JPH05204461A - Digital servo control device - Google Patents

Digital servo control device

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Publication number
JPH05204461A
JPH05204461A JP27684691A JP27684691A JPH05204461A JP H05204461 A JPH05204461 A JP H05204461A JP 27684691 A JP27684691 A JP 27684691A JP 27684691 A JP27684691 A JP 27684691A JP H05204461 A JPH05204461 A JP H05204461A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current
value
axis component
control
time
Prior art date
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Pending
Application number
JP27684691A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Minoru Enomoto
稔 榎本
Shingo Kamiya
新吾 神谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyoda Koki KK
Original Assignee
Toyoda Koki KK
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyoda Koki KK filed Critical Toyoda Koki KK
Priority to JP27684691A priority Critical patent/JPH05204461A/en
Publication of JPH05204461A publication Critical patent/JPH05204461A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To improve the control performance by preventing the output torque fluctuation of a servo motor by performing a feedback control by predicting current value at a future current control time from the current/voltage at a sampling time for current detection by a calculation by the same dimension observer. CONSTITUTION:The load current of a servo motor 31 is detected by CT 32a, 32b and a sampling is performed for the current by A/D conversions 15a, 15b after it is amplified. As for the servo motor 31, the present location is detected in a pulse encoder 33, it is inputted in a present value counter 16 via a waveform forming/direction discrimination circuit 34, and speed and current target value are calculated based on the target value from a CPU 11 by a DSP 14. A dq conversion is performed for the sampled load current by the DSP 14 and the current value at the time is predicted and calculated based on the detection value. Then, based on the current target value and the predicted current value, an instantaneous current command value at the control time is calculated, a voltage control PWM signal is generated and load current is controlled to the target value.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は交流サーボモータをディ
ジタル制御するためのディジタルサーボ制御装置に関
し、特に、トルク変動を防止したものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital servo control device for digitally controlling an AC servo motor, and more particularly to a device for preventing torque fluctuation.

【0002】[0002]

【従来技術】近年、アナログ制御系の欠点を解消するた
めに、ディジタルサーボ制御装置が使用されるようにな
った。このディジタルサーボ制御装置は、目標値及びフ
ィードバック値をディジタル値で与えると共に、両者の
偏差演算をディジタルコンピュータで行い、その偏差に
応じた指令値をディジタル値で与え、その値に応じて制
御量をディジタル制御するものである。このようなサー
ボ制御装置は、一般に、位置、速度及び電流のフィード
バックループを備えている。
2. Description of the Related Art In recent years, digital servo control devices have come to be used in order to solve the drawbacks of analog control systems. In this digital servo control device, the target value and the feedback value are given as digital values, the deviation between them is calculated by a digital computer, the command value corresponding to the deviation is given as a digital value, and the control amount is adjusted according to the value. It is digitally controlled. Such servo controllers typically include position, velocity and current feedback loops.

【0003】上記フィードバックループのうち電流フィ
ードバックループにおいては、電流はカレントトランス
フォーマ(CT) で検出され、その出力はアナログ増幅器
で増幅され、その増幅器の出力が所定の周期でサンプリ
ングされて、ディジタル化される。
In the current feedback loop of the above feedback loops, current is detected by a current transformer (CT), its output is amplified by an analog amplifier, and the output of the amplifier is sampled at a predetermined cycle and digitized. It

【0004】そして、検出された各相の電流がdq変換さ
れ、そのd 軸成分とq 軸成分とが、各軸の目標値に等し
くなるように制御されている。負荷電流のd 軸成分は無
効電流を意味し、q 軸成分は、サーボモータが同期モー
タであり励磁磁界の大きさが一定である場合には、サー
ボモータのトルクに比例する。したがって、電流のフィ
ードバック制御は、同期モータの場合には、検出された
負荷電流のd 軸成分が零となり、q 軸成分が出力トルク
の目標値に等しくなるように制御される。
Then, the detected currents of the respective phases are dq-converted, and the d-axis component and the q-axis component thereof are controlled so as to be equal to the target value of each axis. The d-axis component of the load current means the reactive current, and the q-axis component is proportional to the torque of the servo motor when the servo motor is a synchronous motor and the magnitude of the exciting magnetic field is constant. Therefore, in the case of the synchronous motor, the current feedback control is controlled so that the d-axis component of the detected load current becomes zero and the q-axis component becomes equal to the target value of the output torque.

