JPH0654579A

JPH0654579A - モータ制御装置ならびに方法

Info

Publication number: JPH0654579A
Application number: JP3284279A
Authority: JP
Inventors: Thomas Minnich; トーマス・ミニッチ; A Harold Morser; エイ・ハロルド・モーサー; Stanley L Myers; スタンレイ・エル・メイヤーズ; Stephen T Walsh; スティーヴン・ティー・ウォルシュ
Original assignee: Milacron Inc
Current assignee: Milacron Inc
Priority date: 1990-08-06
Filing date: 1991-08-06
Publication date: 1994-02-25
Also published as: DE69126177T2; EP0470556A2; CA2048384A1; CA2048384C; EP0470556A3; EP0470556B1; DE69126177D1

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は位置、速度ならびにトルクに対する
サーボ機構制御ループが単一位置トランスジューサを用
いて完成されているようなブラン無し直流モータ用制御
を提供することを目的とする。【構成】速度ループ制御はデジタル方式で実施され、
高周波ループ閉路期間において電流指令を発生する。界
磁コイル電流の整流は、モータロータとモータステータ
との測定ずみの相対的位置と、そして多数のループ閉路
期間についての速度平均値とに応じて発生した電流整流
パターン制御信号に対応して制御される。直流電源から
モータ端子に電流を提供するトランジスタスイッチを制
御する切換制御信号は、電流指令と、測定ずみモータ電
流と、そして整流パターン制御信号とに応じて発生され
る。速度ループ制御は、速度、モータトルク定数そして
モータならびに関連の負荷の慣性モーメントに関する選
択ずみ変換関数を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般にモータの制御に関
する。更に詳しくは、本発明はブラシレス直流モータの
制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】本明細書中で主題となっているブラシレ
ス直流モータはステータの中に配列された複数個の界磁
コイルと、複数個の永久磁石から成る磁極片を中に配列
しステータと相対的に回転可能なロータとで構成され
る。この種のモータは直流モータにとっては固有の性質
であるところの広範囲に及ぶ速度制御ができるようにな
っており、しかもブラシの摩耗とそれに伴うモータ性能
の劣化という特有な欠点がない。この種のモータの電流
の「整流」は界磁コイルに発生し、しかも電気的に制御
されたスイッチを用いてなされる。界磁コイル内の電流
の整流は、所望のトルクを生じさせるために与える電気
エネルギーが付加されるコイルを同定するためにロータ
位置の検出が必要とされる。

【０００３】ブラシレス直流モータを基本的にはアナロ
グ装置を用いて制御し、モータと制御に対する所望の補
償が所望のモータの性能を生ずることを提供するという
ことが公知である。そのような公知の制御においては、
整流は、ロータ位置トランスジューサの出力を直接適用
することによって、切換ステップにおいて実行される。
この目的のために、ロータの相対的位置を決定しそして
界磁コイル電流スイッチを制御するためモータロータに
装着されたホール効果トランスジューサを使うのが一般
的である。このような制御システムにおいては、トルク
制御に必要なモータ角速度の測定は、標準的に在来のタ
コゼネレータを用いて実施される。モータによって駆動
される機械構成部品の位置を測定することが所望される
場合は、更に位置トランスジューサが増やして用いられ
る。

【０００４】ブラシレス直流モータの公知のアナログ制
御法では、変動パラメータに対する制御装置の手動調節
が必要であるという欠点、そしてモータの大きさ、負荷
及び速さにおける大きな変動に対するプログラム化の可
能な適応性の欠如になやまされる。更に、このような公
知の制御システムに関連して上記の各種の専用トランス
ジューサを用いることがこのようなシステムの費用を増
大し、一方ではその複雑性が増し、結局全体的信頼性を
損う。

【０００５】

【本発明の目的】位置、速度ならびにトルクに対するサ
ーボ機構制御ループが単一位置トランスジューサを用い
て完成されているそのようなブラシレス直流モータ用制
御を提供するのが本発明の目的である。

【０００６】モータ応答を表わす伝達関数のパラメータ
を含む制御パラメータがプログラム化可能であるそのよ
うなブラシレス直流モータ用制御を提供することが本発
明の更なる目的である。

【０００７】界磁コイル間の電流の整流が、モータトル
ク、ロータ位置そしてロータ速度の間の所望の関係を決
定する制御アルゴリズムに応じて実施される、そのよう
なブラシレス直流モータに対する制御を提供することが
本発明の更に別な目的である。

【０００８】

【本発明の概要】前述の諸目的に従い、本発明は、位置
と速度のサーボ機構制御が、閉止ループ速度制御を実行
するためのサンプリングしたデータ方式において操作さ
れるプログラム化可能なプロセッサを用いて実行され
る。このプロセッサは、予め設定された時間間隔全体に
対して有効な所望のモータ電流を決める瞬間的電流指令
信号を発生する。周期的に発生する電流指定により、選
択された制御形式を実施する上で用いられるパラメータ
の調節ができる。この調節可能なパラメータは、速度
と、電流ループ利得因子とそして慣性軸モーメントを含
む。プログラム化可能のアナログプロセッサは電流指令
信号と測定されたモータ電流とに応ずるパルス幅変調
（ＰＭＷ）制御信号の発生を行なう。コイルからコイル
への電流の整流は測定したロータの相対的位置ならびに
引き出されたロータの平均速度に対応して予想アルゴリ
ズムにより制御される。予め決定された時間間隔内のロ
ータ位置は最終測定位置ならびに、整流が起る場合に決
定すべき算出速度から予測される。この制御は、整流制
御、位置制御及びモータロータの速度制御のための所望
される入力を提供するために、ロータ位置の単一トラン
スジューサの使用を可能とする。

【０００９】本発明に関するこれ以上の目的や利点につ
いては添付の図面ならびにこれら図面についての以下の
説明により明らかとなろう。

【００１０】

【本発明の構成・効果】本発明を図解するに当って、本
発明の譲受人であるＣｉｎｃｉｎｎａｔｉＭｉｌａｃ
ｒｏｎ社により開発されたモータ制御について詳細説明
しよう。このモータ制御は本発明の好適実施態様を表わ
していると同時にその説明は、何れにせよ、添付の特許
請求の範囲ならびにそれに等価な全ての事項が定めると
ころの本発明の範囲を限定する意図をもつものではな
い。

【００１１】本発明のモータ制御は、機械の可動部材の
運動を実施するために作動機として用いられるブラシレ
ス直流モータを制御するのに特に有利に適している。こ
のような用途においては、所望のモータ性能はこのモー
タを使って実施される業務によって変化するのであっ
て、変化する必要条件にモータの性能を適合させること
ができるように望まれるわけである。

【００１２】図１を参照すると、数値制御システム１０
はモータ制御システム１２に連結されこのモータ制御シ
ステムは数値制御１０と、モータ及び位置トランスジュ
ーサ１４との間のインターフェイスを提供する。モータ
制御システムは低レベル信号で標準的に作動し、モータ
への電力は標準的に多位相交流電源から引き出され、こ
の電力は電力ブロックモジュール１６にある切換え装置
を介して整流され適用される。標準としてはトランジス
タが用いられるこの切換え装置は、所望の瞬間モータ電
流、従って所望の瞬間トルクを得るためにパルス幅変調
信号によって制御される。

【００１３】本発明は、数値制御システムプロセッサ１
８と、モータ制御１２のデジタル信号処理モジュール２
０との間のデータ交換に提供される。デジタル信号処理
モジュールは、モータを制御するために使うパラメータ
の値を決めるデータを受信し、また数値制御（ＮＣ）シ
ステムプロセッサ１８からの位置指令データを受信す
る。デジタル信号処理モジュール２０は、位置指令デー
タと制御パラメータデータとをサーボ機構ループ特定デ
ータに変換し、この特定データは電源ブロックとトラン
スジューサインターフェイスモジュール２２とに移送さ
れる。機部材位置トランスジューサからと同様にモータ
位置トランスジューサからの位置データはインターフェ
イスモジュール２２によって発生され、このインターフ
ェイスモジュールはトランスジューサに励起信号を提供
し、そしてトランスジューサの出力信号からトランスジ
ューサによって測定された位置を検出する。加えて、イ
ンターフェイスモジュール２２は、パルス幅変調制御信
号を電源ブロック１６の電源トランジスタに提供する。

【００１４】位置データに加えて、インターフェイスモ
ジュール２２は、指令モータ電流、実際のモータ電流、
そして電流誤差として命名されるこれら双方の電流間の
差違のデジタル表現を生ずる。このデータは、デジタル
信号処理モジュール２０によってアクセスするためにイ
ンターフェイスモジュール２２から利用可能である。信
号処理モジュールは、インターフェイスモジュール２２
から引き出されたデータを数値制御システムプロセッサ
１８に利用可能とする。

【００１５】数値制御１０は、可動機械部材のそれぞれ
に対して位置指令データを周期的に生ずるということは
この種の同業技術者であれば理解されよう。これらの機
械部材の作動は、モータ制御１２によって制御されたモ
ータにより実施される。位置指令データが変化する率は
この機械部材の運動の速さに依存する。しかし、新規な
位置指令データが発生される率は一定値であり、位置指
令データ更新期間を決定する。更新期間と対照的に、モ
ータロータ巻線間の電流の整流率は、制御の対象となる
モータの構造と、モータステータに相対するモータロー
タの回転率とに依存する。従って、モータ制御１２は、
数値制御１０の固定された更新期間、ならびに指令され
たモータ速度により検出される整流の可変期間とに適合
しなければならない。

【００１６】〔数値制御〕図１の数値制御１０の付加的
詳細説明を、図２に示すブロック図を参照して行なう。
この数値制御に含まれるのは、操作員すなわち使用者イ
タンーフェイス；機械機構インターフェイスと制御；プ
ログラム記憶装置と編集機構；機械サイクル制御；そし
て、被加工物プログラム処理及び経路発生制御とであ
る。

【００１７】作業員インターフェイスは、ＣＲＴ（陰極
線管）もしくはその他の英数字表示装置のような表示装
置３０と、キーボード３２のような手動データ入力装
置、及び作業員位置制御装置３４とを有して成る。作業
員位置制御装置は表示すべきデータをＮＣシステムプロ
セッサ１８から受信し、このデータを表示装置３０用に
配列する。キーボード３２からの手動によるデータ入力
は、他の数値制御システム素子に対する分配のために、
作業員位置制御装置３４により符号化される。作業員位
置制御装置３４は、サイクル制御によって決められるよ
うに機械の操作の活動モード（アクティブモード）に従
って手動のデータ入力を可能とする。

【００１８】手動によるデータ入力に加えて、例えば、
テープレコーダ３６、もしくはデータ通信インターフェ
イス３８など大容量データ転送装置を用いて制御の局部
記憶装置の中に被加工物プログラムが入力できる。被加
工物の大容量記憶はディスク記憶装置４０に対して与え
られる。プログラム記憶装置と編集制御装置４２とは、
作業員位置制御装置３４に対すると同様に大容量記憶装
置４０に対しても入出力するために、入力装置３６及び
３８からのデータの通信を管理する。２つの被加工物プ
ログラム緩衝記憶装置４４と４６が、被加工物の活動的
プログラムと代替的プログラム用に備えられる。プログ
ラムの指令は実施のために活動的緩衝記憶装置４４から
転送される。代替緩衝記憶装置（ａｌｔｅｒｎａｔｉｖ
ｅｂｕｆｆｅｒ）４６は、プログラムの実施が進めら
れる間に編集されるプログラム用の記憶装置として提供
される。

【００１９】数値制御１０の操作の全サイクルはサイク
ル制御５０により制御される。サイクル制御５０は在来
のプログラム化可能なコントローラとして作動し、機械
式押しボタン、光、リミットスイッチ、そして、伝動
体、工具交換装置、被加工物転送装置などの機構に関連
する制御プログラムを実行し、また制御された機械の操
作のサイクルを実行する。機械の構成部品は一般にブロ
ック５２で図示されており、しかも機械の入力・出力イ
ンターフェイス５４を介して監視され制御される。機械
の作動サイクルの制御において、サイクル制御５０は、
活動的緩衝記憶装置４４からブロックプロセッサ５６へ
の被加工物プログラム指令の転送を実行する。更に、サ
イクル制御５０は機械の状態を監視し、誤差状態に対す
る適当な応答をする。

