JPS6216085A - 直流モ−タの駆動制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、工作機械のテーブル送り装置などの位置決め
サーボ装置に用いられる直流モータを制御する直流モー
タの駆動制御装置に関する。

〔発明の背景〕

大出力の直流モータを用いたサーボ位置決め機構におい
ては、チョッパ駆動方式の直流モータ駆動制御装置が多
用されている。その理由は、電力効率が極めて良好であ
ること、又、そのため直流モータ駆動用のパワー素子と
して小形、安価のものな使用することができることにあ
る。このようなチョッパ駆動方式の直流モータ駆動制御
装置を図により説明する。

第５図は従来の直流モータ駆動制御装置のブロック図で
ある。図で、１はサーボ位置決め機構における直流モー
タ、２は直流モータ１に連結された速度検出器、３は同
じく直流モータ１４連結された位置検出器である。速度
検出器２はモータ１の回転速度に比例した速度信号ａｙ
を出力し、位置検出器３はモータ１の回転数（回転角度
）に比例した位置信号Ｓｐを出力する。４は位置検出器
３から構成される装置信号Ｓｐと位置指令信号Ｓｃとを
入力し、両者の差を検出する位置偏差検出器である。位
置指令信号Ｓ（はサーボ位置決め機構における数値制御
装置等から得られる。５は、位置偏差検出器４の偏差に
応じて定められる速度信号と速度検出器２から出力され
る速度信号Ｓｖとの差を検出する速度偏差検出器であり
、その差に応じたモータ供給電圧の制御信号ＶＣが出力
される。

６は一定周期の三角波信号を発生する三角波信号発生器
、７は速度偏差検出器５から出力される制御信号ｖｃと
三角波信号とを比較する信号比較回路である。信号比較
回路７からはパルス幅変調信号ｖ８が出力される。８は
直流電源であり、一定電圧ＶＨが出力される。９は電圧
■ヨを信号比較回路７からの信号ｖ８によりオン、オフ
する電圧スイッチング回路であり、このオン、オフされ
た電圧がモータ１に供給される。

第６図は第５図に示すモータおよび電圧スイッチング回
路の回路図である。図で％１は第５図に示すモータ、Ｔ
ｒｌ、Ｔｒ２．Ｔｒ３．Ｔｒ４　は電力用トランジスタ
でありブリッジ回路に構成されている。Ｒ１，Ｒ２，Ｒ
，、Ｒ４ｂｔ抵抗、ＬｃＨ＋ｔチーｉ−クフィルである
。なお、ＲＭはモータ１の電機子の抵抗を示す。

このような従来の制御装置において、位置偏差検出器４
、速度偏差検出器５は速度検出器２、位置検出器３と接
続されて位置決めサーボループを構成し、位置指令信号
ｓｃに対応したモータ供給電圧の制御信号Ｖ。を出力す
る。この制御信号は信号比較回路７で一定周期の三角波
信号と比較され、この結果、信号比較回路７からは制御
信号に比例したデユーティファクタのパルス幅変調信号
ｖ８が出力される。電圧スイッチング回路９では、信号
ｖ８に応じて各トランジスタＴｒ、〜Ｔｒ４により、直
流電源８の一定電圧ＶＨのオン・オフ制御と極性制御（
第６図に示−ｆｐ・ＯＮ信号とＮ・ＯＮ信号による制御
）を行い、モータ１に制御電圧を供給する。

ここで、上記一定電圧ＶＨの値は、モータ１が使用最高
回転数に達したときのモータ１の逆起電圧■ＭＭ、必要
加速度を得るために要求されるモータ電流Ｉ　Ｍ　Ａお
よびモータ１の電機子抵抗ＲＭの値に基づき、 ＶＨ＞ＶＭＭ＋’Ｍ人−ＲＭ を満足するように決定される。これは、モータ１が使用
最高回転数近辺で回転している場合でも、指定された加
速度を確保てるために必要な条件である。

