JP2550167B2 - サーボモータ制御装置 - Google Patents

サーボモータ制御装置

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16Controlling the angular speed of one shaft

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はサーボモータ制御装置に関する。
〔従来の技術〕
第3図は従来のサーボモータ制御装置の一例を示す。
この例においてはモータ1を回転数ω[rad/sec]で
回転させるためにその回転数ωの目標値ω*を設定して
この目標値ω*に応じた速度指令信号V1[V]を入力
している。速度指令信号V1とモータ1の回転数ωとは
相関関係を有することになり、速度指令信号V1は例え
ば第4図に示すような台形波的に与えられる。モータ1
をロボットのアームの駆動に用いた場合にはロボットの
アームに反復運動をさせるためには上記台形波的な速度
指令信号V1を繰り返して入力する。モータ1が回転を
始めると、その回転数ω[rad/sec]は速度検出器2に
より検出されてF−V変換されることによりωKTGとな
り、減算器3へフィードバックされて上記速度指令信号
1から減算される。ここに、KTGは[V/rad/sec]のデ
メンジョンであり、ωKTGは[V]のデメンジョンとな
る。
減算器3からの偏差(V1−ωKTG)は なる伝達特性を持つPI(Propotional Integral)補償器
4に入力される。PI補償器4の伝達関数G(s)は となる。S=jωであるから、 であり、ゲイン特性gは となる。この(1)式の関数は第5図で表わされる。つ
まり、このPI補償器4は減算器3からの偏差の低周波成
分に対してゲインが大きく、減算器3からの偏差のTV
以上の高周波成分に対してゲインが一定の値となってい
る。
PI補償器4の出力は電流指令信号[Vのデメンジョ
ン]となり、A点のプラス入力となる。またPI補償器4
の出力はトルク表示電圧として出力される。モータ1の
コイルに流れる電流I[A]は電流検出器5により検出
されて電圧に変換され、A点のIKIfなるマイナス入力と
なる。ここに、KIfのデメンジョンは[V/A]であり、I
KIfは[V]のデメンジョンとなる。A点ではPI補償器
4の出力から電流検出器5の出力が減算され、その偏差
が電流増幅器6によりKI倍される。このKIはデメンジ
ョンがない。電流増幅器6は実際にモータ1を駆動する
駆動電圧(駆動トランジスタ出力)をモータ1へ出力す
る。電流増幅器6の出力をモータ1に印加すると、モー
タ1の抵抗Rに電流が流れる。また、モータ1のインダ
クタンスLによるjωL×Iなる電圧はB点のマイナス
入力となり、電流増幅器6の出力より減算される。モー
タ1の電圧降下VはV=RI+SLIであり、RI=V−SLIと
なる。この電圧Vの高周波成分は大部分がインダクタン
スLに吸収され、RIには第6図に示すように高周波成分
があまり含まれない。SLI=jωLIであるから、ωの周
波数が低い時にはjωLIは小さくなり、ωの周波数fが
高くなるほどjωLIが大きくなってRIが小さくなる。
モータ1のトルク定数KTのデメンションは[Kg・m2
・sec-2/A]であり、IKTは[Kg・m2・sec-2]のデメン
ジョンとなり、トルクTは[Kg・m2・sec-2]のデメン
ジョンとなる。モータ1のイナーシャJによる伝達関数
は1/SJであり、T×(1/SJ)=ω[rad/sec]がモータ
1の回転速度ωとなる。Sはd/dtを表わして[sec-1
のデメンジョンを持ち、イナーシャJは[Kg・m2]の
デメンジョンで表わされる。よって、 が成立ち、つまり、 が成り立つ。[rad]はデメンジョンがないから、T・
(1/SJ)は[rad/sec]としてもよい。
モータ1が回転数ωで回転すると、モータ1には逆起
電力が発生するため、逆起電力定数KE[V/rad/sec]に
ωを掛けたωKE[V]なる逆起電圧がB点のマイナス
入力となって電流増幅器6の出力から減算される。した
