JP2016092882A

JP2016092882A - Motor control device

Info

Publication number: JP2016092882A
Application number: JP2014221288A
Authority: JP
Inventors: 安井　孝次; Koji Yasui; 孝次安井
Original assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Current assignee: Tamagawa Seiki Co Ltd
Priority date: 2014-10-30
Filing date: 2014-10-30
Publication date: 2016-05-23

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor control device capable of preventing the excessive speed operation of a motor, with a simple structure.SOLUTION: When a current command 12a is smaller than a current limit value, a current limiter 13 outputs the current command 12a to a current deviation calculating portion 141 as current limiter output 13a. When the current command 12a is equal to or more than the current limit value, the current limiter 13 outputs the current limit value to the current deviation calculating portion 141 as the current limiter output 13a. When a load normally exists in a motor 2, the current limit value set on the basis of a target torque signal 10a is outputted from the current limiter 13. When load abnormality occurs in the motor 2, the current command 12a generated on the basis of a speed command 11a is outputted from the current limiter 13.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、モータの駆動制御を行うモータ制御装置に関する。 The present invention relates to a motor control device that performs drive control of a motor.

従来用いられていたこの種のモータ制御装置としては、例えば下記の特許文献１等に記載された構成を挙げることができる。すなわち、従来のモータ制御装置は、電流制御設定器と、電流制御アンプと、速度制御アンプと、電流制御／速度制御切り替えユニットと、比較アンプとを備えている。電流制御設定器は、モータの電流制御を行うための電流設定値を設定する。電流制御アンプは、モータに対してトルク制御（電流制御）を行うために、電流制御設定器の電流設定値とモータ主回路の電流検出値との差を演算増幅する。速度制御アンプは、モータの速度制御を行うために、予め設定されたモータの回転速度と検出された速度検出値とをＰＩ演算する。電流制御／速度制御切り替えユニットは、モータを電流制御する回路と速度制御する回路との切り替えを行う。比較アンプは、モータの過速度を検出する。 As this type of motor control device that has been conventionally used, for example, a configuration described in Patent Document 1 below can be cited. That is, the conventional motor control device includes a current control setter, a current control amplifier, a speed control amplifier, a current control / speed control switching unit, and a comparison amplifier. The current control setter sets a current setting value for performing current control of the motor. The current control amplifier computes and amplifies the difference between the current set value of the current control setter and the detected current value of the motor main circuit in order to perform torque control (current control) on the motor. The speed control amplifier performs PI calculation on a preset motor rotation speed and a detected speed detection value in order to control the speed of the motor. The current control / speed control switching unit switches between a circuit for current control of the motor and a circuit for speed control. The comparison amplifier detects an overspeed of the motor.

この制御ユニットにおいては、通常のモータ運転時には電流制御回路を用いて電流制御を行っている。モータの負荷が破断により外れた等の理由でモータが無負荷状態となった場合、モータが加速を続け過速度運転をする。この異常発生時には、モータが過速度運転していることを比較アンプにて検出する。すると、電流制御／速度制御切り替えユニットが、モータの制御回路を電流制御回路から速度制御回路へ切り替える。 In this control unit, current control is performed using a current control circuit during normal motor operation. When the motor is in an unloaded state because the motor load is removed due to breakage or the like, the motor continues to accelerate and performs overspeed operation. When this abnormality occurs, the comparison amplifier detects that the motor is operating at an overspeed. Then, the current control / speed control switching unit switches the motor control circuit from the current control circuit to the speed control circuit.

特開２００１−１７８１６７号公報JP 2001-178167 A

しかしながら、特許文献１に記載のモータ制御方法では、電流制御と速度制御を切り替えるために、比較アンプと、電流制御／速度制御を切り替えるためのスイッチとして電流制御／速度制御切り替えユニットとが必要であり、回路構成が複雑になるという問題があった。 However, the motor control method described in Patent Document 1 requires a comparison amplifier and a current control / speed control switching unit as a switch for switching between current control and speed control in order to switch between current control and speed control. There is a problem that the circuit configuration becomes complicated.

この発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、簡単な構成で、モータの過速度運転を防止することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a motor control device capable of preventing overspeed operation of a motor with a simple configuration.

