JPH0429580A - サーボモータ制御装置 - 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】 技術分野 本発明はサーボモータ制御装置に関し、特に機械を制御
する位置め用多相同期型ＡＣサーボモータの制御方式に
関するものである。

従来技術 ＩＣ製造装置等の精密位置決め機械に使用されるＡＣサ
ーボモータでは、その停止時に極端に振動か嫌われるた
めに位置決め時の制御は精度が要求される。

第８図は従来のこの種のＡＣサーボモータ制御装置のブ
ロック図である。位置制御器１は位置指令信号ａとパル
ス出力型エンコーダ７Ａからの位置フィードバック信号
（切替器１０を経ている）とにより速度指令信号を発生
する。

速度制御器２はこの速度指令信号と速度検出器９（位置
フィードバック信号を微分する機能を有する）からの速
度フィードバック信号すとにより電流指令信号Ｉを発生
する。

電流制御部３０はこの電流指令信号■と電流検円部８Ｕ
、８Ｖからの電流フィードバック信号Ｉυ、Ｉｖ、Ｉｗ
とを用いて電圧指令信号Ｕｌ、Ｖ１、Ｗｌを発生する。

電圧制御器４及びインバータアンプ５は電圧指令信号Ｕ
１．Ｖ１．Ｗｌを用いて３相駆動信号■ｕ、Ｖｖ、Ｖｖ
を生成し、モータ６の相駆動電圧とする。

エンコーダ７Ａ及び７Ｅはモータ６の位置フィードバッ
ク信号を生成するものであり、エンコーダ７Ａはパルス
出力型であり、エンコーダ７Ｂはアナログ出力型である
。

速度検出器９はエンコーダからの位置フィードバック信
号を微分して速度フィードバック信号すを生成するもの
であり、切替器１０はエンコーダ７Ａの出カドエンコー
ダ７ＢのＡ／Ｄコンバータ１３の出力とを択一的に位置
フィードバック信号として導出するものである。

切替指令器１２は位置指令信号ａと速度フィードバック
信号すとに基づいて切替器１０の切替指示をなすもので
ある。

位置指令信号ａがアクティブになると、パルス出力型エ
ンコーダ７Ａの出力が位置フィードバック信号すとして
切替器１０により選択され、このフィードバック信号す
により位置制御、速度制御、電流制御等がなされて、モ
ータ６は回転する。

そして、停止位置に達すると、位置指令信号ａがインア
クティブとなりモータ回転速度が低下する。それに伴っ
て速度フィードバック信号ａも低下し、この信号ａによ
り停止が確認された時点て、切替指令器１２により切替
指示が行われる。

これに応答して、切替器１０はアナログ出力型エンコー
ダ７ＢのＡ／Ｄコンバータ出力を選択して位置制御を行
うようになっている。

いま仮に、アナログ出力型エンコーダ７Ｂを設けない場
合には、パルス出力型エンコーダ７Ａの出力により停止
時の位置制御が行われることになるが、そのとき、当該
エンコーダの１パルス以下の位置については、フィード
バック信号が無いために、モータの位置が定まらないこ
とになる。故に、モータが＋１パルス動いて初めて位置
フィトパック信号が認識可能となり、これに伴って逆に
モータを動かそうと動作する。

逆に動いて一１パルス入力されると、今度は初めの方向
に動くという動作を繰返す。これが停止振動を発生する
原因となる。

そこで、切替器１０によりこのフィードバックループを
切離し、アナログ出力型エンコーダ７Ｂのアナログ出力
を用いて前述の１パルス以下の不感帯により発生するモ
ータの停止振動を防止するようになっているのである。

この様な従来のサーボモータの位置制御装置では、位置
フィードバックとしてパルス出力型エンコーダ７Ａとア
ナログ出力型エンコーダ７Ｂとの２つを設ける必要があ
り、またＡ／Ｄコンバータ１２をも必要とし、ハードウ
ェア量が増大すると共にコストアップの要因ともなって
いる。

発明の目的 そこで、本発明はこの様な従来技術の欠点を解決すべく
なされたものであって、その目的とするところは、ハー
ドウェア的に大となるアナログ出力型エンコーダやその
エンコーダ出力をＡ／Ｄ変換するコンバータをなくしつ
つ停止時の振動をもなくし得るようにしたサーボモータ
制御装置を提供することにある。

