JPH04325896A

JPH04325896A - リニアモータ駆動用制御装置

Info

Publication number: JPH04325896A
Application number: JP3121884A
Authority: JP
Inventors: Hajime Takahashi; 一高橋
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-04-25
Filing date: 1991-04-25
Publication date: 1992-11-16

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、リニアモータを使用し
た高精度位置決め制御系及び高精度速度調節系に適合す
る、リニアモータ駆動用制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、リニアモータを駆動するための電
流増幅器においては、制御演算装置より出力された信号
をリニア増幅器又はパルス幅変調（ＰＷＭ）増幅器によ
って電流増幅し、リニアモータを駆動する方式が多く採
用されてきた。

【０００３】近年、省電力化、省スペース化の要求によ
り、消費電力が小さく、回路構成も簡単なＰＷＭ方式が
多く採用されるようになってきた。また、ＰＷＭ増幅器
に使用されるスイッチング素子としても、高速なＭＯＳ
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）が安価に入手できるよ
うになり、性能的にもリニア増幅器に迫るＰＷＭ増幅器
が安価に提供できるようになった。

【０００４】しかし、ＰＷＭ方式においては、パルス幅
変調波発生器から矩形のパルス波を発生させ、非常に高
速のスイッチング動作によって大電流増幅するために、
パルス状のノイズを発生することが多い。このノイズが
、他の信号線や制御装置に侵入し、誤動作や暴走を招く
ことがある。また、その他、外部に微弱なアナログ信号
が存在する場合には、大きな障害を与えることになる。

【０００５】そこで、いわゆるゲート抵抗をパルス幅変
調波発生器とパワー　ＭＯＳ・ＦＥＴ　のゲートとの間
に設けることが行われている。この点について、図８を
参照しつつ更に説明する。

【０００６】制御演算装置１から所定のパルス幅変調信
号を出力させ、これをパルス幅変調波発生器３に入力し
、Ａ位置において、矩形のパルス幅変調波を発生させる
。ゲート抵抗４を、パルス幅変調波発生器３とパワーＭ
ＯＳ　・ＦＥＴ　５Ａ　との間に直列接続する。このゲ
ート抵抗４によって、急峻なパルス幅変調波形の立上り
部分等を適度に傾斜させてゲートドライブパルスに変換
し、このゲートドライブパルスをゲート１０に入力する
。これにより、急激な電流増幅を回避し、ノイズの発生
量を低減することができる。

【０００７】更に、ゲート抵抗４を設けることにより、
高速のスイッチングによって発生する発振現象や、外部
からのノイズに対しても強くなるためめに、市販されて
いるＰＷＭ方式の電流増幅器においては、ゲート抵抗が
多く使用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このゲート抵
抗４は、制御演算装置１で正確に演算された出力結果を
変化させてしまうため、システム全体の制御精度を劣化
させてしまう欠点を有する。また、このゲート抵抗４の
ために、本来伝達関数としては定数として扱われるべき
電流増幅器が非線型な要素になるために、シミュレーシ
ョン結果と実測値がなかなか一致しない原因となってい
る。

【０００９】例えば、図８を参照しつつ説明すると、制
御演算装置１から例えば、８ビットのパルス幅変調信号
を送り、これに基いてパルス幅変調波発生器３からパル
ス幅変調波を出力する段階では、正確な制御がなされて
いる。しかし、例えば、図９（ａ）　に示すように、パ
ルス幅変調波Ｗ１，　Ｗ２は矩形波であるが、位置Ｂに
おけるゲートドライブパルス波Ｗ３，　Ｗ４は、図９（
ｂ）　に示すように矩形波ではなくなる。

【００１０】特に、元のパルス幅変調波の幅が小さくな
ると、ゲートドライブパルス波の形が大きく崩れる。こ
の結果、ゲートドライブパルスＷ４においては、パワー
ＭＯＳ　・ＦＥＴ　をオンするためのしきい値Ｃを超え
る有効時間がかなり短くなり、ゲートドライブパルスＷ
３においては、パワーＭＯＳ　・　ＦＥＴをオンするこ
とすらできなくなる。

【００１１】この結果、リニアモータを用いた位置決め
制御、速度制御の精度が不可避的に低下する。即ち、位
置決め制御系においては、位置決めの最終段階において
は、パルス幅変調波の幅が小さくなるので、上記の理由
から演算制御装置における計算値と実際のリニアモータ
の駆動時間とが著しく相違し、整定時間が増大する。速
度制御系においては、定期的に摩擦力による速度変動を
補償するためのＰＷＭ信号をリニアモータに与える必要
があるが上記と同様の理由から、速度が一定せず、ふら
つくという現象が起こる。これらの現象を回避するため
に、高価で低効率のリニア増幅器をあえて使用せざるを
得ない場合が多いのが現状である。

