JPS6156951B2 - - Google Patents

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JPS6156951B2
JPS6156951B2 JP56088522A JP8852281A JPS6156951B2 JP S6156951 B2 JPS6156951 B2 JP S6156951B2 JP 56088522 A JP56088522 A JP 56088522A JP 8852281 A JP8852281 A JP 8852281A JP S6156951 B2 JPS6156951 B2 JP S6156951B2
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JP
Japan
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speed
pulse
synchronous motor
current
pulse generator
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JP56088522A
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Japanese (ja)
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Mitsuo Kurakake
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Original Assignee
Fanuc Corp
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Priority to US06/386,130 priority patent/US4575667A/en
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Publication of JPS6156951B2 publication Critical patent/JPS6156951B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/489Digital circuits therefor

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同期電動機の速度検出方式に係り、特
に低速時における同期電動機の速度検出に適用し
て好適な方式に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for detecting the speed of a synchronous motor, and particularly to a method suitable for detecting the speed of a synchronous motor at low speeds.

回転界磁形の同期電動機は電機子を固定子と
し、界磁極を回転子とするもので、固定子巻線
(電機子巻線)に三相交流を通じることにより回
転磁界が生じ界磁極が該回転磁界に引つぱられ回
転磁界と同一速度で回転する。かゝる同期電動機
の制御方式としては固定子電流(電機子電流)を
瞬時値制御して直流電動機と同等のトルク発生を
行なうことができる方式が開発されている。第1
図乃至第4図はかゝる同期電動機制御方式を説明
する説明図である。
A rotating field type synchronous motor has an armature as a stator and a field pole as a rotor. By passing three-phase alternating current to the stator winding (armature winding), a rotating magnetic field is generated and the field pole is It is pulled by the rotating magnetic field and rotates at the same speed as the rotating magnetic field. As a control method for such a synchronous motor, a method has been developed that can perform instantaneous value control of the stator current (armature current) to generate torque equivalent to that of a DC motor. 1st
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating such a synchronous motor control method.

一般に、分巻直流機のトルク発生メカニズムは
第1図a,bに示すように主磁束φに対し、常に
電機子電流Iaが直交するように整流子で電流の切
換え動作を行なつており、発生トルクTは次式に
よつて示され、主磁束φが一定であれば該トルク
Tは電機子電流Iaに比例する。
In general, the torque generation mechanism of a shunt-wound DC machine uses a commutator to switch the current so that the armature current Ia is always perpendicular to the main magnetic flux φ, as shown in Figure 1a and b. The generated torque T is expressed by the following equation, and if the main magnetic flux φ is constant, the torque T is proportional to the armature current Ia.

T=kφIa (1) 尚、第1図において、FMは界磁極、AMはア
ーマチユア、AWは電機子巻線である。
T=kφIa (1) In Fig. 1, FM is the field pole, AM is the armature, and AW is the armature winding.

さて、上記の関係を第2図に示す回転界磁形の
同期電動機に適用するならばφは界磁極PMの主
磁束ベクトルφ〓sに、Iaは電機子巻線SWの電流
ベクトルI〓sにそれぞれ対応させることができ、
同期電動機の発生トルクTは T=k′φsIscosγ (2) となる。ここでγは同期電動機の等価回路である
第3図を参照すると電機子電流Isと誘電起電圧
Eoの位相差である。尚、第3図において、γa
は電機子巻線SWの抵抗、Xsは電機子反作用及び
電機子漏れ磁束を考慮した同期リアクタンスであ
る。
Now, if the above relationship is applied to the rotating field type synchronous motor shown in Fig. 2, φ is the main magnetic flux vector φ〓s of the field pole PM, and Ia is the current vector I〓s of the armature winding SW. can be made to correspond to each
The generated torque T of the synchronous motor is T=k′φsIscosγ (2). Here, γ is the equivalent circuit of a synchronous motor. Referring to Figure 3, armature current Is and induced electromotive voltage
This is the phase difference of Eo. In addition, in Fig. 3, γa
is the resistance of the armature winding SW, and Xs is the synchronous reactance considering armature reaction and armature leakage flux.

従つて、誘導起電圧Eoと電機子電流Isの位相
を同相にすれば、換言すると主磁束φ〓sと電機子
電流I〓sが直交するように制御すれば(2)式で与え
られるトルクTは T=k′φsIs=KTS (3) となり、全く直流電動機のトルク発生と等価的に
同期電動機を駆動できる。但し、KTは変換定数
である。
Therefore, if the induced electromotive voltage Eo and the armature current Is are made in phase, in other words, if the main magnetic flux φ〓s and the armature current I〓s are controlled to be orthogonal, the torque given by equation (2) can be obtained. T becomes T=k′φsIs=K T I S (3), and it is possible to drive a synchronous motor equivalently to the torque generation of a DC motor. However, K T is a conversion constant.

そこで、提案されている方式においては誘導起
電圧Eoの位相を検出すると共に、該位相を有す
る電流指令を発生し、この電流指令を同期電動機
の電機子巻線に印加し、直流電動機と等価的に該
同期電動機を駆動制御する。尚、誘導起電圧Eo
と主磁束の位相が90度ずれていることから、誘導
起電圧Eoの位相は主磁束換言すれば界磁極の位
置から検出できる。第4図は係る同期電動機制御
方式を実現するための回路ブロツク図である。
Therefore, in the proposed method, the phase of the induced electromotive force Eo is detected, a current command having the phase is generated, and this current command is applied to the armature winding of the synchronous motor, which is equivalent to a DC motor. The synchronous motor is driven and controlled. In addition, the induced electromotive force Eo
Since the phases of the main magnetic flux and the main magnetic flux are shifted by 90 degrees, the phase of the induced electromotive force Eo can be detected from the position of the main magnetic flux, in other words, the field pole. FIG. 4 is a circuit block diagram for realizing such a synchronous motor control system.

