JPH01298977A - モータの制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、電流指令値とモータ電流値との偏差が零にな
るように電流フィードバックループを用いてモータを制
御する場合に、電流値算出手段を用いずにモータ電流値
を演算により算出してモータを制御する方法及びｖｔ置
に関するものである。

［従来の技術］ 第９図は１、従来のサーボモータのサーボ制御機構を示
している。同図において、１はサーボモータ２（以下モ
ータと言う。）の電流値を制御する電流制御部であり、
電流制御部１はモータ２に供給されるモータ電流値を検
出する電流値算出手段３と、電流値算出手段３で検出し
たモータ電流値をフィードバックする電流フィードバッ
クループ４と、電流指令値Ｉ　ＣＨＤとモータ電流値１
ａとの電流偏差を零にするようにモータに電流を供給す
る電流制御装置５とを備えている。６は電流フィードバ
ックゲインであり、７は加算器である。

また第９図において、９は速度制御部であり、モータの
出力軸によって駆動されてモータの速度量に比例したモ
ータ速度信号（速度ｆｆ１）　Ｖｓとモータの位置に相
応したモータ位置信号ｐｓとを出力するエンコーダ１０
と、速度フィードバックループ１１と、速度指令信号Ｖ
　ＣＨＤとモータ速度信号Ｖｓとの偏差を入力として電
流指令値Ｉ　ＣＨＤを出力する速度制御装置１２とを備
えている。１３は微分要素であり、１４は速度フィード
バックゲインであり、１５は加算器である。

１６は位置制御部であり、エンコーダ１０から出力され
るモータ位置信号Ｐｓをフィードバックする位置フィー
ドバックループ１７と、位置指令値ＰＣ）１口とモータ
位置信号ｐｓとの偏差を入力として速度指令値Ｖ　ＣＨ
Ｄを出力する位置制御装置１８とを備えている。１９は
位置フィードバックゲインであり、２０は加σ器である
。

第９図の電流制御部１をブロック線図で示すと第１０図
に示す通りになる。電流制御装置５は、伝達関数がＧ１
の電流−差増幅回路５ａと伝達関数がＧｐの電力変換回
路５ｂとから構成される。

電力変換回路５ｂは、例えばパルス幅変調回路とインバ
ータ回路とから構成される。モータ２はその回路定数に
基づいて、図示の３つの伝達要素２ａ〜２Ｃで表すこと
ができる。なおこの例では簡略化するために、モータの
回路定数として、第１０図に示すように固定子側の巻線
の抵抗Ｒａとインダクタンスしａと、負荷の慣性モーメ
ント（ｔｌ”（性能率）Ｊと、モータを逆回転させる方
向に誘起される誘起電圧に比例した誘起電圧係数）（ｅ
と、界磁回路の性質及び電機子電流によって決まるトル
ク定数Ｋｔとを用いている。なお必要に応じてモータの
制動係数や＊ｔ＊係数を考慮することもある。第１０図
において２ａは誘導電圧係数に基づく伝達要素であり、
２ｂはモータの入力側の伝達要素であり、２Ｃはモータ
の出力側の伝達要素である。電流値算出手段３としては
、ホール素子や抵抗を用いた電流−電圧変換型の検出手
段が用いられており、ＧＣは電流値算出手段３の伝達関
数である。またＨｌは電流フィードバックゲイン７の伝
達関数である。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の技術では、電流フィードバックループ４ヘフイー
ドバツクするモータ電流値（ａを検出するために電流値
算出手段３を用いている。しかしながら、ホール素子等
からなる半導体電流値算出手段や電流値算出用抵抗を備
えた絶縁アンプは精度は高いものの価格が高いという問
題がある。またこれらの電流値算出手段を用いると、検
出手段の設置スペースを確保しなければならない上、電
流値算出１段で検出した信号を増幅またはデジタル化す
るための付随回路が必要になるために装置が複雑且つ大
形化する問題があった。

