JPS5956881A - サ−ボモ−タの制御方式 - Google Patents

サ−ボモ−タの制御方式

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JPS5956881A
JPS5956881A JP57166367A JP16636782A JPS5956881A JP S5956881 A JPS5956881 A JP S5956881A JP 57166367 A JP57166367 A JP 57166367A JP 16636782 A JP16636782 A JP 16636782A JP S5956881 A JPS5956881 A JP S5956881A
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鞍掛 三津雄
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坂本 啓二
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    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
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    • H02P25/024Synchronous motors controlled by supply frequency
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P25/03Synchronous motors with brushless excitation

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サーボモータ、特に同期モータの電流応答特
性を改良したサーボモータの制御方式に関する。
サーボモータは、種々の分野に広く用いられており、近
年交流サーボモータも開発されており。
同期モータもサーボモータとして利用出来る様になって
いる。特にロータに永久磁石を用いた同期モータはブラ
シレス形であるため、ノイズの発生もなく、構成が簡単
であることから、広く利用されつつある。
この様な同期モータにおいては、トルクを一定に制御す
る必要があり、このため、ステータである電機子巻線に
は、ロータにより誘起される誘起起電力と同相の電流を
流す様に制御する技術が開発されている。この技術を、
第1図に示す同期モータの構成図を用いて説明すると、
永久磁石であるロータ1の磁界のq軸よりθの角度の位
置での磁束密度B e:t:、 B = Bm sinθ           ・・・
・・・(1)となる。
又、図のステータ2の8巻線と鎖交する磁束グは、 ダー−i mcosθC・・・−(2)となる。(但し
、Smはロータ1のq軸上での磁束とする・) 従って8巻線の誘起起電力e1は。
91 t ”’  1m−p ・arm−sinθ    ・・・
・・・(3)となる。(但し、θ=Pθm=P・ωm−
tとする。)同様にしてa@線と各々−π、−πの角度
にE6ろ 置されたステーク2の5巻線、C巻線の誘起起電力ez
+esはt 6:+::−96m−P・0m−51ncθ−T”) 
  ・−A4>es=−1m−P−0m−51n(θ−
−,)   ・・−・−・(5)ろ となる0 ここで、各電機子巻線a、 b、 cに流す電流を11
+1!+13とすると、係る3相同期モータの出ブJト
ルクTは、 T =  (e+・it+e2・i2+ ea・i3)
   ・−・・(6)で表現されるから、(3) 、 
(41、(F))式を(6)式にイ(入して、 +43・510(θ−−π)) ・・・・・・(7)と
なる。トルクTを一定にするには、角度Qに依存しない
様にすれば良いから。
(但し、■は電流の振幅である・) とすれば、(7)式のトルクTは、 T −K (l5in2θ+l5in2(θ−−π) 
−1−I 5in2(θ−τπ))3 一エKI             ・・・・・・(9
)となり、トルクTはロータ1の回転位置によらず一定
となる。
この様な制御を行うためには、同期モータのロータ角度
を検出し、これによって各軍(表子電流の値を制御する
ことが必要となる。
しかしながら、各電機子%線の電流75≦理想イ直より
960たけ遅れていると、各電機子巻線の%J犯11+
12+  isは、 i1= I sin (θ−ダ0) i2= I sin (θ−s Trlo )is= 