図中、101は回転界磁形の同期電動機、10
2は同期電動機のシヤフトに連結されたレゾルバ
であり、同期電動機の界磁極の位置を検出する。
このレゾルバは第5図に示すように回転子102
aと、回転子巻線102bと、互いに90゜の位相
をもつて配設された2つの固定子巻線102c,
102dと、sinwtの搬送波を発生する搬送波発
生回路102eを有している。今、回転子102
aが角度θの位置にあるものとすれば、固定子巻
線102c,102dからそれぞれ次式に示す電
圧が ea=sinθ・sinwt (4) eb=cosθ・sinwt (5) 出力される。即ち、レゾルバ102から同期電動
機101の界磁極の位置θに応じたサイン波電圧
a及びコサイン波電圧ebが出力される。103
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sinθ,
cosθ(第6図)を出力する。104aは4倍回
路であり、正弦波信号ea,ebをパルス列に変換
すると共にその周波数4倍する。又、この4倍回
路104aは2相の正弦波信号ea,ebの位相を
監視し、正転している場合には線l1に4倍の周波
数の正転パルスPnを、逆転している場合には線l2
に4倍の周波数の逆転パルスPγをそれぞれ出力
する。104bは正転又は逆転パルスPn,Prの
周波数を電圧に変換する周波数電圧変換器(F/
V変換器という)、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
度電圧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
て電機子電流の振幅Isを出力する誤差アンプ、1
07,108は乗算回路で、誤差アンプ出力と同
期整流回路103の出力cosθ、sinθとを乗算し
2相の電流指令I〓1a(=Is・sinθ)、I〓1b(=
Is・cosθ)をそれぞれ出力する。109は2相
信号を3相に変換する2相―3相変換回路で、第
7図に示すような回路構成を有している。即ち、
2相―3相変換回路は2つのオペレーシヨンアン
プOA1,OA2と、10KΩの抵抗R1〜R4と、
5.78KΩの抵抗R5と、5KΩの抵抗R6を有してい
る。さて、各抵抗R1〜R6の値を上記のように決
定すると共に図示の如く結線すると、端子Tu、
Tv、Twからそれぞれ が出力される。そして、これらI〓u、I〓v、I〓w
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相電流指令となつている。
In the figure, 101 is a rotating field type synchronous motor;
A resolver 2 is connected to the shaft of the synchronous motor, and detects the position of the field pole of the synchronous motor.
This resolver has a rotor 102 as shown in FIG.
a, a rotor winding 102b, and two stator windings 102c arranged with a phase of 90° to each other,
102d, and a carrier wave generation circuit 102e that generates a sinwt carrier wave. Now rotor 102
Assuming that a is at the angle θ, the stator windings 102c and 102d output voltages expressed by the following equations, e a =sinθ·sinwt (4) e b =cosθ·sinwt (5), respectively. That is, the resolver 102 outputs a sine wave voltage e a and a cosine wave voltage e b corresponding to the position θ of the field pole of the synchronous motor 101 . 103
is a synchronous rectifier circuit, which synchronously rectifies the sine wave voltage e a and the cosine wave voltage e b to obtain sinθ,
Output cosθ (Figure 6). 104a is a quadrupling circuit which converts the sine wave signals e a and e b into a pulse train and multiplies the frequency by four. In addition, this quadrupling circuit 104a monitors the phases of the two-phase sine wave signals e a and e b , and when they are rotating in the normal direction, sends a normal rotation pulse Pn of 4 times the frequency to the line l1 , and reverses them. If the line l 2
A reversing pulse Pγ having a frequency four times that of the first one is outputted respectively. 104b is a frequency-voltage converter (F/
105 is a calculation circuit that calculates the difference (hereinafter referred to as speed error) ER between the speed command voltage VCMD commanded from a speed command circuit (not shown) and the actual speed voltage TSA (hereinafter referred to as speed error), and 106 is a calculation circuit that amplifies the speed error ER. Error amplifier that outputs the armature current amplitude Is, 1
07 and 108 are multiplication circuits that multiply the error amplifier output and the output cosθ and sinθ of the synchronous rectifier circuit 103 to obtain two-phase current commands I〓 1 a (=Is・sinθ), I〓 1 b (=
Is・cosθ) are output respectively. 109 is a 2-phase to 3-phase conversion circuit that converts a 2-phase signal into a 3-phase signal, and has a circuit configuration as shown in FIG. That is,
The 2-phase to 3-phase conversion circuit includes two operational amplifiers OA1 and OA2, 10KΩ resistors R1 to R4 ,
It has a resistance R 5 of 5.78KΩ and a resistance R 6 of 5KΩ. Now, by determining the values of each resistor R 1 to R 6 as described above and connecting them as shown, the terminals Tu,
From Tv and Tw respectively is output. And these I〓u, I〓v, I〓w
have a phase difference of 2π/3 from each other, and are three-phase current commands that are in phase with the induced electromotive force Eo.

