JP4346574B2 - サーボモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、サーボモータを駆動する制御装置に関し、特に、モータに発生するリラクタンストルクを有効に利用するサーボモータ制御装置に関する。

従来のサーボモータ制御システムのブロック図を図６に示す。このサーボモータ制御システム１００は、速度指令値ω＊に従って三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗにより、モータ１１５のモータ速度である実回転数ωと速度指令値ω＊が一致するように制御するシステムである。サーボモータ制御システム１００は、減算器１０１，１０４，１０６，１０８，１１０、ＰＩ制御器１０２，１０５，１０９、電流指令演算部１０３、非干渉制御器１０７、ｄｑ／３φ変換器１１７、電力変換器１１１、カウンタ１１２、３φ／ｄｑ変換器１１３、電流検出器１１４、サーボモータ１１５、及び速度検出器１１６を備えている。

以下、サーボモータ制御システム１００の動作について説明する。
減算器１０１は、速度指令値ω＊と、サーボモータ１１５の速度を検出する速度検出器１１６からの実回転数ωとの偏差を出力し、ＰＩ制御器１０２は、当該偏差を入力してＰＩ演算を施し、トルク指令値τ＊を出力する。電流指令演算部１０３は、トルク指令値τ＊、実回転数ω、及び、３φ／ｄｑ変換器１１３からのトルク分電流フィードバックＩｑを入力し、電流指令演算を施し、トルク分電流指令値Ｉｑ＊及び励磁電流指令値Ｉｄ＊を出力する。

ｄｑ／３φ変換器１１７は、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊、ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊、及び、カウンタからの角度θを入力し、ｄｑ／３φ変換を行い、三相交流電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を出力する。ここで、ｑ軸電圧指令値Ｖｑ＊は、減算器１０４及びＰＩ制御器１０５を介した信号と非干渉制御器１０７からのフィードフォワード補償電圧Ｖｑｙとの偏差である。ｄ軸電圧指令値Ｖｄ＊は、減算器１０８及びＰＩ制御器１０９を介した信号と非干渉制御器１０７からのフィードフォワード補償電圧Ｖｄｙとの偏差である。また、角度θは、実回転数ωを入力したカウンタ１１２からの出力信号である。

電力変換器１１１は、三相交流電圧指令値Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を入力し、電力変換を行い増幅し、サーボモータ１１５に三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗを供給する。電流検出器１１４は、サーボモータ１１５に供給される三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗにおける三相交流電流値ｉｕ，ｉｖを検出する。３φ／ｄｑ変換器１１３は、三相交流電流値ｉｕ，ｉｖを入力し、３φ／ｄｑ変換を行い、励磁電流フィードバックＩｄを減算器１０８に出力し、トルク分電流フィードバックＩｑを減算器１０４及び電流指令演算部１０３に出力する。

この従来のサーボモータ制御システムにおいて、電流指令演算部１０３は、サーボモータ１１５の電流位相角が一定になるように励磁電流指令値Ｉｄ＊を演算すると共に、当該励磁電流指令値Ｉｄ＊、電気子錯交磁束、ｑ軸インダクタンス、ｄ軸インダクタンス及び実回転数ωを用いて、トルク分電流指令値Ｉｑ＊を演算する（特許文献１を参照）。

特開２０００−９２８８４号公報（段落〔０００９〕〜〔００１３〕、図1〜４、図６）

しかしながら、従来は、所定のトルクを得るために、電流位相角を既知の値のパラメータとして予め設定しておく必要がある。このため、サーボモータの特性確認の負荷試験を行い、電流位相角を測定しておく必要があった。

また、従来は、トルク分電流フィードバックＩｑに基づいてトルク分電流指令値Ｉｑ＊を演算することにより、最大トルク位相制御を実現している。このため、トルク分電流指令値Ｉｑ＊の演算に際し、測定誤差や検出遅れ等が生じる可能性があった。

また、従来は、トルク分電流指令値Ｉｑ＊の演算は、定格トルクにマグネットトルクのみを考慮して行われていた。一般に、定格トルクは、マグネットトルク及びリラクタンストルクの各要素から成るものである。このため、トルクの線形化を実現するためには、リラクタンストルクを有効に活用する必要があった。

また、従来は、励磁電流指令値Ｉｄ＊が、サーボモータへ供給される電圧を変換してフィードバックした実電圧に基づいて演算されていないため、サーボモータの端子電圧抑制制御を実現できなかった。このため、サーボモータ制御装置の状態によっては、三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗが、モータ定格電圧を超えてしまう可能性があった。

