JPH10285989A - 電流検出装置及び電流制御装置 - Google Patents

電流検出装置及び電流制御装置

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JPH10285989A
JPH10285989A JP9086821A JP8682197A JPH10285989A JP H10285989 A JPH10285989 A JP H10285989A JP 9086821 A JP9086821 A JP 9086821A JP 8682197 A JP8682197 A JP 8682197A JP H10285989 A JPH10285989 A JP H10285989A
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JP
Japan
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current
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pulse width
sampling
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Application number
JP9086821A
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English (en)
Inventor
Motonori Ogiwara
元徳 荻原
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Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
Original Assignee
Mitutoyo Corp
Mitsutoyo Kiko Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リップルを含む負荷電流の平均電流値を固定
サンプリングタイミングで直接サンプリングして、高速
の電流変化に追従できるようにしたPWM増幅器を用い
た電流制御装置を提供する。 【解決手段】 負荷1を駆動するPWM増幅器2と、負
荷1の平均電流値を検出する平均電流値検出回路3と、
検出された平均電流値と外部からの指令電流値との差分
に応じてPWM増幅器2から出力されるPWM信号のパ
ルス幅を設定する制御器5とを有し、平均電流値検出回
路3は、負荷1の実電流値を検出する電流センサ31
と、検出された実電流値を固定のタイミングでサンプリ
ングする電流値サンプリング回路32と、サンプリング
された電流値をPWM信号のパルス幅に応じて補正する
ための偏差量検出回路33及び減算回路34とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、パルス幅制御に
より負荷を駆動するPWM増幅器の電流検出装置、及び
負荷の電流制御を行う電流制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、NC工作機械におけるモータ
駆動回路等には、PWM増幅器が用いられている。PW
M増幅器により駆動されるモータ等の負荷電流は、外部
からの指令電流値と負荷で検出される電流値との差分が
ゼロとなるようにPWM増幅器のパルス幅を制御する制
御ループによりコントロールされる。モータ等のように
負荷が大きなインダクタンスを含む場合、PWM増幅器
のパルス周期内で電流は大きなリップルを持つ。従って
パルス周期の一定のサンプリング点で電流値をサンプリ
ングすると、一周期内の平均電流値との誤差が大きくな
り、高精度の制御ができない。そこでリップルの影響を
除いた平均電流値を得るために、従来は電流検出器の出
力にフィルタを設けることが行われている。ディジタル
制御装置(離散制御系)の場合には、リップルをフィル
タで除去した後、A/Dコンバータで検出電流値をディ
ジタルデータに変換して帰還することになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、平均電流値を
求めるためにフィルタを用いる従来方式では、フィルタ
での時間遅れが高速性能に悪影響を与え、電流の高速変
化に追従できないという問題がある。しかも、電流のリ
ップルは負荷によって変化するため、高速の電流変化に
追従させるためには、負荷に応じてフィルタを最適化す
る必要があり、フィルタ構成が複雑になるという問題が
ある。
【0004】この発明は、上記事情を考慮してなされた
もので、リップルを含む負荷電流の平均電流値を固定サ
ンプリングタイミングで直接サンプリングして、高速の
電流変化に追従できるようにしたPWM増幅器の電流検
出装置及びPWM増幅器を用いた電流制御装置を提供す
ることを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】この発明は、パルス幅制
御により負荷を駆動するPWM増幅器の電流検出装置で
あって、前記負荷の実電流値を検出する電流センサと、
この電流センサにより得られる実電流値を、予め前記P
WM信号の所定の周期とパルス幅及び負荷のインピーダ
ンスにより決まる負荷電流波形に基づいてその負荷電流
波形から設定したパルス幅の時に平均電流値が得られる
ように固定されたタイミングでサンプリングする電流値
サンプリング手段と、この電流値サンプリング手段によ
り取り出された電流値を前記PWM信号のパルス幅に応
じて補正して平均電流値を求める電流値補正手段とを備
えたことを特徴とする。
【0006】この発明はまた、負荷を駆動するPWM増
