JPWO2016051740A1 - Motor control device, motor control method, and motor control system - Google Patents

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Abstract

本モータ制御装置は、上位装置からの動作指令に基づき1軸を制御するモータ制御ユニットを複数有し、2軸以上のモータを同期して制御する。モータ制御ユニットのそれぞれは、モータの動作制御を行う制御部と、指令信号を生成する指令信号生成部と、指令信号に基づきパルス幅変調されたPWM制御信号を生成するPWM信号生成部と、PWM制御信号によりスイッチング素子をスイッチングすることで駆動信号を生成するインバータとを備える。また、PWM信号生成部のそれぞれは、指令信号に重畳させる重畳信号を生成する重畳信号生成部と、三角波であるキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、指令信号と重畳信号とを加算する加算部と、加算部から出力される重畳後指令信号とキャリア信号とを比較してPWM制御信号を生成する比較部とを備える。そして、重畳信号は、複数のモータ制御ユニットが制御する軸ごとに異なる信号である。This motor control device has a plurality of motor control units that control one axis based on an operation command from a host device, and controls two or more motors in synchronization. Each of the motor control units includes a control unit that performs motor operation control, a command signal generation unit that generates a command signal, a PWM signal generation unit that generates a PWM control signal that is pulse-width modulated based on the command signal, and a PWM And an inverter that generates a drive signal by switching the switching element according to the control signal. Each of the PWM signal generation units includes a superimposition signal generation unit that generates a superposition signal to be superimposed on the command signal, a carrier signal generation unit that generates a carrier signal that is a triangular wave, and an addition that adds the command signal and the superposition signal. And a comparator that compares the post-superimposition command signal output from the adder with the carrier signal to generate a PWM control signal. The superimposed signal is a signal that differs for each axis controlled by the plurality of motor control units.

Description

本発明は、PWM制御する電圧をモータの巻線に印加し、複数軸を同期制御するモータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御システムに関し、特に、軸ごとにインバータのスイッチングのタイミングを制御する機能を有したモータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御システムに関する。   The present invention relates to a motor control device, a motor control method, and a motor control system that apply a voltage for PWM control to a winding of a motor and control a plurality of axes synchronously, and in particular, a function of controlling the switching timing of an inverter for each axis. The present invention relates to a motor control device, a motor control method, and a motor control system.

FA(FACTORY AUTOMATION)で用いられるサーボモータでは、上位装置(上位コントローラ)からの駆動指令(位置指令)に追従するようにモータの位置・速度・トルクが制御される。そして、その制御演算装置として、マイクロコンピュータを用いたディジタル制御が広く使われている。モータのトルクを制御するため一般的に用いられるPWM(PULSE WIDTH MODULATION)制御方式では、モータの各相(U相、V相、W相)を流れる電流を疑似的に正弦波状に制御することで、モータから出力されるトルクを自在にコントロールすることができる。   In a servo motor used in FA (FACTORY AUTOMATATION), the position, speed, and torque of the motor are controlled so as to follow a drive command (position command) from a host device (host controller). Digital control using a microcomputer is widely used as the control arithmetic unit. In the PWM (PULSE WIDTH MODULATION) control method generally used for controlling the motor torque, the current flowing through each phase (U phase, V phase, W phase) of the motor is controlled in a sine wave form in a pseudo manner. The torque output from the motor can be freely controlled.

ところが、PWM制御方式では、モータに印加する電圧をインバータのスイッチングにより制御するため、スイッチングの瞬間にインバータの出力電圧の大きな電圧変動や、アンペア単位の漏れ電流が発生する。これらの影響により、電源に瞬間的に大電流が流れ、電源自身の電位が変動し伝導ノイズが発生する。このノイズ量はCISPR(国際無線障害特別委員会)等で規制されており、低減が求められている。   However, in the PWM control method, since the voltage applied to the motor is controlled by switching of the inverter, a large voltage fluctuation of the output voltage of the inverter and a leakage current in amperes occur at the moment of switching. Due to these effects, a large current instantaneously flows in the power supply, the potential of the power supply itself fluctuates, and conduction noise occurs. This amount of noise is regulated by CISPR (International Radio Interference Special Committee) and the like, and reduction is required.

また、スイッチングのタイミングで、電源ケーブルやモータケーブル、配線パターン等から高い周波数の放射ノイズを発生する現象も確認され、こちらも問題視されている。   In addition, a phenomenon in which high-frequency radiation noise is generated from a power cable, a motor cable, a wiring pattern, etc. at the timing of switching has also been confirmed, which is also regarded as a problem.

このため、従来、駆動指令の信号に所定の波形の重畳信号を重畳することで、放射ノイズのスペクトラムを拡散し、ピーク強度を低減する手法が提案されている(例えば、特許文献1)。図10は、このような従来例の電力変換装置におけるPWM信号生成部の構成図である。この従来のPWM信号生成部は、U相、V相、W相それぞれにおいて、指令信号生成部100で生成した指令信号Sdと、重畳信号生成部102で生成した交流の重畳信号Smとを重畳信号加算部104で加算している。そして、加算後の重畳後指令信号Sdmとキャリア信号生成部106で生成したキャリア信号Scとを比較部108で比較して、PWMのデューティ比を変調することより、PWM制御信号Pwを生成し、インバータ110をパルス駆動している。この従来のPWM信号生成部は、このような重畳信号Smを重畳させる構成によって、放射ノイズのスペクトラムを拡散し、騒音を抑制している。   For this reason, conventionally, there has been proposed a technique for spreading a spectrum of radiation noise and superimposing a superimposed signal having a predetermined waveform on a drive command signal to reduce peak intensity (for example, Patent Document 1). FIG. 10 is a configuration diagram of a PWM signal generation unit in such a conventional power converter. The conventional PWM signal generation unit superimposes the command signal Sd generated by the command signal generation unit 100 and the alternating superimposed signal Sm generated by the superimposed signal generation unit 102 in each of the U phase, the V phase, and the W phase. The addition unit 104 adds the values. Then, the superposed command signal Sdm after addition and the carrier signal Sc generated by the carrier signal generation unit 106 are compared by the comparison unit 108, and the PWM duty ratio is modulated to generate the PWM control signal Pw. The inverter 110 is pulse-driven. This conventional PWM signal generation unit suppresses the noise by diffusing the spectrum of the radiation noise by the configuration in which the superposition signal Sm is superposed.

しかしながら、上述のようなインバータでのスイッチングに起因するノイズは、特に、各相のスイッチングタイミングが重なりやすい無回転時(サーボロック時)や低速回転時、低トルク動作時に影響が大きい。そして、指令信号に交流の重畳信号を重畳する従来の手法では、サーボロック時や低速回転時、低トルク動作時にU〜W相のスイッチングタイミングが重なり、大ノイズが発生する現象の解決策にはならないという課題がある。   However, noise caused by switching in the inverter as described above is particularly affected during non-rotation (servo lock), low-speed rotation, and low-torque operation where the switching timings of the phases tend to overlap. And in the conventional method of superimposing an AC superposition signal on the command signal, there is a solution to the phenomenon that a large noise is generated because the switching timing of the U to W phases overlaps at the time of servo lock, low speed rotation, and low torque operation. There is a problem of not becoming.

ここで、このような課題についての説明のために、まず、図10の構成において、指令信号Sdに重畳信号Smを重畳しない場合のU〜W相のサーボロック時のPWM制御信号について説明をする。サーボロック時は、指令信号Sdを0とし、U〜W相の相間に電流を流さないように制御することでモータを停止させる。このような場合、指令信号SdがU〜W相とも0、かつ、重畳信号Smも重畳しないため、重畳後指令信号Sdmも0となる。このような場合におけるPWM制御信号の生成の様子を図11に示す。重畳後指令信号Sdmは、U〜W相全てサーボロック時は0であるため、図11では、1つの重畳後指令信号Sdmにまとめて記載している。図11に示すように、重畳後指令信号Sdmをキャリア信号Scと比較して生成したPWM制御信号PwのU〜W相のそれぞれは、同じ信号(デューティ50%の矩形波)となり、U〜W相のインバータ110のスイッチングタイミングが重なることが分かる。すなわち、パルス信号であるPWM制御信号PwのU〜W相のそれぞれは、そのパルスの立上りのタイミング(図11における例えば時刻tr)、および立下りのタイミング(例えば時刻tf)が揃った状態となる。そして、それらのタイミングにおいて伝導ノイズや放射ノイズのレベルを互いに強調しあうことになる。   Here, in order to explain such a problem, first, a PWM control signal at the time of U to W-phase servo lock in the case where the superimposed signal Sm is not superimposed on the command signal Sd in the configuration of FIG. 10 will be described. . When the servo is locked, the command signal Sd is set to 0, and the motor is stopped by controlling so that no current flows between the phases U to W. In such a case, since the command signal Sd is 0 in both the U to W phases, and the superimposed signal Sm is not superimposed, the post-superimposition command signal Sdm is also 0. FIG. 11 shows how the PWM control signal is generated in such a case. Since the post-superimposition command signal Sdm is 0 when all the U to W phases are servo-locked, in FIG. 11, they are collectively described as one post-superimposition command signal Sdm. As shown in FIG. 11, each of the U to W phases of the PWM control signal Pw generated by comparing the post-superimposition command signal Sdm with the carrier signal Sc becomes the same signal (rectangular wave with a duty of 50%), and U to W It can be seen that the switching timings of the phase inverters 110 overlap. That is, each of the U to W phases of the PWM control signal Pw, which is a pulse signal, is in a state where the rising timing of the pulse (for example, time tr in FIG. 11) and the falling timing (for example, time tf) are aligned. . Then, the levels of conduction noise and radiation noise are mutually emphasized at those timings.

続いて、指令信号Sdに重畳信号Smを重畳した場合の、サーボロック時のU〜W相のPWM制御信号Pwについて説明をする。指令信号Sdは、U〜W相全て0、かつ、重畳信号Smは、U〜W相で共通の信号のため、重畳後指令信号Sdmは、いずれの相も重畳信号Smと同じ信号となる。このような場合におけるPWM制御信号の生成の様子を図12に示す。図11と同様、U〜W相の重畳後指令信号Sdmは、1つにまとめて記載している。重畳後指令信号Sdmとキャリア信号Scとを比較して生成する各PWM制御信号Pwは、デューティが変調されており、この効果でスペクトラムが分散し、放射ノイズのピーク強度を低減できる。しかし、図12から明らかなように、U〜W相のスイッチングのタイミングは、例えば図12での立上りのタイミングtrや立下りタイミングtfのように、図11と同様に各相間で重なっており、その瞬間ごとに大きな伝導ノイズ、放射ノイズが発生してしまう。   Next, the U to W phase PWM control signal Pw at the time of servo lock when the superimposed signal Sm is superimposed on the command signal Sd will be described. Since the command signal Sd is 0 for all the U to W phases and the superimposed signal Sm is a common signal for the U to W phases, the post-superimposition command signal Sdm is the same signal as the superimposed signal Sm in any phase. FIG. 12 shows how the PWM control signal is generated in such a case. As in FIG. 11, the post-superimposition command signal Sdm for the U to W phases is described as one. Each PWM control signal Pw generated by comparing the post-superimposition command signal Sdm and the carrier signal Sc is modulated in duty. With this effect, the spectrum is dispersed and the peak intensity of the radiation noise can be reduced. However, as is apparent from FIG. 12, the switching timing of the U to W phases overlaps with each other in the same manner as in FIG. 11, for example, the rising timing tr and the falling timing tf in FIG. A large conduction noise and radiation noise are generated at each moment.

本課題は、特に、複数軸を同期制御する場合にはさらに影響が大きくなる。一般的に、同期制御時は全軸のキャリア信号Scを同期させるため、全軸のU〜W相のPWM制御信号Pwが同じ波形になり、全軸のU〜W相のインバータのスイッチングタイミングが重なり大ノイズを発生するためである。   This problem is further affected particularly when synchronous control of a plurality of axes is performed. In general, since carrier signals Sc for all axes are synchronized during synchronous control, the U to W phase PWM control signals Pw for all axes have the same waveform, and the switching timing of the U to W phase inverters for all axes This is because large noise is generated.

特開2011−211777号公報JP 2011-111777 A

本発明に係るモータ制御装置は、上位装置からの動作指令に基づき1軸を制御するモータ制御ユニットを複数有し、2軸以上のモータを同期して制御する。モータ制御ユニットのそれぞれは、モータの動作制御を行う制御部と、制御部の動作制御に基づきモータの動作を指令するための指令信号を生成する指令信号生成部と、指令信号に基づきパルス幅変調されたPWM制御信号を生成するPWM信号生成部と、PWM制御信号によりスイッチング素子をスイッチングすることで、モータを駆動する駆動信号を生成するインバータとを備える。PWM信号生成部のそれぞれは、指令信号に重畳させる重畳信号を生成する重畳信号生成部と、三角波であるキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、指令信号と重畳信号とを加算する加算部と、加算部から出力される重畳後指令信号とキャリア信号とを比較してPWM制御信号を生成する比較部とを備える。そして、重畳信号は、複数のモータ制御ユニットが制御する軸ごとに異なる信号とした構成である。   The motor control device according to the present invention includes a plurality of motor control units that control one axis based on an operation command from a host device, and controls two or more motors in synchronization. Each of the motor control units includes a control unit that performs motor operation control, a command signal generation unit that generates a command signal for commanding motor operation based on the operation control of the control unit, and pulse width modulation based on the command signal A PWM signal generation unit that generates the PWM control signal, and an inverter that generates a drive signal for driving the motor by switching the switching element using the PWM control signal. Each of the PWM signal generation units includes a superimposition signal generation unit that generates a superimposition signal to be superimposed on the command signal, a carrier signal generation unit that generates a carrier signal that is a triangular wave, and an addition unit that adds the command signal and the superposition signal. A comparison unit that compares the post-superimposition command signal output from the addition unit with the carrier signal to generate a PWM control signal. The superimposed signal is configured to be different for each axis controlled by the plurality of motor control units.

また、本発明に係るモータ制御システムは、上記本発明のモータ制御装置と、モータ制御装置に動作指令を伝送する上位装置と、モータ制御装置によって制御される2軸以上のモータとを備えた構成である。   A motor control system according to the present invention includes the motor control device according to the present invention, a host device that transmits an operation command to the motor control device, and a motor having two or more axes controlled by the motor control device. It is.

また、本発明に係るモータ制御方法は、上位装置からの動作指令に基づきモータの動作を指令するための指令信号を生成し、指令信号に基づきパルス幅変調されたPWM制御信号を生成し、PWM制御信号によりインバータのスイッチング素子をスイッチングして生成した駆動電圧をモータに印加することで1軸を制御するモータ制御ユニットを複数有し、複数のモータ制御ユニットにより、2軸以上のモータを同期して制御するモータ制御装置のモータ制御方法である。本モータ制御方法は、モータが所定の駆動量よりも小さい低駆動の状態であるかどうかを判定するステップと、低駆動の状態であると判定したとき、指令信号にモータ制御ユニット間で異なった信号である重畳信号を重畳するステップと、指令信号に重畳信号を重畳させた信号である重畳後指令信号と、モータ制御ユニット間で同期させた三角波のキャリア信号とにより、PWM制御信号を生成するステップとを備えている。   Further, the motor control method according to the present invention generates a command signal for instructing motor operation based on an operation command from a host device, generates a pulse width modulated PWM control signal based on the command signal, It has a plurality of motor control units that control one axis by applying a drive voltage generated by switching the switching element of the inverter with a control signal to the motor, and the motors of two or more axes are synchronized by the plurality of motor control units. This is a motor control method of a motor control device that controls the motor. In this motor control method, the step of determining whether the motor is in a low drive state smaller than a predetermined drive amount and the command signal differed between the motor control units when determined to be in the low drive state. A PWM control signal is generated by superimposing a superimposition signal, which is a signal, a post-superimposition command signal that is a signal obtained by superimposing the superimposition signal on the command signal, and a triangular wave carrier signal synchronized between the motor control units. And steps.

本発明によれば、複数軸のモータを同期制御する際、サーボロック時や低速回転時や低トルク動作時のU〜W相がほぼ同じタイミングでスイッチングする場合に、キャリア信号は同期したまま、PWM制御信号のスイッチングのタイミングを軸ごとにずらすことができる。このため、複数軸のU〜W相が同時にスイッチングする際の伝導ノイズ、放射ノイズの増加を回避できる。また、交流信号を重畳すれば、デューティ変調による放射ノイズも低減できる。   According to the present invention, when synchronously controlling a multi-axis motor, when the U to W phases during servo lock, low speed rotation, and low torque operation are switched at substantially the same timing, the carrier signal remains synchronized, The switching timing of the PWM control signal can be shifted for each axis. For this reason, it is possible to avoid an increase in conduction noise and radiation noise when the U to W phases of a plurality of axes are simultaneously switched. Further, if an AC signal is superimposed, radiation noise due to duty modulation can be reduced.