【００２０】被加工物プログラムを構成する命令ブロッ
クに含まれるのは、座標データ、送り速度データ、ツー
ルデータ、主軸速さデータ、各種機能データならびにサ
イクル制御コードである。ブロックプロセッサ５６は命
令の各ブロックを復号し機械の機能化の制御をする上で
適切であるようなデータを分配する。各種の機能、主軸
速さ及びツールの選定、伝達速度変化ならびに機械制御
などの機械機能に関連するツールデータはデータ記憶装
置５８内に置かれる。機械部材の運動軸に対する終点を
規定する座標データはデータ記憶装置６０の中に置かれ
る。コード拡張器６２はサイクル制御コード上で作動
し、認知データ記憶装置６４からの認知データの選定を
実行し、経路生成の所望のモードで選択する。

【００２１】経路生成プロセッサ６６は、活動中の被加
工物プログラム命令により規制された機械操作に従って
それぞれの更新期間に対する座標軸位置指令を生ずる。
経路生成プロセッサ６６によって生じた位置指令は、プ
ログラム化された座標、送り速さ及びサイクル指令によ
って定義されるように全ての機械軸の位置の変化の速さ
を反映する。経路生成プロセッサ６６に追加して、座標
軸位置指令が、補助スパン生成器６８により生成され
る。補助スパン生成器６８は、特定機械の仕様書及び機
械製造者の所望による機械の活性度に関連して作動指令
を発する。例えば、補助スパン生成器は作動指令を発し
て作動を実行させ、ツールもしくはワークヘッドの変更
をさせるため、もしくは作業者の入力に従って所望の、
予め設定された配置に作動させる。被加工物プログラム
データから引き出された指令は、補助スパン生成器によ
って生成された指令と共に同時に実行されることは通例
でなく、制御の設計は、位置指令加算器７０で指令を加
算を与えることによりこのような同時実施に適応する。
この加算の結果はかくしてモータ制御１２に出力され
る。

【００２２】モータ制御１２とＮＣシステムプロセッサ
１８との間の、本特許出願人の好適実施態様の伝達にお
いてはＰ１コネクタに対するＩＥＥＥ７９６−８８信号
仕様書に適合するデータバスについて実施される。操作
位置制御器３４の制御の下に入力されたデータ、もしく
は認知データ記憶装置６４からのデータと同様に被加工
物プログラムからの入力データは、全てモータ制御器１
２へのデータバス２６全体にわたって利用可能である。

【００２３】モータ制御器１２についての詳細説明は図
３と図４に示すブロック図によりなされる。デジタル信
号処理モジュール２０はその詳細が図３のブロック図に
示してある。このモジュールは更新期間において数値制
御１０から位置指令データを受信し、位置トランスジュ
ーサ出力信号データをインターフェイスモジュール２２
から回収し、これに応答して電流指令と、整流パターン
制御信号とを周期的に発信する。信号処理モジュール２
０によって実行される位置ループによりなされる速度制
御に加えて、速度指令が、数値制御１０から直接入力さ
れ、これにより速度フィードフォワードが提供される
が、もしくは位置ループ制御におけるような導関数より
もむしろ速度のみのやり方で制御するために入力され
る。電流指令信号はデジタル方式で実行された速度制御
ループにより発生され、整流パターン制御信号は、時間
サンプリングされ測定されたロータの相対的位置ならび
にロータの実際の相対的速度の平均値から得られる。加
えて、トルク指令は数値制御１０から直接入力されて、
モータに与えられた既知の負荷と平衡させるためになさ
れる如くにトルクフィードフォワードを実行される。

【００２４】〔信号処理モジュール〕上述したように、
データは、システムデータバス２６において、ＮＣシス
テムプロセッサ１８とデジタル信号処理モジュール２０
との間で交換される。データは、独立データとアドレス
ラインを提供する専用モータ制御器バス２４を経由し
て、デジタル信号処理モジュール２０とインターフェイ
スモジュール２２との間で交換される。

【００２５】信号処理モジュール２０はデジタル信号プ
ロセッサ８０と８６とを用いて、電流指令信号ならびに
整流パターン制御信号とを発する上で必要とされる計算
を実行する。出願人は、テキサスインスツルーメント社
（ＴｅｘａｓＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓＩｎｃｏｒｐ
ｏｒａｔｅｄ）から入手できる、ＴＭＳ３２０Ｃ２５デ
ジタル信号プロセッサを選択している。信号プロセッサ
８０により実行されるプログラムは局部記憶装置８４に
記憶され、そして次の構成要素を含んでいる：すなわ
ち、位置計算ルーチン２００；位置ループ計算ルーチン
２０２；速度ループ計算ルーチン２０４；整流制御ルー
チン２０６；ハードウェア監視ルーチン２０８；そし
て、機械状態変化制御ルーチン２１０である。同様に、
信号プロセッサ８６は、記憶装置９０に記憶されたプロ
グラムに関連して操作され、これに含まれるのは次であ
る：すなわち、モードならびに使用可能指令処理ルーチ
ン２１２；モータ平均速度計算ルーチン２１４；サブス
パン補間ルーチン２１６；トルク指令変換ルーチン２１
８；位置ループ利得調整計算ルーチン２２０；速度ルー
プ利得調整計算ルーチン２２２；機械状態変化制御ルー
チン２２４；そして、サーボ誤差処理ルーチン２２６で
ある。

【００２６】信号プロセッサ８０と８６とは内蔵形アド
レスとデータバスを含んでおり、これらは、この明細書
中で更に説明を加えるようにシステムバスに独立して連
結される。データバス２６は、システムバスアドレス駆
動機構７２を介して交換されるアドレスデータに対して
分離信号ラインを提供する。システムバスデータはデー
タトランシーバ７４を介して交換される。システムデー
タバス２６は、割込みインターフェイス７６において結
合される割込み信号用の付加的信号ラインを提供する。
バスについてのデータの交換を支持するための局部記憶
装置がランダムアクセス記憶装置７８内に設けられてい
る。サーボシステムバス２４に関連するデータはデータ
トランシーバ９２を介して交換され、サーボシステムバ
スアドレスはアドレス駆動機構９４を介して交換され
る。

【００２７】更に続けて図４を参照し、信号プロセッサ
８０について考察すると、アドレス緩衝装置（アドレス
バッファ）１１０は、信号プロセッサ８０のアドレスバ
スと、プログラム記憶装置８４に用いる即値アドレスバ
ス１１２との間に介在される。同様なやり方で、アドレ
ス駆動機構１０４は信号プロセッサ８０のアドレスバス
と、システムバスアドレス駆動機構７２及び記憶装置７
８に用いる局部アドレスバス１０６との間に介在され
る。データバス緩衝装置９６は、信号プロセッサ８０の
データバスとプログラム記憶装置８４との間に介在され
る。データトランスジューサ９８は、信号プロセッサ８
０のデータバスと、システムバスデータトランスジュー
サ７４及び記憶装置７８に用いる局部データバス１００
との間に介在する。プロセッサ８０のアドレスバス及び
データバスは、それぞれ、サーボシステムアドレス緩衝
装置９４ならびにサーボシステムデータトランシーバ９
２とに連結される。信号プロセッサ８０により実行され
る機能は、基本的に、電流指令信号の発生に関連する位
置ならびに速度ループ制御に向けられており、従ってト
ランシーバ９２及び緩衝装置９４を介するサーボシステ
ムバスへの直接連結に向けられている。

【００２８】プロセッサ８６を考察すると、アドレス駆
動装置１０８が、信号プロセッサ８６のアドレスバス
と、システムアドレス駆動装置７２と記憶装置７８とに
用いる局部アドレスバス１０６との間に介在する。アド
レス緩衝装置１１４は、信号プロセッサ８６のアドレス
バスと、データ記憶装置８８を結ぶ即値アドレスバス１
１６との間に介在し、このデータ記憶装置８８はプロセ
ッサ８６で用いられる可変データ用記憶装置ならびにプ
ログラム記憶装置９０とを提供する。データ緩衝装置１
２２は、信号プロセッサ８６のデータバスと、データ記
憶装置８８とプログラム記憶装置９０とのデータチャン
ネルの間に介在する。データトランシーバ１０２は、信
号プロセッサ８６のデータバスと、システムデータバス
トランシーバ７４と記憶装置７８とに用いる局部データ
バス１００との間に介在する。プロセッサ８６が用いる
可変データはデータ記憶装置８８に記憶される。

【００２９】続けて図３を参照すると、発振器と計数器
１１８はクロック発振器１２０によりクロック信号とし
て符号化される出力を発信する。これらのクロック信号
はプロセッサ８０と８６によりプログラムの実行の速さ
を制御し、電流指令信号の計算中に仮定された予め設定
ずみの時間間隔と、そしてサブスパン補間のサブ期間と
を決定する。

【００３０】信号処理モジュール２０は次の諸機能を実
施する：すなわち、各更新期間内の指令ずみ位置のサブ
スパンを補間する機能；トランスジューサの出力データ
から測定された位置を算出する機能；位置誤差、すなわ
ち、サブスパン位置指令と測定された、すなわち実際の
位置との間の相違量を算出する機能；位置の誤差に関す
る速度指令を算出する機能；そして、モータ速度を制御
するために電流指令を算出する機能である。信号処理モ
ジュール２０は、フィードバック単位、すなわち測定さ
れた位置の解決をする無次元の単位の中の数値制御１０
からの入力位置指令を受信する。好適実施態様において
は、位置トランスジューサとして分解器が用いられ、ロ
ータの相対的角度位置Θは、公知技術を用いて、分解器
出力の正弦ならびに余弦振幅データから抽出される。実
際の位置は、位置指令を表わす場合に用いた場合と同様
に無次元単位で表わされる。デジタル処理モジュール２
０は、算出された位置の差を、位置ループ利得因子ＫＶ
を位置誤差に掛け算することによって、速度指令に変換
する。この場合の式は：ＶＣＭＤ＝ＫＶ（ＰＯＳＣＭＤ−ＰＯＳＡＣＴ）ここで、ＶＣＭＤは速度指令ＰＯＳＣＭＤは指令位置ＰＯＳＡＣＴは実際位置である。

【００３１】位置ループ利得因子ＫＶはシステム開始時
における認知データ記憶装置からの数値制御１０から適
用される。その後、ループ利得因子ＫＶは調整値ＫＶＡ
ＤＪの変更により、数値制御１０から受信される入力に
より調整可能である。本特許の出願人は、この因子ＫＶ
の調整を、以下のアルゴリズムに従って提供する：ＫＶＥＦＦ＝ＫＶＡＤＪ×ＫＶここで、ＫＶＥＦＦはＫＶの有効値ＫＶＡＤＪは０〜４の範囲を有する。

