JP2009195087A - 回転角度位置検出装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】モータ制御システム1を、レゾルバ10とレゾルバ制御装置20とを含んで構成された回転角度位置検出装置100と、モータ200と、回転角度位置検出装置100で検出された回転角度位置の情報に基づきモータ200の動作を制御する制御装置300とを含んだ構成とし、レゾルバ制御装置20を、演算装置20eと、記憶装置20fと、第1I/F回路20gと、第2I/F回路20hとを含んだ構成とし、演算装置20eによって、第1I/F回路20gを介して取得した、レゾルバ10を組み込むモータ200に関連する機械情報を記憶装置20fに記憶保持し、該機械情報を制御装置300からの取得要求に応じて第2I/F回路20hを介して制御装置300に送信するようにした。
【選択図】図1
Description
例えば、VR(可変リラクタンス)型のレゾルバは、モータ等のアクチュエータの回転軸に回転自在に取り付けられ、ロータとステータの間のリラクタンスがロータの位置により変化し、その変化に応じた電圧のレゾルバ信号を出力する。モータ部にレゾルバを設け、そのレゾルバからの多相出力(例えば、3相)をモータを駆動制御するドライブユニット内に取り込む。ドライブユニットでは、取り込んだ多相出力信号を相変換回路により2相出力(SlN、COS)信号に変換し、このアナログの信号をR/Dコンバータ(RDC)でデジタルの信号に変換し、該変換して得られた角度データを補正データにより補正して、最終的なデジタル位置信号を得て、これに基づきモータを制御していた(例えば、特許文献1参照)。
これによって、制御装置を交換したときに、レゾルバの組み込まれた機械に固有の機械情報を制御装置に送信することで容易に両者の互換性をとるができる。従って、アクチュエータへの過剰な電流供給などによる故障や事故(焼損事故など)の発生などを低減することができる。
また、アクチュエータの能力と制御装置の能力とが合わないようなときに、機械情報によって動作前に両者の相性をチェックすることができるので、組み合わせミスによる、ドライブ能力の不足した状態での使用(モータの不回転などが発生)などを防ぐことができる。
前記機械情報受信手段で受信した機械情報を前記記憶媒体に記憶する機械情報記憶手段と、を備える。
このような構成であれば、機械情報受信手段によって、外部装置から機械情報を受信して、機械情報記憶手段によって、受信した機械情報を不揮発性の記憶媒体に記憶することができる。
これによって、アクチュエータや、レゾルバの交換などを行ったときに、外部装置を使って簡易に機械情報の更新を行うことができる。
このような構成であれば、制御装置側で、識別情報から機械情報の内容を容易に解析することができるので、機械情報の解釈ミスによる設定ミスの発生を防ぎ、レゾルバの組み込まれた機械と制御装置との互換性をより向上することができる。
このような構成であれば、機械情報が、例えば、制御の基準となる機械的な原点位置の情報、レゾルバとアクチュエータコアとの組み込み誤差による位相誤差の情報、レゾルバの出力と機械側の移動量との関係を示す情報などのアクチュエータを制御する際に必要な制御パラメータに係る情報を含む。
これによって、制御装置を交換したときに、回転角度位置検出装置の保持する機械情報を新たな制御装置に送信することで、この制御装置は、アクチュエータを制御するのに適切な制御パラーメータを用いてアクチュエータの制御を行うことができる。
これによって、制御装置を交換したときに、回転角度位置検出装置の保持する機械情報を制御装置に送信することで、事前にアクチュエータと制御装置との互換性を正確に判断することができるので、アクチュエータと制御装置との組み合わせミスの発生を低減することができる。
このような構成であれば、機械情報が、例えば、アクチュエータの修理履歴の情報や、異常発生時刻の情報などのアクチュエータの使用状態に関する情報を含む。
これによって、アクチュエータに異常が発生したときに、その異常の発生原因の究明などの異常解析処理などを容易に行うことができる。
更に、人手を介さずにレゾルバの組み込まれる機械の正確な機械情報を制御装置に送信することができるので人為的なミスの発生を防ぐことができる。
本実施の形態では、本発明に係る回転角度位置検出装置をモータの位置決めを行うシステムに適用した場合を説明する。
まず、本発明に係るモータ制御システム1の構成を図1に基づき説明する。図1は、本発明に係るモータ制御システム1の構成を示すブロック図である。
回転角度位置検出装置100は、レゾルバ10と、レゾルバ制御装置20とを含んで構成される。
