JPH09238031A - 電動機制御装置とその切換え方法 - Google Patents

電動機制御装置とその切換え方法

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JPH09238031A
JPH09238031A JP8043008A JP4300896A JPH09238031A JP H09238031 A JPH09238031 A JP H09238031A JP 8043008 A JP8043008 A JP 8043008A JP 4300896 A JP4300896 A JP 4300896A JP H09238031 A JPH09238031 A JP H09238031A
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賢一 関岡
Takayoshi Nakao
隆義 中尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数の削減、回路の小形化ができ、また
3相電動機に適用する場合、相間の波形ノイズの影響を
なくすることができるリニア増幅制御とPWM制御との
間の切換え可能な電動機制御装置を提供する。 【解決手段】 推力/トルク指令値と設定された切換え
しきい値とをソフトウエアで比較し、推力/トルク指令
値が切換えしきい値以上であるか、または、推力/トル
ク指令値が切換えしきい値未満であるかを示す切換え信
号を出力する上位CPU部と、リニア増幅制御電流指令
とPWM制御電流指令とを入力し、前記切換え信号の論
理値に応じてPWM制御電流指令またはリニア増幅制御
電流指令を出力するスイッチ手段と、スイッチ手段から
出力されたリニア増幅制御電流指令またはPWM制御電
流指令を入力し、入力されたリニア増幅制御電流指令ま
たはPWM制御電流指令によって制御された負荷電流を
生成する駆動部とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機制御の切替
え方法と、その切替え方法を実施するための電動機制御
装置に関し、特に電動機のリニア増幅制御とPWM制御
とを切換える切換え方法とその装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電動機制御装置において、大電流
領域、すなわち高効率領域における制御と、小電流領域
における高分解能・精密制御とを切換えるために、予め
しきい値を設定し、入力値をこのしきい値と比較し、そ
の比較結果に応じてリニア増幅制御とPWM制御を切換
えるという方法が採用されていた。この方法によると、
大電流による駆動の場合にはPWM制御が行われて効率
の低下が防止され、小電流による駆動の場合にはリニア
増幅制御が行われて高分解能の制御が可能になる。その
結果として、高効率と高分解能を両立させた、いわゆる
高効率・高分解能の電流制御が可能になる。図5は従来
の高効率・高分解能制御用の電動機制御装置の概略図を
示す。図において、リニア増幅制御用アンプ1は電流指
令Irefに対する電流検出値Ifbの偏差を入力し、リニ
ア増幅制御電流指令ILINを出力する。PWM制御用ア
ンプ2は電流指令Irefに対する電流検出値Ifbの偏差
を入力し、その出力信号とPWMキャリアを入力したP
WM制御用コンパレータ3はPWM制御電流指令IPW M
を出力する。切換え信号用コンパレータ8は、電流検出
値Ifbと切換えしきい値とを比較し、その比較結果に対
応する切換え信号を出力する。アナログスイッチ4は切
換え信号に応答してリニア増幅制御用アンプ1またはP
WM制御用アンプ2の出力を、アナログスイッチ4の出
力端子に接続する。バッファアンプ5はアナログスイッ
チ4と後段の高効率・高分解能駆動部6(以下、駆動部
6と記す)とをインタフェースする。駆動部6は切換え
信号に対応してリニア増幅制御電流指令ILINまたはP
WM制御電流指令IPWMを入力し、その入力された信号
によって制御された出力電流を負荷10に供給する。電
流検出器7は出力電流を検出し、電流検出値Ifbをアン
プ1、2および切換え信号用コンパレータ8に供給す
る。
【0003】通常、PWM動作時の出力電流は、キャリ
ア周波数と同じ周波数成分でリップル分を含んだ電流に
なる。したがって、電流フィードバック信号(電流検出
値)Ifbもキャリア周波数と同じ周波数成分で、ある振
幅のリップル分を含んだ電圧信号になる。切換え信号用
コンパレータ8は、入力の微少な電圧差をも検出するの
でしきい値付近に、前記のリップル分のようなわずかな
ノイズがある場合には、しきい値付近で出力がばたつく
現象(チャタリング)が発生する。そのため、切換え信
号用コンパレータ8中にヒステリシス回路9を設け、切
