JPH02238508A - モータ制御方法 - Google Patents
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
た移動物体の位置を正確に決定することかできるモータ
制御方法に関するものである。
させるなめに、現在位置と所定位置との差を求め、この
差が大きい場合にはモータの速度を大になし、差が小さ
い場合にはモータの速度を小になすことは既に行われて
いる。
御を安定的に達成するために、偏差と速度との理想的関
係を示す曲線を予め決定し、この理想曲線に沿って位置
及び速度を零に収束させることは、昭和63年電気学会
全国大会論文集No. 1516(第2032頁)に開
示されている。
を使用して行うことは特開昭62−207196号公報
に開示されている。
式が要求されている。
るモータ制御方法を提供することにある。
位置又はこれに対応する位置を目標位置にするために、
現在位置と目標位置との差から成る位置偏差Δθを第1
の軸とし、モータの速度のを前記第1の軸に直交する第
2の軸とした座標において零点を通る目標制御線(スラ
イディング曲線)を設定し、前記現在位置を示す位置デ
ータを得、前記位置データと目標位置とを比較して位置
偏差Δθを求め、前記モータの速度ωを示ず速度データ
を得、前記位置痢差(Δθ)と検出された速度ωとで決
定された座標位置と前記目標制御線との位置の誤差を求
め、前記差を補正しながら前記目標制御線に沿って位置
偏差を零に収束させるように前記モータを制御するモー
タ制御方法において、前記目標制御線を中心にして一方
の側に加速制御領域を設け、且つ前記比例制御領域の他
方の側に減速制御領域を設け、且つ前記目標制御線の両
側に比例制御領域を設け、且つ幅を前記位置偏差が小さ
くなるに従って狭くしたことを特徴とするモータ制御方
法に係わるものである。 なお位置偏差が零になる近傍
で差信号にこれ又はこれに対応する信号の積分値を加算
することか望ましい。
広く、小さい領域で狭くすることによって、位置偏差の
大きい領域では安定的な速度制御か可能になり、位置偏
差の小さい領域ではゲインを上けなと等価になり、応答
性が良くなって高精度な位置決めが可能になる。
なl・ルクを得ることか可能になる。
方式を説明する。第1図において、三和誘導電動機から
成るモータ1には、PWM制御可能な三相インバータ2
が接続されている。インバータ2は、第2図に示すよう
に直流電源3にトランジスタから成るスイッチ素子AI
、A2 、Bl、B2、C1、C2をブリッジ接続し
たものである。
される制御信号に応答してオン・オフ動作する。なお、
インバータ2の上側の3つのスイッチ素子A1、B1、
C1と下側の3つのスイッチ素子A2 、B2 、C2
とは、互いに逆に動作するので、一方の制御を特定ずれ
は、インバータ全体の制御が特定される。ここでは、R
OM (リードオンリーメモリ)5から読み出される第
1、第2、及び第3の信号A,B,Cによりインバータ
制御状態を特定し、信号A,B,Cか高レベル即ち論理
“1′″の時にスイッチ′素子AI 、B1 、CIが
オン、低レベル即ち論理゛0“の時にスイッチ素子A1
、B1、C1がオフとする。
スイッチングパターン(単位ベクトルデータ)を予め書
き込んなものである。このROM5は正転PWMパター
ンメモリM1と、正転用ゼロベクトルメモリM2と、逆
転PWMパターンメモリM3と、逆転用ゼロベクトルメ
モリM4とを有する。各メモリM1〜M4はO〜511
までの512アドレスを夫々有し、夫々アップ・ダウン
・カウンタ6の9ビットの2進出力ライン6aの値でア
ドレス指定される。但し、4つのメモリM1〜M4から
1つが選択され、この選択されたメモリの出力のみがイ
ンバータ2の制御のために有効に使用される。この選択
を行うためにROM5は零ベクl・ル選択制御信号入力
端子7と、正転逆転選択制御信号入力端子8とを有する
。零ベクトル選択制御信号入力端子7か論理“′1゜゛
の時にはメモリM1とM3とのいずれか一方が選択され
、論理“0′゜の時にはメモリM2とM4のいずれか一
方か選択される。また、正転逆転選択制御信号入力端子
8が“′1′”の場合にはメモリM1とM2とのいずれ
か一方か選択され、” o ”の場合にはメモリM3と