図1は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a motor control system including a motor control device according to an embodiment of the present invention. 図2は、同モータ制御装置において、軸ごとに周波数のみが異なる交流信号を重畳した場合の波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram in the case of superimposing AC signals having only different frequencies for each axis in the motor control device. 図3は、同モータ制御装置において、軸ごとに位相のみが異なる交流信号を重畳した場合の波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram in the case of superimposing AC signals having different phases only for each axis in the motor control apparatus. 図4は、同モータ制御装置において、軸ごとに振幅のみが異なる交流信号を重畳した場合の波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram in the case where an AC signal having only different amplitudes for each axis is superimposed in the motor control apparatus. 図5は、同モータ制御装置において、軸ごとに直流電位のみが異なる交流信号を重畳した場合の波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram in the case of superimposing AC signals that differ only in DC potential for each axis in the motor control device. 図6は、同モータ制御装置において、軸ごとに異なる直流信号を重畳した場合の波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram when a different DC signal is superimposed for each axis in the motor control device. 図7は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing an example of the procedure of the motor driving method according to the embodiment of the present invention. 図8は、同モータ制御装置において、キャリア信号の山、谷で重畳信号を交差させない構成の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a configuration in which the superimposed signals are not crossed at the peak and valley of the carrier signal in the motor control device. 図9は、同モータ制御装置において、キャリア信号の山、谷で重畳信号を交差させないときの重畳波形図である。FIG. 9 is a superimposed waveform diagram when the superimposed signals are not crossed at the peak and valley of the carrier signal in the motor control device. 図10は、従来例のPWM信号生成部の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional PWM signal generation unit. 図11は、従来例で重畳信号を重畳しない場合のPWM制御信号の波形図である。FIG. 11 is a waveform diagram of a PWM control signal when a superimposed signal is not superimposed in the conventional example. 図12は、従来例で重畳信号を重畳した場合のPWM制御信号の波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram of a PWM control signal when a superimposed signal is superimposed in the conventional example.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

また、以下最もノイズが厳しい状態としてサーボロック時を想定する。   In the following, it is assumed that the servo is locked as the most severe noise state.

(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成図である。図1では、そのようなシステムの一例として、複数のモータ21を制御するモータ制御装置30を含んだ多軸モータ制御のモータ制御システム50の構成を示している。また、多軸として図1では、2軸としての2つのモータ21を備えた一例を示している。そして、本モータ制御システム50は、モータ制御装置30に対して指令などにより制御するため、例えばパーソナルコンピュータなどを利用した上位装置40をさらに含む。上位装置40とモータ制御装置30とは制御バスラインなどを介して通信接続されており、上位装置40からの指令がモータ制御装置30に伝送されるとともに、モータ制御装置30からの情報が上位装置40へと伝送される。
(Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor control system including a motor control device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, as an example of such a system, a configuration of a multi-axis motor control motor control system 50 including a motor control device 30 that controls a plurality of motors 21 is illustrated. In addition, FIG. 1 shows an example in which two motors 21 as two axes are provided as multi-axis. The motor control system 50 further includes a host device 40 using, for example, a personal computer in order to control the motor control device 30 by a command or the like. The host device 40 and the motor control device 30 are communicatively connected via a control bus line or the like. A command from the host device 40 is transmitted to the motor control device 30 and information from the motor control device 30 is received from the host device. 40.

次に、モータ制御装置30は、2軸分のモータ21を制御するため、モータ21のそれぞれに対してのモータ制御ユニット(以下、適宜、制御ユニットと呼ぶ)31を備えた構成である。図1では、第1の制御ユニット31である制御ユニット31Aが、第1のモータ21であるモータ21Aを制御し、第2の制御ユニット31である制御ユニット31Bが、第2のモータ21であるモータ21Bを制御する構成例を示している。そして、制御ユニット31それぞれには電源32から共通に電源電圧Vdcが供給される。それぞれの制御ユニット31は、この電源電圧を利用して、ユニット内の回路が動作するとともにインバータ20を介してモータ21を駆動している。また、本実施の形態では、制御ユニット31においてディジタル処理を含むような構成としており、タイミング生成部33が生成したタイミング信号Tmも制御ユニット31それぞれに供給している。このタイミング信号Tmは、ディジタル処理のためのクロック信号やその他のタイミングを示すための信号である。   Next, the motor control device 30 is configured to include a motor control unit (hereinafter, appropriately referred to as a control unit) 31 for each of the motors 21 in order to control the motors 21 for two axes. In FIG. 1, the control unit 31 </ b> A that is the first control unit 31 controls the motor 21 </ b> A that is the first motor 21, and the control unit 31 </ b> B that is the second control unit 31 is the second motor 21. The structural example which controls the motor 21B is shown. The control unit 31 is supplied with the power supply voltage Vdc from the power supply 32 in common. Each control unit 31 uses this power supply voltage to operate the circuit in the unit and to drive the motor 21 via the inverter 20. In the present embodiment, the control unit 31 is configured to include digital processing, and the timing signal Tm generated by the timing generation unit 33 is also supplied to each control unit 31. The timing signal Tm is a clock signal for digital processing and a signal for indicating other timing.

また、制御ユニット31のそれぞれは、制御部19、指令信号生成部11、PWM信号生成部10、およびインバータ20を備えている。なお、図1では、PWM信号生成部10として、制御ユニット31AがPWM信号生成部10Aを備え、制御ユニット31BがPWM信号生成部10Bを備えた構成例を示している。   Each of the control units 31 includes a control unit 19, a command signal generation unit 11, a PWM signal generation unit 10, and an inverter 20. In FIG. 1, as the PWM signal generation unit 10, a control unit 31A includes a PWM signal generation unit 10A, and the control unit 31B includes a PWM signal generation unit 10B.

図1に示すように、制御ユニット31において、制御部19は、上位装置40と通信接続されている。制御部19には、上位装置40から、位置、速度、トルクなどを指令する指令情報などが伝送される。また、制御部19は、制御ユニット31の情報などを上位装置40へ伝送する。制御部19は、このような通信機能とともに、指令信号生成部11やPWM信号生成部10など制御ユニット31内の各部を制御し、モータが例えば速度や位置など所定の動きをするように動作制御を行う。   As shown in FIG. 1, in the control unit 31, the control unit 19 is communicatively connected to a host device 40. Command information for instructing position, speed, torque, and the like is transmitted from the host device 40 to the control unit 19. In addition, the control unit 19 transmits information of the control unit 31 and the like to the higher-level device 40. The control unit 19 controls each part in the control unit 31 such as the command signal generation unit 11 and the PWM signal generation unit 10 together with such a communication function, and controls the operation so that the motor performs a predetermined motion such as a speed and a position. I do.

さらに、本実施の形態においては、制御部19が、モータ21の駆動状態を判定する機能を含んでいる。すなわち、制御部19は、モータ21がサーボロック状態であったり低速回転や低トルク動作状態であったりするような低駆動の状態であることを判定し、その判定結果を動作判定信号CsとしてPWM信号生成部10に通知する。   Further, in the present embodiment, the control unit 19 includes a function for determining the driving state of the motor 21. That is, the control unit 19 determines that the motor 21 is in a low drive state such as a servo lock state, a low-speed rotation or a low torque operation state, and the determination result is used as an operation determination signal Cs for PWM. The signal generation unit 10 is notified.

このような低駆動の状態の判定についてより詳細には、例えば、制御部19に次のような機能も含めればよい。まず、制御部19は、低駆動の状態を判定するために、あらかじめ定めた所定の駆動量を記憶している。そして、制御部19は、指令駆動量が所定の駆動量よりも小さいかどうかを判定し、指令駆動量が、判定のための所定の駆動量よりも小さいときに、低駆動の状態であることを示す動作判定信号Csを出力する。また、このときの指令駆動量としては、次に説明する指令信号生成部11への動作指令や、指令信号生成部11が出力する指令信号Sdの振幅を駆動量として利用すればよい。   More specifically, for example, the following function may be included in the control unit 19 for determining such a low drive state. First, the control unit 19 stores a predetermined drive amount that is set in advance in order to determine the low drive state. Then, the control unit 19 determines whether or not the command drive amount is smaller than the predetermined drive amount. When the command drive amount is smaller than the predetermined drive amount for determination, the control unit 19 is in a low drive state. Is output. Further, as the command drive amount at this time, an operation command to the command signal generation unit 11 described below or the amplitude of the command signal Sd output from the command signal generation unit 11 may be used as the drive amount.

次に、指令信号生成部11は、制御部19からの位置、速度、トルクなどを指令する動作指令に基づき、指令信号Sdを生成し、PWM信号生成部10に供給する。この指令信号Sdは、より具体的には、U、V、W相の3相分が生成され、モータ21に要求される回転速度やトルク量に応じて各相で互いに120°ずれた正弦波の波形となる信号である。なお、前述のように、サーボロック時はモータ21の回転を停止させるため、この時の指令信号Sdの振幅は0となる。   Next, the command signal generation unit 11 generates a command signal Sd based on an operation command for commanding the position, speed, torque, and the like from the control unit 19 and supplies the command signal Sd to the PWM signal generation unit 10. More specifically, this command signal Sd is generated for three phases of U, V, and W phases, and sine waves that are shifted from each other by 120 ° in accordance with the rotational speed and torque amount required for the motor 21. This is a signal having a waveform. As described above, since the rotation of the motor 21 is stopped when the servo is locked, the amplitude of the command signal Sd at this time becomes zero.

次に、PWM信号生成部10は、重畳信号生成部12と、重畳信号加算部14と、キャリア信号生成部16と、比較部18とを備えている。なお、PWM信号生成部10は、図10で示した構成と同様に、具体的には、重畳信号加算部14と比較部18とについては、U相、V相、W相の3つの相に対応した構成要素を有している。図1では、各相が同じ構成であること、かつサーボロック時は指令値も0で同じ信号になるため、1相のみ(例えばU相)を代表して記載している。   Next, the PWM signal generation unit 10 includes a superimposition signal generation unit 12, a superimposition signal addition unit 14, a carrier signal generation unit 16, and a comparison unit 18. Note that the PWM signal generation unit 10 has, specifically, the superposition signal addition unit 14 and the comparison unit 18 in three phases of U phase, V phase, and W phase, similarly to the configuration shown in FIG. It has corresponding components. In FIG. 1, since each phase has the same configuration, and when the servo is locked, the command value is 0 and the same signal is used, so only one phase (for example, U phase) is shown as a representative.

PWM信号生成部10において、制御部19から重畳信号生成部12には、低駆動の状態であるかどうかを示す動作判定信号Csが通知されている。重畳信号生成部12は、例えば交流の重畳信号Smを生成し、動作判定信号Csに応じてその重畳信号Smを重畳信号加算部14に供給する。具体的には、動作判定信号Csが低駆動の状態を示すときのみ、重畳信号生成部12は生成した重畳信号Smを供給し、それ以外のときは、0レベルとした重畳信号Smを供給する。   In the PWM signal generation unit 10, the control unit 19 notifies the superimposed signal generation unit 12 of an operation determination signal Cs indicating whether or not the low drive state is set. For example, the superimposed signal generation unit 12 generates an alternating superimposed signal Sm, and supplies the superimposed signal Sm to the superimposed signal adding unit 14 in accordance with the operation determination signal Cs. Specifically, the superimposed signal generation unit 12 supplies the generated superimposed signal Sm only when the operation determination signal Cs indicates a low drive state, and otherwise supplies the superimposed signal Sm set to 0 level. .

また、重畳信号加算部14には、指令信号生成部11からの指令信号Sdが供給されている。重畳信号加算部14は、供給された指令信号Sdと重畳信号Smとを加算し、加算後の重畳後指令信号Sdmとして出力する。すなわち、サーボロック時など低駆動でモータ駆動している時には、重畳信号加算部14によって指令信号Sdに重畳信号Smが重畳されることになり、これにより、重畳後指令信号Sdmは、指令信号Sdに重畳信号Smを重畳した信号となっている。このような重畳後指令信号Sdmが、比較部18に供給される。   The superimposition signal adding unit 14 is supplied with the command signal Sd from the command signal generating unit 11. The superimposition signal adding unit 14 adds the supplied command signal Sd and the superimposition signal Sm, and outputs the sum as a post-superimposition command signal Sdm after the addition. That is, when the motor is driven at a low drive such as when the servo is locked, the superimposition signal adding unit 14 superimposes the superimposition signal Sm on the command signal Sd, so that the post-superimposition command signal Sdm becomes the command signal Sd Is a signal obtained by superimposing the superimposition signal Sm on the signal. Such a post-superimposition command signal Sdm is supplied to the comparison unit 18.

また、キャリア信号生成部16は、パルス幅変調された信号を生成するための三角波のキャリア信号Scを生成する。なお、複数軸で同期をする際は、同期精度を確保するために、制御ユニット31間での各キャリア信号Scも同期させておくのが一般的である。本実施の形態では、タイミング生成部33から共通のタイミング信号Tmを各制御ユニット31に分配し、それぞれの制御ユニット31のキャリア信号生成部16が共通のタイミング信号Tmでキャリア信号Scを生成するような構成としている。そして、このような構成によって、制御ユニット31間での各キャリア信号Scの同期を図っている。また、その他、タイミング生成部33がキャリア信号Scを生成し、このキャリア信号Scを各制御ユニット31に分配するような構成としてもよい。すなわち、当然のことながら、同期に代えて、それぞれの制御ユニット31に同じキャリア信号Scを供給するなどしてもよく、それぞれのキャリア信号Scの位相が合っていればよい。   The carrier signal generator 16 generates a triangular wave carrier signal Sc for generating a pulse-width modulated signal. When synchronizing with a plurality of axes, the carrier signals Sc between the control units 31 are generally synchronized in order to ensure synchronization accuracy. In the present embodiment, the common timing signal Tm is distributed from the timing generation unit 33 to each control unit 31, and the carrier signal generation unit 16 of each control unit 31 generates the carrier signal Sc using the common timing signal Tm. It has a simple structure. With such a configuration, the carrier signals Sc are synchronized between the control units 31. In addition, the timing generator 33 may generate the carrier signal Sc and distribute the carrier signal Sc to each control unit 31. That is, as a matter of course, instead of synchronization, the same carrier signal Sc may be supplied to each control unit 31 as long as the phases of the respective carrier signals Sc match.

このようなキャリア信号Scが、比較部18に供給される。そして、比較部18は、重畳後指令信号Sdmとキャリア信号Scとのレベルを比較することによって、PWM制御信号Pwを生成し、インバータ20に出力する。ここで、このように生成されるPWM制御信号Pwは、重畳後指令信号Sdmのレベルに応じてパルス幅が変調されたパルス列で構成されている。なお、図1では省略しているが、PWM制御信号Pwには、正相の信号に加えて、オンディレイを設けた逆相の反転信号も含まれ、正逆両相の2本の制御線をそれぞれインバータ20の上アームと下アームに出力する。   Such a carrier signal Sc is supplied to the comparison unit 18. Then, the comparison unit 18 generates the PWM control signal Pw by comparing the levels of the post-superimposition command signal Sdm and the carrier signal Sc, and outputs the PWM control signal Pw to the inverter 20. Here, the PWM control signal Pw generated in this way is composed of a pulse train whose pulse width is modulated in accordance with the level of the post-superimposition command signal Sdm. Although omitted in FIG. 1, the PWM control signal Pw includes a reverse-phase inversion signal provided with an on-delay in addition to a normal-phase signal, and two control lines for both forward and reverse phases. Are output to the upper arm and the lower arm of the inverter 20, respectively.

PWM信号生成部10は、以上のような構成により、指令信号Sdに基づきパルス幅変調されたPWM制御信号Pwを生成している。   The PWM signal generation unit 10 generates the PWM control signal Pw that is pulse-width modulated based on the command signal Sd with the above configuration.

制御ユニット31において、PWM信号生成部10でこのようにして生成されたPWM制御信号Pwは、インバータ20に供給される。インバータ20は、PWM信号生成部10からのPWM制御信号Pwを受け、スイッチング素子を用いて、PWM制御信号Pwに応じて電源32から供給された電圧をスイッチングすることにより駆動電圧Vdを生成する。そして、インバータ20は、U相、V相、W相のモータ線を介してモータ21にこの生成した駆動電圧Vdを印加する。インバータ20は、IGBT(INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR)などのスイッチング素子とダイオードなどの電力素子で構成される。最近では、電力素子を駆動するためのプリドライブ回路を内蔵したIPM(INTELLIGENT POWER MODULE)により、一体成型されたものがよく用いられる。なお、図1では1対のインバータのみ記載しているが、実際は3対のインバータを用い、U相、V相、W相の3相でモータを駆動する。   In the control unit 31, the PWM control signal Pw generated in this way by the PWM signal generation unit 10 is supplied to the inverter 20. The inverter 20 receives the PWM control signal Pw from the PWM signal generation unit 10 and generates a drive voltage Vd by switching the voltage supplied from the power supply 32 according to the PWM control signal Pw using a switching element. The inverter 20 applies the generated drive voltage Vd to the motor 21 via the U-phase, V-phase, and W-phase motor wires. The inverter 20 includes a switching element such as an IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR) and a power element such as a diode. Recently, an IPM (INTELLIGENT POWER MODEL) incorporating a pre-drive circuit for driving a power element is often used. Although only one pair of inverters is shown in FIG. 1, actually, three pairs of inverters are used to drive the motor in three phases of U phase, V phase, and W phase.

