JPH04344185A - 電動機の制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電動機の回転速度及
び回転位置を制御する制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１３は、電動機の回転速度を制御する
制御装置の概略構成を示すブロック図であり、図におい
て、１は電動機、２はエンコーダ（本実施例では、分解
能３０００ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖの２相パルスエンコーダ
とする）、３は電流センサ、４は電流制御アンプ、５は
速度制御アンプ、６はＡ／Ｄ変換器７からの入力をエン
コーダ２から検出した電動機１の速度に換算するための
入力換算定数、７はＡ／Ｄ変換器（本実施例では、１２
ｂｉｔのＡ／Ｄ変換器でＨ／Ｗ的に入力が１０Ｖ加えら
れると出力が４０９６、０Ｖのとき０となるように構成
されているものとする）、このＡ／Ｄ変換器７により電
動機１の速度は０Ｖのとき０ｒｐｍ、１０Ｖのとき２０
００ｒｐｍになるようにする。また、８は速度検出器（
本実施例では、２相パルスエンコーダの各パルスのエッ
ヂにより４テイ倍（分解能１２０００ｐｕｌｓｅ／ｒｅ
ｖ）としてカウンタで計数し、該カウント値を１．０２
４ｍｓごとにサンプリングして速度を検出するものとす
る）である。以上の構成要素の内、電流制御アンプ４，
速度制御アンプ５，入力換算定数６，速度検出器８の部
分（図中では、９の部分に該当）がＣＰＵによって処理
されている。

【０００３】また、図１４は、図１３に示したものと同
様、電動機の回転速度を制御する制御装置のその他の実
施例を示すブロック図であり、図において、１０は１０
ｂｉｔのＩ／Ｏポートである。該Ｉ／Ｏポート１０によ
り外部からの電動機の速度指令をバイナリーデータとし
て入力する。ここで、バイナリーデータが０のとき電動
機の速度を０ｒｐｍ、バイナリーデータが１０２４のと
き電動機の速度を２０００ｒｐｍに制御するものとする
。なお、その他の構成要素は、図１３に示したものと同
一のため省略する。

【０００４】次に、図１３に示した制御装置の動作につ
いて説明する。電動機１が２０００ｒｐｍで回転してい
ると仮定すると、エンコーダ２と速度検出器８により、
以下のように電動機１の速度を検出している。エンコー
ダ２が１２０００ｐｕｌｓｅ／ｒｅｖで、電動機１が２
０００ｒｐｍよりフィードバックパルス周波数は（１２
０００×２０００）／６０＝４００ｋｐｕｌｓｅ／ｓ’
となる。このフィードバックパルス周波数を速度検出器
８により１．０２４ｍｓごとにサンプリングしているの
で、この速度におけるサンプリングデータは４００ｋｐ
ｕｌｓｅ／ｓ’×１．０２４ｍｓ＝４０９．６（但し、
ＣＰＵで処理しているので小数点データはないが説明の
ために小数点も考えることにする）となる。

【０００５】電動機１の制御装置は、速度指令（Ａ／Ｄ
変換器７からの入力）で与えた速度になるように電動機
１の速度を制御する。すなわち、Ａ／Ｄ変換器７の入力
は、入力換算定数６の出力と速度検出器８の出力を常に
一致するように制御することになる。ここで、入力換算
定数６を１／１０に設定しておけば速度指令として１０
Ｖ（２０００ｒｐｍとなる速度指令）が与えられたとき
、Ａ／Ｄ変換器７の出力は４０９６となる。従って、入
力換算定数６の出力は４０９６×１／１０＝４０９．６
となり、前述した２０００ｒｐｍ時の電動機１の速度と
一致する。

【０００６】なお、速度制御アンプ５は、入力換算定数
６と速度検出器８の誤差を増幅し、該誤差が零になるよ
うに電動機１の電流指令を生成する。電流制御アンプ４
は前記電流指令と電流センサ３の出力との誤差を増幅し
、電流指令通りの電流が電動機１に流れるように制御し
ている。電動機１は制御装置から流される電流に電動機
１の発生トルクが比例するように構成してあり、これに
より電動機１を加速させるときは電流を増し、減速させ
るときは電流を減らして電動機１の速度を制御する。