がって、モータ1の回転速度ωが速いほど逆起電力が大
きくなり、逆起電力が大きいほどモータ1に流れる電流
は少なくてよいことになる。
PI補償器4の出力は出力端子(トルク表示端子)より
トルク表示信号として出力され、このトルク表示信号は
オシロスコープ等で観測することができる。トルク表示
信号を観測すると、モータ1のトルク値がわかるため、
モータ1によって駆動される装置(ロボットのアーム
等)が異常な動きをした場合、モータ1から本来必要な
トルクが出力されているか否かを直接に見ることがで
き、モータ1の異常や装置の異常を発見できる。しか
も、実際に動作中のモータ1のトルクを観測できるの
で、モータ1の動特性を知ることができる。また、上記
トルク表示信号を例えばロボットコントローラに入力し
てこのロボットコントローラにより、モータ1のトルク
値が異常値(設定値以上又は以下)になればモータ停止
信号を出す等の制御を行うことができる。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述のサーボモータ制御装置では逆起電力ωKEはB
点に入力されているが、これは1/KIを掛けて1/KI・ωK
EとしてA点のマイナス入力とすることと同じである。
つまり、第3図は第7図のように書き直すことができ
る。実際にモータ1に加わっているトルクは第8図に示
すようにPI補償器4の出力I′から逆起電力に比例した
値Ie′を減算した真の指令値I″に比例するものであ
るのに、トルク表示端子のトルク表示電圧I′はI″に
1/KI・ωKEが加わった値となってしまう。1/KI・ωKE
が加わった値となってしまう。1/KI・ωKEは回転速度
ωに応じて増加するので、回転速度ωが速いほどトルク
表示電圧I′が大きくなり、この様子を第9図に示す。
このように、トルク表示電圧I′とモータ1のトルクは
1対1に対応しているはずであるが、トルク表示電圧
I′が回転速度ωによって変化すると、第9図に示すよ
うにトルク表示電圧I′がずれてしまう。
本発明は上記欠点を改善し、トルク表示信号のモータ
回転速度による影響が無いサーボモータ制御装置を提供
することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成するため、本発明はモータの回転速度
を検出する速度検出器と、速度指令信号と速度検出器の
出力との差を入力して電流指令信号を出力するPI補償器
と、モータのコイルに流れる電流を検出する電流検出器
と、上記電流指令信号と電流検出器の出力及び逆起電圧
との差を入力して増幅しモータのコイルに通電する電流
増幅器とを具備するサーボモータ制御装置において、上
記速度検出器の出力を入力して上記逆起電圧に比例する
トルク補正信号に変換して出力するトルク補正器と、上
記電流指令信号とトルク補正信号とを入力して両信号の
差を出力する減算器とを設け、該減算器の出力をトルク
表示信号としたものである。
〔作用〕
モータの回転速度が速度検出器により検出され、速度
指令信号と速度検出器の出力との差がPI補償器に入力さ
れて電流指令がPI補償器より出力される。モータのコイ
ルに流れる電流が電流検出器により検出され、電流増幅
器が上記電流指令信号と電流検出器の出力及び逆起電圧
との差を入力して増幅しモータのコイルに通電する。ト
ルク補正器が上記速度検出器の出力を入力して上記逆起
電圧に比例するトルク補正信号に変換して出力し、減算
器が上記電流指令信号とトルク補正信号とを入力して両
信号の差をトルク表示信号として出力する。
〔実施例〕
第1図は本発明の一実施例を示す。
この実施例は前述のサーボモータ制御装置において、
速度検出器2の出力信号ωKTGにトルク補正器7で補正
係数KIMを掛けて逆起電圧に比例したトルク補正信号を
得、このトルク補正信号を減算器8によりPI補償器4の
出力(I′)から減算してその減算結果をトルク表示電
圧としてトルク表示端子に出力するようにしたものであ
り、第3図と同一部分には同一符号が付してある。
電流指令値I′は前述のように誤差Ie′が含まれて
おり、真の指令値I″とは異なる。
I′=I″+Ie′ Ie′=1/KI・KE・ω そこで、この実施例ではI′に補正を加えて真のトル