以上説明したように、それぞれの制御ユニット31は、上位装置40からの指令に基づきモータ21を駆動するための駆動電圧Vdを生成し、生成した駆動電圧Vdをモータ21に印加してモータ21を駆動している。   As described above, each control unit 31 generates a drive voltage Vd for driving the motor 21 based on a command from the host device 40, and applies the generated drive voltage Vd to the motor 21 to cause the motor 21 to operate. Driving.

また、モータ21は、効率や制御性の点からロータに磁石を配置した3相ブラシレスモータが広く利用されている。すなわち、モータ21の具体的な構成例として、巻線をステータコアに巻回したステータと永久磁石を有したロータとを備えた3相のブラシレスモータとし、各相の巻線に駆動電圧Vdを印加するような構成とすればよい。   As the motor 21, a three-phase brushless motor in which a magnet is arranged on a rotor is widely used from the viewpoint of efficiency and controllability. That is, as a specific configuration example of the motor 21, a three-phase brushless motor including a stator having a winding wound around a stator core and a rotor having a permanent magnet is applied, and a driving voltage Vd is applied to each phase winding. What is necessary is just to make it the structure which does.

次に、本実施の形態のさらに詳細な構成について説明する。特に、本実施の形態では、制御ユニット31の重畳信号生成部12が生成する重畳信号Smが、制御ユニット31間においてそれぞれが互いに異なる信号としたことを特徴としている。   Next, a more detailed configuration of the present embodiment will be described. In particular, the present embodiment is characterized in that the superimposed signal Sm generated by the superimposed signal generation unit 12 of the control unit 31 is a different signal between the control units 31.

すなわち、図1に示すように、第1の制御ユニット31Aにおいては、重畳信号加算部14が、重畳信号生成部12Aで生成した第1の波形の重畳信号SmAを、指令信号SdAに重畳し、重畳後指令信号SdmAを比較部18に供給する。一方、第2の制御ユニット31Bにおいては、重畳信号加算部14が、重畳信号生成部12Bで生成した第2の波形の重畳信号SmBを、指令信号SdBに重畳し、重畳後指令信号SdmBを比較部18に供給している。このように、本実施の形態では、その効果を得るために、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと、第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとは異なる信号であることが必要である。   That is, as shown in FIG. 1, in the first control unit 31A, the superimposed signal adding unit 14 superimposes the superimposed signal SmA having the first waveform generated by the superimposed signal generating unit 12A on the command signal SdA, The superposed command signal SdmA is supplied to the comparison unit 18. On the other hand, in the second control unit 31B, the superimposed signal adding unit 14 superimposes the superimposed signal SmB of the second waveform generated by the superimposed signal generating unit 12B on the command signal SdB, and compares the command signal SdmB after superposition. It supplies to the part 18. As described above, in the present embodiment, in order to obtain the effect, it is necessary that the superimposed signal SmA of the first control unit 31A and the superimposed signal SmB of the second control unit 31B are different signals. .

なお、異なる信号とは、周波数、位相、振幅、直流電位の少なくともどれか1つが異なっている信号のことである。また、制御の容易さや回路規模を考慮すると、周波数、位相、振幅、直流電位の内の1つをパラメータ化し、上位装置40から制御部19を介して制御する方法が望ましいが、各々を個別に制御できるようにしても構わない。また、重畳信号Smの周波数は、特に大きな制限はなく自由に設定して構わない。また、重畳信号Smの振幅や直流電位も、重畳後指令信号Sdmの振幅がキャリア信号Scの振幅を越えない範囲で自由に設定して構わない。また、サーボロック時は、指令信号Sdが0レベルとなる一方で、制御部19からの動作判定信号Csが低駆動の状態を示すため、重畳信号Smは、上述のような所定の周波数、位相、振幅、あるいは直流電位を有した0レベルではない信号となる。そして、指令信号Sdのほうが0レベルとなるため、重畳信号Smと重畳後指令信号Sdmとは同じ信号となる。   In addition, a different signal is a signal from which at least any one of a frequency, a phase, an amplitude, and a direct current potential differs. In consideration of ease of control and circuit scale, a method of parameterizing one of frequency, phase, amplitude, and DC potential and controlling from the host device 40 via the control unit 19 is desirable. You may make it controllable. Further, the frequency of the superimposed signal Sm is not particularly limited and may be set freely. Further, the amplitude and DC potential of the superimposed signal Sm may be freely set within a range in which the amplitude of the post-superimposition command signal Sdm does not exceed the amplitude of the carrier signal Sc. Further, when the servo is locked, the command signal Sd becomes 0 level, while the operation determination signal Cs from the control unit 19 indicates a low drive state, so that the superimposed signal Sm has a predetermined frequency and phase as described above. , An amplitude, or a non-zero signal having a DC potential. Since the command signal Sd is at the 0 level, the superimposed signal Sm and the post-superimposition command signal Sdm are the same signal.

近年では、PWM信号生成部10は、DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR)やマイクロコンピュータのソフトウェアあるいはASIC(APPLICATION SPECIFIC INTEGRATED CIRCUIT)やFPGA(FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY)のロジック回路で構成されることが多い。この場合、重畳信号Smのような処理する信号は、ディジタル処理のため、キャリア信号17A、17Bが山(最大値)、谷(最小値)の時に値を更新することが一般的である。すなわち、各信号はディジタル処理されるため、キャリア信号Scもそのサンプリングクロックに基づき生成され、また、重畳後指令信号Sdmなどの処理する信号も、サンプリングクロックに合せてサンプリングされた時系列のデータで構成されている。その結果、キャリア信号Scが山(最大値)と谷(最小値)の時のタイミング以外で、処理する信号の値を更新した場合、PWMのスイッチングのタイミングと更新タイミングが重なり、PWM制御信号Pwがチャタリング現象を起こすことがある。このため、キャリア信号Scが山(最大値)、谷(最小値)の時に、処理する信号の値を更新するようにサンプリングのタイミングを設定すればよい。なお、キャリア信号Scの山、谷で値を更新する場合、重畳信号Smの周波数はサンプリング定理によりキャリア信号Scの周波数以下にしか設定できない。   In recent years, the PWM signal generation unit 10 is often configured by a DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR), microcomputer software, ASIC (APPLICATION SPECIFIC INTEGRATED CIRCUIT), or FPGA (FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY) logic circuits. In this case, a signal to be processed such as the superimposed signal Sm is generally updated when the carrier signals 17A and 17B have peaks (maximum value) and valleys (minimum value) because of digital processing. That is, since each signal is digitally processed, the carrier signal Sc is also generated based on the sampling clock, and the processed signal such as the post-superimposition command signal Sdm is also time-series data sampled in accordance with the sampling clock. It is configured. As a result, when the value of the signal to be processed is updated at a timing other than the timing when the carrier signal Sc has a peak (maximum value) and a valley (minimum value), the PWM switching timing and the update timing overlap, and the PWM control signal Pw May cause chattering. Therefore, when the carrier signal Sc is a peak (maximum value) or a valley (minimum value), the sampling timing may be set so as to update the value of the signal to be processed. When the value is updated at the peaks and valleys of the carrier signal Sc, the frequency of the superimposition signal Sm can be set only below the frequency of the carrier signal Sc by the sampling theorem.

次に、上記実施の形態の動作について、上述した異なる重畳信号の波形図を用い、重畳信号Smのいくつかの例を挙げて説明する。   Next, the operation of the above embodiment will be described with reference to several examples of the superimposed signal Sm, using the waveform diagrams of the different superimposed signals described above.

まず、図2は、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとを交流信号とし、さらに上述の異なる信号として、周波数のみが互いに異なるように構成した場合の各波形を示す波形図である。すなわち、図2では、サーボロック時での1軸目の重畳信号SmAと2軸目の重畳信号SmBとを周波数のみ異なる交流信号とした場合を示している。上述のように、サーボロック時は、指令信号Sdを0とし、U〜W相の相間に電流を流さないように制御することでモータを停止させる。このため、重畳後指令信号Sdmは、いずれの相も重畳信号Smと同じ信号となる。つまり、第1の制御ユニット31Aの重畳後指令信号SdmAと第2の制御ユニット31Bの重畳後指令信号SdmBとが周波数のみ異なる交流信号となっている。図2では、重畳後指令信号SdmBは重畳後指令信号SdmAの倍(すなわち、重畳信号SmBは重畳信号SmAの倍)の周波数の信号としている。   First, FIG. 2 shows a case in which the superimposed signal SmA of the first control unit 31A and the superimposed signal SmB of the second control unit 31B are AC signals, and further, only the frequencies are different from each other as the above different signals. It is a wave form diagram which shows each of these waveforms. That is, FIG. 2 shows a case where the first-axis superimposed signal SmA and the second-axis superimposed signal SmB at the time of servo lock are AC signals that differ only in frequency. As described above, when the servo is locked, the command signal Sd is set to 0, and the motor is stopped by performing control so that no current flows between the phases U to W. For this reason, the post-superimposition command signal Sdm is the same signal as the superimposition signal Sm in any phase. That is, the post-superimposition command signal SdmA of the first control unit 31A and the post-superimposition command signal SdmB of the second control unit 31B are AC signals that differ only in frequency. In FIG. 2, the post-superimposition command signal SdmB is a signal having a frequency that is twice that of the post-superimposition command signal SdmA (that is, the superposition signal SmB is twice the superposition signal SmA).

なお、本実施の形態はサーボロック時であり、以下、重畳信号SmA、SmBはそれぞれ重畳後指令信号SdmA、SdmBと同じ信号であるため、重畳信号SmA、SmBではなく、図に記載のように、比較部18の入力信号である重畳後指令信号SdmA、SdmBとして説明する。さらに、図2に示すように、本実施の形態では、1軸目と2軸目とのキャリア信号Scは同期、すなわち位相が一致している。また、サーボロック時には、U〜W相はいずれも同じ波形であるため、図2では、制御ユニット31A、31BにおけるU〜W相の重畳後指令信号SdmA、SdmBおよびPWM制御信号PwA、PwBは、1つの相で代表して示している。   Note that this embodiment is at the time of servo lock, and since the superimposition signals SmA and SmB are the same signals as the post-superimposition command signals SdmA and SdmB, respectively, not the superimposition signals SmA and SmB but as shown in the figure. The post-superimposition command signals SdmA and SdmB, which are input signals of the comparison unit 18, will be described. Furthermore, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the carrier signals Sc of the first axis and the second axis are synchronized, that is, the phases match. Further, since the U to W phases have the same waveform at the time of servo lock, in FIG. 2, the post-superimposition command signals SdmA and SdmB and the PWM control signals PwA and PwB of the U to W phases in the control units 31A and 31B are One phase is shown as a representative.

本実施の形態では、図2に示すような重畳後指令信号SdmA、SdmBとキャリア信号Scとを比較することによって、図2に示すようなパルス列で構成されるPWM制御信号PwA、PwBが生成される。ここで、図2に示すように、重畳信号SmAと重畳信号SmBとは周波数が異なっているため、キャリア信号Scが同期していても、PWM制御信号PwAの立上りタイミングtraとPWM制御信号PwBの立上りタイミングtrbとは異なったタイミングとなっている。同様に、PWM制御信号PwAの立下りタイミングtfaとPWM制御信号PwBの立下りタイミングtfbとも異なったタイミングとなっている。よって、本実施の形態によれば、複数軸を同期制御する構成でのサーボロック時において、複数軸間でのインバータのスイッチングタイミングは重ならない。このため、複数軸間で伝導ノイズや放射ノイズのレベルを互いに強調しあうことはなく、多軸のモータ制御装置における伝導ノイズや放射ノイズの増大を抑制することができる。   In the present embodiment, by comparing the post-superimposition command signals SdmA and SdmB as shown in FIG. 2 with the carrier signal Sc, PWM control signals PwA and PwB composed of pulse trains as shown in FIG. 2 are generated. The Here, as shown in FIG. 2, since the superimposed signal SmA and the superimposed signal SmB have different frequencies, even if the carrier signal Sc is synchronized, the rising timing tra of the PWM control signal PwA and the PWM control signal PwB The timing is different from the rising timing trb. Similarly, the falling timing tfa of the PWM control signal PwA and the falling timing tfb of the PWM control signal PwB are different timings. Therefore, according to the present embodiment, the switching timings of the inverters between the plurality of axes do not overlap at the time of servo lock in the configuration in which the plurality of axes are synchronously controlled. For this reason, the levels of conduction noise and radiation noise are not mutually emphasized among a plurality of axes, and an increase in conduction noise and radiation noise in a multi-axis motor control device can be suppressed.

次に、図3は、上述の異なる信号として、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとが位相のみ異なる交流信号であるとき、PWM制御信号PwA、PwBの波形を含めた各波形を示す波形図である。図3では、重畳後指令信号SdmBは、重畳後指令信号SdmAを180°だけ位相をずらせて反転した信号としている。   Next, FIG. 3 shows the PWM control signal PwA when the superimposed signal SmA of the first control unit 31A and the superimposed signal SmB of the second control unit 31B are alternating signals that differ only in phase as the different signals described above. It is a wave form diagram which shows each waveform including the waveform of PwB. In FIG. 3, the post-superimposition command signal SdmB is a signal obtained by inverting the post-superimposition command signal SdmA by shifting the phase by 180 °.

次に、図4は、上述の異なる信号として、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとが振幅のみ異なる交流信号であるとき、PWM制御信号PwA、PwBの波形を含めた各波形を示す波形図である。図4では、重畳後指令信号SdmBは、重畳後指令信号SdmAの半分の振幅の信号としている。   Next, FIG. 4 shows that when the superposition signal SmA of the first control unit 31A and the superposition signal SmB of the second control unit 31B are alternating signals that differ only in amplitude, the PWM control signal PwA, It is a wave form diagram which shows each waveform including the waveform of PwB. In FIG. 4, the post-superimposition command signal SdmB is a signal having half the amplitude of the post-superimposition command signal SdmA.

次に、図5は、上述の異なる信号として、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとが直流電位のみ異なる交流信号であるとき、PWM制御信号PwA、PwBの波形を含めた各波形を示す波形図である。図5では、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとは、正負逆方向の直流電位が交流信号に重畳した信号としている。   Next, FIG. 5 shows the PWM control signal PwA when the superimposed signal SmA of the first control unit 31A and the superimposed signal SmB of the second control unit 31B are AC signals that differ only in DC potential as the different signals described above. FIG. 4 is a waveform diagram showing each waveform including a waveform of PwB. In FIG. 5, the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB are signals obtained by superimposing DC potentials in the positive and negative directions on the AC signal.

次に、図6は、上述の異なる信号として、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとが異なる直流信号の場合のPWM制御信号PwA、PwBの波形を含めた各波形を示す波形図である。図6では、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとは、互いの電圧が異なる直流電位の信号としている。なお、この構成の場合、交流信号を重畳したときの放射ノイズのピーク強度の低減効果は得られないものの、この構成は容易に実現できる。すなわち、交流信号を重畳する複雑な構成を設ける必要はなく、単に直流電位を加算する構成を設け、軸ごとに異なる直流電位の情報を持たせるだけでよい。   Next, FIG. 6 shows the waveforms of the PWM control signals PwA and PwB when the superimposed signals SmA of the first control unit 31A and the superimposed signals SmB of the second control unit 31B are different DC signals as the above-mentioned different signals. It is a wave form diagram which shows each waveform including this. In FIG. 6, the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB are DC potential signals having different voltages. In the case of this configuration, although the effect of reducing the peak intensity of radiation noise when an AC signal is superimposed cannot be obtained, this configuration can be easily realized. That is, it is not necessary to provide a complicated configuration for superimposing the AC signal, and it is only necessary to provide a configuration for adding a DC potential and to have different DC potential information for each axis.

以上、図3〜図6に示したように、重畳信号SmAと重畳信号SmBとにおいて、交流信号の位相、交流信号の振幅、交流信号の直流電位、および直流信号の電圧のいずれかが、互いに異なるように構成しても、PWM制御信号PwAの立上りタイミングtraとPWM制御信号PwBの立上りタイミングtrbとは異なったタイミングとなっている。同様に、PWM制御信号PwAの立下りタイミングtfaとPWM制御信号PwBの立下りタイミングtfbとも異なったタイミングとなっている。   As described above, as shown in FIGS. 3 to 6, in the superimposed signal SmA and the superimposed signal SmB, any one of the phase of the AC signal, the amplitude of the AC signal, the DC potential of the AC signal, and the voltage of the DC signal is mutually Even when configured differently, the rise timing tra of the PWM control signal PwA and the rise timing trb of the PWM control signal PwB are different timings. Similarly, the falling timing tfa of the PWM control signal PwA and the falling timing tfb of the PWM control signal PwB are different timings.