発明の構成 本発明によれば、位置フィードバック信号を発生するエ
ンンコーダと、位置指令信号と前記位置フィードバック
信号とにより速度指令信号を発生する位置制御部と、前
記速度指令信号と速度検出部からの速度フィードバック
信号とにより電流指令信号を発生する速度制御部と、前
記電流指令信号と電流検出部からの電流フィードバック
信号とによりモータ駆動信号を発生する電流制御部とを
含む多相同期型ＡＣサーボモータの制御装置であって、
モータ回転子の回転角に夫々対応した相毎のベクトル電
圧を発生する電圧ベクトル発生手段と、前記位置指令信
号と前記速度フィードバック信号とに基づいて、前記電
流制御部の出力と前記電圧ベクトル発生手段の出力とを
択一的に導出する選択−手段とを含むことを特徴とする
サーボモー夕制御装置が得られる。

実施例 次に、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は本発明の実施例のブロック図であり、第８図と
同等部分は同一符号により示している。

第８図と異なる部分について述べれば、第８図における
アナログ出力型エンコーダ７Ｂ及びその出力をＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄコンバータ１３とを省き、その代りにベク
トル電圧発生器１１を設け、切替器１０として電流制御
部３０の出力と電圧ベクトル発生器１１の各相毎のベク
トル電圧Ｃｕ。

Ｃｖ、Ｃｗとを択一的に導出して電圧制御器４の入力Ｕ
１．Ｖ１．Ｗｌとしている。

尚、電流制御部３０は電流制御器３からなっており、こ
の電流制御器３は第２図に示す如く、速度制御器２から
の電流指令信号Ｉに対し、エンコーダ７Ａからの位置フ
ィードバック信号ＰＦＢに基づいて公知の移相器３ｄに
よって生成される３相電圧を乗算器３ａ〜３ｃにて掛は
合せて３相電流指令信号Ｉ　ｕｌ、　　Ｉ　ｖ　１　、
　　Ｉ　ｖｌを出力する構成である。

電圧発生器４は、第３図に示す如く、３相共に同一の構
成であり、各人力Ｕｌ、Ｖｌ、Ｗｌに対してＰ　Ｉ　（
Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｔｅｇｒａｌ　）の増
幅器を構成しており、入力Ｕｌ、Ｖｌ、Ｗｌについて各
回路要素で決定される増幅を行うものである。

ベクトル電圧発生器１１は第４図に示す如き構成である
。リングカウンタｌ１ｇは位置指令信号ａのアクティブ
に応答してその内容がアップ若しくはダウンカウントさ
れる。モータ６の１回転に相当する長さの位置指令が入
力されると、その内容は元の値に戻り、更に位置指令信
号の入力が続けば再びその元の値からカウントが続行さ
れる。

ディジタル加算器１１ｄはリングカウンタ１１ａの出力
と固定値にとの値を加算して出力するものであり、ｋの
値はリングカウンタｌｌａの最大値の１／３の値に設定
される。また、この加算器１１ｄの最大値はリングカウ
ンタｌｌａの最大値と等しく設定されている。

この様にすることにより、リングカウンタの出力と加算
器の出力との位相差が（２／３）π（１２０度）となる
。よって、これ等両出力がＤ／Ａコンバータｌｌｂ、ｌ
ｌｃによりアナログ電圧とされ、Ｕ相のベクトル電圧Ｃ
ｕ、Ｖ相のベクトル電圧Ｃｖとなって出力される。

そして、加算器１１ｆによりベクトル電圧ＣｕとＣｖと
を加算して、Ｗ相のベクトル電圧Ｃｖを得る。こうする
ことにより、これ等３相の各ベクトル電圧は位相差が互
いに１２０度づつずれた信号となり、例えば第７図の位
置指令信号ａに応答して、ベクトル電圧Ｃｕ、Ｃｖ、Ｃ
ｗは図の如＜１２０度の位相差を有する正弦波状電圧と
なるのである。

モータ６はマグネットを回転子に持っ３相同期型ＡＣサ
ーボモータであり、駆動電圧パターンとして、第５図に
示す如き正弦波を用いる正弦波駆動型サーボモータを前
提とする。第６図はかがるサーボモータの原理図であり
、６ａ、６ｂ、６ｃは固定子に配置された３相巻線であ
り、６ｄはマグネットであって回転子を構成する。

