JPH07303390A

JPH07303390A - サーボモータシステム

Info

Publication number: JPH07303390A
Application number: JP6117535A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Watanabe; 一夫渡辺
Original assignee: WAKO GIKEN KK
Current assignee: WAKO GIKEN KK
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1994-05-06
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】取り扱い易く、高精度で安価なサーボモータ
システムを提供する。【構成】モータユニット１内にデータメモリ６を組み
込み、そのメモリ６に、サーボモータ３とモータセンサ
５とのそれぞれ固有の誤差データ、および制御に必要な
各種のモータパラメータを記憶させる。そしてその誤差
データとモータパラメータとをサーボドライバ２により
読み取って、センサ固有の検出誤差とモータ固有の発生
トルクの脈動とを補正し、それらの補正結果およびモー
タパラメータに基づいてモータ３を駆動制御するように
構成する。この構成によれば、モータ，センサ固有の誤
差データを容易に管理して、個々のユニット１のモータ
３を非常に高い精度で、適切に駆動制御し得る。しかも
モータ３やセンサ５自体の精度、ユニット１の組立精度
についても、駆動制御時に補正されるために、特に高い
精度は必要ではなくなり、よってコストを大きく低下さ
せることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＮＣ工作機械，各種ロ
ボット等を始めとしてあらゆる自動制御機器に用いられ
るサーボモータシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】サーボモータシステムは、サーボモータ
とそのサーボモータの角度，速度を検出するモータセン
サとを一体化して成るモータユニットと、上記モータセ
ンサからフィードバックされる検出信号に基づいて上記
サーボモータを駆動制御するサーボドライバとから構成
されるもので、非常に高い駆動精度が要求されることは
言うまでもない。即ち、サーボモータに対しては、発生
トルクの高い安定性が要求され、そのサーボモータと一
体化されるモータセンサに対しては、高い検出精度が要
求される。

【０００３】ところが、サーボモータ、例えば永久磁石
形ＡＣサーボモータには、磁石の着磁条件、電機子の組
立条件等によって、どうしても１回転内の発生トルク
に、固有の脈動、つまり期待値に対する固有の誤差があ
る。また、モータセンサ、例えばレラクタンスシンクロ
レゾルバタイプの角度センサにも、モータ軸への組み付
け条件等によって、１回転内の検出値に誤差がある。こ
の誤差のある検出信号に基づいてサーボドライバがサー
ボモータを駆動制御すれば、当然、サーボモータのトル
ク，速度の脈動や、位置決め精度の低下を招くことにな
る。

【０００４】そこで従来は、高精度のサーボモータシス
テムを実現するために、高精度部品の採用、モータユニ
ットの組み立ての高精度化、サーボドライバへの多重帰
還の設定等を行っていた。

【０００５】また、特開平４−６０７０４号公報に開示
されるサーボ制御方式のように、サーボモータの出力等
の種類ごとに、制御上必要な各種のモータパラメータを
予め制御装置内の記憶手段に記憶させておき、制御する
サーボモータの種類に応じて、パラメータを記憶手段か
ら自動的に読み取って駆動制御する方式も提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のよう
な、高精度部品の採用、モータユニットの組み立ての高
精度化、サーボドライバへの多重帰還の設定等は、非常
に大きなコスト増を招くことになる。

【０００７】また、上記サーボ制御方式のように、サー
ボモータの種類に応じて、制御上必要な各種パラメータ
を自動的に読み取って制御しても、個々のサーボモータ
における固有の発生トルクの脈動、およびサーボモータ
と一体化された個々のモータセンサの固有の検出誤差に
ついては考慮されないため、サーボモータシステムの精
度を大きく向上させることは困難である。

【０００８】量産される一つ一つのモータユニットのサ
ーボモータとモータセンサとについて、それぞれ固有の
誤差データを、サーボモータの種類に応じた各種パラメ
ータと共に管理し、サーボドライバに設定するというこ
とは、不可能に近い繁雑な作業であり、もし間違ったデ
ータ設定を行えば、サーボモータおよびサーボドライバ
を破損しかねない。