レゾルバ制御装置20は、レゾルバ10に励磁信号を供給する励磁回路20aと、レゾルバ10からの電流信号を電圧信号に変換するI/V変換回路20bと、レゾルバ10から出力される3相のレゾルバ信号を2相のレゾルバ信号に変換する相変換回路20cと、アナログのレゾルバ信号をデジタルの信号に変換するRDC20dと、デジタルのレゾルバ信号に基づき回転子(モータ回転軸)の回転角度位置を検出すると共に、各回路の動作を制御する演算装置20eと、機械情報を記憶するための記憶装置20fと、外部装置からデータを受信するためのI/F回路である第1I/F回路20gと、制御装置300にデータを送信するためのI/F回路である第2I/F回路20hとを含んで構成される。
I/V変換回路20bは、各相に接続された抵抗R1、R2、R3の3つの抵抗(不図示)を有し、該3つの抵抗によって、各相の電流信号を電圧信号に変換する。
相変換回路20cは、I/V変換回路20bからの3相のレゾルバ信号を2相のレゾルバ信号(sin信号,cos信号)に変換して、RDC20cに出力する。
φA=A1+A2sinθ)・sinωt …(1)
φB={B1+B2sin(θ−2π/3)}・sinωt …(2)
φC={C1+C2sin(θ−4π/3)}・sinωt …(3)
sin信号=φA−(φB+φC)/2 …(4)
cos信号=sqr(3/4)・(φB−φC) …(5)
RDC20dは、12ビットのA/D変換器を有しており、励磁信号に同期したタイミングで相変換回路20cからのアナログの2相のレゾルバ信号を取得し、これをデジタルの角度信号φに変換して演算装置20eに出力する。
演算装置20eは、RDC20dからのデジタルの角度信号φに基づき、回転子(モータ回転軸)の回転角度位置を検出し、該検出した回転角度位置を第2I/F回路20hを介して制御装置300に出力する。
機械情報は、レゾルバ10が組み込まれる機械に関連する情報であり、以下の(1)〜(4)の情報を含む。(1)モータ200の制御処理に用いられる制御パラメータに関する情報。(2)モータ200と制御装置300との互換性をチェックするのに用いられるモータ200の性能に係る情報。(3)モータ200に発生する異常の解析に用いるモータ200の使用状態に係る情報。(4)回転角度位置検出装置100からの出力される角度信号に含まれるモータ200固有の誤差を補正するための補正情報。
例えば、レゾルバ10の回転子がカップリングやビルトイン結合などによってモータ200の出力軸に直接組み込まれる構成の場合や、モータ200が直接駆動型のモータであって、モータ200の出力軸とレゾルバ10の回転子とが共通する場合などは、機械情報は、主にモータ200に関連する情報となる。一方、伝達機構などを介してアクチュエータの回転力がレゾルバ10の回転子に伝達される場合は、モータ200に関連する情報に加え、伝達機構に関する情報なども機械情報に含まれる。
演算装置20eは、これら機械情報を、図2に示すように、内部番号と、パラメータの設定値と、識別情報(機械情報の内容(意味))とを対応付けて記憶装置20fに記憶するようになっている。つまり、制御装置300において、対応付けられた識別情報の内容を解釈することで各機械情報を識別することができるようにしている。
更に、演算装置20eは、断線検出回路20kからの断線検出信号に基づき、断線が確認された場合に異常出力信号を生成し、これを第2I/F回路20hを介して制御装置300に出力する。
第2I/F回路20hは、RS422ドライバを有するBISS(Bidirectional Serial Sensor Interface)回路などのセンサI/F回路、RS232Cドライバを有するUARTなどのシリアルI/F回路、USBI/F回路、IEEE1394I/F回路などのデータ通信を行う制御装置300の有するI/F回路に対応するI/F回路から構成され、レゾルバ制御装置20と制御装置300とのデータ送受信を可能とする。
図3は、制御装置300の構成を示すブロック図である。
制御装置300は、図3に示すように、モータ200の動作を制御する制御処理、電源投入時に実行される初期化処理、互換性のチェック処理などの各種処理を実現するための各種専用のプログラムを実行するCPU60と、プログラムの実行に必要なデータを一時記憶するRAM62と、各種専用のプログラムの記憶されたROM64と、回転角度位置検出装置100及びモータ200とデータの送受信を行うためのI/F回路66と、各構成要素間を接続するデータ伝送路であるバス68と、液晶ディスプレイ、プリンタ、音声出力装置などから構成される出力装置72と、キーボード、操作パネルなどから構成される入力装置74とを含んで構成される。なお、回転角度位置検出装置100と制御装置300とは、対応するI/F回路間が通信ケーブルで接続されており、モータ200と制御装置300も、対応するI/F回路間が通信ケーブルで接続されている。
初期化処理が完了すると、制御装置300は、回転角度位置検出装置100から送信された角度信号をI/F回路66を介して受信し、該受信した角度信号と設定した制御パラメータとに基づき、モータ200を制御する制御信号(例えば、位置指令信号、速度指令信号など)を生成する。そして、この生成した制御信号をI/F回路66を介してモータ200に出力して、該モータ200の動作を制御する。本実施の形態では、制御信号は、PWM(Pulse Width Modulation)信号としてモータ200に与えられる。