幅器と、前記負荷の平均電流値を検出する平均電流値検
出手段と、この平均電流値検出手段により検出された平
均電流値と外部からの指令電流値との差分に応じて前記
PWM増幅器から出力されるPWM信号のパルス幅を設
定する制御手段とを有する電流制御装置において、前記
平均電流値検出手段は、前記負荷の実電流値を検出する
電流センサと、この電流センサにより得られる実電流値
を、予め前記PWM信号の所定の周期とパルス幅及び負
荷のインピーダンスにより決まる負荷電流波形に基づい
てその負荷電流波形から設定したパルス幅の時に平均電
流値が得られるように固定されたタイミングでサンプリ
ングする電流値サンプリング手段と、この電流値サンプ
リング手段により取り出された電流値を前記PWM信号
のパルス幅に応じて補正して平均電流値を求める電流値
補正手段とを備えたことを特徴とする。
【0007】この発明において、前記電流値補正手段は
例えば、前記PWM信号のパルス幅Tと前記電流値サン
プリング手段により得られる電流値Iとに基づいて、こ
れらの関数である平均電流値との偏差量ΔIa=f
(T,I)を求める偏差量検出手段と、この偏差量検出
手段により求められた偏差量ΔIaを前記電流サンプリ
ング手段により得られる電流値Iから減算して平均電流
値を得る減算手段とから構成される。
【0008】PWM増幅器によりインダクタンスを含む
負荷を駆動したときのリップルを含む電流波形は、PW
M信号の周期とパルス幅,及び負荷インピーダンスによ
って一義的に決まり、その電流波形から平均電流値が得
られるサンプリングタイミングも予め分かる。一方、サ
ンプリングタイミングを固定したときに、他の条件で検
出される電流値のその条件で得られるべき平均電流値か
らの偏差量も一定の関数により求められる。従って、固
定のサンプリングタイミングで電流値サンプリングを行
って、その電流値からPWM信号のパルス幅に応じた偏
差量を減算して補正することにより、平均電流値を直接
かつ正確に検出することができ、これにより高速の電流
変化に追従できる電流制御が可能となる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施例を説明する。図1、この発明の一実施例に係る
電流制御回路であり、具体的にはNC工作機械等に用い
られるモータドライブ回路である。この電流制御装置
は、負荷1を駆動するPWM増幅器2と、負荷1の平均
電流値Ifを検出する平均電流値検出回路3と、この平
均電流値検出回路3により検出された平均電流値Ifと
外部からの指令電流値I0との差分値ΔIを求める減算
器4と、求められた差分値ΔIに応じてパルス幅制御信
号S1を出してPWM増幅器2から出力されるPWM信
号のパルス幅を設定する制御器5とを有する。
【0010】平均電流値検出回路3は、負荷1の実電流
値Idを検出する電流センサ31と、この電流センサ3
1により得られる実電流値Idを、予めPWM信号の所
定の周期とパルス幅及び負荷のインピーダンスにより決
まる負荷電流波形に基づいてその負荷電流波形から平均
電流値が得られるように固定されたタイミングでサンプ
リングする電流値サンプリング回路32と、この電流値
サンプリング回路32により取り出された電流値をPW
M信号のパルス幅に応じて補正するための偏差量検出回
路33と、サンプリングされた電流値から偏差量検出回
路33により求められた偏差分を減算して平均電流値を
求める減算回路34とから構成されている。
【0011】この実施例により、固定のサンプリングタ
イミングで得られる電流値から、PWM信号のパルス幅
に応じて補正された平均電流値を求める動作を、図2を
参照して説明する。図2において、負荷電流波形Aは、
PWM増幅器2のパルス周期をTO,設定パルス幅をT
1=0.5T0としたときの波形である。PWM増幅器
2を周期T0の間常時オンとしたときに得られる電流値
が最大電流値Imax である。電流波形は、パルス周期T
0の初期の電流値I4から、負荷1のインダクタンスを
含むインピーダンスZLにより決まる波形でI5まで増
大し、設定パルス幅T1のタイミングから減少するとい
うリップル波形を描く。このとき、周期T0の間の平均
電流値I1はこの電流波形Aと2点P1,P2で交わ
る。この実施例では例えばこれらの点P1,P2のうち
P2を固定のサンプリング点Tcとする。即ち、電流波
形Aの場合は、電流値サンプリング回路32で実電流値
Idをサンプリングすれば、そのまま平均電流値I1を
得ることができる。
【0012】次に、PWM信号のパルス幅が例えば、T
1′になったとする。このとき、得られる負荷電流波形
Bは図2に示すようになる。この電流波形Bのとき平均
電流値I3は、タイミングT2で得られ、固定されたサ
ンプリングタイミングTcでは得られない。そしてこの
電流波形Bの場合に、固定されたサンプリングタイミン
グTcで得られる電流値I2と平均電流値I3の間には
ΔIa=I3−I2なる偏差量があることになる。そこ
でこの実施例の場合、この偏差量ΔIaを偏差量検出回
路33において検出し、これと実際にサンプリング検出
される電流値I2との差分をとることにより、帰還する
平均電流値If(=I3)を得る。
【0013】但し、上述の電流値I3は実際に検出する
ものではなく、具体的には偏差量ΔIaは、制御器5に
より刻々設定されるPWM信号のパルス幅Tと、実際に
サンプリング回路32により検出される電流値Iとの関
数ΔIa=f(T,I)として求められる。具体的にこ
の実施例の場合、偏差量ΔIaの関数は下記数1のよう
に近似する。
【0014】
【数1】ΔIa=(K1・T+K2)I
【0015】ここで、K1,K2は実測に基づいて設定
される定数である。具体的に定常状態については、図3
に示すように、実際に測定される偏差量ΔIa0の曲線に