110U,110V,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I〓u、
I〓v、I〓wと実際の相電流I〓au、I〓av、I〓aw

差を演算する演算回路、111はI〓avとI〓awの
加算を行なつてU相の相電流I〓auを出力する演
算回路、112V,112WはそれぞれV相及び
W相の相電流I〓av、I〓awを検出する変流器、1
13U,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、1
14はパルス幅変調回路、115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、1
16は3相交流電源、117は3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。以上が同
期制御の詳細であるが、かゝる同期電動機を正確
に制御するためには低速、高速時とも高精度で回
転速度を検出しなくてはならない。尚、以上の説
明は、位置検出器としてレゾルバを用いた場合で
あり、この場合には速度検出器としてタコジエネ
レータが用いられる。しかし、この方式は、位置
検出器としてパルスジエネレータを用い、これか
ら速度検出もおこなう方式に比べてコストアツプ
になり、あまり用いられない。そのために、パル
スジエネレータから速度検出を精度よくおこなう
方式が必要となる。
110U, 110V, and 110W are arithmetic circuits provided for each phase, respectively, and command currents I〓u,
I〓v, I〓w and actual phase currents I〓au, I〓av, I〓aw
111 is an arithmetic circuit that adds I〓av and I〓aw and outputs the U-phase phase current I〓au. 112V and 112W are V-phase and W-phase phase currents, respectively. Current transformer that detects I〓av, I〓aw, 1
13U, 113V, and 113W are current amplifiers each provided for each phase and amplifying the current difference between each phase;
14 is a pulse width modulation circuit; 115 is an inverter controlled by the output signal of the pulse width modulation circuit;
16 is a three-phase AC power supply; 117 is a known rectifier circuit that rectifies three-phase AC into DC; a group of diodes 117a;
and a capacitor 117b. The details of synchronous control have been described above, but in order to accurately control such a synchronous motor, the rotational speed must be detected with high precision at both low and high speeds. Note that the above explanation is for a case where a resolver is used as a position detector, and in this case, a tachogenerator is used as a speed detector. However, this method is not often used because it costs more than a method that uses a pulse generator as a position detector and also performs speed detection. For this reason, a method is required that accurately detects the speed from the pulse generator.

