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
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
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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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.
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Claims (9)
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.
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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