そこで、上記課題を解決するため、本発明の目的は、
（１）電流位相角を予め測定する必要がなく、
（２）トルク分電流指令値Ｉｑ＊の演算に際して測定誤差や検出遅れ等が生じることがなく、
（３）リラクタンストルクを有効に活用したトルク制御を実現し、
（４）サーボモータの端子電圧抑制制御を実現可能な、
サーボモータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明によるサーボモータ制御装置は、トルク指令値及びサーボモータの回転速度である実回転数を入力し、励磁電流指令値及びトルク分電流指令値を演算する電流指令演算部を備え、該励磁電流指令値及びトルク分電流指令値によりサーボモータを制御するサーボモータ制御装置において、前記電流指令演算部が、前記サーボモータに供給される電圧を変換した実電圧を入力し、該実電圧及び予め設定された定格電圧に基づいて第１の指令値を演算する第１の演算手段と、該電流指令演算部により演算された励磁電流指令値及びトルク分電流指令値を入力し、該励磁電流指令値と、トルク分電流指令値と、予め設定されたｄ軸リアクタンス、ｑ軸リアクタンス、前記定格電圧及び誘起電圧とに基づいて第２の指令値を演算する第２の演算手段と、前記第１の指令値及び第２の指令値に基づいて励磁電流指令値を演算する励磁電流指令値演算手段と、前記サーボモータの実回転数を入力し、該実回転数及び予め設定された基底回転数に基づいて第３の指令値を演算する第３の演算手段と、該電流指令演算部により演算された励磁電流指令値、及び前記トルク指令値を入力し、該励磁電流指令値と、トルク指令値と、基底回転数で定格トルクを出力するときの励磁電流指令値を表す定数と、ｄ軸リアクタンス、ｑ軸リアクタンス、定格電圧及び誘起電圧とに基づいて、前記定格トルクτ _０ がマグネットトルク及びリラクタンストルクからなる場合の次式
τ _０ ＝Ｐｍ×Φｆ×Ｉ _０ ×（１−λ ^−１ ×Ｉｄ０＿）×√（１−Ｉｄ０＿ ^２ ）
（ここで、Ｐｍは極数、Ｉ _０ は２相定格電流、Ｉｄ０＿は基底回転数で定格トルクを出力するときの励磁電流指令値を正規化した定数、Φｆ及びλ ^−１ はそれぞれ以下の式で表されるものとする。
Φｆ＝Ｅ _０ ／（Ｐｍ×ω _０ ）
λ ^−１ ＝（Ｘｑ−Ｘｄ）×（Ｖ _０ ／Ｅ _０ ）
ここで、Ｅ _０ は誘起電圧、ω _０ は基底回転数、Ｘｑはｑ軸リアクタンス、Ｘｄはｄ軸リアクタンス、Ｖ _０ は定格電圧とする。）
から導かれた次式
Ｉｑ１＝τ＊×（１−λ ^−１ ×Ｉｄ０）×√（１−Ｉｄ０ ^２ ）／（１−λ ^−１ ×Ｉｄ＊）
（ここで、Ｉｑ１は第４の指令値、τ＊はトルク指令値、Ｉｄ＊は励磁電流指令値とする。）
を用いて、第４の指令値を演算する第４の演算手段と、前記第３の指令値及び第４の指令値に基づいてトルク分電流指令値を演算するトルク分電流指令値演算手段と、を有することを特徴とする。

また、本発明によるサーボモータ制御装置は、電流指令演算部が、さらに、ｄ軸リアクタンスと励磁電流指令値との間の関係、及びｑ軸リアクタンスとトルク分電流指令値との間の関係が予め測定されて、これらのデータが格納されたテーブルを有し、前記第２の演算手段が、前記電流指令演算部により演算された励磁電流指令値及びトルク分電流指令値を入力し、前記励磁電流指令値に対応するｄ軸リアクタンス、及び前記トルク分電流指令値に対応するｑ軸リアクタンスを前記テーブルから読み出し、前記励磁電流指令値及びトルク分電流指令値と、前記読み出したｄ軸リアクタンス及びｑ軸リアクタンスと、前記定格電圧及び誘起電圧とに基づいて第２の指令値を演算することを特徴とする。

また、本発明によるサーボモータ制御装置は、第２の演算手段が、前記電流指令演算部により演算された励磁電流指令値及びトルク分電流指令値を入力し、前記励磁電流指令値に対応するｄ軸リアクタンス、及び前記トルク分電流指令値に対応するｑ軸リアクタンスを前記テーブルから読み出し、前記トルク指令値と、前記基底回転数で定格トルクを出力するときの励磁電流指令値を表す定数と、前記第３の演算手段により演算された第３の指令値と、前記読み出したｄ軸リアクタンス及びｑ軸リアクタンスと、前記定格電圧及び誘起電圧とに基づいて第２の指令値を演算することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、電流位相角を用いることなく励磁電流指令値を演算するから、電流位相角を予め測定する必要がない。また、トルク分電流フィードバックを用いることなくトルク分電流指令値を演算するから、トルク分電流フィードバックによる測定誤差や検出遅れ等が生じることがない。

