて当該サーボモータフの固定子巻線抵抗
やインダクタンスなとのモータパラメータの測定を行な
う。具体的には、当該サーボモータ停止時においてモー
タ印加電圧かそれぞれＵ相がプラス、■、Ｗ相かマイナ
スとなるようにＰＷＭ制御による電圧指令ＭＣを生成し
てインバータ６に送出し、このインバータ出力電圧であ
る直流電圧を一定時間当該す−ホモータ７に印加した時
のＵ相電流の時間的変化を観測することで当該サーボモ
ータ７の固定子巻線抵抗やインダクタンスなとのモータ
パラメータの測定を行なう。この測定が終了するとモー
タパラメータ測定部１１ｃは測定したモータパラメータ
をモータパラメーター致判定部１１ｂに送る。そして、
モータパラメータ一致判定部１１ｂは、モータパラメー
タ測定部１１ｃから送出されて籾た測定結果とモータパ
ラメータ記憶部１１ａに予め格納されている各種各仕様
のサーボモータのパラメータを測定誤差等の許容範囲な
どを考慮して比較し、実際に接続されたサーボモータ７
の種別を判定して制御ソフト選択信号ＳＬを生成して制
御ソフト選択部９に送出する。以降、第１図で説明した
と同様の動作か行なわれるようになっている。

なお、第１図に示した実施例においては、モータ識別コ
ードはＮＣ指令部２に接続されているサーボパラメータ
格納部３内のモータ種別データを元にして生成するとし
たが、インバータ６あるいは位置検出器８にこのモータ
種別データを保持しておき、初期化処理時にインバータ
６あるいは位置検出器８からこのモータ種別データをサ
ーボＣＰＵ４か受取ってモータ識別コードを生成するよ
うにして゛も同様の効果を呈する。

（発明の効果） 以上のように本発明のサーボモータ駆動制御装置によれ
ば、１台で複数種の検圧器及びインバータに対応でき、
複数種のサーボモータを駆動制御することができるので
、システムの構築コストの低減や装置の管理及びメンテ
ナンスの工数低減。

経費削減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

？；１図は本発明のサーボモータ駆動制御装置の一例を
示すブロック図、第２図は本発明のサーボモータ駆動制
御装置の別の一例を示すブロック図、第３図はその主要
部の詳細例を示すブロック図、第４図は従来のサーボモ
ータ駆動制御装置の一例を示すブロック図、第５図はブ
ラシレスサーボモータ（永久磁石型同期電動機）のモデ
ル例を示す図、第６図は銹導電動機のモデル例を示す図
、第７図はベクトル制御における各電流のベクトルを示
す図である。 】・・・ＮＣプログラム、２・・・ＮＣ指令部、３・・
・サーボパラメータ格納部、４・・・サーボＣＰ［Ｉ　
、５，５１．５２・・・制御ソフト格納部、６・・・イ
ンバータ、７・・・サーボモータ、８・・・位置検出器
、９・・・制御ソフト選択部、］、　０１・・・モータ
識別コード格納部、１０２・・・検出器識別コード格納
部、１０３・・・インバータ識別コード格納部、１１・
・・モータ種別判定部、Ｉｌａ・・・モータパラメータ
記憶部、ｌｌｂ・・・−モータパラメータ一致判定部、
ｌｌｃ・・・モータパラメータ測定部、６１゜６２、・
・・、ｆｉｎ、７１，７２．・・・、７ｎ・・・処理ソ
フト格納部、１２．１３・・・処理ソフト選択部。 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、サーボモータの制御ソフトと電流帰還信号及び位置
   帰還信号に基づいて前記サーボモータの電流、速度、位
   置を制御するサーボモータ駆動制御装置において、サー
   ボモータ駆動制御系を構成するサーボモータ、検出器、
   インバータの種別を識別するためのコードを格納する第
   １の格納手段と、前記サーボモータ、検出器、インバー
   タの種別毎の制御ソフトや処理ソフトを格納する第２の
   格納手段と、前記第１の格納手段からの前記コードに応
   じた前記制御ソフトや処理ソフトを前記第２の格納手段
   から選択する選択手段とを備えたことを特徴とするサー
   ボモータ駆動制御装置。 ２、サーボモータの制御ソフトと電流帰還信号及び位置
   帰還信号に基づいて前記サーボモータの電流、速度、位
   置を制御するサーボモータ駆動制御装置において、前記
   電流帰還信号を測定して得られるパラメータにより前記
   サーボモータの種別を判定する判定手段と、前記サーボ
   モータの種別毎の制御ソフトを格納する格納手段と、前
   記判定手段からの判定結果に応じた前記制御ソフトを前
   記格納手段から選択する選択手段とを備えたことを特徴
   とするサーボモータ駆動制御装置。