JPH08154392A - モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 位相制御を行うモータの制御装置において、
指令位相の調整幅とモータに与えられる電力量との非線
形性を改善する。 【構成】 モータ１の制御装置における比例積分補償器
６には、指定回転速度Ｒと速度検出回路４によって検出
されるモータ１の回転速度Ｖとの偏差εが入力され、そ
の偏差εとその積分値に比例した値が指令位相Ｕとして
補正器９に入力される。補正器９は、その指令位相Ｕ
を、前回入力された指令位相Ｕ０との差分値ΔＵに基づ
いてモータに与えられる電力量が等しくなるように補正
して、補正された指令位相Ｕ´をパルス発生回路７に対
して出力する。ソリッド・ステートリレー３は、パルス
発生回路７が指令位相Ｕ´に応じて出力するタイミング
パルスに基づいて、商用交流電源２が供給する交流電圧
をモータ１に印加して位相制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、位相制御を行ってモー
タの回転速度が指定回転速度に等しくなるように制御す
る機能を備えたモータの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のモータの制御装置の一例を図３
に示す。この図３において、ユニバーサル・モータから
なるモータ１には、商用交流電源２からの交流電圧が、
ソリッドステート・リレー（以下ＳＳＲと称す）３を介
して印加されている。このＳＳＲ３は、トライアック等
から構成されたものであり、その制御入力端子に与えら
れるパルスの立ち上がりでモータ１に対して交流電圧を
印加し、交流電圧の零点において印加電圧を遮断するよ
うに構成されている。この場合、交流電圧及びＳＳＲ３
の制御入力端子に与えられるパルス信号を図４（ａ）及
び（ｂ）に示すものとすると、モータ１に印加される電
圧波形は、図４（ｃ）に示すような波形となる。

【０００３】また、上記モータ１の回転速度Ｖは、タコ
ゼネやロータリエンコーダ等から構成された速度検出回
路４により検出される構成となっている。そして、この
検出されたモータ１の回転速度Ｖが速度指定手段によっ
て与えられた指定（目標）回転速度Ｒに等しくなるよう
に例えば比例積分制御によりフィードバック制御される
構成となっている。具体的には、比例積分補償器６は、
指定回転速度Ｒと速度検出回路４によって検出された回
転速度Ｖとの偏差εを受けて、この偏差εが零になるよ
うにパルス発生回路７に指令位相Ｕを出力する構成とな
っている。この場合、比例積分補償器６は、偏差εとそ
の積分値に比例した値を指令位相Ｕとしてパルス発生回
路７に出力している。

【０００４】そして、パルス発生回路７は、上記指令位
相Ｕに対応したタイミングに基いて、図４（ｂ）に示す
ようにタイミング・パルスを発生し、このタイミング・
パルスをＳＳＲ３の制御入力端子に与える構成となって
いる。この結果、モータ１は指令位相Ｕで交流電圧が印
加され、次の零点において印加電圧が遮断される。この
場合、比例積分補償器６は、交流電圧の半周期毎に上記
指令位相Ｕを遅らせたり進ませたりする調整（位相制
御）を行ってモータ１に発生するトルクを増減調整する
ことにより、モータ１の回転速度Ｖが指定回転速度Ｒに
近付くようにフィードバック制御する構成となってい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来構成では、比
例積分補償器６は、ある制御時点において、図５（ａ）
に示すように、前回の指令位相をＵ０としたとき、今回
モータ１に対して所定の大きさのゲインを与えるため
に、ΔＵだけ位相を調整して指令位相Ｕ（Ｕ＝Ｕ０＋Δ
Ｕ）を出力する制御を行うように構成されている。ここ
で、比例積分補償器６は、モータ１に対して上記と同じ
大きさの所定ゲインを与える制御を行う場合、前回の指
令位相Ｕ０に上記と同じ調整幅ΔＵだけ位相を調整する
ように構成されている。具体的には、図５（ｂ）に示す
ような異なる制御時点においても、モータ１に対して上
記所定ゲインを与えるために、指令位相Ｕ（Ｕ＝Ｕ０＋
ΔＵ）を出力する制御を行う。