また、リラクタンストルクを考慮した線形化演算を施すことにより、トルク指令値に比例したトルク分電流指令値を得ることができるから、リラクタンストルクを有効に活用することができる。また、実電圧を用いて励磁電流指令値を演算するから、サーボモータの端子電圧抑制制御を実現することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明によるサーボモータ制御装置を含むサーボモータ制御システムを示すシステム構成図である。このサーボモータ制御システム１は、従来のサーボモータ制御システム１００の構成に加えて電圧変換器３を備え、電流指令演算部１０３の代わりに本発明による電圧指令演算部２を備えている点で、図６に示した従来のサーボモータ制御システムと相違する。以下、図１において、図６と共通する部分には図６と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

本発明によるサーボモータ制御装置は、サーボモータ制御システム１の構成のうちのサーボモータ１１５と速度検出器１１６を除いた部分が相当する。電圧変換器３は、サーボモータ１１５に供給される三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗを入力し、３φ／ｄｑ電圧変換を行い、励磁電圧フィードバック及びトルク分電圧フィードバックを生成し、実電圧Ｖ（励磁電圧フィードバック）を電流指令演算部２に出力する。電流指令演算部２は、トルク指令値τ＊、モータ速度である実回転数ω、及び実電圧Ｖを入力し、ｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑを用いて、励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊を演算することにより、モータ制御を実現する。以下に説明する第１の実施例では、ｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑとして、予め設定された固定の値を用いる。第２の実施例では、ｄ軸リアクタンスＸｄと励磁電流指令値Ｉｄ＊との間の関係、及びｑ軸リアクタンスＸｑとトルク分電流指令値Ｉｑ＊との間の関係を予め測定してテーブルに格納し、ｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑとして、前記テーブルの値を用いる。第３の実施例では、ｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑとして、第２の実施例と同様にテーブルの値を用い、さらに、スキャン遅れがないように励磁電流指令値Ｉｄ＊を演算する。以下、第１の実施例、第２の実施例及び第３の実施例について詳細に説明する。以下、記号＊は指令値であることを示す。

まず、第１の実施例について説明する。
図２は、本発明によるサーボモータ制御装置に用いる電流指令演算部の第１の実施例を示すブロック図である。この電流指令演算部２−１は、Ｉ演算器１１、Ｉｄ１演算器１２、加算器１３、減算器１４、リミット付ＰＩ制御器１５、Ｉｑ１演算器１６、乗算器１７、絶対値変換器１８、リミット付比例出力器１９、及び除算器２０を備えている。電流指令演算部２−１は、図１に示したＰＩ制御器１０２からトルク指令値τ＊を、速度検出器１１６から実回転数ωを、電圧変換器３から実電圧Ｖをそれぞれ入力し、予め設定された固定値であるｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑを用いて演算したλ,λ^−１により、励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊を演算し、当該励磁電流指令値Ｉｄ＊を減算器１０４に、トルク分電流指令値Ｉｑ＊を減算器１０８にそれぞれ出力する。この電流指令演算部２−１と図６に示した電流指令演算部１０３とを比較すると、電流指令演算部２−１が、トルク分電流フィードバックＩｑを入力しないで実電圧を入力する点で相違する。

Ｉ演算器１１は、加算器１３から励磁電流指令値Ｉｄ＊を、乗算器１７からトルク分電流指令値Ｉｑ＊をそれぞれフィードバック入力し、以下の演算を行い、電流値Ｉを出力する。

Ｉｄ１演算器１２は、Ｉ演算器１１から電流値Ｉを入力し、以下の演算を行い、Ｉｄ１を出力する。

ここで、式（２）のλ，λ^−２は、以下の式により演算された値である。この場合、ｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑは、予め設定された固定値である。

ここで、Ｖ_０は定格電圧、Ｅ_０は誘起電圧であり、それぞれ予め設定された固定値である。

減算器１４は、定格電圧Ｖ_０、及び電圧変換器３から実電圧Ｖを入力し、定格電圧Ｖ_０から実電圧Ｖを減算し、その減算結果である偏差を出力する。リミット付ＰＩ制御器１５は、減算器１４から偏差を入力し、所定の設定範囲内になるように比例積分演算を行い、その結果Ｉｄ２を出力する。

加算器１３は、Ｉｄ１演算器１２からＩｄ１を、リミット付ＰＩ制御器１５からＩｄ２をそれぞれ入力し、Ｉｄ１とＩｄ２を加算し、その加算結果である励磁電流指令値Ｉｄ＊を出力する。

