JP2017153307A - サーボアンプの電圧補償装置及びサーボアンプの電圧補償方法 - Google Patents

Abstract

【課題】何らかの要因により電源電圧の変動を正しく検出できず、特に検出した結果が電圧補償外の電圧として誤って検出された場合であっても、サーボモータの動特性の制御の不安定の挙動を確実に抑制する。【解決手段】電圧補償装置は、電源電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部が検出した電源電圧が基準電圧に対して変動すると、電源電圧の変動分を補正するための補正量を出力する電圧補償部と、補正量に基づき、サーボモータの駆動を制御する制御値のゲイン調整を行う変動補償部とを備えている。電圧補償部は、電源電圧の変動が電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃである場合、この電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでの補正量を出力することで、サーボモータを制御するサーボアンプに供給される電源電圧の変動を補償する。【選択図】図４

Description

本発明は、サーボモータの駆動を制御するサーボアンプの電圧補償に係り、特にサーボアンプに供給される電源電圧の変動に対する補償に適したサーボアンプの電圧補償装置及びサーボアンプの電圧補償方法に関する。

サーボアンプは、回転検出器（エンコーダ）が検出したサーボモータのモータ軸の回転角度及び回転速度の検出結果と制御指令値とを比較し、検出結果を制御値に近づけるように、サーボモータの駆動を制御する。

ところで、サーボアンプに印加される電源電圧は、国毎に異なる。また、サーボアンプに供給される電源電圧は、様々な要因により変動する。このように、電源電圧が国毎に異なったり、様々な要因により変動したりすると、サーボモータの電流制御の応答速度が変化してしまうので、回転角度及び回転速度の制御が適切に行われない。そこで、サーボモータを仕様通りに駆動させるために、サーボアンプに供給される電源電圧を、電源電圧の変動に応じて補正する必要がある。

このようなサーボアンプに印加される電源電圧を補正するものとして、特許文献１では、サーボモータに電動機印加電圧を印加するＰＷＭアンプゲイン部に電源電圧補正部を接続し、電源電圧補正部からの補正量によりＰＷＭアンプゲイン部のゲインを調整するサーボアンプの電圧補正方法を提案している。

特開２００４−３５０４３３号公報

上述したサーボアンプの電圧補正方法では、電源電圧補正部により、電源電圧変動時のサーボモータ側への印加電圧を補正しているため、電源電圧変動時のサーボモータの安定した動特性を得ることができる。

ところで、電源電圧補正部は、電源電圧を補正するための電源電圧補正テーブルに基づき、電圧補償の範囲内での電源電圧の変動に対する補正量をＰＷＭアンプゲイン部に与えている。この場合、電源電圧の変動を正しく検出できれば適切な補正量をＰＷＭアンプゲイン部に与えることができる。ところが、何らかの要因により電源電圧の変動を正しく検出できず、特に検出した結果が電圧補償外の電圧として誤って検出された場合は、適切な補正量とは大きく異なる補正量で電源電圧を補正してしまい適切な補正量をＰＷＭアンプゲイン部に与えることができない。

このように、何らかの要因により電源電圧の変動を正しく検出できなかった場合、電源電圧補正部が適切な補正量をＰＷＭアンプゲイン部に与えることができなくなると、サーボモータの動特性の制御が不安定になってしまうという問題がある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、電源電圧の変動を正しく検出できかった場合、特に検出した結果が電圧補償外の電圧として誤って検出された場合であっても、サーボモータの動特性の制御の不安定の挙動を確実に抑制できるサーボアンプの電圧補償装置及びサーボアンプの電圧補償方法を提供することを目的とする。

本発明のサーボアンプの電圧補償装置は、サーボモータを制御するサーボアンプに供給される電源電圧の変動を補償するサーボアンプの電圧補償装置であって、前記電源電圧を検出する電圧検出部と、前記電圧検出部が検出した電源電圧が基準電圧に対して変動すると、前記電源電圧の変動分を補正するための補正量を出力する電圧補償部と、前記補正量に基づき、前記サーボモータの駆動を制御する制御値のゲイン調整を行う変動補償部とを備え、前記電圧補償部は、検出した前記電源電圧が電圧補償範囲内である場合、この電圧補償範囲内での前記電源電圧に対応した補正量を出力し、検出した前記電源電圧が電圧補償範囲外である場合、この電圧補償範囲外での前記電源電圧に対応した補正量を出力することを特徴とする。
この構成では、電圧検出部が検出した電源電圧が基準電圧に対して変動すると、電圧補償部が電源電圧に対応した補正量を出力する。また、電圧補償部は、検出した電源電圧が電圧補償範囲内である場合、電圧補償範囲内での電源電圧に対応した補正量を出力し、検出した電源電圧が電圧補償範囲外である場合、電圧補償範囲外での電源電圧に対応した補正量を出力する。これにより、電圧補償部は、電源電圧を電圧補償外の電圧として誤って検出された場合であっても、電圧補償外での電圧の補正量が設定されているので、電圧補償範囲外での補正量を出力することで、サーボモータを制御するサーボアンプに供給される電源電圧の変動を補償することができる。

また、前記電圧補償部は、前記電圧補償範囲内及び前記電圧補償範囲外での補正量を求める補正曲線を有し、前記基準電圧に対する前記電源電圧の変動分の補正量を前記補正曲線から求めることを特徴とする。
この構成では、電圧検出部が電源電圧の変動を電圧補償外の電圧として誤って検出した場合でも、電圧補償部が補正曲線から求めた電源電圧の変動分の補正量を出力することができる。