【０００６】しかしながら、図５（ａ）に示す時点にお
いて、調整幅ΔＵによってモータ１に与えられる電力量
（この場合、減少電力量）は、図５（ａ）のクロスハッ
チング部分となるのに対して、図５（ｂ）に示す時点に
おいて、調整幅ΔＵによってモータ１に与えられる電力
量（減少電力量）は、図５（ｂ）のクロスハッチング部
分となるから、両者の電力量が異なってしまい、調整幅
ΔＵとモータ１に与えられる電力量とが非線形関係とな
る。換言すると、モータ１に与えられるゲインが異なっ
てしまう。具体的には、同じ大きさの所定ゲインをモー
タ１に与えようとしたのに、図５（ｂ）の場合には、図
５（ａ）の場合よりもゲインが小さくなって（アンダー
ゲイン）しまうという不具合があった。このため、上記
従来構成では、モータ１を高精度に速度制御することが
できなかった。

【０００７】本発明は上記課題を解決するもので、その
目的は、モータの状態量が目標状態量に等しくなるよう
に制御する場合に、より高精度な制御を行うことができ
るモータの制御装置を提供するにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載のモータの制御装置は、商用交流電源
からの交流電圧若しくは全波整流電圧を印加することに
より回転するモータと、指令された位相においてモータ
に交流電圧若しくは全波整流電圧を印加し、交流電圧若
しくは全波整流電圧の次の零点において印加電圧を遮断
する動作を繰返すスイッチング手段と、スイッチング手
段に与える指令位相を調整してモータに印加する交流電
圧若しくは全波整流電圧を位相制御することにより、モ
ータの状態量が目標状態量に等しくなるように制御する
制御手段と、制御手段により調整された指令位相の調整
幅を、この調整幅に基づいてモータに与えられる電力量
が指令位相に関係なく等しくなるように補正する補正手
段とを具備して成るものである。

【０００９】請求項２記載のモータの制御装置は、商用
交流電源からの交流電圧若しくは全波整流電圧を印加す
ることにより回転するモータと、交流電圧若しくは全波
整流電圧の零点においてモータに前記交流電圧若しくは
全波整流電圧を印加し、指令された位相において印加電
圧を遮断する動作を繰返すスイッチング手段と、スイッ
チング手段に与える指令位相を調整してモータに印加す
る交流電圧若しくは全波整流電圧を位相制御することに
より、モータの状態量が目標状態量に等しくなるように
制御する制御手段と、制御手段により調整された指令位
相の調整幅を、この調整幅に基づいてモータに与えられ
る電力量が指令位相に関係なく等しくなるように補正す
る補正手段とを具備して成るものである。

【００１０】請求項３記載のモータの制御装置は、商用
交流電源からの交流電圧若しくは全波整流電圧を印加す
ることにより回転するモータと、第１の指令位相におい
てモータに交流電圧若しくは全波整流電圧を印加し、第
２の指令位相において印加電圧を遮断する動作を繰返す
スイッチング手段と、スイッチング手段に与える第１及
び第２の指令位相を調整してモータに印加する交流電圧
若しくは全波整流電圧を位相制御することにより、モー
タの状態量が目標状態量に等しくなるように制御する制
御手段と、制御手段により調整された第１及び第２の指
令位相の調整幅を、この調整幅に基づいてモータに与え
られる電力量が指令位相に関係なく等しくなるように補
正する補正手段とを具備して成るものである。

【００１１】また、上記各補正手段は、指令位相の調整
幅を、交流電圧若しくは全波整流電圧の値が零に近い位
相ほど幅広にすると共に、前記値がピークに近い位相ほ
ど幅狭にするように補正する構成とすることが好ましい
（請求項４）。