換え信号用コンパレータ8に出力側から正帰還をかける
ことによってヒステリシス特性をもたせて感度を鈍ら
せ、それによって切換え信号用コンパレータ8はノイズ
に強くされている。
【0004】図5の電動機制御装置は次のように動作す
る。駆動部6のリニア増幅制御とPWM制御の切換え
は、電流検出器7の出力である電流検出値Ifbと切換え
しきい値を切換信号コンパレータ8で比較し、アナログ
スイッチ4の切換えにより行う。電流検出値Ifbが切換
えしきい値以下のとき、アナログスイッチ4はリニア増
幅制御用アンプ1をその出力端子に接続し、リニア増幅
制御電流指令ILIN をバッファアンプ5を通して駆動部
6に供給し、駆動部6をリニア増幅動作させる。一方、
電流検出値Ifbが切換しきい値以上のとき、アナログス
イッチ4はその出力端子をPWM制御用アンプ2に接続
し、PWM制御用コンパレータ3によって、電流指令I
refに対する電流検出値Ifbの偏差をPWMキャリアと
比較して生成されたPWM制御電流指令IPWM をバッフ
ァアンプ5を通して駆動部6に供給し、駆動部6をPW
M動作させる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来例は、3相
電動機に適用する場合に次のような問題点がある。この
装置はリニア増幅制御とPWM制御との間の増幅機能の
切換え時のチャタリングを防止するために、切換え信号
用コンパレータ8にヒステリシス回路9を追加してい
る。このヒステリシス回路9によって、同一の切換えし
きい値に対して、電流検出値の増加時と減少時で異なっ
た制御方式(リニア増幅制御方式とPWM制御方式)が
選択されることになる。これは、相間の波形ノイズに起
因し、工作機械や半導体製造装置等の一部のように高精
度な位置決め精度が要求される場合、その位置決め精度
に支障を生じることがある。さらに、切換え信号用コン
パレータが各相に設けられなけらばならないのでコスト
がかかるばかりでなく、各相毎に切換えが独立している
のでPWM動作している相の波形が、リニア動作してい
る相にノイズ等の影響を与える惧れがあるという問題が
ある。
【0006】本発明の目的は、部品点数の削減、回路の
小形化ができ、また、3相電動機に適用する場合、相間
の波形ノイズの影響をなくすことができる、リニア増幅
制御とPWM制御との間の切換え方法および電動機制御
装置を提供し、さらに、3相電動機の各相のリニア増幅
制御・PWM制御間の切換えを同時に行うことができる
電動機制御の切換え方法および電動機制御装置を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、本発明の第1の電動機制御の切換え方法は、電動機
をリニア増幅制御およびPWM制御のうちの選択された
一方に切換えて制御する電動機制御の切換え方法であっ
て、電動機電流を指定する電流指令値と設定された切換
えしきい値とを比較し、電流指令値が切換えしきい値以
上のときには電動機電流をPWM制御し、電流指令値が
切換えしきい値未満のときには電動機電流をリニア増幅
制御する。本発明の第1の電動機制御装置は、電動機を
リニア増幅制御およびPWM制御のうちの選択された一
方に切換えて制御する電動機制御装置であって、切換え
信号用コンパレータとスイッチ手段と駆動部とを備えて
いる。切換え信号用コンパレータは電動機電流を指定す
る電流指令値と設定された切換えしきい値とを比較し、
電流指令値が切換えしきい値以上のときには第1の論理
レベルの切換え信号を出力し、電流指令値が切換えしき
い値未満のときには第2の論理レベルの切換え信号を出
力する。
【0008】スイッチ手段は、リニア増幅制御電流指令
とPWM制御電流指令とを入力し、切換え信号が第1の
論理レベルを示しているときにはPWM制御電流指令を
出力し、切換え信号が第2の論理レベルを示していると
きにはリニア増幅制御電流指令を出力する。駆動部は、
スイッチ手段から出力されたリニア増幅制御電流指令ま
たはPWM制御電流指令を入力し、入力されたリニア増
幅制御電流指令またはPWM制御電流指令によって制御
された負荷電流を生成する。このように、本発明の第1
の電動機制御の切換え方法および本発明の第1の電動機
制御装置においては、従来例のように、帰還された電流
検出値と切換えしきい値とを比較するのではなく、電流
指令値と切換えしきい値とを比較することによって切換
え信号を生成するので、切換え用コンパレータ8のチャ
タリングを生じることはない。したがって、ヒステリシ
ス回路を省略することができ部品点数を削減できる。
【0009】本発明の第2の電動機制御の切換え方法
は、電動機をリニア増幅制御およびPWM制御のうちの
選択された一方に切換えて制御する電動機制御の切換え
方法であって、電動機のトルクを指定するトルク指令値
と設定された切換えしきい値とを比較し、トルク指令値