また、前記補正曲線は、前記電圧補償範囲外では傾きが緩やかとなっていることを特徴とする。
この構成では、補正曲線の電圧補償範囲外での傾きが緩やかとなっているため、サーボモータの動特性の制御の不安定の挙動を緩やかに抑えることができる。

また、前記補正曲線は、前記電圧補償範囲外では補正量が一定値となっていることを特徴とする。
この構成では、補正曲線の電圧補償範囲外での補正量が一定値となっているため、サーボモータの動特性の制御の不安定の挙動を一定の補正量で抑えることができる。

また、前記電圧補償部は、前記電圧補償範囲内及び前記電圧補償範囲外での前記基準電圧に対する前記電源電圧の変動分の補正量を計算により求めることを特徴とする。
この構成では、電圧補償部が基準電圧に対する電源電圧の変動分の補正量を計算により求めるので、補正曲線を用いなくても電源電圧の変動分の補正量を出力することができる。

また、前記電圧補償範囲外での補正量は一定値となっていることを特徴とする。
この構成では、補正曲線を用いなくても電圧補償範囲外では一定の補正量を出力することができる。

また、前記電圧補償範囲は、補正下限及び補正上限を示す電圧により設定されていることを特徴とする。
この構成では、基準電圧に対する電源電圧の変動が電圧補償範囲の補正下限又は補正上限を超えた場合、補正下限又は補正上限を超えた電源電圧の変動分の補正量を確実に出力することができる。

また、前記制御値は、第１の電流指令と第２の電流指令とを有し、前記変動補償部は、前記第１の電流指令に対してゲイン調整を行う第１の電圧変動補償部と、前記第２の電流指令に対してゲイン調整を行う第２の電圧変動補償部とを有し、前記サーボアンプの前段に配置されていることを特徴とする。
この構成では、サーボアンプの前段で、第１の電圧変動補償部と第２の電圧変動補償部とにより、第１の電流指令と第２の電流指令に対するゲイン調整を行うため、サーボモータの３相分に対するゲイン調整に比べ少ない数でのゲイン調整を行うことができる。

また、前記制御値は、前記サーボアンプ内の逆パーク変換部から出力される、３相のモータ電流を２つのベクトル直流成分で独立に制御するための第１の相の電圧と、第２の相の電圧とを有し、前記変動補償部は、前記第１の相の電圧に対してゲイン調整を行う第１の電圧変動補償部と、前記第２の相の電圧に対してゲイン調整を行う第２の電圧変動補償部とを有し、前記逆パーク変換部の後段に配置されていることを特徴とする。
この構成では、逆パーク変換部の後段で、第１の電圧変動補償部と第２の電圧変動補償部とにより、第１の相の電圧と第２の相の電圧に対するゲイン調整を行うため、サーボモータの３相分に対するゲイン調整に比べ少ない数でのゲイン調整を行うことができる。

本発明のサーボアンプの電圧補償方法は、サーボモータを制御するサーボアンプに供給される電源電圧の変動を補償するサーボアンプの電圧補償方法であって、電圧検出部により、前記電源電圧を検出する工程と、電圧補償部により、前記電圧検出部が検出した電源電圧が基準電圧に対して変動すると、前記電源電圧の変動分を補正するための補正量を出力する工程と、変動補償部により、前記補正量に基づき、前記サーボモータの駆動を制御する制御値のゲイン調整を行う工程とを有し、前記電圧補償部は、検出した前記電源電圧が電圧補償範囲内である場合、この電圧補償範囲内での前記電源電圧に対応した補正量を出力し、検出した前記電源電圧が電圧補償範囲外である場合、この電圧補償範囲外での前記電源電圧に対応した補正量を出力することを特徴とする。
これにより、電源電圧が電圧補償外の電圧として誤って検出された場合であっても、電圧補償外での電圧の補正量が設定されているので、電圧補償範囲外での補正量を出力することで、サーボモータを制御するサーボアンプに供給される電源電圧の変動を補償することができる。

また、前記電圧補償部は、前記電圧補償範囲内及び前記電圧補償範囲外での補正量を求める補正曲線を有し、前記基準電圧に対する前記電源電圧の変動分の補正量を前記補正曲線から求めることを特徴とする。
この構成では、電圧検出部が電源電圧の変動を電圧補償外の電圧として誤って検出した場合でも、電圧補償部が補正曲線から求めた電源電圧の変動分の補正量を出力することができる。

また、前記補正曲線は、前記電圧補償範囲外では傾きが緩やかとなっていることを特徴とする。
この構成では、補正曲線の電圧補償範囲外での傾きが緩やかとなっているため、サーボモータの動特性の制御の不安定の挙動を緩やかに抑えることができる。

また、前記補正曲線は、前記電圧補償範囲外では補正量が一定値となっていることを特徴とする。
この構成では、補正曲線の電圧補償範囲外での補正量が一定値となっているため、サーボモータの動特性の制御の不安定の挙動を一定の補正量で抑えることができる。

また、前記電圧補償部は、前記電圧補償範囲内及び前記電圧補償範囲外での前記基準電圧に対する前記電源電圧の変動分の補正量を計算により求めることを特徴とする。
この構成では、電圧補償部が基準電圧に対する電源電圧の変動分の補正量を計算により求めるので、補正曲線を用いなくても電源電圧の変動分の補正量を出力することができる。

また、前記電圧補償範囲外での補正量は一定値となっていることを特徴とする。
この構成では、補正曲線を用いなくても電圧補償範囲外では一定の補正量を出力することができる。

また、前記電圧補償範囲は、補正下限及び補正上限を示す電圧により設定されていることを特徴とする。
この構成では、基準電圧に対する電源電圧の変動が電圧補償範囲の補正下限又は補正上限を超えた場合、補正下限又は補正上限を超えた電源電圧の変動分の補正量を確実に出力することができる。