本発明の目的は、電流値算出手段を用いることなく、速
度制御または位置制御で用いる速度量を利用してモータ
電流値を算出することにより、電流フィードバック制御
を行うモータの制御方法及びｆｆ、Ｑ御装置を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の方法では、速度指令値とモータの速度Ｒとの偏
差に基づく電流指令値とモータ電流値との偏差を零にす
るように機能する電流フィードバックループを用いてモ
ータを制御する方法において、少なくともモータの速度
ω及びモータの回路定数に塁づいてモータ電流値を算出
する。モータ電流値の算出は、モータの速度量をモータ
の回路定数を用いて通口して求めてもよく、また電流指
令値とモータ電流値との偏差及び速度量を入力として、
電流制御装置の伝達ＩＩＱ数及びモータの回路定数から
定まるモータの伝達関数を用いてモータＴｉ流値を算出
してもよい。

本発明の制御装置は、モータの速度量を検出する速度量
検出手段と、速度指令値とモータの速度量との偏差に基
づいて電流指令値を出力する速度フィードバックループ
と、電流指令値とモータ電？ｌｉ値との電流Ｇ差を零に
するように機能する電流フィードバックループと、電流
偏差に基づいてモータに必要な電流を供給する電流制御
装置とを具備するモータの制御装置を対象とする。ぞし
て本発明においては、少なくともモータの速度量を入力
として、モータの回路定数に基づいてモータ電流値を算
出するモータ電流Ｉｔ１算出手段を用いる。

特に、電流制御装置が電流指令値とモータ電′ｔＩｌ値
との電流偏差を増幅する電流偏差増幅手段と、この電流
偏差増幅手段の出力に基づいてモータの駆動に必要な電
力を出力する電力変換手段とを具備、　　して構成され
る場合には、モータ電流値算出手段と゛しては、電流偏
差及び電流偏差増幅手段の出力のいずれか一つと速度量
とを入力として、モータ電流値を算出するように構成さ
れたものを用いることができる。

モータ電流値算出手段が電流偏差増幅手段の出力と速度
ｍとを入力としてモータ電流値を算出する場合に、電力
変換手段が不感帯特性を有するときには、電流偏差増幅
手段とモータ電流値Ｏ出手段との間に不感帯補正手段を
設ける。

［発明の作用］ モータの速度量は、モータ電流値についての情報を含ん
でいる。しかしながら、従来この点が全く着目されてお
らず、モータ電流値の検出は電流値算出手段を用いなけ
ればできないと考えられていた。本発明は、モータの速
度量がモータ電流値についての情報を含ｌυでいること
に着目して、少なくとも速度量とモータの回路定数とを
用いてモータ電流値を算出するようにした。

本発明を用いれば、モータの速度制御や位置制御Ｉ１ｇ
ｑに用いられる既存の速度量検出器から出力されるモー
タの速度量を利用してモータ電流値を算出するため、ホ
ール素子等を用いた高価で複雑なモータ電流値算出手段
を用いる必要がなく、安価に且つ小形に制ａ装置を構成
することができる。

［実施例］ 以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する
。第１図は、本発明の方法及び装置を実施するための一
実施例のブロック線図を示している。同図において、第
１０図に示した従来の装置のブロック線図に示した部分
と同じ部分には第１０図で用いた符号と同じ符号を付し
である。

第１図の実施例は、モータ電流値即ちモータの入力側の
伝達関数２ｂの出力を演算によって求めるために、モー
タ電流値算出手段２１を備えており、この手段２１は伝
達要素２ｂの出力に近似した値を算出できるように構成
されている。２１ａは、電力変換回路５ｂの伝達関数Ｇ
Ｄとほぼ等しい伝達関数ＧＤ’　を持った伝達要素であ
り、２１ｂはモータの入力側の伝達要素２ｂの伝達関数
［１／　（Ｒａａｌａ　−ｓ）］とほぼ等しい伝達関数
［１／　（Ｒａ’　＋Ｌａ’　　−ｓ）］を持った伝達
要素であり、２１ｃは［−タの誘起電圧係数Ｋｅに等し
い係数Ｋｅ’を持った伝達要素であり、２１ｄは第１０
図に示した従来の装置で用いていた電流値算出手段の伝
達関数Ｇｃにほぼ等しい伝達関数Ｇｃ’　を持った伝達
要素である。

