JPH08223988A

JPH08223988A - モータの制御装置

Info

Publication number: JPH08223988A
Application number: JP7030456A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ishimine; 均石嶺
Original assignee: Shibaura Engineering Works Co Ltd
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 1995-02-20
Filing date: 1995-02-20
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】高精度の電流制御が可能となり、かつ汎用性
を有するモータの制御装置を提供する。【構成】電流検出器２７、２８により、駆動電流Ｉ
ｕ、Ｉｗはサンプルホールド回路３１に入力され、演算
部３２から変換時間Δｔ中の電流変化量ΔＩ／Δｔが出
力される。サンプルホールド回路３１からの電流値信号
Ａｕ、Ａｗは、Ａ／Ｄ回路３３によってデジタル量の電
流値信号Ｄｕ、Ｄｗに変換される。この値は演算結果Δ
Ｉ／Δｔと共に補正部３４ｕ、３４ｗに入力され、補正
後の電流値信号Ｄｕ１、Ｄｗ１が出力される。この出力
は電流制御回路３５、３６に入力され、直流レベルの第
１制御信号を、ＰＷＭ回路３７、３８では、第２制御信
号を発生し、インバータ回路２６の各トランジスタは、
第２制御信号に対応するデューティー比でオン／オフさ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータに流れる電流を
制御するモータの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、ＡＣサーボモータの回転状態
を制御するに際して、モータに印加されている駆動電流
の電流値をサンプルホールド回路でアナログ量としてサ
ンプリングしている。サンプリングされたアナログ量の
電流値は、アナログ／デジタル変換回路でデジタル量に
変換される。該デジタル量の電流値と所定のトルク制御
をするために外部から入力される基準電流信号とに基づ
いて、モータに流れる電流を制御している。

【０００３】図２はモータに流れる電流の制御動作を説
明する波形図であり、図３は従来技術のモータの制御装
置１の電気的構成を示すブロック図である。図２の波形
図は以下の従来技術の説明と実施例の説明とで共通に参
照される。以下、図２および図３を参照して、制御装置
１の構成とモータの回転速度の制御動作について説明す
る。図３に示されるように、制御装置１で回転状態が制
御されるモータ２は、例として三相ＡＣサーボモータで
あり、制御装置１はモータ２に３本の電源線３、４、５
を介して三相の駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをそれぞれ出
力する上下２段のトランジスタなどを含んで構成される
周知のインバータ回路６を備えている。各電源線３、５
には、電流検出器７、８がそれぞれ備えられ、インバー
タ回路６から出力される図２（１）に示される駆動電流
Ｉｕ、Ｉｗのアナログ量の電流値Ａｕ、Ａｗが検出され
る。検出されたアナログ量の電流値Ａｕ、Ａｗはスイッ
チ９、１０を介して、サンプルホールド回路１１に入力
され、所定周期でサンプリングされホールドされる。

【０００４】サンプルホールド回路１１から出力される
ホールドされた直流レベルの電流値信号Ａｕ、Ａｗは、
アナログ／デジタル変換回路（以下、Ａ／Ｄ回路）１２
によってデジタル量の電流値信号Ｄｕ、Ｄｗに変換さ
れ、Ｕ相およびＷ相に対応する電流制御回路１３、１４
に入力される。電流制御回路１３、１４では、別途入力
されるモータ２を所定のトルクに制御するために外部か
ら入力される基準電流指令信号と、前記入力された電流
値信号Ｄｕ、Ｄｗとから、両者の偏差に相当する制御信
号を、Ｕ相およびＷ相に対応するパルス幅変調回路（以
下、ＰＷＭ回路）１５、１６に入力する。ＰＷＭ回路１
５、１６では、別途発生される所定周期の三角波信号と
前記制御信号とに基づいて、前記インバータ回路６にお
けるＵ相、Ｖ相、およびＷ相に対応する各トランジスタ
をオン／オフするデューティー比を定める制御信号を発
生し、インバータ回路６に出力する。これにより、イン
バータ回路６の各トランジスタは、前記制御信号に対応
するデューティー比でオン／オフされる。インバータ回
路６の各トランジスタには別途電源から電源電流が供給
されており、各トランジスタのオン／オフにより、交流
電流がモータ２に出力される。このようにして、制御装
置１は、モータ２に所定の電流を流し、モ−タのトルク
を制御する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術の制
御装置１において、Ａ／Ｄ回路１２によって前記電流値
信号Ａｕ、Ａｗをデジタル量の電流値信号Ｄｕ、Ｄｗに
変換する場合、図２（２）に示される変換時間Δｔを要
する。具体的には、図２（１）の時刻ｔ１で、例として
駆動電流Ｉｕ（ｔ１）（以下、時刻ｔにおける駆動電流
値をＩｕ（ｔ）で示す。他の相の駆動電流に関しても同
様に示す。デジタル量の信号についても同様な記号を用
いる）を検出し、サンプルホールド回路１１から電流値
信号Ａｕ（ｔ１）を示す信号を出力した場合、変換時間
Δｔの後の時刻ｔ２でデジタル量の電流値信号Ｄｕ（ｔ
２）がＡ／Ｄ回路１２から出力される。しかしながら、
図２の例において、この時刻ｔ２の駆動電流Ｉｕ（ｔ
２）は、前記検出時刻ｔ１よりも電流値が変化量ΔＩだ
け増大しており、電流値Ｉｕ（ｔ２）＝Ｉｕ（ｔ１）＋
ΔＩとなっている。更に、他のＷ相に関する変換が終了
した時刻ｔ３後に前記電流制御を行うと、電流値Ｉｕ
（ｔ３）は、Ｉｕ（ｔ３）＝Ｉｕ（ｔ１）＋２×ΔＩと
なっている。従って、電流値信号Ｄｕ（ｔ３）に基づく
前述した制御が実行されるタイミングは時刻ｔ３におけ
る駆動電流Ｉｕ（ｔ３）が印加されているモータ２に対
してであり、制御装置１によるモータ２への適正な制御
が困難になる。