ところで、従来の速度検出方式においては第4
図に示すように互いにπ/2位相がづれ、しかも
モータの回転速度に比例した周波数の2相信号
a,ebをパルスジエネレータ102から発生
し、ついで該2相信号を4倍回路104aを通し
て周波数4の信号に変換し、最後に周波数4
に比例した電圧を発生する周波数電圧変換器10
4bから回転速度に比例した電圧(実速度電圧
TSA)を出力するものであつた。しかしなが
ら、かゝる方法においてはモータ速度が低速にな
ると周波数電圧変換器の出力電圧値が回転速度に
比例しなくなつて急速に低下する。又、パルスジ
エネレータ102から発生するパルス信号の周波
数を周波数/電圧変換するよりも、該パルス信号
をデイジタル量として直接マイコンに読みとらせ
たほうがLSI化にとつては好ましい。そこで、速
度をデイジタル的に読みとる方法が種々提案され
ている。第8図はパルスジエネレータ211から
発生するパルスを所定時間計数してマイコンに出
力する従来例の説明図である。この方法において
はパルスジエネレータ211を設け、モータが所
定量回転する毎にパルスジエネレータ211から
パルスを発生せしめ、このパルスをカウンタ21
2にカウントさせ、所定時間毎に該カウンタの内
容をレジスタ213に転送すると共にリセツト
し、しかる後該レジスタの内容を実速度としてマ
イコン214に読取らせている。そして以後、上
記動作を繰返して実速度をデイジタルで取出して
いる。しかしながら、この方法では高速時に精度
良く速度検出ができるが低速時にはパルスジエネ
レータ211から発生するパルス周期が大きくな
るため精度良く速度検出ができない。ところで低
速時の分解能を上げるにはパルスジエネレータ2
11から発生する1回転当りのパルス数を増加さ
せるか、或いは読取り周期を長くするかしなけれ
ばならない。しかしながら、パルスジエネレータ
211から発生するパルス数は1回転当り1万パ
ルスが限度であり、この程度では分解能を上げる
ことはできない。従つて前者の手段では分解能を
上げることはできない。従つて前者の手段では分
解能を上昇できない。一方、読取り周期を長くす
る後者の手段では制御の応答性が悪くなる。即
ち、マイクロプロセツサによる前記レジスタ21
3の読取り周期(サンプリング周期)は速度制御
系の応答性を考えると1ms程度にしなければなら
ず、応答性を良くすることはできない。尚、以下
にサンプリング周期を1msec、パルスジエネレー
タ211から発生する出力パルスPcを10000〔パ
ルス/回転〕とし、又モータが1rpmの超低速度
で回転している場合について第9図に従つて説明
する。第9図においてSpiはサンプリングパル
ス、Pcはパルスジエネレータ211から発生す
るパルス、〔CN〕はカウンタ212の計数値であ
る。さて、パルスジエネレータ211からのパル
スPcは前述の如くカウンタ212により計数さ
れ、サンプリングパルスSPiに同期して該カウン
タの内容はレジスタ213にセツトされると共に
リセツトされ、しかる後該レジスタの内容はマイ
コン214に読みとられる。ところでサンプリン
グ周期は1msec、パルスPcの周期は6msecである
ため、最初のサンプリングパルスSP1が発生した
時点ではカウンタ212の計数値〔CN〕は1と
なつているが、以後のサンプリングパルスSP2
SP6発生時には〔CN〕=Oとなつている。換言す
ればマイコンには速度データとして1,0,0,
0,0,0と断続したデータが入力される。この
ため、速応性ある、正確な速度制御を行なうこと
ができない。このため、本発明者は速度データが
断続せず、正確に速度検出が行なえる速度検出方
式を提案している。以下にこの既提案の方法を詳
述する。
By the way, in the conventional speed detection method, the fourth
As shown in the figure, the pulse generator 102 generates two-phase signals e a and e b that are out of phase with each other by π/2 and have a frequency proportional to the rotational speed of the motor. to a frequency 4 signal, and finally frequency 4
A frequency-voltage converter 10 that generates a voltage proportional to
4b to the voltage proportional to the rotational speed (actual speed voltage
TSA). However, in such a method, when the motor speed becomes low, the output voltage value of the frequency-voltage converter is no longer proportional to the rotational speed and rapidly decreases. Furthermore, rather than converting the frequency of the pulse signal generated from the pulse generator 102 into a frequency/voltage, it is preferable for LSI implementation to have the microcomputer directly read the pulse signal as a digital quantity. Therefore, various methods of digitally reading the speed have been proposed. FIG. 8 is an explanatory diagram of a conventional example in which pulses generated from a pulse generator 211 are counted for a predetermined period of time and outputted to a microcomputer. In this method, a pulse generator 211 is provided, and each time the motor rotates a predetermined amount, a pulse is generated from the pulse generator 211, and this pulse is sent to a counter 21.
2, the contents of the counter are transferred to the register 213 and reset at predetermined time intervals, and then the contents of the register are read by the microcomputer 214 as the actual speed. Thereafter, the above operation is repeated to obtain the actual speed digitally. However, although this method allows accurate speed detection at high speeds, it is not possible to accurately detect speed at low speeds because the pulse period generated from the pulse generator 211 increases. By the way, to increase the resolution at low speeds, pulse generator 2
Either the number of pulses per revolution generated from 11 must be increased, or the reading period must be lengthened. However, the number of pulses generated by the pulse generator 211 is limited to 10,000 pulses per rotation, and resolution cannot be improved to this extent. Therefore, resolution cannot be increased by the former method. Therefore, the resolution cannot be increased by the former method. On the other hand, the latter means of lengthening the reading cycle deteriorates control responsiveness. That is, the register 21 is processed by a microprocessor.
Considering the responsiveness of the speed control system, the reading cycle (sampling cycle) of No. 3 must be about 1 ms, and the responsiveness cannot be improved. In the following, the sampling period is 1 msec, the output pulse Pc generated from the pulse generator 211 is 10000 [pulses/rotation], and the case where the motor is rotating at an extremely low speed of 1 rpm will be explained according to Fig. 9. do. In FIG. 9, Spi is a sampling pulse, Pc is a pulse generated from the pulse generator 211, and [CN] is a count value of the counter 212. Now, the pulses Pc from the pulse generator 211 are counted by the counter 212 as described above, and the contents of the counter are set and reset in the register 213 in synchronization with the sampling pulse SPi, and then the contents of the register are transferred to the microcomputer. 214 is read. By the way, since the sampling period is 1 msec and the period of pulse Pc is 6 msec, the count value [CN] of the counter 212 is 1 at the time when the first sampling pulse SP 1 is generated, but subsequent sampling pulses SP 2 ~
When SP 6 occurs, [CN] = O. In other words, the microcontroller has speed data of 1, 0, 0,
Intermittent data of 0, 0, 0 is input. For this reason, it is not possible to perform fast-responsive and accurate speed control. For this reason, the present inventor has proposed a speed detection method that allows accurate speed detection without discontinuing speed data. This proposed method will be described in detail below.

さて、既提案の方式においては低速回転時にパ
ルスジエネレータから発生するパルスPcの周期
Tを計時し、該周期Tを用いて速度検出を行なつ
ている。今、パルスPcの1周期内に発生するク
ロツクパルCPの数をN、該クロツクパルスの周
期をΔT(=0.125μs)とすれば、パルスジエ
ネレータから発生するパルスPcの周波数は =1/T =1/N・ΔT(Hz/μsec) =106/N・ΔT(Hz/sec) =60×106/N・ΔT(Hz/min) となり、ΔT=0.125を代入すると =480×106/N(Hz/min) (7) となる。又、パルスジエネレータが1回転当り発
生するパルス数を10000とすれば回転速度nは n=48000/N(rpm) (8) となる。従つて、既提案の方式においては低速時
にパルスジエネレータから発生するパルスPcの
周期T、換言すればパルスPcの1周期内に発生
するクロツクパルスCPの数Nを求め、(7)あるい
は(8)式から回転速度を検出している。
Now, in the previously proposed system, the period T of the pulse Pc generated from the pulse generator during low speed rotation is measured, and the speed is detected using this period T. Now, if the number of clock pulses CP generated within one period of pulse Pc is N, and the period of this clock pulse is ΔT (=0.125 μs), then the frequency of pulse Pc generated from the pulse generator is = 1/T = 1 /N・ΔT (Hz/μsec) = 10 6 /N・ΔT (Hz/sec) = 60×10 6 /N・ΔT (Hz/min), and when ΔT=0.125 is substituted, = 480×10 6 /N (Hz/min) (7) Furthermore, if the number of pulses generated by the pulse generator per rotation is 10,000, the rotational speed n is n=48,000/N (rpm) (8). Therefore, in the previously proposed method, the period T of the pulse Pc generated from the pulse generator at low speeds, in other words, the number N of clock pulses CP generated within one period of the pulse Pc is determined, and (7) or (8) The rotation speed is detected from the formula.