モータ電流ｉ算出手段２１を上記２１ａないし２１ｄの
伝達要素を有するシステムで構成すれば、電流偏差増幅
回路５ａの出力、速度ｔａＶｓ、モータの回路定数を用
いてモータ電流値Ｉａを算出することがぐきる。なお伝
達要素２１ｄは、フィードバックゲイン７に含めて考え
ることもできる。

上記実施例においては、電流偏差増幅回路５ａの出ツノ
ｌｄを電（ｉ偏差として用いているが、電流偏差増幅回
路５ａの入力信号を直接用いることもでき、この場合に
はモータ電流値算出手段２１に伝達関数Ｇ１にほぼ等し
い伝達関数Ｇｉ′を持った伝ｊヱ要素を追加すればよい
。

第１図の実施例は、アナログ回路で実施する場合に、最
も簡単に実施できるシステムの構成である。第１図のモ
ータ電流１ｆｔ算出丁段２１のブロック線図の等価変換
を行って簡略化すると、第２図に示すようになる。第２
図のブロック線図は、第３図に示すアナログ回路を用い
て閤単に構成することができる。第３図においてＲ１な
いしＲ３は抵抗、Ｃ１はコンデンサ、Ａｍｐはオペアン
プである。第３図に示すアナログ回路の伝達関数は、第
４図のブロック線図に示す通りである。したがって、次
の３式を満足するように抵抗Ｒ１〜Ｒ３、コンデンサＣ
１の値を決定し、電流偏差増幅回路５ａの出力１ｄの極
性を反転して第３図の回路に入力すれば、モータ電流圃
をアナログ吊で算出することができる。

Ｒ３／Ｒ？　＝　（Ｇｏ’　−Ｇｃ’　）　／ｒ’＜ａ
’−（ｆｌ、Ｒ３／Ｒ２＝　（Ｋｅ’　−Ｇｃ’　）　
／Ｒａ’　・（２）Ｃ１・Ｒ３＝ｌａｌ　／Ｒａ’　　
　　　　　・（３）なおアナログｆｆ１Ｌｌ！［！を行
う揚台には、速度帛検出手段としてタコジェネレ〜りを
用いてモータの速廓昂をアナ［１グ吊で検出すればよく
、速度量検出手段としてエンコーダを用いた場合にはＤ
／Ａ変換器を介してアナログωの速度４を得る。第１図
の実施例をアナログで実施する場合、第３図に示したア
ナログ回路に限定されるものではなく、他の構成のアナ
ログ回路を用いることができるのは勿論である。

第１図の実施例をデジタルで実施する場合には、例えば
第５図（Ａ＞に示すブロック図で示した構成を採用する
。そしてマイクロコンピュータで実施する場合には、第
５図（Ｂ）に示したフローチャー１〜に従って′ｆＡＲ
を行う。第５図（Ａ）において、信号はすべてデジタル
信号である。同図において、八は電流指令値を記憶する
第１のメモリ手段であり、新たな電流指令値Ｉ　ＣＨＤ
２が入力される亀に先に記憶した電流指令値Ｉ　Ｃ）ｔ
Ｄｌを出力する。

Ｂはｌ　ＣＨＤ２−　Ｉ　ＣＨＤ１＝　Ｉ　Ｃ８口２１
の演算を行う減算手段である。Ｄは演ｎしたモータ電流
値Δ１ａを記憶する第２のメモリ手段であり、新たなモ
ータ電流（ｌｌ″（ｌ　ａ２が入力される毎に、先に記
憶したモータ電流値１ａｌを出力する。減算手段Ｃは、
減算手段Ｂ及び第２のメモリ手段りがらの出力の減算を
行って電流偏差の変化分に相当する値ΔＩｄ＝ＩＣ）１
０２１−１　ａｌを算出する。そして乗算手段Ｅは電流
偏差の変化分ΔＩｄに電流偏差増幅回路５ａの伝達関数
Ｇｉに近似した値Ｑ　ｉ　＋　と電力変換回路５ｂの伝
達関数Ｇｐに近似した１ｆｆｉ　Ｇ　’Ｄ　’を掛けて
Ｘ＝ΔＩｄ　ｘＧ　ｉ’　ｘＧＯ’　の演Ｃ３を行う。