【００３２】デジタル処理モジュール２０は、速度誤
差、すなわち、速度指令ＶＣＭＤと実際の瞬間的速度と
の間の差に応じて速度制御とする。好適実施態様におい
ては、実際の瞬間的速度は、即時先行ループ閉路期間
（ループクロージャ：ｌｏｏｐｃｌｏｓｕｒｅ）内にお
ける位置の測定された変化から算出される。速度制御
は、比例・積分制御スキーマもしくは擬似導関数フィー
ドバック制御スキーマの何れかにより実行される。これ
ら双方の制御技法は、位取りを与え、補償された実際の
速度信号ＶＡＣＴを生ずるために、測定された速度の補
償値を用いて実行される。ＶＡＣＴの値は、次式を有す
る速度フィードバック補償を実施するために算出され
る：ＫＦ〔（（Ｚ＋１）（Ｚ−ＺＦ１））／（（ｚ−ＰＦ２）（ｚ−ＰＦ３））〕ここで、ｚはｚ＝ｅ^ｓδt、ここでｓは連続時間領域に
おける複素周波数、δｔは試料間隔を表わす、に従う離
散時間領域における複素周波数を表わし、ＫＦ＝基準倍率ＰＦ２＝リード補償器零周波数ＰＦ３＝フイルタ電極周波数ＺＦ１＝リード補償器電極周波数リード補償器ゼロ周波数ＰＦ２、フィルター電極周波数
ＰＦ３及びリード補償器電極周波数ＺＦ１は使用者によ
って与えられ、システム開始時にモータ制御１２に転送
するため認知データ記憶装置６４に記憶させることがで
きる。本特許の出願人は、ＺＦ１とＰＦ２とに値０を与
えるように選定を終っており、かくして、式を簡略化
し、処理時間を低減している。フィードバック基準倍率
ＫＦの値は、連結領域及び分離領域の間の利得整合をう
るため設定したゼロヘルツ周波数において、信号処理モ
ジュール２０を用いて算出される。その式は：ＫＦ＝ＣＦ×（１−ＰＦ２）（１−ＰＦ３）／２×（１−ＺＦ１）ここで、ＣＦ＝定数であって、フィードバック基準化と
ＶＡＣＴ基準化との間の関係を表わす。ゼロ値を指定し
てＺＦ１とＰＦ２との選択を簡素化することによって、
ＫＦに対するこの式は、ゼロヘルツの整合周波数におい
て次式になる：ＫＦ＝（１−ＰＦ３）／２速度フィードバックに対する所望の基準化及び補償を実
施するための計算は次式による：ＶＡＣＴ＝Ｖ_k×ＫＦ＋Ｖ_k-1×ＫＦ×（１−ＺＦ１）＋Ｖ_k-2×（−ＫＦ×ＺＦ１）＋ＶＡＣＴ_k-1 ×（ＰＦ２＋ＰＦ３）＋ＶＡＣＴ_k-2 ×（−ＰＦ２×ＰＦ３） ……………………………… （１）ここで、Ｖ_k＝ｋ更新期間の測定速度Ｖ_k-1＝（ｋ−１）更新期間の測定速度Ｖ_k-2＝（ｋ−２）更新期間の測定速度ＶＡＣＴ_k-1＝（ｋ−１）更新期間のＶＡＣＴＶＡＣＴ_k-2＝（ｋ−２）更新期間のＶＡＣＴＫＦ１とＰＦ２とをゼロに等しく選択して簡略化して、
式（１）は次のようになる：ＶＡＣＴ＝Ｖ_k×ＫＦ＋Ｖ_k-1×ＫＦ＋ＶＡＣＴ_k-1×ＰＦ３比例・積分速度制御は、次の形をもつ、制御転送関数に
より特徴づけられている：ＫＰ×〔（ｓ＋ＫＩ）／ｓ〕×ＶＥここで、ｓは複素周波数を表わし、ＫＰ＝比例利得因子ＫＩ＝積分利得因子ＶＥ＝速度誤差＝ＶＣＭＤ−ＶＡＣＴここで、ＶＣＭＤ＝速度指令ＶＡＣＴ＝実際速度（基準化され補償されている。）擬
似導関数フィードバック速度制御は次の形をもつ転送関
数により特徴づけられている；ＫＰＤＦ×〔ＫＩ／ｓ〕×ＶＥ−（ＫＰＤＦ×ＶＡＣＴ）ここで、ｓは複素周波数を表わし、ＫＰＤＦは比例・積
分制御における速度利得因子に等しい利得因子であり、
他の量は比例・積分制御の場合と同様な定義を有する。

【００３３】信号処理モジュール２０は、認知データ記
憶装置６４からモータ制御１２に転送される値を供給さ
れた使用者から引き出された利得、ＫＩ，ＫＰ及びＫＰ
ＤＦの有効値を使って、選択された種類の制御を実行す
る。利得値の調整は次式に従って、調整パラメータＰＡ
ＤＪ，ＰＤＦＡＤＪ及びＫＩＡＤＪを介して達成され
る：ＫＰ（有効値）＝ＰＡＤＪ×ＫＰ（公称値）ＫＩ（有効値）＝ＫＩＡＤＪ×ＫＩ（公称値）ＫＰＤＥ（有効値）＝ＰＤＦＡＤＪ×ＫＰＤＦ（公称
値）ゼロ速度において、またゼロ速度近傍において、増大し
た速度ループ利得を提供するには、更に別の利得変更因
子ＫＲＯが次式により適用される：ＫＰ＝（１＋ＫＲＯ）ＫＰ（公称値）ＫＩ＝（１＋ＫＲＯ）ＫＩ（公称値）ＫＰＤＦ＝（１＋ＫＲＯ）ＫＰＤＦ（公称値）低速操作中の利得の変化は、約１０rpm から約３rpm の
速さ範囲内において一定率で行われる。ＫＲＯの値は、
数値制御１０から入力されるところの、使用者が規定し
た摩擦補償用乗数である。

【００３４】電流指令は、慣性軸モーメント、モータト
ルク定数ならびに、電源ブロック１６に適用される比例
・積分変調制御信号に関連する電流の基準化を考慮に入
れて制御の種類を選択する場合に対応して発せられる。
加えて、直接的トルク指令入力に応じて発せられた電流
成分は、速度ループ制御アルゴリズムから引き出された
電流指令成分により加算される。

【００３５】比例・積分制御を実行する電流指令を発す
るために実施される計算は次式による：ＩＣＭＤ＝ＩＫＰ×ＶＥ_k＋ＩＫＩ×Ｉ_k＋ＴＣＭＤ／ＫＴ………（２）ここで、Ｉｋ＝ｋ更新期間の積分器評価＝ＶＦ_k＋Ｉ_k-1 ここで、Ｉ_k-1＝ｋ−１更新期間の積分器評価ＩＫＩ＝内部積分利得＝（ＩＫＰ×ＫＩ×ＫＩＡＤＪ）／Ｃ１ここで、Ｃ１＝試料期間毎の時間から時間への変換なら
びに乗数ＫＩＡＤＪを含む単位の変換に用いる定数。

【００３６】ＫＩＡＤＪ＝積分利得調整因子ＩＫＰ＝内部比例利得＝〔ＫＰＡＤＪ×ＫＲＯ×（１＋ＪＡＤＪ）〕（Ｃ２×ＫＰ×ＪＡ）／（ＫＴ×ＡＳ）ここで、ＡＳ＝電源ブロック電流基準倍率Ｃ２＝単位ならびに乗数ＫＰＡＤＪの変換用定数ＪＡ＝慣性軸モーメントＪＡＤＪ＝慣性モーメント調整係数ＫＰＡＤＪ＝比例利得調整係数ＫＲＯ＝低速利得修正係数ＫＴ＝モータトルク定数（トルク／アンペア）ＴＣＭＤ＝直接トルク指令ＶＥ_k＝ｋ更新期間におけるＶＥ擬似導関数フィードバック制御を実行する電流指令を生
ずるために実施する計算は次式による：ＩＣＭＤ＝−ＩＫＰＤＦ×ＶＡＣＴ＋ＰＫ１×Ｉ_k ＋ＴＣＭＤ／ＫＴ ……………………………………… （３）ここで、ＩＫＰＤＦ＝内部の擬似導関数利得係数＝〔ＫＰＤＦ×ＫＲＯ×（１＋ＪＡＤＪ）〕（Ｃ２×ＫＰＤＦ×ＪＡ）／（ＫＴ×ＡＳ）ＰＫＩ＝内部積分利得係数＝（ＩＫＰＤＦ×ＫＩ×ＫＩＡＤＪ）／Ｃ１そして全ての他の成分は上述した定義をもっている。

【００３７】慣性軸モーメントＪＡ、トルク定数ＫＴ及
び電流基準倍率ＡＳの値は数値制御１０の認知データ記
憶装置６４内の認知データと共に記憶される。このデー
タは、システムデータバス２６を介して、一旦、データ
記憶装置８８に負荷することが可能である。信号処理モ
ジュール２０により得られた電流指令信号は、モータ制
御器バス２４を介してインターフェイスモジュール２２
に転送される。

【００３８】位置ループならびに速度ループ制御を実行
するためにプロセッサ８０及び８６を用いて実施される
手順についての詳細説明については図５ａ，５ｂ，６
ａ、及び６ｂを参照して説明しよう。一方、本特許の出
願人は、説明するようなやり方でプロセッサ間に配分す
る業務を選定しており、その他の配分は同様に作用する
ことが考えられ、基本的考えは、全ての業務をループ閉
路期間内において実行するように処理時間を消費すると
いうことである。

【００３９】プロセッサ８０により実施されるルーチン
は図５ａの流れ線図で示したようにバックグラウンド処
理に細分され、図５ｂの流れ線図に表わされる処理を中
断する。背景プログラムはループ閉路期間に関連する割
込みが発生するまで、連続ループの中で実行される。処
理ステップ２３０はハードウェア監視ルーチン２０８の
実施をするステップである。これらのルーチンはハード
ウェア損傷を示す状態標識（フラグ）を調べる。この標
識はシステム開始中に、あるいは通常の操作中に行なわ
れる内蔵された診断テストを用いてハードウェアの損傷
が検出された時は何時でも設定される。ハードウェア監
視ルーチンの実行が完了すると、この処理は、モード制
御ルーチン２１０が実施されるステップ２３０において
続けられる。これらの諸手順は、操作の１つのモードも
しくは信号処理モジュール２０の状態からその他の操作
方式への転送を制御する。これらのルーチンは１つの制
御状態から他の制御状態へ進行する上で必要な全ての条
件についての検証を提供する。

【００４０】ループ閉路期間に関連する割込み信号が発
生した場合、図５ｂの流れ線図で図解された手順の実行
はプロセッサ８０で開始される。割込み手順は位置測定
ルーチン２００を実行することで開始される。処理ステ
ップ２３４において、使用中の全ての分解器に対する分
解器出力信号がインターフェイスモジュール２２から読
み取れる。これらの出力信号は、信号処理モジュール２
０が直接アクセス可能な記憶場所においてインターフェ
イスモジュール２２により記憶される。処理ステップ２
３４によって読み取られる分解器出力信号は記憶装置７
８の専用配置の中に負荷される。処理ステップ２３６に
おいて、全軸線に対する位置が、分解器出力信号の比率
の逆正接（ｉｎｖｅｒｓｅｔａｎｇｅｎｔ）として算
出される。軸位置は測定された位置の分解を決める無次
元単位により表わされる。

【００４１】位置ループ制御手順２０２に関連するルー
チンの処理は決定ステップ２３８において開始されるの
であって、この決定ステップでは、プロセッサ８６が位
置ループ利得ＫＶ_I（添字Ｉは個々の位置ループ利得値
を識別するための指数を表わす）の調整が完了している
かどうかを決定する。もし利得調整がまだ完了していな
いならば、調整された利得値は局部記憶装置への負荷に
利用できず、ステップ２４２はとばされる。位置ループ
利得調整がすでに完了していると仮定すれば、割込み手
順の実行が処理ステップ２４２において続けられ、この
処理ステップ２４２においては、位置ループ利得値ＫＶ
ＥＦＦ_Iがプロセッサ８０による使用のために作業用記
憶装置の配置に負荷される。位置測定ルーチン２００の
場合におけるように、位置ループ処理ルーチンは、全て
の制御モータのために位置ループ計算を実行する。処理
ステップ２４４では、速度指令が；（ａ）後続誤差ＦＥ
_I、すなわち指令位置ＰＯＳＣＭＤ_Iと測定位置ＡＣＴ
ＰＯＳ_Iとの間の差異を算出することにより；そし
て、（ｂ）後続誤差ＦＥ_Iに関連位置ループ利得ＫＶＥ
ＦＦ_Iを乗算することによって、得られる。決定ステッ
プ２４６においては、ハードウェアの欠陥状態が、背景
ハードウェア監視ルーチンによって真実に設定されるか
どうかが決定される。万が一、欠陥状態が、制御された
位置ループの何れに対しても設定されているならば、全
ての速度指令ＶＣＭＤ_Iは、処理ステップ２４８におい
てゼロに等しく設定される。このことはモータもしくは
切換トランジスタ（すなわち、スイッチングトランジス
タ）に対して失敗に終るかも知れない過剰電流指令の発
生を阻止する効果がある。