対して、数1に基づくΔIaの補正曲線を求める。この
偏差量ΔIaは予め、ROMテーブルや簡単な計算装置
を偏差量検出回路33に保持することにより、制御器5
からのパルス幅設定用の制御信号とサンプリング回路3
2からの検出電流値に基づいて出力することができ、求
められた偏差量ΔIaを減算器34で補正することによ
り、平均電流値を得ることができる。但し、ΔIaを近
似値として求めるため、図3に示すように僅かな補正誤
差Erが発生する。
【0016】図3は、定常状態での補正曲線を示した
が、過渡状態の初期等におけるようにパルス幅Tが大き
く、電流値Iが小さい場合は補正量が大きくなる。従っ
て、数1に示すように電流値Iをも変数として考慮しな
いと補正誤差が大きくなる。過渡状態をも考慮して電流
値Iとパルス幅Tを変数とした補正曲面を示すと、図4
のようになる。これは具体的に数1において、K1=−
0.114,K2=0.0571としたときに得られ
る。図4に示すべき真値は、電流の過渡応答により一義
的には決まらないが、定常状態では真値が一義的に決ま
るので、厳密な補正曲面を適用することにより、補正誤
差を十分に小さくすることができる。
【0017】
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によるPWM
増幅器の電流検出装置では、リップルを含む実電流値を
固定のサンプリングタイミングで直接サンプリングし、
PWM信号のパルス幅に応じて補正した平均電流値を求
めることにより、時間遅れを生じることなく、電流の高
速変化に対応して高速に平均電流値を検出することがで
きる。またこの様な電流検出装置を組み込んだ電流制御
装置を構成することにより、高精度の電流制御を行うこ
とが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一実施例による電流制御装置を示
す。
【図2】 同実施例による平均電流値検出の原理を説明
するための図である。
【図3】 同実施例の偏差量関数の例を示す図である。
【図4】 同実施例の偏差量関数の例を示す図である。
【符号の説明】
1…負荷、2…PWM増幅器、3…平均電流値検出回
路、4…減算器、5…制御器、31…電流センサ、32
…電流値サンプリング回路、33…偏差量検出回路、3
4…減算器。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 パルス幅制御により負荷を駆動するPW
    M増幅器の電流検出装置であって、 前記負荷の実電流値を検出する電流センサと、 この電流センサにより得られる実電流値を、予め前記P
    WM信号の所定の周期とパルス幅及び負荷のインピーダ
    ンスにより決まる負荷電流波形に基づいてその負荷電流
    波形から設定したパルス幅の時に平均電流値が得られる
    ように固定されたタイミングでサンプリングする電流値
    サンプリング手段と、 この電流値サンプリング手段により取り出された電流値
    を前記PWM信号のパルス幅に応じて補正して平均電流
    値を求める電流値補正手段とを備えたことを特徴とする
    電流検出装置。
  2. 【請求項2】 前記電流値補正手段は、 前記PWM信号のパルス幅Tと前記電流値サンプリング
    手段により得られる電流値Iとに基づいて、これらの関
    数である平均電流値との偏差量ΔIa=f(T,I)を
    求める偏差量検出手段と、 この偏差量検出手段により求められた偏差量ΔIaを前
    記電流サンプリング手段により得られる電流値Iから減
    算して平均電流値を得る減算手段とを有することを特徴
    とする請求項1記載の電流検出装置。
  3. 【請求項3】 負荷を駆動するPWM増幅器と、前記負
    荷の平均電流値を検出する平均電流値検出手段と、この
    平均電流値検出手段により検出された平均電流値と外部
    からの指令電流値との差分に応じて前記PWM増幅器か
    ら出力されるPWM信号のパルス幅を設定する制御手段
    とを有する電流制御装置において、 前記平均電流値検出手段は、 前記負荷の実電流値を検出する電流センサと、 この電流センサにより得られる実電流値を、予め前記P
    WM信号の所定の周期とパルス幅及び負荷のインピーダ
    ンスにより決まる負荷電流波形に基づいてその負荷電流
    波形から設定したパルス幅の時に平均電流値が得られる
    ように固定されたタイミングでサンプリングする電流値
    サンプリング手段と、 この電流値サンプリング手段により取り出された電流値
    を前記PWM信号のパルス幅に応じて補正して平均電流
    値を求める電流値補正手段とを備えたことを特徴とする
    電流制御装置。
JP9086821A 1997-04-04 1997-04-04 電流検出装置及び電流制御装置 Pending JPH10285989A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7071651B2 (en) 2003-10-22 2006-07-04 Fanuc Ltd Position-of-magnetic-pole detecting device and method
JP2013063018A (ja) * 2012-11-07 2013-04-04 Jtekt Corp モータ制御装置及び電動パワーステアリング装置
US9866156B2 (en) 2013-12-10 2018-01-09 Denso Corporation Motor control device and motor control method

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