第10図はこの方式を説明するブロツク図であ
る。
FIG. 10 is a block diagram illustrating this method.

図中、301は図示しないモータが所定量回転
する毎に互いにπ/2位相がづれた2つのパルス
信号Pc、Pc′を出力するパルスジエネレータ、3
02は回転方向判別回路であり、パルス信号
Pc、Pc′のうちいずれの位相が進んでいるかを判
別して回転方向信号SGNを出力する。303は
カウンタでありクリア端子CLRカウントイネー
ブル端子EN、クロツク端子CLK、キヤリーパル
ス発生端子TCを有している。クリア端子CLRに
はパルス信号Pcが入力され、カウントイネーブ
ル端子ENには常に“1”が入力されている。従
つて、カウンタ303はその計数値をパルス信号
Pcが発生する毎にクリアされると共に、次のパ
ルスPcが発生する迄クロツクパルスCPの数を計
数している。304はフリツプフロツプであり、
キヤリーパルス(桁上げパルス)OFPが発生す
る毎にセツトされ、パルス信号Pcが発生する毎
にリセツトされる。即ち、カウンタ303とフリ
ツプフロツプ304とでパルス信号Pcの1周期
内に発生するクロツクパルス数が表示される。
尚、カウンタ303の容量が十分大きい場合には
フリツプフロツプ304を設ける必要はない。3
05はアンドゲート、306はnビツトのレジス
タであり、アンドゲート305の出力が“1”に
なる毎に、換言すればパルス信号Pcが発生する
毎にカウンタ303の計数値がセツトされる。3
07は2ビツトのレジスタであり、アンドゲート
305の出力が“1”になる毎にフリツプフロツ
プ304のセツト出力と回転方向信号SGN
(“1”のときは正転中、“0”のときは逆転中)
が設定される。308は除算ユニツトでありレジ
スタ306,307の内容を入力されて(8)式の演
算を実行し、回転速度nを演算する。尚、除算ユ
ニツト308は速度制御をデイジタル処理するマ
イコンの除算機能を用いて構成することができ
る。特に最近のマイコンでは16ビツトの除算を10
μs以下で行なえるものが出てきているから、
かゝるマイコンを用いれば簡単に除算ユニツトを
構成できる。さて、第10図においてはパルスジ
エネレータ301からパルス信号Pcが発生する
毎にカウンタ303及びフリツプフロツプ304
はリセツトされ、以後これらカウンタ303及び
フリツプフロツプ304は次にパルス信号Pcが
発生する迄クロツクパルスCPの数Nを計数す
る。これによりパルス信号Pcの周期が測定され
る。そして、上記次のパルス信号Pcが発生すれ
ばカウンタ303及びフリツプフロツプ304の
内容並びに回転方向信号SGNがレジスタ30
6,307にセツトされる。又、これと同時にカ
ウンタ303及びフリツプフロツプ304は再び
リセツトされ、クロツクパルスCPの計数を開始
する。さて、レジスタ306,307に記憶され
たクロツクパルスCPの数Nは除算ユニツト30
8に適宜読取られ、該除算ユニツトにより(8)式の
除算演算が実行され、回転数nが求められる。こ
のように、第10図に示す方法によれば第11図
に示す如く回転数nが超低速であつても、検出値
は断続的にならず、従来の方法に比らべ精度の良
い速度検出を行なうことができる。
In the figure, 301 is a pulse generator that outputs two pulse signals Pc and Pc' whose phases are shifted by π/2 each time a motor (not shown) rotates by a predetermined amount;
02 is a rotation direction discrimination circuit, which receives a pulse signal
It is determined which of Pc and Pc' is leading in phase and outputs a rotation direction signal SGN. 303 is a counter having a clear terminal CLR count enable terminal EN, a clock terminal CLK, and a carry pulse generation terminal TC. A pulse signal Pc is input to the clear terminal CLR, and "1" is always input to the count enable terminal EN. Therefore, the counter 303 outputs the counted value as a pulse signal.
It is cleared every time Pc occurs, and counts the number of clock pulses CP until the next pulse Pc occurs. 304 is a flip-flop;
It is set every time a carry pulse OFP occurs, and is reset every time a pulse signal Pc occurs. That is, the counter 303 and flip-flop 304 display the number of clock pulses generated within one period of the pulse signal Pc.
Incidentally, if the capacity of the counter 303 is sufficiently large, there is no need to provide the flip-flop 304. 3
05 is an AND gate, and 306 is an n-bit register. Each time the output of the AND gate 305 becomes "1", in other words, each time a pulse signal Pc is generated, the count value of the counter 303 is set. 3
07 is a 2-bit register, and each time the output of the AND gate 305 becomes "1", the set output of the flip-flop 304 and the rotation direction signal SGN are input.
(When it is "1", it is running in the forward direction, and when it is "0", it is running in the reverse direction)
is set. 308 is a division unit which receives the contents of registers 306 and 307, executes the calculation of equation (8), and calculates the rotational speed n. Note that the division unit 308 can be configured using the division function of a microcomputer that digitally processes speed control. Especially in recent microcontrollers, 16-bit division is
Since there are things that can be done in less than μs,
A division unit can be easily constructed using such a microcomputer. Now, in FIG. 10, every time the pulse signal Pc is generated from the pulse generator 301, the counter 303 and the flip-flop 304
is reset, and thereafter these counter 303 and flip-flop 304 count the number N of clock pulses CP until the next pulse signal Pc is generated. This allows the period of the pulse signal Pc to be measured. When the next pulse signal Pc is generated, the contents of the counter 303 and flip-flop 304 and the rotation direction signal SGN are transferred to the register 30.
It is set to 6,307. At the same time, the counter 303 and flip-flop 304 are reset again and start counting the clock pulses CP. Now, the number N of clock pulses CP stored in the registers 306 and 307 is determined by the division unit 30.
8, and the division unit executes the division operation of equation (8) to determine the rotational speed n. In this way, according to the method shown in FIG. 10, even if the rotation speed n is extremely low as shown in FIG. Detection can be performed.