M4とのいすれか一方か選択される。
端子7の入カビッ1・をA9で表わし、入力端子8の入
カピットをA10で表わすとすれは、AO〜A8の9ビ
ットでアドレスが指定される。またA9、A10が[1
1]の時に第1のメモリM1(正転PWMスイヅチング
パークン)か選択され、[01]の時に第2のメモリM
2 (正転用ゼロベクトル)か選択され、[10]の
時に第3のメモリM3 (逆転PWMスイッチングパ
ターン)が選択され、[00]の時に第4のメモリM4
(逆転用零ベク1・ル)が選択される。
電圧を制御するなめに、モータ1にパルス発生器から成
る位置検出器9が結合され、この出力ラインは24ピッ
1へ・アップ・タウン・カウンタ10に接続されている
。位置検出器9は1回転で1296000パルスを発生
ずるエンコー夕から成り、位置データθを発生ずる。
11から与えられる位置指令データθSと検出位置デー
タθとの偏差八〇を発生する。
信号処理回路(DSP)12に接続されている。ディジ
タル信号処理回路12はマイクロコンピュータから成り
、所定のソフトウェアに従って動作するものである。な
お、ディジタル信号処理回路12の動作の理解を容易に
するために、ディジタル信号処理回路12は、飽和回路
13と、速度検出回路14と、演算回路15と、三角波
発生回路16と、第1及び第2の比較回ti@ 1 7
、18と、絶対値回路18aとに分けて示されている。
θを制限するものであって、カウンタ1oの24ビット
出力を16ビットに制限した偏差Δθを演算回路に与え
る。
路14bとから成り、単位時間当りの位置変化に基づい
て速度データωを得るものである。
C2 ・ω2の演算をなし、ΔθくOの時にSC1 ・
Δθ+C2・ω2の演算を行う。但し、C1、C2は定
数であり、ωは回転速度である。
転速度ωか得られているか否かを示す。即ち、位置決め
制御における理想速度と実際の速度との相違を示す情報
が出力Sに含まれている。第3図は位置偏差ΔθをX軸
とし、速度ωをy軸として両者の関係を示す。目標制御
線Dは、Δθ〉0の時の理想値を示すものであって、 S=C1 ・Δθ〜C2 ・ω2−0を示′1;線E
は、実際の位置閾差Δθの変化及び速度ωの変化を原理
的に示す。本実施例では、目標制御線Dに実際の線Eが
沿うように制御する。従って、第1図の演算回路15は
、目標制御線Dと実際の線Eとの差に対応するデータを
出力する。
ばれるものであって、公知である。
偏差の変化に応じて異なる振幅のディジタル三角波を発
生する。なお、ディジタル三角波は2kHzの繰返し周
波数を有する。第4図は0角波の振幅と位置面差Δθと
の関係を示す。これから明らかなように位iff lm
差Δθが小さくなるに従って三角波の振幅も小さくなる
。
正の時には正転を示す“1″を出力し、負の時には逆転
を示す“0“″を出力する。この正転/逆転(F/B)
信号はROMの端子8に与えられる。
を比較し、三角波と出力Sとの大小関係を示す10ビッ
1・のデータを出力する。即ち、第9図(A)に示すよ
うに三角波VCと絶対値18aから得られるSの絶対値
とを比較し、第9図(B)に対応するディジタルデータ
を出力する。
レー夕と同様な動作をするタイマ19がらは第9図(B
>に示すIf I I+と゛0″とがら成る2値データ
か得られる。タイマ1つの出力の” 1 ”は運転する
ための期間を示し、゜゛0′”は停止(零ベクトル発生
》期間を示す。タイマ19の出力ラインはROM5の零
ベクトル選択制御信号入力端子7に接続されていると共
にANDケー1・2oに接続されている。
NDゲート2oを介してカウンタ6のクロック入力端子
に与えると共に、D/A変換器19に2MHzのクロッ
クパルスを与える。30kHzのクロックパルスは運転
/停止信号が” i ”の時にANDゲート20を通っ
てカウンタ6に与えられ、ROM5のアドレスかインク
リメントされる。
まれている。即ち、ROM5の各メモリM1〜M4はア
ドレス0〜511を有し、正転PWMパターンメモリM
1のアドレス0〜3には例えば電圧ベクトルV6 、V
2 、V6 、V2のデータか順に書き込まれ、正転用
ゼロベクトルメモリM2のアドレス0〜3には零ベク1
〜ルV7 , VO ,V7 、VOのデータが順に書
き込まれ、逆転PWMパターンメモリM3のアドレス0