以上のように、図2〜図6のいずれの構成にしても、複数軸を同期制御する構成でのサーボロック時において、PWM制御信号PwAとPWM制御信号PwBとのスイッチングのタイミングがずれており、複数軸が同時にスイッチングすることによるノイズの増加を防ぐ効果を得ることができる。   As described above, in any of the configurations of FIGS. 2 to 6, the timing of switching between the PWM control signal PwA and the PWM control signal PwB is deviated at the time of servo lock in the configuration in which a plurality of axes are synchronously controlled. The effect of preventing an increase in noise due to simultaneous switching of a plurality of axes can be obtained.

なお、以上の説明では、制御ユニット31を上述のような各機能ブロックにより構成した例を挙げて説明したが、例えば、上述したようなDSPやマイクロコンピュータのソフトウェアで実現することも可能である。すなわち、プログラムのような処理手順に基づく処理で行うような構成であってもよい。この場合、より具体的には、図1の制御部19、指令信号生成部11およびPWM信号生成部10の機能をプログラムとしてメモリなどに記憶させ、制御部19をDSPやマイクロコンピュータで具現化してそのプログラムを実行するような構成とし、そのプログラムに基づくモータ駆動方法を実行する構成とすればよい。   In the above description, the example in which the control unit 31 is configured by the above functional blocks has been described. However, for example, the control unit 31 may be realized by the above-described DSP or microcomputer software. That is, a configuration in which processing is performed based on a processing procedure such as a program may be used. In this case, more specifically, the functions of the control unit 19, the command signal generation unit 11 and the PWM signal generation unit 10 in FIG. 1 are stored as programs in a memory or the like, and the control unit 19 is embodied by a DSP or a microcomputer. What is necessary is just to set it as the structure which performs the program and to perform the motor drive method based on the program.

図7は、本実施の形態におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、制御部19が、指令信号生成部11およびPWM信号生成部10の機能も実現するような例を挙げて説明する。   FIG. 7 is a flowchart showing an example of the procedure of the motor driving method in the present embodiment. Here, an example will be described in which the control unit 19 also realizes the functions of the command signal generation unit 11 and the PWM signal generation unit 10.

図7において、本モータ駆動方法の処理を開始すると、制御部19は、モータが所定の駆動量よりも小さい低駆動の状態であるかどうかを判定する(ステップS70)。   In FIG. 7, when the process of this motor driving method is started, the control unit 19 determines whether or not the motor is in a low driving state smaller than a predetermined driving amount (step S70).

次に、制御部19は、低駆動の状態であると判定(YES)すると、他の制御ユニット31とは異なった信号である重畳信号Smを、指令信号Sdに重畳する(ステップS72)。すなわち、上述のように、例えば、制御ユニット31Aでは、制御ユニット31Bで重畳される重畳信号SmBとは異なった重畳信号SmAを、指令信号Sdに重畳する。   Next, if the control part 19 determines with it being in the low drive state (YES), the superimposition signal Sm which is a signal different from the other control unit 31 will be superimposed on the command signal Sd (step S72). That is, as described above, for example, the control unit 31A superimposes the superimposed signal SmA different from the superimposed signal SmB superimposed on the control unit 31B on the command signal Sd.

逆に、制御部19は、低駆動の状態ではないと判定(NO)すると、ゼロの重畳信号Smを指令信号Sdに重畳する(ステップS74)。なお、当然のことながら、ゼロの重畳信号Smを重畳するのに変えて、重畳するステップを飛ばしてステップS76に進むような手順などでもよい。   Conversely, when the control unit 19 determines that the low drive state is not set (NO), the control unit 19 superimposes a zero superimposition signal Sm on the command signal Sd (step S74). As a matter of course, instead of superimposing the zero superimposition signal Sm, a procedure of skipping the superimposing step and proceeding to step S76 may be used.

次に、制御部19は、指令信号Sdに重畳信号Smを重畳させた重畳後指令信号Sdmと、制御ユニット31間で同期させた三角波のキャリア信号Scとを比較してPWM制御信号Pwを生成する(ステップS76)。この生成したPWM制御信号Pwがインバータ20に出力される。   Next, the control unit 19 generates a PWM control signal Pw by comparing the post-superimposition command signal Sdm obtained by superimposing the superposition signal Sm on the command signal Sd and the triangular wave carrier signal Sc synchronized between the control units 31. (Step S76). The generated PWM control signal Pw is output to the inverter 20.

次に、制御部19は、処理を終了するかどうか判定し、処理を終了しない場合はステップS70に戻り、処理を終了しない場合は処理を終了する(ステップS78)。   Next, the control unit 19 determines whether or not to end the process. If the process is not ended, the process returns to step S70, and if the process is not ended, the process ends (step S78).

制御ユニット31が、以上のようなモータ駆動方法を実行するDSPやマイクロコンピュータを備えた構成とすることによっても、複数軸を同期制御する構成でのサーボロック時において、複数軸間でのインバータのスイッチングタイミングは重ならない。このため、多軸のモータ制御装置における伝導ノイズや放射ノイズの増大を抑制することができる。なお、本モータ制御方法において、より詳細な構成については、図1に基づいて説明した構成などと同様であってよい。例えば、ステップS72での重畳信号Smとしては、交流信号の周波数、交流信号の位相、交流信号の振幅、交流信号の直流電位、および直流信号の電圧のいずれかがモータ制御ユニット31間で異なるような信号でよい。   Even when the control unit 31 is configured to include a DSP or a microcomputer that executes the motor driving method as described above, at the time of servo lock in a configuration in which multiple axes are synchronously controlled, the inverters between the multiple axes can be controlled. Switching timing does not overlap. For this reason, increase in conduction noise and radiation noise in the multi-axis motor control device can be suppressed. In the motor control method, a more detailed configuration may be the same as the configuration described based on FIG. For example, as the superimposed signal Sm in step S72, any one of the frequency of the AC signal, the phase of the AC signal, the amplitude of the AC signal, the DC potential of the AC signal, and the voltage of the DC signal is different between the motor control units 31. A simple signal.

また、図2〜図6では、周波数、位相、振幅、直流電位をそれぞれ1つのみ変更したが、同時に複数変化させても同様の効果が得られることは言うまでもない。   2 to 6, only one frequency, phase, amplitude, and direct current potential are changed, but it goes without saying that the same effect can be obtained even if a plurality of changes are made simultaneously.

ところで、軸ごとに異なる重畳信号Smを設定する際、予め十分考慮してそれら信号を設定すれば、複数軸のスイッチングのタイミングを完全にずらすことが可能である。すなわち、重畳信号Smとして、複数軸のスイッチングタイミングが重ならないように、周波数や位相、振幅、直流電位を設定した交流信号、または直流信号とした信号とすればよい。   By the way, when setting different superimposed signals Sm for each axis, if these signals are set with sufficient consideration in advance, it is possible to completely shift the switching timing of a plurality of axes. That is, the superimposed signal Sm may be an AC signal in which a frequency, a phase, an amplitude, and a DC potential are set, or a signal that is a DC signal so that the switching timings of a plurality of axes do not overlap.

複数軸の重畳後指令信号Sdmがどのタイミングでも同じ値にならないように設定できれば、原理的に複数軸が同時にスイッチングすることはない。最も簡単な方法は、図5、図6で示したように、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとの直流電位を大きくずらすことである。この手段によれば、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとがどのタイミングでも交差しないようにできる。   In principle, the multiple axes do not switch at the same time if they can be set so that the post-superimposition command signal Sdm does not have the same value at any timing. As shown in FIGS. 5 and 6, the simplest method is to largely shift the DC potential between the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB. According to this means, the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB can be prevented from intersecting at any timing.

また、重畳信号Smとして、複数軸のスイッチングタイミングが重ならないように、周波数や位相、振幅、直流電位を設定した交流信号、または直流信号とした信号としてもよい。   Further, the superimposed signal Sm may be an AC signal in which frequency, phase, amplitude, and DC potential are set, or a signal that is a DC signal so that the switching timings of a plurality of axes do not overlap.

また、複数軸の重畳後指令信号Sdmがどのタイミングでも同じ値にならないように、周波数や位相、振幅、直流電位を定めた交流信号を設定する構成として、次のようにしてもよい。すなわち、キャリア信号Scと重畳後指令信号Sdmとを同期させる方法も考えられる。既に述べたように、マイクロコンピュータで重畳後指令信号Sdmを生成する場合、各信号をディジタル処理するため、値を連続的に変えるのではなく、キャリア信号Scの山、谷のタイミングで値を更新することが多い。   In addition, the following configuration may be adopted in which an AC signal in which a frequency, a phase, an amplitude, and a DC potential are set is set so that the command signal Sdm after superimposing a plurality of axes does not have the same value at any timing. That is, a method of synchronizing the carrier signal Sc and the post-superimposition command signal Sdm is also conceivable. As described above, when the post-superimposition command signal Sdm is generated by the microcomputer, each signal is digitally processed, so that the value is not continuously changed, but the value is updated at the peak and valley timings of the carrier signal Sc. Often to do.

このことを利用し、キャリア信号Scの山、谷で複数軸の重畳後指令信号Sdmが交差しないようにする。その例を図8に示す。図2と同様、重畳後指令信号SdmBは重畳後指令信号SdmAの倍の周波数の信号としており、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとが交差するタイミングと、キャリア信号Scの山、谷の位置とをずらしている。実際に、マイクロコンピュータで設定される重畳後指令信号SdmA、SdmBの波形を図9に示す。重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとはどのタイミングでも同値にならないことが分かる。   Utilizing this fact, the command signal Sdm after superimposing a plurality of axes is prevented from crossing at the peaks and valleys of the carrier signal Sc. An example is shown in FIG. As in FIG. 2, the post-superimposition command signal SdmB is a signal having a frequency twice that of the post-superimposition command signal SdmA, the timing at which the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB intersect, and the peaks and valleys of the carrier signal Sc The position is shifted. FIG. 9 shows waveforms of post-superimposition command signals SdmA and SdmB actually set by the microcomputer. It can be seen that the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB are not the same value at any timing.

また、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとを同値にしない他の手段として、上位装置40で重畳する値を監視し、複数軸で重畳後指令信号Sdmが同値になる場合は値を少量ずらす、等の手段も考えられる。   Further, as another means for not making the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB the same value, the superposed value is monitored by the host device 40, and if the post-superimposition command signal Sdm has the same value for a plurality of axes, the value is set. Means such as shifting a small amount are also conceivable.

なお、既に前述したように、上記実施の形態においては、サーボロック時を想定し説明したが、本発明をサーボロック時に限定するものではない。低速回転時や低トルク動作時にU〜W相がほぼ同じタイミングでスイッチングする際も適用できる。   As described above, the above embodiment has been described assuming that the servo is locked. However, the present invention is not limited to the servo lock. It can also be applied when the U to W phases are switched at substantially the same timing during low-speed rotation or low torque operation.

また、上記実施の形態においては、重畳信号生成部12で発生させる重畳信号Sm(重畳後指令信号Sdm)の波形が正弦波である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、三角波や矩形波、鋸歯状波としてもよい。これによっても、軸ごとに異なる信号であれば、スイッチングのタイミングをずらす効果は発生させることができる。   In the above embodiment, the case where the waveform of the superimposition signal Sm (post-superimposition command signal Sdm) generated by the superimposition signal generation unit 12 is a sine wave has been described. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, a rectangular wave or a sawtooth wave may be used. Even in this case, the effect of shifting the switching timing can be generated if the signals are different for each axis.

また、上記実施の形態においては、2軸の同期制御について説明したが、3軸以上の同期制御でも同様の考え方を適用することができる。   In the above embodiment, the two-axis synchronous control has been described. However, the same concept can be applied to three-axis or more synchronous control.

また、上記実施の形態においては、PWM信号生成部10をモータ制御装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の任意のインバータをPWM制御し、複数軸を同期制御する装置に本発明を適用することも可能である。   In the above-described embodiment, the case where the PWM signal generation unit 10 is applied to the motor control device has been described. However, the present invention is not limited to this, and other arbitrary inverters are PWM controlled to synchronize a plurality of axes. It is also possible to apply the present invention to a device to be controlled.

本発明によれば、複数軸のスイッチングのタイミングを特にデメリットなくずらし、ノイズの増加を抑えることができ、かつ、デューティ変調による放射ノイズのピーク強度低減効果も同時に得られる。このため、複数のインバータを同期してPWM制御する装置、とりわけサーボロックというU〜W軸のスイッチングタイミングが完全に重なる状態が存在するモータ制御装置において、特に有用である。   According to the present invention, the switching timing of a plurality of axes can be shifted with no particular demerit, an increase in noise can be suppressed, and the effect of reducing the peak intensity of radiation noise by duty modulation can be obtained at the same time. Therefore, the present invention is particularly useful in a device that performs PWM control in synchronization with a plurality of inverters, particularly in a motor control device in which there is a state in which the switching timings of the U to W axes, such as servo lock, completely overlap.

10,10A,10B PWM信号生成部
11,100 指令信号生成部
12,12A,12B,102 重畳信号生成部
14,104 重畳信号加算部
16,106 キャリア信号生成部
18,108 比較部
19 制御部
20,110 インバータ
21,21A,21B モータ
30 モータ制御装置
31,31A,31B モータ制御ユニット
32 電源
33 タイミング生成部
40 上位装置
50 モータ制御システム
10, 10A, 10B PWM signal generation unit 11, 100 Command signal generation unit 12, 12A, 12B, 102 Superimposition signal generation unit 14, 104 Superimposition signal addition unit 16, 106 Carrier signal generation unit 18, 108 Comparison unit 19 Control unit 20 , 110 Inverter 21, 21A, 21B Motor 30 Motor control device 31, 31A, 31B Motor control unit 32 Power source 33 Timing generator 40 Host device 50 Motor control system

本発明は、PWM制御する電圧をモータの巻線に印加し、複数軸を同期制御するモータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御システムに関し、特に、軸ごとにインバータのスイッチングのタイミングを制御する機能を有したモータ制御装置、モータ制御方法およびモータ制御システムに関する。   The present invention relates to a motor control device, a motor control method, and a motor control system that apply a voltage for PWM control to a winding of a motor and control a plurality of axes synchronously, and in particular, a function of controlling the switching timing of an inverter for each axis. The present invention relates to a motor control device, a motor control method, and a motor control system.

FA(FACTORY AUTOMATION)で用いられるサーボモータでは、上位装置(上位コントローラ)からの駆動指令(位置指令)に追従するようにモータの位置・速度・トルクが制御される。そして、その制御演算装置として、マイクロコンピュータを用いたディジタル制御が広く使われている。モータのトルクを制御するため一般的に用いられるPWM(PULSE WIDTH MODULATION)制御方式では、モータの各相(U相、V相、W相)を流れる電流を疑似的に正弦波状に制御することで、モータから出力されるトルクを自在にコントロールすることができる。   In a servo motor used in FA (FACTORY AUTOMATATION), the position, speed, and torque of the motor are controlled so as to follow a drive command (position command) from a host device (host controller). Digital control using a microcomputer is widely used as the control arithmetic unit. In the PWM (PULSE WIDTH MODULATION) control method generally used for controlling the motor torque, the current flowing through each phase (U phase, V phase, W phase) of the motor is controlled in a sine wave form in a pseudo manner. The torque output from the motor can be freely controlled.

ところが、PWM制御方式では、モータに印加する電圧をインバータのスイッチングにより制御するため、スイッチングの瞬間にインバータの出力電圧の大きな電圧変動や、アンペア単位の漏れ電流が発生する。これらの影響により、電源に瞬間的に大電流が流れ、電源自身の電位が変動し伝導ノイズが発生する。このノイズ量はCISPR(国際無線障害特別委員会)等で規制されており、低減が求められている。   However, in the PWM control method, since the voltage applied to the motor is controlled by switching of the inverter, a large voltage fluctuation of the output voltage of the inverter and a leakage current in amperes occur at the moment of switching. Due to these effects, a large current instantaneously flows in the power supply, the potential of the power supply itself fluctuates, and conduction noise occurs. This amount of noise is regulated by CISPR (International Radio Interference Special Committee) and the like, and reduction is required.

また、スイッチングのタイミングで、電源ケーブルやモータケーブル、配線パターン等から高い周波数の放射ノイズを発生する現象も確認され、こちらも問題視されている。   In addition, a phenomenon in which high-frequency radiation noise is generated from a power cable, a motor cable, a wiring pattern, etc. at the timing of switching has also been confirmed, which is also regarded as a problem.

