KR890004313B1

KR890004313B1 - Arrangement for starting servo motor

Info

Publication number: KR890004313B1
Application number: KR1019870005117A
Authority: KR
Inventors: 홍진우
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 안시환
Priority date: 1987-05-22
Filing date: 1987-05-22
Publication date: 1989-10-30
Also published as: KR880014729A

Abstract

The driver includes a three phase ROM table (40) for deciding currents of U,V,W electrodes for making maximum torque utilizing digitized phase signals, an adder (A1) for adding output signals of a speed detector (20) and primary PI controller (P1C) for detecting error between output signal of a position detector (30) and speed instruction signal of a position controller (PC), a secondary P1 controller (60) for transmitting standard speed instruction signal, an adder (A2-4) for adding output signals of a current detector (50) and accumulators (M1-3), and an amplifier (70) for deciding current for resp. phases.

Description

AC Servo Motor Driver

제1도는 본 발명에 따른 회로도.1 is a circuit diagram according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

M : 교류서보모터 R : 레졸바M: AC servo motor R: Resolva

10 : 레졸바 여자회로 20 : 속도 검출회로10: resolba excitation circuit 20: speed detection circuit

30 : 위상검출회로 40 : 3위상롬테이블30: phase detection circuit 40: 3 phase ROM table

50 : 전류감지회로 60 : P1제어기50: current sensing circuit 60: P1 controller

70 : 전류증폭기 80 : 삼각파 발생회로70: current amplifier 80: triangle wave generator circuit

90 : PWM 발생회로90: PWM generating circuit

130 : 인버터,100-120: 제1-3게이트드라이브,A1-A4 : 가산기130: inverter, 100-120: 1-3 gate drive, A1-A4: adder

M1-M3 : 누산기M1-M3: Accumulator

본 발명은 서보(SERVO)모터의 드라이버(DRIVER)에 관한 것으로,특히 로보트와 수치제어 공작기계에서 브러쉬가 필요없고 고정자 전원을 필요로 하는 교류모터를 사용하여 고정자 전류제어에 의해 고효율 운전이 가능하토록 한 교류서보모터 드라이버 회로에 관한 것이다.The present invention relates to a driver (SERVR) of a servo motor, and particularly high efficiency operation is possible by stator current control using an AC motor that does not require a brush and requires a stator power in a robot and a numerically controlled machine tool. It relates to an AC servo motor driver circuit.

일반적으로 전기적 서보모터중 가장 널리 쓰이고 있는 것은 DC서보모터이나 브러쉬를 사용해야 하므로 정기적으로 브러쉬의 교환이 필요하다는 단점이 있었다. 이에 반해 AC서보모터는 브러쉬가 없으므로 보수유지면에서 유리하나 그 제어방법이 매우 복잡하였다.In general, the most widely used among the electric servomotors have to use a DC servo motor or a brush, there is a disadvantage that the brush needs to be replaced regularly. On the other hand, AC servo motor is advantageous in maintenance ground because it does not have brush, but its control method is very complicated.

최근 반도체 기술의 발달로 AC서보모터를 DC서보모터와 같은 특성을 같도록 제어할 수 있게 되었다. 그리고 AC서보모터의 제어를 위해서는 회전자의 위치를 검출할 필요가 있으므로 위치 검출기로서 레졸바가 많이 사용되고 있다.Recent developments in semiconductor technology have made it possible to control AC servomotors to have the same characteristics as DC servomotors. In order to control the AC servo motor, it is necessary to detect the position of the rotor, and thus, a resolva is frequently used as a position detector.

상기 AC서보모터를 제어하는아나로그 방식을 구체적으로 설명해보면 NC장치로 부터의 지령은 디지탈양의 전기 펄스로 주어지는데 서보기구로에의 입력지령으로서 D/A변환기 (DIGITAL TO ALALOG CONVERTER)를 사이에 두고 아나로그 양으로 주는 방식을 아나로그 서보라 한다.The analog method of controlling the AC servo motor will be described in detail. The command from the NC device is given by a digital amount of electric pulses, and a digital to analog converter is used as an input command to the servo mechanism. The method of giving the amount of analog and the amount of analog is called analog servo.

NC로부터의 입력지령 펄스는 D/A변환기를 거쳐 아나로그 전압으로서 정(精), 중(中),조(祖)의 고정 전선에 입력수치에 대응한 크기로 주어진다.The input command pulses from the NC are given as magnitudes corresponding to the input values to the fixed, medium, and trillion fixed wires as analog voltages via the D / A converter.