機械情報の記憶処理は、回転角度位置検出装置100とそのレゾルバ10が組み込まれる機械との組に対してこれらの駆動前に行われる処理である。
演算装置20eにおいて、機械情報の記憶処理が開始されると、まず、ステップS100に移行する。
ステップS102に移行した場合は、演算装置20eは、回転角度位置検出装置100の駆動状態をチェックして、ステップS104に移行する。
ステップS106に移行した場合は、演算装置20eは、書き込みを許可する許可応答を、第1I/F回路20gを介して外部装置に送信し、ステップS108に移行する。
ステップS110に移行した場合は、演算装置20eは、ステップS108で受信した機械情報を、内部番号と対応付けて記憶装置20fに記憶して、ステップS112に移行する。
一方、ステップS104において書き込みが不可能な状態であり、ステップS114に移行した場合は、演算装置20eは、書き込みが不可能であることを示す不可応答を、第1I/F回路20gを介して外部装置に送信し処理を終了する。
機械情報の送信処理は、制御装置300において実行される初期化処理に伴って実行される処理で、制御装置300からの取得要求に応じて、回転角度位置検出装置100の記憶装置20fに記憶された機械情報を制御装置300に送信する処理である。
ステップS200では、演算装置20eにおいて、第2I/F回路20hを介して、制御装置300から機械情報の取得要求を受信したか否かを判定し、受信したと判定した場合(Yes)は、ステップS202に移行し、そうでない場合(No)は、受信するまで判定処理を繰り返す。
ステップS204では、演算装置20eは、ステップS202で読み出した機械情報を、第2I/F回路20hを介して制御装置300に送信して、ステップS206に移行する。
次に、図6に基づき、制御装置300における機械情報の取得処理の流れを説明する。ここで、図6は、制御装置300における機械情報の取得処理を示すフローチャートである。
CPU60において、機械情報の取得処理が開始されると、まず、ステップS300に移行する。
ステップS302では、CPU60において、ステップS300の確認結果に基づき、制御装置300に回転角度位置検出装置100が接続されているか否かを判定し、接続されていると判定した場合(Yes)は、ステップS304に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS314に移行する。
ステップS306では、CPU60は、I/F回路66を介して、回転角度位置検出装置100から送信された機械情報を受信したか否かを判定し、受信したと判定した場合(Yes)は、ステップS308に移行し、そうでない場合(No)は、受信するまで判定処理を繰り返す。
ステップS310では、CPU60において、機械情報の受信が完了したか否かを判定し、受信したと判定した場合(Yes)は、ステップS312に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS306に移行する。
一方、ステップS302において、回転角度位置検出装置100が接続されておらず、ステップS314に移行した場合は、CPU60は、出力装置72を介してエラー通知を出力して、一連の処理を終了する。
互換チェック処理及びパラメータ設定処理は、機械情報の取得処理の完了後に引き続き行われる処理であって、CPU60において実行されると、まず、ステップS400に移行する。
ステップS402に移行した場合は、CPU60は、RAM62から、上記(2)のモータ200の性能に係る機械情報を読み出して、ステップS404に移行する。
ここで、互換性のチェックは、まず、機械情報に含まれる識別情報から機械情報の内容を解釈し、この解釈されたモータの性能に係る機械情報と、予めROM64に記憶された制御装置300の能力に係る情報、例えば、制御可能なモータの型番、最大供給電流値、最大供給電力値、モータの特殊機能に対応した機能の有無などの情報とを比較する。
ステップS406では、CPU60において、ステップS404のチェック結果に基づき、互換性があるか否かを判定し、互換性があると判定した場合(Yes)は、ステップS408に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS412に移行する。
ステップS408に移行した場合は、CPU60は、RAM62から、上記(1)のモータの制御パラメータに係る情報を読み出して、ステップS410に移行する。
ステップS410では、CPU60において、ステップS408で読み出した機械情報に基づき、モータ200を制御するための制御パラメータを設定して、ステップS400に移行する。