【０００７】次に、図１４に示した制御装置の動作につ
いて説明する。図１３に示したものと同様に速度指令で
動作する場合（但し、速度指令として１０ｂｉｔのバイ
ナリーデータで与えられる場合を考える）、図１３に示
した電動機と同様電動機１の速度が２０００ｒｐｍのと
きには速度検出器８の出力は４０９．６である。従って
入力換算定数６を１／２．５にする。２０００ｒｐｍの
速度指令にするには外部から１０２４のバイナリーデー
タが入力されるので、入力換算定数６の出力は１０２４
×１／２．５＝４０９．６となり、この場合も電動機１
は２０００ｒｐｍの速度で制御されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の電動機の制御装
置は以上のように構成されており、図１３或いは図１４
に示したように外部入力Ｉ／Ｆ（図１３の場合はＡ／Ｄ
変換器７、図１４の場合はＩ／Ｏポート１０）や入力換
算定数６等が、その電動機の制御装置の仕様に合わせて
固定となっていたので、この電動機の制御装置を使用す
るユーザの用途ごとに異なる仕様（図１３、図１４に示
した例では、速度指令の入力をアナログ入力にしたり、
デジタルのバイナリー入力にしたりする仕様）の電動機
の制御装置が必要となりＨ／Ｗ及びＳ／Ｗの種類が増え
てしまうという問題点があった。

【０００９】また、ユーザのニーズは無数にあり、従来
の電動機の制御装置のように固定した仕様をもったもの
では全てのユーザのニーズに対応できる種類の制御装置
を製作することは不可能であった。

【００１０】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、簡単なプログラム或いはパラメ
ータの入力によって、安価に種々のニーズを持ったいか
なるユーザに対しても対応できるユーザ専用のユーザ仕
様による電動機の制御装置を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る電動機
の制御装置は、外部機器からのデータ間、外部機器から
のデータと内部で設定したパラメータ間、電動機の制御
装置内で電動機の制御のために用いる制御諸量（例えば
、制御諸量としては速度指令や電流指令、速度フィード
バック（速度検出器の出力）、電流フィードバック（電
流センサの出力）など）と外部機器からのデータ或いは
パラメータ間で任意の演算処理（和，差，積，商等）が
でき、プログラム或いはパラメータの設定により上記演
算処理を自由に変更できるようにしたものである。

【００１２】また、第２の発明に係る電動機の制御装置
は、上記演算処理の結果を制御装置内の任意の制御諸量
として使用できるようにしたものである。

【００１３】更に、第３の発明に係る電動機の制御装置
は、上記演算処理を電動機の制御装置における内部処理
周期に同期させて一定の周期で実行できるようにしたも
のである。

【００１４】

【作用】任意の演算処理をプログラム或いはパラメータ
の設定ができることにより、１台の電動機の制御装置が
前記演算結果を付加することにより種々の異なる仕様を
もった電動機の制御装置にプログラム或いはパラメータ
により変更することができる。

【００１５】また、電動機の制御装置の使用方法として
、電動機のトルクを制御するトルク制御装置としての用
法、電動機の速度を制御する速度制御装置としての用法
、電動機の回転位置を制御する位置制御装置としての用
法があるが、前記の任意演算処理の結果をどの制御装置
（トルク、速度、位置）に対しても任意に適用すること
ができる。

【００１６】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１０は、この発明を説明するためのＨ／Ｗ構成
例である。図において、１１は電動機の制御装置の主回
路であり、ダイオードブリッヂ１１ａ，トランジスタブ
リッヂ１１ｂ，平滑用電解コンデンサ１１ｃ及び回路ブ
レーキ抵抗１１ｄとトランジスタ１１ｅより構成されて
いる。

【００１７】また、１２は装置各部を制御するＣＰＵで
あり、電動機１の制御に関するすべての処理を行なって
いる。１３はＲＯＭ、１４はＲＡＭであり、制御諸量は
全てこのＲＡＭ１４内にアドレスされている。１５はＥ
２　ＰＲＯＭでパラメータが入力されており、図中のＡ
，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅはパラメータを示し、各々１６ｂｉｔ
データである。１６は２つのアナログ入力Ｉ／Ｆ（Ａ／
Ｄコンバータ構成）であり、以下、本入力データをＡＩ
０、ＡＩ１とする。１７はデジタル入力Ｉ／Ｆであり、
以下、本入力データをＤＩ０（１０）とする。ここでＤ
Ｉ０（１０）の０はビット０から１０ビット分のデータ
であることを示す。１８はカウンタ入力Ｉ／Ｆであり以
下、本入力データをＳＩ０、ＳＩ１とする。カウンタ入
力Ｉ／Ｆ１８は外部から入力されたパルス列をカウント
するカウンタが２つ内蔵されている。また、４０はプロ
グラムを設定するためのパソコン或いは専用のプログラ
ム設定装置であり、４１は該パソコン或いは専用のプロ
グラム設定装置４０から入力されたプログラムのための
シリアル通信Ｉ／Ｆである。図１０におけるＨ／Ｗ構成
は従来の電動機の制御装置と何ら変わるところはない。