このため、従来、駆動指令の信号に所定の波形の重畳信号を重畳することで、放射ノイズのスペクトラムを拡散し、ピーク強度を低減する手法が提案されている(例えば、特許文献1)。図10は、このような従来例の電力変換装置におけるPWM信号生成部の構成図である。この従来のPWM信号生成部は、U相、V相、W相それぞれにおいて、指令信号生成部100で生成した指令信号Sdと、重畳信号生成部102で生成した交流の重畳信号Smとを重畳信号加算部104で加算している。そして、加算後の重畳後指令信号Sdmとキャリア信号生成部106で生成したキャリア信号Scとを比較部108で比較して、PWMのデューティ比を変調することより、PWM制御信号Pwを生成し、インバータ110をパルス駆動している。この従来のPWM信号生成部は、このような重畳信号Smを重畳させる構成によって、放射ノイズのスペクトラムを拡散し、騒音を抑制している。   For this reason, conventionally, there has been proposed a technique for spreading a spectrum of radiation noise and superimposing a superimposed signal having a predetermined waveform on a drive command signal to reduce peak intensity (for example, Patent Document 1). FIG. 10 is a configuration diagram of a PWM signal generation unit in such a conventional power converter. The conventional PWM signal generation unit superimposes the command signal Sd generated by the command signal generation unit 100 and the alternating superimposed signal Sm generated by the superimposed signal generation unit 102 in each of the U phase, the V phase, and the W phase. The addition unit 104 adds the values. Then, the superposed command signal Sdm after addition and the carrier signal Sc generated by the carrier signal generation unit 106 are compared by the comparison unit 108, and the PWM duty ratio is modulated to generate the PWM control signal Pw. The inverter 110 is pulse-driven. This conventional PWM signal generation unit suppresses the noise by diffusing the spectrum of the radiation noise by the configuration in which the superposition signal Sm is superposed.

しかしながら、上述のようなインバータでのスイッチングに起因するノイズは、特に、各相のスイッチングタイミングが重なりやすい無回転時(サーボロック時)や低速回転時、低トルク動作時に影響が大きい。そして、指令信号に交流の重畳信号を重畳する従来の手法では、サーボロック時や低速回転時、低トルク動作時にU〜W相のスイッチングタイミングが重なり、大ノイズが発生する現象の解決策にはならないという課題がある。   However, noise caused by switching in the inverter as described above is particularly affected during non-rotation (servo lock), low-speed rotation, and low-torque operation where the switching timings of the phases tend to overlap. And in the conventional method of superimposing an AC superposition signal on the command signal, there is a solution to the phenomenon that a large noise is generated because the switching timing of the U to W phases overlaps at the time of servo lock, low speed rotation, and low torque operation. There is a problem of not becoming.

ここで、このような課題についての説明のために、まず、図10の構成において、指令信号Sdに重畳信号Smを重畳しない場合のU〜W相のサーボロック時のPWM制御信号について説明をする。サーボロック時は、指令信号Sdを0とし、U〜W相の相間に電流を流さないように制御することでモータを停止させる。このような場合、指令信号SdがU〜W相とも0、かつ、重畳信号Smも重畳しないため、重畳後指令信号Sdmも0となる。このような場合におけるPWM制御信号の生成の様子を図11に示す。重畳後指令信号Sdmは、U〜W相全てサーボロック時は0であるため、図11では、1つの重畳後指令信号Sdmにまとめて記載している。図11に示すように、重畳後指令信号Sdmをキャリア信号Scと比較して生成したPWM制御信号PwのU〜W相のそれぞれは、同じ信号(デューティ50%の矩形波)となり、U〜W相のインバータ110のスイッチングタイミングが重なることが分かる。すなわち、パルス信号であるPWM制御信号PwのU〜W相のそれぞれは、そのパルスの立上りのタイミング(図11における例えば時刻tr)、および立下りのタイミング(例えば時刻tf)が揃った状態となる。そして、それらのタイミングにおいて伝導ノイズや放射ノイズのレベルを互いに強調しあうことになる。   Here, in order to explain such a problem, first, a PWM control signal at the time of U to W-phase servo lock in the case where the superimposed signal Sm is not superimposed on the command signal Sd in the configuration of FIG. 10 will be described. . When the servo is locked, the command signal Sd is set to 0, and the motor is stopped by controlling so that no current flows between the phases U to W. In such a case, since the command signal Sd is 0 in both the U to W phases, and the superimposed signal Sm is not superimposed, the post-superimposition command signal Sdm is also 0. FIG. 11 shows how the PWM control signal is generated in such a case. Since the post-superimposition command signal Sdm is 0 when all the U to W phases are servo-locked, in FIG. 11, they are collectively described as one post-superimposition command signal Sdm. As shown in FIG. 11, each of the U to W phases of the PWM control signal Pw generated by comparing the post-superimposition command signal Sdm with the carrier signal Sc becomes the same signal (rectangular wave with a duty of 50%), and U to W It can be seen that the switching timings of the phase inverters 110 overlap. That is, each of the U to W phases of the PWM control signal Pw, which is a pulse signal, is in a state where the rising timing of the pulse (for example, time tr in FIG. 11) and the falling timing (for example, time tf) are aligned. . Then, the levels of conduction noise and radiation noise are mutually emphasized at those timings.

続いて、指令信号Sdに重畳信号Smを重畳した場合の、サーボロック時のU〜W相のPWM制御信号Pwについて説明をする。指令信号Sdは、U〜W相全て0、かつ、重畳信号Smは、U〜W相で共通の信号のため、重畳後指令信号Sdmは、いずれの相も重畳信号Smと同じ信号となる。このような場合におけるPWM制御信号の生成の様子を図12に示す。図11と同様、U〜W相の重畳後指令信号Sdmは、1つにまとめて記載している。重畳後指令信号Sdmとキャリア信号Scとを比較して生成する各PWM制御信号Pwは、デューティが変調されており、この効果でスペクトラムが分散し、放射ノイズのピーク強度を低減できる。しかし、図12から明らかなように、U〜W相のスイッチングのタイミングは、例えば図12での立上りのタイミングtrや立下りタイミングtfのように、図11と同様に各相間で重なっており、その瞬間ごとに大きな伝導ノイズ、放射ノイズが発生してしまう。   Next, the U to W phase PWM control signal Pw at the time of servo lock when the superimposed signal Sm is superimposed on the command signal Sd will be described. Since the command signal Sd is 0 for all the U to W phases and the superimposed signal Sm is a common signal for the U to W phases, the post-superimposition command signal Sdm is the same signal as the superimposed signal Sm in any phase. FIG. 12 shows how the PWM control signal is generated in such a case. As in FIG. 11, the post-superimposition command signal Sdm for the U to W phases is described as one. Each PWM control signal Pw generated by comparing the post-superimposition command signal Sdm and the carrier signal Sc is modulated in duty. With this effect, the spectrum is dispersed and the peak intensity of the radiation noise can be reduced. However, as is apparent from FIG. 12, the switching timing of the U to W phases overlaps with each other in the same manner as in FIG. 11, for example, the rising timing tr and the falling timing tf in FIG. A large conduction noise and radiation noise are generated at each moment.

本課題は、特に、複数軸を同期制御する場合にはさらに影響が大きくなる。一般的に、同期制御時は全軸のキャリア信号Scを同期させるため、全軸のU〜W相のPWM制御信号Pwが同じ波形になり、全軸のU〜W相のインバータのスイッチングタイミングが重なり大ノイズを発生するためである。   This problem is further affected particularly when synchronous control of a plurality of axes is performed. In general, since carrier signals Sc for all axes are synchronized during synchronous control, the U to W phase PWM control signals Pw for all axes have the same waveform, and the switching timing of the U to W phase inverters for all axes This is because large noise is generated.

特開2011−211777号公報JP 2011-111777 A

本発明に係るモータ制御装置は、上位装置からの動作指令に基づき1軸を制御するモータ制御ユニットを複数有し、2軸以上のモータを同期して制御する。モータ制御ユニットのそれぞれは、モータの動作制御を行う制御部と、制御部の動作制御に基づきモータの動作を指令するための指令信号を生成する指令信号生成部と、指令信号に基づきパルス幅変調されたPWM制御信号を生成するPWM信号生成部と、PWM制御信号によりスイッチング素子をスイッチングすることで、モータを駆動する駆動信号を生成するインバータとを備える。PWM信号生成部のそれぞれは、指令信号に重畳させる重畳信号を生成する重畳信号生成部と、三角波であるキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、指令信号と重畳信号とを加算する加算部と、加算部から出力される重畳後指令信号とキャリア信号とを比較してPWM制御信号を生成する比較部とを備える。そして、重畳信号は、複数のモータ制御ユニットが制御する軸ごとに異なる信号とした構成である。   The motor control device according to the present invention includes a plurality of motor control units that control one axis based on an operation command from a host device, and controls two or more motors in synchronization. Each of the motor control units includes a control unit that performs motor operation control, a command signal generation unit that generates a command signal for commanding motor operation based on the operation control of the control unit, and pulse width modulation based on the command signal A PWM signal generation unit that generates the PWM control signal, and an inverter that generates a drive signal for driving the motor by switching the switching element using the PWM control signal. Each of the PWM signal generation units includes a superimposition signal generation unit that generates a superimposition signal to be superimposed on the command signal, a carrier signal generation unit that generates a carrier signal that is a triangular wave, and an addition unit that adds the command signal and the superposition signal. A comparison unit that compares the post-superimposition command signal output from the addition unit with the carrier signal to generate a PWM control signal. The superimposed signal is configured to be different for each axis controlled by the plurality of motor control units.

また、本発明に係るモータ制御システムは、上記本発明のモータ制御装置と、モータ制御装置に動作指令を伝送する上位装置と、モータ制御装置によって制御される2軸以上のモータとを備えた構成である。   A motor control system according to the present invention includes the motor control device according to the present invention, a host device that transmits an operation command to the motor control device, and a motor having two or more axes controlled by the motor control device. It is.

また、本発明に係るモータ制御方法は、上位装置からの動作指令に基づきモータの動作を指令するための指令信号を生成し、指令信号に基づきパルス幅変調されたPWM制御信号を生成し、PWM制御信号によりインバータのスイッチング素子をスイッチングして生成した駆動電圧をモータに印加することで1軸を制御するモータ制御ユニットを複数有し、複数のモータ制御ユニットにより、2軸以上のモータを同期して制御するモータ制御装置のモータ制御方法である。本モータ制御方法は、モータが所定の駆動量よりも小さい低駆動の状態であるかどうかを判定するステップと、低駆動の状態であると判定したとき、指令信号にモータ制御ユニット間で異なった信号である重畳信号を重畳するステップと、指令信号に重畳信号を重畳させた信号である重畳後指令信号と、モータ制御ユニット間で同期させた三角波のキャリア信号とにより、PWM制御信号を生成するステップとを備えている。   Further, the motor control method according to the present invention generates a command signal for instructing motor operation based on an operation command from a host device, generates a pulse width modulated PWM control signal based on the command signal, It has a plurality of motor control units that control one axis by applying a drive voltage generated by switching the switching element of the inverter with a control signal to the motor, and the motors of two or more axes are synchronized by the plurality of motor control units. This is a motor control method of a motor control device that controls the motor. In this motor control method, the step of determining whether the motor is in a low drive state smaller than a predetermined drive amount and the command signal differed between the motor control units when determined to be in the low drive state. A PWM control signal is generated by superimposing a superimposition signal, which is a signal, a post-superimposition command signal that is a signal obtained by superimposing the superimposition signal on the command signal, and a triangular wave carrier signal synchronized between the motor control units. And steps.

本発明によれば、複数軸のモータを同期制御する際、サーボロック時や低速回転時や低トルク動作時のU〜W相がほぼ同じタイミングでスイッチングする場合に、キャリア信号は同期したまま、PWM制御信号のスイッチングのタイミングを軸ごとにずらすことができる。このため、複数軸のU〜W相が同時にスイッチングする際の伝導ノイズ、放射ノイズの増加を回避できる。また、交流信号を重畳すれば、デューティ変調による放射ノイズも低減できる。   According to the present invention, when synchronously controlling a multi-axis motor, when the U to W phases during servo lock, low speed rotation, and low torque operation are switched at substantially the same timing, the carrier signal remains synchronized, The switching timing of the PWM control signal can be shifted for each axis. For this reason, it is possible to avoid an increase in conduction noise and radiation noise when the U to W phases of a plurality of axes are simultaneously switched. Further, if an AC signal is superimposed, radiation noise due to duty modulation can be reduced.

図1は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a motor control system including a motor control device according to an embodiment of the present invention. 図2は、同モータ制御装置において、軸ごとに周波数のみが異なる交流信号を重畳した場合の波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram in the case of superimposing AC signals having only different frequencies for each axis in the motor control device. 図3は、同モータ制御装置において、軸ごとに位相のみが異なる交流信号を重畳した場合の波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram in the case of superimposing AC signals having different phases only for each axis in the motor control apparatus. 図4は、同モータ制御装置において、軸ごとに振幅のみが異なる交流信号を重畳した場合の波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram in the case where an AC signal having only different amplitudes for each axis is superimposed in the motor control apparatus. 図5は、同モータ制御装置において、軸ごとに直流電位のみが異なる交流信号を重畳した場合の波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram in the case of superimposing AC signals that differ only in DC potential for each axis in the motor control device. 図6は、同モータ制御装置において、軸ごとに異なる直流信号を重畳した場合の波形図である。FIG. 6 is a waveform diagram when a different DC signal is superimposed for each axis in the motor control device. 図7は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing an example of the procedure of the motor driving method according to the embodiment of the present invention. 図8は、同モータ制御装置において、キャリア信号の山、谷で重畳信号を交差させない構成の説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of a configuration in which the superimposed signals are not crossed at the peak and valley of the carrier signal in the motor control device. 図9は、同モータ制御装置において、キャリア信号の山、谷で重畳信号を交差させないときの重畳波形図である。FIG. 9 is a superimposed waveform diagram when the superimposed signals are not crossed at the peak and valley of the carrier signal in the motor control device. 図10は、従来例のPWM信号生成部の構成図である。FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional PWM signal generation unit. 図11は、従来例で重畳信号を重畳しない場合のPWM制御信号の波形図である。FIG. 11 is a waveform diagram of a PWM control signal when a superimposed signal is not superimposed in the conventional example. 図12は、従来例で重畳信号を重畳した場合のPWM制御信号の波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram of a PWM control signal when a superimposed signal is superimposed in the conventional example.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

また、以下最もノイズが厳しい状態としてサーボロック時を想定する。   In the following, it is assumed that the servo is locked as the most severe noise state.

(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態におけるモータ制御装置を含むモータ制御システムの構成図である。図1では、そのようなシステムの一例として、複数のモータ21を制御するモータ制御装置30を含んだ多軸モータ制御のモータ制御システム50の構成を示している。また、多軸として図1では、2軸としての2つのモータ21を備えた一例を示している。そして、本モータ制御システム50は、モータ制御装置30に対して指令などにより制御するため、例えばパーソナルコンピュータなどを利用した上位装置40をさらに含む。上位装置40とモータ制御装置30とは制御バスラインなどを介して通信接続されており、上位装置40からの指令がモータ制御装置30に伝送されるとともに、モータ制御装置30からの情報が上位装置40へと伝送される。
(Embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor control system including a motor control device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, as an example of such a system, a configuration of a multi-axis motor control motor control system 50 including a motor control device 30 that controls a plurality of motors 21 is illustrated. In addition, FIG. 1 shows an example in which two motors 21 as two axes are provided as multi-axis. The motor control system 50 further includes a host device 40 using, for example, a personal computer in order to control the motor control device 30 by a command or the like. The host device 40 and the motor control device 30 are communicatively connected via a control bus line or the like. A command from the host device 40 is transmitted to the motor control device 30 and information from the motor control device 30 is received from the host device. 40.

次に、モータ制御装置30は、2軸分のモータ21を制御するため、モータ21のそれぞれに対してのモータ制御ユニット(以下、適宜、制御ユニットと呼ぶ)31を備えた構成である。図1では、第1の制御ユニット31である制御ユニット31Aが、第1のモータ21であるモータ21Aを制御し、第2の制御ユニット31である制御ユニット31Bが、第2のモータ21であるモータ21Bを制御する構成例を示している。そして、制御ユニット31それぞれには電源32から共通に電源電圧Vdcが供給される。それぞれの制御ユニット31は、この電源電圧を利用して、ユニット内の回路が動作するとともにインバータ20を介してモータ21を駆動している。また、本実施の形態では、制御ユニット31においてディジタル処理を含むような構成としており、タイミング生成部33が生成したタイミング信号Tmも制御ユニット31それぞれに供給している。このタイミング信号Tmは、ディジタル処理のためのクロック信号やその他のタイミングを示すための信号である。   Next, the motor control device 30 is configured to include a motor control unit (hereinafter, appropriately referred to as a control unit) 31 for each of the motors 21 in order to control the motors 21 for two axes. In FIG. 1, the control unit 31 </ b> A that is the first control unit 31 controls the motor 21 </ b> A that is the first motor 21, and the control unit 31 </ b> B that is the second control unit 31 is the second motor 21. The structural example which controls the motor 21B is shown. The control unit 31 is supplied with the power supply voltage Vdc from the power supply 32 in common. Each control unit 31 uses this power supply voltage to operate the circuit in the unit and to drive the motor 21 via the inverter 20. In the present embodiment, the control unit 31 is configured to include digital processing, and the timing signal Tm generated by the timing generation unit 33 is also supplied to each control unit 31. The timing signal Tm is a clock signal for digital processing and a signal for indicating other timing.