ここで、エラー通知は、互換の有無だけではなく、互換の程度を示すようにしてもよい。例えば、モータ200を8割の能力で駆動できる、通常動作は可能だが特殊機能は使用できないなどの情報を出力する。
ここで、図8は、回転角度位置検出装置100の動作説明図である。
まず、回転角度位置検出装置100を構成するレゾルバ制御装置20の記憶装置20fに、上記(1)〜(4)の機械情報を記憶する。
本実施の形態において、機械情報は、上記した、モータ200の磁極数、最大入力電流値、モータの巻線相抵抗値、モータの巻線相インダクタンス、モータロータの負荷慣性モーメント、組み込み誤差による位相誤差の情報、モータの最大出力トルク、モータの温度時定数、モータの定格電流、モータの型式、モータの製造番号、異常の発生履歴、異常の発生時刻、モータの修理履歴、モータの総回転角度、補正データが含まれる。
これにより、レゾルバ制御装置20の演算装置20eは、外部装置からの書き込み要求を受信すると(ステップS100の「Yes」の分岐)、回転角度位置検出装置100の動作状態をチェックし(ステップS102)、記憶装置20fに機械情報の書き込みが可能な状態か否かを判定する(ステップS104)。
外部装置は、レゾルバ制御装置20からの書き込み許可応答を受信すると、図8の(1)に示すように、自己の記憶装置に記憶された識別情報を含む機械情報を読み出し、第1I/F回路20gと接続されたI/F回路を介して、読み出した識別情報を含む機械情報をレゾルバ制御装置20に送信する。
このように、外部装置から送信された機械情報を、内部番号及び識別情報に対応付けて記憶する処理を、受信した全ての機械情報に対して行う(ステップS112の「Yes」の分岐)。これにより、回転角度位置検出装置100への機械情報の設定が完了する。
一方、回転角度位置検出装置100は、そのレゾルバ制御装置20において、制御装置300からの取得要求を受信すると(ステップS200の「Yes」の分岐)、記憶装置20fから機械情報をその識別情報と共に読み出し(ステップS202)、図8の(2)に示すように、該読み出した識別情報を含む機械情報(以下、単に機械情報という)を、第2I/F回路20hを介して、制御装置300に送信する(ステップS204)。
制御装置300は、機械情報の取得処理が完了すると(ステップS400の「Yes」の分岐)、RAM62に記憶された機械情報に対応付けられた識別情報を解釈して、これらのうち、モータ200の性能に関する機械情報を読み出す(ステップS402)。
モータ200の性能に関する機械情報を読み出すと、制御装置300はCPU60において、読み出した機械情報と制御装置の性能情報とを比較して、両者の互換性をチェックする(ステップS404)。
そして、モータ200の型式又は製造番号の少なくとも一方が、制御装置300の制御可能なモータのものに該当してるときは、互換性があると判定する(ステップS406の「Yes」の分岐)。
ここでは、モータの最大入力電流値及び定格電流値から、これらの電流値に対応する制御性能を制御装置300が有しているか否かを判定することができる。
更に、モータの温度時定数及び定格電流値から、制御装置300の有する温度保護機能が有効であるか否かを判定することができる。温度保護が機能しない場合に、モータの異常過熱、モータ巻線の焼損などの不具合が発生する。つまり、温度保護が機能しないような組み合わせに対して互換性が無いと判定することができるので、モータの焼損事故の発生を未然に防ぐことができる。
モータ200の制御パラメータに関する機械情報は、モータの磁極数、組み付け位相誤差、モータの最大入力電流値、モータの巻線相抵抗、モータの巻線相インダクタンス、モータの慣性モーメント、モータの最大出力トルク、モータの温度時定数、モータの定格電流値などが該当する。更に、ここでは、補正データも制御パラメータに係る機械情報として読み出す。
つまり、モータ200の制御に対して適切な制御パラメータが制御装置300に設定されることになる。
更に、モータの最大入力電流値としてモータ200に適したものが設定されることから、制御信号を増幅してモータ200に供給するパワーアンプ(ドライブユニット)の発熱や、内部回路の破損を防ぐことができる。これにより、最大入力電流値の設定内容の相違によるパワーアンプの故障の発生を防ぐことができる。なお、本実施の形態において、パワーアンプは制御装置300に内蔵される。
更に、モータの慣性モーメント、モータの最大出力トルクとしてモータ200に適したものが設定されることから、これらの設定内容の相違によって設定通りの制御帯域を得られないことによる、整定時間の増加や、制御の不安定化の発生を防ぐことができる。これにより、位置決め運転時の整定不良や発振を防止することができる。
更に、位置補正データとしてモータ200及びレゾルバ10の組み合わせに対して適したものが設定されることから、この設定内容の相違によって生じる絶対位置精度の悪化を防ぐことができる。これにより、最適な絶対位置精度を得ることができる。特に、回転角度位置検出装置100が複数のレゾルバを備えている場合は、個々のレゾルバの補正データを機械情報としてレゾルバ制御装置20に保持させることで、互換性を保ちながら、最適な絶対位置精度を得ることができる。