【０００９】本発明は、上述のような課題を解決するた
めに提案されたもので、個々のモータユニットのサーボ
モータとモータセンサとについて、それぞれ固有の誤差
データを容易に管理することのできる、取り扱い易く高
精度で安価なサーボモータシステムを提供することを目
的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るサーボモータシステムでは、モータユ
ニット（１）内に、サーボモータ（３）固有の発生トル
クの脈動に関するトルク誤差データと、モータセンサ
（５）固有の検出誤差に関するセンサ誤差データと、サ
ーボモータ（３）の制御に必要なモータパラメータと、
を記憶した不揮発性のデータメモリ（６）を組み込むと
ともに、サーボドライバ（２）には、上記モータユニッ
ト（１）内のデータメモリ（６）に記憶された各誤差デ
ータおよびモータパラメータを読み取るデータ読取手段
（２１）と、該データ読取手段（２１）が読み取ったセ
ンサ誤差データに基づいて上記モータセンサ（５）固有
の検出誤差を補正するセンサ誤差補正手段（２２）と、
上記データ読取手段（２１）が読み取ったトルク誤差デ
ータおよび上記センサ誤差補正手段（２２）により補正
されたモータセンサ（５）の検出信号に基づいて上記サ
ーボモータ（３）固有の発生トルクの脈動を補正するト
ルク誤差補正手段（２３）と、を組み込み、上記サーボ
ドライバ（２）が、上記センサ誤差補正手段（２２）と
トルク誤差補正手段（２３）との補正結果、および上記
データ読取手段（２１）が読み取ったモータパラメータ
に基づいて上記サーボモータ（３）を駆動制御するよう
に構成した。

【００１１】

【作用】上記構成のサーボモータシステムでは、モータ
ユニット（１）内に組み込まれたデータメモリ（６）
が、そのモータユニット（１）のサーボモータ（３）と
モータセンサ（５）とのそれぞれ固有の誤差データ、お
よびモータパラメータを記憶しているため、個々のモー
タユニット（１）のサーボモータ（３）とモータセンサ
（５）とについて、それぞれの固有の誤差データを容易
に管理することが可能となる。

【００１２】そしてサーボドライバ（２）が、センサ誤
差補正手段（２２）とトルク誤差補正手段（２３）とに
より、モータセンサ（５）固有の検出誤差とサーボモー
タ（３）固有の発生トルクの脈動とを補正し、それらの
補正結果、およびモータパラメータに基づいて、トルク
制御，速度制御、それにモータ保護などを行う。このた
め、個々のモータユニット（１）のサーボモータ（３）
を、非常に高い精度で、適切に駆動制御し得る。しか
も、サーボモータ（３）やモータセンサ（５）自体の精
度、およびモータユニット（１）の組立精度について
も、駆動制御時に補正されるために、特に高い精度は必
要ではなくなり、よってコストを大きく低下させること
が可能となる。

【００１３】なお、上記括弧内の符号は、図面と対照す
るためのものであり、何等本発明の構成を限定するもの
ではない。

【００１４】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００１５】図１は、本発明に係るサーボモータシステ
ムの主要構成を示すブロック図である。

【００１６】図のようにこのサーボモータシステムは、
モータユニット１とサーボドライバ２とから構成されて
おり、そのモータユニット１内には、サーボモータ（こ
こでは永久磁石形３相ＡＣサーボモータ）３と、そのサ
ーボモータ３の角度，速度を検出するモータセンサ５と
が一体化された状態で設けられるとともに、不揮発性の
データメモリ６が組み込まれている。このデータメモリ
６は、後述のようにして測定される、上記サーボモータ
３固有の発生トルクの１回転内での脈動に関するトルク
誤差データと、上記モータセンサ３固有の検出誤差に関
するセンサ誤差データ、および上記サーボモータ３の制
御に必要な、最大電流，最大回転速度，トルク定数，巻
き線インピーダンス，モータ極数，熱時定数等の各種の
モータパラメータを記憶するもので、データ読み出しに
同期を与えるクロックと、データ記憶をコントロールす
るコマンドとが、図示せぬ制御装置から入力されるよう
になっている。

【００１７】また、上記モータセンサ５としては、例え
ば図２の概略構成図に示すような、レラクタンスシンク
ロレゾルバタイプの角度センサが用いられる。このモー
タセンサ５では、３相分のヨーク５１ｕ，５１ｖ，５１
ｗを有する固定コア５１内に、回転子５２が、上記サー
ボモータ３のシャフト３ａに対して偏心した状態で配設
されており、回転に伴って各ヨーク５１ｕ，５１ｖ，５
１ｗとの距離が変わるようになっている。従って、ヨー
ク５１ｕ，５１ｖ，５１ｗにそれぞれ巻き付けられた巻
き線５３ｕ，５３ｖ，５３ｗのインダクタンスが、回転
子５２の角度に応じて変わることになる。