また、前記制御値は、第１の電流指令と第２の電流指令とを有し、前記変動補償部は、前記サーボアンプの前段で、第１の電圧変動補償部により、前記第１の電流指令に対してゲイン調整を行う工程と、第２の電圧変動補償部により、前記第２の電流指令に対してゲイン調整を行う工程と、を有することを特徴とする。
この構成では、サーボアンプの前段で、第１の電圧変動補償部と第２の電圧変動補償部とにより、第１の電流指令と第２の電流指令に対するゲイン調整を行うため、サーボモータの３相分に対するゲイン調整に比べ少ない数でのゲイン調整を行うことができる。

また、前記制御値は、前記サーボアンプ内の逆パーク変換部から出力される、３相のモータ電流を２つのベクトル直流成分で独立に制御するための第１の相の電圧と、第２の相の電圧とを有し、前記変動補償部は、前記逆パーク変換部の後段で、第１の電圧変動補償部により、前記第１の相の電圧に対してゲイン調整を行う工程と、第２の電圧変動補償部により、前記第２の相の電圧に対してゲイン調整を行う工程と、を有することを特徴とする。
この構成では、逆パーク変換部の後段で、第１の電圧変動補償部と第２の電圧変動補償部とにより、第１の相の電圧と第２の相の電圧に対するゲイン調整を行うため、サーボモータの３相分に対するゲイン調整に比べ少ない数でのゲイン調整を行うことができる。

本発明のサーボアンプの電圧補償装置及びサーボアンプの電圧補償方法によれば、何らかの要因により電源電圧の変動を正しく検出できず、特に検出した結果が電圧補償外の電圧として誤って検出された場合であっても、電圧補償範囲外での補正量を出力することで、サーボモータを制御するサーボアンプに供給される電源電圧の変動を補償することができ、サーボモータの動特性の制御の不安定の挙動を確実に抑制できる。

本発明のサーボアンプの電圧補償装置の一実施形態を示すものであって、電圧補償装置の原理を説明するための図である。 図１の電圧補償装置などの具体的な構成の一例を示す図である。 図１及び図２の電圧補償部が保持する電圧補正テーブルの一例を示すものであって、図３（ａ）はリミットなしの場合の電圧補正テーブルを示す図であり、図３（ｂ）はリミットありの場合の電圧補正テーブルを示す図である。 図３の電圧補正テーブルに基づいた補正曲線の一例を示すものであって、図４（ａ）は図３（ａ）の電圧補正テーブルに基づいた補正曲線を示す図であり、図４（ｂ）は図３（ｂ）の電圧補正テーブルに基づいた補正曲線を示す図である。 図２の電圧補償装置による電圧補償方法を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明のサーボアンプの電圧補償装置の一実施形態を、図１〜図５を参照しながら説明する。

まず、図１により、サーボアンプの電圧補償装置（以下、電圧補償装置という）の原理について説明する。すなわち、電圧補償装置１０は、たとえば電流制御部５０とサーボアンプ６０との間に配置されている。なお、サーボアンプ６０の出力側には、エンコーダ８０が搭載されたサーボモータ７０が配置されている。また、サーボアンプ６０には、図示しない電源回路から電源電圧が供給される。そして、サーボモータ７０を駆動させるための制御値である電流指令が出されると、電流制御部５０はサーボアンプ６０側からの変換電流の偏差（電流指令に対する偏差）を無くすための電圧指令を電圧補償装置１０に出力する。

ここで、電圧補償装置１０は、電圧検出部２０、電圧補償部３０及び変動補償部４０を備えている。そして、電圧検出部２０が図示しない電源回路からの電源電圧を検出して電圧補償部３０に出力する。また、電圧補償部３０が後述の補正曲線３２又は計算により、基準電圧に対して変動した電源電圧の補正量を求め変動補償部４０に出力する。なお、電圧補償部３０は、詳細については後述するが、電圧検出部２０が検出した電源電圧が基準電圧に対し大幅にズレ、後述の補正曲線３２の電圧補償範囲外まで変動すると、基準電圧からズレた電圧毎の補正量又は一定の補正量を出力する。

また、変動補償部４０が補正量に基づいて電流制御部５０からの電圧指令のゲイン調整を行い、サーボアンプ６０に出力すると、サーボアンプ６０が変動補償部４０によってゲイン調整された電圧指令に基づき、サーボモータ７０の電流制御を行う。なお、エンコーダ８０は、サーボモータ７０のモータ軸の回転角度を検出してサーボアンプ６０にフィードバックする。

このように、電圧補償装置１０は、電圧検出部２０が電源電圧の変動を電圧補償外の電圧として誤って検出した場合でも、あるいは電圧検出部２０が検出した電源電圧が電圧補償範囲外まで変動した場合であっても、基準電圧からズレた電圧毎の補正量又は一定の補正量を出力するので、サーボモータ７０の動特性の制御が不安定になることを抑制できる。

次に、図２を参照し、電圧補償装置１０などの具体的な構成の一例について説明する。なお、以下の図において、図１と共通する部分については同一符号を付し、重複する説明は適宜行うものとする。

まず、電圧補償装置１０は、上述したように、たとえば電流制御部５０とサーボアンプ６０との間に配置されている。また、上述したように、サーボアンプ６０の出力側には、サーボモータ７０とエンコーダ８０とが配置されている。