【０００６】このような適正でない制御を行うと、駆動
電流が過大あるいは過少になる事態が繰り返されること
があり、振動とそれに伴う騒音とが増大するという問題
点が生じる。

【０００７】このような不具合を防止しようとする他の
従来技術として、制御装置１で制御されるモータ２の回
転状態をモデル化し、このモデルに基づいて検出された
アナログ量の電流値から、つぎに検出されるタイミング
での電流値を予測して制御を行う予測制御を行う例があ
る。しかし、この従来技術では前記モデルが一定の対象
に固定されるために、制御装置１に汎用性が欠けるとい
う問題点がある。

【０００８】また、更に他の従来技術として、前記アナ
ログ量の電流値Ｉｕ、或いはデジタル量の電流値Ｄｕに
対して、モータ２の電気時定数などを制御上の定数とし
て用い、これを補正する場合がある。この場合には、同
一の種類のモータであってもモータ毎の電気時定数のば
らつきや、温度による電気時定数の変化に対応できない
という不具合を生じる。また、異なるモータを制御しよ
うとする場合には、前記電気時定数を変更する必要が生
じ、制御装置に汎用性が欠けることになる。

【０００９】請求項１の発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、高精度の電流制御が可能となり、かつ汎用
性を有するモータの制御装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明のモータ
の制御装置は、モータに印加される駆動電流のアナログ
量の電流値を検出し、該電流値に基づいて該モ−タに流
れる電流を所定の値に制御するモータの制御装置であっ
て、該駆動電流のアナログ量の第１電流値を検出周期Ｔ
で検出し、該第１電流値をデジタル量の第２電流値に変
換時間Δｔで変換する変換手段と、該駆動電流の前回の
検出値と今回の検出値とから検出周期Ｔ中の該駆動電流
の変化量ΔＩ´／Ｔを演算し、該第１電流値が入力さ
れ、該変化量ΔＩ´／Ｔに基づいて、該変換時間Δｔの
間の第１電流値の変化量ΔＩ／Δｔを演算する演算手段
と、つぎに該変換手段から出力された第２電流値を該演
算手段からの演算結果ΔＩ／Δｔで補正して、該第１電
流値の検出タイミングにおける第１電流値を示すデジタ
ル量の第３電流値を演算する補正手段と、該補正手段か
らの第３電流値に基づいてモータに印加される駆動電流
を制御してモータに印加する電流印加手段とを備えてお
り、そのことによって上記目的を達成することができ
る。

【００１１】

【作用】請求項１の発明に従えば、モータに印加される
駆動電流のアナログ量の第１電流値が変換手段によって
検出周期Ｔで検出され、この該第１電流値がデジタル量
の第２電流値に変換時間Δｔで変換される。一方、前回
検出時の駆動電流の検出値と今回検出時の駆動電流の検
出値より、駆動電流の変化量ΔＩ´を求め、これに基づ
いて、検出周期Ｔ中の該駆動電流の電流変化量ΔＩ／Δ
ｔが演算される。補正手段は、演算手段からの演算結果
ΔＩ／Δｔを用いて、つぎに変換手段から出力された第
２電流値を補正して、第１電流値の検出タイミングにお
ける第１電流値を示すデジタル量の第３電流値を演算す
る。電流印加手段は、補正手段からの前記第３電流値に
基づいてモータに印加される駆動電流を制御してモータ
に印加する。