각각의 레졸바 회전자 권선의 출력전압은 어느 회전각도가 되었을 때에만 제로(0)가 된다. 따라서 이를 간단히 설명하면 입력지령에 대하여 조 레졸부가 폐쇄회로가 되도록 전자 스위치가 작용하고,다음에 그 제어편차가 작어져 중 레졸부가 폐쇄회로가 되도록 작용하며, 제어 편차가 다시 작아지면 정 레졸부가 닫히도록 스위칭 작용을 한다.The output voltage of each resolver rotor winding is zero only at any rotational angle. Therefore, to explain this briefly, the electronic switch acts so that the co-sol part becomes a closed circuit with respect to the input command, and then the control deviation becomes small so that the resol part becomes a closed circuit. Switching action to close the sol portion.

아나로그 서보 방식은 물리량의 연속적인 값이 제어신호로 들어가므로 얼마든지 정밀한 제어가 될 수 있도록 생각되나 실제로는외적, 내적 여러조건의 변동이나 노이즈에 의한 오차를 작게 하기 위해서는 대단히 값비싼 장치가 되는 결점이 있었다.The analog servo method is thought to be able to control precisely as the continuous value of the physical quantity enters the control signal, but in reality, it is a very expensive device to reduce the error caused by the fluctuations of external and internal conditions and noise. There was a flaw.

따라서 본 발명의 목적은 위치센서인 레졸바에 의해 모터의 정확한 위치 검출로 운전제어 신호를 발생하여 리플을 줄이며 토오크를 크게 하도록 간단히 구성하여 수치제어 기계나 로보트 등의 서보기계에 널리 사용할 수 있는 교류서보 모터 드라이버를 제공함에 있다.Therefore, an object of the present invention is to generate an operation control signal by accurately detecting the position of the motor by the position sensor resolba, and to simply configure the motor to reduce the ripple and increase the torque. In providing a motor driver.

본 발명의 또 다른 목적은 회전자가 영구자석인 3상 교류 서보모토 제어에서 역률각과 토오크각을 일치시켜 속도제어를 용이하게 할수 있는 서보회로를 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to provide a servo circuit which can facilitate speed control by matching a power factor angle and a torque angle in a three-phase AC servo motor control in which a rotor is a permanent magnet.

