JPH06121569A - 電流フィードバック値のゲインバランス自動調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲインバランス補正値の補正をサーボモータ
の運転中も自動的に実行して、サーボモータにおける脈
動の発生を抑制する。 【構成】 各相の電流フィードバック値においてゲイン
バランス補正値に誤差が生じた場合、電気角検出手段２
６において、トルク指令値ｂからモータ発生トルクの脈
動を検出し、モータの電気角信号ｆより脈動成分によっ
てトルク指令値が最大となる第１の電気角と最小となる
第２の電気角を検出する。さらに判断手段２７におい
て、第１の電気角と第２の電気角の角度差よりゲインバ
ランス補正誤差が発生したかどうかを判断し、もしゲイ
ンバランス補正誤差の発生と判断されれば補正手段３０
において、ゲインバランス補正値ｃに第１の電気角の値
に対応したゲインバランス補正値調整量を加算し更新す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精度なＮＣ装置やロ
ボットなどに使用されるサーボモータのディジタル制御
装置における、２相の電流検出器のゲイン差や、検出さ
れた電流フィードバック値の増幅値の差によるトルクリ
ップルの発生を抑制するゲインバランスの自動調整装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高精度なＮＣ装置やロボットなど
に使用されるサーボモータのディジタル制御装置におけ
る電流フィードバック値のゲインバランス調整装置につ
いては、電源投入時にサーボモータの回転子を機械式ブ
レーキで固定し、サーボモータのＵ相とＶ相に同一の直
流電流を流して、Ｕ相の電流フィードバック値とＶ相の
電流フィードバック値の比率の補正値Ｋを測定し、以降
の制御においては、検出された各相の電流フィードバッ
ク値を比率の補正値Ｋを用いて補正し、各相の電流フィ
ードバック値のゲインを等しくして、ゲインアンバラン
スによる電動機への影響を防ぐ装置が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の装置では、電源投入時に各相の電流フィードバッ
ク値の比率の補正値Ｋを記憶させて補正しているため
に、運転中に電流検出器や増幅器の温度特性や電圧特性
によって各相のゲイン比が変化した時には適正な補正が
できなくなる。

【０００４】本発明は上記従来の問題を解決するもの
で、各相の電流フィードバック値のゲインアンバランス
を電気角半周期のトルク指令値の脈動から判断し、ゲイ
ンバランス補正値の補正をモータの運転中も自動的に実
行して、トルク指令値の脈動を防止することができるゲ
インバランス自動調整装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の電流フィードバック値のゲインバランス自動
調整装置は、２相の電流フィードバック値を有するサー
ボモータのディジタル制御装置であって、前記サーボモ
ータのトルク指令値と電気角信号を入力とし、電気角半
周期の間回転が一方向で回転速度が所定の上限設定値以
下であることを検出する回転検出手段と、その回転検出
手段の検出時に前記電気角半周期の間でトルク指令値が
最大となる第１の電気角と最小となる第２の電気角を検
出する電気角検出手段と、その電気角検出手段で検出さ
れた第１の電気角と第２の電気角の差が９０度であるか
どうかを判断する判断手段と、その判断手段で第１の電
気角と第２の電気角の差が９０度であると判断した場合
に、電気角１８０度を３つの範囲に分割し、第１の電気
角がどの範囲にあるかを判断する電気角存在範囲判定手
段と、前記３つの範囲に応じて設定されたゲインバラン
ス補正値調整量を持ちゲインバランス補正値に第１の電
気角が存在する分割範囲のゲインバランス補正値調整量
を加算更新して出力するゲインバランス補正値出力手段
とを備えたものである。