〜3には電圧ベクトルv1、■5、v1、■5のデータ
が順に書き込まれ、逆転用ゼロベクトルメモリM4には
零ベクトルVo ,V7 、VO ,V7のデータが順
に書き込まれている。残りのアドレス4〜511にもア
ドレスO〜3と同一の原理でベクトルデーJ3 夕か書き込まれている。第6図の各アドレスのベク1〜
ルデータは原理を示すものであるため、実際のデータと
は異なる。今、正転PWMパターンメモリM1のアドレ
ス0〜84(0゜〜60゜区間に対応)の実際の電圧ベ
クトルデータを示すと、v6、v6、■6、■6、v2
、■2、■2、v2、V2、V2、V6、v6、V6、
■6、■2、■2、V2、■2、v2、V2、V6、■
6、■6、V6、■2、■2、■2、■2、■2、■2
,V2 、V2 、V2 、V2 、V2 、V2
、V2、V2、■2、■2、v2、V2、■2、v2、
V2、■2、■2、■2、■2、■2、■2、■2、V
2 .. V2 − V2 、V2 、V2 、V2
、V2 、V2、■2、V3、■3、■3、v3、V2
、■2、■2、■2、■2、■2、■3、■3、■3、
■3 、V2 、V2 、V2 、V2 、V2 、V
2 、V3、V3 、V3 、V3になる。
クトルVO 、V7とを示す。インバータ2のスイッチ
素子A1 、B1 、CIのとりうるスイッチング状態
は、(000)、(001)、(010) 、 <
011) 、 (100) 、 (101>(
110)、(111)の8つであるので、これをVO、
V1、v2、V3、V4、V5、V6、v7で表わずこ
とにする。本実施例の装置では、電圧ベク1〜ルvO〜
V7がROM5に書き込まれ、これか制御データ(A,
B,C)として出力される。8つのベクトル■0〜■7
を組み合せると、正弦波出力電圧及び回転磁界ベクトル
を得ることができる。
ルの選択を示すものである。回転磁界ベクトルφ1の先
@(終点)の軌跡を円に近づけるためには、330゜〜
30゜区間で第6及び第2のベクトルV6、v2、30
゜〜90°区間で第2及び第3のベク1〜ルV2、V3
、906〜150゜区間で第3及び第1のベクトルV3
− V1、150″〜2106区間で第1及び第5の
べクトルV1 、V5 、210’ 〜270’区間で
第5及び第4のベクトルV5、v4、270゜〜330
゜区間で第4及び第6のベク}〜ルV4 、VBを選択
する。原理的に示す第8図の330゜〜30゜区間では
有意ベクトルとしてV6とV2とが選択され、ベクトル
回転を止める時に零ベクトルv7が選択されている。モ
ータ1を正転させる時には第8図でUPで示す方向に回
転磁界ベクトルφ1が回転され、逆転又は制動する時に
は、D OWNで示す方向に回転される。
タθSとがカウンタ10で比較され、位置閾差Δθか得
られ、この値が第3図に示すようにOから大幅に離れて
いれば、モータ1を高速回転して目標位置に近づけなけ
ればならない。これを迅速且つ安定的に達成するために
、位置偏差データΔθと速度検出回1?814がら得ら
れる速度データωとが演算回路15に入力し、Sの値が
演算回路15内に示す式に従って求められる。第3図に
示すように出発点においてΔθが0から大幅に離れてい
る場合には、Sの値は勿論に零にならない。また、Sの
値は第9図(A)に示す三角波に交差せずにこの上方に
位置する6このなめ、タイマ1つは連続的に゛1″を送
出し、停止期間(零ベクトル期間)が実質的に無い状態
でモータ1は連続駆動される。即ち、カウンタ6のアド
レス指定によってROM5の第1のメモリM1の内容が
順次に読み出される。これにより、モータ1の速度は第
3図の線Eに示すように変化する。即ち、モータ1の角
度位置が目標位置に近づくと共に回転速度が高くなり、
ついに目標制御線Dを横切る。
、演算出力Sが第9図(A)に示す三角波VCを横切る
ようになる。これにより、演算出力Sの変化に応じて運
転期間と停止期間のデュティ比が変化するようになり、
比例的制御状態が得られる。モータ1の速度は慣性によ
って第3図の目標制御線Dの左右に飛び出す。しかし、
本実施例では、位置偏差Δθが大きい区間においては三
角波Vcの振幅が第9図<A>に示すように大きく設定
されているので、演算出力Sが三角波Vcの範囲(比例
範囲又は制御可能範囲)から離脱することが少なく、安
定性の良い制御状態が得られる。