본 발명의 또 다른 목적은 회전자가 어떤 임의의 위치에 있더라도 발생되는 토오크를 항상 최대가 되도록 정현파 전류를 공급할 수 있는회로를 제공함에 있다.Still another object of the present invention is to provide a circuit capable of supplying a sinusoidal current so that the torque generated at all times is always maximized no matter where the rotor is located at any arbitrary position.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제 1도는 본 발명에 따른 회로도로서, 교류서보모터(M)와, 상기 교류서보모터 (M)축에 고정자 권선과 회전자 권선이 기하학적으로 직각이 되게 위치하여 회전자 회전각(Q)의 Sin,Cos에 비례하는 여자 전압으로 위치를 검출하는레졸바(R)와, 상기 레졸바(R)에 Sin,Cos의 여자신호를 공급하는 레졸바(R),여자회로(10)와, 상기 레졸바(R)의 출력을 이용하여 모타 속도에 따른 선형적으로 변하는 전압값을 출력하는 속도검출회로(20)와 상기 레졸바(R)의 회전축의 회전각도를 비교하여 위상차를 검출하는 위상검출회로(30)와, 상기 위상검출호로로(30)부터 출력된 레졸바(R)의 위상검출신호를 A/D( ANALOG TO DIGITAL)변환하여 교류서보모터(M)의 U,V,W전극에 최대 토오크(TORQUE)를 낼수 있도록 회전자에 발생되는 자속을 조절하도록 흘릴 전류를 결정하도록 하는 3위상 롬테이블(40)과, 상기 전류 감지센서에 의해 교류서보모터(M)의 각상에 흐르는 전류의 크기를 검출하는 전류감지회로(50)와, 메인장치로부터의 속도지령 신호에 위상검출회로(30)로부터 피이드백되는 출력의 비교오차를 제1차로 P₁제어하여 상기 속도검출회로(20)의 출력을 가산하는 가산기(A₂)와, 상기 가산출력의 오차를 2차로 P₁제어하여 속도지령 기본신호로 출력하는 P₁제어기(60)와, 상기 P₁제어기(60)의 출력에 상기 3위상 롬테이블(40)의 출력값을 곱하느 누산기(M₁-M₂)와,상기 누산기(M₁-M₃)의 출력과 상기 전류감지회로(50)의 출력을 가산하는 가산기(A₂-A₄)와, 상기 각상에 대응하는 가산기(A₂-A₄)의 출력을 교보서보모터(M)의 각상에 흘려줘야 할 전류를 결정하는 전류증폭기(70)와, 멀티플라잉 정전류원방식의 디지탈/아나로그 변환에 의해 구형파를 직분하여 삼각파를 발생하는 삼각파 발생회로(80)와, 상기 전류증폭기(70)의 출력과 상기 삼각파 발생회로(80)의 삼각파에 의한 PWM신호를 발생하는 PWM발생회로(90)의 출력으로부터 각상에 따른 PWM데이타를 드라이빙하는 제1-제3게이트 드라이버(100-120)와, 상기 제1-3게이트 드라이버(100-120)의 각상 출력PWM신호에 따라 스위칭하여 전원을 쵸핑한후 교류 서보모터(M)에 전원을 공급하는 인버터(130)로 구성된다.1 is a circuit diagram according to the present invention, the AC servo motor (M), the stator winding and the rotor winding on the AC servo motor (M) axis is positioned so that the geometrically perpendicular to the Sin of the rotor rotation angle (Q) , Resolba (R) for detecting position with an excitation voltage proportional to Cos, Resolba (R), Excitation circuit (10), and Resistor (S) for supplying excitation signals of Sin and Cos to the resolba (R). The phase detection circuit 20 detects the phase difference by comparing the rotation angle of the rotation axis of the resol bar R with the speed detection circuit 20 for outputting a voltage value that varies linearly with the motor speed using the output of the sol bar R. (30) and A / D (analog to digital) conversion of the phase detection signal of the resolver (R) output from the phase detection circuit (30) to the U, V, W electrodes of the AC servomotor (M). A three-phase romtable 40 for determining the current to flow to adjust the magnetic flux generated in the rotor to produce the maximum torque; And a current sensing circuit 50 for detecting the magnitude of the current flowing in each phase of the AC servo motor M by the current sensing sensor, and an output fed back from the phase detection circuit 30 to the speed command signal from the main device. An adder (A ₂ ) which adds the output of the speed detection circuit 20 by controlling the comparison error of P ₁ as a first order, and P _{1 which} controls the error of the addition output P ₁ in a second order and outputs it as a speed command basic signal. ₁ controller 60, an accumulator M ₁ -M ₂ multiplying the output of the P ₁ controller 60 by the output value of the three-phase ROM table 40, and the accumulators M ₁ -M ₃ . an adder (a ₂ -A ₄₎ for adding the output of the output and the current sensing circuit 50, and flowing the output of the adder (a ₂ -A ₄₎ corresponding to said each phase Kyobo in each phase of the servomotor (M) The square wave is directly divided by the current amplifier 70 for determining the current to be supplied and the digital / analog conversion of the multiplying constant current source method. From the triangle wave generator circuit 80 for generating triangular waves and the output of the current amplifier 70 and the PWM generator circuit 90 for generating PWM signals by the triangle waves of the triangle wave generator circuit 80. AC servo motor (M) after chopping the power by switching according to the first-third gate driver 100-120 for driving PWM data and the output PWM signal of each phase of the 1-3 gate driver 100-120 It is composed of an inverter 130 for supplying power.

상기에서 상술하지 않은 메인보드(MB)와 위치제어(PC)및 P₁제어기(P₁C)는 로보트 시스템의 제어장치에 해당된다.The above-mentioned main board MB, position control PC, and P ₁ controller P ₁ C correspond to the control system of the robot system.

따라서 본 발명의 구체적 일실시예를 제 1도를 참조하여 상세히 설명한다.Therefore, a specific embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

메인보드(MB)에서 속도제어 신호를 출력하여 위치제어기(PC)로 입력되면 위상검출회로(30)의 출력값과 비교하여 위치에 따른 속도지령신호를 출력한다.When the speed control signal is output from the main board MB and input to the position controller PC, the speed command signal according to the position is output by comparing with the output value of the phase detection circuit 30.