【０００６】

【作用】上記構成により、運転中の温度変化や電圧変化
によって電流フィードバック値のゲインバランス補正値
に補正誤差が生じた場合でも、ゲインバランス補正値の
補正誤差の発生をトルク指令値の脈動から判断し、サー
ボモータの電気角半周期の間でトルク指令値が最大とな
る電気角に応じて検出電流値にゲインバランス補正値を
乗算するので、サーボモータの運転中も自動的にゲイン
バランス補正値の補正が行われるため、モータ発生トル
クの脈動が防止され、速度リップルの増加などの制御性
能の悪化を抑制することができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【０００８】図１は、本発明の電流フィードバック値の
ゲインバランス自動調整装置を有するサーボモータのデ
ィジタル制御装置の一実施例を示すブロック図である。
図１において、速度指令値ａが入力される加算器１は速
度制御部２を介して正弦波テーブル３およびゲインバラ
ンス補正値自動調整装置４に接続され、速度制御部２か
らのトルク指令値ｂを正弦波テーブル３およびゲインバ
ランス補正値自動調整装置４に入力する。Ｕ相の電流検
出器５の出力と正弦波テーブル３は加算器７に接続さ
れ、この正弦波テーブル３からのＵ相の電流指令値ｅ１
と、Ｕ相の検出電流値ｄ１とが加算器７に入力される。
この加算器７は比例要素８およびサーボアンプ９を介し
てサーボモータ１０に接続されている。これらサーボア
ンプ９とサーボモータ１０の間にＵ相電流検出器５が設
けられている。また、ゲインバランス補正値自動調整装
置４は乗算器１２に接続され、ゲインバランス補正値自
動調整装置４からのＶ相のゲインバランス補正値ｃを乗
算器１２の乗算係数Ｋｖに置換する。Ｖ相の電流検出器
１１の出力を乗算器１２に接続し、Ｖ相の検出電流値ｄ
２には乗算器１２の係数Ｋｖが乗算される。この乗算器
１２と正弦波テーブル３は加算器１３に接続され、この
正弦波テーブル３からのＶ相の電流指令値ｅ２と、乗算
器１２からの出力ｇ２とが加算器１３に入力される。こ
の加算器１３は比例要素１４およびサーボアンプ９を介
してサーボモータ１０に接続されている。これらサーボ
アンプ９とサーボモータ１０の間にＶ相電流検出器１１
が設けられている。さらに、加算器７と加算器１３は加
算器１５と比例要素１６とサーボアンプ９を介してサー
ボモータ１０に接続されている。

【０００９】また、サーボモータ１０はエンコーダ１７
に接続され、さらにエンコーダ１７は位置カウンタ１８
を介してゲインバランス補正値自動調整装置４と正弦波
テーブル３に接続され、位置カウンタ１８からのサーボ
モータ１０の電気角信号ｆをゲインバランス補正値自動
調整装置４と正弦波テーブル３に入力する。また、エン
コーダ１７は速度検出回路１９を介して加算器１に接続
され、速度検出回路１９からの速度フィードバック値ｇ
を加算器１に入力する。

【００１０】図２は図１に示したゲインバランス補正値
自動調整装置４の内部構成を示すブロック図である。図
２において、速度制御処理周期設定手段２１は、サーボ
モータ１０のトルク指令値ｂと電気角信号ｆを入力と
し、これらトルク指令値ｂおよび電気角信号ｆを通過さ
せるとともに、速度制御処理復帰フラグにより次の速度
制御周期へと進むように設定する。この速度制御処理周
期設定手段２１が接続される回転検出手段２２は、トル
ク指令値ｂと電気角信号ｆを入力とし、回転方向が前回
の速度制御処理周期の回転方向と同一で、回転速度がサ
ーボモータ１０の発生トルクとトルク指令値ｂの位相差
が問題にならないようにおらかじめ定めた上限設定値以
下であることを検出する。この回転検出手段２２が接続
される電気角検出手段２６は、トルク指令値ｂと電気角
信号ｆを入力として、トルク指令値ｂが最大となった時
の電気角を第１の電気角ｆ１として保存する最大値検出
手段２３と、トルク指令値ｂが最小となった時の電気角
を第２の電気角ｆ２として保存する最小値検出手段２４
と、電気角信号をカウントし、電気角半周期が検出され
ていなければ速度制御処理復帰フラグを速度制御処理周
期設定手段２１に出力する電気角カウンタ２５で構成さ
れる。電気角検出手段２６が接続される判断手段２７
は、電気角検出手段２６で検出された電気角ｆ１と電気
角ｆ２の差が９０度であるかどうかを判断する。この判
断手段２７が接続される電気角存在範囲判定手段２８
は、判断手段２７で電気角ｆ１と電気角ｆ２の差が９０
度であると判断した場合に、電気角１８０度を３つに分
割したどの範囲に電気角ｆ１が存在するかを判断する。
この電気角存在範囲判定手段２８が接続されるゲインバ
ランス補正値出力手段２９は、前記３つの分割範囲に応
じて設定されたゲインバランス補正値調整量を持ち、電
気角ｆ１が存在する分割範囲のゲインバランス補正値調
整量をゲインバランス補正値に加算更新してゲインバラ
ンス補正値ｃとして出力する。これら電気角存在範囲判
定手段２８およびゲインバランス補正値出力手段２９に
より補正手段３０が構成され、これが第１の電気角に応
じて各相の電流フィードバック値のゲインアンバランス
を補正する。