これ等３相巻線の各端子に第５図に示した正弦波交流電
圧を印加すると、回転磁界Φが発生し、その回転磁界の
磁力線に一致する方向に沿ってマグネット６ｄが回転す
る。

いま仮に、この電圧パターンを第５図に示した停止位置
αに固定すると、３相巻線が作る磁力線Φか第６図の角
度αの方向に固定され、よって回転子であるマグネット
６ｄも同じくαの位置に固定されることになる。かかる
原理を利用して位置決めを行うのが本実施例である。

第７図に本実施例の動作タイミングチャートが示されて
おり、位置指令信号ａが図の如くアクティブになると、
切替指令器１２から指令信号ｄが高レベルから低レベル
となり、切替器１０はＸ側に切替わる。よって、フィー
ドバックループが生成されるので、速度フィードバック
信号すも立上る。

同時に電圧ベクトル発生器１１から、モータ回転開始直
前の初期値として第７図に示す各相ベクトル電圧Ｃｕ、
Ｃｖ、Ｃｖが発生される。このベクトル電圧は第５図の
相駆動電圧と相似波形となっている。

位置指令信号ａが立下ってインアクティブになると、モ
ータ回転速度が低下し、速度フィードバック信号すの値
も降下する。この速度フィードバック信号すによりモー
タ停止が確認されると、切替指令器１２からの指令信号
ｄが低レベルから高レベルとなり、切替器１０はＹ側に
切替わる。

このタイミングで、電圧ベクトル発生器１１は停止し、
各相のベクトル電圧はその時の電圧値を保持する。よっ
て、モータ６への印加電圧はその時の電圧値となって各
相に印加され、例えば、第５．６図に示した位置αにて
停止しかつ固定可能となるのである。

このとき、制御系は位置ループ制御を構成しておらず、
オープンループの状態であるために、従来技術で述べた
、位置検出器９からの１パルスの不感帯に起因する停止
振動は原理的に生じないことになる。

この様に、制御構造を切替えるようにし、回転時と停止
時とて別々に制御しているので、サーボモータを安定に
動作させることができる。上記−連の動作は、ソフトウ
ェア制御によるディジタルサーボ系では、ソフトウェア
の追加によって容易に実現できる。

尚、上記実施例では３相同期型ＡＣサーボモータについ
て述べたが、多相同期型ＡＣサーボモータに適用可能で
ある。

発明の効果 叙上の如く、本発明によれば、１パルスの不感帯による
発生するモータの停止振動を完全に除去してハードウェ
アの増大なしに精密な位置決め制御が可能となるので、
ＩＣ製造装置等の精密位置決め装置を小型かつ安価とす
ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロック図、第２図は電流制
御器の例を示す回路図、第３図は電圧制御器の例を示す
回路図、第４図は電圧ベクトル発生器の例を示す回路図
、第５図は３相同期型ＡＣサーボモータの駆動電圧波形
図、第６図は正弦波駆動型３相同期モータの原理図、第
７図は本発明の実施例の動作を示す波形図、第８図は従
来例を示すブロック図である。 主要部分の符号の説明 １・・・・・・位置制御器 ２・・−・・・速度制御器 ３・・・・・・電流制御器 ４・・・・・・電圧制御器 ６・・・・・・モータ ７Ａ・・・・・・エンコーダ ９・・・・・・速度検出器 １０・・・・・・切替器 １１・・・・・・電圧ベクトル発生器 １２・・・・・・切替指令器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）位置フィードバック信号を発生するエンンコーダ
   と、位置指令信号と前記位置フィードバック信号とによ
   り速度指令信号を発生する位置制御部と、前記速度指令
   信号と速度検出部からの速度フィードバック信号とによ
   り電流指令信号を発生する速度制御部と、前記電流指令
   信号と電流検出部からの電流フィードバック信号とによ
   りモータ駆動信号を発生する電流制御部とを含む多相同
   期型ＡＣサーボモータの制御装置であって、モータ回転
   子の回転角に夫々対応した相毎のベクトル電圧を発生す
   る電圧ベクトル発生手段と、前記位置指令信号と前記速
   度フィードバック信号とに基づいて、前記電流制御部の
   出力と前記電圧ベクトル発生手段の出力とを択一的に導
   出する選択手段とを含むことを特徴とするサーボモータ
   制御装置。