【００１２】本発明の課題は、低コストで高効率のＰＷ
Ｍ方式のリニアモータ駆動用制御装置において、整定時
間を短くし、速度を一定させうるような、高精度の制御
を実現することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、パルス幅変調
信号に従ってパルス幅変調波を発生させるパルス幅変調
波発生器；ゲートに入力されるゲートドライブパルスに
従ってリニアモータの駆動状態と停止状態とを切換える
パワーＭＯＳ電界効果トランジスタ；及び前記パルス幅
変調波を前記ゲートドライブパルスに変換するために前
記パルス幅変調波発生器と前記ゲートとの間に設けられ
たゲート抵抗を有するリニアモータの駆動用制御装置で
あって、前記パルス幅変調波の有効時間と前記ゲートド
ライブパルスの有効時間との差異を補償できるように前
記パルス幅変調信号を補償する機能を有するリニアモー
タ駆動用制御装置に係るものである。

【００１４】

【作用】まず、図２の概念図を参照しつつ、本発明を説
明しておく。制御演算装置１において、指令値と検出値
を参照し、ＰＩＤ等の制御演算を行ってＰＷＭ信号を決
定する。このＰＷＭ信号をＰＷＭ信号補償部２に送る。ＰＷＭ信号補償部２内には、Ａ位置におけるＰＷＭ波の
有効時間と、ゲート抵抗４通過後のＢ位置におけるゲー
トドライブパルスの有効時間との差異を補償するための
参照テーブルが内蔵されている。ＰＷＭ信号補償部２内
に入力された原ＰＷＭ信号は、参照テーブルに昭らし合
わされ、補償され、入力時とは異なった補償ＰＷＭ信号
として出力される。

【００１５】この補償ＰＷＭ信号がＰＷＭ波発生器３に
入力される。ＰＷＭ波発生器３は、入力された補償ＰＷ
Ｍ信号に対して忠実に、補償ＰＷＭ波を出力する。この
補償ＰＷＭ波は、ゲート抵抗４及びパワー　ＭＯＳ・Ｆ
ＥＴ　５の電気的影響によって、ゲートドライブパルス
波形に変換され、パワー　ＭＯＳ・ＦＥＴ　５のゲート
に入力される。そして、ゲートドライブパルスに従って
、リニアモータ６の駆動状態と停止状態とを切換える。

【００１６】このように、本発明によれば、ＰＷＭ信号
を補償した後に、ＰＷＭ波発生器３へと入力させること
により、パルス幅変調波の有効時間とゲートドライブパ
ルスの有効時間との差異を補償する。ここで、有効時間
とは、ＰＷＭ波又はゲートドライブパルスが、パワーＭ
ＯＳ　・ＦＥＴ　をオンさせるためのしきい値電圧を越
えている時間をいう。

【００１７】従って、電流増幅系を定数とみなせるよう
な駆動用制御系を構成することができる。これにより、
リニアモータのように、減速機構を持たないがゆえに駆
動用制御系の電気的特性に対して極めて敏感なアクチュ
エーターにおいても、いわゆるリニア増幅器を用いた駆
動用制御系と同等の制御性能を得ることができる。具体
的には、位置決め制御系においては整定時間を短かくす
ることができ、速度制御系においては速度の変化を抑え
、従来よりも高精度で制御することができる。

【００１８】しかも、本発明のリニアモータ駆動用制御
装置では、パワー　ＭＯＳ・ＦＥＴ　をスイッチング素
子として使用しており、高コストで低効率のリニア増幅
器を使用してないので、低コストでかつ高効率である。しかも、パルス幅変調波発生器とゲートとの間にゲート
抵抗を設けているので、急激な電流増幅を回避し、ノイ
ズの発生量を低減することができる。

【００１９】なお、図２において、制御演算装置の演算
能力に余裕がある場合には、制御演算装置内部のメモリ
に前記の参照テーブルを書き込んでおき、制御演算装置
内部のソフトウエアによって補償した補償ＰＷＭ信号を
、制御演算装置から出力し、直接にＰＷＭ波発生器に入
力してもよい。

【００２０】

【実施例】図１は、一般的なサーボ系のリニアモータ駆
動用制御装置を示すブロック図である。まず、ＤＳＰ等
の制御演算装置１内において、所定の制御アルゴリズム
に従って、指令値と検出値とを参照しつつ制御量を演算
し、ＰＷＭ信号を決定する。この際、制御演算装置１内
においては、後続の駆動系、増幅系が線型であるものと
みなして制御演算を行う。