【００１２】

【作用】請求項１〜３記載の各モータの制御装置によれ
ば、制御手段により調整された指令位相の調整幅がその
調整幅に基づいてモータに与えられる電力量が指令位相
に関係なく等しくなるように補正される構成であるの
で、指令位相に関係なくモータに対して制御手段が与え
たい大きさの（等しい大きさの）ゲインが与えられるよ
うになる。このため、モータをより高精度に制御するこ
とが可能となる。

【００１３】この場合、指令位相の調整幅を、モータに
与えられる電力量が指令位相に関係なく等しくなるよう
に補正するにあたっては、例えば指令位相の調整幅を、
交流電圧若しくは全波整流電圧の値が零に近い位相ほど
幅広にすると共に、上記値がピークに近い位相ほど幅狭
にするように補正すると、モータに与えられる電力量が
指令位相に関係なく等しくなる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図１及び図
２を参照して説明する。尚、図３（従来構成）と同一部
分には同一符号を付す。即ち、図１に示すように、商用
交流電源２の両端には、モータ１及びＳＳＲ３が直列に
接続されている。このＳＳＲ３が本発明のスイッチング
手段を構成している。上記ＳＳＲ３の制御入力端子に
は、パルス発生回路７からのパルス信号が与えられるよ
うに構成されている。また、速度検出回路４は、モータ
１の状態量である例えば回転速度Ｖを検出して検出信号
Ｖを出力するように構成されている。

【００１５】そして、比例積分制御手段である比例積分
補償器６は、例えば速度指定手段によって指定回転速度
Ｒと上記速度検出回路４によって検出された回転速度Ｖ
との偏差εを受けて、この偏差εが零になるようにパル
ス発生回路７に指令位相Ｕを出力する構成となってい
る。この場合、比例積分補償器６が本発明の制御手段を
構成している。また、指定回転速度Ｒが目標状態量であ
る。

【００１６】さて、比例積分補償器６の出力端子とパル
ス発生回路７の入力端子との間には、補正手段である例
えば補正器９が設けられている。この補正器９は、比例
積分補償器６から出力された指令位相Ｕを受けて、次に
述べるようにして指令位相Ｕ´を生成し、これをパルス
発生回路７へ与える構成となっている。

【００１７】この場合、補正器９は、比例積分補償器６
が前回出力した指令位相Ｕ０と、この指令位相Ｕ０に基
づいて補正器９が前回補正出力した指令位相Ｕ０´とを
内部メモリに記憶している。そして、補正器９は、比例
積分補償器６から今回与えられた指令位相Ｕを、例えば
以下の手順に従って補正する。具体的には、まず、比例
積分補償器６が出力した前回と今回の指令位相の差分値
（調整幅）ΔＵを算出する。 ΔＵ＝Ｕ−Ｕ０ そして、この差分値ΔＵを次の補正式によって補正し、
補正差分値ΔＵ´を算出する。 ΔＵ´＝ΔＵ／ｓｉｎ（Ｕ０´＋ΔＵ）

【００１８】この補正差分値ΔＵ´を、前回出力した補
正後の指令位相Ｕ０´に加えて今回の補正後の指令位相
Ｕ´として出力する。ただし、この補正式は、指令位相
Ｕが０若しくはπでない場合に限り適用される。即ち、
指令位相Ｕの値に応じて、補正後の指令位相Ｕ´は以下
のように場合分けされる。 Ｕ≠０，πの場合 Ｕ´＝Ｕ０´＋ΔＵ´ Ｕ＝０の場合 Ｕ´＝０ Ｕ＝πの場合 Ｕ´＝π