【0005】このように、d 軸成分とq 軸成分は、励磁
磁場と電機子コイルの基準軸との成す電気角、たとえ
ば、回転励磁子型の同期モータでは、回転磁界の回転角
θ、回転電機子型の同期モータでは、電機子の回転角、
誘導電動機では一次側( 静止座標) から見た回転磁界の
回転角、にかかわらず、直流成分だけとなるため、電流
制御が容易になるという利点がある。又、速度フィード
バックループと位置フィードバックループの制御周期は
電流フィードバックループの整数倍に設定されている。
As described above, the d-axis component and the q-axis component are the electrical angle formed by the exciting magnetic field and the reference axis of the armature coil. For example, in a rotary exciter type synchronous motor, the rotating angle θ of the rotating magnetic field In the armature type synchronous motor, the rotation angle of the armature,
An induction motor has the advantage of facilitating current control because it has only the DC component regardless of the rotation angle of the rotating magnetic field seen from the primary side (stationary coordinates). The control cycle of the velocity feedback loop and the position feedback loop is set to an integral multiple of the current feedback loop.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のディ
ジタルサーボ制御装置においては、電流検出、電流のd
q変換、電流偏差演算、指令電流値演算、dq逆変換、
PWM制御パターン出力が、ディジタルコンピュータに
よって演算される。この結果、ディジタルコンピュータ
による演算時間のために、現実の電流制御時刻が演算時
間だけ電流検出時刻に対して遅れることになる。即ち、
電流の制御時刻においては、既に、電流値は検出された
値と異なるために、現実の電流値と異なった値に基づい
て電流制御を行うことになり、制御特性が悪くなり、ト
ルク変動を生じることになる。
However, in the above digital servo control device, current detection and current d
q conversion, current deviation calculation, command current value calculation, dq inverse conversion,
The PWM control pattern output is calculated by the digital computer. As a result, the actual current control time is delayed from the current detection time by the calculation time due to the calculation time by the digital computer. That is,
At the current control time, the current value is already different from the detected value, so current control will be performed based on a value different from the actual current value, resulting in poor control characteristics and torque fluctuations. It will be.

【0007】本発明は上記課題を解決するために成され
たものであり、その目的は、ディジタルサーボ制御にお
いて、サーボモータの出力トルクの変動を防止し、制御
性能を向上させることである。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to prevent fluctuations in output torque of a servomotor in digital servo control and improve control performance.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の発明の構成は、所定の制御周期で、多相交流サーボモ
ータの負荷電流をサンプリングして電流フィードバック
値として、その値と電流の目標値に応じて、負荷電流を
ディジタル制御する電流フィードバックループを有した
ディジタルサーボ制御装置において、各サンプリング時
刻における交流サーボモータの負荷電流のd軸成分とq
軸成分とを検出する電流検出手段と、各サンプリング時
刻におけるサーボモータの回転角を検出する角度検出手
段と、各サンプリング時刻におけるサーボモータの回転
角速度を検出する速度検出手段と、各サンプリング時刻
における交流サーボモータの印加電圧のd軸成分とq軸
成分とを検出する電圧検出手段と、検出された電流のd
軸成分及びq軸成分、検出された電圧のd軸成分及びq
軸成分、検出された回転角、検出された回転角速度か
ら、ディジタルサーボ制御系に対する同一次元オブザー
バによる演算により、現実の制御時期における負荷電流
のd軸成分及びq軸成分を予測する電流予測手段と、電
流予測手段により得られた負荷電流のd軸成分及びq軸
成分を電流のフィードバック値とし、その値と電流の目
標値とに応じて電流制御を行う電流制御手段とを設けた
ことである。
The configuration of the invention for solving the above-mentioned problems is to sample a load current of a multi-phase AC servomotor at a predetermined control cycle and set it as a current feedback value, and to set that value and the target of the current. In a digital servo control device having a current feedback loop for digitally controlling the load current according to the value, the d-axis component and q of the load current of the AC servo motor at each sampling time
Current detecting means for detecting the axis component, angle detecting means for detecting the rotation angle of the servo motor at each sampling time, speed detecting means for detecting the rotational angular speed of the servo motor at each sampling time, and alternating current at each sampling time Voltage detection means for detecting the d-axis component and the q-axis component of the voltage applied to the servo motor, and d of the detected current.
Axis component and q-axis component, d-axis component of detected voltage and q
A current predicting means for predicting the d-axis component and the q-axis component of the load current at the actual control timing by the calculation by the same dimension observer for the digital servo control system from the shaft component, the detected rotation angle, and the detected rotation angular velocity. The d-axis component and the q-axis component of the load current obtained by the current predicting means are used as current feedback values, and current control means is provided for performing current control according to the values and the target value of the current. .

【0009】[0009]

【作用】ディジタル制御系に対する同一次元オブザーバ
による演算により、電流検出のサンプリング時刻での電
流値、電圧値から、未来の電流制御時刻での電流値が予
測演算される。この予測された電流値を電流のフィード
バック値とし、その値と電流の目標値とから電流の指令
値が演算され、その指令値に応じて電流が制御される。
The current value at the future current control time is predicted and calculated from the current value and the voltage value at the sampling time of the current detection by the operation by the same dimension observer for the digital control system. The predicted current value is used as a current feedback value, a current command value is calculated from the value and a current target value, and the current is controlled according to the command value.

