JP2000341978A

JP2000341978A - モータ制御方法

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Publication number: JP2000341978A
Application number: JP11148143A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Abe; 一雄阿部; Hideaki Kaneuchi; 秀昭金内
Original assignee: Oriental Motor Co Ltd
Current assignee: Oriental Motor Co Ltd
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 1999-05-27
Publication date: 2000-12-08
Anticipated expiration: 2019-05-27
Also published as: JP4298844B2

Abstract

(57)【要約】【課題】モータの特定の回転速度で発生する振動を抑
制、または解消する。【解決手段】少なくとも速度コマンド信号６、または時
系列に並んだパルス列の位置コマンド信号が、入力され
る制御器３により、モータ２を制御するために必要な制
御信号８をある周期で出力し、該制御信号８に従い、電
流制御器４からモータ駆動電流９を出力して、該モータ
２を制御する方法であって、前記速度コマンド信号６、
または前記パルス列の位置コマンド信号から求められる
速度コマンド信号が、前記モータ２の回転に振動が発生
する回転速度範囲内にあるとき、前記制御器３の出力で
ある制御信号８の出力周期を変更することにより、該モ
ータ２の振動を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モー夕の回転によ
って発生する、該モータの振動を抑制するためのモータ
制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のモー夕制御方法として
は、例えば、（ａ）デジタルフィルタを用いる制御方法
（特開平10-80173号公報）、（ｂ）モータ電流の特徴か
ら共振の有無を判断し、制御系のゲインを変更する制御
方法（特開平5-146187号公報）および（ｃ）モータの速
度を検出して、その速度がある振幅で振動しているかど
うかを判断して、共振の有無を判断し、制御系のゲイン
を変更する方法（特許第2861394号公報）などがある。

【０００３】前記（ａ）の方法は、位相遅れの小さいデ
ジタルフィルタを使用して、モータの共振を応答性よく
防止する技術であり、該デジタルフィルタを、モータを
速度制御するフィードバックループに挿入して、該モー
タと負荷との連結の不具合による共振を防止する。この
方法は、簡便、かつ計算量の増加もそれほど多くない方
法であるが、該デジタルフィルタを制御系に挿入するこ
とにより、該モータの動特性が劣化する。特に、立ち上
がり特性、負荷変動に対する速度追従特性が劣化し、モ
ータシステム全体の品質を低下させてしまう。また、簡
単なフィルタで、あらゆる共振に対応することは不可能
である。

【０００４】前記（ｂ）の方法は、モータが動作中、共
振振動を発生するときに起こる、電流振幅値が周期的に
大小を繰り返す電流アンバランスを検出し、その偏差量
が最小になるまで、順次、速度制御回路の比例、積分ゲ
インや共振時第２ゲイン設定を繰り返して、該モータの
共振振動が最も小さくなる最適なゲインを設定する技術
であり、モータ電流波形が共振時と非共振時で異なるこ
とに注目した制御方法である、しかし、この方法ではモ
ータ電流を検出して、モータ電流情報をCPU（中央処理
装置）にフィードバックしなければならない。そのた
め、該制御方法はA／D変換器を必要とする。また、モー
タ電流波形の解析や制御部のゲイン変更に伴う演算のた
めに、CPUの計算量が多くなる。これは高性能のCPUを必
要とする。

【０００５】また、前記（ｃ）の方法は、モータへの速
度指令信号と、モータから帰還される速度信号から速度
演算部により演算された速度信号とを比較して、該モー
タが所定値以上の振幅で、かつ所定周波数以上の周期で
振動しているとき、速度制御部および電流制御器のゲイ
ンを補正する技術であり、モータ速度の変化に注目した
制御方法である。この方法では、該モータの速度情報か
ら速度の時間変化を調べなければならない。速度の時間
変化を調べるには、速度情報に、時間微分演算を施す方
法、速度の振幅の大きさをメモリに記憶する方法があ
る。前者の方法はCPUの計算量を増大させる方法であ
り、後者の方法はメモリを多く必要とする方法であり、
どちらもCPUに大きな負担を負わせることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように、これらの
制御方法は、高性能なCPUを使った制御を前提としてお
り、制御周期は十分短く設定され、制御周期がモータの
回転振動の原因にならないことを前提にしている。その
ため、これらの制御方法を、コスト削減のため性能の低
いCPUで実現しようとすると、制御周期が長くなり、高
速域の特定の回転速度でモータの回転に振動が発生する
という問題点があった。