【００１１】さらに、回転検出手段２２と判断手段２７
とゲインバランス補正値出力手段２９が接続される初期
化手段３１は、回転検出手段２２、判断手段２７、ゲイ
ンバランス補正値出力手段２９のいずれかから出力され
る初期化フラグによってトルク指令値ｂの最大値、最小
値と電気角ｆ１、電気角ｆ２の初期化を行い、その後速
度制御処理復帰フラグを速度制御処理周期設定手段２１
に出力する。また初期設定時にはゲインバランス補正値
の初期値設定も初期化手段３１において行われる。

【００１２】以上のように構成されたゲインバランス補
正値自動調整装置４において、ゲインバランス補正値に
誤差が生じると、サーボモータ１０で発生するトルクに
は電気角の半周期の脈動が生じ、トルク指令値ｂが最大
となる第１の電気角ｆ１と最小となる第２の電気角ｆ２
が存在する。本実施例では電気角ｆ１を検出することで
ゲインバランス補正値の自動調整を行う。

【００１３】図３は図２のゲインバランス補正値自動調
整装置４内での演算処理を示した流れ図であり、この演
算処理のうち処理Ｓ０〜Ｓ１は初期設定時の処理を示
し、速度制御処理ＳＶと処理Ｓ２〜処理Ｓ８は通常の運
転時に行われる処理を示している。図３に示すように、
まず処理Ｓ０において、電源投入時に決定されるゲイン
バランス補正値を初期値として設定し、処理Ｓ１におい
てトルク指令値ｂの最大値と最小値、電気角ｆ１と電気
角ｆ２の値を初期化する。

【００１４】通常の運転が開始され速度制御処理ＳＶが
実行されたのち、処理Ｓ２において、回転検出手段２２
によって、現在のモータ軸の回転方向を検出し、この回
転方向を前回の速度制御処理時の回転方向と比較し、回
転方向が変化した場合には処理Ｓ８に進み、初期化手段
３１によりトルク指令値ｂの最大値と最小値、および電
気角ｆ１と電気角ｆ２を初期化したのち、次の速度制御
処理周期へと進む。処理Ｓ２において、回転方向が前回
の速度制御処理周期と同一であれば処理Ｓ３へ進む。処
理Ｓ３においては、回転検出手段２２により、現在の回
転速度を検出し、あらかじめ設定した上限設定値以上の
回転速度である場合は処理Ｓ２と同様に、処理Ｓ８に進
み初期化手段３１によりトルク指令値ｂの最大値と最小
値、および電気角ｆ１と電気角ｆ２を初期化したのち、
次の速度制御処理周期へと進む。回転速度が上限設定値
以下であれば処理Ｓ４へ進む。処理Ｓ４においては、電
気角検出手段２６により、電気角カウンタ２５が電気角
半周期の経過を検出するまで、最大値検出手段２３にお
いて、入力されたトルク指令値ｂと電気角ｆから、トル
ク指令値ｂが最大値を得たときの電気角を第一の電気角
ｆ１として保存し、最小値検出手段２４において測定し
たトルク指令値の最小値を得たときの電気角を第２の電
気角ｆ２として保存する。電気角半周期の経過がカウン
トされない間は次の速度制御処理周期へと進み、電気角
半周期の経過を検出すれば、処理Ｓ５へ進む。処理Ｓ５
においてはゲインバランス補正値の補正誤差によって生
ずるトルク脈動は電気角の半周期を１周期とするから、
判断手段２７によって、電気角ｆ１と電気角ｆ２の角度
差の絶対値が９０度でなければゲインバランス補正誤差
以外を要因とするトルクの脈動であると判断して、トル
ク指令値ｂの最大値と最小値、および電気角ｆ１と電気
角ｆ２を処理Ｓ８において、初期化手段３１で初期化し
たのち次の速度制御処理周期へ進む。電気角ｆ１と電気
角ｆ２の角度差の絶対値が９０度であればゲインバラン
ス補正誤差を要因とするトルクの脈動が発生したと判断
して処理Ｓ６へ進む。ここで角度差９０度には計測時の
誤差α度を許容するものとする。