【００４２】割込み手順の実行は、処理ステップ２５０
において速度ループルーチン２０４の実行と共に継続す
る。全ての制御されたモータに対する電流指令ＩＣＭＤ
_Iは速度ループルーチン２０４の実行によって発生され
る。瞬間的に測定された速度は先づ、ループ閉路期間に
おける位置の変化から算出される。測定された速度は、
全ての制御モータに対して、ＶＡＣＴ_Iを生ずるまで、
数式（１）に従って補償される。比例・積分制御方法に
従って制御されているモータに対して、電流指令ＩＣＭ
Ｄ_Iが、式（２）に従って計算され、擬似導関数フィー
ドバック法に従って制御されているモータに対しては速
度指令が、式（３）に従って計算される。処理ステップ
２５２においては、指令された電流ＩＣＭＤ_I、測定さ
れた速度ＡＣＴＶＥＬ_I、測定された位置ＡＣＴＰ
ＯＳ_Iならびにトランスジューサ出力信号ＳＩＮ_IとＣ
ＯＳ_Iに対する値が記憶装置７８に書き込まれる。

【００４３】割込み手順の実行は、決定ステップ２５４
において開始される整流制御予想ルーチン２０６の実施
と共に継続される。ここで、何れの状態標識がすでに設
定されていて、フィードバックの損失がすでにインター
フェイスモジュール２２によって検出されているのかが
決定される。もしも、フィードバックの損失が検出され
ていれば、失敗した位置ループに関連する電流指令ＩＣ
ＭＤ_Fは、処理ステップ２５６における最大値に等しく
設定される。もし不連続が検出されなければ、新規の整
流パターン制御信号ＳＥＸＴ_Iが処理ステップ２５８に
おいて得られる。処理ステップ２５８は、フィードバッ
クの損失がすでに検出されている何れのモータについて
スキップされる。これは関連のモータに対するステータ
コイル電流の整流を中止する効果があると同時に、適用
した電流を最大値に維持しモータの磁気的移動止めとな
る。フィードバック損失は、システムバス２６を介し
て、信号処理モジュール２０からの出力によりＣＮＣに
指示される。

【００４４】整流パターン制御信号のセットは、算出し
た予想ロータ位置を用いる交換表を用いることによりロ
ータの相対的位置と関連させられる。次のループ閉路期
間中に達成されると期待されるロータ位置は、最終的な
読取りロータ位置Θ_I(k-1)と、平均相対速度ＶＡＶＧ_I
及びループ閉路期間の時間δｔの積の合計値として算出
される。在来の６ゾーンモータの場合、ロータ位置は６
個の等角度ゾーンもしくは６分の１円に分割され、それ
ぞれのゾーンは整流パターン制御信号のセットと関連
し、この制御信号からステータコイルの伝導状態が次の
ように決められる：ゾーン（ラジアン）伝導６分の１円６分の１円データＵＶＷＳ３Ｓ２Ｓ１ＣＷＣＣＷ０−π／３１００１ＷｔｏＶＶｔｏＷ π／３−２π／３２０１０ＵｔｏＶＶｔｏＵ２π／３−π ３０１１ＵｔｏＷＷｔｏＵ π−４π／３４１００ＶｔｏＷＷｔｏＶ４π／３−５π／３５１０１ＶｔｏＵＵｔｏＶ５π／３−０６１１０ＷｔｏＵＵｔｏＷここで、ＣＷ＝回転の時計方向ＣＣＷ＝回転の反時計方向Ｕ，Ｖ及びＷはステータコイル巻線回路網の端子を表わ
し、伝導は正方向接地の方向に決められる。

【００４５】ループ閉路期間が固定される一方で、整流
パターンの変化の期間が速度の関数となる。従って、ロ
ータ位置が、ゾーン界域を横切ることが予想されるその
ようなループ閉路期間における瞬間を決定することが必
要である。ゾーン界域に到達するためのロータの相対位
置に対する予想時間は、ロータ電流位置とゾーン界域と
の間の距離を測定した速度で割算することによって算出
される。算出された予想整流時間は、最大予想速度にお
ける整流の瞬間での、実際と理想との双方のロータの相
対的位置の間の受入れ可能な誤差を生ずるために選択さ
れた、予め決められたループ閉路細分期間によって割算
される。整流予想時間ＴＣはループ閉路細分期間の算出
値の２進等価により表わされ、しかもそれぞれの整流パ
ターン制御言語ＳＥＸＴ_Iに含まれる。

【００４６】整流ルーチン２０６の実行は処理ステップ
２６０で完了されるのであって、この処理ステップ２６
０では電流指令ＩＣＭＤ_I及び、整流予想時間ＴＣ_Iを
含む整流パターン制御言語ＳＥＸＴ_Iとがインターフェ
イスモジュール２２用の専用記憶装置の配置に書き込ま
れる。処理ステップ２６０の完了に続いて、中断手順処
理が終了し、プロセッサ８０は端子２６２の復帰を介し
て背景ルーチンの実行に復帰する。

【００４７】プロセッサ２に配置されたルーチンの実行
については図６ａ及び図６ｂを参照して説明される。プ
ロセッサ８６によって実行されるバックグラウンド処理
のための流れ線図は図６ａに図解してある。処理ステッ
プ２８０において、信号処理モジュール２０の状態から
状態への移動を制御するモード制御ルーチン２２４が実
行される。処理ステップ２８２では、位置ループ制御下
にあるそれぞれのモータに対する位置ループ利得ＫＶＥ
ＦＦ_Iの調整値を算出するために、位置ループ利得調整
ルーチン２２２を実行する。プロセッサ８０用の中断手
順の決定ステップ２３８がプロセッサ８６によって、調
整された位置ループ利得ＫＶＥＦＦ_Iの計算の完了を検
出するということが再現されよう。状態標識は処理ステ
ップ２８２に関連した計算の完了に当って設定される。

【００４８】バックグラウンド（背景）プログラムの実
行は決定ステップ２８４において開始される分解器出力
データ点検ルーチン２２８の実行と共に続けられる。決
定は、それぞれの位置トランスジューサに対する正弦及
び余弦の値の２乗を加算しこの加算値を限界値と比較す
ることによって、分解器出力信号の完全性に対するのと
同様になされる。もしこの合計値がその限界値より小さ
い値であれば、出力データがそれに対して誤っているよ
うなトランスジューサに関連する状態標識は処理ステッ
プ２８６において設定される。

【００４９】背景プログラムの実行は処理ステップ２８
８における速度ループ利得調整ルーチンの実行と共に続
ける。利得値は前述したように利得調整値による選択ず
み利得値の乗算により調整される。処理ステップ２８８
により調整された利得値は、比例利得ＫＰ_I、積分利得
ＫＩ_I、及び擬似導関数利得ＫＰＤＦ_Iを含む。調整値
は、前述した速度ループ処理ルーチン２０４の実行用の
プロセッサ８０によるアクセスのために局部記憶装置７
８に負荷される。

【００５０】背景プログラム処理は、決定ステップ２９
０において開始されるサーボ誤差点検ルーチン２２６の
実行と共に続行する。ここで決定されることは、サーボ
監視が不能になったかどうか、そして、制御中の特殊モ
ータが、位置ループサーボ機構、あるいは速度ループサ
ーボ機構として制御されるかどうかということである。
サーボ監視が、もし不能（ｄｉｓａｂｌｅｄ）であれ
ば、ステップ２９２から２９８までは抜かされ、背景プ
ログラムの実行は処理ステップ２８０において、割込み
が起るまで続行する。サーボ監視が可能（ｅｎａｂｌ
ｅ）であり、しかも位置ループサーボが選択されている
と仮定すれば、処理は決定ステップ２９２において続行
しこの決定ステップ２９２で決定されることは、後続す
る誤差ＦＥ_Iの何れの大きさでも第１限界値ＬＩＭ_Iを
越えるのかどうかということである。限界値ＬＩＭ
_Iは、指令位置ならびに測定位置との間の過剰な遅れと
関連され、標準的応答は、位置の変化率を、過剰誤差状
態が除去されるまで、減ずべきである。過剰な後続誤差
状態が決定ステップ２９２によって検出されると仮定し
て、過剰誤差状態標識は処理ステップ２９４に設定され
る。処理は決定ステップ２９６において続行し、この決
定ステップで決定されることは、もしや、何れかの後続
誤差ＦＥ_Iが、サーボ故障に関連する第２限界値ＬＩＭ
２を越えるかどうかということである。限界値ＬＩＭ２
を多く越える後続誤差の検出に対する標準的応答は緊急
停止を開始することであり、しかもこの緊急停止によっ
て影響を受けたモータから電力を除去する。限界値ＬＩ
Ｍ２より過剰の大きさをもつ後続誤差は決定ステップ２
９６において検出され、影響を受けたモータに関連する
状態標識は処理ステップ２９８において設定される。そ
の後、背景手順の実行は、中断が起るまで、処理ステッ
プ２８０において続行する。

【００５１】図５ａの流れ線図で図解される割込み手順
の実行を始めるために用いる割込み信号は、また、図６
ｂの流れ線図で示される割込み手順の実行を開始する。
従ってここで理解されることは、プロセッサ８０及び８
６による割込み手順の処理は同時に起るということであ
る。

【００５２】図６ｂを参照すると、細分スパン補間ルー
チン２１６の実行によって位置指令ＰＯＳＣＭＤ_Iが
生ずる処理ステップ３００は記憶装置７８から局部記憶
装置に負荷される。決定ステップ３０２が決定すること
は、何れの誤差状態標識が、図６ａの背景ルーチンの実
行により設定されたかどうかということである。決定ス
テップ３０２が、誤差状態標識がすでに設定されている
ことを検出する場合には、影響を受けた速度ループ用の
外部速度指令ＶＥＸＴ_Iは、処理ステップ３０４により
ゼロに等しく設定される。処理ステップ３０６において
は、比例利得ＫＰ_I、積分利得ＫＩ_Iそして擬似導関数
フィードバック利得ＫＰＤＦ_Iを含む速度ループ用の利
得値は、背景プログラム処理中実施される利得調整準備
におけるデータ記憶装置８８を実施例とする即時記憶装
置の配置に対して負荷される。処理ステップ３０８にお
いては、数値制御からのモード指令データ及び軸使用可
能状態データが局部記憶装置に負荷される。これらのデ
ータはサーボ型、すなわち、速度もしくは位置、そして
制御モータの何れが使用可能であるかを指示する標識を
含んでいる。制御ループの選定は制御可能指令によって
行われる。加えて、数値制御によって入力される外部速
度指令ＶＥＸＴ_Iは局部記憶装置の配置に対して記憶装
置７８から負荷される。

【００５３】割込み手順処理は、処理ステップ３１０に
おける細分スパン補間ルーチン２１６の実行と共に続行
する。細分スパン補間は、更新期間における数値制御に
より指令された位置変化の減少を、ループ閉路期間にお
ける位置指令ＰＯＳＣＭＤ_Iとして出力される筈の細
分増分の中に生ずる。数値制御の更新期間は、モータ制
御１２のループ閉路期間の中に有効に細分割され、位置
ループサーボに対して増分位置指令を生ずる。直線に沿
う細分スパン補間のために、位置指令を生ずるアルゴリ
ズムは次のとおりである：ＰＯＳＣＭＤ_k＝ＰＯＳＣＭＤ_k-1＋Ｓ×（δｔ／ＵＴ）ここで、Ｓ＝更新期間の位置の変化ＳＴ＝細分スパン期間ＵＴ＝更新期間そして、添字ｋ及びｋ−１はそれぞれ電流と前の値とを
示している。新規に作られた、位置指令ＰＯＳＣＭＤ
_Iはプロセッサ８０によるアクセスのために記憶装置７
８に記憶される。

【００５４】割込み手順処理は処理ステップ３１２にお
けるトルク指令変換ルーチン２１８の実行と共に続行す
る。トルク指令変換は、トルク定数ＫＴ及び電流基準倍
率ＡＳに対する値を用いて、技術単位から電流指令単位
への変換を行なう。

【００５５】トルク指令ＴＣＭＤ_Iはプロセッサ８０に
よるアクセスのため記憶装置７８に記憶される。

【００５６】割込み手順の処理は、処理ステップ３１４
において平均速度算出ルーチン２１４の実行により進行
する。モータ平均速度は、制御下にあるそれぞれのモー
タに対して、ループ閉路期間の予め設定された数につい
てのロータ位置の平均的変化量として以下のとおり計算
される：ＶＡＶＧ＝（Θ−Θ_k-n）ｐここで、 Θ＝ロータの相対的位置ｐ＝平均を求めるために用いたループ閉路期間の数そして、ｋとｋ−ｎはそれぞれ電流とｐ番目の前のルー
プ閉路期間を示す。