I sin (θ−Tに−り。)となるから、出力トル
クTば T = TK I s+n (7+ So )となって
、トルクが減少することになる。
この様に、同期モータのトルク一定制御をするためには
、電流指令に対する実際の電流の応答性を良好にするこ
とが必要となる。即ち、第2図の同期モータの制御回路
ブロック図に示す様に、同期モータ101の実回転速度
Vを検出し、指令速度VCMDとの差を演算器105で
求め、得られた差速度を速度ループ演算回路106で電
流指令■に変換後、同期モータ1に流れる実電流iとの
差を演算器110で求め、この差電流を電流ループ演算
回路113で演算し、パルス幅変調兼インバータ回路1
15で電力増幅して同期モータ101に与える様に構成
されている。そして、この電流ループの周波数特性を改
善し、電流指令に対する実際の電流の応答性を良くして
いる。ここで、同期モータ101を伝達関数で示すと、
図の如く、電流ループには、モータの逆起電力走数Ke
 による速度Vからの帰還がある。尚、TRは負荷トル
ク、 La 、 Ra 、Kt。
Jは各々伝達定数である0この速度帰還は、実電流に影
叫を与え、特に速度が大きい時には、電流ループは速度
Vの影響を受け、実電流の応答は劣化する。
即ち、加速時を考えると、第3図に示す様に、係る速度
帰還を無視した場合には1点線で示す様に各々時間tに
対する速度V1+実電流iは理想的に推移するが、係る
速度帰還のため、実際には実線の如く、実電流jは速度
Vの影響を受けて、電流値が大きくなったり、又、加速
時間が延びるという欠点が生じていた。
従って、本発明の目的は、電流ル−プにおける速度帰還
の影響を無視し、電流の応答特性を改善しうるサーボモ
ータの制御回路を提供するにある0以下、本発明を実施
例により詳細に説明する0先ず、第2図において、実速
度V、実電流iに対する負荷トルクを無視した微分方程
式は、となる。
ここで、マイクロプロセッサによる実現を考えて、以下
離散値系で説明するが、アナログ回路を用いた連続系で
も同様である。
01式をザンブリング周期Tの離散値系に直すと、v 
(k−1−1) = SH・v (k) 41’!’+
2・i (101−hl・u (k)・・・・・・Qυ
i  (lc+1) −521=v (k) +S22
・i (k)+h2・u (k)・・・・・・(2)但
し、u (k)は電流ループ演算回路116の出力であ
る。
第@式を見ると、速度環v (k)をなくすことによっ
て、電流i(kf1)  は速度に関係がなくなる0こ
のため、本発明では、速度フィートノ(ツクを追加し、
同期モータ固有の速度フィートノくツクを打消す様に構
成されている0 第4図は本発明の一実施例ブロック図であり、図中、第
2図と同一のものは同一の記号で示してあり、120は
加算器、121は乗算器であり、速度フィードバックを
構成するものである。乗算器121の伝達係数をkf 
 とし、第θカ式にこの速度フィードバックを加えると
、(1ツ式は。
j (k + 1) = (1”21  kf ・h2
) v (k)+122・i QJ+h2・II (k
)・・・・・(1免 どなる。
従って、グ21 kf−hp=0 一’−kf =lz+/ h+          ・
−” Hと選べば、第03式は、 i (kf1) =122i (k) +h2u (k
)        −・・・αOとなり、実電流1(l
c+1)は、速度Vと無関係となる0 これにより、電流ループの特性を同期モータの速度に無
関係で制御でへるから、速度が太きいときでも巾;流ル
ーズの応答は劣化しない0第5図は本発明の一実施例回
路図であり、アナログ回路で実現したものである。
図中、1D1は回転界磁形の同期′電動機、102は同
期電動機のシャフトに連結されたレゾルノくであり、同
期電動機の界磁極の位置を検出し、同期電動機101の
界磁極の位置θに応じたサイン波電圧ea及びコサイン
波電圧eb を出力するものである。106は同期整流
回路であり、サイン波電圧ea、コサイン波電圧eb 
をそれぞれ同期整流してsinα。
COSαを出力する。104はタコジェネレータで、同
期電動機101の回転速度に比例した電圧値を有する実
速度電圧TSAを出力する。105は図示しない速度指
令回路から指令された速度指令電圧VCMDと実速度重
圧TSAの差(以後速度誤差という) ERを演算する
演算回路、106は速度誤差ERを増幅して電機子電流
の据幅Is を出力する誤差アンプ、107.108 
 は乗置回路で、誤差アンプ出力と同期整流回路103
の出力cos a 、 sinαとを乗算し2相の電流