【０００７】本発明はかかる点に鑑みなされたもので、
その目的は前記問題点を解消し、制御信号の出力周期を
変更することにより、特定の回転速度で発生する振動を
抑制、または解消するモータ制御方法を提案することに
ある。

【０００８】本発明の他の目的は、前記問題点を解消
し、従来方法より、コスト削減が可能なモータ制御方法
を提案することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明のモータ制御方法の構成は、次のとおりであ
る。

【００１０】少なくとも速度コマンド信号または時系列
に並んだパルス列の位置コマンド信号が、入力される制
御器により、モータを制御するために必要な制御信号を
ある周期で出力し、該制御信号に従い、電流制御器から
モータ駆動電流を出力して、前記モータを制御する方法
において、前記速度コマンド信号、または前記パルス列
の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信号
が、前記モータの回転に振動が発生する回転速度範囲内
にあるとき、または振動状態になる可能性があるとき、
前記制御器からの制御信号の出力周期を変更して、該モ
ータの回転の振動を抑える方法である。

【００１１】また、モータに連結された速度センサから
の速度信号と、少なくとも速度コマンド信号または時系
列に並んだパルス列の位置コマンド信号が、入力される
制御器により、前記モータを制御するために必要な制御
信号をある周期で出力し、該制御信号に従い、電流制御
器からモータ駆動電流を出力して、前記モータを制御す
る方法において、前記速度コマンド信号、または前記パ
ルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド
信号が、前記モータの回転に振動が発生する回転速度範
囲内にあるとき、または振動状態になる可能性があると
き、または、前記速度コマンド信号、前記パルス列の位
置コマンド信号から求められる速度コマンド信号、前記
モータの回転速度、モータ駆動電流等から得られる個々
の情報、またはそれらを使った演算により、該モータの
回転が振動状態にあるとき、または振動状態になる可能
性があるとき、前記制御器からの制御信号の出力周期を
変更して、該モータの回転の振動を抑える方法である。

【００１２】さらに、前記において、前記制御器からの
制御信号の出力周期の変更を、緩やかに変化させて、前
記モータの回転速度の急激な変化を避ける方法である。

【００１３】また、前記制御器からの制御信号の出力周
期を、ある範囲内で無作為に変更することにより、前記
モータの回転の振動を抑える方法である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の好
適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。図１ないし
図４は、本発明のモータ制御方法の一実施形態を示す図
で、図１は、最も簡単な、オープンループ制御によるモ
ータの速度制御システムを示す構成図、図２は、図１の
モータの速度制御システムに、速度センサおよびモータ
駆動電流検出器を付加し、該速度センサによりモータ速
度信号がフィードバックされる、クローズドループ制御
による該モータの速度制御システムを示す構成図、図３
は、モータ運転時における速度コマンド信号と制御周期
（制御信号の出力周期）の関係を示す図、図４は、モー
タ停止時における速度コマンド信号と制御周期（制御信
号の出力周期）の関係を示す図である。

【００１５】図１において、モータの速度制御システム
１は、制御されるモータ２と、外部から速度コマンド信
号６が入力され、制御信号８を出力する制御器３と、該
制御器３からの制御信号８が入力され、前記モータ２に
モータ駆動電流９を出力する電流制御器４とからなる。
図２において、モータの速度制御システム１１は、図１
のモータの速度制御システム１に、前記モータ２の速度
を検出する速度センサ５とモータ駆動電流検出器１２が
付加されている。該速度センサ５からの速度信号７と、
該モータ駆動電流検出器１２からのモータ駆動電流検出
信号１３と、前記速度コマンド信号６とがそれぞれ入力
され、制御信号８を出力する制御器３と、前記電流制御
器４とからなる。