【００１５】処理Ｓ６では、電気角存在範囲判定手段２
８により、後述の電気角１８０度を３つに分割した範囲
のうち電気角ｆ１がどの範囲に存在するかを判定し、そ
の判定結果より処理Ｓ７において、ゲインバランス補正
値出力手段２９により、Ｖ相のゲインバランス補正値に
ゲインバランス補正値調整量を加算して、ゲインバラン
ス補正値ｃを更新して出力する。このゲインバランス補
正値ｃを出力したのち処理Ｓ８において、初期化手段３
１によりトルク指令値ｂの最大値と最小値および電気角
ｆ１と電気角ｆ２の値を初期化し、次の速度制御処理周
期へ進む。

【００１６】速度制御処理ＳＶにおいては、図１におけ
るゲインバランス補正値自動調整装置４内での処理を除
く全ての処理が実行され、このとき、電流検出器１１か
らのＶ相検出電流ｄ２に、ゲインバランス補正値出力手
段２９より出力されたＶ相のゲインバランス補正値ｃを
乗算器１２の乗算係数Ｋｖに置換して乗算することによ
って、Ｖ相の実際のフィードバック電流ｇ２を得て、フ
ィードバック電流ｇ２によって各相の電流フィードバッ
ク値のゲインアンバランスの補正が行われる。

【００１７】今、サーボモータ１０の各相にピーク値Ｉ
ｑの正弦波電流を流した時の、Ｕ相の電流フィードバッ
ク値ｄ１、Ｖ相の電流フィードバック値ｄ２は、Ｕ相の
電流検出器５のゲインをａｕ、Ｖ相の電流検出器１１の
ゲインをａｖとすれば、 ｄ１＝Ｉｑ×ａｕ×ｓｉｎ（θ） （１） ｄ２＝Ｉｑ×ａｖ×ｓｉｎ（θ−１２０°） （２） と表記され、Ｖ相に実際にフィーバックされる電流値ｇ
２は、 ｇ２＝Ｋｖ×ｄ２＝ｃ×Ｉｑ×ａｖ×ｓｉｎ（θ−１２０゜） （３） となる。このとき、各相のゲインアンバランスによって
発生するトルクＴｘは Ｔｘ＝Ｋ１×Ｉｑ×｛−１／ａｕ＋１／（ｃ×ａｖ）｝ ×ｓｉｎ（２θ＋６０゜） （４） で表される。ここで、Ｋ１はトルクに換算する係数であ
る。

【００１８】上記の式（４）より、Ｔｘは θ＝１５゜
で ａｕ＞ｃ×ａｖ のとき、およびθ＝１０５゜で ａ
ｕ＜ｃ×ａｖ のとき最大となる。すなわち、トルク指
令値ｂが最大となるときの電気角ｆ１が１５度または１
０５度の場合はゲインアンバランスによるトルク脈動で
あり、電気角ｆ１が１５度または１０５度以外の場合の
トルク脈動は、ゲインバランスとは無関係の他の原因に
よるものと判定できる。