が切換えしきい値以上のときには電動機電流をPWM制
御し、トルク指令値が切換えしきい値未満のときには電
動機電流をリニア増幅制御する。本発明の第2の電動機
制御装置は、電動機をリニア増幅制御およびPWM制御
のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制御
装置であって、上位CPU部とスイッチ手段と駆動部と
を備えている。上位CPU部は、電動機のトルクを指定
するトルク指令を生成し、該トルク指令から電流指令を
生成して出力すると共に、トルク指令値と設定された切
換えしきい値とをソフトウエアで比較し、トルク指令値
が切換えしきい値以上のときには第1の論理レベルの切
換え信号を出力し、トルク指令値が切換えしきい値未満
のときには第2の論理レベルの切換え信号を出力する。
【0010】スイッチ手段はリニア増幅制御電流指令と
PWM制御電流指令とを入力し、前記切換え信号が第1
の論理レベルを示しているときにはPWM制御電流指令
を出力し、切換え信号が第2の論理レベルを示している
ときにはリニア増幅制御電流指令を出力する。駆動部は
スイッチ手段から出力されたリニア増幅制御電流指令ま
たはPWM制御電流指令を入力し、入力されたリニア増
幅制御電流指令またはPWM制御電流指令によって制御
された負荷電流を生成する。本発明の第2の電動機制御
の切換え方法および本発明の第2の電動機制御装置にお
いても、従来例のように電流検出値と切換えしきい値と
を比較するのではなく、上位CPU部において推力/ト
ルク指令値と切換えしきい値とを比較することによって
切換え信号を生成するので、切換え信号用コンパレータ
とヒステリシス回路を省略することができ部品点数を削
減することができる。また、本発明の第2の電動機制御
の切換え方法および本発明の第2の電動機制御装置は、
上位CPU部において切換え信号を生成して出力するの
で、この方法を3相電動機に適用する場合には、その切
換え信号によって各相のスイッチ手段を同時に制御する
ことができる。したがって、PWM動作している相の波
形が、リニア動作している相にノイズ等の影響を与える
惧れがあるという問題は解決される。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明の電動機制御装置の
第1の実施形態の概略図を示す。図において、リニア増
幅制御用アンプ1は上位CPU部11から転送された電
流指令Irefに対する電流検出値Ifbの偏差を入力し、
リニア増幅制御電流指令ILINを出力する。PWM制御
用アンプ2は電流指令Irefに対する電流検出値Ifb
偏差を入力し、その出力信号とPWMキャリアを入力し
たPWM制御用コンパレータ3はPWM制御電流指令I
PWMを出力する。切換信号用コンパレータ8は、電流指
令値Irefと設定された切換えしきい値とを比較し、そ
の比較結果に対応する切換え信号を出力する。アナログ
スイッチ4は切換え信号に応答してリニア増幅制御用ア
ンプ1またはPWM制御用アンプ2の出力をアナログス
イッチ4の出力端子、すなわち負荷側に接続する。バッ
ファアンプ5はアナログスイッチ4と後段の高効率・高
分解能駆動部6(以下、駆動部6と記す)とをインタフ
ェースする。駆動部6は切換え信号によって選択された
リニア増幅制御電流指令ILINまたはPWM制御電流指
令IPWMによって制御された出力電流を負荷10に供給
する。電流検出器7は出力電流を検出し、電流検出値I
fbをアンプ1、2に供給する。
【0012】駆動部6が実行するリニア増幅制御とPW
M制御の切換えは、電流指令値Ire f と切換しきい値を
切換え信号用コンパレータ部8で比較し、生成された切
換え信号でアナログスイッチ4を切り換えることにより
行う。電流指令値Iref が切換えしきい値以下のとき、
アナログスイッチ4はその出力端子をリニア増幅制御用
アンプ1に接続し、リニア増幅制御電流指令ILIN をバ
ッファアンプ5を通して駆動部6に供給する。それによ
って、駆動部6はリニア増幅動作する。一方、電流指令
値Iref が切換えしきい値以上のとき、アナログスイッ
チ4はその出力端子をPWM制御用コンパレータ3に接
続し、PWM制御用コンパレータ3によって電流検出値
fbの電流指令値Irefに対する偏差とPWMキャリア
とを比較して生成されたPWM制御電流指令IPWM をバ
ッファアンプ5を通して駆動部6に供給し、駆動部6は
PWM動作をする。
【0013】図2は上位CPU部11の構成図である。
図2において、速度アンプ11aは速度指令を入力して
推力/トルク指令を生成する。CPUはsin関数テー
ブル11bを参照して推力/トルク指令のベクトル変換
処理を行ってu相電流指令、v相電流指令、w相電流指
令を生成する。u相電流指令、v相電流指令、w相電流