【００１８】そして３相の各巻き線５３ｕ，５３ｖ，５
３ｗに、ＯＳＣ（発振器）５５から交流電流を流し、電
子スコット回路５６に入力させる。その電子スコット回
路５６は、各相の巻き線５３ｕ，５３ｖ，５３ｗのイン
ダクタンスに応じて流入してくる電流を処理し、回転子
５２の回転角θに応じたｓｉｎθ，ｃｏｓθのアナログ
電圧を、検出信号として出力する。

【００１９】このモータセンサ５に固有の検出誤差に関
する誤差データは、上述のようにデータメモリ６に記憶
される。よって、このモータセンサ５の検出精度につい
ては、特に高精度である必要はない。

【００２０】なお、上記モータセンサ５としては、レラ
クタンスシンクロレゾルバタイプ以外に、光学式あるい
は磁気式のロータリーエンコーダ等の角度センサを用い
てもよい。

【００２１】一方、上記サーボドライバ２には、通常の
３相サーボモータのトルクコントロールに必要な構成部
品として、２つの加算器１１，１１’と、２つのＰＩＤ
演算器１２，１２’と、２相３相変換器１３と、電力増
幅器１５と、２つの電機子電流検出器１６，１６’と、
３相２相変換器１７と、センサ読取器１９とが設けられ
ている。

【００２２】これら通常の構成において、各ＰＩＤ演算
器１２，１２’には、各加算器１１，１１’を通して、
図示せぬ制御装置からトルク指令としてｄ軸成分（無効
分、通常は０）とｑ軸成分（有効分）とがそれぞれ入力
される。また、電力増幅器１５からサーボモータ３へ供
給する３相の電機子電流のうち２相分の電機子電流を、
電機子電流検出器１６，１６’が検出するとともに、３
相２相変換器１７が、トルク発生に有効な電流成分ｉｑ
と無効な電流成分ｉｄとに変換する。その際、３相２相
変換器１７は、センサ読取器１９が読み取った、モータ
センサ５からフィードバックされる検出信号（ｓｉｎ
θ，ｃｏｓθ）に基づいて、電機子電流を上記２つの電
流成分ｉｑ，ｉｄに変換する。

【００２３】そして各加算器１１，１１’が、これらの
電流成分ｉｑ，ｉｄと上記トルク指令のｄ軸成分，ｑ軸
成分とからそれぞれの偏差を算出し、各ＰＩＤ演算器１
２，１２’がその偏差の比例増幅，積分増幅，微分増幅
を行う。これらのＰＩＤ演算の結果を、２相３相変換器
１３が３相に変換するとともに、電力増幅器１５が増幅
して、サーボモータ３の電機子に電流を供給する。ま
た、センサ読取器１９が読み取った、モータセンサ５か
らフィードバックされる検出信号は、図示せぬ速度制御
部へも送られて、サーボモータ３の速度制御に用いられ
る。

【００２４】以上の通常の構成による制御ループでは、
サーボモータ３固有の発生トルクの脈動と、モータセン
サ５固有の検出誤差とが駆動制御に影響を与えることに
なる。

【００２５】そこで本発明に係るサーボモータシステム
におけるサーボドライバ２では、上記通常の構成に加え
て、上記モータユニット１内のデータメモリ６に記憶さ
れたセンサ誤差データ，トルク誤差データ，モータパラ
メータを読み取るデータ読取器（データ読取手段）２１
と、そのデータ読取器２１が読み取ったセンサ誤差デー
タに基づいて、モータセンサ５固有の検出誤差を補正す
るセンサ誤差補正器（センサ誤差補正手段）２２と、上
記データ読取器２１が読み取ったトルク誤差データおよ
び上記センサ誤差補正器２２により補正されたモータセ
ンサ５の検出信号に基づいて、サーボモータ３固有の発
生トルクの脈動を補正するトルク誤差補正器（トルク誤
差補正手段）２３とが組み込まれている。上記センサ誤
差補正器２２は、センサ読取器１９と３相２相変換器１
７との間に挿入され、上記トルク誤差補正器２３は、３
相２相変換器１７と各加算器１１，１１’との間に挿入
されている。

【００２６】上記データ読取器２１，センサ誤差補正器
２２，トルク誤差補正器２３が組み込まれたサーボドラ
イバ２では、起動時に、まずデータ読取器２１が、モー
タユニット１内のデータメモリ６から各誤差データおよ
びモータパラメータを読み取る。このデータメモリ６，
データ読取器２１間のデータ伝送方式については、モー
タユニット１とサーボドライバ２とが、互いに相当の距
離をおいて設置される場合が多いので、信号線数を少な
くするためにシリアルに伝送する方式をとることが好ま
しい。