【００２１】本実施例では、ＰＷＭ信号として例えば８
ビットのアドレス信号を使用する。この場合には、ＰＷ
Ｍ波発生器３内に予め各アドレス信号に対応して、最大
２５６種類のＰＷＭ波をメモリーしておく。これら各Ｐ
ＷＭ波の有効時間は互いに異なっている。

【００２２】ＰＷＭ信号補償部として　ＲＯＭ　２Ａ　
を使用する。制御演算装置１から出力されたＰＷＭ信号
は　ＲＯＭ　２Ａ　に入力され、ここでＲＯＭ　２Ａに
内蔵された参照テーブルに照合され、補償ＰＷＭ信号が
出力される。この補償ＰＷＭ信号がＰＷＭ波発生器３内
に入力され、補償ＰＷＭ信号に対応した補償ＰＷＭ波が
出力される。こうして発振された補償ＰＷＭ波は、ＭＯ
Ｓ　・ＦＥＴ　ドライバ７を通り、更に互いに並列接続
された計四個のゲート抵抗４Ａ，　４Ｂ，　４Ｃ，　４
Ｄをそれぞれ通過する。この時点で、ＰＷＭ波はゲート
ドライブパルスに変換されている。このゲードドライバ
パルスが各パワー　ＭＯＳ・ＦＥＴ　５Ａ，　５Ｂ，　
５Ｃ，　５Ｄのゲート１０Ａ，　１０Ｂ，　１０Ｃ，　
１０Ｄにそれぞれ入力される。

【００２３】これらパワー　ＭＯＳ・ＦＥＴ　５Ａ，　
５Ｂ，　５Ｃ，　５Ｄをスイッチング素子として、リニ
アモータ６の駆動と停止とを切換える。リニアモータ６
にはリニアエンコーダ８、カウンタ９が接続され、カウ
ンタ９から計測値が制御演算装置１に送られる。

【００２４】次に、ＰＷＭ信号の補償の内容について更
に詳述する。まず、仮に、ＰＷＭ波が図６（ａ）　に示
す波形を有しているものとすると、これに対応するゲー
トドライブパルスは、図６（ｂ）　に示すような形とな
る。ここでＰＷＭ波の有効時間はｔ１　であり、ゲート
ドライブパルスの有効時間はｔ２　である。同様に、Ｐ
ＷＭ波が図７（ａ）　に示す波形を有しているものとす
ると、これに対応するゲートドライブパルスは、図７（
ｂ）　に示すような形となる。ここでＰＷＭ波の有効時
間はｔ３　であり、ゲートドライブパルスの有効時間は
ｔ１　である。

【００２５】そして、従来の技術の項で述べたように、
一般に、ＰＷＭ波の有効時間が短くなり、パルス幅が小
さくなると、ゲートドライブパルスの変形が大きくなり
、その有効時間の縮小も大きくなってくる。この点につ
いてグラフ化すると、例えば図５のグラフＥに示すよう
になる。

【００２６】これに対し、本実施例では、まずＰＷＭ信
号を　ＲＯＭ　２Ａ　で補償ＰＷＭ信号に変換する。こ
の際、図３に示すような参照テーブルを使用する。即ち
、制御演算装置からのＰＷＭ信号に対応するＰＷＭ波の
有効時間に対し、　ＲＯＭ　２Ａ　から出力される補償
ＰＷＭ信号に対応する補償ＰＷＭ波の有効時間が図３に
おいて左上方向に若干膨らんだ曲線を描くように設定す
る。

【００２７】具体的に言うと、有効時間ｔ２　のＰＷＭ
波をゲートに入力させたい場合は、補償ＰＷＭ波の有効
時間をｔ１　に設定し、有効時間ｔ１　のＰＷＭ波をゲ
ートに入力させたい場合は、補償ＰＷＭ波の有効時間を
ｔ３　に設定する。

【００２８】ＰＷＭ波発生器３から発生した補償ＰＷＭ
波は、前述したように、ゲート抵抗及びゲートの電気的
影響によりゲートドライブパルスに変換される。補償Ｐ
ＷＭ波の有効時間とゲートドライブパルスの有効時間と
の関係を図４に示す。図６及び図７に示すように、補償
ＰＷＭ波の有効時間がｔ１　，ｔ３　であると、ゲート
ドライブパルスの有効時間はそれぞれｔ２　，ｔ１　と
なる。