【００１２】これにより、制御装置からモータに印加さ
れる駆動電流は、前記第１電流値の検出タイミングにお
ける電流値に対して前記信号処理が成されて得られたも
のとなる。従って、モータに対して高精度の制御を行う
ことができ、振動とそれに伴う騒音とが増大する事態の
発生を防止することができる。また、この制御は、制御
対象のモデル化による予測制御や、制御対象のモータの
電気時定数に対する補正処理を行う技術と異なり、個々
のモータに即した制御を行うことができ、汎用性を有し
ている。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例のモータの制御装置
２１の電気的構成を示すブロック図であり、図２はモー
タに流れる電流の制御動作を説明する波形図である。図
２は従来技術の説明においても参照されている。以下、
図１および図２を参照して、制御装置２１の構成とモー
タの電流制御動作について説明する。図１に示されるよ
うに、制御装置２１によって電流が制御されるモータ２
２は、本実施例において例として三相ＡＣサーボモータ
であるが、本発明は他の種類のモータに対しても容易に
実施されるものである。制御装置２１は、周知のインバ
ータ回路２６を備えている。このインバ−タ回路２６
は、モータ２２に３本の電源線２３、２４、２５を介し
て三相の駆動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをそれぞれ出力し、
各相毎の上下２段のトランジスタなどを含んで構成され
る。各電源線２３、２５には、電流検出器２７、２８が
それぞれ備えられ、インバータ回路２６から出力される
図２（１）に示される駆動電流Ｉｕ、Ｉｗのアナログ
量の電流値Ａｕ、Ａｗが検出される。検出されたアナロ
グ量の電流値信号Ａｕ、Ａｗはスイッチ２９、３０を介
して、サンプルホールド回路３１に入力されて、サンプ
リング周期Ｔでサンプリングされホールドされる。ま
た、スイッチ２９、３０を介する電流値信号Ａｕ、Ａｗ
は演算部３２に入力され、後述する演算処理が行われて
演算結果ΔＩ／Δｔが出力される。

【００１４】サンプルホールド回路３１から出力される
ホールドされた直流レベルの電流値信号Ａｕ、Ａｗは、
Ａ／Ｄ回路３３によってデジタル量の電流値信号Ｄｕ、
Ｄｗにそれぞれ変換される。電流値信号Ｄｕ、Ｄｗは、
前記演算部３２からの演算結果ΔＩ／Δｔと共に、Ｕ相
およびＷ相にそれぞれ対応する補正部３４ｕ、３４ｗに
それぞれ入力され、補正部３４ｕ、３４ｗにおいて、後
述する電流値信号Ｄｕ、Ｄｗに関する補正信号処理が行
われ、補正後の電流値信号Ｄｕ１、Ｄｗ１が出力され
る。

【００１５】電流値信号Ｄｕ１、Ｄｗ１は、Ｕ相および
Ｗ相に対応する電流制御回路３５、３６に入力される。
電流制御回路３５、３６では、別途入力されるモータ２
２を所定のトルクに制御するために外部から入力される
基準電流指令信号と、前記入力された電流値信号Ｄｕ
１、Ｄｗ１とから、両者の偏差に相当する直流レベルの
第１制御信号を、Ｕ相およびＷ相に対応するＰＷＭ回路
３７、３８にそれぞれ入力する。ＰＷＭ回路３７、３８
では、別途発生される所定周期の三角波と前記第１制御
信号とに基づいて、前記インバータ回路２６におけるＵ
相、Ｖ相、およびＷ相に対応する各トランジスタをオン
／オフするデューティー比を定める第２制御信号を発生
し、インバータ回路２６に出力する。これにより、イン
バータ回路２６の各トランジスタは、前記第２制御信号
に対応するデューティー比でオン／オフされる。インバ
ータ回路２６の各トランジスタには別途電源から電源電
流が供給されており、各トランジスタのオン／オフによ
り交流電流がモータ２２に出力される。