【００５７】平均速度ＶＡＶＧ_Iはプロセッサ８０によ
るアクセスのために記憶装置７８内に記憶されるのであ
って、このプロセッサ８０は、整流予想ルーチン２０６
の実行に関連して平均速度の値を用いる。実際のモータ
速度平均値の算出完了時点で、背景プログラムの実行
が、端子３１６を介しての復帰により続けられる。

【００５８】インターフェイスモジュール２２の操作の
説明を容易化するために、モータステータ巻線の、切換
えトランジスターを介しての電源への結線の説明が電源
ブロックモジュール１６を参照して提供されよう。

【００５９】〔電源ブロックモジュール〕制御されたモ
ータのステータコイルへの電源の適用のため使用する回
路構成の詳細説明が図７を参照してなされる。モータ１
３８のようなブラシレス直流モータには、分布した３個
のステータ巻線から成る回路網があり、これらの巻線
は、例えば在来のＹ字状回路で端子Ｕ，ＶおよびＷに結
線される。電流は、直流電源と、端子Ｕ，Ｖ及びＷの適
当な組合わせとの間の電流経路を提供することによって
所望のステータ巻線の組合わせを介して、導通される。
所望の組合わせは、整流パターン制御言語ＳＥＸＴ_I内
に含まれる６分の１円データから決定される。従来のよ
うに、整流されしかもフィルターにかけられた３相交流
電源から電力は引き出される。好適実施態様において
は、３相電源は、３４６ないし３５６のダイオード回路
網を介して整流され、そしてコンデンサ３５８でフィル
ターされ、正極性をもった直流電圧をライン３４２に生
ずる。直流復帰は、ライン３４４（ライン３４２と３４
４とは集合的に、電源ブロックモジュール１６の電力レ
ールとして扱われる）。

【００６０】電流は、３３０から３４０に到る切換トラ
ンジスタの回路網を介してモータ端子に適用される。ト
ランジスターの対；３３０と３３２；３３４と３３６；
そして３３８と３４０とは、モータ１３８の端子Ｕ，Ｖ
及びＷに対してそれぞれ、電源と復帰スイッチとを提供
する。これらそれぞれのトランジスターの対に対して、
意図されていることは、如何なる場合にも、たった１つ
のトランジスターだけが、直流電流を、ライン３４２と
３４４とそしてモータ端子との間に交番的に流す経路を
提供して成るということである。各個のトランジスタ
は、低レベル制御信号と切換え電流との間の信号分離を
提供して、３６０ないし３７０の在来の分離回路を用
い、導電性及び非導電性の双方の状態間に切換えられ
る。本特許の出願人が選択している分離回路には、切換
えトランジスター用に、オプチカルカプラーと基底駆動
回路構成が含まれる。ステータ巻線内の電流制御は切換
トランジスタによって行われる電流のパルス幅変調によ
って達成される。パルス幅変調は電流指令ＩＣＭＤ
_Iと、電流サンプリング分路抵抗器である３７２と３７
４から引き出された測定されたステータ電流に応じて行
われる。これらの抵抗器が生ずる電圧はステータ巻線を
介して流れる電流の強さを表わしている。インターフェ
イス回路３７６と３７８とは、分路抵抗器３７２と３７
４をそれぞれ横切るモータ電流の振幅アナログ表現を、
パルス幅変調表現に変換し、そして測定されたモータ電
流信号を、パルス幅変調の形態でインターフェイスモジ
ュール２２に転送するため、変圧器分離を提供する。電
流フィードバック信号のパルス幅変調の周波数は、この
変調によりモータ電流の表現内に相当程度の時間遅れを
導入することはない程度の周波数である。切換え式のト
ランジスタ制御信号の瞬間的状態は、整流パターン制御
言語信号ＳＥＸＴ_Iの６分の１円データ、ならびに、所
望のステータ巻線電流を維持するために発生されたパル
ス幅変調制御信号とにより決定される。制御信号は指定
された対；すなわち、Ｒ＋，Ｒ−；Ｓ＋，Ｓ−；そして
Ｔ＋，Ｔ−とによって発生され、またこの制御信号は、
切換トランジスタ３３０ないし３４０の導電ならびに非
導電の両状態間における変化時間に対して許容するよう
に導入された遅れ期間を有する。制御信号Ｒ＋，Ｒ−，
Ｓ＋，Ｓ−，Ｔ＋及びＴ−の発生は次のインターフェイ
スモジュール２２の説明に関連して一層詳細に説明され
よう。

【００６１】〔インターフェイスモジュール〕インター
フェイスモジュール２２についての詳細説明は図４によ
り行なう。前に説明したように、インターフェイスモジ
ュール２２は、位置トランスジューサと電源ブロック１
６ならびに信号処理モジュール２０との間の信号用のイ
ンターフェイスを提供する。制御装置バス２４により交
換されたデータはデータトランシーバ１２４を介して局
部バス１２６に通る。データはデュアルポートメモリ１
２８を介して交換される。デュアルポートメモリ１２８
は、アドレスバス１３０上の信号処理モジュール２０か
ら、そして局部アドレスバス１３１から直接アドレスさ
れる。

【００６２】インターフェイスモジュール２２は、４基
以下の基数のモータならびに関連の位置トランスジュー
サに対してインターフェイスする信号を提供する。好適
実施態様においては、位置トランスジューサ１３２，１
３４，１３６及び１３８は、モータ１４０，１４２，１
４４及び１４６のそれぞれに対してロータとステータの
相対的位置を直接測定する分解器である。分解器駆動制
御１４８は、必要な励起信号、すなわち分解器ロータ巻
線に印加された交流信号を生ずる。分解器インターフェ
イス１５０は分解器ステータから出力信号を受信する。
分解器出力信号は、アナロク多重装置ならびに切換回路
構成１５２に入力され、入力された装置ならびに回路か
らの選択されたアナログ信号は、アナログ／デジタル変
換器１５４に入力される。分解器出力正弦ならびに余弦
振幅のデジタル表現は、アナログ／デジタル変換器１５
４の出力に適用可能であり、バス１５６によりデュアル
ポートメモリ１２８に転送されるのであってこれは信号
処理モジュール２０によるアクセスのためである。図４
に図解されている位置トランスジューサ１３２ないし１
３８に加えて、インターフェイスモジュール２２は、モ
ータ１４０ないし１４６に関連する運動の４軸線のそれ
ぞれに対する２台以下の付加的分解器に対して励起信号
とインターフェイスとを提供する。これらの付加的分解
器はモータにより直接駆動されるかあるいは機械駆動可
能部材の作動によって駆動されこれら分解器の位置を測
定する。

【００６３】インターフェイスモジュール２２は、電源
ブロック１６内の整流切換トランジスタ用のパルス幅変
調制御信号を生ずる。電源ブロック１６の切換トランジ
スタ用制御信号の状態は、指令されモータ速度により指
令された整流による論理セル配列１６０と１６２により
制御される。論理セル配列１６０と１６２とのそれぞれ
は２つのモータ１４０と１４６とに関連している。切換
えトランジスタ制御信号は、電源ブロック入力／出力イ
ンターフェイス１５８により出力される。

【００６４】切換えトランジスタ制御信号のパルス幅を
定義するモータ１４０ないし１４６のそれぞれに対する
電流制御は、アナログループプロセッサ１６４ないし１
７０によって達成される。これらのプロセッサの更に詳
細については、以下に説明しよう。それぞれのアナログ
ループプロセッサは、測定されたモータ電流及び電流指
令を表わす信号に応じて、正ならびに負のパルス幅変調
制御信号を生ずる。

【００６５】ループプロセッサ１６４ないし１７０によ
り使用される電流指令は信号処理モジュール２０によっ
て得られる電流指令のアナログ形態である。これらの電
流指令信号は、デジタル形態のデュアルポートメモリ１
２８に用いられ、しかも１個づつこのデュアルポートメ
モリから再現され、デジタル／アナログ変換器１７４へ
の入力としてデータラッチ１７２の中に負荷される。変
換器１７４によって生じた電流指令の振幅アナログ表現
は周期的にサンプリングされ、アナログループプロセッ
サ１６４ないし１７０により保持される。

【００６６】ループプロセッサ１６４ないし１７０によ
って使用されるような測定されたモータ電流は、電源ブ
ロックモジュール１６に関連して説明された分路抵抗器
３７２及び３７４から引出される。モータ電流は、モー
タステータ巻線の３つの端子のそれぞれに対して監視は
できるが、充分監視できるのはたった２つであって３番
目は推定となる。電源ブロック入力／出力インターフェ
イス１５８はモータ電流の高周波パルス幅変調表現を受
信する回路構成を提供し、そしてこれらの信号を、論理
セル配列と両立できる低レベル直流信号に変換する。こ
の低レベル信号は論理セル配列１６０及び１６２に入力
され、選択された測定された電流は、パルス幅変調の形
態で、これらの配列から、それぞれの整流パターン制御
言語、ＳＥＸＴ_Iの６分の１円データによって表わされ
たように、活動中のロータ位置に従って、アナログルー
ププロセッサ１６４ないし１７０の内の適当なプロセッ
サにゲートされる。

【００６７】アナログループプロセッサ１６４ないし１
７０のそれぞれからの電流指令、電流フィードバックそ
して電流誤差信号は、アナログ多重装置及びスイッチ１
５２に入力される。これらのアナログ出力のデジタル表
現はアナログ／デジタル変換器１５４により得られる。
これらのデジタル表現は、デュアルポートメモリ１２８
における信号処理モジュール２０に用いられる。

【００６８】論理セル配列１６０及び１６２は、電源ブ
ロックのために制御信号を発するための電源ブロック１
６の適当なトランジスタスイッチと、そして、整流パタ
ーン制御言語ＳＥＸＴ_Iの６分の１円データ、ならびに
パルス幅変調信号とを関連づける。トランジスタ切換制
御信号、６分の１円データそしてパルス幅変調制御信号
に関するＢｏｏｌｅａｎの式は次のとおりである：Ｒ＋＝ＭＯＤＣＷＡＮＤ〔（Ｓ３＼Ｓ２Ｓ１＼）ＯＲ（Ｓ３＼Ｓ２Ｓ１）〕ＯＲＭＯＤＣＣＷＡＮＤ〔（Ｓ３Ｓ２＼Ｓ１）ＯＲ（Ｓ３Ｓ２Ｓ１＼）〕Ｒ−＝ＭＯＤＣＷ＼ＡＮＤ〔（Ｓ３＼Ｓ２Ｓ１＼）ＯＲ（Ｓ３＼Ｓ２Ｓ１）〕ＯＲＭＯＤＣＣＷ＼ＡＮＤ〔（Ｓ３Ｓ２＼Ｓ１）ＯＲ（Ｓ３Ｓ２Ｓ１＼）〕Ｓ＋＝ＭＯＤＣＷＡＮＤ〔（Ｓ３Ｓ２＼Ｓ１）ＯＲ（Ｓ３＼Ｓ２Ｓ１）〕ＯＲＭＯＤＣＣＷＡＮＤ〔（Ｓ３＼Ｓ２＼Ｓ１）ＯＲ（Ｓ３＼Ｓ２Ｓ１＼）〕Ｓ−＝ＭＯＤＣＷ＼ＡＮＤ〔（Ｓ３Ｓ２＼Ｓ１＼）ＯＲ（Ｓ３Ｓ２＼Ｓ１）〕ＯＲＭＯＤＣＣＷ＼ＡＮＤ〔（Ｓ３＼Ｓ２＼Ｓ１）ＯＲ（Ｓ３＼Ｓ２Ｓ１＼）〕Ｔ＋＝ＭＯＤＣＷＡＮＤ〔（Ｓ３＼Ｓ２＼Ｓ１）ＯＲ（Ｓ３Ｓ２Ｓ１＼）〕ＯＲＭＯＤＣＣＷＡＮＤ〔（Ｓ３＼Ｓ２Ｓ１）ＯＲ（Ｓ３Ｓ２＼Ｓ１＼）〕Ｔ−＝ＭＯＤＣＷ＼ＡＮＤ〔（Ｓ３＼Ｓ２＼Ｓ１）ＯＲ（Ｓ３Ｓ２Ｓ１＼）〕ＯＲＭＯＤＣＣＷ＼ＡＮＤ〔（Ｓ３＼Ｓ２Ｓ１）ＯＲ（Ｓ３Ｓ２＼Ｓ１＼）〕ここで、ＭＯＤＣＷ＝パルス幅変調制御信号であって、
前縁が遅れ時計方向の回転を生じている。