指令11a (=:Is −5in α) + l1l
) (=Is ・CO5a)をそれぞれ出力する。10
9は2相毎号を3相に変換する2相−6相変換回路で、 を出力するもので、これらI u、 I VI IWは
互いに2π/3の位相差を有し、しかも誘導起電圧Eo
  と同相の3相電流指令となっている。
110[J、 ll0V、 110Wはそれぞれ各相毎
に設けられた演算回路であり、指令電流Iu、 Iv、
 Iwと実際の相電流Iau、 Iav、 Iawの差
を演算する演算回路、111はIavとIawの加算を
行なってU相の相電流Iauを出力する演算回路、11
2V、112WはそれぞれV相及びW相の相電流Iav
、 Iawを検出する変流器、113U、 113V、
 113Wはそれぞれ各相毎に設けられ各相の電流差を
増幅する電流アンプ、114はパルス幅変調回路、11
5はパルス幅変調回路の出力信号により制御されるイン
バータ、116は6相交流電源、117は6相交流を直
流に整流する公知の整流回路でダイオード群117a及
びコンデンサ117bを有している。パルス幅変R”4
 回路114 ij第6図に示す如くは鋸歯状波STS
を発生する鋸歯状波発生回路5TSGと、比較器COM
U、 COMV。
COMWと、ノットゲートNOTl= NOTsと、ド
ライバDV+−DV6とからなり、又インバータiNV
は6個のパワートランジスタQI−QsとダイオードD
1〜D6に有している。パルス幅変調器PWMの各比較
器COMU、COMV、COMWはそれぞれ鋸歯状波信
号STSと三相交流信号Iu、 Iv、 Iwの振幅を
比較し、Iu、 Iv、 Iwが5TSO値より大きい
ときに1″を、小さいときに°0″をそれぞれ出力する
。従って、iu について着目ずれば比較器COMUか
ら第7図に示す電流指令iucが出力される。即ち、l
u。
iv、iw の振幅に応じてパルス幅変調された三相の
電流指令1uc、 ivc、 iwcが出力される。そ
して、これら三相の電流指令iuc、 ivc、 iw
cは、ノットゲートNOT+〜N OT3 、  ドラ
イバI)Vt〜DVe を介してインバータ、駆動信号
5QI−SQ6 として出力され、インバータ115に
入力される。インバータ115に入力されたこれらイン
バータ駆動信号S Q+ = S Q6はそれぞれパワ
ートランジスタQ1〜Q6のベースに入力され、該パワ
ートランジスタQ1〜Q6 をオン/オフ制御して誘導
電動機101に三相電流を供給する。
121は乗算器であり、速度TSA に定数kf を乗
算して、速度補償信号を出力するもの、  120[J
W、■は加算器であり、各々電流アンプ113U。
113V、113Wの電流出力iu、 iv、 iwが
ら乗算器121の速度補償信号を差し引くものであり、
乗算器121と、各加算器120t、T、 W、 V 
 とで速度フィードバックルーズを形成する。
次に、同期電′14dJ機101がある速度で回転して
いるときに速度指令が上列した場合について第5図の動
作を説明する。
同期電動機を所望の回転速度Vc で回転せしめるべく
、演算回路105の加算端子に所定のアナログ値を有す
る速度指令電圧V CfVI D  が入力される。
一方、同期電動機1[]1は実速度Va ((Vc )
で回転しているから、タコジェネレータ104より実速
度Va に比例した実速度電圧TSAが出力され、この
実速度電圧TSAは演算回路105の減算端子に入力さ
れる。従って、演算回路105tよ指令速度Vcと実速
度Va O差である速度誤差ERを演q4シ、これを誤
差アンプ106に入力する。誤差アンプ106は次式に
示す比例積分演算を行なう。
尚、O!式の演算結果Is は電機子電流の振幅に相当
する・即ち、負荷が変動し、あるいは速度指令が変化す
ると速度誤差ER(−Vc−Va)が大きくなり、これ
に応じて電機子電流振幅Is  も大きくなる。Is 
が大きく々ればより大きなトルクが発生し、このトルク
にょシミ動機の実速度が指令速度にもたらされる。
一方、同期電動機101の界磁極の位置(角度α)を示
す2相のサイン波sinα、コザイン波CO5αがレゾ
ルバ102及び同期整流回路103により得られている
ついで2相−3相変換回路109は◇(金式に示す演算
を行ない3相の電流指令Iu、 Iv、 Iw  にそ
れぞれ出力する・・尚・これらIu、 Iv、 Iw 
 は同期電動機101の誘導起電圧Eo  と同相の3
相電流指令となっている。
しかる後、3相電流指令Iu、 Iv、 Iw  は演
算回路110U、 110V、 110Wにて実際の相