【００１９】即ち、補正差分値ΔＵ´は、ｓｉｎ（Ｕ０
´＋ΔＵ）が０に近付くほど、差分値ΔＵに対する補正
率が増加して、指令位相の調整幅が相対的に幅広になる
ように補正されることになる。逆に、ｓｉｎ（Ｕ０´＋
ΔＵ）が１に近付くほど、差分値ΔＵに対する補正率は
減少して、指令位相の調整幅が相対的に幅狭になるよう
に補正される構成となっている。

【００２０】この場合、比例積分補償器６が異なる制御
時点（例えば図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）において
同じ調整幅の差分値ΔＵとなる指令位相Ｕを出力したと
する。すると、前回の補正後の指令位相Ｕ０´に対応す
る電圧が比較的高く電圧振幅のピークに近い場合には、
補正器９から出力される補正差分値ΔＵ´（図２（ａ）
参照）は上記差分値ΔＵに比べてそれ程変化しない。一
方、前回の補正後の指令位相Ｕ０´に対応する電圧が比
較的低く電圧振幅の零点に近い場合には、補正器９から
出力される補正差分値ΔＵ´（図２（ｂ）参照）は上記
差分値ΔＵに比べて大きくなる。従って、上記各補正差
分値ΔＵ´に応じてモータ１に対して印加される電力量
（図２（ａ）及び（ｂ）中のクロスハッチング部分に示
す領域）は、指令位相Ｕに関係なくほぼ等しくなるので
ある。換言すると、補正器９は、補正差分値ΔＵ´に応
じてモータ１に対して印加される電力量（図２（ａ）及
び（ｂ）中のクロスハッチング部分に示す領域）が指令
位相Ｕに関係なくほぼ等しくなるように指令位相Ｕを補
正する構成となっている。尚、上述した補正器９部分以
外の比例積分制御構成は、従来技術（周知技術）の比例
積分制御構成と同じ構成となっている。

【００２１】以上説明した本実施例によれば、モータ１
に印加する交流電圧を位相制御する場合に、比例積分補
償器６により調整出力された指令位相Ｕの調整幅ΔＵを
補正器９によって調整幅ΔＵ´に補正することにより、
調整幅ΔＵ´に基づいてモータ１に与えられる電力量が
指令位相に関係なく等しくなるように構成した。この結
果、本実施例では、指令位相に関係なくモータ１に対し
て比例積分補償器６が与えたい大きさの（等しい大きさ
の）ゲインが与えられるようになる。このため、従来構
成（図３参照）に比べて、モータ１をより高精度に制御
することが可能となる。

【００２２】特に、本実施例では、補正器９において、
指令位相Ｕ´の差分値ΔＵ´が交流電圧の値が零に近い
位相ほど幅広にすると共に、前記値がピークに近い位相
ほど幅狭にするように補正し、この補正した指令位相Ｕ
´をパルス発生回路７へ出力するように構成した。これ
により、指令位相Ｕにかかわらずモータ１に印加される
電力量が略等しくなるように制御される。この場合、補
正器９の補正制御を簡単な構成にて容易に実現すること
ができる。

【００２３】尚、本発明は上記しかつ図面に記載した実
施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形が
可能である。まず、指令位相の補正式は、上記実施例中
に記述したものに限らず、他の式を用いても、また、予
め作成されたテーブルに従って補正を行っても良く、要
は同じ指令位相の調整幅に対してモータ１に与えられる
電力量が等しくなるように補正する構成であれば良い。
また、モータ１をユニバーサル・モータとしたが、これ
に代えて直流モータとしても良い。この場合には、交流
電圧に代えて全波整流電圧を印加するように構成すれば
良い。