【0010】従って、電流の現実の制御時刻における電
流値が予測演算され、その時刻における電流値に基づい
て、電流が制御される。よって、電流検出時刻と電流制
御時刻との時間差を無くすることができるので、ディジ
タルサーボモータのトルク振動が防止され、制御性能が
向上する。
Therefore, the current value of the current at the actual control time is predicted and calculated, and the current is controlled based on the current value at that time. Therefore, since the time difference between the current detection time and the current control time can be eliminated, torque vibration of the digital servomotor is prevented and the control performance is improved.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図1は本発明に係るディジタルサーボ制御装置
の構成を示したブロックダイヤグラムである。ディジタ
ルサーボ制御装置10は主として、CPU11、ROM
12、RAM13、ディジタルシグナルプロセッサ(以
下「DSP」という)14、共通RAM17,A/D変
換器15a,15b及び現在値カウンタ16から構成さ
れている。CPU11にはインタフェース19を介して
キーボード21及びCRT表示装置22が接続されてい
る。
EXAMPLES The present invention will be described below based on specific examples. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a digital servo controller according to the present invention. The digital servo control device 10 mainly includes a CPU 11 and a ROM.
12, RAM 13, digital signal processor (hereinafter referred to as "DSP") 14, common RAM 17, A / D converters 15a and 15b, and a current value counter 16. A keyboard 21 and a CRT display device 22 are connected to the CPU 11 via an interface 19.

【0012】DSP14の出力はインバータ25に入力
され、そのインバータ25はDSP14の出力信号に応
じてサーボモータ31を駆動する。サーボモータ31に
は同期モータが用いられ、インバータ25のPWM電圧
制御によりサーボモータ31の負荷電流が制御され、そ
の結果、出力トルクが制御される。
The output of the DSP 14 is input to the inverter 25, which drives the servo motor 31 in accordance with the output signal of the DSP 14. A synchronous motor is used as the servomotor 31, and the load current of the servomotor 31 is controlled by the PWM voltage control of the inverter 25, and as a result, the output torque is controlled.

【0013】サーボモータ31のu 相及びv 相の負荷電
流はCT32a,32bにより検出され、増幅器18
a,18bにより増幅される。その増幅器18a,18
bの出力は、A/D変換器15a,15bに入力され、
所定の周期でサンプリングされ、ディジタル値に変換さ
れる。そのサンプリングされた値は、瞬時負荷電流のフ
ィードバック値として、DSP14に入力する。又、サ
ーボモータ31にはパルスエンコーダ33が接続され、
その現在位置が検出される。パルスエンコーダ33の出
力は波形成形・方向判別回路34を介して現在値カウン
タ16に接続されている。
The u-phase and v-phase load currents of the servomotor 31 are detected by the CTs 32a and 32b, and the amplifier 18
It is amplified by a and 18b. The amplifiers 18a, 18
The output of b is input to the A / D converters 15a and 15b,
It is sampled at a predetermined cycle and converted into a digital value. The sampled value is input to the DSP 14 as a feedback value of the instantaneous load current. Further, a pulse encoder 33 is connected to the servo motor 31,
Its current position is detected. The output of the pulse encoder 33 is connected to the current value counter 16 via the waveform shaping / direction discrimination circuit 34.

【0014】波形成形・方向判別回路34を介して現在
値カウンタ16に入力されるパルスエンコーダ33から
の出力信号は現在値カウンタ16の値を加減させる。D
SP14により、現在値カウンタ16の値は現在位置フ
ィードバック値として読み込まれ、DSP14により、
CPU11から出力された目標値と比較され位置偏差が
算出される。そして、DSP14により、その位置偏差
に基づいて速度目標値が算出される。
The output signal from the pulse encoder 33 input to the current value counter 16 via the waveform shaping / direction discriminating circuit 34 adjusts the value of the current value counter 16. D
The value of the current value counter 16 is read as a current position feedback value by the SP 14, and the DSP 14
The position deviation is calculated by comparison with the target value output from the CPU 11. Then, the DSP 14 calculates the speed target value based on the position deviation.

【0015】又、DSP14に入力された現在位置フィ
ードバック値は微分され、速度フィードバック値が算出
される。DSP14により、位置偏差に応じて決定され
る速度目標値と速度フィードバック値とが比較され速度
偏差が算出され、その速度偏差に基づいて電流目標値が
算出される。
The current position feedback value input to the DSP 14 is differentiated to calculate the speed feedback value. The DSP 14 compares the speed target value determined according to the position deviation with the speed feedback value to calculate the speed deviation, and calculates the current target value based on the speed deviation.

【0016】一方、CT32a,32bにて検出された
負荷電流は、増幅器18,18b及びA/D変換器15
a,15bを介してDSP14に入力する。そして、後
で詳しく説明するように、電流サンプリング時刻におけ
る検出電流値に基づいて電流制御時刻における電流値が
電流フィードバック値として予測演算される。
On the other hand, the load current detected by the CTs 32a and 32b is supplied to the amplifiers 18 and 18b and the A / D converter 15.
Input to the DSP 14 via a and 15b. Then, as will be described later in detail, the current value at the current control time is predicted and calculated as the current feedback value based on the detected current value at the current sampling time.

【0017】そして、DSP14により、電流目標値と
予測演算された電流フィードバック値と比較され、電流
偏差が算出される。その時の瞬時電流偏差と瞬時電流偏
差の累積値と電流目標値とに基づいて、即ち、比例積分
演算により、その電流制御時刻における瞬時電流指令値
が演算される。その瞬時電流指令値は高周波数の三角波
と比較され、インバータ25の各相のトランジスタのオ
ンオフを制御する電圧制御PWM信号が生成される。
Then, the DSP 14 compares the current target value with the predicted current feedback value to calculate the current deviation. The instantaneous current command value at the current control time is calculated based on the instantaneous current deviation at that time, the cumulative value of the instantaneous current deviation, and the current target value, that is, by the proportional integral calculation. The instantaneous current command value is compared with the high frequency triangular wave, and a voltage control PWM signal for controlling on / off of each phase transistor of the inverter 25 is generated.