しかしながら、この既提案の方式においては検
出速度が階段状となる。即ち、この方式において
はパルスジエネレータからパルスが発生する毎に
実速度が演算され、検出速度は該実速度に等しく
なるように立上り、以後次のパルスが発生する迄
その検出値を維持する。このため、速度が一定の
とき、或いは非常にゆるやかに変化している場合
には問題ないが、比較的急に速度が変化している
場合にはステツプ幅が大きくなりパルスとパルス
の間で正確な速度を示さないことになる。これは
速度検出系に遅れ要素が入つたことを意味し、こ
れでは速度制御ループのゲインを高くとれず、速
応性ある制御を実現できない。
However, in this proposed method, the detection speed is stepped. That is, in this system, the actual speed is calculated every time a pulse is generated from the pulse generator, the detected speed rises to be equal to the actual speed, and thereafter maintains the detected value until the next pulse is generated. For this reason, there is no problem when the speed is constant or changing very slowly, but when the speed is changing relatively suddenly, the step width becomes large and the accuracy between pulses cannot be adjusted. This means that the vehicle will not show a proper speed. This means that a delay element has been introduced into the speed detection system, and with this, the gain of the speed control loop cannot be set high and responsive control cannot be realized.

以上から、本発明は同期電動機の実速度をより
高精度で検出できる新規な速度検出方式を提供す
ることを目的とする。
In light of the above, an object of the present invention is to provide a novel speed detection method that can detect the actual speed of a synchronous motor with higher accuracy.

以下、本発明の実施例を図面に従つて詳細に説
明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

さて、本発明においては同期電動機のシヤフト
に取付けられたパルスジエネレータからパルスが
発生した時には第10図に示した方法で速度を演
算する。そして、その他の場合には一定周期の割
込信号(イネーブル信号)が発晴生する毎に、同
期電動機の特性式に従つて過去の電流指令値と過
去の検出速度とを用いて現在の実速度を予測演算
し、該予測された速度を検出速度とみなす。
Now, in the present invention, when a pulse is generated from a pulse generator attached to the shaft of a synchronous motor, the speed is calculated by the method shown in FIG. In other cases, each time an interrupt signal (enable signal) of a certain period is generated, the current actual speed is determined using the past current command value and the past detected speed according to the characteristic formula of the synchronous motor. is calculated and the predicted speed is regarded as the detected speed.

次に上記実速度の予測演算について説明する。
同期電動機のトルクTはモータのイナーシヤをJ
M(Kg・cm・sec2〕、負荷のイナーシヤをJL
〔Kg・cmsec2〕、回転速度をv及び負荷トルクを
T0〔Kg・cm〕とすれば T=(JM+JL)dv/dt+T0 …(9) となり、(3),(9)式から KTS=(JM+JL)dv/dt+T0 …(10) が成立する。(10)式を変形すれば dv=Kdt/(J+J)−Tdt/J
+J となる。dv=v(k+1)−v(k)であるから v(k+1) =v(k)+K・ΔI/(J+J)−ΔT
/(J+J)…(11) が成立する。(11)式をサンプリング周期TSの離散
値系になおすと v(k+1) =v(k)+K/(J+J)IS(k−
1) −T/(J+J)T0(k) …(12) が成立する。ところで負荷トルクT0は各サンプ
リング間で変化しないと考えてよく、従つてΔ
T0=Oとみなさせるため(12)式は v(k+1) =v(k)+K・T/(J+J)IS(k
−1)…(13) となる。そして(13)式を更に変形すれば v(k) =v(k−1)+K・T/(J+J)・I
S(k−2)… (14) となる。
Next, the prediction calculation of the actual speed will be explained.
The torque T of a synchronous motor is the inertia of the motor J
M (Kg・cm・sec 2 ), the inertia of the load is J L
[Kg・cmsec 2 ], the rotational speed is v and the load torque is
If T 0 [Kg・cm], then T = (J M + J L ) dv/dt + T 0 ...(9), and from equations (3) and (9), K T I S = (J M + J L ) dv/ dt+T 0 ...(10) holds true. If we transform equation (10), we get dv=K T I S dt/(J M +J L )−T 0 dt/J M
+ JL . Since dv=v(k+1)-v(k), v(k+1) =v(k)+K T・ΔI S /(J M +J L )−ΔT
0 /(J M + J L )...(11) holds true. When formula (11) is converted into a discrete value system with a sampling period T S , v(k+1) = v(k) + K T T S / (J M + J L ) I S (k-
1) −TS /( JM + JL ) T0 (k)...(12) holds true. By the way, it can be considered that the load torque T 0 does not change between each sampling, and therefore Δ
In order to consider T 0 = O, equation (12) is v (k + 1) = v (k) + K T・T S / (J M + J L ) I S (k
−1)…(13) If we further transform equation (13), we get v(k) = v(k-1)+K T・T S /(J M +J L )・I
S (k-2)... (14)