電流Iau 。
Iav、 Iawと差分がとられ、ついでその差分であ
る三相交流信号iu、 iV、 iW  は電流アンプ
113U。
115V、113Wにて増幅されてパルス幅変調回路1
14に入力される。
パルス幅変調回路114では、後述する様に鋸歯状波信
号STSと三相交流信号iu、 iv、 iw  の振
幅を比較し、パルス幅変調された三相の電流指令をイン
バータ115を構成する各パワートランジスタQ+”Q
aのベースに入力し、これら各パワートランジスタQl
−Q6をオン/オフ制御し、同期電動機101に三相電
流を供給する。
以後、同様な制御が行われて最終的に同期電動機101
は指令速度で回転することになる。
さて、前述の乗算器121は実速度TSAをkf倍増巾
して、各加算器120U、V、W に入力されているか
ら、電流7yブ113U’、 113V、 113W(
7)増1]出力は、各加算器120U、 W、 V  
で乗算器121の速度補償信号だけ減算され、パルス幅
変調回路114に入力される。このため、同期モータに
biLれる実電流は全く速度に影響を受けることがない
第8図は本発明の他の実施例回路図であり、マイクロプ
ロセッサ等の演算回路によって構成したものである。図
中、郷5図と同一のものは同一の記号で示してあり、1
08は演算制御部であり、第5図の演算回路105、誤
差アンプ106、乗算回路107、108.2−3相変
換回路1 o q 、 vnt 、ti回路110[J
110V、 110W、電流アンプ113U、 113
V、 113W、乗算回路121、加算器120U、 
120V、 120Wの動作をプログラム制御による演
算動作によって行なうものである。演算制御部108は
モータ制飢プロゲラl、に従い演算動作を行うプロセッ
サ108aと、モータ制御プログラムを格納するプログ
ラムメモリ108bと、データの記憶のだめのデータメ
モリ108cと、NC装置等の外部からの指令を受ける
だめの入出カポ−)108dと、パルス幅変調回路11
4にアナログの電流指令を4乏−る/こめのデジタル・
アナログ(DA )変換器108eと、変流器112U
112V、112Wからの実相電流Iau、 Iav、
 Iawを受け、デジタル値に変換するだめのアナログ
・デジタル(AI) )変換器108fと、バルスコー
ダ112から最初に同期モータ101の界磁極の回転位
置αを示す位置コードがロードされ、以降パルスコーダ
112から同期モータ101が所定角回転する毎に発生
される回転パルスPl+ PZを計数するカウンタ10
8.!/と、これらを接続するだめのアドレス・データ
バス108hとで措成されている。尚、パルスコーダ1
12は、同期モータ101の界磁極の位lFi′、を示
ず位(6コードと、同期モータ101が所定角回転毎に
出力される回転パルスを発生するものである。
次に、第8図構成の動作について説明する0第5図と同
様同期モータ101がある速度で回転しているときに速
度指令が」二昇した場合について説明すると、既にカウ
ンタ108gにtよ、回期モータ101の回転開始直前
に位置コードがロードされ、同期モータ101の回転に
伴ない発生する回転パルスpHPZを計数しているから
、カウンタ108,9f’j、常に同期モータ101の
界磁極の回転位置を表示(7ていることになり、回転パ
ルスP1. PZの周期モータ101の速度に比例する
から、所定時間間隔におけるカウンタ10811の値の
増分は同HJ]モーク101の回転速度に対応する。
先ず、同期モータ101を所望の回転速度Vc で回転
せしめるべく、NC装置等の外部から速度指令VCMD
が入出力ポート108dに入力し、バス108hを介し
プロセッサ108aに伝えられる。次にプロセッサ10
8aはカウンタ108gのカウント値をバス108hを
介し読取り、前回読取った値との差分を演算し、サンプ
リング間隔Tで割って、実速度Va を演算する。更に
、プロセッサ108aは速度指令VCMDと実速度Va
の差である速度誤差ERを演算し、第5図で説明した誤
差アンプの動作である第(17)式の演薯を行い、振幅
指令Isを得る。以上が速度ループ演算ステップである
次に、プロセッサ108aはカウンタ108gのカウン
ト値から前述のサインα、コサインαのデジタル値を得
るため、データメモリ108cに記憶されたカウント値
−サインα、コサインαのテーブルをカウント値によっ
て検索し、デジタル値のサインα、コサインαを得る。
更に、糸幅指令Isと検索したサインα、コサインαと
を乗算し、2相の電流指令11a、Ilbを得、第5図
で説明した第00式を演算して、3相の電流指令Iu、
