JPH0923700A - サーボモータの電流制御方式 - Google Patents
サーボモータの電流制御方式Info
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- JPH0923700A JPH0923700A JP7186703A JP18670395A JPH0923700A JP H0923700 A JPH0923700 A JP H0923700A JP 7186703 A JP7186703 A JP 7186703A JP 18670395 A JP18670395 A JP 18670395A JP H0923700 A JPH0923700 A JP H0923700A
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- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 35
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 19
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 2
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- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
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- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
- H02P21/06—Rotor flux based control involving the use of rotor position or rotor speed sensors
-
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- H02P21/22—Current control, e.g. using a current control loop
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P23/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
- H02P23/16—Controlling the angular speed of one shaft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 電流ループにおける遅れを補償することがで
きるサーボモータの電流制御方式を提供する。 【構成】 DQ変換で制御されるサーボモータの電流制
御において、電流ループの遅れに相当する角度を求めて
補正角とし、この補正角を用いて位相角を補正し、補正
した位相角を用いて、DQ変換における3相からDQ座
標系への座標変換、あるいはDQ座標系から3相への座
標変換を行うことによって、電流ループの遅れを補償す
る。位相角の補正は、3相電流から2相電流を求める3
相からDQ座標系への座標変換における、位相角から補
正角を減じることによる位相角の補正、あるいは、2相
電圧から3相電圧を求めるDQ座標系から3相への座標
変換における、位相角に補正角を加えることによる位相
角を補正によって実現することができる。
きるサーボモータの電流制御方式を提供する。 【構成】 DQ変換で制御されるサーボモータの電流制
御において、電流ループの遅れに相当する角度を求めて
補正角とし、この補正角を用いて位相角を補正し、補正
した位相角を用いて、DQ変換における3相からDQ座
標系への座標変換、あるいはDQ座標系から3相への座
標変換を行うことによって、電流ループの遅れを補償す
る。位相角の補正は、3相電流から2相電流を求める3
相からDQ座標系への座標変換における、位相角から補
正角を減じることによる位相角の補正、あるいは、2相
電圧から3相電圧を求めるDQ座標系から3相への座標
変換における、位相角に補正角を加えることによる位相
角を補正によって実現することができる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、サーボモータの電流制
御に関し、特に、サーボモータの電流制御を直流方式で
行うDQ制御方式による電流制御に関する。
御に関し、特に、サーボモータの電流制御を直流方式で
行うDQ制御方式による電流制御に関する。
【0002】
【従来の技術】図12は、従来から行われているACサ
ーボモータの制御系のブロック線図である。位置指令か
らエンコーダ等で検出される位置フィードバック値を減
じて位置偏差を求め、該位置偏差にポジションゲインを
乗じて位置ループ制御を行って速度指令を求め、この速
度指令から速度フィードバック値を減じて速度偏差を求
め、比例・積分制御等の速度ループ処理を行いトルク指
令(電流指令)を求める。さらに、このトルク指令から
電流フィードバック値を減じて電流ループ処理を行い各
相の電圧指令を求めてPWM制御等を行いACサーボモ
ータMを制御している。
ーボモータの制御系のブロック線図である。位置指令か
らエンコーダ等で検出される位置フィードバック値を減
じて位置偏差を求め、該位置偏差にポジションゲインを
乗じて位置ループ制御を行って速度指令を求め、この速
度指令から速度フィードバック値を減じて速度偏差を求
め、比例・積分制御等の速度ループ処理を行いトルク指
令(電流指令)を求める。さらに、このトルク指令から