【００６９】ＭＯＤＣＷ＼＝遅れた前縁をもったＭＯＤ
ＣＷの逆数。

【００７０】ＭＯＤＣＣＷ＝パルス幅変調制御信号であ
って、前縁が遅れ、反時計方向の回転を生じている。

【００７１】ＭＯＤＣＣＷ＼＝前縁が遅れたＭＯＤＣＣ
Ｗの逆数。

【００７２】Ｓ１＝６分の１円データ１Ｓ１＼＝Ｓ１の逆数Ｓ２＝６分の１円データ２Ｓ２＼＝Ｓ２の逆数Ｓ３＝６分の１円データ３Ｓ３＼＝Ｓ３の逆数論理セル配列は６分の１円データを復号し、その結果
を、パルス幅変調制御信号によりゲートし、トランジス
タ制御信号を生ずる。これらの制御信号は論理セル配列
１６０及び１６２により電源ブロック入力・出力インタ
ーフェイス１５８に出力され、電源ブロック１６の切換
トランジスタに適用される。

【００７３】電源ブロックモジュール１６の回路構成の
説明に関連して注記したトランジスタのターンオフ遅れ
を構成する上で必要な遅れは、論理セル配列に生ずる。
パルス幅変調信号の前縁の発生により開始する選定可能
な予め決定している期間を測定するため計数器が用いら
れる。遅れの耐久性は２つの値の間で選択可能であり、
この選択は、認知データとして記憶されている使用者の
選択により、プロセッサモジュールにより得られる信号
により制御されている。遅れの選択信号はその前縁にお
いてパルス幅変調制御信号を用いて予め設定された時限
信号のゲーティングを行なう。

【００７４】位置トランスジューサ出力は、ループ閉路
期間のように予め設定された時間間隔を決めるループ閉
路率としてこの明細書中に含まれている率において周期
的にサンプリングされる。本特許出願人の好適実施態様
においては、ループ閉路期間は５００マイクロ秒であ
る。ロータの相対位置は、ステータコイル整流がループ
閉路期間中に発生しなければならないという位置にある
ということが分る。従って、前にも説明したように、整
流予想時間ＴＣ_Iは、ループ閉路期間中の整流の瞬間を
決定するため、それぞれの６分の１円言語ＳＥＸＴ_Iと
共に含まれている。信号処理モジュール２０の計数器回
路構成１１８により生ずる時間基底計数器信号は、整流
の瞬間を検出するために、予想整流時間を用いて論理セ
ル配列１６０及び１６２により比較される。論理セル配
列は、６分の１円言語の６分の１円データを、整流の瞬
間における配列の中の活動中の６分の１円データ記憶装
置の中に保持させる。

【００７５】インターフェイスモジュール２２で実行さ
れた一連の事象の制御は、シーケンス制御１７８に含ま
れる読み取り専用記憶装置（ＲＯＭ）に対するアドレス
の連続した発生によって達成される。ＲＯＭから回収さ
れたデータは復号されて次を制御する信号を生ずる：す
なわち、アナログ／デジタル変換器１５４による信号の
変換；デジタル／アナログ変換器１７４に対するラッチ
１７２におけるデジタルデータの保持（ラッチング）；
アナログ多重装置１５２におけるアナログ信号の選択；
そして、論理セル配列１６０及び１６２に対する６分の
１円言語ＳＥＸＴ_Iの書き込み、である。

【００７６】図８の流れ線図は、ループ閉路期間中のシ
ーケンス制御下にあるインターフェイスモジュールによ
り実行された事象のシーケンスを表現している。事象ス
テップ１８２では、６分の１円言語ＳＥＸＴ_Iは、デュ
アルポートメモリ１２８から論理セル配列に書き込まれ
る。事象ステップ１８４においては、電流指令ＩＣＭＤ
_Iは、デジタル／アナログ変換器１７４における振幅ア
ナログ表現に変換され、そして、アナログループプロセ
ッサ１６４ないし１７０においてサンプリングされて保
持されているところの、デュアルポートメモリから読み
取られる。事象ステップ１８６においては、分解器出力
信号はサンプリングされてサンプル上に保持され、分解
器インターフェイス１５０内に含まれる回路を保持す
る。事象ステップ１８８においては、分解器出力信号は
デジタル表現に変換され、このデジタル表現は、それぞ
れの分解器に対するデュアルポートメモリ１２８に対し
て順番に書き込まれる。分解器サンプリング制御信号
は、シーケンス制御１７８により、分解器励起信号と同
期化される。通常の操作において、これらの事象ステッ
プは、事象ステップ１８８から事象ステップ１８２への
ループにより表現されるように、連続的に繰り返され
る。

【００７７】〔アナログループプロセッサ〕それぞれの
アナログループプロセッサは、測定した電流を指令電流
と比較して、電流誤差信号を生ずる。この比較をするに
は、測定されたモータ電流のパルス幅変調形態が、先づ
振幅アナログにまで変調される。それぞれのアナログル
ーププロセッサの電流誤差増幅器部分は、比例・積分伝
達関数（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｐｌｕｓｅｉｎ
ｔｅｇｒａｌｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ）
を実行する。積分器時間定数と比例利得係数（因子）の
選択は局部データバス１２６を経由してデータ入力によ
り達成される。結果誤差信号は、前に電源ブロックモジ
ュール１６に関連して説明したように、電源モジュール
レールの分路化を阻止するために切換制御信号に生じた
“デッドバンド”用の計数値に対して補償された電圧で
ある。

【００７８】所望の、正ならびに負のパルス幅変調制御
信号を生ずるには、それぞれのアナログループプロセッ
サは、補償された電流誤差信号を、自由走行三角波形発
生機１７６により生じた２つの反位相三角波形信号と比
較する。得られたパルス幅変調制御信号は論理セル配列
１６０及び１６２に入力され、この論理セル配列では、
整流パターン制御言語ＳＥＸＴ_Iの６分の１円データに
従って、適当な切換指令信号が、モータステータ巻線の
整流のために発生される。

【００７９】アナログループプロセッサについての詳細
説明を図９を参照して述べよう。電流ループ誤差増幅器
に関連する利得と時間常数の値を選択する上で用いるア
ナログスイッチ用制御信号はデータラッチ４７０内に保
持される。ラッチ４７０の内容物は、緩衝装置４７２を
介してそれぞれのループプロセッサモジュールの入力端
子において調査される。データはラッチ４７０の中に入
れられ、信号プロセッサ２０から発生された信号の制御
下において実証される。

【００８０】図９の参照を更に続けると、指令電流のア
ナログ表現は、サンプルとして構成され、保持コンデン
サ４０２を用いた回路を持つ演算増幅器４００によりサ
ンプリングされ保持される。それぞれの電流サンプルと
ホールドに対するホールド（保持）制御信号が、前述し
たように、予め設定した期間でシーケンス制御１７８に
より発生される。パルス幅変調モータ電流は、レベルシ
フターならびに３極バターワースフィルタとして構成さ
れる演算増幅器４０４と４０６による振幅アナログ表現
に変調される。測定したモータ電流の低レベル直流パル
ス幅変調表現は、交流振幅アナログ表現に変換される。

【００８１】電流誤差信号は、比例・積分伝達関数を実
行するように発生される。復調された測定されたモータ
電流は、積分器として作用する演算増幅器４０８の入力
において、電流指令サンプルを加算される。基底時定数
を提供する固定キャパシタンスはコンデンサ４２０によ
り与えられる。積分器時定数のプログラム変更を許すた
め、コンデンサ，４１２，４１４，４１６及び４１８が
それぞれアナログスイッチ４２２，４２４，４２６，及
び４２８により選択的に連結可能とされている。スイッ
チ４２２ないし４２８は、認知データとして記憶されて
いる使用者の選択に従ってプロセッサモジュール２０に
より生じる信号によって制御される。基底比例利得は抵
抗器４０９，４１０及び４１１により決定される。選択
的に、連結可能な抵抗器４３２，４３４，及び４３６と
組合わされる演算増幅器４３０は、選択可能な比例利得
を提供する。アナログスイッチ４３０，４４０及び４４
２は抵抗器４３２，４３４及び４３６をそれぞれ接地に
つなぎ、選択された比例利得値を達成する。スイッチ４
３８，４４０及び４４２に対する制御信号は、認知デー
タとして記憶された使用者の選択に応じてプロセッサモ
ジュール２０により発生される。故障の場合や作動開始
時においては、アナログスイッチ４４４が、電流誤差出
力をゼロとなし、プロセッサモジュール２０によって生
じた使用可能信号に応じて閉止される筈である。

【００８２】パルス幅変調信号は、電流誤差の振幅アナ
ログ表現を、三角波形発生機１７６により生じた反位相
三角波形信号と比較することによって生ずる。比較器４
４６と４４８とは、三角波形と電流誤差信号との間の比
較をする。

【００８３】前述したように、電源ブロックモジュール
１６の電源レール間の電位分路を回避するため、オン・
トランジスタを導電を止めるために、それぞれのトラン
ジスタ対においてオフ・トランジスタのターン・オンを
遅らせることが望ましい。望ましい遅れは、“デッドバ
ンド”としてモータ電流内に現われ、このデッドバンド
に対する補償は、パルス幅変調制御信号の発生に先んじ
て、電流誤差信号内に提供される。補償用電圧は電流誤
差に加えられて、“デッドバンド”に関連する不連続性
を補償する。この電圧の大きさは、遅れの持久力の選択
度に従って、認知データとして記憶された使用者選択に
より、２つの予め決定されている２つの値の間で選択す
ることができる。演算増幅器４５０は電流誤差信号を接
地と比較し、その結果は逆極性定電圧ダイオード４５４
及び４５６に適用される。これらのダイオードは増幅器
の出力端子を、逆バイアス定電圧ダイオードの逆電圧、
ならびに順方向バイアス定電圧ダイオードの順方向電圧
にクランプする。この電圧は、直列抵抗４６４，４５８
及び４６２を含む電圧分割回路網に適用される。加えた
電圧の大きさの選択を可能とするために抵抗４５８は、
アナログスイッチ４６２を用い、並列で抵抗４６０に選
択的に連結可能である。スイッチ４６２用の制御信号
は、認知データとして記憶された使用者選択に応じて信
号処理モジュール２０により発生される。抵抗４６４と
４６０との接合部における合成電圧は、演算増幅器４５
２における誤差信号を加算される。補償回路構成の効果
は、電流誤差が、“デッド・バンド”を介して通る場合
に、補償電圧に対して加算もしくは減算される。

【００８４】添付の図面を参照して相当詳細に、好適実
施態様について説明したが、この発明をこの詳細内容に
限定する意図は全くない。その反対に、本発明の範囲
は、添付の特許請求の範囲の中に含まれる全ての改造や
変更、そしてこれと等価のものを含むものと考えられる
と意図するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマシン制御およびモータ制御の全体的
な機能的ブロック図である。