また、制御ユニット31のそれぞれは、制御部19、指令信号生成部11、PWM信号生成部10、およびインバータ20を備えている。なお、図1では、PWM信号生成部10として、制御ユニット31AがPWM信号生成部10Aを備え、制御ユニット31BがPWM信号生成部10Bを備えた構成例を示している。   Each of the control units 31 includes a control unit 19, a command signal generation unit 11, a PWM signal generation unit 10, and an inverter 20. In FIG. 1, as the PWM signal generation unit 10, a control unit 31A includes a PWM signal generation unit 10A, and the control unit 31B includes a PWM signal generation unit 10B.

図1に示すように、制御ユニット31において、制御部19は、上位装置40と通信接続されている。制御部19には、上位装置40から、位置、速度、トルクなどを指令する指令情報などが伝送される。また、制御部19は、制御ユニット31の情報などを上位装置40へ伝送する。制御部19は、このような通信機能とともに、指令信号生成部11やPWM信号生成部10など制御ユニット31内の各部を制御し、モータが例えば速度や位置など所定の動きをするように動作制御を行う。   As shown in FIG. 1, in the control unit 31, the control unit 19 is communicatively connected to a host device 40. Command information for instructing position, speed, torque, and the like is transmitted from the host device 40 to the control unit 19. In addition, the control unit 19 transmits information of the control unit 31 and the like to the higher-level device 40. The control unit 19 controls each part in the control unit 31 such as the command signal generation unit 11 and the PWM signal generation unit 10 together with such a communication function, and controls the operation so that the motor performs a predetermined motion such as a speed and a position. I do.

さらに、本実施の形態においては、制御部19が、モータ21の駆動状態を判定する機能を含んでいる。すなわち、制御部19は、モータ21がサーボロック状態であったり低速回転や低トルク動作状態であったりするような低駆動の状態であることを判定し、その判定結果を動作判定信号CsとしてPWM信号生成部10に通知する。   Further, in the present embodiment, the control unit 19 includes a function for determining the driving state of the motor 21. That is, the control unit 19 determines that the motor 21 is in a low drive state such as a servo lock state, a low-speed rotation or a low torque operation state, and the determination result is used as an operation determination signal Cs for PWM. The signal generation unit 10 is notified.

このような低駆動の状態の判定についてより詳細には、例えば、制御部19に次のような機能も含めればよい。まず、制御部19は、低駆動の状態を判定するために、あらかじめ定めた所定の駆動量を記憶している。そして、制御部19は、指令駆動量が所定の駆動量よりも小さいかどうかを判定し、指令駆動量が、判定のための所定の駆動量よりも小さいときに、低駆動の状態であることを示す動作判定信号Csを出力する。また、このときの指令駆動量としては、次に説明する指令信号生成部11への動作指令や、指令信号生成部11が出力する指令信号Sdの振幅を駆動量として利用すればよい。   More specifically, for example, the following function may be included in the control unit 19 for determining such a low drive state. First, the control unit 19 stores a predetermined drive amount that is set in advance in order to determine the low drive state. Then, the control unit 19 determines whether or not the command drive amount is smaller than the predetermined drive amount. When the command drive amount is smaller than the predetermined drive amount for determination, the control unit 19 is in a low drive state. Is output. Further, as the command drive amount at this time, an operation command to the command signal generation unit 11 described below or the amplitude of the command signal Sd output from the command signal generation unit 11 may be used as the drive amount.

次に、指令信号生成部11は、制御部19からの位置、速度、トルクなどを指令する動作指令に基づき、指令信号Sdを生成し、PWM信号生成部10に供給する。この指令信号Sdは、より具体的には、U、V、W相の3相分が生成され、モータ21に要求される回転速度やトルク量に応じて各相で互いに120°ずれた正弦波の波形となる信号である。なお、前述のように、サーボロック時はモータ21の回転を停止させるため、この時の指令信号Sdの振幅は0となる。   Next, the command signal generation unit 11 generates a command signal Sd based on an operation command for commanding the position, speed, torque, and the like from the control unit 19 and supplies the command signal Sd to the PWM signal generation unit 10. More specifically, this command signal Sd is generated for three phases of U, V, and W phases, and sine waves that are shifted from each other by 120 ° in accordance with the rotational speed and torque amount required for the motor 21. This is a signal having a waveform. As described above, since the rotation of the motor 21 is stopped when the servo is locked, the amplitude of the command signal Sd at this time becomes zero.

次に、PWM信号生成部10は、重畳信号生成部12と、重畳信号加算部14と、キャリア信号生成部16と、比較部18とを備えている。なお、PWM信号生成部10は、図10で示した構成と同様に、具体的には、重畳信号加算部14と比較部18とについては、U相、V相、W相の3つの相に対応した構成要素を有している。図1では、各相が同じ構成であること、かつサーボロック時は指令値も0で同じ信号になるため、1相のみ(例えばU相)を代表して記載している。   Next, the PWM signal generation unit 10 includes a superimposition signal generation unit 12, a superimposition signal addition unit 14, a carrier signal generation unit 16, and a comparison unit 18. Note that the PWM signal generation unit 10 has, specifically, the superposition signal addition unit 14 and the comparison unit 18 in three phases of U phase, V phase, and W phase, similarly to the configuration shown in FIG. It has corresponding components. In FIG. 1, since each phase has the same configuration, and when the servo is locked, the command value is 0 and the same signal is used, so only one phase (for example, U phase) is shown as a representative.

PWM信号生成部10において、制御部19から重畳信号生成部12には、低駆動の状態であるかどうかを示す動作判定信号Csが通知されている。重畳信号生成部12は、例えば交流の重畳信号Smを生成し、動作判定信号Csに応じてその重畳信号Smを重畳信号加算部14に供給する。具体的には、動作判定信号Csが低駆動の状態を示すときのみ、重畳信号生成部12は生成した重畳信号Smを供給し、それ以外のときは、0レベルとした重畳信号Smを供給する。   In the PWM signal generation unit 10, the control unit 19 notifies the superimposed signal generation unit 12 of an operation determination signal Cs indicating whether or not the low drive state is set. For example, the superimposed signal generation unit 12 generates an alternating superimposed signal Sm, and supplies the superimposed signal Sm to the superimposed signal adding unit 14 in accordance with the operation determination signal Cs. Specifically, the superimposed signal generation unit 12 supplies the generated superimposed signal Sm only when the operation determination signal Cs indicates a low drive state, and otherwise supplies the superimposed signal Sm set to 0 level. .

また、重畳信号加算部14には、指令信号生成部11からの指令信号Sdが供給されている。重畳信号加算部14は、供給された指令信号Sdと重畳信号Smとを加算し、加算後の重畳後指令信号Sdmとして出力する。すなわち、サーボロック時など低駆動でモータ駆動している時には、重畳信号加算部14によって指令信号Sdに重畳信号Smが重畳されることになり、これにより、重畳後指令信号Sdmは、指令信号Sdに重畳信号Smを重畳した信号となっている。このような重畳後指令信号Sdmが、比較部18に供給される。   The superimposition signal adding unit 14 is supplied with the command signal Sd from the command signal generating unit 11. The superimposition signal adding unit 14 adds the supplied command signal Sd and the superimposition signal Sm, and outputs the sum as a post-superimposition command signal Sdm after the addition. That is, when the motor is driven at a low drive such as when the servo is locked, the superimposition signal adding unit 14 superimposes the superimposition signal Sm on the command signal Sd, so that the post-superimposition command signal Sdm becomes the command signal Sd. Is a signal obtained by superimposing the superimposition signal Sm on the signal. Such a post-superimposition command signal Sdm is supplied to the comparison unit 18.

また、キャリア信号生成部16は、パルス幅変調された信号を生成するための三角波のキャリア信号Scを生成する。なお、複数軸で同期をする際は、同期精度を確保するために、制御ユニット31間での各キャリア信号Scも同期させておくのが一般的である。本実施の形態では、タイミング生成部33から共通のタイミング信号Tmを各制御ユニット31に分配し、それぞれの制御ユニット31のキャリア信号生成部16が共通のタイミング信号Tmでキャリア信号Scを生成するような構成としている。そして、このような構成によって、制御ユニット31間での各キャリア信号Scの同期を図っている。また、その他、タイミング生成部33がキャリア信号Scを生成し、このキャリア信号Scを各制御ユニット31に分配するような構成としてもよい。すなわち、当然のことながら、同期に代えて、それぞれの制御ユニット31に同じキャリア信号Scを供給するなどしてもよく、それぞれのキャリア信号Scの位相が合っていればよい。   The carrier signal generator 16 generates a triangular wave carrier signal Sc for generating a pulse-width modulated signal. When synchronizing with a plurality of axes, the carrier signals Sc between the control units 31 are generally synchronized in order to ensure synchronization accuracy. In the present embodiment, the common timing signal Tm is distributed from the timing generation unit 33 to each control unit 31, and the carrier signal generation unit 16 of each control unit 31 generates the carrier signal Sc using the common timing signal Tm. It has a simple structure. With such a configuration, the carrier signals Sc are synchronized between the control units 31. In addition, the timing generator 33 may generate the carrier signal Sc and distribute the carrier signal Sc to each control unit 31. That is, as a matter of course, instead of synchronization, the same carrier signal Sc may be supplied to each control unit 31 as long as the phases of the respective carrier signals Sc match.

このようなキャリア信号Scが、比較部18に供給される。そして、比較部18は、重畳後指令信号Sdmとキャリア信号Scとのレベルを比較することによって、PWM制御信号Pwを生成し、インバータ20に出力する。ここで、このように生成されるPWM制御信号Pwは、重畳後指令信号Sdmのレベルに応じてパルス幅が変調されたパルス列で構成されている。なお、図1では省略しているが、PWM制御信号Pwには、正相の信号に加えて、オンディレイを設けた逆相の反転信号も含まれ、正逆両相の2本の制御線をそれぞれインバータ20の上アームと下アームに出力する。   Such a carrier signal Sc is supplied to the comparison unit 18. Then, the comparison unit 18 generates the PWM control signal Pw by comparing the levels of the post-superimposition command signal Sdm and the carrier signal Sc, and outputs the PWM control signal Pw to the inverter 20. Here, the PWM control signal Pw generated in this way is composed of a pulse train whose pulse width is modulated in accordance with the level of the post-superimposition command signal Sdm. Although omitted in FIG. 1, the PWM control signal Pw includes a reverse-phase inversion signal provided with an on-delay in addition to a normal-phase signal, and two control lines for both forward and reverse phases. Are output to the upper arm and the lower arm of the inverter 20, respectively.

PWM信号生成部10は、以上のような構成により、指令信号Sdに基づきパルス幅変調されたPWM制御信号Pwを生成している。   The PWM signal generation unit 10 generates the PWM control signal Pw that is pulse-width modulated based on the command signal Sd with the above configuration.

制御ユニット31において、PWM信号生成部10でこのようにして生成されたPWM制御信号Pwは、インバータ20に供給される。インバータ20は、PWM信号生成部10からのPWM制御信号Pwを受け、スイッチング素子を用いて、PWM制御信号Pwに応じて電源32から供給された電圧をスイッチングすることにより駆動電圧Vdを生成する。そして、インバータ20は、U相、V相、W相のモータ線を介してモータ21にこの生成した駆動電圧Vdを印加する。インバータ20は、IGBT(INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR)などのスイッチング素子とダイオードなどの電力素子で構成される。最近では、電力素子を駆動するためのプリドライブ回路を内蔵したIPM(INTELLIGENT POWER MODULE)により、一体成型されたものがよく用いられる。なお、図1では1対のインバータのみ記載しているが、実際は3対のインバータを用い、U相、V相、W相の3相でモータを駆動する。   In the control unit 31, the PWM control signal Pw generated in this way by the PWM signal generation unit 10 is supplied to the inverter 20. The inverter 20 receives the PWM control signal Pw from the PWM signal generation unit 10 and generates a drive voltage Vd by switching the voltage supplied from the power supply 32 according to the PWM control signal Pw using a switching element. The inverter 20 applies the generated drive voltage Vd to the motor 21 via the U-phase, V-phase, and W-phase motor wires. The inverter 20 includes a switching element such as an IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR) and a power element such as a diode. Recently, an IPM (INTELLIGENT POWER MODEL) incorporating a pre-drive circuit for driving a power element is often used. Although only one pair of inverters is shown in FIG. 1, actually, three pairs of inverters are used to drive the motor in three phases of U phase, V phase, and W phase.

以上説明したように、それぞれの制御ユニット31は、上位装置40からの指令に基づきモータ21を駆動するための駆動電圧Vdを生成し、生成した駆動電圧Vdをモータ21に印加してモータ21を駆動している。   As described above, each control unit 31 generates a drive voltage Vd for driving the motor 21 based on a command from the host device 40, and applies the generated drive voltage Vd to the motor 21 to cause the motor 21 to operate. Driving.

また、モータ21は、効率や制御性の点からロータに磁石を配置した3相ブラシレスモータが広く利用されている。すなわち、モータ21の具体的な構成例として、巻線をステータコアに巻回したステータと永久磁石を有したロータとを備えた3相のブラシレスモータとし、各相の巻線に駆動電圧Vdを印加するような構成とすればよい。   As the motor 21, a three-phase brushless motor in which a magnet is arranged on a rotor is widely used from the viewpoint of efficiency and controllability. That is, as a specific configuration example of the motor 21, a three-phase brushless motor including a stator having a winding wound around a stator core and a rotor having a permanent magnet is applied, and a driving voltage Vd is applied to each phase winding. What is necessary is just to make it the structure which does.

次に、本実施の形態のさらに詳細な構成について説明する。特に、本実施の形態では、制御ユニット31の重畳信号生成部12が生成する重畳信号Smが、制御ユニット31間においてそれぞれが互いに異なる信号としたことを特徴としている。   Next, a more detailed configuration of the present embodiment will be described. In particular, the present embodiment is characterized in that the superimposed signal Sm generated by the superimposed signal generation unit 12 of the control unit 31 is a different signal between the control units 31.

すなわち、図1に示すように、第1の制御ユニット31Aにおいては、重畳信号加算部14が、重畳信号生成部12Aで生成した第1の波形の重畳信号SmAを、指令信号SdAに重畳し、重畳後指令信号SdmAを比較部18に供給する。一方、第2の制御ユニット31Bにおいては、重畳信号加算部14が、重畳信号生成部12Bで生成した第2の波形の重畳信号SmBを、指令信号SdBに重畳し、重畳後指令信号SdmBを比較部18に供給している。このように、本実施の形態では、その効果を得るために、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと、第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとは異なる信号であることが必要である。   That is, as shown in FIG. 1, in the first control unit 31A, the superimposed signal adding unit 14 superimposes the superimposed signal SmA having the first waveform generated by the superimposed signal generating unit 12A on the command signal SdA, The superposed command signal SdmA is supplied to the comparison unit 18. On the other hand, in the second control unit 31B, the superimposed signal adding unit 14 superimposes the superimposed signal SmB of the second waveform generated by the superimposed signal generating unit 12B on the command signal SdB, and compares the command signal SdmB after superposition. It supplies to the part 18. As described above, in the present embodiment, in order to obtain the effect, it is necessary that the superimposed signal SmA of the first control unit 31A and the superimposed signal SmB of the second control unit 31B are different signals. .