従つて、1サンプリング前の検出速度v(k−
1)と2サンプリング前の電流指令値IS(k−
2)がわかれば(14)式から回転速度を推定でき
る。
Therefore, the detection speed v(k-
1) and the current command value I S (k-
If 2) is known, the rotation speed can be estimated from equation (14).

第12図は本発明に係る実施例ブロツク図、第
13図は同タイムチヤート、第14図は検出速度
説明図である。尚、第4図の従来装置と同一部分
には同一符号を付している。
FIG. 12 is a block diagram of an embodiment according to the present invention, FIG. 13 is a time chart thereof, and FIG. 14 is an explanatory diagram of detection speed. Note that the same parts as in the conventional device shown in FIG. 4 are given the same reference numerals.

図中、401は速度検出部であり、第10図に
示す構成(但し、パルスジエネレータ301と、
除算ユニツト308は除く)を有している。40
2はフリツプフロツプであり、パルスジエネレー
タ102から発生するパルスPaによりセツトさ
れ、処理装置113から発生する速度演算終了信
号OPENによりリセツトされる。403は一定周
期の速度演算割込み信号(速度演算イネーブル信
号)ITPを発生する割込みパルス発生回路であ
る。尚、VDはデイジタルの指令速度、AVは第1
0図に示すレジスタ306,307から出力され
る周期を示すデイジタル値である。
In the figure, 401 is a speed detection section, which has the configuration shown in FIG. 10 (however, the pulse generator 301 and
(excluding division unit 308). 40
Reference numeral 2 denotes a flip-flop, which is set by the pulse Pa generated from the pulse generator 102 and reset by the speed calculation end signal OPEN generated from the processing device 113. Reference numeral 403 denotes an interrupt pulse generation circuit that generates a speed calculation interrupt signal (speed calculation enable signal) ITP at a constant period. In addition, VD is the digital command speed, and AV is the first
This is a digital value indicating the cycle output from the registers 306 and 307 shown in FIG.

次に速度検出の動作を説明する。 Next, the speed detection operation will be explained.

パルスジエネレータ102から時刻t1(第13
図)においてパルスPaが発生するとフリツプフ
ロツプ402はセツトされる。この状態で割込み
パルス発生回路403から一定周期の割込みパル
スITPが発生すれば(時刻t2)、処理装置113
はまずフリツプフロツプ(FF)402がセツト
されているかどうかをセンスする。この場合、
FF402はセツトされているから、処理装置1
13は速度検出部401より入力されているパル
スPaの周期AVを用いて(8)式の除算演算を行なつ
て回転速度を求める。演算完了後(時刻t3)、処
理装置は速度演算終了信号OPENを出力してフリ
ツプフロツプFF402をリセツトし、初期状態
にする。しかる後、処理装置113は速度偏差を
求め、該速度偏差に基いて1次電流振幅信号IS
を出力する。これにより以降の回路の機能で同期
電動機に1次電流が指令される。
From the pulse generator 102 at time t 1 (13th
When pulse Pa occurs in FIG. 1, flip-flop 402 is set. In this state, if the interrupt pulse generation circuit 403 generates an interrupt pulse ITP with a constant period (time t 2 ), the processing device 113
First, it senses whether the flip-flop (FF) 402 is set. in this case,
Since FF402 is set, processing device 1
13 uses the period AV of the pulse Pa inputted from the speed detection unit 401 to perform the division operation of equation (8) to obtain the rotation speed. After the calculation is completed (time t 3 ), the processing device outputs a speed calculation end signal OPEN to reset the flip-flop FF 402 to the initial state. Thereafter, the processing device 113 determines the speed deviation and generates the primary current amplitude signal I S based on the speed deviation.
Output. This commands the primary current to the synchronous motor in the subsequent circuit function.

以上はFF402がセツトされている場合であ
るが、リセツトされている場合には回転速度の予
測演算が行なわれる。即ち、時刻t4において割込
みパルスITPが発生すると処理装置113はFF
402のセツト状態をセンスする。処理装置11
3はFF402がセツトされていなければデータ
メモリ113cに記憶されている過去の検出速度
v(k−1)及び過去の電流指令IS(k−2)
を用いて(14)式の演算を実行し回転速度v(k)を
予測する。そして、この回転速度v(k)を実速度と
して指令速度VDとの差を求め前記と同様に1次
電流指令を出力する。
The above is a case where the FF 402 is set, but when it is reset, prediction calculation of the rotational speed is performed. That is, when the interrupt pulse ITP occurs at time t4 , the processing device 113
402 is sensed. Processing device 11
3 is the past detected speed v (k-1) and past current command I S (k-2) stored in the data memory 113c if the FF 402 is not set.
The rotation speed v(k) is predicted by executing the calculation of equation (14) using Then, using this rotation speed v(k) as the actual speed, the difference between it and the command speed VD is determined, and the primary current command is output in the same manner as described above.

