JPH04281388A - モータ制御回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータ制御回路に関す
るもので、特に、トルク指令に基づいて比例積分動作お
よび比例動作によりモータの電流制御を行うモータ制御
回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ブラシレスモータの電流制御方式の一つ
である平均値制御方式をマイクロプロセッサで実行させ
るようにした従来のモータ制御回路の例を図１０、図１
１、図１２、図１３に示す。図１０において、符号１は
ブラシレスモータを、２はインバータを、３はパルス幅
変調器を、４はエンコーダを、５はマイクロプロセッサ
を、６はロータ位置検出器を、７はアナログ・デジタル
変換器（以下「ＡＤ変換器」という）を、９ａ，９ｂは
モータ１の相電流検出器をそれぞれ示す。マイクロプロ
セッサ５は複数の入出力ポート（以下「ＩＯポート」と
いう）５ａ，５ｂ，・・・５ｇと、中央処理装置（ＣＰ
Ｕ）５ｈを有してなる。

【０００３】上記マイクロプロセッサ５は一定の周期で
次のように動作する。図１２はこの機能ブロック図であ
り、図１３はこの動作のフローチャートである。マイク
ロプロセッサ５は、ＩＯポート５ａを介してトルク指令
τ＊を読み取り、電流検出器９ａ，９ｂ、ＡＤ変換器７
、ＩＯポート５ｃを介してモータ１の送電流ｉａ，ｉｂ
を読み取り、さらに、ロータ位置検出器６からＩＯポー
ト５ｄを介してロータ位置（角度）θｅを読み取る。 マイクロプロセッサ５はその電流分配部１０においてト
ルク指令τ＊とロータ位置信号θｅから次の演算を行い
、トルク指令τ＊から電流指令ｉ＊ａ，ｉ＊ｂ，ｉ＊ｃ
を取り出す。

【数１】

【０００４】また電流検出器９ａ，９ｂによる検出電流
ｉｆａ，ｉｆｂ、電流指令ｉ＊ａ，ｉ＊ｂ，ｉ＊ｃより
次の演算を行い、電流偏差ｉｅａ，ｉｅｂ，ｉｅｃを得
る。

【数２】

【０００５】次に、電流制御部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ
において電流偏差ｉｅａ，ｉｅｂ，ｉｅｃから次の比例
積分演算を行って電圧指令ｖ＊ａ，ｖ＊ｂ，ｖ＊ｃを得
、これをＩＯポート５ｂを介して出力する。

【数３】

【０００６】図１１は上記比例積分演算部のブロックを
示す。ブロック１５は近似積分部を示しており、電流偏
差ｉｅの値を一つ前の電流偏差ｉｅの値に足算していく
ことにより、電流偏差ｉｅを近似的に積分する。この近
似積分値に定数Ｋｉを掛けたものと、ｉｅそのものに定
数Ｋｐを掛けたものの和をとることによって数３に示す
ようにｉｅが比例積分されてなる電圧指令ｖ＊を得るこ
とができる。

【０００７】図２に示すような比例積分演算部がモータ
１の各相分あり、各相に対応する電圧指令ｖ＊ａ，ｖ＊
ｂ，ｖ＊ｃに基づいてパルス幅変調器３がその出力パル
スの幅を決定し、このパルス幅に応じてインバータ２が
モータ１の相電流を制御し、目標値であるトルク指令τ
＊に応じたトルクを発生する。

【０００８】なお、図１２では、２相の電流ｉｆａ，ｉ
ｆｂのみを検出し、この電流ｉｆａ，ｉｆｂの和に「−
１」を乗ずることによってもう一つの相電流ｉｆｃを得
るようになっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように、電流制御
部を比例積分演算による平均値電流制御方式とした従来
のモータ制御回路によれば、電流指令ｉ＊に対する相電
流の偏差を小さくすることができ、高精度の電流制御を
行うことができる。

【００１０】しかし、電流制御部を比例積分制御にする
と、例えばステップ応答の場合のようにトルク指令τ＊
が急峻に変化した場合は、図１４に示すように相電流ｉ
ａ，ｉｂ，ｉｃが必要以上に増大してオーバーシュート
してしまう。相電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃがオーバーシュー
トすると、インバータ２の容量をオーバーシュートに見
合うだけ余分に大きくしなければならないし、図１４に
示すように出力トルクもオーバーシュートするため、負
荷に衝撃を与えてしまうという問題がある。

【００１１】ちなみに、電流制御部を比例制御にすると
、トルク指令τ＊が急峻に変化しても図１５に示すよう
に相電流および出力トルクのオーバーシュートはなくな
る。しかし、前述の電流指令に対する相電流の偏差が大
きくなり、電流制御の精度がよくないという難点がある
。