상기 속도지령신호를 P₁제어기(P₁C)에서 위치검출회로(30)의 검출값과 비교하여 오차를 검출하여 P₁제어한 후 기본정보를 출력한다. 이어서 속도검출회로(20)로부터 감지된 값(-)과 가산기(A₁)에서 가산하여 다음 단의 P₁제어기(60)로 입력된다. P₁제어기(60)는 제어지령 전압과 속도검출회로(20)로부터 출력된 전압과의 오차를 P₁제어하에 속도제어를 위한 기본정보를 출력(+)한다.The speed command signal is compared with the detection value of the position detection circuit 30 by the P ₁ controller P ₁ C to detect an error and control P _1, and then output basic information. Subsequently, the detected value (−) from the speed detecting circuit 20 and the adder A ₁ are added to the next stage P ₁ controller 60. The P ₁ controller 60 outputs (+) basic information for speed control under the control of P ₁ by the error between the control command voltage and the voltage output from the speed detection circuit 20.

상기 출력 속도지령 기본신호는 위상검출회로(30)에서 출력된 검출신호에 의해 3위상 롬테이블(40)의 어드레스로 입력되어 회전축의 기준축에 대한 Q변위값부터 Q+120, Q+240 값으로 회전자 자속과 전기자속에 의한 최대 토오크 데이타를 출력하여 아나로그 신호로 변환된다. 즉, 회전자가 어떤 임의의 위치에 존재하더라도 발생되는 토오크는 최대가 되도록 롬(ROM ; READ ONLY MEMORY)의 데이타를 독출하여 정현파의 전류로 공급한다.The output speed command basic signal is input to the address of the three-phase ROM table 40 by the detection signal output from the phase detection circuit 30, and the values of Q + 120 and Q + 240 from the Q displacement value of the reference axis of the rotation axis. As a result, the maximum torque data by the rotor flux and the electric flux is output and converted into an analog signal. That is, even if the rotor is present at any arbitrary position, the generated torque is read out and supplied as a sinusoidal current so that the ROM (READ ONLY MEMORY) data is maximized.

이신호를 누산기(M₁-M₃)에서 속도지령 기본신호와 곱하여 각상에 대한 가산기(A₂-A₄)로입력되면 전류감지회로(50)의 출력(-)값과 가산된다. 상기 가산기(A₂-A₄)의 출력을 전류증폭기(70)에서 증폭하여 PWM발생회로(90)로 입력하면 삼각파 발생회로(80)의 삼각파 발생신호와 상기 전류증폭기(70)의 출력을 비교하여 PWM파가 발생된다. 상기 PWM파를 제1-제3게이트 드라이버(100-120)에서 드라이빙하여 인버터 회로(130)로 입력하면 PWM신호에 따라 스위칭하며 교류서보모터(M)에 인가되는 교류전원을 쵸핑한다. 이때 최대 효율을 갖는 최적전압을 공급하도록 되어지는데 교류서보모터(M)는 초기기동시 P1제어로 정상 응답 속도를 줄이도록 한다.즉, 교류서보모터(M)구동시 동일측에 설치된 레졸바(R)의 회전자 코일이 회전되어 고정자코일에서 위상차(Q)을 검출하고 속도 검출회로(20)에서 속도를 검출하여 피이드백된후 오차를 P₁제어하고 고정된 롬 데이타로 아나로그 신호를 발생하여 리플을 줄이고 최대 토오크를 발생한다.When this signal is multiplied by the speed command basic signal from the accumulators M ₁ -M ₃ and input to the adders A ₂ -A ₄ for each phase, the signal is added to the output (-) of the current sensing circuit 50. When the outputs of the adders A ₂ -A ₄ are amplified by the current amplifier 70 and input to the PWM generation circuit 90, the triangle wave generation signal of the triangle wave generation circuit 80 is compared with the output of the current amplifier 70. PWM wave is generated. When the PWM wave is driven by the first to third gate drivers 100-120 and input to the inverter circuit 130, the PWM wave is switched in accordance with the PWM signal and the AC power applied to the AC servo motor M is chopped. At this time, the optimum voltage with the maximum efficiency is to be supplied. The AC servo motor (M) reduces the normal response speed by the P1 control at the initial startup. That is, when the AC servo motor (M) is driven, the resolver ( R) of the rotor is an electromagnetic coil is rotated generates the analogue signal then the feedback error by detecting a phase difference (Q) in the stator coil, and detects the speed from the speed detecting circuit 20 to the P ₁ control and fixed-ROM data This reduces ripple and generates maximum torque.