一方、Ｉｑ１演算器１６は、加算器１３から励磁電流指令値Ｉｄ＊を、ＰＩ制御器１０２からトルク指令値τ＊を、予め設定された固定値であるＩｄ０をそれぞれ入力し、以下の演算を行い、Ｉｑ１を出力する。

ここで、Ｉｄ０とは、基底回転数ω_０で定格トルクを出力するときの励磁電流指令値Ｉｄ＊であり、以下の式により予め設定された固定値である。また、λ^−１は式（３）により演算される値である。

ここで、λ，λ^−２は式（３）により演算される値である。

絶対値変換器１８は、速度検出器１１６から実回転数ωを入力し、絶対値変換を行い、実回転数ωの絶対値を出力する。リミット付比例出力器１９は、絶対値変換器１８から実回転数ωの絶対値を入力し、当該絶対値が所定の値よりも小さい場合は一定値を、所定の値以上の場合は当該絶対値に比例した値をそれぞれ出力する。除算器２０は、リミット付比例出力器１９からの出力を、予め設定された固定値である基底回転数ω_０をそれぞれ入力し、前記出力をω_０で除算し、その除算結果であるＩｑ２を出力する。

乗算器１７は、Ｉｑ１演算器１６からＩｑ１を、除算器２０からＩｑ２をそれぞれ入力し、Ｉｑ１とＩｑ２を乗算し、その乗算結果であるトルク分電流指令値Ｉｑ＊を出力する。

ところで、前述のトルク分電流指令値Ｉｑ１を算出する式（４）は、定格トルクτ_０にリラクタンストルクを考慮した式である。以下、式（４）について詳細に説明する。トルク分電流指令値Ｉｑ１（以下の説明ではＩｑ＊とする。）は、一般に、以下の式により算出される。尚、式（４）を導き出すまでの説明において、正規化されたデータに＿（アンダーバー）を付ける。また、τ、Ｉｑ、Ｉｄ、Ｌｄ及びＬｑは、正規化される前のトルク、トルク分電流指令値、励磁電流指令値、ｄ軸インダクタンス及びｑ軸インダクタンスをそれぞれ示している。
Ｉｑ＝τ／（（（Ｌｄ−Ｌｑ）×Ｉｄ＋Φｆ）×Ｐｍ）
＝τ／（（Φｆ−（Ｌｑ−Ｌｄ）×Ｉｄ）×Ｐｍ）
ここで、Ｌｑ，ＬｄをＩ_０（２相定格電流）＝（３／２）×Ｉ_１（３相定格電流）とＶ_０（定格電圧）で正規化し、
Ｌｑ＝Ｌｑ＿×Ｖ_０／Ｉ_０
Ｌｄ＝Ｌｄ＿×Ｖ_０／Ｉ_０
とする。また、Ｉｑ、ＩｄをＩ_０で正規化し、
Ｉｑ＝Ｉｑ＿×Ｉ_０
Ｉｄ＝Ｉｄ＿×Ｉ_０
とする。また、τをτ_０（定格トルク）で正規化し、
τ＝τ＿×Ｉ_０×τ_０
とする。また、ΦｆはＥ_０（誘起電圧（逆相起電圧））を用いると、
Φｆ＝Ｅ_０／（Ｐｍ×ω_０）
となり、
Ｉｑ＿＝τ＿×（τ_０／Ｉ_０）／（（Ｅ_０／（Ｐｍ×ω_０）−（Ｌｑ＿−Ｌｄ＿）×（Ｖ_０／Ｉ_０）×Ｉｄ＿×Ｉ_０）×Ｐｍ）
＝τ＿×（τ_０／Ｉ_０）／（（Ｅ_０／ω_０）−（Ｌｑ＿−Ｌｄ＿）×Ｖ_０×Ｐｍ×Ｉｄ＿）
ここで、式（３）より、
λ^−１＝（Ｌｑ＿−Ｌｄ＿）×Ｐｍ×ω_０／（Ｅ_０／Ｖ_０）
とすると、
Ｉｑ＿＝τ＿×（τ_０ω_０／Ｅ_０Ｉ_０）／（１−λ^−１×Ｉｄ＿）
となり、（τ_０ω_０／Ｅ_０Ｉ_０）が残ることになる。

定格トルクτ_０をマグネットトルクのみとすると、τ_０＝Ｐｍ×Φｆ×Ｉ_０となり、（τ_０ω_０／Ｅ_０Ｉ_０）＝１となる。トルク分電流指令値Ｉｑ＊は、前述の背景技術で説明した図６の電流指令演算部１０３によって以下の式により算出される。
Ｉｑ＿＝τ＿×（τ_０ω_０／Ｅ_０Ｉ_０）／（１−λ^−１×Ｉｄ＿）
すなわち、指令値を示す＊を用いると、
Ｉｑ＊＝τ＊×（τ_０ω_０／Ｅ_０Ｉ_０）／（１−λ^−１×Ｉｄ＊）
となる。