【００１２】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、トルク指令が急峻に変化しても相
電流および出力トルクのオーバーシュートがなく、また
、電流指令に対する相電流の偏差を小さくして、電流制
御の精度を高めることができるモータ制御回路を提供す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、通常はトルク
指令に基づき比例積分動作によりモータを制御する電流
制御部を設け、トルク指令の微分値が大きい間は上記電
流制御部に比例動作を行わせることを特徴とする。

【００１４】上記電流制御部のほかに、トルク指令の微
分値を求める微分部と、この微分値の絶対値を求める絶
対値回路を設け、この絶対値が所定の値より大きいとき
は比例動作を行わせると共にこの比例動作を一定時間行
わせるようにしてもよい。

【００１５】

【作用】トルク指令が急峻に立ち上がると、トルク指令
の微分値が所定の値より大きくなるため、電流制御部は
比例動作を行い、相電流および出力トルクのオーバーシ
ュートはない。トルク指令が立ち上がったあと一定時間
経過すると、電流制御部は比例積分動作に移行する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明にかかるモータ制御回路の実施
例について説明するが、図示の実施例では、ハードウエ
アの構成は図１０に示す従来例と同じであり、マイクロ
プロセッサによる信号処理のソフトウエアに特徴がある
ので、ハードウエアの説明には図１０を用いることとし
、上記の特徴的な構成部分について重点的に説明するこ
とにする。

【００１７】図１は、図１０に示す例のマイクロプロセ
ッサ５の機能ブロックを示すもので、図１２に示す従来
例の機能ブロックと比較すると、トルク指令τ＊の変化
検出部１２をもっていて、トルク指令τ＊の変化の大小
に応じて電流制御部１１ａ，１１ｂ，１１ｃによる制御
動作を比例積分動作または比例動作に選択的に切り換え
るようにした点が異なっている。

【００１８】図２は上記トルク指令τ＊の変化検出部１
２をより具体的に示す機能ブロック図で、トルク指令τ
＊の微分値を求める微分部１６と、この微分値の絶対値
を求める絶対値回路１７と、この絶対値を閾値Ｓｒと比
較して上記絶対値が閾値Ｓｒより大きいとき信号Ｃｈを
出力する比較部１８とを有してなる。

【００１９】図１に示す電流制御部１１ａ，１１ｂ，１
１ｃは、通常はトルク指令τ＊に基づき比例積分動作に
より図１０に示すモータ１を制御するが、上記信号Ｃｈ
の入力によって比例動作によりモータ１の電流を制御す
るようになっている。また、電流制御部１１ａ，１１ｂ
，１１ｃは、上記微分値の絶対値が基準値Ｓｒより小さ
くなって信号Ｃｈの入力が停止しても、一定時間経過す
るまでは比例動作し、そのあと比例積分動作するように
なっている。

【００２０】次に、上記実施例の動作を図４、図５、図
６、図７を参照しながら説明する。いま、図７（ｂ）に
示すようにトルク指令τ＊を入力すると、図２に示す微
分部１６ではトルク指令τ＊を離散時間信号として扱い
、トルク指令τ＊と一つ前のトルク指令τ＊との差を求
めることによってトルク指令τ＊の近似微分値Δτ＊を
求める。この近似微分値Δτ＊は、図１０に示すマイク
ロプロセッサ５が数４に示すような演算を行うことによ
って得ることができる。図４、図５はこの微分の概念を
示す。

【数４】

【００２１】次に、図７（ｃ）に示すように、上記近似
微分値Δτ＊の絶対値｜Δτ＊｜を求め、予め定めた敷
居値Ｓｒと比較する。すなわち、Ｃｈ＝｜Δτ＊｜−Ｓ
ｒを求める。もしトルク指令τ＊の変化が急峻でＣｈ＞
０であれば、ｍの値をｍ０に設定する。ｍは後述のよう
に制御周期ごとに０になるまで「１」ずつ減算される。 従って、ｍ０は所定の時間ｔ１に対応していて、制御周
期（サンプリングタイム）をｔｓとしたとき、ｔ１とｍ
０との間には数５に示す関係がある。

【数５】

【００２２】続いて、トルク指令τ＊から電流指令ｉ＊
を、電流指令ｉ＊と相電流ｉｆから電流偏差ｉｅを求め
、次にｍが０か否かを判断する。ｍ＞０であれば、Σｉ
ｅ＝０、すなわち蓄えた電流偏差をゼロにして、ｖ＊＝
Ｋｐ・ｉｅの演算、すなわち比例部分のみを演算し、次
にｍの値から「１」ずつ減算する。従って、図７（ｄ）
に示すように制御の１周期ごとにｍの値が「１」ずつ減
っていき、一定時間経過するとｍ＝０となる。こうして
、ｍ＝０になると、前記数３に示す演算を行い、比例積
分制御動作を行うことになる。図７（ｅ）は積分演算結
果を示す。