【００１６】以下、本実施例の制御装置２１の動作につ
いて、特に本実施例の特徴である前記演算部３２および
補正部３４ｕ、３４ｗの動作について説明する。

【００１７】上述した本実施例の制御装置２１におい
て、インバータ回路２６からモータ２２に出力される駆
動電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの内、駆動電流Ｉｕ、Ｉｗに関
して電流検出器２７、２８によって、図２（２）の時刻
ｔ１、ｔ２で、例として電流値信号Ｉｕ（ｔ１）、Ｉｗ
（ｔ２）がそれぞれ検出され、スイッチ２９、３０を介
して、サンプルホールド回路３１でサンプリングされ
る。サンプルホールド回路３１からのサンプルホールド
された直流レベルの電流値信号Ａｕ（ｔ１）、Ａｗ（ｔ
２）は、Ａ／Ｄ回路３３に入力される。Ａ／Ｄ回路３３
は、前記直流レベルの電流値信号Ａｕ（ｔ１）、Ａｗ
（ｔ２）をデジタル量の電流値信号Ｄｕ、Ｄｗに、図２
に示される時刻ｔ１〜ｔ２、および時刻ｔ２〜ｔ３の間
の各変換時間Δｔでそれぞれ変換する。具体的には、Ａ
／Ｄ回路３３に各時刻ｔ１、ｔ２で電流値信号Ａｕ（ｔ
１）、Ａｗ（ｔ２）がそれぞれ入力された場合、変換時
間Δｔ後の各時刻ｔ２、ｔ３でデジタル量の電流値信号
Ｄｕ（ｔ２）、Ｄｗ（ｔ３）がＡ／Ｄ回路３１から出力
される。

【００１８】一方、電流値信号Ｉｕ、Ｉｗは演算部３２
に入力される。Ａ／Ｄ回路３１における前記変換時間Δ
ｔは、Ａ／Ｄ回路３１の種類に対応して事前に定められ
ており、使用するＡ／Ｄ回路３１の種類を具体的に決定
すれば知ることができる。演算部３２において、１回前
のサンプリングデ−タと今回サンプリングされたデ−タ
そしてサンプリング周期ＴからＵ相およびＷ相の単位時
間当りの電流値信号の変化量ΔＩｕ´、ΔＩｗ´は、 ΔＩｕ´＝｛Ｉｕ（ｔ１）−Ｉｕ（前回サンプリングタイミング）｝／Ｔ・・・（１） ΔＩｗ´＝｛Ｉｗ（ｔ２）−Ｉｗ（前回サンプリングタイミング）｝／Ｔ・・・（２）で算出される。この演算は演算部３２をゲート回路など
で構成することにより、ハードウェアによって高速に実
行され得る。

【００１９】前記Ａ／Ｄ回路３１から出力されるデジタ
ル量の電流値信号Ｄｕ（ｔ２）、Ｄｗ（ｔ３）と前記単
位時間当りの電流値変化量ΔＩｕ´、ΔＩｗ´とは前記
補正部３４ｕ、３４ｗに入力される。補正部３４ｕ、３
４ｗにおいて、デジタル量の電流値信号Ｄｕ（ｔ２）、
Ｄｗ（ｔ３）を電流値変化量ΔＩｕ´、ΔＩｗ´に基づ
いて補正する。即ち、従来技術で説明したように、図２
の例において、全相のデ−タの変換終了時刻ｔ３の駆動
電流Ｉｕ（ｔ３）、Ｉｗ（ｔ３）は、前記検出時刻ｔ
１、ｔ２よりも電流値が変化量ΔＩｕ´×（ｔ３−ｔ
１）、ΔＩｗ´×（ｔ３−ｔ２）だけ増大しており、電
流値Ｉｕ（ｔ３）、Ｉｗ（ｔ３）は、Ｉｕ（ｔ３）＝Ｉｕ（ｔ１）＋ΔＩｕ×（ｔ３−ｔ１）・・・（３）Ｉｗ（ｔ３）＝Ｉｗ（ｔ２）＋ΔＩｗ×（ｔ３−ｔ２）・・・（４）となっている。

【００２０】従って、前記補正部３４ｕ、３４ｗにおい
て、電流値信号Ｄｕ（ｔ３）、Ｄｗ（ｔ３）を前記各検
出時刻ｔ１、ｔ２における電流値信号と推測して補正す
る。推測された駆動電流値信号Ｄｕ（ｔ３）、Ｄｗ（ｔ
３）で、時刻ｔ３に電流制御を行う。

【００２１】補正部３４ｕ、３４ｗにおける前記第３式
および第４式の補正演算の結果としての推測されたデジ
タル値の前記電流値信号Ｄｕ１（ｔ３）、Ｄｗ１（ｔ
３）は、Ｕ相およびＷ相に対応する電流制御回路３５、
３６に入力される。電流制御回路３５、３６では、別途
外部から入力されるモータ２２の前記基準電流指令信号
と、前記入力された電流値信号Ｄｕ１（ｔ３）、Ｄｗ１
（ｔ３）とから、両者の偏差に相当する直流レベルの制
御信号を、Ｕ相およびＷ相に対応するＰＷＭ回路３７、
３８に入力する。これ以降のＰＷＭ回路３７、３８およ
びインバータ回路２６の動作は前述した通りである。こ
のようにして、制御装置２１は、モータ２２を前記基準
電流指令信号に対応するトルクで回転駆動する。