【0018】その電圧制御PWM信号は、インバータ2
5に出力され、そのインバータ25の各相のトランジス
タがそれぞれ駆動される。このインバータ25のスイッ
チングにより、各相の負荷電流は電流目標値に制御され
ることになる。尚、サーボモータ31の位置決めは、C
PU11により、現在値カンウタ16の出力値が位置の
目標値に等しくなったと判定された時に完了される。
又、A/D変換器15a,15bによってサンプリング
されたu 相,v相の負荷電流値は、DSP14によりdq変
換される。
The voltage control PWM signal is sent to the inverter 2
5, and the transistors of each phase of the inverter 25 are driven. By the switching of the inverter 25, the load current of each phase is controlled to the current target value. The positioning of the servo motor 31 is C
The process is completed when the PU 11 determines that the output value of the current value counter 16 has become equal to the target position value.
The u-phase and v-phase load current values sampled by the A / D converters 15a and 15b are dq converted by the DSP 14.

【0019】本実施例のディジタルサーボ制御装置は、
上述したように、位置、速度及び電流の3つのフィード
バックループにより構成されている。より下位のフィー
ドバックループ程、より高い応答性が要求され、例え
ば、最下位の電流フィードバックループは 100μs 、速
度フィードバックループはその数倍、位置フィードバッ
クループは更にその数倍の時間間隔で同期を取ってデー
タのサンプリングが実行され、それぞれのフィードバッ
クループの処理が実行される。
The digital servo controller of this embodiment is
As described above, it is composed of three feedback loops of position, velocity and current. Lower feedback loops require higher responsiveness.For example, the lowest current feedback loop is 100 μs, the velocity feedback loop is several times that, and the position feedback loop is several times more synchronized. Data sampling is performed, and the processing of each feedback loop is performed.

【0020】次に、本実施例装置の作動について説明す
る。図2のプログラムは、DSP14によって、所定の
最小周期毎に繰り返し実行される。ステップ100 では、
現実行サイクルが位置偏差演算タイミングか否かが判定
され、位置偏差演算タンミングであれば、ステップ102
で現在値カウンタ16に保持された位置の現在値が読み
込まれ、目標値に対する位置偏差が演算される。次に、
ステップ104 において、位置偏差に応じて速度目標値が
演算される。この位置のフィードバック制御は、図3の
信号S1で示すタイミングで実行される。
Next, the operation of the apparatus of this embodiment will be described. The program of FIG. 2 is repeatedly executed by the DSP 14 at every predetermined minimum period. In step 100,
It is determined whether or not the current execution cycle is the position deviation calculation timing, and if it is the position deviation calculation tamming, step 102
At, the current value of the position held in the current value counter 16 is read, and the position deviation from the target value is calculated. next,
In step 104, a velocity target value is calculated according to the position deviation. This position feedback control is executed at the timing indicated by the signal S1 in FIG.

【0021】次に、ステップ106 において、現実行サイ
クルが速度偏差演算タイミングか否かが判定される。第
p 速度制御周期における速度偏差演算タンミングであれ
ば、ステップ108 で、現在値カウンタ16に保持された
位置の現在値( 電気角) θ(p) が読み込まれる。次に、
ステップ110 において、前回第p-1 速度制御周期におけ
る速度偏差演算タイミング時に読み込まれた位置の現在
値( 電気角) θ(p-1) と、速度制御周期D とから現速度
制御期間における電気角速度の現在値ω(p) が次式によ
って演算される。
Next, at step 106, it is judged if the current execution cycle is the speed deviation calculation timing. First
In the case of velocity deviation calculation tamming in the p velocity control cycle, in step 108, the current value (electrical angle) θ (p) of the position held in the current value counter 16 is read. next,
In step 110, the current angular velocity (electrical angle) θ (p-1) of the position read at the time of the speed deviation calculation timing in the p-1st speed control cycle last time, and the speed control cycle D are used to determine the electrical angular speed in the current speed control period. The present value ω (p) of is calculated by the following equation.

【0022】[0022]

【数1】 ω(p)= (θ(p)-θ(p-1))/D …(1)
[Equation 1] ω (p) = (θ (p) -θ (p-1)) / D (1)

【0023】又、ステップ104 で設定された速度目標値
に対する偏差、即ち、速度偏差が演算される。そして、
次のステップ112 において、その速度偏差に応じて、d
軸成分とq 軸成分の電流目標値が演算される。この速度
フィードバック制御は、図3の信号S2で示すタイミング
で実行される。
Further, the deviation from the speed target value set in step 104, that is, the speed deviation is calculated. And
In the next step 112, depending on the speed deviation, d
The target current values of the axis component and q-axis component are calculated. This speed feedback control is executed at the timing shown by the signal S2 in FIG.