また、電圧補償装置１０は、上述したように、電圧検出部２０、電圧補償部３０及び変動補償部４０を備えている。電圧検出部２０は、図示しない電源回路からの電源電圧の電圧を検出して電圧補償部３０に出力する。電圧補償部３０は、後述の補正曲線３２又は計算により、基準電圧に対して変動した電源電圧の補正量を求め変動補償部４０に出力する。なお、電圧補償部３０は、詳細については後述するが、電圧検出部２０が検出した電源電圧が基準電圧に対し大幅にズレ、後述の補正曲線３２の電圧補償範囲外まで変動すると、基準電圧からズレた電圧毎の補正量又は一定の補正量を出力する。

変動補償部４０は、電圧変動補償部４１、４２を有している。電圧変動補償部４１は、後述のＰＩ制御部５１からのＤ軸電圧指令に対してのゲイン調整を行い、サーボアンプ６０に出力する。電圧変動補償部４２は、後述のＰＩ制御部５２からのＱ軸電圧指令に対してのゲイン調整を行い、サーボアンプ６０に出力する。なお、変動補償部４０は、後述のサーボアンプ６０の逆パーク変換部６１と空間ベクトル変調部６２との間に配置されてもよい。

電流制御部５０は、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御部５１、５２を有している。ＰＩ制御部５１は、サーボモータ７０を駆動させるための制御値であるＤ軸電流指令を基準とし、サーボアンプ６０側からのＤ軸電流の偏差を無くすためのＤ軸電圧指令を電圧変動補償部４１に出力する。ＰＩ制御部５２は、サーボモータ７０を駆動させるための制御値であるＱ軸電流指令を基準とし、サーボアンプ６０側からのＱ軸電流の偏差を無くすためのＱ軸電圧指令を電圧変動補償部４２に出力する。ここで、Ｄ軸とは、座標変換を用いたモータのベクトル制御における界磁電流成分である。また、Ｑ軸とは、座標変換を用いたモータのベクトル制御におけるトルク電流成分である。

サーボアンプ６０は、逆パーク変換部６１、空間ベクトル変調部６２、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）６３、電流検出部６４、軸変換部６５を有している。逆パーク変換部６１は、エンコーダ８０からの電気角（回転角）に基づき、電圧変動補償部４１及び電圧変動補償部４２からのＤ軸電圧指令及びＱ軸電圧指令を固定座標から回転座標に変換し、２相の電圧α、βを空間ベクトル変調部６２に出力する。

空間ベクトル変調部６２は、２相の電圧α、βを３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電圧に逆変換してＰＷＭ６３に出力する。ＰＷＭ６３は、空間ベクトル変調部６２からのＵ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令に応じたパルスをサーボモータ７０に出力する。

電流検出部６４は、サーボモータ７０のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を検出して軸変換部６５に出力する。軸変換部６５は、電流検出部６４からのＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を、Ｄ軸電流及びＱ軸電流に変換して電流制御部５０にフィードバックする。なお、Ｄ軸電流はＰＩ制御部５１にフィードバックされ、Ｑ軸電流はＰＩ制御部５２にフィードバックされる。

サーボモータ７０は、サーボアンプ６０からの駆動電圧によって制御される。エンコーダ８０は、サーボモータ７０のモータ軸の電気角（回転角）を検出して逆パーク変換部６１及び軸変換部６５にフィードバックする。

次に、図３を参照し、電圧補償部３０が保持する電圧補正テーブルの一例について説明する。なお、図３（ａ）はリミットなしの場合の電圧補正テーブルを示し、図３（ｂ）はリミットありの場合の電圧補正テーブルを示している。また、電圧補償部３０は、図３（ａ）の電圧補正テーブル又は図３（ｂ）の電圧補正テーブルのいずれかにより、基準電圧に対して変動した電源電圧の補正量を求めることになるが、どちらの電圧補正テーブルを用いるかは予め設定しておくことができる。また、電圧補償部３０は、電圧検出部２０が検出した電源電圧（ＤＣ）に基づき、補正量を求めるが、説明の都合上、電圧（ＡＣ）とした場合で説明する。

まず、図３（ａ）、（ｂ）に示す電圧補正テーブル３１ａ、３１ｂは、基準電圧を２２０Ｖ（ＡＣ）とし、補正下限を１８０Ｖ（ＡＣ）とし、補正上限を２７０Ｖ（ＡＣ）とした場合の電圧（ＡＣ）及び補正量を有している。また、図３（ａ）、（ｂ）に示す電圧補正テーブル３１ａ、３１ｂは、それぞれの電圧（ＡＣ）に対応した電圧（ＤＣ）を有している。なお、電圧（ＤＣ）は、電圧（ＡＣ）を全波整流したときの値である。また、電圧補償部３０は、電圧検出部２０が検出した電源電圧（ＤＣ）に基づき、補正量を求める。

すなわち、基準電圧の２２０Ｖ（ＡＣ）は３１１．１２７Ｖ（ＤＣ）であり、補正下限の１８０Ｖ（ＡＣ）は２５４．５５８４Ｖ（ＤＣ）であり、補正上限の２７０Ｖ（ＡＣ）は３８１．８３７７Ｖ（ＤＣ）である。

また、電圧補正テーブル３１ａ、３１ｂは、１６０Ｖ（ＡＣ）〜２９０Ｖ（ＡＣ）までの値を有している。また、１６０Ｖ（ＡＣ）〜２９０Ｖ（ＡＣ）は、２２６．２７４２Ｖ（ＤＣ）〜４１０．１２１９Ｖ（ＤＣ）である。そして、１８０Ｖ（ＡＣ）〜２７０Ｖ（ＡＣ）が電圧補償範囲内３２ａとされ、１８０Ｖ（ＡＣ）未満が電圧補償範囲外３２ｂとされ、２７０Ｖ（ＡＣ）超えた電圧が電圧補償範囲外３２ｃとされている。ここで、電圧補償範囲内３２ａ及び電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃは、サーボモータ７０の仕様に合わせた場合の一例であり、図３（ａ）、（ｂ）に示す値に限定されるものではない。