【００２７】そしてセンサ誤差補正器２２は、データ読
取器２１から受け取ったセンサ誤差データを、センサ読
取値補正テーブルとして記憶し、その補正テーブルに基
づいて、センサ読取器１９が読み取ったモータセンサ５
の検出信号を補正する。これにより、モータセンサ５固
有の検出誤差を補正する。

【００２８】また、トルク誤差補正器２３は、データ読
取器２１から受け取ったトルク誤差データを、トルク誤
差補正テーブルとして記憶し、その補正テーブル、およ
び上記センサ誤差補正器２２により補正されたモータセ
ンサ５の検出信号に基づいて、上記３相２相変換器１７
により変換された２つの電流成分ｉｑ，ｉｄを補正す
る。これにより、サーボモータ３固有の発生トルクの脈
動を補正する。

【００２９】さらに、各ＰＩＤ演算器１２，１２’は、
データ読取器２１から受け取った巻き線インピーダンス
等のモータパラメータを、ＰＩＤ演算係数として記憶
し、その係数に基づいてＰＩＤ演算を行う。その他のモ
ータパラメータである最大電流，最大回転速度などのモ
ータ保護定数は、速度制御部へ送られ、モータ保護に用
いられる。

【００３０】上述のように、本発明に係るサーボモータ
システムでは、サーボドライバ２が、モータユニット１
内のデータメモリ６から読み取った各誤差データに基づ
いて、モータセンサ５固有の検出誤差とサーボモータ３
固有の発生トルクの脈動とを補正し、それらの補正結
果、およびデータメモリ６から読み取った各種のモータ
パラメータに基づいて、トルク制御，速度制御、それに
モータ保護などを行うため、個々のモータユニット１の
サーボモータ３を非常に高い精度で、適切に駆動制御す
ることができる。しかも、サーボモータ３やモータセン
サ５自体の精度、およびモータユニット１の組立精度に
ついても、駆動制御時に補正されるために、特に高い精
度は必要ではなくなり、またサーボドライバ２への多重
帰還の設定等も不要となり、よってコストを大きく低下
させることができる。

【００３１】さらに、モータセンサ５固有の誤差データ
とサーボモータ３固有の誤差データ、およびモータパラ
メータを記憶したデータメモリ６が、モータユニット１
内にセンサ５，モータ３と共に組み込まれるため、量産
される一つ一つのモータユニット１のサーボモータ３と
モータセンサ５とについて、それぞれ固有の誤差データ
を、サーボモータ３の種類に応じた各種パラメータと共
に容易に管理することができる。また、個々のモータユ
ニット１における固有の誤差データや各種パラメータ
を、サーボドライバ２に設定する必要もない。即ち、一
つのサーボドライバ２で駆動制御するモータユニット１
を他の同種類のモータユニットに交換しても、直ちに、
その新しいモータユニットを非常に高い精度で適切に駆
動制御することができる。

【００３２】次に、個々のモータユニット１における固
有の誤差データの測定方法の一例を説明する。

【００３３】図３の概略構成図に示すように、測定しよ
うとするモータユニット１のサーボモータ３に、高精度
ロータリエンコーダ等の高精度角度検出器７１と、速度
リップル吸収用のフライホイール７２と、駆動モータ７
３とを直列に連結する。

【００３４】そして駆動モータ７３を一定速度で回転さ
せ、そのとき高精度角度検出器７１から出力される基準
検出信号と、サーボモータ３の各相の逆起電圧と、モー
タセンサ５の検出信号とを、データ処理装置７５に入力
する。これらの信号および逆起電圧の測定データは、高
精度角度検出器７１の分解能に対応した数だけデータ処
理装置７５内に蓄積される。

【００３５】また、上記サーボモータ３の各相の逆起電
圧Ｕ，Ｖ，Ｗは、各相の絶対値（Ｕ² ＋Ｖ² ＋Ｗ² ）
^1/2 で取り込まれる。それはこの絶対値が、各相にそれ
ぞれ電気角として１２０度ずつ位相の異なる正弦波電流
を流したときに、サーボモータ３の発生トルクに比例す
る値になるからである。

【００３６】ところで、一般に回転体のもつ各種の誤差
は、１回転を１周期とする最長周期の正弦波と、その整
数倍の周期の正弦波とを合成した関数、つまりフーリエ
級数で表される。例えば、モータセンサ５の、回転角θ
に関するセンサ誤差関数をＥ（θ）とすると、Ｅ（θ）＝ａ₁ ・ｓｉｎ（θ＋α₁ ）＋ａ₂ ・ｓｉｎ
（２θ＋α₂ ）＋ａ₃ ・ｓｉｎ（３θ＋α₃ ）＋・・・
＋ａ_n ・ｓｉｎ（ｎθ＋α_n ）となる。