ところで、上記従来の制御方式では、モータ１の加速時
や減速時にピーク値の大きな電流が流れ、これがノイズ
の発生や装置の振動発生の原因になっていた。そして、
例えばＮＣドリル装置においては、振動によりドリルが
折損する等の不都合を生じていた。このようなモータ電
流ピーク値の１例を、ＲＭ＝１．５Ω、ｉＭＡ＝４ＯＡ
（台形の加減速を行う場合）　？　ＶＭＭ　＝　８０　
Ｖのモータを駆動する場合について述べると、 １、Ｖ、＝８０＋４０Ｘ１．５＝１４０（Ｖ）＋１　、
静止状態から加速を開始した時の電流はｉ　＝ユユエ＝
　９３　（Ａ） Ｐｌ、５ １１１、最高使用回転数近辺で加速した時の電流はｌｖ
、　　モータ１が逆起電圧６０Ｖ（４０ＸＬ５）近辺で
回転している時に減速した場合の電流。この場合にはモ
ータ１に逆極性の電圧を印加して減速する必要があるこ
とから最大のピーク′ｇＬ流が流れる。

このように、必要な電流実効値４ＯＡに対して、最大１
３３Ａのピーク電流が流れることになり、このピーク電
流は第６図に示すチョークコイルＬＣＨによっても、回
路インピーダンスやサーボ安定性などの面から制約され
て、充分に平滑化するのは困難である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、ピー
ク電流を抑制することができ、ひいては、ノイズや制御
対象である装置の振動を低減することができる直流モー
タの駆動制御架＠、？提供するにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明は、モータに連結さ
れた位置検出器と速度検出器の検出信号、および位置指
令信号に基づきモータへの供給電圧信号を出力し、この
供給電圧信号、−１：一夕の逆起電圧信号、およびモー
タの駆動モード（加速モード、定速モード、減速モード
）を指示する駆動モード指示信号を用いてモータの駆動
電圧の演算およびその極性の判断を行い、当該駆動電圧
および極性に応じてモータなチョッパ制御することを特
徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係る直流モータ制御装置のブ
ロック図である。図で、第５図に示す部分と同一部分に
は同一符号を付して説明な省略する。１１は速度偏差検
出器５からの信号Ｙ　（、モード指示信号ｍおよびモー
タ１の逆起電圧信号ＶＭを入力し、これら信号に基づい
て所要の演算を行うモータ印加電圧演算器である。モー
タ印加電圧演算器１１からは、モータ１疋印加すべき最
適の電圧ｖｖを出力せしめる電圧制御信号ｖｃｖと、そ
の極性制御信号Ｖｐとが出力される。１２は信号比較回
路７から出力されるパルス幅変調信号ｖ８によって一定
電圧をスイッチングするＤＣスイッチングレギュレータ
である。ＤＣスイッチングレギュレータ１２からは上記
最適の電圧ｖｖが出力される。１３はモータ印加電圧演
算器１１からの極性制御信号Ｙ１）によりＤＣスイッチ
ングレギュレータ１２からの電圧を反転せしめる電圧極
性反転器であり、極性制御信号ＶＤが負の場合に、ＤＣ
スイッチングレギュレータ１２から出力される電圧Ｖｖ
を電圧−■ｖとする。

第２図は第１図に示すモータ印加電圧演算器の回路図で
ある。図で、１はモータ、２は速度検出器であり、第１
図に示すものと同じである。１５は速度検出器２の両端
電圧をとり出してこれを適宜増幅する差動増幅器であり
、差動増幅器１５からはモータ１の逆起電圧ｖＭに応じ
た信号が出力される。逆起電圧ｖＭはモータ端子電ＥＥ
ｖＴ、モータ電流ｉＭ、モータ内部抵抗ＲＭｆｔ検出し
て、Ｖ　Ｍ　＝Ｖ　７−　ｉ　Ｍ　Ｘ　Ｒｙｌの演算を
行うことにより得られるが、このような手段は構成が複
雑となるので、図示のように速度検出器２の電圧が使用
される。

