JPH05268789A - モータの電流制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 常に効率の良い出力トルクを得ることが可能
なモータの電流制御装置を提供する。 【構成】 Ｕ相電流指令値を記憶する電流指令値メモリ
１０と、電流制御手段９が検出したＵ相電流検出値を記
憶する電流検出値メモリ１１と、Ｕ相電流指令値とＵ相
電流検出値とを時間順に数値列と見て相互相関関数を算
出して求めた相互相関関数の最大差での位相差を時間に
変換して遅れ時間１０３とし電流分配角度補正手段６に
出力する遅れ時間算出手段１２とを設けた。遅れ時間算
出手段１２は、電流指令値メモリ１０と電流検出値メモ
リ１１とに記憶されている数値を時間順に数値列と見て
相互相関関数を算出して求めた相互相関関数の最大差で
の位相差を時間に変換して遅れ時間１０３とし電流分配
角度補正手段６に出力する。このように算出した遅れ時
間から電流分配角度補正値を求め、各相電流指令に相分
配し、常に最適な電流配分角度を得られ、モータから最
大かつ安定なトルクを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電流を制御することに
よりモータの速度制御を行うモータの電流制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の３相同期モータの電流制
御装置の構成を示す略ブロック図である。この電流制御
装置は、３相同期モータ１の回転位置を検出する位置検
出器２を有しており、位置検出器２には、位置検出器２
が検出した３相同期モータ１の位置検出値１０６により
モータの回転速度を検出する速度検出手段３が接続され
ている。そして、速度検出手段３には、図示しない上位
のコントローラより与えられる速度指令値１００と速度
検出手段３が検出したモータの速度検出値１０１との差
分をとり速度誤差１０２を算出する速度誤差演算手段４
が接続されており、かつ速度検出値１０１とあらかじめ
メモリ５に記憶しておいた遅れ時間１０３とから遅れ時
間内のロータの回転を算出して電流の分配角度補正値１
０４を出力する電流分配角度補正手段６が接続されてい
る。

【０００３】また、速度誤差演算手段４には、速度誤差
１０２に対応したトルク指令値１０５を出力するトルク
指令手段７が接続されており、位置検出器２、電流分配
角度補正手段６及びトルク指令手段７には、位置検出値
１０６、分配角度補正値１０４及びトルク指令値１０５
により電流分配を行って各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）電流指令
値１０７を相分配する各相電流指令算出手段８が接続さ
れており、各相電流指令算出手段８には、各相（Ｕ、
Ｖ、Ｗ相）電流指令値１０７により３相同期モータ１を
制御する電流制御手段９が接続されている。

【０００４】次に動作について説明する。まず速度誤差
演算手段４は、図示しない上位のコントローラより与え
られる速度指令値１００とモータの速度検出値１０１と
の差分をとり速度誤差１０２を算出する。そして、トル
ク指令手段７はこの速度誤差１０２に応じてトルク指令
値１０５を算出する。更に、各相電流指令算出手段８
は、このトルク指令値１０５をＵ相電流指令値、Ｖ相電
流指令値、Ｗ相電流指令値１０７に相分配する。それか
ら、電流制御手段９がこのＵ、Ｖ、Ｗ相電流指令値１０
７に従ってモータ電流をフィードバック制御する。これ
により、モータ１はトルクを発生し回転し、モータ１に
接続した位置検出器２がモータ１の回転位置を検出して
位置検出値１０６を出力する。速度検出手段３は、前回
の位置検出値１０６を記憶しておき、新たな位置検出値
１０６との差分を取って速度検出値１０１を算出する。
再びこの速度検出値１０６と速度指令値１００とにより
新たな速度誤差１０２が算出され、これに応じて新たな
トルク指令値１０５が算出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のモータの電流制
御装置は、以上のように繰り返してトルク指令値１０５
が算出される中で前記各相電流指令算出手段８がトルク
指令値１０５を相分配する際、各相電流指令算出手段８
は位置検出値１０６を用いてモータ１のロータ位置を算
出して電流分配角度を得るが、電流指令から実際に電流
が流れるまでにはこの電流制御装置のＣＰＵの演算時間
やモータ１の電気的時定数の電流制御の遅れ時間があ
り、モータ巻線に実際に電流が流れる時刻のロータ位置
は位置検出値１０６よりも進んでいるため、モータ巻線
を流れる電流値のピークとロータの磁束のピークがずれ
て出力トルクが低下するという問題点があった。特に、
高回転ではズレが大きいためトルクの低下も大きくな
り、また出力トルクが低下すると、速度ループゲインが
低下するので、速度の応答性や外乱抑制性能が低下す
る。更に、工作機械等で複数軸の同期制御を行う場合な
どは、軸間の同期誤差を引き起こす恐れがある。