【００２４】更に、モータ１を位相制御するに際して、
指令位相Ｕ（Ｕ´）においてモータ１に交流電圧を印加
し、交流電圧の零点においてその印加電圧を遮断するよ
うに構成したが、交流電圧の零点において交流電圧を印
加して、指令位相においてその印加電圧を遮断するよう
に構成しても良い。更にまた、比例積分補償器より第１
の指令位相及び第２の指令位相を出力すると共に、第１
の指令位相でモータ１に交流電圧を印加し、第２の指令
位相でその印加電圧を遮断するように構成しても良い。
また、上記実施例では、モータ１の状態量として回転速
度を制御する構成に適用したが、これに限られるもので
はなく、トルク等を制御する構成に適用しても良い。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上の説明から明らかなよう
に、制御手段により調整された指令位相の調整幅を、こ
の調整幅に基づいてモータに与えられる電力量が指令位
相に関係なく等しくなるように補正したので、指令位相
に関係なくモータに対して制御手段が与えたい大きさの
（等しい大きさの）ゲインが与えられるようになり、モ
ータをより高精度に制御することができるという優れた
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の電気的構成を示すブロック
図

【図２】指令位相と電力量との関係を示す図

【図３】従来技術の図１相当図

【図４】交流電圧波形とソリッド・ステート・リレーの
入出力波形を示すタイミングチャート

【図５】図２相当図

【符号の説明】

１はモータ、３はソリッド・ステート・リレー（スイッ
チング手段）、４は速度検出回路、６は比例積分補償器
（制御手段）、７はパルス発生回路、９は補正器（補正
手段）を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用交流電源からの交流電圧若しくは全
   波整流電圧を印加することにより回転するモータと、 指令された位相において前記モータに前記交流電圧若し
   くは全波整流電圧を印加し、前記交流電圧若しくは全波
   整流電圧の次の零点において印加電圧を遮断する動作を
   繰返すスイッチング手段と、 前記スイッチング手段に与える指令位相を調整して前記
   モータに印加する前記交流電圧若しくは全波整流電圧を
   位相制御することにより、前記モータの状態量が目標状
   態量に等しくなるように制御する制御手段と、 前記制御手段により調整された指令位相の調整幅を、こ
   の調整幅に基づいて前記モータに与えられる電力量が指
   令位相に関係なく等しくなるように補正する補正手段と
   を具備して成るモータの制御装置。
2. 【請求項２】 商用交流電源からの交流電圧若しくは全
   波整流電圧を印加することにより回転するモータと、 前記交流電圧若しくは全波整流電圧の零点において前記
   モータに前記交流電圧若しくは全波整流電圧を印加し、
   指令された位相において印加電圧を遮断する動作を繰返
   すスイッチング手段と、 前記スイッチング手段に与える指令位相を調整して前記
   モータに印加する前記交流電圧若しくは全波整流電圧を
   位相制御することにより、前記モータの状態量が目標状
   態量に等しくなるように制御する制御手段と、 前記制御手段により調整された指令位相の調整幅を、こ
   の調整幅に基づいて前記モータに与えられる電力量が指
   令位相に関係なく等しくなるように補正する補正手段と
   を具備して成るモータの制御装置。
3. 【請求項３】 商用交流電源からの交流電圧若しくは全
   波整流電圧を印加することにより回転するモータと、 第１の指令位相において前記モータに前記交流電圧若し
   くは全波整流電圧を印加し、第２の指令位相において印
   加電圧を遮断する動作を繰返すスイッチング手段と、 前記スイッチング手段に与える第１及び第２の指令位相
   を調整して前記モータに印加する前記交流電圧若しくは
   全波整流電圧を位相制御することにより、前記モータの
   状態量が目標状態量に等しくなるように制御する制御手
   段と、 前記制御手段により調整された第１及び第２の指令位相
   の調整幅を、この調整幅に基づいて前記モータに与えら
   れる電力量が指令位相に関係なく等しくなるように補正
   する補正手段とを具備して成るモータの制御装置。
4. 【請求項４】 前記補正手段は、指令位相の調整幅を、
   前記交流電圧若しくは全波整流電圧の値が零に近い位相
   ほど幅広にすると共に、前記値がピークに近い位相ほど
   幅狭にするように補正することを特徴とする請求項１乃
   至３の何れかに記載のモータの制御装置。