指令はそれぞれu相、v相、w相の電動機制御装置に供
給される。図3は本発明の電動機制御装置の第2の実施
形態の概略図を示す。本実施形態は、負荷が3相電動機
である場合には、前掲の従来技術においても、前記の第
1の実施形態においても、切換信号用コンパレータが各
相に設けらているので制御の切換が相毎に独立に行わ
れ、その結果、部品点数が多く、またPWM動作をして
いる相の波形が、リニア動作をしている相にノイズ等の
影響を与える惧れがあるという問題を解決するため実施
形態である。
【0014】本実施形態が第1の実施形態と異なる点
は、上位CPU部12がソフトウェアによって推力/ト
ルク指令を切換えしきい値と比較して切換え信号Sを生
成し、上位CPU部12から出力された切換信号で各相
のアナログスイッチ4を同時に切り換える点と、上位C
PU部12がソフトウエアによって推力/トルク指令を
切換えしきい値と比較して切換え信号Sを生成するた
め、切換え信号用コンパレータが省略できる点である。
したがって、この実施形態では、各相のアナログスイッ
チ4は同一の切換え信号によって同時に切換えられる。
推力/トルク指令値が切換えしきい値未満のときには、
アナログスイッチ4は切換え信号Sに応答してその出力
端子をリニア増幅制御用アンプ1に接続し、リニア増幅
制御電流指令ILIN をバッファアンプ5を通して駆動部
6に供給する。それによって、駆動部6はリニア増幅動
作をする。
【0015】一方、推力/トルク指令値が切換えしきい
値以上のときには、アナログスイッチ4は切換え信号S
に応答してその出力端子をPWM制御用アンプ2に接続
し、PWM制御用コンパレータ3によって生成されたP
WM制御電流指令IPWM をバッファアンプ5を通して駆
動部6に供給する。それによって、駆動部6はPWM動
作をする。図4は本実施形態の上位CPU部12の構成
図である。図4において、速度アンプ12aは速度指令
を入力して推力/トルク指令を生成する。CPUはsi
n関数テーブル12bを参照して推力/トルク指令のベ
クトル変換処理を行ってu相電流指令、v相電流指令、
w相電流指令を生成すると共に、ソフトウエアによって
推力/トルク指令を切換えしきい値と比較して切換え処
理を実行し、切換え信号を生成する。u相電流指令、v
相電流指令、w相電流指令は、それぞれ対応する相の電
動機制御装置に供給される。切換え信号Sは、各相のア
ナログスイッチ4に供給される。
【0016】図2に示されている第1の実施形態の上位
CPU部11は、切換え処理によって切換え信号を生成
する手段を備えていない点が、図4の上位CPU部12
と異なる。したがって、第1の実施形態では、切換え信
号は各相の切換え装置の切換え信号用コンパレータ部8
によって各相独立に生成されることは前述の通りであ
る。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の第1の電動
機制御装置およびその切換え方法によれば、電動機制御
を切換える切換え信号を、電流指令を切換えしきい値と
比較して生成することによって、切換えコンパレータの
チャタリングがなくなり、ヒステリシス回路を用いてチ
ャタリングを防止することなく、その結果、制御ヒステ
リシスに起因する電動機制御の障害を回避することがで
きると共に電動機制御装置の小型化に寄与することがで
きる。本発明の第2の電動機制御装置およびその切換え
方法は次の効果を有する。 1)上位CPU部においてソフトウェアにより推力/ト
ルク指令と切換えしきい値とを比較し、上位CPU部か
ら出力された切換え信号によりアナログスイッチを切り
換えるので、切換え信号用コンパレータを省略すること
ができチャタリングの心配がなく、その結果、制御ヒス
テリシスに起因する電動機制御の障害を回避することが
できると共に電動機制御装置の小型化に寄与することが
できる。 2)推力/トルク指令と切換しきい値とを比較して切換
え信号を生成するので、負荷が3相電動機の場合、同一
の切換え信号によって各相の切換えを同時に実行するこ
とができ、その結果、PWM動作している相の波形が、
リニア動作している相にノイズ等の影響を与えるという
相間の影響を少なくすることができる。 3)上位CPU部でソフトウェアによって推力/トルク
指令と切換えしきい値とを比較するので、切換えしきい
値の変更が容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電動機制御装置の第1の実施形態の概
略図を示す。
【図2】上位CPU部の構成図である。
【図3】本発明の電動機制御装置の第2の実施形態の概
略図を示す。
【図4】本発明の第2の実施形態の上位CPU部の構成
図である。
【図5】従来の高効率・高分解能制御用の電動機制御装
置の概略図である。
【符号の説明】