この発明に係るモータ制御装置は、モータの回転速度と速度指令との間の速度偏差を０にするように電流指令を生成する速度制御ループと、速度制御ループの内側に設けられて、電流指令と電流リミット値とを比較し、電流指令が電流リミット値よりも小さい場合に電流指令を出力するとともに、電流指令が電流リミット値以上の場合に電流リミット値を出力する電流リミッタと、速度制御ループの内側に設けられて、モータのモータ電流と電流リミッタの出力との間の電流偏差を０にするようにモータに電流を流す電流制御ループとを備え、速度指令は、モータの目標トルクを示す信号から検出されたモータの回転方向と予め設定された速度上限値とから生成され、電流リミット値は、目標トルクを示す信号に対応する電流の値に設定され、モータに負荷が正常に存在する場合に、目標トルクを示す信号に基づいて設定された電流リミット値が電流リミッタから出力され、モータに負荷異常が生じた場合に、速度指令に基づいて生成された電流指令が電流リミッタから出力されることを特徴とする。 The motor control device according to the present invention includes a speed control loop that generates a current command so that a speed deviation between the rotational speed of the motor and the speed command is zero, and an inner side of the speed control loop. A current limiter that outputs a current command when the current command is smaller than the current limit value, and outputs a current limit value when the current command is greater than or equal to the current limit value, and a speed control loop And a current control loop for passing a current to the motor so that the current deviation between the motor current of the motor and the output of the current limiter is zero, and the speed command indicates a target torque of the motor Generated from the rotation direction of the motor detected from the signal and a preset upper speed limit, and the current limit value is set to the value of the current corresponding to the signal indicating the target torque. When the motor has a normal load, the current limit value set based on the signal indicating the target torque is output from the current limiter. A current command is output from a current limiter.

この発明によれば、モータに負荷が正常に存在する場合に、目標トルクを示す信号に基づいて設定された電流リミット値が電流リミッタから出力され、モータに負荷異常が生じた場合に、速度指令に基づいて生成された電流指令が電流リミッタから出力されるので、電流制御／速度制御を切り替えるためのスイッチを不要にすることができる。これにより、簡単な構成で、モータの過速度運転を防止することができる。 According to the present invention, when the load is normally present in the motor, the current limit value set based on the signal indicating the target torque is output from the current limiter, and when the load abnormality occurs in the motor, the speed command Since the current command generated based on is output from the current limiter, a switch for switching between current control and speed control can be dispensed with. Thereby, it is possible to prevent overspeed operation of the motor with a simple configuration.

この発明の実施の形態に係る制御ブロック図である。It is a control block diagram concerning an embodiment of this invention.

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この発明の実施の形態に係るモータ制御装置の制御ブロック図を図１に示す。モータ制御装置１は、モータ２を制御するための制御装置である。モータ２は例えばブラシレス直流モータ等の電流制御が可能なモータである。モータ制御装置１には、トルク制御信号生成部１０、速度指令生成部１１、速度制御ループ１２、電流リミッタ１３及び電流制御ループ１４が含まれている。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
A control block diagram of the motor control device according to the embodiment of the present invention is shown in FIG. The motor control device 1 is a control device for controlling the motor 2. The motor 2 is a motor capable of current control, such as a brushless DC motor. The motor control device 1 includes a torque control signal generation unit 10, a speed command generation unit 11, a speed control loop 12, a current limiter 13, and a current control loop 14.

トルク制御信号生成部１０は、モータ２をトルク制御（電流制御）するのに用いるアナログ信号であるモータ２の目標トルクを示す信号（以下、目標トルク信号１０ａと呼ぶ）を生成する。また、トルク制御信号生成部１０は、目標トルク信号１０ａを速度指令生成部１１と電流リミッタ１３とに入力する。後に詳しく説明するように、速度指令生成部１１は、目標トルク信号１０ａに基づいて速度指令１１ａを生成する。また、電流リミッタ１３は、目標トルク信号１０ａに基づいて電流リミット値を設定する。 The torque control signal generation unit 10 generates a signal indicating the target torque of the motor 2 (hereinafter referred to as a target torque signal 10a), which is an analog signal used for torque control (current control) of the motor 2. Further, the torque control signal generation unit 10 inputs the target torque signal 10 a to the speed command generation unit 11 and the current limiter 13. As will be described in detail later, the speed command generator 11 generates a speed command 11a based on the target torque signal 10a. The current limiter 13 sets a current limit value based on the target torque signal 10a.