また、電圧補正テーブル３１ａ、３１ｂが有する補正量は、基準電圧に対する変動を補正するための値を示している。すなわち、補正量＝基準電圧／電源電圧の計算により求めることができる。具体的には、たとえば基準電圧である２２０Ｖ（ＡＣ）に対して、電源電圧がたとえば２１０Ｖ（ＡＣ）に変動した場合、２２０／２１０＝１．０４７６１９が補正量となる。また、２２０Ｖ（ＡＣ）に対して、電源電圧がたとえば２３０Ｖ（ＡＣ）に変動した場合、２２０／２３０＝０．９５６５２２が補正量となる。

なお、電圧補正テーブル３１ａはリミットなしであるため、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでは、２２０／変動電圧（ＡＣ）＝補正量となる。すなわち、基準電圧である２２０Ｖ（ＡＣ）に対して、電源電圧がたとえば１７０Ｖ（ＡＣ）に変動した場合、２２０／１７０＝１．２９４１１８が補正量となる。また、基準電圧である２２０Ｖ（ＡＣ）に対して、電源電圧がたとえば２８０Ｖ（ＡＣ）に変動した場合、２２０／２８０＝０．７８５７１４が補正量となる。つまり、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでは、基準電圧からズレた電圧（ＡＣ）毎の補正量が用いられる。なお、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでの補正量は、必ずしも図３（ａ）に示した値とする必要がない。すなわち、１８０Ｖ（ＡＣ）未満の電圧補償範囲外３２ｂでは、基準電圧からズレた電圧（ＡＣ）毎の補正量を、図３（ａ）に示した値より小さくしてもよいし、２７０Ｖ（ＡＣ）を超えた電圧補償範囲外３２ｃでは、基準電圧からズレた電圧（ＡＣ）毎の補正量を、図３（ａ）に示した値より大きくしてもよい。この場合、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでは、さらに緩やかな電圧変動補償が可能となる。

一方、電圧補正テーブル３１ｂは、リミットありであるため、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでは、２２０／変動電圧（ＡＣ）＝補正量（一定）となる。すなわち、基準電圧である２２０Ｖ（ＡＣ）に対して、電源電圧がたとえば１８０Ｖ（ＡＣ）未満の電圧として変動した場合、２２０／１７０＝１．２２２２２２をリミットとした一定の補正量となる。また、基準電圧である２２０Ｖ（ＡＣ）に対して、電源電圧がたとえば２７０Ｖ（ＡＣ）を超えて変動した場合、２２０／２８０＝０．８１４８１５をリミットとした一定の補正量となる。つまり、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでは、常に一定の補正量が用いられる。

なお、電圧補正テーブル３１ｂでは、リミットを１８０Ｖ（ＡＣ）、２７０Ｖ（ＡＣ）としているが、必ずしもこの電圧（ＡＣ）に限るものではない。すなわち、リミットを１７０Ｖ（ＡＣ）、２８０Ｖ（ＡＣ）とするように、電圧補償範囲内３２ａから多少ズレた値としてもよい。

次に、図４を参照し、電圧補償部３０が保持する補正曲線の一例について説明する。なお、図４（ａ）は図３（ａ）のリミットなしの電圧補正テーブル３１ａに基づいた補正曲線であり、図４（ｂ）は図３（ｂ）のリミットありの電圧補正テーブル３１ｂに基づいた補正曲線である。

まず、図４（ａ）、（ｂ）の補正曲線３２は、横軸を電圧（ＡＣ）を全波整流した電圧（ＤＣ）とし、縦軸を補正量として示している。また、補正下限（２５４Ｖ（ＤＣ））と補正上限（３８２Ｖ（ＤＣ））との間は、電圧補償範囲内３２ａであり、点線で囲った部分は電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃである。また、基準電圧である３１１Ｖ（ＤＣ）は、２２０Ｖ（ＡＣ）を全波整流したときの値であり、説明の都合上、小数点以下を切り捨てて示している。また、補正曲線３２の補正下限である２５４Ｖ（ＤＣ）は、１８０Ｖ（ＡＣ）を全波整流したときの値であり、説明の都合上、小数点以下を切り捨てて示している。また、補正曲線３２の補正上限である３８２Ｖ（ＤＣ）は、２７０Ｖ（ＡＣ）を全波整流したときの値であり、説明の都合上、小数点以下を四捨五入して示している。

図４（ａ）のリミットなしの補正曲線３２から分かる通り、電圧補償範囲内３２ａでは電源電圧が基準電圧より小さい方に変動すると補正量が大きくなる。また、電圧補償範囲内３２ａでは電源電圧が基準電圧より大きい方に変動すると補正量が小さくなる。また、電圧補償範囲外３２ｂでは、補正量が緩やかに高くなっていることが分かる。また、電圧補償範囲外３２ｃでは、補正量が緩やかに小さくなっていることが分かる。

また、図４（ｂ）のリミットありの補正曲線３２から分かる通り、電圧補償範囲内３２ａでは図４（ａ）と同様に、電源電圧が基準電圧より小さい方に変動すると補正量が大きくなる。また、電圧補償範囲内３２ａでは図４（ａ）と同様に、電源電圧が基準電圧より大きい方に変動すると補正量が小さくなる。一方、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでは、補正量がリミットされることで一定値となっていることが分かる。