【００１６】図１および図２において、制御対象として
の前記モータ２は、固定子と回転子とからなる３相ブラ
シレス構造とし、その回転子の外周には１０個（対極数
が５）の磁石が等分に配設、固定されており、交互にそ
れぞれＮ極、Ｓ極に着磁されている。すなわち、該回転
子は、その外周に配設されている該磁石が、円周方向に
隣接する磁石の極性が互いに反対になっている。そし
て、該モータ２は、前記電流制御器４により、印加電圧
がそれぞれ１２０゜の位相差の通電モードで励磁され、
その固定子上に形成されている磁極と前記回転子の磁極
とが、図示しない同期運転に必要なセンサを介して、常
に同期されるようにモータ駆動電流９が制御されてい
る。

【００１７】該制御器３には、前記モータ２のモータ速
度信号７と、モータ駆動電流検出信号１３と、速度コマ
ンド信号６、または時系列に並んだパルス列の、位置情
報としての位置コマンド信号から求められる速度コマン
ド信号とが、入力される。

【００１８】この場合、前記回転子を、機械的に１回転
させるためには、該モー夕２の励磁シーケンスを３０回
変更する必要がある。いま、該回転子の機械的回転速度
をＦm、励磁シーケンスを変更する周波数をＦeとする
と、両者の間には以下の簡単な関係式が成立する。Ｆe＝３０・Ｆm

【００１９】一方、前記制御器３は、制御周期と同じ周
期で制御信号８を出力している。このとき、該制御周期
Ｔ0を、４ｍｓｅｃとし、制御の周波数をＦsとすれば、
下記のような関係になる。Ｆs＝１／Ｔ0＝１／(４ｍｓｅｃ)＝２５０Ｈｚ

【００２０】前記モータ２の回転数が５００ｒｐｍの場
合では、励磁シーケンスを変更する周波数Ｆeは、下記
のようになる。Ｆe＝３０・５００／６０＝２５０Ｈｚ＝Ｆs

【００２１】この場合、ＦeとＦsの間には、Ｆe／Ｆs＝
１の関係が成り立つ。この回転数において、該モータ２
は、振動を発生する。さらに、該モータ２の回転速度が
高くなり、Ｆe／Ｆsの値が任意の整数になる回転速度
（例えば、1000rpm,1500rpm,2000rpm,‥‥）において
も、該モータ２の回転速度に振動が発生する。このよう
に、Ｆe／Ｆsの値が整数になる回転速度とその周辺にお
いて、該モータ２の回転速度の振動が大きくなり、この
ため、制御性が劣化する。

【００２２】図３（ａ）および（ｂ）は、制御周期が原
因となる、該モータ２の振動を抑えるために、該制御周
期を速度コマンド信号６により変更した場合（運転時）
を示す。図３（ａ）は、横軸に時間をとり、縦軸に速度
コマンド信号６を示している。同図中のＳＺk（ここ
で、k=1,2,‥‥n,n+1，‥‥）は、制御周期をＴ0とした
場合に、Ｆe／Ｆsの値が整数になる速度とその周辺であ
り、振動の大きい回転速度範囲を示す。グラフで、時間
軸とともに変化している線は、時間とともに変化する速
度コマンド信号６を示す。

【００２３】図３（ｂ）は、制御周期が時間とともに変
化する様子を示している。制御周期Ｔ0は、一つの制御
周期の値を示し、この場合の値は、４ｍｓｅｃである。
Ｔ1は、Ｔ0と異なる値を持つもう一つの制御周期の値で
ある。また、Ｔ1は、制御周期Ｔ0で振動が発生する回転
速度範囲において、十分振動が抑えられる制御周期の値
を持つとする。

【００２４】図３（ｂ）の制御周期Ｔ0とＴ1の隔たり
は、それぞれの制御周期の値Ｔ0とＴ1との差を示す。通
常、前記制御器４は制御周期をＴ0に設定する。速度コ
マンド信号６が、ＳＺk（ここで、k=1,2,‥‥n,n+1,‥
‥）で示される速度範囲に固定されると、該制御器３
は、制御周期をＴ0からＴ1に向けて緩やかに変化させ
る。同図中で、制御周期がＴ0とＴ1の間で連続的に変化
している部分は、制御周期が、時間とともに変化してい
ることを示している。