速度制御ループ１２は、モータ２の回転速度２ａと速度指令１１ａとの間の偏差を０にするように電流指令１２ａを生成するものである。具体的に説明すると、速度制御ループ１２は、モータ２に接続されたセンサ１２０と、センサ１２０に接続された速度偏差算出部１２１と、速度偏差算出部１２１に接続された電流指令生成部１２２とが含まれている。センサ１２０は、例えばエンコーダ等により構成されるものであり、モータ２の回転速度２ａを検出する。速度偏差算出部１２１は、センサ１２０によって検出された回転速度２ａと速度指令生成部１１からの速度指令１１ａとの間の速度偏差１２１ａを算出する。電流指令生成部１２２は、速度偏差１２１ａを０にするように電流指令１２ａを生成する。 The speed control loop 12 generates the current command 12a so that the deviation between the rotational speed 2a of the motor 2 and the speed command 11a is zero. More specifically, the speed control loop 12 includes a sensor 120 connected to the motor 2, a speed deviation calculation unit 121 connected to the sensor 120, and a current command generation unit 122 connected to the speed deviation calculation unit 121. It is included. The sensor 120 is configured by an encoder or the like, for example, and detects the rotational speed 2a of the motor 2. The speed deviation calculation unit 121 calculates a speed deviation 121 a between the rotation speed 2 a detected by the sensor 120 and the speed command 11 a from the speed command generation unit 11. The current command generator 122 generates the current command 12a so that the speed deviation 121a is zero.

電流リミッタ１３は、速度制御ループ１２の内側に設けられており、電流指令１２ａと電流リミット値とを比較する。電流リミッタ１３は、電流指令１２ａが電流リミット値よりも小さい場合、電流指令１２ａを電流リミッタ出力１３ａとして後述する電流偏差算出部１４１に出力する。また、電流リミッタ１３は、電流指令１２ａが電流リミット値以上である場合、電流リミット値を電流リミッタ出力１３ａとして電流偏差算出部１４１に出力する。 The current limiter 13 is provided inside the speed control loop 12, and compares the current command 12a with the current limit value. When the current command 12a is smaller than the current limit value, the current limiter 13 outputs the current command 12a as a current limiter output 13a to a current deviation calculation unit 141 described later. Further, when the current command 12a is equal to or greater than the current limit value, the current limiter 13 outputs the current limit value to the current deviation calculating unit 141 as the current limiter output 13a.

電流制御ループ１４は、速度制御ループ１２の内側に設けられており、モータ２の駆動電流であるモータ電流２ｂと電流リミッタ出力１３ａとの間の偏差を０にするようにモータ２にモータ電流２ｂを流すものである。具体的に説明すると、電流制御ループ１４には、モータ２に接続された電流偏差算出部１４１と、電流偏差算出部１４１に接続されたモータ制御手段１４２とが含まれている。電流偏差算出部１４１は、モータ電流２ｂと、電流リミッタ１３からの電流リミッタ出力１３ａとの間の電流偏差１４１ａを算出する。モータ制御手段１４２は、電流偏差１４１ａを０にするようにモータ制御電流１４ａを生成する。モータ制御電流１４ａは、モータ２を制御するための電流であり、モータ２に供給される。 The current control loop 14 is provided inside the speed control loop 12, and the motor current 2b is supplied to the motor 2 so that the deviation between the motor current 2b that is the drive current of the motor 2 and the current limiter output 13a is zero. It is what flows. More specifically, the current control loop 14 includes a current deviation calculation unit 141 connected to the motor 2 and a motor control unit 142 connected to the current deviation calculation unit 141. The current deviation calculation unit 141 calculates a current deviation 141 a between the motor current 2 b and the current limiter output 13 a from the current limiter 13. The motor control unit 142 generates the motor control current 14a so that the current deviation 141a is zero. The motor control current 14 a is a current for controlling the motor 2 and is supplied to the motor 2.