なお、上述した説明では、電圧補償部３０が図３に示した電圧補正テーブル３１ａ、３１ｂや、図４に示した補正曲線３２に基づき、補正量を求めた場合としているが、この例に限るものではない。すなわち、電圧補償部３０は、電圧補正テーブル３１ａ、３１ｂや補正曲線３２を用いずに、基準電圧／電源電圧の計算により、補正量を求めてもよい。この場合、電圧補償部３０は、補正下限と補正上限の電圧（ＤＣ）を有していればよい。また、電圧補償部３０は、リミットありの場合、電源電圧が基準電圧の電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃであることを確認し、一定の補正量を出力するようにすればよい。このようにすると、電圧補償部３０は、電圧補正テーブル３１ａ、３１ｂや補正曲線３２を用いなくても、補正量を出力することができる。また、電圧補正テーブル３１ａ、３１ｂや補正曲線３２を用いない場合、電圧補償部３０がワークエリアとして使用する図示しないメモリなどに電圧補正テーブル３１ａ、３１ｂや補正曲線３２を記憶させなくてもよいため、図示しないメモリの容量を小さくできる。また、電圧補償部３０は、計算により補正量を求めることができるので、電圧補正テーブル３１ａ、３１ｂや、補正曲線３２を参照する処理を省くことができる。

次に、図５を参照し、サーボアンプ６０の電圧補償方法について説明する。なお、以下では、電圧補償部３０が図４（ｂ）に示したリミットありの補正曲線３２を参照して補正量を求めるものとして説明する。

（ステップＳ１０１）
まず、電圧補償装置１０の電圧検出部２０は、図示しない電源回路から電源電圧の電圧を検出して電圧補償部３０に出力する。

（ステップＳ１０２）
電圧補償部３０は、電圧検出部２０が検出した電源電圧の電圧が電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃかどうかを判断する。この場合、電圧補償部３０は、補正曲線３２を参照し、電圧検出部２０が検出した電源電圧の電圧が電圧補償範囲内３２ａであれば、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでないと判断し（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、ステップＳ１０７に移行する。
これに対し、電圧補償部３０は、補正曲線３２を参照し、電圧検出部２０が検出した電源電圧の値が電圧補償範囲外３２ｂ又は３２ｃであれば、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃであると判断し（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０３に移行する。

（ステップＳ１０３）
電圧補償部３０は、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでの電源電圧に対応した補正量を求める。この場合、電圧補償部３０は、補正曲線３２を参照し、補正量を求める。
すなわち、電圧補償部３０は、基準電圧である３１１Ｖ（ＤＣ）に対して、電源電圧がたとえば補正下限の２５４Ｖ（ＤＣ）未満となるように変動した場合、１．２２２２２２をリミットとした一定の補正量を求める。
これに対し、電圧補償部３０は、基準電圧である３１１Ｖ（ＤＣ）に対して、電源電圧がたとえば補正上限の３８２Ｖ（ＤＣ）を超えて変動した場合、０．８１４８１５をリミットとした一定の補正量を求める。

（ステップＳ１０４）
電圧補償部３０は、求めた補正量を変動補償部４０の電圧変動補償部４１、４２に出力する。

（ステップＳ１０５）
変動補償部４０は、補正量に基づいて制御電圧のゲインを調整する。
この場合、変動補償部４０の電圧変動補償部４１は、電流制御部５０のＰＩ制御部５１からのＤ軸電圧指令に対してのゲイン調整を行い、サーボアンプ６０に出力する。また、変動補償部４０の電圧変動補償部４２は、電流制御部５０のＰＩ制御部５２からのＱ軸電圧指令に対してのゲイン調整を行い、サーボアンプ６０に出力する。

（ステップＳ１０６）
サーボアンプ６０は、変動補償部４０からのゲイン調整された電圧に基づき、サーボモータ７０を制御する。
この場合、サーボアンプ６０の逆パーク変換部６１は、エンコーダ８０からの電気角（回転角）に基づき、電圧変動補償部４１及び電圧変動補償部４２からのＤ軸電圧指令及びＱ軸電圧指令を固定座標から回転座標に変換し、２相の電圧α、βを空間ベクトル変調部６２に出力する。
また、空間ベクトル変調部６２が２相の電圧α、βを３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の電圧に逆変換して出力すると、ＰＷＭ６３が空間ベクトル変調部６２からのＵ相電圧指令、Ｖ相電圧指令及びＷ相電圧指令に応じたパルスをサーボモータ７０に出力する。
また、電流検出部６４がサーボモータ７０のＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を検出して出力すると、軸変換部６５が電流検出部６４からのＵ相電流、Ｖ相電流及びＷ相電流を、Ｄ軸電流及びＱ軸電流に変換して電流制御部５０にフィードバックする。

（ステップＳ１０７）
電圧補償部３０は、変動した電源電圧の値が電圧補償範囲内３２ａであれば、補正曲線３２を参照し、電圧補償範囲内３２ａでの電源電圧に対応した補正量を求め、ステップＳ１０４に移行する。

このように、本実施形態での電圧補償装置１０は、電源電圧を検出する電圧検出部２０と、電圧検出部２０が検出した電源電圧が基準電圧に対して変動すると、電源電圧の変動分を補正するための補正量を出力する電圧補償部３０と、補正量に基づき、サーボモータ７０の駆動を制御する制御値のゲイン調整を行う変動補償部４０とを備えている。