【００３７】データ処理装置７５は、このようなセンサ
誤差関数Ｅ（θ）の各次項のゲインａ₁ ，ａ₂ ，ａ₃ ，
・・・と位相α₁ ，α₂ ，α₃ ，・・・とを、測定デー
タから演算処理により抽出し、要求される精度に応じた
次項分だけ、モータユニット１内のデータメモリ６に書
き込む。また、サーボモータ３の発生トルクの１回転内
における脈動を示すトルク誤差関数についても、同様な
処理によりゲインと位相とを抽出してデータメモリ６に
書き込む。

【００３８】このように、モータセンサ５固有の誤差デ
ータとサーボモータ３固有の誤差データとを、フーリエ
級数で表した誤差関数の各次項のゲインと位相とを用い
てデータメモリ６に記憶させることにより、測定した全
ての誤差データを連続的に記憶させる方法に比べ、デー
タメモリ６に必要なメモリ容量を格段に小さくすること
ができる。言い換えれば、メモリ容量の小さい安価な記
憶素子を利用することが可能となり、コストダウンが図
れる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るサー
ボモータシステムでは、モータユニット内にデータメモ
リを組み込み、そのデータメモリに、サーボモータとモ
ータセンサとのそれぞれ固有の誤差データ、およびサー
ボモータの制御に必要な各種のモータパラメータを記憶
させるとともに、その誤差データとモータパラメータと
をサーボドライバにより読み取ってサーボモータを駆動
制御させるように構成したため、個々のモータユニット
のサーボモータとモータセンサとについて、それぞれの
固有の誤差データを容易に管理することができる。

【００４０】そして、モータセンサ固有の検出誤差とサ
ーボモータ固有の発生トルクの脈動とを補正し、それら
の補正結果、およびモータパラメータに基づいて、トル
ク制御，速度制御、それにモータ保護などを行うため、
個々のモータユニットのサーボモータを非常に高い精度
で、適切に駆動制御することができる。しかも、サーボ
モータやモータセンサ自体の精度、およびモータユニッ
トの組立精度についても、駆動制御時に補正されるため
に、特に高い精度は必要ではなくなり、よってコストを
大きく低下させることができる。

【００４１】即ち、本発明によれば、取り扱い易く、か
つ高精度で安価なサーボモータシステムを提供すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例におけるサーボモータシステム
の主要構成を示すブロック図。

【図２】モータセンサの一例を示す概略構成図。

【図３】モータユニットにおける固有の誤差データの測
定方法の一例を説明する概略構成図。

【符号の説明】

１モータユニット２サーボドライバ３サーボモータ５モータセンサ６データメモリ２１データ読取器（データ読取手段）２２センサ誤差補正器（センサ誤差補正手段）２３トルク誤差補正器（トルク誤差補正手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】サーボモータと該サーボモータの角度，
速度を検出するモータセンサとを一体化して成るモータ
ユニットと、前記モータセンサからフィードバックされ
る検出信号に基づいて前記サーボモータを駆動制御する
サーボドライバと、から構成されるサーボモータシステ
ムにおいて、前記モータユニット内に、前記サーボモータ固有の発生
トルクの脈動に関するトルク誤差データと、前記モータ
センサ固有の検出誤差に関するセンサ誤差データと、前
記サーボモータの制御に必要なモータパラメータと、を
記憶した不揮発性のデータメモリが組み込まれるととも
に、前記サーボドライバに、前記モータユニット内のデータ
メモリに記憶された各誤差データおよびモータパラメー
タを読み取るデータ読取手段と、該データ読取手段が読
み取ったセンサ誤差データに基づいて前記モータセンサ
固有の検出誤差を補正するセンサ誤差補正手段と、前記
データ読取手段が読み取ったトルク誤差データおよび前
記センサ誤差補正手段により補正されたモータセンサの
検出信号に基づいて前記サーボモータ固有の発生トルク
の脈動を補正するトルク誤差補正手段と、が組み込ま
れ、前記サーボドライバが、前記センサ誤差補正手段とトル
ク誤差補正手段との補正結果、および前記データ読取手
段が読み取ったモータパラメータに基づいて前記サーボ
モータを駆動制御することを特徴とするサーボモータシ
ステム。
【請求項２】前記モータユニット内のデータメモリ
は、前記各誤差データを、フーリエ級数で表された誤差
関数の各次項のゲインと位相とを用いて記憶することを
特徴とする請求項１記載のサーボモータシステム。