상기 레졸바(R)는 레졸바 여자회로(10)에 의해 Sin wt, Cos wt의 여자신호를 상기 레졸바(R)코일에 인가하여 교류 서보모터(M)의 회전에 따라 레졸바(R)로부터 계속 위상검출회로(30)에서 위상차를 검출할 수 있다. 그리고 속도검출회로(20)에서는 계속속도를 검출할수 있어 운전되는 교류서보모터(M)에서 흐르는 검출전류와 오차를 P₁제어한 기본 정보에 의해 PWM파를 발생한다. 이에따라 최적 교류전원을 쵸핑하여 공급한다.The resolver (R) applies the excitation signals of Sin wt and Cos wt to the resolver (R) coil by the resolba excitation circuit 10 to respond to the rotation of the AC servomotor (M). From this, the phase difference detection circuit 30 can detect the phase difference. In addition, the speed detection circuit 20 can detect the continuous speed and generates a PWM wave by the basic information obtained by controlling the P ₁ and the error of the detection current flowing in the AC servomotor M that is operated. Accordingly, the optimum AC power supply is chopped and supplied.

상술한 바와같이 정류기와 브러쉬가 필요없는 교류서보모터를 사용하 운전되는 교류서보모터에서 속도, 위치, 전류를 센싱하여 속도지령 기본정보와 오차를 P₁제어하고 최적이 되도록 롬데이타를 발생시켜 아나로그신호를 변환한후 변환신호 및 제어신호로 공급함으로 교류서보 모터의 제어에 리플을 제거하며 최적의 토오크를 발생하는이점이 있다.Generates a ROM data such that by sensing the speed, position, current from the AC servo motor is operated with an AC servo motor does not need a rectifier and a brush speed command basic information and error control of the P ₁ and optimized as described above, Ana By converting the log signal and supplying it as a conversion signal and a control signal, there is an advantage of generating an optimum torque by removing ripple in the control of the AC servo motor.

Claims

In a motor driver circuit having an AC servo motor (M) and a resol bar (R) for detecting a position, the stator winding and the rotor winding are geometrically perpendicular to the AC servo motor (M) side. Resistor bar (R) for detecting position with excitation voltage proportional to the rotor rotation angle (Q) external sign and cosine, and a resolba (R) excitation circuit for supplying an excitation signal of (R) sign and cosine to the resolbar (10) and the rotation angle of the rotation axis of the speed detection circuit 20 and the rotation axis of the resolver (R) using the output of the resolver (R) to output a voltage value that changes linearly with the motor speed Phase detection circuit 30 for detecting the phase difference and A / D (ANALOG TO DIGITAL) conversion of the phase detection signal of the resolver R outputted from the phase detection session to U, V of the AC servomotor M. Current to flow to adjust the magnetic flux generated in the rotor to give the maximum torque to the W electrode A three-phase ROM table 40 for determining, a current sensing circuit 50 for detecting the magnitude of the current flowing in each phase of the AC server motor M by the current sensing sensor, and a speed command signal from the main device. An adder A1 for controlling the comparison error of the output fed back from the phase detection circuit 30 to P1 first and adding the output of the speed detection circuit 20, and P1 to control the error of the addition output secondly. P1 controller 60 outputting the speed command basic signal, an accumulator M ₁ -M ₂ multiplying the output value of the three-phase ROM table 40 by the output of the P1 controller 60, and the accumulator M _1. -M ₃₎ output and the output of the adder (a ₂ -A _4), an adder (a ₂ -A ₄₎ corresponding to said each phase for adding the output of the current sensing circuit 50 ryubo servomotors (M Current amplifier 70 for determining the current to be flowed in each phase of the multi-phase digital digital / analo Triangular wave generating circuit 80 for generating triangular waves by integrating square waves by conversion, and PWM generating circuit 90 for generating PWM signals by output of the current amplifier 70 and triangular waves of triangular wave generating circuit 80. And first-to-three gate drivers 100-120 for driving the PWM data according to each phase from the output of the PWM generation circuit 90, and each-phase output PWM of the first-third gate drivers 100-120. The circuit, characterized in that consisting of an inverter (130) for supplying power to the AC server motor (M) after switching the signal according to the power supply.