【０００６】そこでこの問題点を解消する方法として、
速度検出値１０１を用いて遅れ時間内のロータ回転を予
想して電流の分配角度を修正する手法がある。図４に示
す従来例では、電流分配角度補正手段６がこれを行う。
つまり、速度検出値１０１と予めメモリ５に記憶してお
いた遅れ時間１０３とから遅れ時間内のロータの回転を
算出し、電流分配角度補正値１０４とする。各相電流指
令算出手段８は、位置検出値１０６に電流分配角度補正
値１０４を加えて電流分配角度を求め、これに応じて電
流分配を行うようにする。このように速度による補正を
行うことで、トルクの対速度安定性はかなり改善され
る。しかし、電流の制御遅れ時間は制御の演算遅れ時間
だけでなく電流アンプなど電流制御手段９自身の遅れや
モータ１の電気的時定数とが含まれる。そのため遅れ時
間を固定して電流分配角度を算出すると電流アンプやモ
ータを変更したとき遅れ時間の値を調べて変更する必要
がある。さらにこれら電流アンプやモータ１には温度等
による特性変化や電源電圧変動の影響や電流の相順によ
る特性の違いがある。例えば、モータ１の回転方向（電
流の相順）でも遅れ時間特性が違う場合がある。このよ
うに変化する電流制御特性において正確な電流制御遅れ
時間をあらかじめ算出しておくことは難しく、メモリ５
に記憶されている遅れ時間１０３が運転状態によって最
適値からずれて、モータ１の出力トルク効率を変動、低
下させる恐れがある。以上のように従来の方法では常に
最適な電流分配角度を得ることはできず、安定したトル
ク特性を得ることができないという問題点がある。

【０００７】本発明は、上記のような課題を解消するた
めになされたもので、本発明の目的は、常に効率の良い
出力トルクを得ることが可能なモータの電流制御装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係るモータの電
流制御装置は、モータへの電流指令値を検出して記憶す
る電流指令値メモリと、電流指令値に対応する電流検出
値を記憶する電流検出値メモリと、電流指令値メモリに
記憶された電流指令値列と電流検出値メモリに記憶され
た電流検出値列とから電流指令値に対する電流検出値の
遅れ時間を算出する遅れ時間算出手段と、遅れ時間算出
手段の算出した遅れ時間に応じてモータの各相の電流指
令値の電流配分角度を求める電流配分角度補正手段と、
電流配分角度補正手段が求めた電流配分角度に基づき各
相電流指令値を算出する各相電流指令値算出手段とを備
えることを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】上述構成に基づき、本発明におけるモータの電
流制御装置は、電流制御手段を与えた電流指令値を数値
列として電流指令値メモリに記憶しておき、また電流制
御手段が電流のフィードバック制御のため検出した電流
検出値を数値列として電流検出値メモリに記憶してお
き、電流指令値列と電流検出値列とにより指令値に対す
る電流検出値の遅れ時間を算出し、このように算出した
遅れ時間から電流分配角度補正値を求め、各相電流指令
に相分配し、モータから最大かつ安定なトルクを出力す
る。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図を用いて説明
する。図１は、本発明の一実施例に係るモータの電流制
御装置の構成を示すブロック図である。モータの電流制
御装置は、３相同期モータ１の回転位置を検出する位置
検出器２を有しており、位置検出器２には、位置検出器
２が検出した３相同期モータ１の位置検出値１０６によ
りモータの回転速度を検出する速度検出手段３が接続さ
れている。速度検出手段３には、図示しない上位のコン
トローラより与えられる速度指令値１００と速度検出手
段３が検出したモータの速度検出値１０１との差分をと
り速度誤差１０２を算出する速度誤差演算手段４が接続
されており、かつ速度検出値１０１と後述する遅れ時間
算出手段１２により算出した遅れ時間１０３とから遅れ
時間内のロータの回転を算出して電流の分配角度補正値
１０４を出力する電流分配角度補正手段６が接続されて
いる。