1 リニア増幅制御用アンプ 2 PWM制御用アンプ 3 PWM制御用コンパレータ 4 アナログスイッチ 5 バッファアンプ 6 駆動部 7 電流検出器 8 切換信号用コンパレータ部 9 ヒスシテリシス回路 10 負荷 11、12 上位CPU部 11a、12a 速度アンプ 11b、12b sin関数テーブル

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電動機をリニア増幅制御およびPWM制
    御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制
    御の切換え方法において、 電動機電流を指定する電流指令値と設定された切換えし
    きい値とを比較し、 電流指令値が切換えしきい値以上のときには電動機電流
    をPWM制御し、 電流指令値が切換えしきい値未満のときには電動機電流
    をリニア増幅制御することを特徴とする電動機制御の切
    換え方法。
  2. 【請求項2】 電動機をリニア増幅制御およびPWM制
    御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制
    御の切換え方法において、 電動機の推力/トルクを指定する推力/トルク指令値と
    設定された切換えしきい値とを比較し、 推力/トルク指令値が切換えしきい値以上のときには電
    動機電流をPWM制御し、 推力/トルク指令値が切換えしきい値未満のときには電
    動機電流をリニア増幅制御することを特徴とする電動機
    制御の切換え方法。
  3. 【請求項3】 電動機が3相電動機であり、推力/トル
    ク指令値と切換えしきい値との比較を、各相の電流制御
    系に対する電流指令を生成する上位装置である上位CP
    U部においてソフトウェアによって実行し、その比較結
    果に対応する切換え信号を生成し、この切換え信号によ
    って各相の電流制御を同時に切換える、請求項2に記載
    の電動機制御の切換え方法。
  4. 【請求項4】 電動機をリニア増幅制御およびPWM制
    御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制
    御装置において、 電動機電流を指定する電流指令値と設定された切換えし
    きい値とを比較し、電流指令値が切換えしきい値以上の
    ときには第1の論理レベルの切換え信号を出力し、電流
    指令値が切換えしきい値未満のときには第2の論理レベ
    ルの切換え信号を出力する切換え信号用コンパレータ
    と、 リニア増幅制御電流指令とPWM制御電流指令とを入力
    し、前記切換え信号が第1の論理レベルを示していると
    きにはPWM制御電流指令を出力し、切換え信号が第2
    の論理レベルを示しているときにはリニア増幅制御電流
    指令を出力するスイッチ手段と、 スイッチ手段から出力されたリニア増幅制御電流指令ま
    たはPWM制御電流指令を入力し、入力されたリニア増
    幅制御電流指令またはPWM制御電流指令によって制御
    された負荷電流を生成する駆動部とを有することを特徴
    とする電動機制御装置。
  5. 【請求項5】 電動機をリニア増幅制御およびPWM制
    御のうちの選択された一方に切換えて制御する電動機制
    御装置において、 電動機の推力/トルクを指定する推力/トルク指令を生
    成し、該推力/トルク指令から電流指令を生成して出力
    すると共に、推力/トルク指令値と設定された切換えし
    きい値とをソフトウエアで比較し、推力/トルク指令値
    が切換えしきい値以上のときには第1の論理レベルの切
    換え信号を出力し、推力/トルク指令値が切換えしきい
    値未満のときには第2の論理レベルの切換え信号を出力
    する上位CPU部と、 リニア増幅制御電流指令とPWM制御電流指令とを入力
    し、前記切換え信号が第1の論理レベルを示していると
    きにはPWM制御電流指令を出力し、切換え信号が第2
    の論理レベルを示しているときにはリニア増幅制御電流
    指令を出力するスイッチ手段と、 スイッチ手段から出力されたリニア増幅制御電流指令ま
    たはPWM制御電流指令を入力し、入力されたリニア増
    幅制御電流指令またはPWM制御電流指令によって制御
    された負荷電流を生成する駆動部とを有することを特徴
    とする電動機制御装置。
  6. 【請求項6】 電動機が3相電動機であり、前記切換え
    信号によって各相の電流制御が同時に切換えられる、請
    求項5に記載の電動機制御装置。
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