一方、定格トルクτ_０をマグネットトルク及びリラクタンストルクとすると、すなわち定格トルクτ_０にリラクタンストルクを考慮すると、
τ_０＝Ｐｍ×Φｆ×Ｉ_０×（１−λ^−１×Ｉｄ０＿）×√（１−Ｉｄ０＿ ^２）
となり、
（τ_０ω_０／Ｅ_０Ｉ_０）＝（１−λ^−１×Ｉｄ０＿）×√（１−Ｉｄ０＿ ^２）
となる。つまり、
Ｉｑ＿＝τ＿×（（１−λ^−１×Ｉｄ０＿）／（１−λ^−１×Ｉｄ＿））×√（１−Ｉｄ０＿ ^２）
となる。ここで、指令値を示す＊により、Ｉｑ＿をＩｑ＊とし、τ＿をτ＊とし、Ｉｄ＿をＩｄ０とし、Ｉｄ＿をＩｄ＊とすると、定格トルクτ_０にリラクタンストルクを考慮した場合のトルク分電流指令値Ｉｑ＊（Ｉｑ１）を算出する式は、前述の式（４）となる。これは、Ｉｑ１演算器１６が、定格トルクτ_０にリラクタンストルクを考慮してトルク分電流指令値Ｉｑ１を演算していることを意味する。

このように、本発明による第１の実施例によれば、サーボモータ制御装置の電流指令演算部２−１は、トルク指令値τ＊、実回転数ω、及び実電圧Ｖをそれぞれ入力し、予め設定されたｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑを用いて、励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊を演算するようにした。このｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑは、サーボモータ１１５の仕様の値であり、例えば、サーボモータ１１５の製造メーカから購入時に予め指定される値である。これにより、電流指令演算部２−１は、電流位相角を用いて演算しないから、電流位相角を予め設定する必要がない。つまり、電流位相角を測定するための特性確認の負荷試験を行う必要がないから、負荷試験を行う手間を省くことができる。

また、電流指令演算部２−１は、トルク分電流フィードバックＩｑを用いて演算しないから、トルク分電流フィードバックＩｑによる測定誤差や検出遅れ等が生じることがない。

また、電流指令演算部２−１のＩｑ１演算器１６は、前述の式（４）によりＩｑ１を演算するようにしたから、トルク指令値τ＊に対して線形化演算を施すことができると共に、定格トルクτ_０にリラクタンストルクを考慮した演算を施すことができる。したがって、リラクタンストルクを有効に活用することができる。この場合、サーボモータ１１５が小型の場合には、リラクタンストルクを有効に活用することにより、大きなトルクを得ることができるから、モータの急加減速を実現することができる。したがって、サーボモータ制御装置だけでなく、例えば、急加減速制御を必要とする自動車ミッション試験装置にも好適である。

また、電流指令演算部２−１は、実電圧Ｖに基づいて励磁電流指令値Ｉｄ＊を演算しているから、サーボモータ１１５の連続的な端子電圧抑制制御を実現することができる。すなわち、三相交流電圧Ｕ，Ｖ，Ｗがモータ定格電圧を超えてしまうことがない。

次に、第２の実施例について説明する。
前述の第１の実施例では、式（３）に示したｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑは、予め設定された固定値である。これらの固定値は、サーボモータ１１５の製造メーカにより指定されるものであるが、製造メーカはこれらの値を必ずしも正確に把握できるとは限らないため、正確な値とは言えない。そこで、第２の実施例では、試運転モードにおいて、ｄ軸リアクタンスＸｄと励磁電流指令値Ｉｄ＊との間の関係、及びｑ軸リアクタンスＸｑとトルク分電流指令値Ｉｑ＊との間の関係を予め測定してテーブルに格納しておき、実運転モードにおいて、当該テーブルに格納されたｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑを用いるようにした。

図３は、本発明によるサーボモータ制御装置に用いる電流指令演算部の第２の実施例を示すブロック図である。この電流指令演算部２−２は、図２に示した電流指令演算部２−１の構成に加えて、テーブル２１及びλ演算器２２を備えている。以下、図３において、図２と共通する部分には図２と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。

まず、サーボモータ制御装置が試運転モードのときに、電流指令演算部２−２は、３φ／ｄｑ変換器１１３から励磁電流フィードバックＩｄ及びトルク分電流フィードバックＩｑを、電圧変換器３から励磁電圧フィードバックＶｄ及びトルク分電圧フィードバックＶｑを、速度検出器１１６から実回転数ωをそれぞれ入力する（図示せず）。そして、電流指令演算部２−２の図示しない手段は、抵抗値ｒ及びｄ軸リアクタンスＸｄを、無負荷運転またはサーボモータ１１５単体の運転により同定し、ｑ軸リアクタンスＸｑを、前述の抵抗値ｒ及びｄ軸リアクタンスＸｄを用いて、通常の負荷運転により同定する。すなわち、電流指令演算部２−２の図示しない手段は、逐次最小２乗法によるパラメータ同定により、以下の演算を行い、抵抗値ｒ、ｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑを測定し、ｄ軸リアクタンスＸｄと励磁電流指令値Ｉｄ＊との間の関係、及びｑ軸リアクタンスＸｑとトルク分電流指令値Ｉｑ＊との間の関係を求め、テーブル２１に格納する。