【００１１】また、速度誤差演算手段４には、速度誤差
１０２に対応したトルク指令値１０５を出力するトルク
指令手段７が接続されており、位置検出器２、電流分配
角度補正手段６及びトルク指令手段７には、位置検出値
１０６、分配角度補正値１０４及びトルク指令値１０５
により電流分配を行って各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）電流指令
値１０７を相分配する各相電流指令算出手段８が接続さ
れている。そして、各相電流指令算出手段８には、各相
（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）電流指令値１０７により３相同期モー
タ１を制御する電流制御手段９が接続されており、かつ
Ｕ相電流指令値を記憶する電流指令値メモリ１０が接続
されている。更に、電流制御手段９には、電流制御手段
９が電流のフィードバック制御のために検出したＵ相電
流検出値を記憶する電流検出値メモリ１１が接続されて
おり、電流指令値メモリ１０と電流検出値メモリ１１と
には、この２つのメモリに記憶されている数値を時間順
に数値列と見て相互相関関数を算出して求めた相互相関
関数の最大差での位相差を時間に変換して遅れ時間１０
３とし電流分配角度補正手段６に出力する遅れ時間算出
手段１２が接続されている。

【００１２】電流指令値メモリ１０は、図２に示すよう
に、キュー構造になっており、２５６個のＵ相電流指令
値を順次に記憶し得るようになっており、電流指令値メ
モリ２０は、０番から順番に２５５番のメモリセルから
なっていて、各相電流指令算出手段８がＵ相電流指令値
を出力するとこれを０番のメモリセルに記憶し、次に１
番のメモリセルに記憶し、次に２番というように移って
２５５番までくると、次は０番のメモリセルに戻って新
たなＵ相電流指令値を記憶するように動作する。また、
電流検出値メモリ１１も電流指令値メモリ１０と同様に
２５６個の電流検出値を順次に記憶し得るようになって
いる。

【００１３】例えば、電流指令値メモリ１０のｉ番目に
記憶されている値をｘ（ｉ）とし、電流検出値メモリ１
１のｉ番目に記憶されている値をｙ（ｉ）とし、最新の
電流指令値を記憶しているメモリセルの番号をｋとし、
前回の電流指令値を記憶しているメモリセルの番号をｋ
＋１（ｋ，ｋ＋１は２５６を除数とする剰余になってい
る）とし、時間間隔を電流指令値の指令間隔（＝電流指
令周期）を１単位とする変数ｔで表すと、ｔについての
相互相関関数Ｒｘｙ（ｔ）を次のように近似する。

【００１４】

【数１】 （ここでｉは、２５６を除数とする剰余、すなわち２５
５の次に０になる。）そして、Ｒｘｙ（ｔ）が極大とな
るようなｔを探す。このｔをｔｍａｘとおくと求める遅
れ時間Ｔｄは Ｔｄ＝ｔｍａｘ＊電流指令周期 …（２） となる。このように、電流制御の遅れ時間を電流指令値
と電流検出値から求めることで常に最適な電流分配角度
を得ることができる。よって、ロータ位置に対して最大
の効率で電流を流すことができ、最大の効率の出力トル
クが得られる。また、常に最新の電流指令値と電流検出
値によって遅れ時間を更新するため、温度変化によるド
リフトやオフセット等が遅れ時間に与える影響も補償し
て効率の良い安定したトルク出力が可能となる。

【００１５】次に、本実施例の作用について説明する。
まず速度誤差演算手段４は、図示しない上位のコントロ
ーラより与えられる速度指令値１００とモータの速度検
出値１０１との差分をとり速度誤差１０２を算出する。
そして、トルク指令手段７はこの速度誤差１０２に応じ
てトルク指令値１０５を算出する。更に、各相電流指令
算出手段８は、このトルク指令値１０５をＵ相電流指令
値、Ｖ相電流指令値、Ｗ相電流指令値１０７に相分配す
る。それから、電流制御手段９がこのＵ、Ｖ、Ｗ相電流
指令値１０７に従ってモータ電流をフィードバック制御
し、モータ１はトルクを発生し回転する。この際、電流
指令値メモリ１０は、相電流指令算出手段８から出力さ
れるＵ相電流指令値を記憶し、また電流検出メモリ１１
は、電流制御手段９が電流のフィードバック制御のため
に検出したＵ相電流検出値を記憶し、遅れ時間算出手段
１２は、電流指令値メモリ１０と電流検出値メモリ１１
とに記憶されている数値を時間順に数値列と見て相互相
関関数を算出して求めた相互相関関数の最大差での位相
差を時間に変換して遅れ時間１０３とし電流分配角度補
正手段６に出力する。

【００１６】一方、モータ１に接続した位置検出器２
は、モータ１の回転位置を検出して位置検出値１０６を
出力する。速度検出手段３は、前回の位置検出値１０６
を記憶しておき、新たな位置検出値１０６との差分を取
って速度検出値１０１を算出する。再びこの速度検出値
１０６と速度指令値１００とにより新たな速度誤差１０
２が算出され、これに応じて新たなトルク指令値１０５
が算出される。