【００１９】ゲインバランス補正値出力手段２９では、
ゲインバランス補正値ｃの補正を次のように行う。すな
わち電気角を３つの範囲に分割し、電気角ｆ１が第１の
範囲１５±β度にある場合は、ａｕ＞ｃ×ａｖであるか
らｃが過小であることを示しており、ゲインバランス補
正値ｃを現在の値よりも増加させる補正を行う。また電
気角ｆ１が第２の範囲１０５±β度にある場合は、ａｕ
＜ｃ×ａｖであるからｃが過大であることを示してお
り、ゲインバランス補正値ｃを現在の値より減少させる
補正を行う。電気角ｆ１が第３の範囲である１５±β度
または１０５±β度以外にある場合は、トルク脈動は、
ゲインバランスとは無関係の他の原因によるものである
から、ゲインバランス補正値ｃの補正は行わない。ここ
でβは、他の原因によるトルク脈動が重畳した場合の、
電気角ｆ１の移動を考慮して定める値で、本実施例では
β＝５゜とした。また、ｃを増加または減少させる調
整量は、乗算係数Ｋｖの最小単位とした。

【００２０】以上の実施例では、本発明を詳細にその最
も好ましい実施態様について説明したが、その好ましい
実施態様の説明は、構成の詳細な部分についての変形、
特許請求の範囲に記載された本発明の思想に反しない限
りでの種々な変形、またはそれらを組み合わせたものに
変更できることは明らかである。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
ゲインバランスの自動補正装置によれば、電圧変動や温
度上昇も含めて、電流フィードバック値ゲインバランス
の補正誤差が生じた場合は、サーボモータの運転中にあ
っても、ゲインバランス補正値の自動調整を行うことが
可能となり、サーボモータで発生するトルク脈動を減少
させ、速度リップルの増加などの制御性能の悪化を抑制
し、サーボモータの運転を長時間にわたり安定かつ精密
に制御することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すゲインバランス自動調
整装置を有するサーボモータのディジタル制御装置のブ
ロック図

【図２】図１に示すゲインバランス自動調整装置の内部
構成を示すブロック図

【図３】同ゲインバランス自動調整装置内での演算処理
動作を示す流れ図

【符号の説明】

５ Ｕ相電流検出器（電流検出器） １０ サーボモータ １１ Ｖ相電流検出器（電流検出器） ２２ 回転検出手段 ２６ 電気角検出手段 ２７ 判断手段 ２８ 電気角存在範囲判定手段 ２９ ゲインバランス補正値出力手段 ｂ トルク指令値 ｃ ゲインバランス指令値 ｄ１ Ｕ相の電流フィードバック値（電流フィードバッ
ク値） ｄ２ Ｖ相の電流フィードバック値（電流フィードバッ
ク値） ｆ 電気角信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井野 芳浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２相の電流検出器からの電流フィードバ
   ック値を有するサーボモータのディジタル制御装置であ
   って、前記サーボモータのトルク指令値と電気角信号を
   入力とし、電気角半周期の間回転が一方向で回転速度が
   所定の上限設定値以下であることを検出する回転検出手
   段と、その回転検出手段の検出時に前記電気角半周期の
   間でトルク指令値が最大となる第１の電気角と最小とな
   る第２の電気角を検出する電気角検出手段と、その電気
   角検出手段で検出された第１の電気角と第２の電気角の
   差が９０度であるかどうかを判断する判断手段と、その
   判断手段で前記第１の電気角と第２の電気角の差が９０
   度であると判断した場合に電気角１８０度を３つの範囲
   に分割し前記第１の電気角がどの範囲にあるかを判断す
   る電気角存在範囲判定手段と、前記３つの範囲に応じて
   設定されたゲインバランス補正値調整量を持ちゲインバ
   ランス補正値に前記第１の電気角が存在する分割範囲の
   前記ゲインバランス補正値調整量を加算更新して出力す
   るゲインバランス補正値出力手段とを備えた電流フィー
   ドバック値のゲインバランス自動調整装置。