【0024】次に、ステップ114 において、前回の速度
制御周期において検出された角速度ω(p-1) と今回の速
度制御周期において検出された角速度ω(p) とを用い
て、今回の電気角加速度A(p)が次式により演算される。
Next, at step 114, the current electrical angle is calculated using the angular velocity ω (p-1) detected in the previous speed control cycle and the angular velocity ω (p) detected in the current speed control cycle. Acceleration A (p) is calculated by the following equation.

【0025】[0025]

【数2】 A(p)=(ω(p)-ω(p-1))/D …(2)
次に、ステップ116 に移行して、現実行サイクルが第n
電流制御周期における電流偏差演算タイミングか否かが
判定される。尚、n は、1 つの速度制御周期において、
1,2,…と変化する値であり、電流検出及び電流制御の時
刻に関連している。電流偏差演算タイミングであれば、
ステップ118 へ移行する。ステップ118以下は電流フィ
ードバック制御であり、この制御は、図3の信号S3に示
すタイミングで実行される。
[Equation 2] A (p) = (ω (p) -ω (p-1)) / D (2)
Next, in step 116, the current execution cycle is the nth
It is determined whether or not it is the current deviation calculation timing in the current control cycle. Note that n is one speed control cycle,
It is a value that changes from 1, 2, ..., and is related to the time of current detection and current control. If it is the current deviation calculation timing,
Go to step 118. Step 118 and subsequent steps are current feedback control, and this control is executed at the timing shown by the signal S3 in FIG.

【0026】ステップ118 では、第p 速度制御周期にお
ける第n 電流制御周期の電流検出時の電気角θ(n) と電
流制御時の電気角θ(n+1) が次式により演算される。
尚、本実施例では、図3に示すように、電流制御時は電
流検出時に比べて、1電流制御周期分だけ遅れるとし、
第n 電流制御周期の電流制御が行われた後、時間遅れな
く、第n+1 電流制御周期の電流検出が行われるものとし
ている。即ち、第n 電流制御周期の電流制御時刻と第n+
1 電流制御周期の電流検出時刻は同一である仮定してい
る。
In step 118, the electrical angle θ (n) during current detection and the electrical angle θ (n + 1) during current control in the nth current control cycle in the pth speed control cycle are calculated by the following equations.
In this embodiment, as shown in FIG. 3, the current control is delayed by one current control cycle compared to the current detection.
After the current control of the nth current control cycle is performed, the current detection of the (n + 1) th current control cycle is performed without a time delay. That is, the current control time of the nth current control cycle and the n + th
1 It is assumed that the current detection time of the current control cycle is the same.

【0027】[0027]

【数3】 θ(n)=θ(p)+ω(p)nT …(3) [Equation 3] θ (n) = θ (p) + ω (p) nT (3)

【数4】 θ(n+1)=θ(p)+ω(p)(n+1)T …(4)
但し、T は電流制御周期である。又、電流検出時刻にお
ける電気角速度ω(n) が次式により補間演算される。
(4) θ (n + 1) = θ (p) + ω (p) (n + 1) T (4)
However, T is a current control period. Further, the electrical angular velocity ω (n) at the current detection time is interpolated by the following equation.

【数5】 ω(n) =ω(p) +A(p)nT …(5) [Equation 5] ω (n) = ω (p) + A (p) nT (5)

【0028】次に、120 へ移行して、u 相、v 相の瞬時
負荷電流の現在値Iu(n),Iv(n) がA/D変換器15a,
15bから読み込まれる。尚、w 相の瞬時負荷電流の現
在値Iw(n) は、Iw(n)=-(Iu(n)+Iv(n))により演算され
る。次に、ステップ122 において、その電流の現在値Iu
(n),Iv(n),Iw(n) はdq変換されて、電流検出時刻におけ
る d軸成分Id(n) と q軸成分Iq(n) とが、次式により演
算される。
Next, the routine proceeds to 120, where the current values Iu (n), Iv (n) of the u-phase and v-phase instantaneous load currents are converted into A / D converters 15a,
It is read from 15b. The current value Iw (n) of the w-phase instantaneous load current is calculated by Iw (n) =-(Iu (n) + Iv (n)). Then, in step 122, the current value of the current Iu
(n), Iv (n), and Iw (n) are dq converted, and the d-axis component Id (n) and the q-axis component Iq (n) at the current detection time are calculated by the following equation.

【0029】[0029]

【数6】 [Equation 6]

【0030】尚、dq座標系は、良く知られたように、 d
軸は励磁磁場と同相にとられ、 q軸は励磁磁場と電気角
で90°の位相差にとられた座標系である。 d軸成分は無
効成分をq 軸成分は有効成分を表す。
As is well known, the dq coordinate system is d
The axis is in phase with the exciting magnetic field, and the q axis is the coordinate system with a 90 ° phase difference in electrical angle from the exciting magnetic field. The d-axis component represents the ineffective component and the q-axis component represents the effective component.

【0031】次に、ステップ124 において、電流検出時
刻(n) における検出電流の現在値のd軸成分Id(n) と q
軸成分Iq(n) から、電流制御時刻(n+1) における負荷電
流の予測値の d軸成分Id(n+1)'と q軸成分Iq(n+1)'が演
算される。
Next, at step 124, the d-axis components Id (n) and q of the current value of the detected current at the current detection time (n)
The d-axis component Id (n + 1) 'and the q-axis component Iq (n + 1)' of the predicted value of the load current at the current control time (n + 1) are calculated from the axis component Iq (n).