【００２２】このようにして、本実施例において、電流
値信号Ｄｕ１（ｔ３）、Ｄｗ１（ｔ３）に基づくモータ
２２に対する前述した制御が実行されるタイミングは、
時刻ｔ３におけるモ−タ電流を推測したものであるが、
制御の遅れ、サンプリングの遅れなどを補正した適正な
制御が実現されている。従って、従来技術で説明したよ
うな、駆動電流の検出タイミングと制御の実行タイミン
グとの時間差による制御のアンバランスが解消され、振
動とそれに伴う騒音とを抑制することができ、高精度の
制御を実現する事ができる。

【００２３】また、本実施例の制御装置２１は、従来技
術で説明したモータ２２の特性をモデル化した予測制御
を用いていないので、制御対象のモータに関して汎用性
を有する制御装置２１を実現することができる。

【００２４】また、本実施例の制御装置２１は、従来技
術で説明したモータ２２の電気時定数などを定数として
補正する技術を用いていないので、同一の種類のモータ
におけるモータ毎の電気時定数のばらつきや、温度によ
る電気時定数の変化に確実に対応でき、高精度の制御を
実現することができる。また、異なるモータを制御しよ
うとする場合でも、本実施例は前記電気時定数を用いる
制御技術を採用していないので、異なるモータに対して
汎用性を有する制御装置２１を実現することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明に従えば、
補正手段は、演算手段からの演算結果ΔＩ／Δｔを用い
て、つぎに変換手段から出力された第２電流値を補正し
て、第１電流値の検出タイミングにおける第１電流値を
示すデジタル量の第３電流値を演算するようにしてい
る。従って、モータに印加される駆動電流のアナログ量
の第１電流値が変換手段によって検出され、この該第１
電流値がデジタル量の第２電流値に変換時間Δｔで変換
されても、制御装置からモータに印加される駆動電流
は、前記第１電流値の検出タイミングにおける電流値に
対して前記信号処理が成されて得られたものと同等にな
る。従って、モータに対して高精度の制御を行うことが
でき、振動とそれに伴う騒音とが増大する事態の発生を
防止することができる。また、この制御は、制御対象の
モデル化による予測制御や、制御対象のモータの電気時
定数を用いる補正処理と異なり、個々のモータに即した
制御を行うことができ、汎用性を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のモータの制御装置２１の電
気的構成を示すブロック図である。

【図２】モータに流れる電流の制御動作を説明する波形
図である。

【図３】従来技術のモータの制御装置１の電気的構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】

２１制御装置２２モータ２３、２４、２５電源線２６インバータ回路２７、２８電流検出器３１サンプルホールド回路３２演算部３３Ａ／Ｄ回路３４ｕ、３４ｗ補正部３５電流制御回路３７、３８ＰＷＭ回路Ａｕ、Ａｗアナログ量の電流値Ｄｕ、Ｄｗデジタル量の電流値信号Ｄｕ１、Ｄｗ１補正後の電流値信号Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ駆動電流 ΔＩ／Δｔ単位時間当りの電流変化量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モータに印加される駆動電流のアナログ量
の電流値を検出し、該電流値に基づいて該モ−タに流れ
る電流を所定の値に制御するモータの制御装置であっ
て、該駆動電流のアナログ量の第１電流値を検出周期Ｔで検
出し、該第１電流値をデジタル量の第２電流値に変換時
間Δｔで変換する変換手段と、該駆動電流の前回の検出値と今回の検出値とから検出周
期Ｔ中の該駆動電流の変化量ΔＩ´／Ｔを演算し、該第
１電流値が入力され、該変化量ΔＩ´／Ｔに基づいて、
該変換時間Δｔの間の第１電流値の変化量ΔＩ／Δｔを
演算する演算手段と、つぎに該変換手段から出力された第２電流値を該演算手
段からの演算結果ΔＩ／Δｔで補正して、該第１電流値
の検出タイミングにおける第１電流値を示すデジタル量
の第３電流値を演算する補正手段と、該補正手段からの第３電流値に基づいてモータに印加さ
れる駆動電流を制御してモータに印加する電流印加手段
とを備えるモータの制御装置。