【００１７】なお、上述実施例においては、電流指令値
メモリ２０と電流検出値メモリ２１のメモリセル数を２
５６個としたが、これに限らず、電流アンプやモータの
特性によって少なくて済む場合もあれば、逆に多くしな
ければ相互相関関数の極大値がつかめない場合もあり、
その場合、２５６個という数に固定しなければならない
わけではなく必要に応じてメモリセル数を変えてもよ
い。また、上述実施例においては、遅れ時間を電流制御
周期の整数倍として求めているが、これでは、量子化誤
差が大きい場合、つまり遅れ時間が電流制御周期に比べ
てあまり大きくない場合には、（１）式のｉを０．５刻
みあるいは０．２刻みなど、刻みを小さくして計算する
ことができる。ｘ（０．５）は直線近似や２次近似を行
えばよい。ただしこの時、（１）式の計算でｉの範囲を
狭めることが必要になる。

【００１８】更に、本実施例では遅れ時間算出手段２２
において電流指令値と電流検出値との相互相関関数を算
出することにより遅れ時間を導いているが、この方法は
計算量が多くなり遅れ時間算出の更新周期が長くなる。
そこで、図３に示すような簡単な方法を利用するこもで
きる。例えば、電流指令値メモリ２０のｊ番目に記憶さ
れている値をｘ（ｊ）とし、電流検出値メモリ２１のｊ
番目に記憶されている値をｙ（ｊ）とし、図３に示すよ
うに電流指令値はｍ番目に０レベルを越え、電流検出値
はｎ番目に０レベルを越えたとすると、 Ｔｄ＝電流指令周期＊［（ｎ−ｍ）＋ｙ（ｎ−１）＊
（−１）／｛ｙ（ｎ）−ｙ（ｎ−１）｝−ｘ（ｍ−１）
＊（−１）／｛ｘ（ｍ）−ｘ（ｍ−１）｝］…（３）と
なる。つまり、電流指令値と電流検出値が零を横切る時
間の時間差を計算する方法である。実際には、式（３）
で求めたＴｄを平均化して遅れ時間とする。１回の時間
差では電流指令の波形やノイズの影響を受けて不正確に
なるため移動平均や加重平均化処理を行って遅れ時間を
求めるのが懸命である。この方法だと計算量も電流指令
値メモリ１０も電流検出値メモリ１１も上述した実施例
に比べて少なくて済む。また式（３）ではメモリセル間
を直線近似しているが、高次の近似を行うこともよい。
また、記憶させる電流指令値と電流検出値をＵ相とした
が、Ｖ相でも本発明の主旨を妨げるものではない。ま
た、電流指令値メモリ等のキュー構造を初めとする本発
明を構成する各手段は多くをソフトウェアによって構成
することもでき、特別なハードウェア構造を必要とする
ものではない。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流指令値列と電流検出値列とから電流指令値に対する
電流検出値の遅れ時間を算出し、このように算出した遅
れ時間から電流分配角度補正値を求め、各相電流指令に
相分配するように構成したので常に最適な電流配分角度
を得られ、モータから最大かつ安定なトルクを出力する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるモータの電流制御装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】本実施例に係わる電流指令値メモリと電流検出
値メモリの構造を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例を説明するための図であ
る。

【図４】従来のモータの電流制御装置の構成を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】 １ ３相同期モータ ２ 位置検出器 ３ 速度検出手段 ６ 電流分配角度補正手段 ８ 各相電流指令算出手段 ９ 電流制御手段 １０ 電流指令値メモリ １１ 電流検出値メモリ １２ 遅れ時間算出手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電流を制御することによりモータの速度
   制御を行うモータの電流制御装置において、 モータへの電流指令値を記憶する電流指令値メモリと、 電流指令値に対応する電流検出値を検出して記憶する電
   流検出値メモリと、 電流指令値メモリに記憶された電流指令値列と電流検出
   値メモリに記憶された電流検出値列とから電流指令値に
   対する電流検出値の遅れ時間を算出する遅れ時間算出手
   段と、 遅れ時間算出手段の算出した遅れ時間に応じてモータの
   各相の電流指令値の電流分配角度を求める電流配分角度
   補正手段と、 電流分配角度補正手段が求めた電流分配角度に基づき各
   相電流指令値を算出する各相電流指令値算出手段と、 を備えることを特徴とするモータの電流制御装置。