サンプリング期間内に図示しないエンコーダから出力さ
れたエンコーダ信号Ｐのカウント数は、第３のメモリ手
段Ｊに記憶される。第３のメモリ手段Ｊは、新たなカウ
ント数Ｐ２が入力される毎に先に記憶したカウント数Ｐ
１を出力する。減算手段ＩはＲ２−Ｐｌの減算を行い、
除算手段１−１は舎ナンブリング時間ｔで減算手段Ｉの
出力を割って速度ｒの変化分ΔＶｓを算出する。乗篩手
段Ｇは、速度量の変化分ΔＶｓにモータの誘起電圧係数
Ｋｅに近似した値Ｋ　ｅ　Ｉを掛けてＹ−ΔｖｓｘＫｅ
′を締出する。

演篩手段Ｆは、乗算手段Ｅ及びＦの出力を減口した（Ｘ
−Ｙ）の値に、モータの入力側の伝達要素２１ｂの伝達
関数、電流値算出手段の伝達関数に近似した値ＱＣ’　
とフィードバックゲインＨ１とを掛けてモータ電流値の
変化分Δｌａを算出する。

累積手段には演算手段Ｆの出力Δｌａを累積して［−夕
電流値１ａを出力する。なお上記実施例においＵｌＢ、
Ｃ，Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ，、ｒ、にの各要素はマイクロコン
ピュータ内にラフ１−ウェアーによって構成することが
できる。なお第５図（Ａ）の構成とは異なる他の構成で
、デジタル処理によってモータ電流値を算出してもよい
のは勿論である。

また第６図に示すように、電力変換回路５ｂが非線形特
性寸なわら不感帯を有する場合には、モータ電流値算出
手段２１と電流偏差増幅回路５ａとの間に不感帯補正回
路２２を設ＧＪて、モータ電流値算出手段の入力を補正
して制御性能を向上させる。第７図には、不感帯補正回
路２２の一例を示しである。同図において、Ｒ４及びＲ
５は固定抵抗、ＶＲＩ乃至ＶＨ２は可変抵抗、ＤＩ及び
Ｄ２はダイオード、そしてＡｍｐ　１１はオペアンプで
ある。入力信号の極性及び電圧の１冒に応じてダイオー
ドＤ１またはＤ２が導通して不感帯特性を生じさせる。

可変抵抗ＶＲＩ乃至ＶＲ３を調整することにより、ダイ
オードＤ１またはＤ２が導通する電圧レベルが調整され
て、不感帯性が設定される。

第１図の実施例では、制御の順方向側からモータ電流値
を算出しているが、逆方向側からモータ電流値を算出す
ることもできる。すなわち第８図に示すようにモータの
出力側の伝達関数（Ｋｔ／Ｊ−８＞の逆数の伝達関数を
有する伝達要素２１ａ′を用いてモータ電流値算出手段
２１′を構成し、モータ電流値を算出することもできる
。

［発明の効果］ 本発明によれば、モータの速Ｕｆｆｉとモータの回路定
数とに基づいてモータ電流値を検出することができるの
で、高価で大形且つ複雑な電流値算出手段を用いる必要
がない。したがって安価且つ小形に、しかも簡Ｑ１な回
路構成で制御部ｄを構成することができる。