電流フィードバック値を減じて電流ループ処理を行い各
相の電圧指令を求めてPWM制御等を行いACサーボモ
ータMを制御している。
【0003】このような制御系において、電流ループと
して、3相ACサーボモータの場合では3相電流を別々
に制御する交流電流制御方式が知られている。このよう
な電流制御方式では、速度ループ処理で求められたトル
ク指令(電流指令)にエンコーダ等で検出されたサーボ
モータのロータ位置θよりU,V,W相に対して電気角
でそれぞれ2π/3ずれた正弦波を乗じて各相の電流指
令を求め、該電流指令から各電流検出器で検出さる各相
の実電流Iu,Iv,Iwを減じて電流偏差を求め、各
相電流制御器Iu,Iv,Iwで比例積分(PI)制御
等を行って各相指令電圧Eu,Ev,Ewを電力増幅器
に出力する。電力増幅器では、インバータ等でPWM制
御を行って各相の電流Iu,Iv,Iwをサーボモータ
Mに流して駆動を行う。これによって、位置,速度ルー
プの最も内側のマイナーループに電流ループ形成し、こ
の電流ループはACサーボモータの各相に流す電流の制
御を行う。
して、3相ACサーボモータの場合では3相電流を別々
に制御する交流電流制御方式が知られている。このよう
な電流制御方式では、速度ループ処理で求められたトル
ク指令(電流指令)にエンコーダ等で検出されたサーボ
モータのロータ位置θよりU,V,W相に対して電気角
でそれぞれ2π/3ずれた正弦波を乗じて各相の電流指
令を求め、該電流指令から各電流検出器で検出さる各相
の実電流Iu,Iv,Iwを減じて電流偏差を求め、各
相電流制御器Iu,Iv,Iwで比例積分(PI)制御
等を行って各相指令電圧Eu,Ev,Ewを電力増幅器
に出力する。電力増幅器では、インバータ等でPWM制
御を行って各相の電流Iu,Iv,Iwをサーボモータ
Mに流して駆動を行う。これによって、位置,速度ルー
プの最も内側のマイナーループに電流ループ形成し、こ
の電流ループはACサーボモータの各相に流す電流の制
御を行う。
【0004】この3相電流を別々に制御する方式の場合
には、制御量として交流を扱っているため、電流ループ
の周波数特性による影響で定速回転かつ定負荷時におけ
る定常状態においても、指令に対する位相の遅れや振幅
の減衰等の偏差が存在し、直流モータと同程度のトルク
制御を実現することが困難である。この欠点を改善する
方式として、3相電流をDQ変換してd相,q相の2相
の直流座標系に変換した後にそれぞれの相を直流成分で
制御するDQ制御方式が知られている。
には、制御量として交流を扱っているため、電流ループ
の周波数特性による影響で定速回転かつ定負荷時におけ
る定常状態においても、指令に対する位相の遅れや振幅
の減衰等の偏差が存在し、直流モータと同程度のトルク
制御を実現することが困難である。この欠点を改善する
方式として、3相電流をDQ変換してd相,q相の2相
の直流座標系に変換した後にそれぞれの相を直流成分で
制御するDQ制御方式が知られている。
【0005】図13はACサーボモータをDQ変換によ
り制御するブロック線図である。d相の電流指令を
「0」とし、q相の電流指令を速度ループが出力される
トルク指令とする。そして、3相電流から2相電流へ変
換する手段9において、モータの各u,v,w相の実電
流およびロータ位置検出器で検出されたロータの位相を
用いてd相,q相の電流Id,Iqを求め、この電流を
各相指令値から減じてd相,q相の電流偏差を求める。
電流制御器5d,5qにおいて、この電流偏差を比例・
積分制御してd相指令電圧Vdおよびq相指令電圧Vq
を求める。2相電圧から3相電圧に変換する手段8は、
この2相の指令電圧Vd,VqからU,V,W相の指令
電圧Vu,Vv,Vwを求め、電力増幅器6に出力して
インバータ等でサーボモータの各相に対して電流Iu,
Iv,Iwを流してサーボモータの制御を行う。
り制御するブロック線図である。d相の電流指令を
「0」とし、q相の電流指令を速度ループが出力される
トルク指令とする。そして、3相電流から2相電流へ変
換する手段9において、モータの各u,v,w相の実電
流およびロータ位置検出器で検出されたロータの位相を
用いてd相,q相の電流Id,Iqを求め、この電流を
各相指令値から減じてd相,q相の電流偏差を求める。
電流制御器5d,5qにおいて、この電流偏差を比例・
積分制御してd相指令電圧Vdおよびq相指令電圧Vq
を求める。2相電圧から3相電圧に変換する手段8は、
この2相の指令電圧Vd,VqからU,V,W相の指令
電圧Vu,Vv,Vwを求め、電力増幅器6に出力して
インバータ等でサーボモータの各相に対して電流Iu,
Iv,Iwを流してサーボモータの制御を行う。
【0006】この従来のDQ変換においては、3相から
2相への変換および2相から3相への変換は同じ位相で
行われ、常に力率=1の状態で電流の制御が行われる。
2相への変換および2相から3相への変換は同じ位相で
行われ、常に力率=1の状態で電流の制御が行われる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
サーボモータの電流制御方式では、電流ループの遅れに
よりサーボモータの制御が不安定となるという問題点が
ある。
サーボモータの電流制御方式では、電流ループの遅れに
よりサーボモータの制御が不安定となるという問題点が
ある。
【0008】従来のDQ変換では、3相から2相への変
換および2相から3相への変換を同じ位相で行っている
が、このDQ変換を行う電流ループはサンプリング系で
制御を行っているため、(i)電圧指令(PWM指令)
を出力してから、実際に電圧が有効にモータ巻き線に反