ここで、速度指令生成部１１が生成する速度指令１１ａについて説明する。速度指令１１ａは、予め設定された速度上限値でモータ２を回転させようとする指令である。速度上限値は、モータ２や減速機等の機械的な構造に過大な負荷が生じない程度の値に設定され得る。速度上限値は、速度指令生成部１１に予め設定されている。目標トルク信号１０ａには、モータ２の目標トルクの向き、つまりモータ２の回転方向の情報が含まれている。速度指令生成部１１は、目標トルク信号１０ａからモータ２の回転方向を検出する。また、速度指令生成部１１は、目標トルク信号１０ａから検出したモータ２の回転方向と、予め設定された速度上限値とから速度指令１１ａを生成する。 Here, the speed command 11a generated by the speed command generation unit 11 will be described. The speed command 11a is a command for rotating the motor 2 at a preset speed upper limit value. The speed upper limit value can be set to a value that does not cause an excessive load on a mechanical structure such as the motor 2 or the speed reducer. The speed upper limit value is preset in the speed command generation unit 11. The target torque signal 10a includes information on the direction of the target torque of the motor 2, that is, the rotation direction of the motor 2. The speed command generator 11 detects the rotation direction of the motor 2 from the target torque signal 10a. Further, the speed command generator 11 generates a speed command 11a from the rotation direction of the motor 2 detected from the target torque signal 10a and a preset speed upper limit value.

次に、電流リミッタ１３での電流リミット値の設定について説明する。上述のように電流リミット値は、目標トルク信号１０ａに基づいて設定される。具体的には、電流リミット値は、目標トルク信号１０ａによって示される目標トルクの大きさにてモータ２を駆動するための電流値に設定される。目標トルク信号１０ａにて示される目標トルクの大きさは、モータ２に負荷が正常に存在する場合に、モータ２の回転速度２ａが上述の速度上限値以下になる値に設定される。換言すれば、モータ２に負荷が正常に存在する場合、速度指令生成部１１からの速度指令１１ａに基づいて生成される電流指令１２ａは、目標トルク信号１０ａに基づいて設定される電流リミット値以上となる。すなわち、モータ２に負荷が正常に存在する場合、電流リミッタ１３は、電流リミット値を電流リミッタ出力１３ａとして電流偏差算出部１４１に出力する。 Next, the setting of the current limit value in the current limiter 13 will be described. As described above, the current limit value is set based on the target torque signal 10a. Specifically, the current limit value is set to a current value for driving the motor 2 with the magnitude of the target torque indicated by the target torque signal 10a. The magnitude of the target torque indicated by the target torque signal 10a is set to a value at which the rotational speed 2a of the motor 2 is equal to or less than the speed upper limit value when the motor 2 is normally loaded. In other words, when the motor 2 has a normal load, the current command 12a generated based on the speed command 11a from the speed command generation unit 11 is equal to or greater than the current limit value set based on the target torque signal 10a. It becomes. That is, when the load is normally present in the motor 2, the current limiter 13 outputs the current limit value to the current deviation calculation unit 141 as the current limiter output 13a.

次に、モータ制御装置１の動作について説明する。上述のように、モータ２に負荷が正常に存在する場合、速度指令生成部１１からの速度指令１１ａに基づいて生成される電流指令１２ａは、目標トルク信号１０ａに基づいて設定される電流リミット値以上となる。このため、モータ２に負荷が正常に存在する場合、電流リミッタ出力１３ａとして、電流リミッタ１３から電流偏差算出部１４１に電流リミット値が出力される。このため、モータ２に負荷が正常に存在する場合には、目標トルク信号１０ａによって示される目標トルクの大きさにてモータ２が駆動される。 Next, the operation of the motor control device 1 will be described. As described above, when the load is normally present in the motor 2, the current command 12a generated based on the speed command 11a from the speed command generation unit 11 is the current limit value set based on the target torque signal 10a. That's it. For this reason, when the load is normally present in the motor 2, the current limit value is output from the current limiter 13 to the current deviation calculation unit 141 as the current limiter output 13 a. For this reason, when the load is normally present in the motor 2, the motor 2 is driven with the magnitude of the target torque indicated by the target torque signal 10a.

一方、負荷の破断等の負荷異常（負荷が小さくなる異常）がモータ２に生じた場合、モータ２の回転速度２ａが上昇して、回転速度２ａと速度指令１１ａとの速度偏差１２１ａが小さくなる。速度偏差１２１ａが小さくなることに応じて、電流指令１２ａが電流リミット値よりも小さくなると、電流リミッタ出力１３ａとして、電流リミッタ１３から電流偏差算出部１４１に電流指令１２ａが出力される。このため、モータ２が無負荷状態になった場合でも、モータ２の回転速度の上昇が、予め設定された速度上限値までに抑えられる。 On the other hand, when a load abnormality (abnormality in which the load decreases) occurs in the motor 2, such as a load break, the rotational speed 2a of the motor 2 increases and the speed deviation 121a between the rotational speed 2a and the speed command 11a decreases. . When the current command 12a becomes smaller than the current limit value in accordance with the decrease in the speed deviation 121a, the current command 12a is output from the current limiter 13 to the current deviation calculation unit 141 as the current limiter output 13a. For this reason, even when the motor 2 is in a no-load state, an increase in the rotational speed of the motor 2 is suppressed to a preset speed upper limit value.