以後、時刻t5,t6においてもFF402はセツト
されていないから、処理装置113は(14)式の
演算を行なつて実速度を予測する。時刻t7になる
とパルスジエネレータ102からパルスPaが発
生しFF402がセツトされ、前述と同様のパル
ス周期AVを用いた回転速度処理が行なわれる。
Thereafter, since the FF 402 is not set at times t5 and t6 , the processing unit 113 calculates the equation (14) to predict the actual speed. At time t7 , a pulse Pa is generated from the pulse generator 102, the FF 402 is set, and rotational speed processing using the same pulse period AV as described above is performed.

この結果、同期電動機の実速度vaが第14図
aに示す如く変化すると、本発明により検出され
た回転速度は第14図bの実線のように変化し、
点線で示す既提案のものに比らべそのステツプ幅
ははるかに小さくなり高精度の速度検出ができ
る。
As a result, when the actual speed va of the synchronous motor changes as shown in FIG. 14a, the rotational speed detected by the present invention changes as shown by the solid line in FIG. 14b,
Compared to the previously proposed method shown by the dotted line, the step width is much smaller, allowing highly accurate speed detection.

以上、本発明によれば回転速度を非常に高い精
度で検出でき、ゲインを高くとれ速応性にすぐれ
た同期電動機の駆動が可能になつた。尚、本発明
は実施例に示した同期電動機制御方式にのみ限定
されるものではなく、他の方式による場合にも適
用できることは勿論である。又、(14)式の予測
演算においては過去の電流指令値を用いたが過去
の実際の電流値であつてもよい。
As described above, according to the present invention, the rotational speed can be detected with very high accuracy, and it has become possible to drive a synchronous motor with high gain and excellent responsiveness. It should be noted that the present invention is not limited to the synchronous motor control method shown in the embodiment, but can of course be applied to other methods. Further, although past current command values are used in the predictive calculation of equation (14), past actual current values may be used.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図乃至第3図は同期電動機制御方式を説明
する説明図、第4図は同期電動機の駆動回路ブロ
ツク図、第5図はレゾルバの説明図、第6図はレ
ゾルバの出力波形説明図、第7図は2相―3相変
換回路の回路図、第8図及び第9図は従来の速度
制御方式説明図、第10図及び第11図は既提案
の速度検出法を説明する説明図、第12図乃至第
14図は本発明の説明図であり、第12図は同ブ
ロツク図、第13図は同タイムチヤート図、第1
4図は同検出速度説明図である。 101…同期電動機、102…パルスジエネレ
ータ、113…マイコン、113c…データメモ
リ、401…速度検出部、402…フリツプフロ
ツプ、403…割込パルス発生回路。
1 to 3 are explanatory diagrams illustrating the synchronous motor control system, FIG. 4 is a synchronous motor drive circuit block diagram, FIG. 5 is an explanatory diagram of the resolver, and FIG. 6 is an explanatory diagram of the output waveform of the resolver. Fig. 7 is a circuit diagram of a 2-phase to 3-phase conversion circuit, Figs. 8 and 9 are explanatory diagrams of the conventional speed control method, and Figs. 10 and 11 are explanatory diagrams of the already proposed speed detection method. , FIG. 12 to FIG. 14 are explanatory diagrams of the present invention, in which FIG. 12 is a block diagram of the same, FIG. 13 is a time chart of the same, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the same detection speed. 101...Synchronous motor, 102...Pulse generator, 113...Microcomputer, 113c...Data memory, 401...Speed detection section, 402...Flip-flop, 403...Interrupt pulse generation circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 電機子巻線に誘導起電圧と同相の電機子電流
が流れるように、しかも大きさが速度指令と実速
度との偏差に依存するように周期的に出力される
電流指令により駆動される同期電動機の速度制御
方式において、同期電動機の回転量あるいは機械
可動部の移動量に比例した数のパルスを発生する
パルスジエネレータと、該パルスの周期を計時す
る手段と、一定周期のイネーブル信号が発生する
毎に同期電動機の実速度を演算する速度演算手段
を備なえ、該速度演算手段は前記パルスジエネレ
ータからパルスが発生したときイネーブル信号に
同期して前記周期を用いて実速度を演算し、その
他の場合にはイネーブル信号に同期して以前に出
力された電流指令値、或いは実際の電流値と過去
の実速度とを用いて現在の実速度を予測演算する
ことを特徴とする同期電動機の速度検出方式。
1 Synchronization driven by a current command that is periodically output so that the armature current in phase with the induced electromotive force flows in the armature winding, and the magnitude depends on the deviation between the speed command and the actual speed. A motor speed control system includes a pulse generator that generates a number of pulses proportional to the amount of rotation of a synchronous motor or the amount of movement of a mechanical movable part, a means for timing the period of the pulses, and an enable signal of a constant period. a speed calculation means for calculating the actual speed of the synchronous motor each time the pulse generator generates a pulse, and the speed calculation means calculates the actual speed using the period in synchronization with an enable signal when a pulse is generated from the pulse generator. In other cases, a synchronous motor is characterized in that the current actual speed is predictively calculated using a previously output current command value in synchronization with an enable signal, or an actual current value and past actual speed. speed detection method.
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