【0032】次にその手順を図4に基づいて説明する。
ステップ200 において、電流検出時刻におけるサーボモ
ータの速度起電力のq 軸成分Eq(n) が、電流検出時刻に
おける電気角速度ω(n) を用いて、Eq(n)=Φ×ω(n) に
より演算される。
Next, the procedure will be described with reference to FIG.
In step 200, the q-axis component Eq (n) of the speed electromotive force of the servo motor at the current detection time is calculated by Eq (n) = Φ × ω (n) using the electrical angular velocity ω (n) at the current detection time. Is calculated.

【0033】次に、ステップ202 において、ディジタル
制御系に対する同一次元オブザーバによる演算により、
電流検出時刻(n) における検出電流の d軸成分Id(n) ,
q 軸成分Iq(n) , 速度起電力のq 軸成分Eq(n) , 電圧指
令値の d軸成分Vd(n)*, q 軸成分Vq(n)*とから、電流制
御時刻(n+1) における電流の予測値の d軸成分Id(n+1)'
, q 軸成分Iq(n+1)'が演算される。
Next, in step 202, by the operation by the same-dimensional observer for the digital control system,
D-axis component of detected current at current detection time (n) Id (n) ,
q-axis component Iq (n), the speed electromotive force of the q-axis component Eq (n), d-axis component Vd of the voltage command value (n) *, from the q-axis component Vq (n) *, the current control time (n + 1) d-axis component of the predicted value of current Id (n + 1) '
, q-axis component Iq (n + 1) 'is calculated.

【0034】次に、同一次元オブザーバについて説明す
る。電圧の d軸成分Vd, q軸成分Vqと、電流の d軸成分
Id, q軸成分Iqとの間には、次の関係が成立する。
Next, the same-dimensional observer will be described. D-axis component of voltage Vd, q-axis component Vq and d-axis component of current
The following relationship holds between Id and the q-axis component Iq.

【数7】 [Equation 7]

【0035】上記(7) 式を(Id,Iq) に関する一次微分方
程式に書き改めると、
Rewriting equation (7) above into a first-order differential equation for (Id, Iq),

【0036】[0036]

【数8】 となる。さらに、上記(8) 式を離散化することにより、
次式が得られる。
[Equation 8] Becomes Furthermore, by discretizing the above equation (8),
The following equation is obtained.

【0037】[0037]

【数9】 但し、[Equation 9] However,

【数10】 [Equation 10]

【数11】 [Equation 11]

【0038】上記の(9) 式は、サーボモータの電流と電
圧間の特性を示しており、時刻(n)における電圧、電流
から時刻(n+1) における電流が予測できることを示して
いる。上記(9) 式によるサーボモータのディジタル電流
制御に関す伝達特性は、図5に示すように表現される。
この制御系に対して、同様な伝達特性を示す制御系を構
成し、誤差の収束性を考慮した負帰還回路(伝達関数チ
ルトKを有する回路)を付加した同一次元オブザーバを
図5に示すように構成する。現実の制御系と同一次元オ
ブザーバとでは、誤差の帰還ブロックが同一次元オブザ
ーバに付加されているのを除いて、各ブロックの伝達関
数は同一である。
The above equation (9) shows the characteristic between the current and the voltage of the servo motor, and shows that the current at the time (n + 1) can be predicted from the voltage and the current at the time (n). The transfer characteristic relating to the digital current control of the servo motor by the above equation (9) is expressed as shown in FIG.
FIG. 5 shows a same-dimensional observer in which a negative feedback circuit (a circuit having a transfer function tilt K) in which a control system showing similar transfer characteristics is configured is added to this control system, and error convergence is taken into consideration. To configure. In the actual control system and the same-dimensional observer, the transfer function of each block is the same except that the error feedback block is added to the same-dimensional observer.

【0039】このような図5に示す同一次元オブザーバ
の伝達特性に関して、次の関係式が成立する。
Regarding the transfer characteristics of the same-dimensional observer shown in FIG. 5, the following relational expression holds.

【数12】 但し、[Equation 12] However,

【数13】 である。行列チルトA、チルトBは、式(10),(11) で定
義されたように、ディジタル制御系における伝達行列が
用いられる。又、行列チルトKは、誤差の収束性を考慮
して適当に設定される。又、行列チルトeは、第n 制御
時における予測誤差を表しており、零に収束されるはず
のものである。このように、式(12)によって、第n+1 制
御時における電流の予測値のd 軸成分Id(n+1)'とq 軸成
分Iq(n+1)'を誤差なく求めることが可能となる。
[Equation 13] Is. As the matrix tilts A and B, the transfer matrix in the digital control system is used as defined by the equations (10) and (11). Further, the matrix tilt K is set appropriately in consideration of the convergence of the error. The matrix tilt e represents the prediction error at the n-th control, and should be converged to zero. Thus, using equation (12), it is possible to obtain the d-axis component Id (n + 1) 'and the q-axis component Iq (n + 1)' of the predicted current value during the n + 1st control without error. Becomes