【００１８】次に、図１１は、本発明による電動機の制
御装置の全体構成を示す説明図であり、図１２は、その
制御動作を示すフローチャートである。図１１において
、４２はＨ／Ｗ入力部であり、図１０に示したアナログ
入力Ｉ／Ｆ１６、デジタル入力Ｉ／Ｆ１７、カウンタ入
力Ｉ／Ｆ１８を備えている。４３は内部パラメータであ
り、図１０に示したＥ２　ＰＲＯＭ１５から構成されて
いる。４４はプログラム部であり、４５は制御ループ（
１），制御ループ（２），制御ループ（３）を有するサ
ーボモータ制御部である。

【００１９】以上の構成において、その動作を図１２に
示したフローチャートにより説明する。まず、Ｈ／Ｗ入
力部４２のデータを取り込み（Ｓ４６）、次に、内部パ
ラメータ４３のＥ２　ＰＲＯＭ１５からデータを取り込
む（Ｓ４７）。その後、プログラム部４４によりプログ
ラムが実行される（Ｓ４８）。但し、プログラムによっ
て実行内容は異なり、制御ループが（１）か否かを判別
する（Ｓ４９）。その結果、制御ループが（１）である
と判別された場合には、サーボモータ制御部４５におい
て制御ループ（１）によるサーボモータの制御が実行さ
れる（Ｓ５０）。反対に、ステップ４９にて制御ループ
が（１）ではないと判別された場合には、続けて制御ル
ープが（２）か否かを判別する（Ｓ５１）。その結果、
制御ループが（２）であると判別された場合には、サー
ボモータ制御部４５において制御ループ（２）によるサ
ーボモータの制御が実行される（Ｓ５２）。反対に、ス
テップ５１にて制御ループが（２）ではないと判別され
た場合には、サーボモータ制御部４５において制御ルー
プ（３）によるサーボモータの制御が実行される（Ｓ５
３）。

【００２０】図１０に示したＨ／Ｗを用いたこの発明の
一実施例を図１に示す。図において、１９は位置制御ア
ンプ、２０はパラメータＡで商をとることを示す。２１
はデジタル入力のビット０〜ビット１０までのバイナリ
ーデータで積をすることを示す。２２はカウンタ入力Ｓ
Ｉ０であり、２３はカウンタ入力ＳＩ１である。従って
、このプログラムは以下の式の通りである。

【００２１】

【数１】

【００２２】次に動作について説明する。エンコーダ２
のパルス数、速度制御アンプ５までの動作については図
１０に示したものと同一であるので説明を省略する。ま
ず、位置制御アンプ１９の動作について説明する。位置
制御アンプ１９は位置指令（本実施例の場合、パラメー
タＡ２０の出力）とエンコーダ２からのフィードバック
パルスが一致するように制御する。

【００２３】図１は、上記プログラムの演算結果を、サ
ンプリング周期を４．０９６ｍｓとすると、この期間で
の位置指令入力データである制御諸量（ｒｐ）に代入す
るという例である。

【００２４】ここで、カウンタＩ／Ｆ１８のカウンタ０
に１００ｋｐｐｓのパルスが入力され、カウンタ１には
パルスが入力されない場合を考える。また、カウンタ０
に６ｓｅｃ間だけ入力され、パラメータＡを１０２４、
デジタルＩ／Ｆ１７の０〜１０ビットにバイナリーで５
１２を設定した場合を考える。

【００２５】時間ｔ＝０からパルスを入力するとｔ＝４
．０９６ｍｓ後にはＳＩ０入力はＳＩ０＝１００ＫＰＰ
Ｓ×４．０９６ｍｓ＝４０９．６パルスとなる。従って
、位置指令ｒｐはｒｐ＝４０９．６×５１２×１／１０
２４＝２０４．８パルスとなるので、電動機はｔ＝０の
位置から２０４．８パルスの位置へ回転するように制御
される。同様にｔ＝８．１９２ｍｓ後には４０９．６パ
ルスの位置へ向かうように制御される。また、５ｓｅｃ
後にはカウンタ０には累計５００Ｋ　パルスが入力され
るので、ｒｐの累計は２５０Ｋパルスとなり電動機は最
初の位置より２５０Ｋパルス進んだ位置（すなわち、２
５０Ｋ　パルス／１２０００パルス＝２５回転）になる
。