仮に負荷が通常の状態に戻ると、モータ２の回転速度２ａが低下する。そして、電流指令１２ａが電流リミット値以上となると、目標トルク信号１０ａによって示される目標トルクの大きさに基づくものにモータ２の駆動が戻る。 If the load returns to the normal state, the rotational speed 2a of the motor 2 decreases. When the current command 12a becomes equal to or greater than the current limit value, the drive of the motor 2 returns to the value based on the target torque indicated by the target torque signal 10a.

このように、モータに負荷が正常に存在する場合に、目標トルクを示す信号に基づいて設定された電流リミット値が電流リミッタから出力され、モータに負荷異常が生じた場合に、速度指令に基づいて生成された電流指令が電流リミッタから出力されるので、電流制御／速度制御を切り替えるためのスイッチを不要にすることができる。これにより、簡単な構成で、モータの過速度運転を防止することができる。 As described above, when the load is normally present in the motor, the current limit value set based on the signal indicating the target torque is output from the current limiter, and when the load abnormality occurs in the motor, the speed command is used. Since the current command generated in this way is output from the current limiter, a switch for switching between current control and speed control can be dispensed with. Thereby, it is possible to prevent overspeed operation of the motor with a simple configuration.

１モータ制御装置、２モータ、２ａ回転速度、１０ａ目標トルク信号（目標トルクを示す信号）、１１ａ速度指令、１２速度制御ループ、１２ａ電流指令、１３電流リミッタ、１４電流制御ループ、１２１ａ速度偏差、１４１ａ電流偏差。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Motor control apparatus, 2 Motor, 2a Rotational speed, 10a Target torque signal (signal which shows target torque), 11a Speed command, 12 Speed control loop, 12a Current command, 13 Current limiter, 14 Current control loop, 121a Speed deviation, 141a Current deviation.

Claims

モータの回転速度と速度指令との間の速度偏差を０にするように電流指令を生成する速度制御ループと、
前記速度制御ループの内側に設けられて、前記電流指令と電流リミット値とを比較し、前記電流指令が前記電流リミット値よりも小さい場合に前記電流指令を出力するとともに、前記電流指令が前記電流リミット値以上の場合に前記電流リミット値を出力する電流リミッタと、
前記速度制御ループの内側に設けられて、前記モータのモータ電流と前記電流リミッタの出力との間の電流偏差を０にするように前記モータに電流を流す電流制御ループと
を備え、
前記速度指令は、前記モータの目標トルクを示す信号から検出された前記モータの回転方向と予め設定された速度上限値とから生成され、
前記電流リミット値は、前記目標トルクを示す信号に対応する電流の値に設定され、
前記モータに負荷が正常に存在する場合に、前記目標トルクを示す信号に基づいて設定された前記電流リミット値が前記電流リミッタから出力され、
前記モータに負荷異常が生じた場合に、前記速度指令に基づいて生成された前記電流指令が前記電流リミッタから出力される
ことを特徴とするモータ制御装置。 A speed control loop that generates a current command so that a speed deviation between the rotational speed of the motor and the speed command is zero;
Provided inside the speed control loop, compares the current command with a current limit value, outputs the current command when the current command is smaller than the current limit value, and the current command is the current A current limiter that outputs the current limit value when the limit value is exceeded,
A current control loop that is provided inside the speed control loop and flows a current to the motor so that a current deviation between the motor current of the motor and the output of the current limiter is zero.
The speed command is generated from a rotation direction of the motor detected from a signal indicating a target torque of the motor and a preset speed upper limit value,
The current limit value is set to a current value corresponding to a signal indicating the target torque,
When a load is normally present in the motor, the current limit value set based on a signal indicating the target torque is output from the current limiter,
The motor control device, wherein when a load abnormality occurs in the motor, the current command generated based on the speed command is output from the current limiter.