【図２】本発明のモータ制御が有効的に使用されたマシ
ン制御のブロック図である。

【図３】図１のモータ制御のディジタル信号処理モジュ
ールのブロック図である。

【図４】図１のモータ制御のモータと位置トランスジュ
ーサインターフェイスモジュールのブロック図である。

【図５】図５ａと図５ｂは図３のモジュールの第１の信
号プロセッサの操作サイクルを示すフローチャートであ
る。

【図６】図６ａと図６ｂは図３のモジュールの第２の信
号プロセッサの操作サイクルを示すフローチャートであ
る。

【図７】図１の電力ブロックモジュールの切換トランジ
スタ結線の回路図である。

【図８】図４のインターフェイスモジュールにより実施
される関数のシーケンスを表わす流れ線図である。

【図９】図４のインターフェイスモジュールに含まれた
アナログ電流ループ処理モジュールの回路図である。

【符号の説明】

１０：数値制御システム、１２：モータ制御システム、
１４：位置トランスジューサ、１６：パワーブロックモ
ジュール、１８：数値制御システムプロセッサ、２０：
デジタル信号処理モジュール、２２：トランスジューサ
インターフェイスモジュール、２４：専用モータ制御器
バス、２６：データバス、３０：表示装置、３２：キー
ボード、３４：作業器位置制御器、３６：テープ読取り
装置、３８：データ通信インターフェイス、４０：ディ
スク記憶装置、４２：編集制御装置、４４，４６：プロ
グラム緩衝装置、５０：循環制御、５２：ブロック、５
４：機械入出力インターフェイス、５６：ブロックプロ
セッサ、５８，６０：データ記憶装置、６２：コート拡
張器、６４：認知データ記憶装置、６６：経路発生プロ
セッサ、６８：細分スパン発生器、７０：位置指令加算
器、７２：システムバスアドレス駆動装置、７４：シス
テムバスデータトランシーバ、７８：記憶装置、８０，
８６：デジタル信号プロセッサ、８４：局部記憶装置、
８８：データ記憶装置、９０：プログラム記憶装置、９
２：データトランシーバ（送受信機）、９４，１０４：
アドレス駆動装置、１００：局部データバス、１０６：
局部アドレス駆動装置、１１０，１１４：アドレス緩衝
装置、１１２，１１６：即値アドレスバス、１１８：計
数器、１２０：クロック発生機、１２８，１３０：デュ
アルポートメモリ、１３２，１３４，１３６，１３８：
位置トランスジューサ、１４０，１４２，１４４，１４
６：モータ、１４８：分解器駆動制御、１５０：分解器
インターフェイス、１５２：アナログ多重装置、１５
４：アナログ／デジタル変換器、１５８：電源ブロック
入出力インターフェイス、１６０，１６２：論理セル配
列、１６４，１７０：ループプロセッサ、１７２：デー
タラッチ、１７４：変換器、１７８：シーケンス制御、
１８２，１８８：事象ステップ、２００：位置計算ルー
チン、２０２：位置ループ計算ルーチン、２０４：速度
ループ計算ルーチン、２０６：整流制御ルーチン、２０
８：ハードウェア監視ルーチン、２１０，２２４：機械
状態変化制御ルーチン、２１２：モード及び使用可能指
令処理ルーチン、２１４：モータ平均速度計算ルーチ
ン、２１６：細分スパン補間ルーチン、２１８：トルク
指令変換ルーチン、２２０：位置ループ利得調整計算ル
ーチン、２２２：速度ループ利得調整計算ルーチン、２
２６：サーボ誤差処理ルーチン、２４２：局部記憶装置
及びステップ、２６２：端子の復帰、３１６：端子、３
３０，３３２，３３４，３３６，３３８，３４０：トラ
ンジスタ（対）、３４２，３４４：ライン、３６０〜３
７０：分離回路、３７２，３７４：電流サンプリング分
路抵抗器、３７６，３７８：インターフェイス回路、４
００：増幅器、４０２：コンデンサ、４０４，４０６，
４０８：演算増幅器、４１２，４１４，４１６，４１
８：コンデンサ、４２２，４２４，４２６，４２８：ア
ナログスイッチ、４３０，４５０：演算増幅器、４３
２，４３４，４３６：選択連結抵抗、４３８，４４０，
４４２，４４４：アナログスイッチ、４４６，４４８：
コンデンサ、４５４，４５６：逆極性定電圧ダイオー
ド、４５８，４６２，４６４：直列抵抗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者エイ・ハロルド・モーサーアメリカ合衆国オハイオ州45243，シンシナティ，フルシャー・レーン 6210 (72)発明者スタンレイ・エル・メイヤーズアメリカ合衆国オハイオ州シンシナティ, イースト・ケンパー・ロード 8951 (72)発明者スティーヴン・ティー・ウォルシュアメリカ合衆国オハイオ州45241，シンシナティ，アイリス・ドライブ 9648