ここで、Ｐ_０は同定定数、cemfは誘起電圧Ｅ_０である。このようにして、試運転モードのときにテーブル２１が作成される。

図４は、ｄ軸リアクタンスＸｄと励磁電流指令値Ｉｄ＊との間の関係、及びｑ軸リアクタンスＸｑとトルク分電流指令値Ｉｑ＊との間の関係を示すグラフである。電流指令演算部２−２の図示しない手段は、図４に示すデータをテーブル２１に格納する。図４において、励磁電流指令値Ｉｄ＊が変化するとｄ軸リアクタンスＸｄも変化し、トルク分電流指令値Ｉｑ＊が変化するとｑ軸リアクタンスＸｑも変化する関係にあることがわかる。

そして、サーボモータ制御装置が実運転モードのときに、図３に示す構成により、テーブル２１に格納されたｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑを用いて励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊を演算する。以下、具体的に説明する。

図３に戻って、λ演算器２２は、加算器１３からの励磁電流指令値Ｉｄ＊に基づいて、テーブル２１からｄ軸リアクタンスＸｄを読み出し、乗算器１７からのトルク分電流指令値Ｉｑ＊に基づいて、テーブル２１からｑ軸リアクタンスＸｑを読み出す。そして、λ演算器２２は、以下の演算を行い、λｘを出力する。

Ｉｄ１演算器１２は、Ｉ演算器１１から電流値Ｉを、λ演算器２２からλｘをそれぞれ入力し、以下の演算を行い、Ｉｄ１を出力する。

加算器１３は、Ｉｄ１演算器１２からＩｄ１を、リミット付ＰＩ制御器１５からＩｄ２をそれぞれ入力し、Ｉｄ１とＩｄ２を加算し、その加算結果である励磁電流指令値Ｉｄ＊を出力する。

一方、Ｉｑ１演算器１６は、加算器１３から励磁電流指令値Ｉｄ＊を、ＰＩ制御器１０２からトルク指令値τ＊を、予め設定された固定値であるＩｄ０を、λ演算器２２からλｘをそれぞれ入力し、以下の演算を行い、Ｉｑ１を出力する。

尚、λ^−１は、図示しない同定回路により式（３）により演算される固定値であり、最大位相制御における値である。

乗算器１７は、Ｉｑ１演算器１６からＩｑ１を、除算器２０からＩｑ２をそれぞれ入力し、Ｉｑ１とＩｑ２を乗算し、その乗算結果であるトルク分電流指令値Ｉｑ＊を出力する。

このように、本発明による第２の実施例によれば、サーボモータ制御装置の電流指令演算部２−２は、トルク指令値τ＊、実回転数ω、実電圧Ｖをそれぞれ入力し、ｄ軸リアクタンスＸｄと励磁電流指令値Ｉｄ＊との間の関係、及びｑ軸リアクタンスＸｑとトルク分電流指令値Ｉｑ＊との間の関係を予め測定して格納したテーブル２１から、励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊に応じてｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑを読み出し、これらの値を用いて励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊を演算するようにした。これにより、例えば磁束飽和によるｑ軸リアクタンスＸｑの変動に対応することができるから、実施例１と同様の効果を奏することに加えて、より一層適切な励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊を演算することができる。また、式（９）によるトルクの線形化を実現する場合に、より一層線形化の精度を高めることができる。

また、電流指令演算部２−１は、試運転モードにおいて、ｄ軸リアクタンスＸｄと励磁電流指令値Ｉｄ＊との間の関係、及びｑ軸リアクタンスＸｑとトルク分電流指令値Ｉｑ＊との間の関係を予め測定してテーブル２１に格納するようにした。これにより、サーボモータ制御のために必要なｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑをサーボモータ毎に測定することができ、適正な値を用いた制御を実現することができる。

次に、第３の実施例について説明する。
前述の第２の実施例では、Ｉ演算器１１が励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊をフィードバック入力し、Ｉｄ１演算器１２が励磁電流指令値Ｉｄ１を演算しているため、その演算は１スキャン遅れてしまう。そこで、第３の実施例では、Ｉｄ１演算器２３が、励磁電流指令値Ｉｄ＊をフィードバックして演算するのではなく、フィードフォワードにより演算するようにした。