【0040】次に、図2のステップ126 に戻り、ステッ
プ112 で設定された電流目標値のd軸成分とq 軸成分(
電流目標値は速度制御周期の期間不変である。即ち、電
流目標値は、電流検出時刻(n) と電流制御時刻(n+1) と
で等しい) に対する電流の予測値のd 軸成分Id(n+1)'と
q 軸成分Iq(n+1)'の偏差に応じて、電流制御時刻(n+1)
における電圧指令値のd 軸成分Vd(n+1)*とq 軸成分Vq(n
+1)*とが演算される。次に、ステップ128 において、次
式により、電圧指令値Vd(n+1)*,Vq(n+1)* を逆dq変換し
て、電流制御時刻(n+1) における各相電圧指令値Vu(n+
1)* ,Vv(n+1)*,Iw(n+1)* が演算される。
Next, returning to step 126 of FIG. 2, the d-axis component and the q-axis component of the current target value set in step 112 (
The current target value is unchanged during the speed control cycle. That is, the target current value is equal to the current detection time (n) and the current control time (n + 1)) and is the d-axis component Id (n + 1) 'of the predicted current value.
Depending on the deviation of q-axis component Iq (n + 1) ', current control time (n + 1)
D-axis component Vd (n + 1) * and q-axis component Vq (n
+1) * and are calculated. Next, in step 128, the voltage command values Vd (n + 1) * , Vq (n + 1) * are inversely dq-converted by the following equation to obtain the voltage command values for each phase at the current control time (n + 1). Vu (n +
1) * , Vv (n + 1) * , Iw (n + 1) * are calculated.

【0041】[0041]

【数14】 [Equation 14]

【0042】次に、ステップ130 において各相電圧指令
値Vu(n+1)* ,Vv(n+1)* ,Vw(n+1)*と高周波数の三角波と
のレベル関係を利用して、即ち、平均電圧法を用いて、
各相のPWM信号のオン時間が演算される。そして、ス
テップ132 において、DSP14に内在された各タイマ
にそのオン時間を設定することで、その設定された時間
だけ高レベルとなる各相のPWM信号がインバータ25
に出力される。尚、明示していないが、各相のPWM信
号を生成する時、同相の2つのトランジスタが同時にオ
ンしないようにデッドタイム処理が施されている。
Next, at step 130, the level relationship between each phase voltage command value Vu (n + 1) * , Vv (n + 1) * , Vw (n + 1) * and the high frequency triangular wave is utilized. , That is, using the average voltage method,
The ON time of the PWM signal of each phase is calculated. Then, in step 132, by setting the ON time of each timer incorporated in the DSP 14, the PWM signal of each phase which becomes high level for the set time is output from the inverter 25.
Is output to. Although not explicitly shown, dead time processing is performed so that the two transistors in the same phase do not turn on at the same time when the PWM signal for each phase is generated.

【0043】このようにして、1つの実行サイクルの処
理が完了する。この実行サイクルは、最小の制御周期で
実行されており、その整数倍で電流フィードバックルー
プが制御され、その整数倍で速度フィードバックループ
が制御され、その整数倍で位置フィードバックループが
制御されるように、ステップ100 、106 、114 で判定の
基準となる回数が設定されている。上記のサイクルが繰
り返し実行されることで、図3に示すタイミングで、位
置、速度、電流のフィードバック制御が行われる。
In this way, the processing of one execution cycle is completed. This execution cycle is executed with the minimum control period, so that the current feedback loop is controlled by an integral multiple thereof, the velocity feedback loop is controlled by that integral multiple, and the position feedback loop is controlled by that integral multiple. , Steps 100, 106, and 114 set the number of times of judgment. By repeatedly executing the above-described cycle, the position, speed, and current feedback control is performed at the timing shown in FIG.

【0044】尚、上記実施例において、電流予測の演算
式(12)において、電流検出時(n) における電圧の指令値
Vd(n)*, Vq(n)*に代えて、電圧を実測によって求めても
よい。又、角速度ω(n) をタコジェネレータによって求
めても良い。
In the above embodiment, in the current prediction calculation formula (12), the command value of the voltage at the time of current detection (n)
The voltage may be obtained by actual measurement instead of Vd (n) * and Vq (n) * . Alternatively, the angular velocity ω (n) may be obtained by a tacho generator.

【0045】[0045]

【発明の効果】本発明は、検出された電流のd軸成分及
びq軸成分、検出された電圧のd軸成分及びq軸成分、
検出された回転角、検出された回転角速度から、ディジ
タルサーボ制御系に対する同一次元オブザーバによる演
算により、現実の制御時期における負荷電流のd軸成分
及びq軸成分を予測する電流予測手段と、電流予測手段
により得られた負荷電流のd軸成分及びq軸成分を電流
のフィードバック値とし、その値と電流の目標値とに応
じて電流制御を行う電流制御手段とを設けているので、
未来の電流制御時刻での電流値を予測することができ、
この予測された電流値を電流のフィードバック値とし
て、電流を制御することが可能となる。よって、電流検
出時刻と電流制御時刻との時間差を無くすることができ
るので、ディジタルサーボモータのトルク振動を防止す
ることができる。
According to the present invention, the d-axis component and the q-axis component of the detected current, the d-axis component and the q-axis component of the detected voltage,
Current predicting means for predicting the d-axis component and the q-axis component of the load current at the actual control time by the operation of the same dimension observer for the digital servo control system from the detected rotation angle and the detected rotation angular velocity, and the current prediction. Since the d-axis component and the q-axis component of the load current obtained by the means are used as the current feedback value, and the current control means for controlling the current according to the value and the target value of the current is provided,
It is possible to predict the current value at the future current control time,
The current can be controlled by using the predicted current value as the current feedback value. Therefore, the time difference between the current detection time and the current control time can be eliminated, so that torque vibration of the digital servomotor can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の具体的な一実施例に係るディジタルサ
ーボ制御装置の構成を示したブロックダイヤグラム。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a digital servo controller according to a specific embodiment of the present invention.