 Iv、 Iwを得る。以上が電流指令演纜ステップで
ある。
次に、プロセッサ108aは、変流器112U。
112V、112Wから得られた実相電流Iav、Ia
w。
IauをAD K換器108fでデジタル化された各実
進流をバスIDahを介し読み取り、前述の6相の電流
指令Iu、 Iv、 Iwと実相電流Iav、 Iaw
、 Iauとの差分を演算し、所定の増巾係数を乗じて
、デジタル値の三相交流信号iu、 iv、 iwを得
る0以上が′混流ループ演算ステップであめ。
次に、プロセッサ108aば、前述の速度ループ演算ス
テップで得た実速度Vaに前述の係数kfを乗じ、速度
補償出力VCOを得、前述の三相交流信号iu、 iv
、 iwから差引き、補償された三相交流信号iu、 
iv、 iwを得る。
この様にして得た補償三相交流信号iu+ iv+ i
wをプロセッサ108aがバス108h’ffi介しD
A?&換器108eへ送り、当該三相交流信号iu+ 
iv、 iwをアナログ変換してパルス幅変調回路11
4へ送り、以降第5図と同様にして同期モータ101に
三相電流がインバータ115から送られる0 ブロセッザ108ar、J、サンプリング周期T毎に前
述の演算動作をプログラムメモ1J108bの制御プロ
グラムに従って実行し、同期モータ101を制御して、
最終的に同期モータ101を指令速度で回転せしめる。
以上説明した様に1本発明によれば、サーボモータを速
度フィードバックと電流フィードバックループとでサー
ボ制御する際に、サーボモータの回転速度から電流フィ
ードバックループの速度依存特性を打消す様な補償用速
度フィードバックループを設けているので、サーボモー
タ固有の実電流に与える速度帰還の影響を防止しうる効
果を奏する。このため、サーボモータの速度が犬となっ
ても電流ループの応答特性が劣化することなく、特に電
流値や加速時間が大きくなるということもないという効
果を奏する。
尚5本発明を一実施例によシ説明したが、本発明はこの
実施例に限られず、本発明の主旨の範囲内で種々の変形
が可能であり、本発明の範囲からこれらを排除するもの
ではない。
第1図は、同期モータの構成図、第2図は従来のサーボ
制御ブロック図、第3図は従来の制御方式による速度、
電流説明図、第4図は本発明のサーボ制御ブロック図、
第5図は本発明の一実施例回路図、第6図は第5図構成
の要部構成図、第7図は第6図構成の動作説明図、第8
図は本発明の他の実施例回路図であるっ 図中、101・・・同期モータ、  102,104,
112・・・検出器、112・・・変流器、105,1
10・・・演算回路、108・・・演算制御部、120
・・・加q器、121・・・乗算回路0 特許出願人 ファナソク味式会社 代理人弁理士 辻     實 (外2名)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. サーボモータの速度を検出する検出器と、該サーボモー
    タに流れる実電流を検出する検出器と、該サーボモータ
    の電流駆動回路と、速度指令と該検出され実速度との差
    速度に基き振幅指令を得、該得られた振幅指令から電流
    指令を求め、該電流指令と該検出された実電流との差電
    流を得る制御部とを有し、該制御部の差電流を該′電流
    駆動回路へ与えるサーボモータの制御方式において、該
    制御部が該検出された実速度を所定倍率で増巾した速度
    補償信号を得、該差電流を該速度補償信号で補償するこ
    とを特徴とするサーボモータの制御方式0
JP57166367A 1982-09-24 1982-09-24 サ−ボモ−タの制御装置 Expired - Lifetime JPH0724472B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57166367A JPH0724472B2 (ja) 1982-09-24 1982-09-24 サ−ボモ−タの制御装置
EP83305695A EP0104909B1 (en) 1982-09-24 1983-09-23 Servomotor control method and apparatus therefor
US06/535,341 US4477762A (en) 1982-09-24 1983-09-23 Servomotor control method and apparatus therefor
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