図５は、本発明によるサーボモータ制御装置に用いる電流指令演算部の第３の実施例を示すブロック図である。この電流指令演算部２−３は、図３に示した電流指令演算部２−２のＩ演算器１１及びＩｄ１演算器１２の代わりにＩｄ１演算器２３を備えている点で、図３に示した電流指令演算部２−２と相違する。以下、図５において、図３と共通する部分には図３と同一の符号を付し、その詳しい説明は省略する。尚、試運転モードにおいて、ｄ軸リアクタンスＸｄと励磁電流指令値Ｉｄ＊との間の関係、及びｑ軸リアクタンスＸｑとトルク分電流指令値Ｉｑ＊との間の関係を予め測定してテーブル２１に格納し、実運転モードにおいて、当該テーブル２１に格納されたｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑを用いる点は、図３に示した実施例２と同様である。

サーボモータ制御装置が実運転モードのときに、Ｉｄ１演算器２３は、ＰＩ制御器１０２からトルク指令値τ＊を、予め設定された固定値のＩｄ０を、除算器２０からＩｑ２であるω_Ｂｘを、λ演算器２２からλｘをそれぞれ入力する。ここで、ω_Ｂｘは、絶対値変換器１８、リミット付比例出力器１９及び除算器２０により、実回転数ωの絶対値をリミットした値を基底回転数ω_０で除算した値である。そして、Ｉｄ１演算器２３は、以下の演算を行ってＩｄ１を求め、当該Ｉｄ１を出力する。

尚、λ^−１は、図示しない同定回路により式（３）により演算される固定値であり、最大位相制御における値である。

加算器１３は、Ｉｄ１演算器２３からＩｄ１を、リミット付ＰＩ制御器１５からＩｄ２をそれぞれ入力し、Ｉｄ１とＩｄ２を加算し、その加算結果である励磁電流指令値Ｉｄ＊を出力する。

このように、本発明による第３の実施例によれば、サーボモータ制御装置の電流指令演算部２−３は、トルク指令値τ＊、実回転数ω、実電圧Ｖをそれぞれ入力し、テーブル２１から励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊に応じてｄ軸リアクタンスＸｄ及びｑ軸リアクタンスＸｑを読み出し、これらの値を用いて励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊を演算するようにした。この場合、Ｉｄ１演算器２３は、励磁電流指令値Ｉｄ＊及びトルク分電流指令値Ｉｑ＊をフィードバック入力して励磁電流指令値Ｉｄ１を演算するのではなく、トルク指令値τ＊及びＩｄ０を直接入力してフィードフォワードにより演算するようにした。これにより、実施例２と同様の効果を奏することに加えて、スキャン遅れを生じることなくサーボモータ制御を実現することができる。

尚、サーボモータ制御装置は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体等を備えたコンピュータ装置によって構成されるようにしてもよい。この場合、サーボモータ制御装置の電流指令演算部２−１，２−２，２−３に備えた演算器１１、Ｉｄ１演算器１２，２３、加算器１３、減算器１４、リミット付ＰＩ制御器１５、Ｉｑ１演算器１６、乗算器１７、絶対値変換器１８、リミット付比例出力器１９、除算器２０、テーブル２１及びλ演算器２２の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。また、これらのプログラムは、磁気ディスク（フロッピィーディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもできる。

本発明によるサーボモータ制御装置を含むサーボモータ制御システムを示すシステム構成図である。 本発明によるサーボモータ制御装置に用いる電流指令演算部の第１の実施例を示すブロック図である。 本発明によるサーボモータ制御装置に用いる電流指令演算部の第２の実施例を示すブロック図である。 ｄ軸リアクタンスＸｄと励磁電流指令値Ｉｄ＊との間の関係、及びｑ軸リアクタンスＸｑとトルク分電流指令値Ｉｑ＊との間の関係を示すグラフである。 本発明によるサーボモータ制御装置に用いる電流指令演算部の第３の実施例を示すブロック図である。 従来のサーボモータ制御システムを示すシステム構成図である。

１，１００ サーボモータ制御システム
２，１０３ 電流指令演算部
３ 電圧変換器
１１ Ｉ演算器
１２，２３ Ｉｄ１演算器
１３ 加算器
１４ 減算器
１５ リミット付ＰＩ制御器
１６ Ｉｑ１演算器
１７ 乗算器
１８ 絶対値変換器
１９ リミット付比例出力器
２０ 除算器
２１ テーブル
２２ λ演算器
１０１，１０４，１０６，１０８，１１０ 減算器
１０２，１０５，１０９ ＰＩ制御器
１０７ 非干渉制御器
１１７ ｄｑ／３φ変換器
１１１ 電力変換器
１１２ カウンタ
１１３ ３φ／ｄｑ変換器
１１４ 電流検出器
１１５ サーボモータ
１１６ 速度検出器