【００２６】同様に、デジタルＩ／Ｆ１７のバイナリー
データを２５６にセットして、同様のパルスを入力する
と５ｓｅｃ後には電動機は最初の位置より１２５Ｋ　パ
ルス進んだ位置（すなわち、１２５Ｋ　パルス／１２０
００パルス＝１２．５回転）になる。このように同一の
パルスを入力してもデジタルＩ／Ｆ１７の設定値を変え
ることにより移動量を変えることができる。

【００２７】図２に、上記図１の応用例を示す。ベルト
コンベア５５にエンコーダ２を取り付け、該エンコーダ
２の入力ＳＩ０（２２）に入力する。ＤＩ０〜ＤＩ１０
（２１）の設定及び予めセットしておいたデータＡによ
り、ＳＩ１（２３）にパルス列が入力されたとき、リク
タ５６がベルトコンベア５５と同一速度になるように調
整する。リクタ５６がベルトコンベア５５上の搬送物５
７と同期してリフトした後、ＳＩ１（２３）にパルス列
を入力する。パルス列を入力した分だけ、搬送物５７は
ベルトコンベア５５より相対位置が後方に後退する。こ
のように、搬送物５７を一定量だけ後方にずらす制御を
実行することができる。

【００２８】次に、この発明に係る他のプログラム例を
図３に示す。図において、２４はアナログＩ／Ｆ１６の
入力ＡＩ０、２５はアナログＩ／Ｆ１６の入力ＡＩ１で
あり、このプログラムは以下の式の通りである。

【００２９】

【数２】

【００３０】ここで、パラメータＡを１０とし、アナロ
グＩ／Ｆ１６は２つとも入力電圧が０Ｖのときデータ０
、入力電圧が１０Ｖのときデータ４０９６とする。まず
、アナログ入力として、ＡＩ０（２４）に１０Ｖ、ＡＩ
１（２５）に０Ｖを入力した場合、速度指令ｒｖはｒｖ
＝（４０９６−０）×１／１０＝４０９．６となり、図
１３に示した場合と同様に電動機１は２０００ｒｐｍと
なる。

【００３１】また、ＡＩ０（２４）に１０Ｖ、ＡＩ１（
２５）に５Ｖを入力すれば、ｒｖ＝（４０９６−２０４
８）×１／１０＝２０４．８となり電動機１は１０００
ｒｐｍとなる。この実施例においては、電動機１の速度
を２つのアナログ入力で制御することが可能となる。

【００３２】次に、この発明に係る他のプログラム例を
図４に示す。図において、２６は図５に示すサインデー
ブル、２７はパラメータＢであり、Ｂで割算を実施し、
その余りを出力する。このプログラムは以下の式の通り
である。

【００３３】

【数３】

【００３４】次に動作を説明する。カウンタＩ／Ｆ１８
の入力として１０２４ｐｐｓを入力し、Ｂ＝１０２４、
Ａ＝８０とする。ｔ＝０のときカウンタ値ＳＩ０＝０と
すると、プログラムによりＭＯＤ（０／１０２４）＝０
よりテーブルデータ＝０、よってｒｖ＝０×１／８０＝
０となり、電動機１の速度は０ｒｐｍになるように制御
される。ｔ＝０．２５ｓｅｃ後にはＳＩ０＝１０２４×
０．２５＝２５６よりＭＯＤ（２５６／１０２４）＝２
５６よりｓｉｎｔｂデータ＝３２７６８となる。

【００３５】従って、ｒｖ＝３２７６８×１／８０＝４
０９．６となり、電動機１の速度は２０００ｒｐｍにな
るように制御される。同様にｔ＝０．５ｓｅｃ後には電
動機１の速度は０ｒｐｍ、ｔ＝０．７５ｓｅｃ後には逆
方向に２０００ｒｐｍとなる。すなわち、１ｓｅｃ周期
で正逆へサインカーブを描いて振動することになる。

【００３６】図６に、上記図４の応用例を示す。図６（
ａ）に示すようなクランクで動くテーブル６０は、図６
（ｂ）に示すような動作をする。これと同一の動作をさ
せるためには、図６（ｃ）のようにプログラム及び機械
構成すればよい。図６（ａ）場合には、テーブル６０の
振動周期は、モータＭの速度を変化させればよいが、振
幅を変えることはできない。図６（ｃ）のようにサーボ
化すれば、振動周期は入力パルス列の周波数、振幅はデ
ータＡの値を変化させれば変更可能となる。

【００３７】次に、他のプログラム例を図７に示す。図
において、２８、２９は各々パラメータＡ、Ｂを示す。 パラメータＡによりＲＡＭデータの積をとり、その結果
をパラメータＢで割ることを示す。このプログラムは以
下の式の通りである。