１６は差動増幅器１５の出力信号の絶対値のみな出力す
る絶対値回路であり、逆起電圧■つの絶対値ｆ応じた信
号が出力される。

１７は駆動モード信号により作動でるアナログセレクタ
であり、３つのスイッチ１７ａｊ１７ｂｊ１７ｃより成
る。スイッチ１７ａは駆動モード信号が加速指示信号で
あるとき閉じて加速電圧ＶＡＣに応じた電圧信号ｖＡｃ
を出力せしめる。スイッチ１７ｂは定速指示信号のとき
閉じて、電圧−ＶＡ、に応じた電圧信号−ｖＡｃを出力
せしめる。又、スイッチ１７ｃは減速指示信号のとき閉
じて、電圧−２ＶＡｃに応じた電圧信号−２ｖＡＣを出
力せしめる。上記の加速、定速、減速のモード信号は１
例えばＮＣ装置等から得られる。なお、加速電圧■ＡＣ
は、最適の電圧■７かも逆起電圧■Ｍを減じた値であり
、これは（ｉＭＡｘＲＭ）に相当てる。

１８は抵抗１８ａ、１８ｂ、１８ｃ＃よび差動増幅器１
８ｄより成る加算器である。各抵抗１８ａ、　　１８ｂ
、　　１８ｃＫｋｔそれぞれ、速度偏差検出器５の出力
信号Ｖ（、絶対値回路１６からの逆起電圧信号、アナロ
グセレクタ１７からの駆動モード信号が入力される。差
動増幅器１８ｄからは、これら信号の加算値が出力され
る。１９は加算器１８から出力される信号のレベル？比
較して当該出力信号の極性な判断するレベル比較器であ
り、レベル比較器１９からは極性制御信号ｖＤが出力さ
れる６２０は加算器１８からの出力信号の絶対値な出力
する絶対値回路であり、電圧制御信号ｖｃｖが出力され
る。

第３図は第１図に示すＤＣスイッチングレギエレータの
回路図である。２３はＡＣ電源（図示されていない）か
らのＡＣ電圧を入力するＡＣ入力端子、２４は整流器、
２５は抵抗、２６はコンデンサである。コンデンサ２６
の両端には一定電圧■が得られる。２７はトランジスタ
を用いたスイッチング素子であり、信号比較回路７から
の信号ｖ８が入力される。２８はチョークコイル、２９
はコンデンサである。

次に、本実施例の動作を第４図に示すグラフな参照しな
がら説明する。第４図では、横軸にモータ回転数が、縦
軸にモータ印加電圧がとっである。

ＮＭはモータ１の最高回転数、ＮＸはモータ１のある回
転数を表丁。又、ＶＡＣはモータ１の加速に必要な電圧
、７ＭＭはモータ１の最高回転時における逆起電圧、■
はモータ１の電源電圧を表丁。

図中、破線Ｆ１は逆起電圧な示す直線で、モータ１の回
転数の増減に比例して増減する。直線Ｆ２は加速を示す
直線で、逆起電玉鎖加速電圧を加算することに′より得
られる。直線Ｆ３は減速を示す直線で、逆起電圧から加
速電圧を減算することにより得られる。

今、モータ１が停止状態にあるとき、位置指令信号Ｓ（
が入力されると、モータ１により駆動される装置の現在
位置と指令位置との差に応じてモータ印加電圧演算器１
１に信号ｖｃが入力され、同時に駆動モードを指示する
加速指令信号も入力される。加速指令信号の入力により
スイッチ１７ａが閉じ、電圧信号ｖＡｃが入力され、こ
れに応じてモータ１に印加される電圧は■え。となり、
モータ１の状態は静止状態である点Ｓ。から点Ｓ１に移
る。もし、信号ＶＣによる速度を指示でる信号が台形状
の信号であれば、モータ１の状態は直線Ｆ２上な移動し
、即ち印加電圧９回転速度とも増加し、モータ１は加速
されてゆく。これは、上記台形状信号の加速部分が終了
するまで（直線Ｆ２上の点ＳＸ２に達するまで）継続さ
れろ。