Claims (3)

1. トルク指令値及びサーボモータの回転速度である実回転数を入力し、励磁電流指令値及びトルク分電流指令値を演算する電流指令演算部を備え、該励磁電流指令値及びトルク分電流指令値によりサーボモータを制御するサーボモータ制御装置において、
   前記電流指令演算部は、
   前記サーボモータに供給される電圧を変換した実電圧を入力し、該実電圧及び予め設定された定格電圧に基づいて第１の指令値を演算する第１の演算手段と、
   該電流指令演算部により演算された励磁電流指令値及びトルク分電流指令値を入力し、該励磁電流指令値と、トルク分電流指令値と、予め設定されたｄ軸リアクタンス、ｑ軸リアクタンス、前記定格電圧及び誘起電圧とに基づいて第２の指令値を演算する第２の演算手段と、
   前記第１の指令値及び第２の指令値に基づいて励磁電流指令値を演算する励磁電流指令値演算手段と、
   前記サーボモータの実回転数を入力し、該実回転数及び予め設定された基底回転数に基づいて第３の指令値を演算する第３の演算手段と、
   該電流指令演算部により演算された励磁電流指令値、及び前記トルク指令値を入力し、該励磁電流指令値と、トルク指令値と、基底回転数で定格トルクを出力するときの励磁電流指令値を表す定数と、ｄ軸リアクタンス、ｑ軸リアクタンス、定格電圧及び誘起電圧とに基づいて、前記定格トルクτ _０ がマグネットトルク及びリラクタンストルクからなる場合の次式
   τ _０ ＝Ｐｍ×Φｆ×Ｉ _０ ×（１−λ ^−１ ×Ｉｄ０＿）×√（１−Ｉｄ０＿ ^２ ）
   （ここで、Ｐｍは極数、Ｉ _０ は２相定格電流、Ｉｄ０＿は基底回転数で定格トルクを出力するときの励磁電流指令値を正規化した定数、Φｆ及びλ ^−１ はそれぞれ以下の式で表されるものとする。
   Φｆ＝Ｅ _０ ／（Ｐｍ×ω _０ ）
   λ ^−１ ＝（Ｘｑ−Ｘｄ）×（Ｖ _０ ／Ｅ _０ ）
   ここで、Ｅ _０ は誘起電圧、ω _０ は基底回転数、Ｘｑはｑ軸リアクタンス、Ｘｄはｄ軸リアクタンス、Ｖ _０ は定格電圧とする。）
   から導かれた次式
   Ｉｑ１＝τ＊×（１−λ ^−１ ×Ｉｄ０）×√（１−Ｉｄ０ ^２ ）／（１−λ ^−１ ×Ｉｄ＊）
   （ここで、Ｉｑ１は第４の指令値、τ＊はトルク指令値、Ｉｄ＊は励磁電流指令値とする。）
   を用いて、第４の指令値を演算する第４の演算手段と、
   前記第３の指令値及び第４の指令値に基づいてトルク分電流指令値を演算するトルク分電流指令値演算手段と、
   を有することを特徴とするサーボモータ制御装置。
2. 請求項１に記載のサーボモータ制御装置において、
   前記電流指令演算部は、さらに、ｄ軸リアクタンスと励磁電流指令値との間の関係、及びｑ軸リアクタンスとトルク分電流指令値との間の関係が予め測定されて、これらのデータが格納されたテーブルを有し、
   前記第２の演算手段は、前記電流指令演算部により演算された励磁電流指令値及びトルク分電流指令値を入力し、前記励磁電流指令値に対応するｄ軸リアクタンス、及び前記トルク分電流指令値に対応するｑ軸リアクタンスを前記テーブルから読み出し、前記励磁電流指令値及びトルク分電流指令値と、前記読み出したｄ軸リアクタンス及びｑ軸リアクタンスと、前記定格電圧及び誘起電圧とに基づいて第２の指令値を演算することを特徴とするサーボモータ制御装置。
3. 請求項２に記載のサーボモータ制御装置において、
   前記第２の演算手段は、前記電流指令演算部により演算された励磁電流指令値及びトルク分電流指令値を入力し、前記励磁電流指令値に対応するｄ軸リアクタンス、及び前記トルク分電流指令値に対応するｑ軸リアクタンスを前記テーブルから読み出し、前記トルク指令値と、前記基底回転数で定格トルクを出力するときの励磁電流指令値を表す定数と、前記第３の演算手段により演算された第３の指令値と、前記読み出したｄ軸リアクタンス及びｑ軸リアクタンスと、前記定格電圧及び誘起電圧とに基づいて第２の指令値を演算することを特徴とするサーボモータ制御装置。

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