【００２５】この制御周期を、時間とともに緩やかに変
化させることにより、制御周期の変化に伴うモータ速度
の急激な変動を回避できる。前記速度コマンド信号６
が、ＳＺk（ここで、k=1,2,‥‥n,n+1,‥‥）の範囲外
に固定されると、該制御周期は、Ｔ1からＴ0に緩やかに
変化する。この図３（ｂ）では、スタート信号がオフ状
態になると、該制御周期が、直ちにＴ0に戻る様子が示
されている。

【００２６】なお、図示されていないが、前記制御周期
の変更に伴い、制御系のゲインおよびその他の演算を変
更することもできる。これにより、該制御周期を変更し
ても、制御系全体の特性を、ほぼ一定に保つことができ
る。

【００２７】次に、図４（ａ）および（ｂ）は、前記モ
ータ２の停止時の様子を示している。同図において、図
３（ａ）および（ｂ）と同一部分は、同一記述にして、
その説明を省略する。前記モータ２の停止時は、速度コ
マンド信号６がＳＺk（ここで、k=1,2,‥‥n,n+1,‥
‥）の範囲に入ると、直ちに制御周期をＴ0からＴ1に変
更する。

【００２８】このように、モータ停止時に制御周期を、
該モータ２に振動が発生しない値に設定することによ
り、スタート信号により該モータ２が起動された場合、
該モータ２の回転開始から優れた特性を実現させること
ができる。なお、制御周期が、Ｔ1からＴ0に変更される
のは、速度コマンド信号がＳＺk（ここで、k=1,2,‥‥
n,n+1,‥‥）の範囲からはずれた場合である。

【００２９】さらに、図による説明はないが、制御周期
を、ある範囲内で無作為に変更することにより、Ｆe／
Ｆsの値が整数になる頻度を低くすることができる。こ
れは、制御周期を頻繁に変更し、かつモータ２の回転速
度が一定である場合に、大きな効果が現れる。

【００３０】また、さらに前記速度コマンド信号６、前
記モータ２の回転速度信号７、モータ駆動電流検出信号
１３等から得られる情報、またはそれらを使った演算か
ら、前記モータ２の回転が振動状態、または振動状態に
なる可能性があるときは、前記制御器４から出力される
制御信号８の出力周期を変更して、該モータ２の回転の
振動を抑えることができる。これらの方法により、該モ
ータ２の前述の振動を解消、または軽減、または十分抑
制することができる。

【００３１】なお、本発明の技術は前記実施例における
技術に限定されるものではなく、同様な機能を果たす他
の態様の手段によってもよく、また本発明の技術は前記
構成の範囲内において種々の変更、付加が可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明の
モータ制御方法によれば、速度コマンド信号、または前
記パルス列の位置コマンド信号から求められる速度コマ
ンド信号が、モータの回転に振動が発生する回転速度範
囲内にあるとき、特定の速度コマンド信号の値で、制御
器の出力である制御信号の出力周期を変更して、前記モ
ータの特定の回転速度で発生する振動を抑制、または解
消することができる。

【００３３】また、前記速度コマンド信号、前記パルス
列の位置コマンド信号から求められる速度コマンド信
号、前記モータの回転速度、モータ駆動電流等から得ら
れる個々の情報、またはそれらを使った演算により、該
モータの回転が振動状態、または振動状態になる可能性
があるとき、該制御器からの制御信号の出力周期を変更
して、前記モータの特定の回転速度で発生する振動を抑
制、または解消することができる。

【００３４】さらに、運転中に制御周期を変更する場
合、制御周期を緩やかに変更することにより、該制御周
期の変更に伴う、速度の急激な変動を抑えることができ
る。起動前(停止状態)で、制御周期を振動の発生しない
値に変更することにより、起動当初から振動の少ない運
転ができる。また、制御周期を変更することは、従来の
共振防止方法に比べて、少ない計算量で実現できる。