次いで、信号Ｖ（が定速部分に移行すると、これととも
にモータ印加電圧演算器１１には定速指令信号が入力さ
れ、スイッチ１７ａが開き、スイッチ１７ｂが閉じ、こ
のため電圧信号−ｖＡｃが入力され、これに応じてモー
タｌに印加される電圧も値ｖＡｃだげ減少する。即ち、
モータ１の状態は点Ｓｘ！から直線Ｆ１上の点Ｓｘ１　
に移る。この状態で、モータ１は一定回転数Ｎｘとなる
。これは、上記台形状信号の定速部分が終了するまで継
続される。次に、信号Ｖｃが台形状信号の減速部分に移
ると、これとともにモータ印加電圧演算器１１には減速
指令信号が入力され、スイッチ１７ｂが開き、スイッチ
１７ｃが閉じ、電圧信号−２ｖＡＣが入力され、モータ
１は電圧ｖＡｃだげ減少した状態からさらに電圧ＶＡｃ
減少せしめられ、したがって、モータ１の状態は点Ｓｘ
１から直１１１　Ｆ　ｓ上の点Ｓｘ３　に移行する。な
お、この減速部分においては、モータ１の状態は点ｓｘ
３に移行後、直線Ｆ３上を矢印方向に移動し、点Ｓ。

に至って電圧Ｏとなり、極性制御信号ＶＤにより電圧極
性反転器１３が作動し、ＤＣスイッチングレギュレータ
１２からの出力電圧ｖｖの極性が反転せしめられる。以
後、点ＳＸ、＜至ってモータ１は停止し、点Ｓ０に戻る
。

なお、位置指令信号Ｓｃと位置検出器３かもの現在位置
の信号Ｓｐの差が小さいときは、速度偏差検出器５から
の信号ＶＣは台形状の信号でなく加速部分と減速部分だ
けの三角形状の信号となり、モータ１の状態は直線Ｆ２
から直ちに直線Ｆ、へ移ることになる。

このように、本実施例では、モータ印加電圧演算器を設
げ、モータの駆動モードに厄じてモータに印加されるべ
き電圧を制御するようにしたので、モータに供給される
ピーク電流はモータの加速および減速に必要な電流値を
超えることはなく、ノイズを減少し、装置の振動を低減
することができる。又、電力スイッチング素子に電流定
格の低い素子を用いることもできる。

なお、上記実施例の説明では、モータ印加電圧演算器と
して、アナログ信号処理回路を例示して説明したが、こ
れをディジタル信号処理回路で構成することができ、又
、マイクロコンピュータ’ｉｆｆ用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、モータへの供給電圧信
号（速度指令信号）、モータの駆動モードを指示する信
号およびモータの逆起電圧信号に基づいて、モータに印
加されるべき電圧を制御するようにしたので、モータに
供給されるピーク電流はモータの加速および減速に必要
な電流を超えることはなく、ひいては、ノイズや装置の
振動を低減することができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例に係る直流モータ駆動制御装置
のブロック図、第２図および第３図はそれぞれ第１図に
示すモータ印加電圧演算器およびＤＣスイッチングレギ
ュレータの回路図、第４図は第１図に示す装置の動作な
説明するグラフ、第５図は従来の直流モータ駆動制御装
置のブロック図、第６図は第５図に示すモータおよび電
圧スイッチング回路の回路図である。 １・・・・・・モータ、２・・・・・・速度検出器、３
・・・・・・位置検出器、４・・・・・・位置偏差検出
器、５・・・・・・速度偏差検出器、６・・・・・・三
角波信号発生器、７・・・・・・信号比較回路、１１・
・・・・・モータ印加電圧演算器、１２・・・・・・Ｄ
Ｃスイッチングレギュレータ、１３・・・・・・電圧極
性反転器、１７・・・・・・アナログセレクタ、１８・
・・・・・加算器。 ’６’（ｐ：”’　、：’ 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流モータに連結された速度検出器および位置検出器の
   各検出信号と位置指令信号とに基づいて前記直流モータ
   の供給電圧信号を出力し、この供給電圧信号に応じて前
   記直流モータを駆動する直流モータの駆動制御装置にお
   いて、前記供給電圧信号、前記直流モータの駆動モード
   を指示する駆動モード指示信号および前記直流モータの
   逆起電圧信号に基づいて前記直流モータの駆動電圧の演
   算およびこの駆動電圧の極性判断を行う演算部と、この
   演算部により得られた駆動電圧および極性に応じて前記
   直流モータをチョッパ制御する制御部とを設けたことを
   特徴とする直流モータの駆動制御装置。