ク表示電圧を得ようとするものであり、その補正量はI
e′と等しくなる。つまり、前記誤差Ie′の分だけ補正
すればよいことになる。本実施例のトルク表示電圧は
I′からKIM・KTG・ωなる補正量を減算して得ている
ので、補正量Ie′は Ie′=KIM・KTG・ω=1/KI・KE・ω となり、 となる。よって、補正量Ie′は補正係数KIMを(2)
式を満足するように設定すればトルク表示電圧の誤差I
e′を補正でき、トルク表示電圧とモータ1のトルクと
の関係が第2図に示すように1対1に対応してモータ1
のトルクを正確に示すトルク表示電圧が得られる。
なお、上記実施例において、補正量Ie′は を満足するように設定してもほぼ正確なトルク表示電圧
が得られる。また、上記実施例は直流サーボモータを用
いた例であるが、本発明は交流サーボモータを用いても
同様に実施することができる。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によればモータの回転速度を検出
する速度検出器と、速度指令信号と速度検出器の出力と
の差を入力して電流指令信号を出力するPI補償器と、モ
ータのコイルに流れる電流を検出する電流検出器と、上
記電流指令信号と電流検出器の出力及び逆起電圧との差
を入力して増幅しモータのコイルに通電する電流増幅器
とを具備するサーボモータ制御装置において、上記速度
検出器の出力を入力して上記逆起電圧に比例するトルク
補正信号に変換して出力するトルク補正器と、上記電流
指令信号とトルク補正信号とを入力して両信号の差を出
力する減算器とを設け、該減算器の出力をトルク表示信
号としたので、モータ回転速度による影響を受けない正
確なトルク表示信号が得られる。特に、モータ電流値の
実測が困難なACモータでも、モータ電流値を実測するこ
となく、装置内部の電流指令信号を用いることにより、
モータ回転速度による影響を受けない正確なトルク表示
信号を得ることができる。このため、モータにより駆動
されるロボット等の動作時の必要なトルクを正確に知る
ことができ、ロボット等の動特性改善を計ることや、ロ
ボット等の動作状況を知って新しい制御への検出器とし
て使用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
同実施例のモータトルク対トルク表示電圧特性を示す特
性図、第3図は従来のサーボモータ制御装置の一例を示
すブロック図、第4図は同サーボモータ制御装置に与え
られる速度指令信号の一例を示す波形図、第5図は同サ
ーボモータ制御装置におけるPI補償器の伝達関数を示す
特性図、第6図は同サーボモータ制御装置におけるモー
タの抵抗による電圧の周波数特性を示す特性図、第7図
は同サーボモータ制御装置の等価回路を示すブロック
図、第8図は同等価回路の一部を示すブロック図、第9
図は上記サーボモータ制御装置のモータトルク,モータ
速度とトルク表示電圧との関係を示す特性図である。 1……モータ、2……速度検出器、4……PI補償器、5
……電流検出器、6……電流増幅器、7……トルク補正
器、8……減算器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】モータの回転速度を検出する速度検出器
    と、速度指令信号と速度検出器の出力との差を入力して
    電流指令信号を出力するPI補償器と、モータのコイルに
    流れる電流を検出する電流検出器と、上記電流指令信号
    と電流検出器の出力及び逆起電圧との差を入力して増幅
    しモータのコイルに通電する電流増幅器とを具備するサ
    ーボモータ制御装置において、上記速度検出器の出力を
    入力して上記逆起電圧に比例するトルク補正信号に変換
    して出力するトルク補正器と、上記電流指令信号とトル
    ク補正信号とを入力して両信号の差を出力する減算器と
    を設け、該減算器の出力をトルク表示信号としたことを
    特徴とするサーボモータ制御装置。
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