また、電力変換回路が不感帯を有する場合に、不感帯補
正回路を用いれば不感帯を補正して制御性能を向上させ
ることができる。

４、図面のｆ！１ｌｌｌな説明 第１図は本発明の一実施例のブロック線図、第２図は第
１図のモータ電流値算出手段の簡略化したブロック線図
、第３図は第１図のモータ電流値算出手段をアナログで
実施する場合のアナログ回路の回路図、第４図は第３図
の回路の伝達関数のブ［１ツク線図、第５図（Ａ）は第
１図の実施例をデジタル処理する場合の実施例のブロッ
ク図であり、第５図（Ｂ）はマイクロコンピュータを用
いて実７Ｉ！する場合のフローチャート図、第６図は本
発明の他の実施例を示すブロック図、第７図は不感帯補
正回路の一例を示す回路図、第８図はモータ電流値算出
手段の他の実施例のブロック線図、第９図は従来のサー
ボ機構の基本構成を示すブロック線図、第１０図は従来
のサーボ機構の電流制御部のブロックＮｉ１図、第１１
図はモータの回路定数を説明するための回路図である。

１・・・電流制御部、２・・・モータ、３・・・電流値
算出手段、４・・・電流フィードバックループ、５・・
・？Ｈ’？Ｊ、　Ｌ’制御装置、５ａ・・・電流偏差増
幅回路、５ｂ・・・電力変換回路、７・・・フィードバ
ックゲイン、１０・・・エンコーダ（速度量検出器）、
１１・・・速度フィードバックループ、２１．２１’・
・・モータ電流値ｎ出手段、２２・・・不感帯補正回路
。

第２図 第３図 第５図（Ａ）

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）速度指令値とモータの速度量との偏差に基づく電
   流指令値とモータ電流値との偏差を零にするように機能
   する電流フィードバックループを用いてモータを制御す
   る方法において、 少なくとも前記モータの速度量及びモータの回路定数に
   基づいて前記モータ電流値を算出することを特徴とする
   モータの制御方法。
2. （２）前記モータの速度量を前記モータの回路定数を用
   いて逆算することにより前記モータ電流値を算出する請
   求項１に記載のモータの制御方法。
3. （３）前記電流指令値とモータ電流値との偏差及び前記
   速度量を入力として、電流制御装置の伝達関数及び前記
   モータの回路定数から定まるモータの伝達関数を用いて
   前記モータ電流値を算出する請求項１に記載のモータの
   制御方法。
4. （４）モータの速度量を検出する速度量検出手段と、速
   度指令値と前記モータの速度量との偏差に基づいて電流
   指令値を出力する速度フィードバックループと、 前記電流指令値とモータ電流値との電流偏差を零にする
   ように機能する電流フィードバックループと、 前記電流偏差に基づいて前記モータに必要な電流を供給
   する電流制御装置とを具備してなるモータの制御装置に
   おいて、 少なくとも前記モータの速度量を入力として、モータの
   回路定数に基づいて前記モータ電流値を算出するモータ
   電流値算出手段を具備したことを特徴とするモータの制
   御装置。
5. （５）前記モータ電流値算出手段は、前記電流制御装置
   の伝達関数及び前記モータの回路定数から定まるモータ
   の伝達関数を用いて前記モータ電流値を算出するように
   構成されている請求項４に記載のモータの制御装置。
6. （６）前記電流制御装置は、前記電流指令値とモータ電
   流値との前記電流偏差を増幅する電流偏差増幅手段と、
   該電流偏差増幅手段の出力に基づいてモータの駆動に必
   要な電力を出力する電力変換手段とを具備してなり、 前記モータ電流値算出手段は、前記電流偏差及び前記電
   流偏差増幅手段の出力のいずれか一方と前記速度量とを
   入力として、前記モータ電流値を算出するように構成さ
   れている請求項５に記載のモータの制御装置。
7. （７）前記モータ電流値算出手段が前記電流偏差増幅手
   段の出力と前記速度量とを入力として前記モータ電流値
   を算出する場合において、前記電力変換手段が不感帯特
   性を有するときには前記電流偏差増幅手段と前記モータ
   電流値算出手段との間には不感帯補正手段が設けられる
   請求項６に記載のモータの制御装置。