【００２９】この結果、最終的に、制御演算装置１のＰ
ＷＭ信号に対応するＰＷＭ波の有効時間とゲートドライ
ブパルスの有効時間との関係は、図５のグラフＤに示す
ようになる。これによりＰＷＭの有効時間とゲートドラ
イブパルスの有効時間との差異は補償される。この結果
、いわゆるリニア増幅器を用いた駆動用制御装置と同等
の制御性能を得ることができる。

【００３０】更に、本実施例では、制御演算装置１内に
おいて線型近似をしているので、比較的単純なアルゴリ
ズムに従って高速に演算処理を行い、ＰＷＭ信号を出力
している。従って、非常にリアルタイムの制御と高速の
応答が要求されるリニアモータ制御において、一連の制
御サイクルを短くできるので、より一層制御性能が高い
。

【００３１】また、ゲート抵抗　４Ａ，　４Ｂ，　４Ｃ
，　４Ｄ　によるＰＷＭ波形の変形は、ＰＷＭ波発生器
３から発生する補償ＰＷＭ波形に対して、ほぼ一義的に
決定されるものであるから、このような補償演算を制御
演算装置１内部の演算にとり入れる必要性はない。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、ＰＷＭ信号を補償した
後にＰＷＭ波発生器へと入力させることにより、パルス
幅変調波の有効時間とゲートドライブパルスの有効時間
との差異を補償するので、従来よりも高精度で制御する
ことができる。即ち、位置決め制御系においては整定時
間を短くすることができ、速度制御系においては速度の
ふらつきを抑えることができ、いわゆるリニア増幅器を
用いた駆動用制御装置とほぼ同等の制御性能を実現する
ことができる。

【００３３】また、パワー　ＭＯＳ・ＦＥＴ　をスイッ
チング素子として使用しており、高コストで低効率のリ
ニア増幅器を使用しないので、低コストでかつ高効率で
ある。しかも、これと同時にパルス幅変調波発生器とゲ
ートとの間にゲート抵抗を設けているので、急激な電流
増幅を回避し、ノイズの発生量を低減することができる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るリニアモータ駆動用制御
装置を示すブロック図である。

【図２】本発明のリニアモータ駆動用制御装置を概念的
に示すブロック図である。

【図３】ＰＷＭ波の有効時間と補償ＰＷＭ波の有効時間
との関係を示すグラフである。

【図４】補償ＰＷＭ波の有効時間とゲートドライブパル
スの有効時間との関係を示すグラフである。

【図５】本発明例及び従来例における、ＰＷＭ波の有効
時間とゲートドライブパルスの有効時間との関係をそれ
ぞれ示すグラフである。

【図６】（ａ）　はＰＷＭ波形を示すグラフ、（ｂ）　
はこのＰＷＭ波に対応するゲートドライブパルスを示す
グラフである。

【図７】（ａ）　はＰＷＭ波形を示すグラフ、（ｂ）　
はこのＰＷＭ波に対応するゲートドライブパルスを示す
グラフである。

【図８】従来のリニアモータ駆動用制御装置を概念的に
示すブロック図である。

【図９】（ａ）　はＰＷＭ波形を示すグラフ、（ｂ）　
はこれらのＰＷＭ波に対応するゲートドライブパルスを
示すグラフである。

【符号の説明】

１　　制御演算装置２，　２Ａ，　　ＰＷＭ信号補償部３　　ＰＷＭ波発生器４，　４Ａ，　４Ｂ，　４Ｃ，　４Ｄ　　　ゲート抵抗
５，　５Ａ，　５Ｂ，　５Ｃ，　５Ｄ　　　パワー　Ｍ
ＯＳ・ＦＥＴ６　　リニアモータ１０，　１０Ａ，　１０Ｂ，　１０Ｃ，　１０Ｄ　　ゲ
ートｔ１　，　ｔ２　，　ｔ３　　　有効時間Ｃ　　し
きい値電圧

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　パルス幅変調信号に従ってパルス幅変
調波を発生させるパルス幅変調波発生器；ゲートに入力
されるゲートドライブパルスに従ってリニアモータの駆
動状態と停止状態とを切換えるパワーＭＯＳ電界効果ト
ランジスタ；及び前記パルス幅変調波を前記ゲートドラ
イブパルスに変換するために前記パルス幅変調波発生器
と前記ゲートとの間に設けられたゲート抵抗を有するリ
ニアモータ駆動用制御装置であって、前記パルス幅変調
波の有効時間と前記ゲートドライブパルスの有効時間と
の差異を補償できるように前記パルス幅変調信号を補償
する機能を有するリニアモータ駆動用制御装置。