【図2】同実施例装置で使用されているDSPによる処
理手順を示したフローチャート。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure by a DSP used in the apparatus of the embodiment.

【図3】同じくDSPによる位置、速度、電流フィード
バック制御のタイミングを示したタイミングチャート。
FIG. 3 is a timing chart showing timings of position, speed, and current feedback control by the DSP.

【図4】同一次元オブザーバによる電流値の予測手順を
示したフローチャート。
FIG. 4 is a flowchart showing a procedure for predicting a current value by the same dimension observer.

【図5】同一次元オブザーバとディジタル制御系との関
係を示したブロック図。
FIG. 5 is a block diagram showing a relationship between the same-dimensional observer and a digital control system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…ディジタルサーボ制御装置 11…CPU 12…ROM 13…RAM 14…DSP(ディジタルシグナルプロセッサ) 15a,15b…A/D変換器 16…現在値カウンタ 25…インバータ 31…サーボモータ 32a,32b…カレントトランスフォーマ(CT)33…
パルスエンコーダ
10 ... Digital servo control device 11 ... CPU 12 ... ROM 13 ... RAM 14 ... DSP (digital signal processor) 15a, 15b ... A / D converter 16 ... Current value counter 25 ... Inverter 31 ... Servo motor 32a, 32b ... Current transformer (CT) 33 ...
Pulse encoder

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成4年10月19日[Submission date] October 19, 1992

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の名称[Name of item to be amended] Title of invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【発明の名称】 ディタルサーボ制御装置[Title of the Invention] di di Tarusabo control device

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項1[Name of item to be corrected] Claim 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】所定の制御周期で、多相交流サーボモータ
の負荷電流をサンプリングして電流フィードバック値と
して、その値と電流の目標値に応じて、負荷電流をディ
ジタル制御する電流フィードバックループを有したディ
ジタルサーボ制御装置において、 各サンプリング時刻における前記交流サーボモータの前
記負荷電流のdq座標系における無効電流成分のd軸成
分と有効電流成分のq軸成分とを検出する電流検出手段
と、 各サンプリング時刻における前記サーボモータの回転角
を検出する角度検出手段と、 各サンプリング時刻における前記サーボモータの回転角
速度を検出する速度検出手段と、 各サンプリング時刻における前記交流サーボモータの印
加電圧のdq座標系における無効電流成分のd軸成分と
有効電流成分のq軸成分とを検出する電圧検出手段と、 前記電流検出手段により検出された電流のd軸成分及び
q軸成分、前記電圧検出手段により検出された電圧のd
軸成分及びq軸成分、前記角度検出手段により検出され
た前記回転角、前記速度検出手段により検出された前記
回転角速度から、ディジタルサーボ制御系に対する同一
次元オブザーバによる演算により、現実の制御時期にお
ける負荷電流のd軸成分及びq軸成分を予測する電流予
測手段と、 前記電流予測手段により得られた負荷電流のd軸成分及
びq軸成分を電流のフィードバック値とし、その値と電
流の前記目標値とに応じて電流制御を行う電流制御手段
とを有するディジィタルサーボ制御装置。
1. A current feedback loop for sampling a load current of a multi-phase AC servomotor at a predetermined control cycle to obtain a current feedback value, and digitally controlling the load current according to the value and a target value of the current. In the digital servo control device, the current detection means for detecting the d-axis component of the reactive current component and the q-axis component of the active current component in the dq coordinate system of the load current of the AC servomotor at each sampling time, and each sampling Angle detection means for detecting the rotation angle of the servo motor at time, speed detection means for detecting the rotation angular speed of the servo motor at each sampling time, and dq coordinate system of the applied voltage of the AC servo motor at each sampling time. D-axis component of reactive current component and q-axis component of active current component A voltage detecting means for detecting the voltage, a d-axis component and a q-axis component of the current detected by the current detecting means, and a d of the voltage detected by the voltage detecting means.
The load at the actual control time is calculated from the axis component and the q-axis component, the rotation angle detected by the angle detection means, and the rotation angular velocity detected by the speed detection means by the same-dimensional observer for the digital servo control system. A current predicting means for predicting a d-axis component and a q-axis component of the current, and a d-axis component and a q-axis component of the load current obtained by the current predicting means as a current feedback value, and the value and the target value of the current A digital servo control device having a current control means for performing current control according to the following.
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Cited By (4)

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