そして、電圧補償部３０は、電圧検出部２０が検出した電源電圧の変動が電圧補償範囲内３２ａである場合、この電圧補償範囲内３２ａでの補正量を出力し、電圧検出部２０が検出した電源電圧の変動が電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃである場合、この電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでの補正量を出力することで、サーボモータ７０を制御するサーボアンプ６０に供給される電源電圧の変動を補償する。これにより、何らかの要因により電源電圧の変動を正しく検出できず、特に検出した結果が電圧補償外の電圧として誤って検出された場合であっても、サーボモータ７０の動特性の制御の不安定の挙動を確実に抑制できる。

また、本実施形態での電圧補償部３０は、電圧補償範囲内３２ａ及び電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでの補正量を求める補正曲線３２を有している。これにより、電圧補償部３０は、電圧検出部２０が電源電圧の変動を電圧補償外の電圧として誤って検出した場合でも、補正曲線３２から求めた電源電圧の変動分の補正量を出力することができる。

また、本実施形態での補正曲線３２は、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでは傾きが緩やかとなっている。これにより、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでの補正量は緩やかに変化するため、サーボモータ７０の動特性の制御の不安定の挙動を緩やかに抑えることができる。

また、本実施形態での補正曲線３２は、電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでは補正量が一定値となっている。これにより、サーボモータ７０の動特性の制御の不安定の挙動を一定の補正量で抑えることができる。

また、本実施形態での電圧補償部３０は、電圧補償範囲内３２ａ及び電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでの基準電圧に対する電源電圧の変動分の補正量を計算により求める。これにより、電圧補償部３０は、補正曲線３２を用いなくても電源電圧の変動分の補正量を出力することができる。

また、本実施形態での電圧補償部３０は、計算により求めた電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでの補正量を一定としている。これにより、電圧補償部３０は、補正曲線３２を用いなくても電圧補償範囲外３２ｂ、３２ｃでは一定の補正量を出力することができる。

また、本実施形態での電圧補償範囲は、補正下限及び補正上限を示す電圧により設定されている。これにより、電圧補償部３０は、基準電圧に対する電源電圧の変動が電圧補償範囲の補正下限又は補正上限を超えた場合、補正下限又は補正上限を超えた電源電圧の変動分の補正量を確実に出力することができる。

また、本実施形態での制御値は、たとえばＤ軸電圧指令（第１の電流指令）とＱ軸電圧指令（第２の電流指令）とを有している。この場合、Ｄ軸電圧指令（第１の電流指令）に対してゲイン調整を行う電圧変動補償部４１（第１の電圧変動補償部）と、Ｑ軸電圧指令（第２の電流指令）に対してゲイン調整を行う電圧変動補償部４２（第２の電圧変動補償部）とを有する変動補償部４０を、サーボアンプ６０の前段に配置できる。これにより、サーボアンプ６０の前段で、電圧変動補償部４１（第１の電圧変動補償部）と電圧変動補償部４２（第２の電圧変動補償部）とにより、Ｄ軸電圧指令（第１の電流指令）とＱ軸電圧指令（第２の電流指令）に対するゲイン調整を行うため、サーボモータ７０の３相分（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対するゲイン調整に比べ少ない数でのゲイン調整を行うことができる。

また、本実施形態での制御値は、たとえばサーボアンプ６０内の逆パーク変換部６１から出力される、３相のモータ電流を２つのベクトル直流成分で独立に制御するための電圧α（第１の相の電圧）と、電圧β（第２の相の電圧）とを有している。この場合、電圧α（第１の相の電圧）に対してゲイン調整を行う電圧変動補償部４１（第１の電圧変動補償部）と、電圧β（第２の相の電圧）に対してゲイン調整を行う電圧変動補償部４２（第２の電圧変動補償部）とを有する変動補償部４０を、逆パーク変換部６１の後段に配置できる。これにより、逆パーク変換部６１の後段で、電圧変動補償部４１（第１の電圧変動補償部）と電圧変動補償部４２（第２の電圧変動補償部）とにより、電圧α（第１の相の電圧）と電圧β（第２の相の電圧）に対するゲイン調整を行うため、サーボモータ７０の３相分（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）に対するゲイン調整に比べ少ない数でのゲイン調整を行うことができる。

なお、本実施形態での電圧補償部３０は、電圧検出部２０が検出した電源電圧が基準電圧に対して変動すると、電源電圧の変動分を補正するための補正量を出力する場合として説明したが、何らかの要因により電圧検出部２０が電源電圧の電圧を検出できなくなることも想定される。この場合、電圧補償部３０は、たとえば一定時間、電圧検出部２０からの電源電圧の電圧が得られない場合、たとえば補正曲線３２の電圧補償範囲外３２ｂ又は３２ｃでの補正量を変動補償部４０に出力してもよい。また、この場合、電圧補償範囲外３２ｂ又は３２ｃのどちらかの補正量を出力するかは、予め設定しておけばよい。

１０ 電圧補償装置
２０ 電圧検出部
３０ 電圧補償部
３１ａ、３１ｂ 電圧補正テーブル
３２ 補正曲線
３２ａ 電圧補償範囲内
３２ｂ、３２ｃ 電圧補償範囲外
４０ 変動補償部
４１、４２ 電圧変動補償部
５０ 電流制御部
５１、５２ ＰＩ制御部
６０ サーボアンプ
６１ 逆パーク変換部
６２ 空間ベクトル変調部
６３ ＰＷＭ
６４ 電流検出部
６５ 軸変換部
７０ サーボモータ
８０ エンコーダ

Claims (18)