【００２３】上記のように、トルク指令τ＊が急峻に立
ち上がると、まず比例制御（Ｐ制御）を行い、その後一
定時間経過することによって比例積分制御（ＰＩ制御）
を行う。トルク指令τ＊が急峻に立ち上がった当初は比
例制御を行うため、図７（ａ）左半部に示すように、モ
ータの各相電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃおよび出力トルクのオ
ーバーシュートがなく、インバータ等の容量を余分に大
きくする必要はないし、出力トルクがオーバーシュート
することもないから、負荷に衝撃を与えることもなくな
る。そして、一定時間経過後は図７（ａ）右半部に示す
ように比例積分制御に移行するため、電流指令ｉ＊に対
する相電流ｉｆの偏差が小さくなり（図５参照）、電流
制御の精度が向上する。

【００２４】図３は、上記のように比例制御と比例積分
制御を切り換えることができる前記電流制御部１１ａ，
１１ｂ，１１ｃをアナログ回路で構成した回路例を示す
。図３において、電流偏差ｉｅは抵抗２３を介してオペ
アンプ１１のマイナス端子に入力され、このマイナス端
子と電圧指令ｖ＊を出力するオペアンプ１１の出力端子
との間に抵抗２４とコンデンサ２５が直列に接続され、
コンデンサ２５と並列にスイッチ２１が接続されている
。スイッチ２１はアナログスイッチであり、前記Ｃｈに
応じて動作するタイマーあるいは単安定マルチバイブレ
ータ等によりオン、オフを制御される。スイッチ２１が
オンしてコンデンサ２５を短絡すると比例演算動作をし
、オフした瞬間から比例積分演算動作をする。従って、
図３のような回路を用いれば、比例制御と比例積分制御
の切り換えをハードウエアによって実現することができ
る。

【００２５】なお、図８に示すように、Δτ＊＞Ｓｒの
場合、またはΔτ＊＞ＳｒでなくてもΔτ＊＜−Ｓｒの
場合はトルク指令τ＊が急峻に変化している場合である
から、このような場合にはｍ＝ｍ０とおくようにすれば
、実質的にはΔτ＊の絶対値を求めてこれを閾値Ｓｒと
比較したことになるから、図６の場合と同様に動作させ
ることができる。

【００２６】また、前記電流制御部１１ａ，１１ｂ，１
１ｃの機能ブロック構成は図９に示すものであってもよ
い。図９においてブロック２８は近似積分部を示す。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、トルク指令が急峻に立
ち上がると、通常は比例積分動作によりモータを制御す
る電流制御部が比例制御を行うため、モータの電流およ
び出力トルクのオーバーシュートがなくなり、負荷に衝
撃を与えることもなくなる。また、トルク指令の急峻な
立ち上がりにより一定時間比例制御を行ったあとは比例
積分制御に移行するようにすれば、電流指令に対するモ
ータの電流の偏差が小さくなり、電流制御の精度を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるモータ制御回路に用いることが
できるマイクロプロセッサの機能ブロックの例を示すブ
ロック図。

【図２】本発明にかかるモータ制御回路に用いることが
できるトルク指令の変化検出部の例を示す機能ブロック
図。

【図３】本発明にかかるモータ制御回路に用いることが
できる電流制御部をアナログ回路で構成した例を示す回
路図。

【図４】近似的な微分の様子を示す図。

【図５】同上微分の様子を拡大して示す線図。

【図６】本発明にかかるモータ制御回路の実施例の動作
を示すフローチャート。

【図７】同上タイミングチャート。

【図８】本発明に適用可能な変形実施例の動作を示すフ
ローチャート。

【図９】本発明に適用可能な電流制御部の別の例を示す
機能ブロック図。

【図１０】従来のモータ制御回路のハード構成の例を示
すブロック図。

【図１１】同上従来例の電流制御部を示す機能ブロック
図。

【図１２】上記従来例中のマイクロプロセッサの例を示
す機能ブロック図。

【図１３】上記従来例の動作を示すフローチャート。

【図１４】上記従来例による比例積分制御動作における
電流のステップ応答を示す図。

【図１５】上記従来例による比例制御動作における電流
のステップ応答を示す図。

【符号の説明】

τ＊　　トルク指令 １　　モータ １１ａ，１１ｂ，１１ｃ　　電流制御部１６　　微分部 １７　　絶対値回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　通常はトルク指令に基づき比例積分動
   作によりモータの電流を制御する電流制御部を有してな
   り、この電流制御部は、トルク指令の微分値が大きい間
   は比例動作を行うことを特徴とするモータ制御回路。
2. 【請求項２】　　通常はトルク指令に基づき比例積分動
   作によりモータの電流を制御する電流制御部と、トルク
   指令の微分値を求める微分部と、この微分値の絶対値を
   求める絶対値回路とを有してなり、上記電流制御部は、
   上記微分値の絶対値が所定の値より大きいときは比例動
   作を行うと共にこの比例動作を一定時間行うことを特徴
   とするモータ制御回路。