なお、異なる信号とは、周波数、位相、振幅、直流電位の少なくともどれか1つが異なっている信号のことである。また、制御の容易さや回路規模を考慮すると、周波数、位相、振幅、直流電位の内の1つをパラメータ化し、上位装置40から制御部19を介して制御する方法が望ましいが、各々を個別に制御できるようにしても構わない。また、重畳信号Smの周波数は、特に大きな制限はなく自由に設定して構わない。また、重畳信号Smの振幅や直流電位も、重畳後指令信号Sdmの振幅がキャリア信号Scの振幅を越えない範囲で自由に設定して構わない。また、サーボロック時は、指令信号Sdが0レベルとなる一方で、制御部19からの動作判定信号Csが低駆動の状態を示すため、重畳信号Smは、上述のような所定の周波数、位相、振幅、あるいは直流電位を有した0レベルではない信号となる。そして、指令信号Sdのほうが0レベルとなるため、重畳信号Smと重畳後指令信号Sdmとは同じ信号となる。   In addition, a different signal is a signal from which at least any one of a frequency, a phase, an amplitude, and a direct current potential differs. In consideration of ease of control and circuit scale, a method of parameterizing one of frequency, phase, amplitude, and DC potential and controlling from the host device 40 via the control unit 19 is desirable. You may make it controllable. Further, the frequency of the superimposed signal Sm is not particularly limited and may be set freely. Further, the amplitude and DC potential of the superimposed signal Sm may be freely set within a range in which the amplitude of the post-superimposition command signal Sdm does not exceed the amplitude of the carrier signal Sc. Further, when the servo is locked, the command signal Sd becomes 0 level, while the operation determination signal Cs from the control unit 19 indicates a low drive state, so that the superimposed signal Sm has a predetermined frequency and phase as described above. , An amplitude, or a non-zero signal having a DC potential. Since the command signal Sd is at the 0 level, the superimposed signal Sm and the post-superimposition command signal Sdm are the same signal.

近年では、PWM信号生成部10は、DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR)やマイクロコンピュータのソフトウェアあるいはASIC(APPLICATION SPECIFIC INTEGRATED CIRCUIT)やFPGA(FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY)のロジック回路で構成されることが多い。この場合、重畳信号Smのような処理する信号は、ディジタル処理のため、キャリア信号17A、17Bが山(最大値)、谷(最小値)の時に値を更新することが一般的である。すなわち、各信号はディジタル処理されるため、キャリア信号Scもそのサンプリングクロックに基づき生成され、また、重畳後指令信号Sdmなどの処理する信号も、サンプリングクロックに合せてサンプリングされた時系列のデータで構成されている。その結果、キャリア信号Scが山(最大値)と谷(最小値)の時のタイミング以外で、処理する信号の値を更新した場合、PWMのスイッチングのタイミングと更新タイミングが重なり、PWM制御信号Pwがチャタリング現象を起こすことがある。このため、キャリア信号Scが山(最大値)、谷(最小値)の時に、処理する信号の値を更新するようにサンプリングのタイミングを設定すればよい。なお、キャリア信号Scの山、谷で値を更新する場合、重畳信号Smの周波数はサンプリング定理によりキャリア信号Scの周波数以下にしか設定できない。   In recent years, the PWM signal generation unit 10 is often configured by a DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR), microcomputer software, ASIC (APPLICATION SPECIFIC INTEGRATED CIRCUIT), or FPGA (FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY) logic circuits. In this case, a signal to be processed such as the superimposed signal Sm is generally updated when the carrier signals 17A and 17B have peaks (maximum value) and valleys (minimum value) because of digital processing. That is, since each signal is digitally processed, the carrier signal Sc is also generated based on the sampling clock, and the processed signal such as the post-superimposition command signal Sdm is also time-series data sampled in accordance with the sampling clock. It is configured. As a result, when the value of the signal to be processed is updated at a timing other than the timing when the carrier signal Sc has a peak (maximum value) and a valley (minimum value), the PWM switching timing and the update timing overlap, and the PWM control signal Pw May cause chattering. Therefore, when the carrier signal Sc is a peak (maximum value) or a valley (minimum value), the sampling timing may be set so as to update the value of the signal to be processed. When the value is updated at the peaks and valleys of the carrier signal Sc, the frequency of the superimposition signal Sm can be set only below the frequency of the carrier signal Sc by the sampling theorem.

次に、上記実施の形態の動作について、上述した異なる重畳信号の波形図を用い、重畳信号Smのいくつかの例を挙げて説明する。   Next, the operation of the above embodiment will be described with reference to several examples of the superimposed signal Sm, using the waveform diagrams of the different superimposed signals described above.

まず、図2は、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとを交流信号とし、さらに上述の異なる信号として、周波数のみが互いに異なるように構成した場合の各波形を示す波形図である。すなわち、図2では、サーボロック時での1軸目の重畳信号SmAと2軸目の重畳信号SmBとを周波数のみ異なる交流信号とした場合を示している。上述のように、サーボロック時は、指令信号Sdを0とし、U〜W相の相間に電流を流さないように制御することでモータを停止させる。このため、重畳後指令信号Sdmは、いずれの相も重畳信号Smと同じ信号となる。つまり、第1の制御ユニット31Aの重畳後指令信号SdmAと第2の制御ユニット31Bの重畳後指令信号SdmBとが周波数のみ異なる交流信号となっている。図2では、重畳後指令信号SdmBは重畳後指令信号SdmAの倍(すなわち、重畳信号SmBは重畳信号SmAの倍)の周波数の信号としている。   First, FIG. 2 shows a case in which the superimposed signal SmA of the first control unit 31A and the superimposed signal SmB of the second control unit 31B are AC signals, and further, only the frequencies are different from each other as the above different signals. It is a wave form diagram which shows each of these waveforms. That is, FIG. 2 shows a case where the first-axis superimposed signal SmA and the second-axis superimposed signal SmB at the time of servo lock are AC signals that differ only in frequency. As described above, when the servo is locked, the command signal Sd is set to 0, and the motor is stopped by performing control so that no current flows between the phases U to W. For this reason, the post-superimposition command signal Sdm is the same signal as the superimposition signal Sm in any phase. That is, the post-superimposition command signal SdmA of the first control unit 31A and the post-superimposition command signal SdmB of the second control unit 31B are AC signals that differ only in frequency. In FIG. 2, the post-superimposition command signal SdmB is a signal having a frequency that is twice that of the post-superimposition command signal SdmA (that is, the superposition signal SmB is twice the superposition signal SmA).

なお、本実施の形態はサーボロック時であり、以下、重畳信号SmA、SmBはそれぞれ重畳後指令信号SdmA、SdmBと同じ信号であるため、重畳信号SmA、SmBではなく、図に記載のように、比較部18の入力信号である重畳後指令信号SdmA、SdmBとして説明する。さらに、図2に示すように、本実施の形態では、1軸目と2軸目とのキャリア信号Scは同期、すなわち位相が一致している。また、サーボロック時には、U〜W相はいずれも同じ波形であるため、図2では、制御ユニット31A、31BにおけるU〜W相の重畳後指令信号SdmA、SdmBおよびPWM制御信号PwA、PwBは、1つの相で代表して示している。   Note that this embodiment is at the time of servo lock, and since the superimposition signals SmA and SmB are the same signals as the post-superimposition command signals SdmA and SdmB, respectively, not the superimposition signals SmA and SmB but as shown in the figure. The post-superimposition command signals SdmA and SdmB, which are input signals of the comparison unit 18, will be described. Furthermore, as shown in FIG. 2, in the present embodiment, the carrier signals Sc of the first axis and the second axis are synchronized, that is, the phases match. Further, since the U to W phases have the same waveform at the time of servo lock, in FIG. 2, the post-superimposition command signals SdmA and SdmB and the PWM control signals PwA and PwB of the U to W phases in the control units 31A and 31B are One phase is shown as a representative.

本実施の形態では、図2に示すような重畳後指令信号SdmA、SdmBとキャリア信号Scとを比較することによって、図2に示すようなパルス列で構成されるPWM制御信号PwA、PwBが生成される。ここで、図2に示すように、重畳信号SmAと重畳信号SmBとは周波数が異なっているため、キャリア信号Scが同期していても、PWM制御信号PwAの立上りタイミングtraとPWM制御信号PwBの立上りタイミングtrbとは異なったタイミングとなっている。同様に、PWM制御信号PwAの立下りタイミングtfaとPWM制御信号PwBの立下りタイミングtfbとも異なったタイミングとなっている。よって、本実施の形態によれば、複数軸を同期制御する構成でのサーボロック時において、複数軸間でのインバータのスイッチングタイミングは重ならない。このため、複数軸間で伝導ノイズや放射ノイズのレベルを互いに強調しあうことはなく、多軸のモータ制御装置における伝導ノイズや放射ノイズの増大を抑制することができる。   In the present embodiment, by comparing the post-superimposition command signals SdmA and SdmB as shown in FIG. 2 with the carrier signal Sc, PWM control signals PwA and PwB composed of pulse trains as shown in FIG. 2 are generated. The Here, as shown in FIG. 2, since the superimposed signal SmA and the superimposed signal SmB have different frequencies, even if the carrier signal Sc is synchronized, the rising timing tra of the PWM control signal PwA and the PWM control signal PwB The timing is different from the rising timing trb. Similarly, the falling timing tfa of the PWM control signal PwA and the falling timing tfb of the PWM control signal PwB are different timings. Therefore, according to the present embodiment, the switching timings of the inverters between the plurality of axes do not overlap at the time of servo lock in the configuration in which the plurality of axes are synchronously controlled. For this reason, the levels of conduction noise and radiation noise are not mutually emphasized among a plurality of axes, and an increase in conduction noise and radiation noise in a multi-axis motor control device can be suppressed.

次に、図3は、上述の異なる信号として、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとが位相のみ異なる交流信号であるとき、PWM制御信号PwA、PwBの波形を含めた各波形を示す波形図である。図3では、重畳後指令信号SdmBは、重畳後指令信号SdmAを180°だけ位相をずらせて反転した信号としている。   Next, FIG. 3 shows the PWM control signal PwA when the superimposed signal SmA of the first control unit 31A and the superimposed signal SmB of the second control unit 31B are alternating signals that differ only in phase as the different signals described above. It is a wave form diagram which shows each waveform including the waveform of PwB. In FIG. 3, the post-superimposition command signal SdmB is a signal obtained by inverting the post-superimposition command signal SdmA by shifting the phase by 180 °.

次に、図4は、上述の異なる信号として、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとが振幅のみ異なる交流信号であるとき、PWM制御信号PwA、PwBの波形を含めた各波形を示す波形図である。図4では、重畳後指令信号SdmBは、重畳後指令信号SdmAの半分の振幅の信号としている。   Next, FIG. 4 shows that when the superposition signal SmA of the first control unit 31A and the superposition signal SmB of the second control unit 31B are alternating signals that differ only in amplitude, the PWM control signal PwA, It is a wave form diagram which shows each waveform including the waveform of PwB. In FIG. 4, the post-superimposition command signal SdmB is a signal having half the amplitude of the post-superimposition command signal SdmA.

次に、図5は、上述の異なる信号として、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとが直流電位のみ異なる交流信号であるとき、PWM制御信号PwA、PwBの波形を含めた各波形を示す波形図である。図5では、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとは、正負逆方向の直流電位が交流信号に重畳した信号としている。   Next, FIG. 5 shows the PWM control signal PwA when the superimposed signal SmA of the first control unit 31A and the superimposed signal SmB of the second control unit 31B are AC signals that differ only in DC potential as the different signals described above. FIG. 4 is a waveform diagram showing each waveform including a waveform of PwB. In FIG. 5, the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB are signals obtained by superimposing DC potentials in the positive and negative directions on the AC signal.

次に、図6は、上述の異なる信号として、第1の制御ユニット31Aの重畳信号SmAと第2の制御ユニット31Bの重畳信号SmBとが異なる直流信号の場合のPWM制御信号PwA、PwBの波形を含めた各波形を示す波形図である。図6では、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとは、互いの電圧が異なる直流電位の信号としている。なお、この構成の場合、交流信号を重畳したときの放射ノイズのピーク強度の低減効果は得られないものの、この構成は容易に実現できる。すなわち、交流信号を重畳する複雑な構成を設ける必要はなく、単に直流電位を加算する構成を設け、軸ごとに異なる直流電位の情報を持たせるだけでよい。   Next, FIG. 6 shows the waveforms of the PWM control signals PwA and PwB when the superimposed signals SmA of the first control unit 31A and the superimposed signals SmB of the second control unit 31B are different DC signals as the above-mentioned different signals. It is a wave form diagram which shows each waveform including this. In FIG. 6, the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB are DC potential signals having different voltages. In the case of this configuration, although the effect of reducing the peak intensity of radiation noise when an AC signal is superimposed cannot be obtained, this configuration can be easily realized. That is, it is not necessary to provide a complicated configuration for superimposing the AC signal, and it is only necessary to provide a configuration for adding a DC potential and to have different DC potential information for each axis.

以上、図3〜図6に示したように、重畳信号SmAと重畳信号SmBとにおいて、交流信号の位相、交流信号の振幅、交流信号の直流電位、および直流信号の電圧のいずれかが、互いに異なるように構成しても、PWM制御信号PwAの立上りタイミングtraとPWM制御信号PwBの立上りタイミングtrbとは異なったタイミングとなっている。同様に、PWM制御信号PwAの立下りタイミングtfaとPWM制御信号PwBの立下りタイミングtfbとも異なったタイミングとなっている。   As described above, as shown in FIGS. 3 to 6, in the superimposed signal SmA and the superimposed signal SmB, any one of the phase of the AC signal, the amplitude of the AC signal, the DC potential of the AC signal, and the voltage of the DC signal is mutually Even when configured differently, the rise timing tra of the PWM control signal PwA and the rise timing trb of the PWM control signal PwB are different timings. Similarly, the falling timing tfa of the PWM control signal PwA and the falling timing tfb of the PWM control signal PwB are different timings.

以上のように、図2〜図6のいずれの構成にしても、複数軸を同期制御する構成でのサーボロック時において、PWM制御信号PwAとPWM制御信号PwBとのスイッチングのタイミングがずれており、複数軸が同時にスイッチングすることによるノイズの増加を防ぐ効果を得ることができる。   As described above, in any of the configurations of FIGS. 2 to 6, the timing of switching between the PWM control signal PwA and the PWM control signal PwB is deviated at the time of servo lock in the configuration in which a plurality of axes are synchronously controlled. The effect of preventing an increase in noise due to simultaneous switching of a plurality of axes can be obtained.

なお、以上の説明では、制御ユニット31を上述のような各機能ブロックにより構成した例を挙げて説明したが、例えば、上述したようなDSPやマイクロコンピュータのソフトウェアで実現することも可能である。すなわち、プログラムのような処理手順に基づく処理で行うような構成であってもよい。この場合、より具体的には、図1の制御部19、指令信号生成部11およびPWM信号生成部10の機能をプログラムとしてメモリなどに記憶させ、制御部19をDSPやマイクロコンピュータで具現化してそのプログラムを実行するような構成とし、そのプログラムに基づくモータ駆動方法を実行する構成とすればよい。   In the above description, the example in which the control unit 31 is configured by the above functional blocks has been described. However, for example, the control unit 31 may be realized by the above-described DSP or microcomputer software. That is, a configuration in which processing is performed based on a processing procedure such as a program may be used. In this case, more specifically, the functions of the control unit 19, the command signal generation unit 11 and the PWM signal generation unit 10 in FIG. 1 are stored as programs in a memory or the like, and the control unit 19 is embodied by a DSP or a microcomputer. What is necessary is just to set it as the structure which performs the program and to perform the motor drive method based on the program.

図7は、本実施の形態におけるモータ駆動方法の手順の一例を示すフローチャートである。ここでは、制御部19が、指令信号生成部11およびPWM信号生成部10の機能も実現するような例を挙げて説明する。   FIG. 7 is a flowchart showing an example of the procedure of the motor driving method in the present embodiment. Here, an example will be described in which the control unit 19 also realizes the functions of the command signal generation unit 11 and the PWM signal generation unit 10.

図7において、本モータ駆動方法の処理を開始すると、制御部19は、モータが所定の駆動量よりも小さい低駆動の状態であるかどうかを判定する(ステップS70)。   In FIG. 7, when the process of this motor driving method is started, the control unit 19 determines whether or not the motor is in a low driving state smaller than a predetermined driving amount (step S70).

次に、制御部19は、低駆動の状態であると判定(YES)すると、他の制御ユニット31とは異なった信号である重畳信号Smを、指令信号Sdに重畳する(ステップS72)。すなわち、上述のように、例えば、制御ユニット31Aでは、制御ユニット31Bで重畳される重畳信号SmBとは異なった重畳信号SmAを、指令信号Sdに重畳する。   Next, if the control part 19 determines with it being in the low drive state (YES), the superimposition signal Sm which is a signal different from the other control unit 31 will be superimposed on the command signal Sd (step S72). That is, as described above, for example, the control unit 31A superimposes the superimposed signal SmA different from the superimposed signal SmB superimposed on the control unit 31B on the command signal Sd.

逆に、制御部19は、低駆動の状態ではないと判定(NO)すると、ゼロの重畳信号Smを指令信号Sdに重畳する(ステップS74)。なお、当然のことながら、ゼロの重畳信号Smを重畳するのに変えて、重畳するステップを飛ばしてステップS76に進むような手順などでもよい。   Conversely, when the control unit 19 determines that the low drive state is not set (NO), the control unit 19 superimposes a zero superimposition signal Sm on the command signal Sd (step S74). As a matter of course, instead of superimposing the zero superimposition signal Sm, a procedure of skipping the superimposing step and proceeding to step S76 may be used.