モータの使用状態に係る機械情報には、異常の発生履歴、異常の発生時刻、モータの修理履歴、モータの総回転角度などが含まれる。
以上、本実施の形態のモータ制御システム1によれば、回転角度位置検出装置100において、内部の記憶装置20fに、レゾルバ10の組み込まれる機械(モータ200)に関連する機械情報をその識別情報と対応付けて記憶保持することができ、更に、該記憶保持された機械情報を、モータ200を制御する制御装置300に送信することができる。
これにより、制御装置300において、機械情報を保持しておく必要がなくなるので、機械情報を保持するための専用のメモリを用意する必要がなくなる。
更に、制御装置300においては、機械情報に対応付けられた識別情報から機械情報の内容を解釈することができ、機械情報の意味の取り違いによるミスの発生を防ぐことができる。
これにより、電源を切ると機械情報や制御パラメータの設定情報が失われ、電源を投入する毎に機械情報や設定情報が初期化処理によって設定されるので、回転角度位置検出装置100及びモータ200の組と制御装置300との組み合わせミスの発生を確実に防ぐことができる。
また、上記実施の形態においては、位置を検出するセンサとして3相のVR型レゾルバを適用したが、3相に限らず、6相などの相数の異なるレゾルバを適用してもよい。
また、上記実施の形態においては、第1I/F回路20gを介して外部装置から機械情報を受信し、該受信した機械情報を演算装置20eによって記憶装置20fに記憶する構成を説明したが、これに限らず、工場出荷時などの装置の動作前において、記憶装置20fに予め機械情報を書き込んでおくか又は機械情報の書き込まれた記憶装置20fを搭載(取り付け、実装など)する構成としてもよい。この構成であれば、外部装置から機械情報を受信する必要がなくなるので、第1I/F回路20gが不要となり、その分のコストを低減することができる。
100 回転角度位置検出装置
200 モータ
300 制御装置
10 レゾルバ
20 レゾルバ制御回路
20a 励磁回路
20b I/V変換回路
20c 相変換回路
20d RDC
20e 演算装置
20f 記憶装置
20g 第1I/F回路
20h 第2I/F回路
20k 断線検出回路
Claims (7)
- アクチュエータの駆動に伴って回転する回転子の回転角度に応じて位相の異なる複数の信号を出力するレゾルバと、該レゾルバを駆動する駆動手段と、前記レゾルバから出力される信号に基づき前記回転子の回転角度位置に係る角度信号を生成する角度信号生成手段と、該角度信号生成手段で生成された角度信号を前記アクチュエータを制御する制御装置に送信する角度信号送信手段と、を備えた回転角度位置検出装置であって、
前記アクチュエータの制御処理を含む前記制御装置において実行される所定の処理に用いられる、前記レゾルバの組み込まれる機械に関連する情報である機械情報を記憶する不揮発性の記憶媒体と、
前記記憶媒体に記憶された前記機械情報を前記制御装置に送信する機械情報送信手段と、を備えることを特徴とする回転角度位置検出装置。 - 前記機械情報を、外部装置から受信する機械情報受信手段と、
前記機械情報受信手段で受信した機械情報を前記記憶媒体に記憶する機械情報記憶手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の回転角度位置検出装置。 - 前記機械情報は、該機械情報の内容を識別する識別情報を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の回転角度位置検出装置。
- 前記機械情報は、前記制御処理に用いられる前記アクチュエータの制御パラメータに係る情報を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の回転角度位置検出装置。
- 前記機械情報は、前記アクチュエータと前記制御装置との互換性をチェックする処理に用いられる前記アクチュエータの性能に関する情報を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の回転角度位置検出装置。
- 前記機械情報は、前記アクチュエータに発生する異常を解析する処理に用いられる前記アクチュエータの使用状態に関する情報を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の回転角度位置検出装置。
- 前記機械情報は、前記角度信号に含まれる前記レゾルバの組み込まれる機械に固有の誤差を補正する処理に用いる補正情報を含むことを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の回転角度位置検出装置。
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