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータステータに固定された複数個の界
磁コイルと、該ステータに対して相対回転可能なロータ
とそして該モータロータと該モータステータの相対的角
度位置を測定する位置トランスジューサとから成るブラ
シレス直流モータを制御する方法であって、ａ．該モータロータならびに該モータステータに対する
所望の相対的角速度を表わす速度指令信号を周期的に発
生するステップと、ｂ．該速度指令信号ならびに測定されたロータの角度位
置に応答して、予め設定された時間間隔を決定するルー
プクロージャレートにおいて、所望のモータ電流を表わ
す電流指令信号と、そして界磁コイルを介して導通パタ
ーンとループクロージャ期間の中の整流の瞬間を決定す
る電流整流パターン制御信号とを周期的に発生するステ
ップと、ｃ．該電流指令信号と整流パターン制御信号と測定した
モータ電流とに応答する切換制御信号を周期的に発生す
るステップと、そして、ｄ．該切換制御信号に応答してモータ界磁コイルに供給
される電流を制御するステップとから成ることを特徴と
する方法。
【請求項２】前記電流指令信号を発生するステップが
更に、ａ．所望のモータ角速度と実際のモータ角速度との間の
差違を表わす速度誤差信号を発生するステップと、そし
て、ｂ．速度誤差信号と、そしてモータ速度とモータトルク
定数に関する伝達関数に応答して電流指令信号を発生す
るステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方
法。
【請求項３】前記速度誤差信号を発生するステップが
更に、ａ．ループクロージャ中にロータ角度位置の変化とデジ
タルフィルター伝達関数とに応答する実際のモータ角速
度信号を表わす補償速度フィードバック信号を発生する
ステップと、そして、ｂ．補償速度フィードバック信号とループクロージャ期
間中の速度指令信号との間の差違を計算するステップと
を含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記速度指令信号が選択的に、所望の速
度を表わす入力信号と、そして、ロータとステータとの
所望の相対的位置を表わす入力信号と、そして選択を決
定する入力信号とに対応して発生されることを特徴とす
る請求項３に記載の方法。
【請求項５】前記電流指令信号を発生するステップが
更に、ａ．前記電流指令信号を発生する選択伝達関数方式を識
別する入力信号に応答する伝達関数を選択し、この伝達
関数の方式には、比例・積分伝達関数ならびに擬似導関
数フィードバック方式伝達関数を包有し、ｂ．選定された方式の伝達関数に応答する比例・積分伝
達関数に応答する電流指令値を計算し、そして、ｃ．選択された方式に応答する擬似導関数フィードバッ
ク伝達関数に応答する電流指令値を計算する、これらの
各ステップから成ることを特徴とする請求項２に記載の
方法。
【請求項６】前記切換制御信号を発生するステップが
更に、ａ．電流指令信号ならびに測定したモータ電流に応答す
るパルス幅変調信号を発生し、このパルス幅変調信号は
モータ電流の強さを決定するステップと、ｂ．切換制御信号を発生するために整流パターン制御信
号とパルス幅変調信号とを組合わせるステップとを更に
含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】モータステータに固定された複数個の界
磁コイルと、ステータに対して相対的回転可能なロータ
と、該モータロータと該モータステータの相対的角度位
置を測定する位置トランスジューサとを有するブラシレ
ス直流モータを制御する方法において、ａ．速度ループ伝達関数と関連する利得因子と、モータ
トルク定数と、そしてモータならびにその関連の機械的
負荷の慣性モーメントと、選択された入力信号値がそれ
によって修正される因子を表わす調整信号とを決定する
入力信号を記憶するステップと、ｂ．モータロータおよびモータステータの所望の相対速
度を規定する速度指令信号を周期的に発生するステップ
と、ｃ．記憶された入力信号に応答して、速度指令信号と予
め定めた時間間隔を決定するループクロージャレートに
おける測定したモータロータ角度位置と、所望のモータ
電流を表わす電流指令信号と、界磁コイルの励起の所望
のパターンを表わす電流整流パターン制御信号とを周期
的に発生するステップと、ｄ．電流指令信号に応答して、整流パターン制御信号
と、測定された電流切換制御信号とを発生するステップ
と、ｅ．制御信号に応答してモータ界磁コイルに供給された
電流を制御するステップと、を備えることを特徴とする
方法。
【請求項８】前記調整信号が、速度ループ伝達関数の
利得因子を修正する利得調整信号と、モータならびにそ
の関連の負荷の慣性モーメントの有効値を修正する慣性
モーメント調整信号とを含み、前記電流指令信号を発生
するステップが、調整信号に従って記憶された入力信号
値を修正するステップを含んで成ることを特徴とする請
求項７に記載の方法。
【請求項９】前記電流指令信号は第１ならびに第２の
速度ループ伝達関数に応答して選択的に発生されること
を特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】前記第１伝達関数は比例・積分方式の
制御を規定し、第２伝達関数は擬似導関数フィードバッ
ク方式を規定し、利得因子を表わす記憶された入力信号
は積分利得因子、比例利得因子及び擬似導関数フィード
バック利得因子を含んで成ることを特徴とする請求項９
に記載の方法。
【請求項１１】測定されたロータ相対位置ならびに平
均実ロータ相対速度に応答して整流予期信号を発生する
ステップを更に含み、この整流予期信号が、整流が起る
場合の予め定められた時間間隔中における瞬間を表わす
ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】前記制御信号を発生するステップが更
に、ａ．電流指令信号ならびに測定されたモータ電流に応答
するパルス幅変調制御信号を生じ、このパルス幅変調制
御信号は予め定めた期間におけるモータ電流の強さを決
定するステップと、ｂ．整流予期信号に応答してアクティブ記憶装置に対し
て整流パターン制御信号をロードさせるステップと、ｃ．整流パターン制御信号と、アクティブ記憶装置にお
いて、パルス幅変調信号を組合わせて切換制御信号を発
生するステップと、を更に含むことを特徴とする請求項
１１に記載の方法。
【請求項１３】前記パルス幅変調信号を発生するステ
ップが更に、電流利得因子選択信号に応答する電流誤差増幅に対する
比例利得因子を選択するステップと、電流増幅時定数選択信号に応答する電流誤差増幅に対す
る積分時定数を選択するステップと、を含むことを特徴
とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１４】前記電流利得因子選択信号ならびに電
流増幅時定数選択信号が、入力信号を記憶するステップ
中に記憶されることを特徴とする請求項１３に記載の方
法。
【請求項１５】１つの機械部材を駆動するブラシレス
直流モータを制御する方法であって、このモータはステ
ータ内に配列された複数個の界磁コイルと、ステータに
対して相対的に回転可能なロータと、そしてロータとス
テータとの実際の相対的位置を表わす実際の位置信号を
発生するトランスジューサとを有しており、その装置
は、ａ．モータステータに対して相対的にモータロータの所
望の位置を表わす位置指令信号を周期的に記憶し、ｂ．速度ループ伝達関数の利得因子、速度フィードバッ
ク補償の要素、モータトルク定数及びモータならびに関
連の機械的負荷の慣性モーメントを規定する入力信号を
記憶し、ｃ．（１）実際の位置信号に応じて、ステータに対して
相対的なロータ位置の変化率を表わす速度信号と、（２）実際の位置信号及び速度信号に応じて、予め決定
された期間内に通電される界磁コイルのパターンを規定
する整流パターン制御信号と、（３）実際の位置信号及び位置指令信号に応じて、ロー
タとステータとの所望の位置と実際の相対的位置との間
の差違を表わす位置誤差信号と、（４）位置誤差信号に応じて、速度指令信号と、（５）速度指令信号及び速度信号に応じて、電流指令信
号と、を周期的に発生し、ｄ．電流指令信号、測定されたモータ電流、そして整流
パターン制御信号に応じて切換制御信号を周期的に発生
し、そして、ｅ．位置指令信号に従って、モータロータとモータステ
ータとの相対的位置を制御するために、切換信号に応じ
て、界磁コイルを介して電流を制御することを含むこと
を特徴とする方法。
【請求項１６】前記電流指令を発生するステップが、
更に、記憶された入力信号、速度指令信号、速度信号、
そして予め設定された速度ループ伝達関数に応じて、所
望のモータ電流値を計算することを更に含み、該算出さ
れたモータ電流値は、速度指令信号により表わされた速
度を生ずるのに必要な値であることを特徴とする請求項
１５に記載の方法。
【請求項１７】速度ループ伝達関数が比例・積分方式
の制御を規定し、利得因子を表わす記憶された入力信号
は積分利得因子と比例利得因子とを含むことを特徴とす
る請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】伝達関数が擬似導関数フィードバック
方式の制御を規定し、利得因子を表わす記憶された入力
信号は積分利得因子と擬似導関数フィードバック利得因
子とを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】選択された記憶入力信号値がこの因子
によって修正される因子を表わす調整信号が入力信号と
共に記憶され、そして電流指令は修正された入力信号値
に応じて発生されることを特徴とする請求項１８に記載
の方法。
【請求項２０】整流が発生する場合に予め設定された
時間間隔中における瞬間を決定する整流予期信号を周期
的に発生するステップを更に含むことを特徴とする請求
項１５に記載の方法。
【請求項２１】切換制御信号を発生するステップが更
に、ａ．電流指令ならびに測定されたモータ電流に応答し
て、パルス幅変調制御信号を発生し、このパルス幅変調
制御信号はモータ電流の強度を決定するステップと、ｂ．整流予期信号に応答して、アクティブ記憶装置に整
流パターン制御信号を記憶するステップと、ｃ．アクティブ記憶装置内の整流パターン信号とパルス
幅変調信号を組合わせて切換制御信号を発生するステッ
プと、を含むことを特徴とする請求項２０に記載の方
法。
【請求項２２】モータステータに固定された複数個の
界磁コイルと、ステータに対して相対的に回転可能なロ
ータと、そしてモータロータとモータステータの相対的
角度位置を測定する位置トランスジューサとを有するブ
ラシレス直流モータを制御する装置において、ａ．予め定められた時間間隔を規定するループクロージ
ャレートで、所望のモータ電流を表わす電流指令信号
と、界磁コイルを介しての導電パターンとおよびループ
クロージャ期間中の整流の瞬間とを規定する電流整流パ
ターン制御信号と、を周期的に発生するための測定され
たモータロータ角度位置に応答するデジタル信号処理手
段と、ｂ．切換制御信号を発生するために、電流指令信号、整
流パターン制御信号および測定されたモータ電流に応答
する手段と、ｃ．モータ界磁コイルに供給される電流を制御するため
に、切換制御信号に応答する切換手段と、から成ること
を特徴とする装置。
【請求項２３】前記デジタル信号処理手段が更に、ａ．所望のモータ角速度と実際のモータ角速度との間の
差異を表わす速度誤差を生ずる手段と、ｂ．速度誤差信号ならびに、モータ速度とモータトルク
定数とに関連する伝達関数とに応答して電流指令信号を
生ずる手段とを含むことを特徴とする請求項２２に記載
の装置。
【請求項２４】前記速度誤差信号を発生する手段が更
に、ａ．ループクロージャ期間中のロータ角度位置の変化な
らびにデジタルフィルタ伝達関数に応答して実際のモー
タ角速度信号を表わす補償ずみ速度フィードバック信号
を発生する手段と、ｂ．補償ずみ速度フィードバック信号と、そしてループ
クロージャ期間中の所望のモータ角速度を表わす所望の
速度信号との間の差異を計算する手段と、を含むことを
特徴する請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】所望の速度を表わす入力信号と、ロー
タとステータとの所望の相対的位置を表わす入力信号
と、選択を決定する入力信号とに選択的に応答して所望
の速度信号を生ずる手段を更に含むことを特徴とする請
求項２４に記載の装置。
【請求項２６】前記電流指令信号を発生する手段が更
に、ａ．比例・積分方式の伝達関数に応答して電流指令値を
計算する手段と、ｂ．擬似導関数フィードバック方式の伝達関数に応答し
て電流指令値を計算する手段と、ｃ．比例・積分伝達関数ならびに擬似導関数フィードバ
ック伝達関数とに選択的に応答する電流指令信号を発生
するために選択された伝達関数方式を識別する入力信号
に応答する手段と、を含むことを特徴とする請求項２３
に記載の装置。
【請求項２７】前記切換制御信号発生手段が更に、ａ．モータ電流の強さを制御するためのパルス幅変調信
号を発生するため電流指令信号ならびに測定されたモー
タ電流に応答する手段と、ｂ．整流制御信号とパルス幅変調信号とに応答して切換
制御信号を生ずる手段と、を含むことを特徴とする請求
項２２に記載の装置。
【請求項２８】前記パルス幅変調信号発生手段が比例
・積分伝達特性を提供する電流誤差増幅器を有してな
り、この装置は更に、ａ．電流誤差増幅器用の比例利得因子を選択する手段
と、ｂ．電流誤差増幅器のための積分時定数を選択する手段
と、を有してなることを特徴とする請求項２７に記載の
装置。
【請求項２９】モータステータに固定された複数個の
界磁コイルと、ステータに対して相対的に回転可能なロ
ータと、そしてモータロータとモータステータの相対的
角度位置を測定する位置トランスジューサとを有するブ
ラシレス直流モータを制御する装置であって、ａ．速度ループ伝達関数と関連する利得因子と、モータ
トルク定数と、そして、モータならびに関連の機械的負
荷の慣性モーメントを規定する入力信号を記憶する手段
と、ｂ．記憶された入力信号と、そして測定されたモータロ
ータ角度位置に応答して、予め設定された時間間隔を決
めるループクロージャレートにおいて、所望のモータ電
流を表わす電流指令信号と、界磁コイルの所望の励起パ
ターンを表わす電流整流パターン制御信号とを周期的に
発生するデジタル信号処理手段と、ｃ．切換信号を発生するために、電流指令信号、整流パ
ターン制御信号そして測定されたモータ電流に応答する
手段と、ｄ．モータ界磁コイルに供給される電流を制御するため
に切換制御信号に応答する切換手段と、を含むことを特
徴とする装置。
【請求項３０】前記記憶装置が更に、選択された記憶
入力信号値がこれによって修正される調整信号表示因子
を記憶する手段を含むことを特徴とする請求項２９に記
載の装置。
【請求項３１】前記調整信号は、速度ループ伝達関数
の利得因子を修正するための利得調整信号と、モータの
慣性モーメントの有効値と制御信号を発生するために用
いられるその関連負荷とを修正するための慣性モーメン
ト調整信号とを含んでおり、前記デジタル信号処理手段
は利得因子の変更値と電流指令を生ずるための慣性モー
メントとを用いることを特徴とする請求項３０に記載の
装置。
【請求項３２】前記デジタル信号プロセッサは更に、
第１ならびに第２の速度ループ伝達関数に選択的に応答
する電流指令信号を生ずる手段を含むことを特徴とする
請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】前記第１伝達関数は比例・積分方式の
制御を規定し、前記第２伝達関数は擬似導関数フィード
バック方式の制御を規定し、前記利得因子を表わす記憶
入力信号は積分利得因子、比例利得因子及び擬似導関数
フィードバック利得因子を含んでなることを特徴とする
請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】前記信号プロセッサは測定されたロー
タの相対的位置と実際のロータ相対速度の平均値とに応
じて整流予期信号を生じ、この整流予期信号は整流が発
生する場合予め設定された時間間隔中の瞬間を表わすこ
とを特徴とする請求項２９に記載の装置。
【請求項３５】前記切換制御信号発生手段は更に、ａ．電流指令信号と測定されたモータ電流に応答して、
モータ電流の強さを制御するパルス幅変調信号を生ずる
ための手段と、ｂ．整流予期信号と、整流パターン信号とそしてパルス
幅変調信号とに応答して切換制御信号を発生する手段と
を有して成ることを特徴とする請求項３４に記載の装
置。
【請求項３６】前記パルス幅変調信号発生手段が比例
・積分伝達特性を提供する電流誤差増幅器を有し、そし
てこの装置は、ａ．電流誤差増幅器に対する比例利得因子を選択する手
段と、ｂ．電流誤差増幅器に対する積分時定数を選択する手段
と、を有して成ることを特徴とする請求項３５に記載の
装置。
【請求項３７】前記記憶装置が更に、誤差増幅器に対
する比例利得の選定ならびに誤差増幅器の積分時定数の
選択を規定する入力信号を記憶する手段を有することを
特徴とする請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】１つの機械部材を駆動するブラシレス
直流モータを制御する装置であって、このモータはステ
ータ内に配列された複数個の界磁コイルと、ステータに
対して相対的回転運動が可能なロータと、そしてロータ
とステータとの実際の相対的位置を表わす実際の位置信
号を発生するトランスジューサとを有してなり、この装
置は、ａ．モータステータに対するモータロータの相対的位置
を表わす位置指令信号を記憶する手段と、ｂ．（１）実際の位置信号に応答して、ステータに対す
る相対的なロータの位置の変化率を表わす速度信号を周
期的に発生し、（２）実際の位置信号及び速度信号に応答して、予め設
定された期間内に通電される界磁コイルの整流パターン
を周期的に発生し、（３）実際の位置信号及び位置指令信号に応答して、所
望の位置とそしてロータ及びステータの実際の相対的位
置との間の差違を表わす位置誤差信号を周期的に発生
し、（４）位置誤差信号に応答して、速度指令信号を周期的
に発生し、（５）速度指令信号と速度信号とに応答して、電流指令
信号を周期的に発生するために設けられた処理手段と、ｃ．電流指令信号、測定されたモータ電流、そして整流
パターン制御信号に応答して切換制御信号を発生するた
めの手段と、ｄ．切換制御信号に応答してモータロータとモータステ
ータとの相対的位置を制御するために磁界コイルを介し
て電流を制御する切換手段と、から成ることを特徴とす
る装置。
【請求項３９】前記処理手段が更に、ａ．速度ループ伝達関数の利得因子を規定する入力信号
と、速度フィードバック補償の要素と、モータトルク定
数と、そしてモータならびに関連負荷の慣性モーメント
とを記憶する手段と、ｂ．記憶された入力信号、速度指令信号、速度信号、そ
して、予め設定された速度ループ伝達関数に応答して速
度指令信号によって表わされた速度を生ずる上で必要な
モータ電流値を周期的に計算するための手段とを有して
なることを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】前記速度ループ伝達関数が比例・積分
方式の制御を規定し、前記利得因子を表わす記憶された
入力信号は積分利得因子と比例利得因子とを含むことを
特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４１】前記伝達関数が擬似導関数フィードバ
ック方式の制御を規定し、前記利得因子を表わす記憶さ
れた入力信号が積分利得因子と擬似導関数フィードバッ
ク利得因子とを有してなることを特徴とする請求項３９
に記載の装置。
【請求項４２】前記記憶手段が更に因子によって選択
された記憶された入力信号値が修正されるそのような因
子を表わす調整信号を記憶する手段を含み、前記処理手
段が修正された入力信号に応答して電流指令を発生する
ことを特徴とする請求項３９に記載の装置。
【請求項４３】前記処理手段が更に、整流が起った場
合に予め設定された時間間隔中の瞬間を決定する整流予
期信号を生ずることを特徴とする請求項３８に記載の装
置。
【請求項４４】前記切換制御信号発生手段が更に、ａ．モータ電流の強さを制御するパルス幅変調信号を発
生するため、電流指令信号及び測定されたモータ電流に
応答する手段と、ｂ．整流パターン信号と、整流予期信号と、パルス幅変
調信号とに応答して切換制御信号を発生する手段とを有
してなることを特徴とする請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】前記パルス幅変調信号発生手段が、比
例・積分変換特性を提供する誤差増幅器を有し、前記切
換制御信号発生手段が更に、ａ．誤差増幅器用比例利得因子を選択する手段と、ｂ．誤差増幅器用の積分時定数を選択する手段とを有し
てなることを特徴とする請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】前記記憶手段が更に、誤差増幅器用の
比例利得の選択と、そして、誤差増幅器の積分時定数の
選択とを規定する入力信号を記憶する手段を有してなる
ことを特徴とする請求項４５に記載の装置。