【００３８】

【数４】

【００３９】このプログラムは、１次遅れ動作になりＡ
＝５９３００、Ｂ＝６５５３６の場合、時定数τ＝−ｌ
ｎ・Ａ／Ｂ＝１００ｍｓとなる。従って、アナログ入力
ＡＩ０（２４）にｔ＝０で０Ｖ→１０Ｖへのステップ入
力を与えた場合、図８に示すように速度指令ｒｖは時定
数１００ｍｓの指数関数となる。従って、電動機１の速
度もｒｖと同様、時定数１００ｍｓの指数関数で加速す
ることになる。

【００４０】図９に、上記図７の応用例を示す。図に示
すように、ボールネジを使用したテーブル７０で搬送物
７１をＰ０　→Ｐ１　へ搬送する。搬送物により加減速
時間を変化させることにする。加減速時間を早くする場
合には、ＤＩ０を“１”として、加減速時定数を０．１
ｓｅｃとする。加減速時間を遅くする場合には、ＤＩ０
を“０”として、加減速時定数を０．５ｓｅｃとする。

【００４１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ユーザ
が外部インターフェースデータ、パラメータ及び制御諸
量間で任意の演算処理ができるように構成されているの
で全く同一の電動機の制御装置において、ユーザ対応の
専用機能をもった電動機の制御装置が簡単なプログラム
で実現できる。このように１台の電動機の制御装置で種
々の使い方ができるので各ユーザ対応で専用の電動機の
制御装置を作らなくてもよく、装置の量産効率が上がり
装置も安価になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一使用例を示すブロック図である。

【図２】図１に示した使用の応用例を示す説明図である
。

【図３】この発明の他の使用例を示すブロック図である
。

【図４】この発明の他の使用例を示すブロック図である
。

【図５】図４で用いるサインデーブル例を示すグラフで
ある。

【図６】図４に示した使用の応用例を示す説明図である
。

【図７】この発明の他の使用例を示すブロック図である
。

【図８】速度指令ｒｖが時定数１００ｍｓの指定関数と
なることを示すグラフである。

【図９】図７に示した使用の応用例を示す説明図である
。

【図１０】この発明のＨ／Ｗ構成例を示す説明図である
。

【図１１】この発明の全体構成を示す説明図である。

【図１２】図１１に示した構成の動作を示すフローチャ
ートである。

【図１３】従来の電動機の制御装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図１４】従来の電動機の制御装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１　　電動機　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　２　　エンコーダ３　　電流センサ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　４　　電流制御アンプ５　　
速度制御アンプ　　　　　　　　　　　　　　８　　速
度検出器１１　　主回路　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１２　　ＣＰＵ１３　　ＲＯＭ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　１４　　ＲＡＭ１５　
　Ｅ２　ＲＯＭ　　　　　　　　　　　　　　　　１６
　　Ａ／Ｄ変換器１７　　デジタル入力　　　　　　　
　　　　　　　１８　　カウンタ入力１９　　位置制御
アンプ　　　　　　　　　　　　２０　　パラメータＡ
２１　　デジタル入力データ　　　　　　　　２２　　
カウンタ入力（０） ２３　　カウンタ入力（１）　　　　　　　　２４　　
アナログ入力（０） ２５　　アナログ入力（１）　　　　　　　　４２　　
Ｈ／Ｗ入力部４３　　内部パラメータ　　　　　　　　
　　　　４４　　プログラム部４５　　サーボモータ制
御部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電動機のシャフトに直結し、電動機の
   回転速度及び回転位置を検出する検出手段を備えた電動
   機の制御装置において、外部機器とのインターフェース
   手段と、前記電動機を制御するための制御諸量或いは動
   作条件を設定するＨ／Ｗ或いはＳ／Ｗによるパラメータ
   とを有し、前記外部機器からのインターフェースデータ
   間、外部機器からのインターフェースデータとパラメー
   タ間若しくは前記制御諸量と外部機器からのインターフ
   ェースデータ或いはパラメータ間で任意の演算処理がで
   き、プログラム或いはパラメータ設定により、前記任意
   の演算処理を自由に変更できることを特徴とする電動機
   の制御装置。
2. 【請求項２】　　前記任意の演算処理の結果を制御装置
   内における任意の制御諸量として使用できることを特徴
   とする前記請求項１記載の電動機の制御装置。
3. 【請求項３】　　前記任意の演算処理を電動機の制御装
   置における内部処理周期に同期させて一定の周期で実行
   できることを特徴とする前記請求項１記載の電動機の制
   御装置。