次に、制御部19は、指令信号Sdに重畳信号Smを重畳させた重畳後指令信号Sdmと、制御ユニット31間で同期させた三角波のキャリア信号Scとを比較してPWM制御信号Pwを生成する(ステップS76)。この生成したPWM制御信号Pwがインバータ20に出力される。   Next, the control unit 19 generates a PWM control signal Pw by comparing the post-superimposition command signal Sdm obtained by superimposing the superposition signal Sm on the command signal Sd and the triangular wave carrier signal Sc synchronized between the control units 31. (Step S76). The generated PWM control signal Pw is output to the inverter 20.

次に、制御部19は、処理を終了するかどうか判定し、処理を終了しない場合はステップS70に戻り、処理を終了しない場合は処理を終了する(ステップS78)。   Next, the control unit 19 determines whether or not to end the process. If the process is not ended, the process returns to step S70, and if the process is not ended, the process ends (step S78).

制御ユニット31が、以上のようなモータ駆動方法を実行するDSPやマイクロコンピュータを備えた構成とすることによっても、複数軸を同期制御する構成でのサーボロック時において、複数軸間でのインバータのスイッチングタイミングは重ならない。このため、多軸のモータ制御装置における伝導ノイズや放射ノイズの増大を抑制することができる。なお、本モータ制御方法において、より詳細な構成については、図1に基づいて説明した構成などと同様であってよい。例えば、ステップS72での重畳信号Smとしては、交流信号の周波数、交流信号の位相、交流信号の振幅、交流信号の直流電位、および直流信号の電圧のいずれかがモータ制御ユニット31間で異なるような信号でよい。   Even when the control unit 31 is configured to include a DSP or a microcomputer that executes the motor driving method as described above, at the time of servo lock in a configuration in which multiple axes are synchronously controlled, the inverters between the multiple axes can be controlled. Switching timing does not overlap. For this reason, increase in conduction noise and radiation noise in the multi-axis motor control device can be suppressed. In the motor control method, a more detailed configuration may be the same as the configuration described based on FIG. For example, as the superimposed signal Sm in step S72, any one of the frequency of the AC signal, the phase of the AC signal, the amplitude of the AC signal, the DC potential of the AC signal, and the voltage of the DC signal is different between the motor control units 31. A simple signal.

また、図2〜図6では、周波数、位相、振幅、直流電位をそれぞれ1つのみ変更したが、同時に複数変化させても同様の効果が得られることは言うまでもない。   2 to 6, only one frequency, phase, amplitude, and direct current potential are changed, but it goes without saying that the same effect can be obtained even if a plurality of changes are made simultaneously.

ところで、軸ごとに異なる重畳信号Smを設定する際、予め十分考慮してそれら信号を設定すれば、複数軸のスイッチングのタイミングを完全にずらすことが可能である。すなわち、重畳信号Smとして、複数軸のスイッチングタイミングが重ならないように、周波数や位相、振幅、直流電位を設定した交流信号、または直流信号とした信号とすればよい。   By the way, when setting different superimposed signals Sm for each axis, if these signals are set with sufficient consideration in advance, it is possible to completely shift the switching timing of a plurality of axes. That is, the superimposed signal Sm may be an AC signal in which a frequency, a phase, an amplitude, and a DC potential are set, or a signal that is a DC signal so that the switching timings of a plurality of axes do not overlap.

複数軸の重畳後指令信号Sdmがどのタイミングでも同じ値にならないように設定できれば、原理的に複数軸が同時にスイッチングすることはない。最も簡単な方法は、図5、図6で示したように、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとの直流電位を大きくずらすことである。この手段によれば、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとがどのタイミングでも交差しないようにできる。   In principle, the multiple axes do not switch at the same time if they can be set so that the post-superimposition command signal Sdm does not have the same value at any timing. As shown in FIGS. 5 and 6, the simplest method is to largely shift the DC potential between the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB. According to this means, the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB can be prevented from intersecting at any timing.

また、重畳信号Smとして、複数軸のスイッチングタイミングが重ならないように、周波数や位相、振幅、直流電位を設定した交流信号、または直流信号とした信号としてもよい。   Further, the superimposed signal Sm may be an AC signal in which frequency, phase, amplitude, and DC potential are set, or a signal that is a DC signal so that the switching timings of a plurality of axes do not overlap.

また、複数軸の重畳後指令信号Sdmがどのタイミングでも同じ値にならないように、周波数や位相、振幅、直流電位を定めた交流信号を設定する構成として、次のようにしてもよい。すなわち、キャリア信号Scと重畳後指令信号Sdmとを同期させる方法も考えられる。既に述べたように、マイクロコンピュータで重畳後指令信号Sdmを生成する場合、各信号をディジタル処理するため、値を連続的に変えるのではなく、キャリア信号Scの山、谷のタイミングで値を更新することが多い。   In addition, the following configuration may be adopted in which an AC signal in which a frequency, a phase, an amplitude, and a DC potential are set is set so that the command signal Sdm after superimposing a plurality of axes does not have the same value at any timing. That is, a method of synchronizing the carrier signal Sc and the post-superimposition command signal Sdm is also conceivable. As described above, when the post-superimposition command signal Sdm is generated by the microcomputer, each signal is digitally processed, so that the value is not continuously changed, but the value is updated at the peak and valley timings of the carrier signal Sc. Often to do.

このことを利用し、キャリア信号Scの山、谷で複数軸の重畳後指令信号Sdmが交差しないようにする。その例を図8に示す。図2と同様、重畳後指令信号SdmBは重畳後指令信号SdmAの倍の周波数の信号としており、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとが交差するタイミングと、キャリア信号Scの山、谷の位置とをずらしている。実際に、マイクロコンピュータで設定される重畳後指令信号SdmA、SdmBの波形を図9に示す。重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとはどのタイミングでも同値にならないことが分かる。   Utilizing this fact, the command signal Sdm after superimposing a plurality of axes is prevented from crossing at the peaks and valleys of the carrier signal Sc. An example is shown in FIG. As in FIG. 2, the post-superimposition command signal SdmB is a signal having a frequency twice that of the post-superimposition command signal SdmA, the timing at which the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB intersect, and the peaks and valleys of the carrier signal Sc The position is shifted. FIG. 9 shows waveforms of post-superimposition command signals SdmA and SdmB actually set by the microcomputer. It can be seen that the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB are not the same value at any timing.

また、重畳後指令信号SdmAと重畳後指令信号SdmBとを同値にしない他の手段として、上位装置40で重畳する値を監視し、複数軸で重畳後指令信号Sdmが同値になる場合は値を少量ずらす、等の手段も考えられる。   Further, as another means for not making the post-superimposition command signal SdmA and the post-superimposition command signal SdmB the same value, the superposed value is monitored by the host device 40, and if the post-superimposition command signal Sdm has the same value for a plurality of axes, the value is set. Means such as shifting a small amount are also conceivable.

なお、既に前述したように、上記実施の形態においては、サーボロック時を想定し説明したが、本発明をサーボロック時に限定するものではない。低速回転時や低トルク動作時にU〜W相がほぼ同じタイミングでスイッチングする際も適用できる。   As described above, the above embodiment has been described assuming that the servo is locked. However, the present invention is not limited to the servo lock. It can also be applied when the U to W phases are switched at substantially the same timing during low-speed rotation or low torque operation.

また、上記実施の形態においては、重畳信号生成部12で発生させる重畳信号Sm(重畳後指令信号Sdm)の波形が正弦波である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、三角波や矩形波、鋸歯状波としてもよい。これによっても、軸ごとに異なる信号であれば、スイッチングのタイミングをずらす効果は発生させることができる。   In the above embodiment, the case where the waveform of the superimposition signal Sm (post-superimposition command signal Sdm) generated by the superimposition signal generation unit 12 is a sine wave has been described. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, a rectangular wave or a sawtooth wave may be used. Even in this case, the effect of shifting the switching timing can be generated if the signals are different for each axis.

また、上記実施の形態においては、2軸の同期制御について説明したが、3軸以上の同期制御でも同様の考え方を適用することができる。   In the above embodiment, the two-axis synchronous control has been described. However, the same concept can be applied to three-axis or more synchronous control.

また、上記実施の形態においては、PWM信号生成部10をモータ制御装置に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の任意のインバータをPWM制御し、複数軸を同期制御する装置に本発明を適用することも可能である。   In the above-described embodiment, the case where the PWM signal generation unit 10 is applied to the motor control device has been described. However, the present invention is not limited to this, and other arbitrary inverters are PWM controlled to synchronize a plurality of axes. It is also possible to apply the present invention to a device to be controlled.

本発明によれば、複数軸のスイッチングのタイミングを特にデメリットなくずらし、ノイズの増加を抑えることができ、かつ、デューティ変調による放射ノイズのピーク強度低減効果も同時に得られる。このため、複数のインバータを同期してPWM制御する装置、とりわけサーボロックというU〜W軸のスイッチングタイミングが完全に重なる状態が存在するモータ制御装置において、特に有用である。   According to the present invention, the switching timing of a plurality of axes can be shifted with no particular demerit, an increase in noise can be suppressed, and the effect of reducing the peak intensity of radiation noise by duty modulation can be obtained at the same time. Therefore, the present invention is particularly useful in a device that performs PWM control in synchronization with a plurality of inverters, particularly in a motor control device in which there is a state in which the switching timings of the U to W axes, such as servo lock, completely overlap.

10,10A,10B PWM信号生成部
11,100 指令信号生成部
12,12A,12B,102 重畳信号生成部
14,104 重畳信号加算部
16,106 キャリア信号生成部
18,108 比較部
19 制御部
20,110 インバータ
21,21A,21B モータ
30 モータ制御装置
31,31A,31B モータ制御ユニット
32 電源
33 タイミング生成部
40 上位装置
50 モータ制御システム
10, 10A, 10B PWM signal generation unit 11, 100 Command signal generation unit 12, 12A, 12B, 102 Superimposition signal generation unit 14, 104 Superimposition signal addition unit 16, 106 Carrier signal generation unit 18, 108 Comparison unit 19 Control unit 20 , 110 Inverter 21, 21A, 21B Motor 30 Motor control device 31, 31A, 31B Motor control unit 32 Power source 33 Timing generator 40 Host device 50 Motor control system

Claims (9)

上位装置からの動作指令に基づき1軸を制御するモータ制御ユニットを複数有し、前記複数のモータ制御ユニットにより、2軸以上のモータを同期して制御するモータ制御装置であって、
前記モータ制御ユニットのそれぞれは、
前記モータの動作制御を行う制御部と、
前記制御部の動作制御に基づき前記モータの動作を指令するための指令信号を生成する指令信号生成部と、
前記指令信号に基づきパルス幅変調されたPWM制御信号を生成するPWM信号生成部と、
前記PWM制御信号によりスイッチング素子をスイッチングすることで、前記モータを駆動する駆動電圧を生成するインバータとを備え、
前記PWM信号生成部のそれぞれは、
前記指令信号に重畳させる重畳信号を生成する重畳信号生成部と、
三角波であるキャリア信号を生成するキャリア信号生成部と、
前記指令信号と前記重畳信号とを加算する加算部と、
前記加算部から出力される重畳後指令信号と前記キャリア信号とを比較して前記PWM制御信号を生成する比較部とを備え、
前記重畳信号は、前記複数のモータ制御ユニットが制御する軸ごとに異なる信号であることを特徴とするモータ制御装置。
A motor control device that has a plurality of motor control units that control one axis based on an operation command from a host device, and controls two or more motors in synchronization with the plurality of motor control units,
Each of the motor control units is
A control unit for controlling the operation of the motor;
A command signal generating unit that generates a command signal for commanding the operation of the motor based on the operation control of the control unit;
A PWM signal generator that generates a PWM control signal that is pulse-width modulated based on the command signal;
An inverter that generates a driving voltage for driving the motor by switching a switching element according to the PWM control signal;
Each of the PWM signal generators is
A superimposition signal generation unit that generates a superimposition signal to be superimposed on the command signal;
A carrier signal generator for generating a carrier signal that is a triangular wave;
An adder for adding the command signal and the superimposed signal;
A comparison unit that compares the post-superimposition command signal output from the addition unit and the carrier signal to generate the PWM control signal;
The motor control apparatus, wherein the superimposed signal is a signal that is different for each axis controlled by the plurality of motor control units.
前記重畳信号は、
前記軸ごとに周波数が異なる交流信号、前記軸ごとに位相が異なる交流信号、前記軸ごとに振幅が異なる交流信号、前記軸ごとに直流電位が異なる交流信号、および、前記軸ごとに異なる直流信号の少なくともいずれかの信号であることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
The superimposed signal is
AC signals having different frequencies for each axis, AC signals having different phases for each axis, AC signals having different amplitudes for each axis, AC signals having different DC potentials for each axis, and DC signals different for each axis The motor control device according to claim 1, wherein the signal is at least one of the following signals.
前記重畳信号は、複数軸のスイッチングのタイミングが重ならないように、周波数、位相、振幅、直流電位のうち少なくとも1つを設定した信号であることを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 3. The motor control device according to claim 2, wherein the superimposed signal is a signal in which at least one of frequency, phase, amplitude, and DC potential is set so that switching timings of a plurality of axes do not overlap. . 前記重畳信号は、前記キャリア信号の特定の位置で、複数軸のスイッチングのタイミングが重ならないように、周波数、位相、振幅、直流電位のうち少なくとも1つを設定した信号であることを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 The superimposed signal is a signal in which at least one of a frequency, a phase, an amplitude, and a direct current potential is set so that switching timings of a plurality of axes do not overlap at a specific position of the carrier signal. The motor control device according to claim 2. 前記キャリア信号の特定の位置は、キャリア信号が最大値を取るタイミング、最小値を取るタイミング、および最大値と最小値のどちらかを取るタイミングのいずれかのタイミングであることを特徴とする請求項3に記載のモータ制御装置。 The specific position of the carrier signal is any one of a timing at which the carrier signal takes a maximum value, a timing at which the carrier signal takes a minimum value, and a timing at which either the maximum value or the minimum value is taken. 3. The motor control device according to 3. 前記制御部は、前記モータが低駆動の状態であるかどうかを判定し、その判定の結果を示す動作判定信号を前記重畳信号生成部に出力し、
前記重畳信号生成部は、前記動作判定信号に基づき、前記モータが低駆動の状態であるときに、前記重畳信号を前記加算部に出力することを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。
The control unit determines whether or not the motor is in a low drive state, and outputs an operation determination signal indicating a result of the determination to the superimposed signal generation unit,
2. The motor control device according to claim 1, wherein the superimposition signal generation unit outputs the superimposition signal to the addition unit when the motor is in a low drive state based on the operation determination signal. .
前記モータ制御ユニットのそれぞれで生成されるキャリア信号は、それぞれ同期していることを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 The motor control device according to claim 1, wherein carrier signals generated by each of the motor control units are synchronized with each other. 請求項1から7のいずれか1項に記載のモータ制御装置と、
前記モータ制御装置に前記動作指令を伝送する前記上位装置と、
前記モータ制御装置によって制御される2軸以上の前記モータとを備えたことを特徴とするモータ制御システム。
The motor control device according to any one of claims 1 to 7,
The host device for transmitting the operation command to the motor control device;
A motor control system comprising two or more motors controlled by the motor control device.
上位装置からの動作指令に基づきモータの動作を指令するための指令信号を生成し、前記指令信号に基づきパルス幅変調されたPWM制御信号を生成し、前記PWM制御信号によりインバータのスイッチング素子をスイッチングして生成した駆動電圧をモータに印加することで1軸を制御するモータ制御ユニットを複数有し、前記複数のモータ制御ユニットにより、2軸以上のモータを同期して制御するモータ制御装置のモータ制御方法であって、
前記モータが所定の駆動量よりも小さい低駆動の状態であるかどうかを判定するステップと、
前記低駆動の状態であると判定したとき、前記指令信号に前記モータ制御ユニット間で異なった信号である重畳信号を重畳するステップと、
前記指令信号に前記重畳信号を重畳させた信号である重畳後指令信号と、前記モータ制御ユニット間で同期させた三角波のキャリア信号とにより、前記PWM制御信号を生成するステップとを備えたことを特徴とするモータ制御方法。
Generates a command signal for commanding the motor operation based on the operation command from the host device, generates a PWM control signal that is pulse width modulated based on the command signal, and switches the switching element of the inverter by the PWM control signal A plurality of motor control units that control one axis by applying the drive voltage generated in this way to the motor, and the motor of the motor control apparatus that controls two or more axes of motors synchronously with the plurality of motor control units A control method,
Determining whether the motor is in a low drive state smaller than a predetermined drive amount;
Superimposing a superposition signal that is a different signal between the motor control units on the command signal when it is determined that the low drive state;
Generating the PWM control signal from a post-superimposition command signal, which is a signal obtained by superimposing the superposition signal on the command signal, and a triangular wave carrier signal synchronized between the motor control units. A motor control method.
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