【００３５】また、本発明のモータ制御方法によれば、
使用するCPUとして、性能の低いCPUにより実現できるの
で、従来の方法より、コストを削減することができる。
すなわち、演算速度の遅いCPUを使った前記制御器で
も、前記モータを、特定の回転速度で発生する振動を抑
制、解消して、高速まで安定に制御することができると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のモータ制御方法の一実施形態を示す図
で、最も簡単な、オープンループ制御によるモータの速
度制御システムを示す構成図である。

【図２】図１に示すモータの速度制御システムに、速度
センサおよびモータ駆動電流検出器を付加し、該速度セ
ンサによりモータ速度信号がフィードバックされる、ク
ローズドループ制御による該モータの速度制御システム
を示す構成図である。

【図３】モータ運転時における速度コマンドと制御周期
（制御信号の出力周期）の関係を示す図である。

【図４】モータ停止時における速度コマンドと制御周期
（制御信号の出力周期）の関係を示す図である。

【符号の説明】

１，１１モータ速度制御システム２モータ３制御器４電流制御器５速度センサ６速度コマンド信号７モータ速度信号８制御信号９モータ駆動信号１２モータ駆動電流検出器１３モータ駆動電流検出信号

フロントページの続きＦターム(参考） 5H550 BB05 DD08 EE05 GG03 GG05 GG08 HB06 JJ18 LL01 LL22 5H570 BB06 DD08 EE04 GG01 GG04 HB06 JJ18 LL02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも速度コマンド信号または時系
列に並んだパルス列の位置コマンド信号が、入力される
制御器により、モータを制御するために必要な制御信号
をある周期で出力し、該制御信号に従い、電流制御器か
らモータ駆動電流を出力して、前記モータを制御する方
法において、前記速度コマンド信号、または前記パルス列の位置コマ
ンド信号から求められる速度コマンド信号が、前記モー
タの回転に振動が発生する回転速度範囲内にあるとき、
または振動状態になる可能性があるとき、前記制御器か
らの制御信号の出力周期を変更して、該モータの回転の
振動を抑えることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項２】モータに連結された速度センサからの速
度信号と、少なくとも速度コマンド信号または時系列に
並んだパルス列の位置コマンド信号が、入力される制御
器により、前記モータを制御するために必要な制御信号
をある周期で出力し、該制御信号に従い、電流制御器か
らモータ駆動電流を出力して、前記モータを制御する方
法において、前記速度コマンド信号、または前記パルス列の位置コマ
ンド信号から求められる速度コマンド信号が、前記モー
タの回転に振動が発生する回転速度範囲内にあるとき、
または振動状態になる可能性があるとき、前記制御器か
らの制御信号の出力周期を変更して、前記モータの回転
の振動を抑えることを特徴とするモータ制御方法。
【請求項３】モータに連結された速度センサからの速
度信号と、少なくとも速度コマンド信号または時系列に
並んだパルス列の位置コマンド信号が、入力される制御
器により、前記モータを制御するために必要な制御信号
をある周期で出力し、該制御信号に従い、電流制御器か
らモータ駆動電流を出力して、前記モータを制御する方
法において、前記速度コマンド信号、前記パルス列の位置コマンド信
号から求められる速度コマンド信号、前記モータの回転
速度、モータ駆動電流等から得られる個々の情報、また
はそれらを使った演算により、該モータの回転が振動状
態にあるとき、または振動状態になる可能性があると
き、前記制御器からの制御信号の出力周期を変更して、
該モータの回転の振動を抑えることを特徴とするモータ
制御方法。
【請求項４】前記制御器からの制御信号の出力周期の
変更を、緩やかに変化させて、前記モータの回転速度の
急激な変化を避けることを特徴とする請求項１ないし請
求項３のいずれかに記載のモータ制御方法。
【請求項５】前記制御器からの制御信号の出力周期
を、ある範囲内で無作為に変更することにより、前記モ
ータの回転の振動を抑えることを特徴とする請求項１な
いし請求項３のいずれに記載のモータ制御方法。