ある。モータ1の速度ωは第3図から明らかなように目
標制御線Dに沿うように制御される。モータ1か回転を
継続すると、位置偏差Δθが徐々に小さくなる。これと
共に、第9図(A)に示すように三角波Vcの振幅が徐
々に小さくなる。速度が低い領域では制御が不安定にな
る可能性か少ないので、三角波Vcの振幅を小さくして
等価的にゲインを上げて応答性及び精度を改善する。
で示されているが、実際には第5図に示すソフ1−ウエ
アによって制御が実行される。
傍値θ0よりも小さい領域ではS2 =K2(Δθ)f
Δθdtの積分値が求められる。即ち、1つ 位置痢差Δθの積分値が求められる。この積分の代りに
Sの積分値を82としてもよい。そして、ΔθくθOの
領域ではU = S + 3 2を使用して丁転、逆転
を判断し、又このUの絶対値と三角波とを比較回路18
で比較する。Sに積分値S2を加算すると、偏差が見か
ζフ上大きくなり、三角波とUとの比較出力の゛1′″
の期間が長くなり、モータ1の駆動期間か長くなる。こ
れにより、モータ1のトルクか大きくなり、低速領域で
不要に停止しなくなる。
示す如く比較出力が高レベル゛1′”であるとすれば、
これがカウンタ6に入力し、カウンタ6はこの期間には
アップ動作する。第2の比教回路18の出力段のタイマ
19からは、三角波VCがSよりも高い時(t1〜t2
)に低レベル出力゛′O″を発生し、逆の時(t2〜t
3>には高レベル出力“1″を発生する。t1〜t2の
期間には、ROM5においては[A9 AIO] −[
0 1 ]に応答して正転用ゼロベク1−ルメモリM2
が選択され、t2〜t3のように[A9 AIO] −
[1 1]の時には正転PWMパターンM2か選択され
る。
パルスが通過ぜず、カウンタ6かインクリメンl一され
ないため、同一アドレスを指定し続ctる。
20を通過してカウンタ6の入力パルスとなる。これに
より、カウンタ6の9ビットAO −A8の値かアップ
動作で増大し、メモリM1のアドレスが順次に指定され
る。しかし、t3時点で第9図(B)の波形が低レベル
になると、カウンタ6のクロック入力が禁止され、カウ
ンタ6はこの時点のアドレス指定を保持する。例えば、
第6図に示す如くアドレス2でメモリM1のベクトルV
6が読み出されている時に、メモリM2が選択されると
、同一のアドレス2における正転用零ベク1−ルV7(
111)が選択される。零ベクl〜ル■7は第9図(B
)の波形が低レベルの間発生し続ける。再ひカウンタ6
にクロックパルスが入力し、カウンタ6の出力が1段イ
ンクリメン1−されると、正転PWMパターンメモリM
1のアドレス3の零ベクトルV2 (010)か選択
される。零ベクl〜ルはVo (000>とV7
(111)との2[i類から成るが、スイッチ素子A1
〜C2の切換えが少なくてすむ方のベクトルが選択され
る。カウンタ6が10進数の0〜511に対応する2進
数を発生し終ると、正転PWMパターンの0〜360゜
の全電圧ベク1・ルデータが読み出され、インバータ2
から三和の近似正弦波電圧が発生し、且つモータ1に円
軌跡に近い回転磁界ベクトルが生じる。
さくなると、第9図(B)の; 形の低レベル期間か相
対的に長くなり、零ベク1〜ルが選択される期間が長く
なる。
中のt2〜t3に第10図に示ずようにベクトル■6、
v6、V6、■6、■2、■2か一定幅Tpを有して一
定の周期で発生し、その後零ベク1〜ル■0がt3〜t
4期間に発生ずる。
めが達成される。
次の変形か可能なものである。
グ回路で楊成することができる。
(目標制御線)を直線にしてもよい。
代りに、目標位置から離れている領域では、第1図に示
す方法で速度データを得、目標位置付近において位置偏
差が少ないか又は無くなった低速領域では、位置偏差変
化期間におけるクロック数の計測による方法により速度
検出を行って精度を向上させてもよい。これにより目標
位置付近でのスライディング曲線に対する収束性を改善
することがてきる。即ち、低速領域では位置検出器9か
ら得られるパルスの周期をクロックパルスの計数によっ
て測定し、これに基づいて速度データを得、デイジタル
処理回路12に与えてもよい。
る。
ブロック図、 第2図は第1図のインバータを詳しく示す回路図、 第3図は第1図の方式における位置偏差Δθと速度ωと