1. サーボモータを制御するサーボアンプに供給される電源電圧の変動を補償するサーボアンプの電圧補償装置であって、
   前記電源電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧検出部が検出した電源電圧が基準電圧に対して変動すると、前記電源電圧の変動分を補正するための補正量を出力する電圧補償部と、
   前記補正量に基づき、前記サーボモータの駆動を制御する制御値のゲイン調整を行う変動補償部とを備え、
   前記電圧補償部は、検出した前記電源電圧の変動が電圧補償範囲内である場合、この電圧補償範囲内での前記電源電圧に対応した補正量を出力し、検出した前記電源電圧の変動が電圧補償範囲外である場合、この電圧補償範囲外での前記電源電圧に対応した補正量を出力する
   ことを特徴とするサーボアンプの電圧補償装置。
2. 前記電圧補償部は、前記電圧補償範囲内及び前記電圧補償範囲外での補正量を求める補正曲線を有し、前記基準電圧に対する前記電源電圧の変動分の補正量を前記補正曲線から求めることを特徴とする請求項１に記載のサーボアンプの電圧補償装置。
3. 前記補正曲線は、前記電圧補償範囲外では傾きが緩やかとなっていることを特徴とする請求項２に記載のサーボアンプの電圧補償装置。
4. 前記補正曲線は、前記電圧補償範囲外では補正量が一定値となっていることを特徴とする請求項２に記載のサーボアンプの電圧補償装置。
5. 前記電圧補償部は、前記電圧補償範囲内及び前記電圧補償範囲外での前記基準電圧に対する前記電源電圧の変動分の補正量を計算により求めることを特徴とする請求項１に記載のサーボアンプの電圧補償装置。
6. 前記電圧補償範囲外での補正量は一定値となっていることを特徴とする請求項５に記載のサーボアンプの電圧補償装置。
7. 前記電圧補償範囲は、補正下限及び補正上限を示す電圧により設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のサーボアンプの電圧補償装置。
8. 前記制御値は、第１の電流指令と第２の電流指令とを有し、
   前記変動補償部は、
   前記第１の電流指令に対してゲイン調整を行う第１の電圧変動補償部と、
   前記第２の電流指令に対してゲイン調整を行う第２の電圧変動補償部とを有し、
   前記サーボアンプの前段に配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のサーボアンプの電圧補償装置。
9. 前記制御値は、前記サーボアンプ内の逆パーク変換部から出力される、３相のモータ電流を２つのベクトル直流成分で独立に制御するための第１の相の電圧と、第２の相の電圧とを有し、
   前記変動補償部は、
   前記第１の相の電圧に対してゲイン調整を行う第１の電圧変動補償部と、
   前記第２の相の電圧に対してゲイン調整を行う第２の電圧変動補償部とを有し、
   前記逆パーク変換部の後段に配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のサーボアンプの電圧補償装置。
10. サーボモータを制御するサーボアンプに供給される電源電圧の変動を補償するサーボアンプの電圧補償方法であって、
    電圧検出部により、前記電源電圧を検出する工程と、
    電圧補償部により、前記電圧検出部が検出した電源電圧が基準電圧に対して変動すると、前記電源電圧の変動分を補正するための補正量を出力する工程と、
    変動補償部により、前記補正量に基づき、前記サーボモータの駆動を制御する制御値のゲイン調整を行う工程とを有し、
    前記電圧補償部は、検出した前記電源電圧の変動が電圧補償範囲内である場合、この電圧補償範囲内での前記電源電圧に対応した補正量を出力し、検出した前記電源電圧の変動が電圧補償範囲外である場合、この電圧補償範囲外での前記電源電圧に対応した補正量を出力する
    ことを特徴とするサーボアンプの電圧補償方法。
11. 前記電圧補償部は、前記電圧補償範囲内及び前記電圧補償範囲外での補正量を求める補正曲線を有し、前記基準電圧に対する前記電源電圧の変動分の補正量を前記補正曲線から求めることを特徴とする請求項１０に記載のサーボアンプの電圧補償方法。
12. 前記補正曲線は、前記電圧補償範囲外では傾きが緩やかとなっていることを特徴とする請求項１１に記載のサーボアンプの電圧補償方法。
13. 前記補正曲線は、前記電圧補償範囲外では傾きが一定値となっていることを特徴とする請求項１１に記載のサーボアンプの電圧補償方法。
14. 前記電圧補償部は、前記電圧補償範囲内及び前記電圧補償範囲外での前記基準電圧に対する前記電源電圧の変動分の補正量を計算により求めることを特徴とする請求項１０に記載のサーボアンプの電圧補償方法。
15. 前記電圧補償範囲外での補正量は一定値となっていることを特徴とする請求項１４に記載のサーボアンプの電圧補償方法。
16. 前記電圧補償範囲は、補正下限及び補正上限を示す電圧により設定されていることを特徴とする請求項１０〜１５のいずれかに記載のサーボアンプの電圧補償方法。
17. 前記制御値は、第１の電流指令と第２の電流指令とを有し、
    前記変動補償部は、前記サーボアンプの前段で、
    第１の電圧変動補償部により、前記第１の電流指令に対してゲイン調整を行う工程と、
    第２の電圧変動補償部により、前記第２の電流指令に対してゲイン調整を行う工程と、を有する
    ことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載のサーボアンプの電圧補償方法。
18. 前記制御値は、前記サーボアンプ内の逆パーク変換部から出力される、３相のモータ電流を２つのベクトル直流成分で独立に制御するための第１の相の電圧と、第２の相の電圧とを有し、
    前記変動補償部は、前記逆パーク変換部の後段で、
    第１の電圧変動補償部により、前記第１の相の電圧に対してゲイン調整を行う工程と、
    第２の電圧変動補償部により、前記第２の相の電圧に対してゲイン調整を行う工程と、を有する
    ことを特徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載のサーボアンプの電圧補償方法。

Images