の関係を座標で示す図、 第4図は第1図の方式の三角波の振幅と位置偏差Δθと
の関係を示す図、 第5図は第1図の方式のソフトウエアを示す流れ図、 第6図は第1図のROMの内容の一部を原理的に示す図
、 第7図は電圧ベクトルを示す図、 第8図は回転磁界ベク1〜ルを示す図、第9図は第1図
の各部の状態を示す図、第10図は第9図(E)の一部
を詳しく示す図、第11図は変形例の位置偏差Δθと速
度ωとの関係を座標で示す図である。 1・・・モータ、2・・・インバータ、5・・・ROM
、9・・・位置検出器、10・・・カウンタ、12・・
・デイジタル信号処理回路、16・・・三角波発生回路
。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 [1]モータの回転角度位置又はこれに対応する位置を
目標位置にするために、現在位置と目標位置との差から
成る位置偏差(Δθ)を第1の軸とし、モータの速度(
ω)を前記第1の軸に直交する第2の軸とした座標にお
いて零点を通る目標制御線(スライディング曲線)を設
定し、前記現在位置を示す位置データを得、 前記位置データと目標位置とを比較して位置偏差(Δθ
)を求め、 前記モータの速度(ω)を示す速度データを得、前記位
置偏差(Δθ)と検出された速度(ω)とで決定される
座標位置と前記目標制御線との位置の差を求め、 前記差を補正しながら前記目標制御線に沿って位置偏差
を零に収束させるように前記モータを制御するモータ制
御方法において、 前記目標制御線を中心にして一方の側に加速制御領域を
設け、且つ他方の側に減速制御領域を設け、且つ前記目
標制御線の両側に比例制御領域を設け、且つ前記比例制
御領域の幅を前記位置偏差が小さくなるに従って狭くし
たことを特徴とするモータ制御方法。 [2]モータの回転角度位置又はこれに対応する位置を
目標位置にするために、現在位置と目標位置との差から
成る位置偏差(Δθ)を第1の軸とし、モータの速度(
ω)を前記第1の軸に直交する第2の軸とした座標にお
いて零点を通る目標制御線(スライディング曲線)を設
定し、前記現在位置を示す位置データを得、 前記位置データと目標位置とを比較して位置偏差(Δθ
)を求め、 前記モータの速度(ω)を示す速度データを得、前記位
置偏差(Δθ)と検出された速度(ω)とで決定される
座標位置と前記目標制御線との位置の差を求め、 前記差を補正しながら前記目標制御線に沿って位置偏差
を零に収束させるように前記モータを制御するモータ制
御方法において、前記差を示す信号又は前記位置偏差に
対応する信号の時間に対する積分値を求め、この積分値
と前記差を示す信号との和に比例してモータを制御しな
がら目標位置にてモータを停止させることを特徴とする
モータ制御方法。 〔3〕モータの回転角度位置又はこれに対応する位置を
目標位置にするために、現在位置と目標位置との差から
成る位置偏差(Δθ)を第1の軸とし、モータの速度(
ω)を前記第1の軸に直交する第2の軸とした座標にお
いて零点を通る目標制御線(スライディング曲線)を設
定し、前記現在位置を示す位置データを得、 前記位置データと目標位置とを比較して位置偏差(Δθ
)を求め、 前記モータの速度(ω)を示す速度データを得、前記位
置偏差(Δθ)と検出された速度(ω)とで決定される
座標位置と前記目標制御線との位置の差を求め、 前記差を補正しながら前記目標制御線に沿って位置偏差
を零に収束させるように前記モータを制御するモータ制
御方法において、前記モータの少なくとも低速領域では
、速度検出又は位置検出のために前記モータに関係して
得られる信号の周期をクロックパルスの計測して前記速
度データを得ることを特徴とするモータ制御方法。 [4]前記モータは誘導電動機である請求項1又は2又
は3記載のモータ制御方法。 [5]前記モータの速度制御はパルス幅変調インバータ
で行うことを特徴とする請求項4記載のモータ制御方法
。
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| JP1058493A JP2731815B2 (ja) | 1989-03-11 | 1989-03-11 | モータ制御方法 |
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