映されるまで時間、および(ii)実際に電流が流れて
から、A/Dコンバータを経てサーボソフトが電流を読
み込むまでの実電流の検出に要する時間によって、時間
的な遅れが生じ、この時間的遅れが電流ループの遅れと
して制御系中に含まれることになる。
換および2相から3相への変換を同じ位相で行っている
が、このDQ変換を行う電流ループはサンプリング系で
制御を行っているため、(i)電圧指令(PWM指令)
を出力してから、実際に電圧が有効にモータ巻き線に反
映されるまで時間、および(ii)実際に電流が流れて
から、A/Dコンバータを経てサーボソフトが電流を読
み込むまでの実電流の検出に要する時間によって、時間
的な遅れが生じ、この時間的遅れが電流ループの遅れと
して制御系中に含まれることになる。
【0009】図14は、DQ変換されるACサーボモー
タを説明するためのブロック線図である。図14におい
て、一点鎖線を境として電源側は制御系を示し、モータ
側はモータ検出器系を示している。各d相およびq相に
おいて、制御系では積分ゲインK1を持つ積分項11,
12と比例ゲインK2を持つ比例項13,14を備え、
モータ検出器系ではモータ側の抵抗分Rとインダクタン
ス分Lとを備えている。また、各d相,q相は、互いに
他の相からの干渉項15,16を備え、電流ループの遅
れの項17を備えている。図14では、電流ループの遅
れの項17を1つのブロックで示し、その遅れ角度Δθ
を時間遅れδと電気角周波数ωeの積で表している。
タを説明するためのブロック線図である。図14におい
て、一点鎖線を境として電源側は制御系を示し、モータ
側はモータ検出器系を示している。各d相およびq相に
おいて、制御系では積分ゲインK1を持つ積分項11,
12と比例ゲインK2を持つ比例項13,14を備え、
モータ検出器系ではモータ側の抵抗分Rとインダクタン
ス分Lとを備えている。また、各d相,q相は、互いに
他の相からの干渉項15,16を備え、電流ループの遅
れの項17を備えている。図14では、電流ループの遅
れの項17を1つのブロックで示し、その遅れ角度Δθ
を時間遅れδと電気角周波数ωeの積で表している。
【0010】図15は、ACサーボモータの位相状態を
d−q座標で示したものである。図15において、AC
サーボモータのコイル側の電圧vはそれぞれ破線で示す
(R・i)と(L+δ・R)・(di/dt)の和と、
それぞれ一点鎖線で示す(ωe・L×i)と(δ・ωe
・L×(di/dt)の和とのベクトル和で表される。
d−q座標で示したものである。図15において、AC
サーボモータのコイル側の電圧vはそれぞれ破線で示す
(R・i)と(L+δ・R)・(di/dt)の和と、
それぞれ一点鎖線で示す(ωe・L×i)と(δ・ωe
・L×(di/dt)の和とのベクトル和で表される。
【0011】電流ループの遅れの項17においてexp
(−j・δ・ωe)で表される電流ループの遅れ分は、
図15においてΔθ=δ・ωeだけベクトルvを負方向
(図中で時計方向)に回転させることになる。この電流
ループの遅れと制系の極位置の関係は図16で表され、
図中の軌跡は電流ループの遅れに応じた極位置の移動を
示している。図16において、一点鎖線の左側の領域は
系が安定な領域であり、一点鎖線の右側の領域は系が不
安定な領域である。電流ループの遅れΔθが増加すると
安定な領域から徐々に不安定な領域に移動し、電流ルー
プの遅れΔθがほぼ40°で安定性の境界となる。
(−j・δ・ωe)で表される電流ループの遅れ分は、
図15においてΔθ=δ・ωeだけベクトルvを負方向
(図中で時計方向)に回転させることになる。この電流
ループの遅れと制系の極位置の関係は図16で表され、
図中の軌跡は電流ループの遅れに応じた極位置の移動を
示している。図16において、一点鎖線の左側の領域は
系が安定な領域であり、一点鎖線の右側の領域は系が不
安定な領域である。電流ループの遅れΔθが増加すると
安定な領域から徐々に不安定な領域に移動し、電流ルー
プの遅れΔθがほぼ40°で安定性の境界となる。
【0012】図17は、電流制御において、不安定な制
御系のために、検出した実電流が発振する状態を示して
おり、図中のA近傍で発振現象が発生している。
御系のために、検出した実電流が発振する状態を示して
おり、図中のA近傍で発振現象が発生している。
【0013】つまり、検出系の電流ループにおける遅れ
が制御系に入ることによって、電流ループ自体の安定性
が損なわれ、発振等の現象が生じることになる。この電
流ループの遅れは、サーボモータの回転速度が高速とな
ると電気角速度が大きくなって、より遅れることにな
る。したがって、電流ループの制御が不安定となり、A
Cサーボモータの最高回転数は制御の安定性から制限さ
れることになる。
が制御系に入ることによって、電流ループ自体の安定性
が損なわれ、発振等の現象が生じることになる。この電
流ループの遅れは、サーボモータの回転速度が高速とな
ると電気角速度が大きくなって、より遅れることにな
る。したがって、電流ループの制御が不安定となり、A
Cサーボモータの最高回転数は制御の安定性から制限さ
れることになる。
【0014】そこで、本発明は前記した従来の問題点を
解決して、電流ループにおける遅れを補償することがで
きるサーボモータの電流制御方式を提供することを目的
とする。
解決して、電流ループにおける遅れを補償することがで
きるサーボモータの電流制御方式を提供することを目的
とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、DQ変換で制
御されるサーボモータの電流制御において、電流ループ
の遅れに相当する角度を求めて補正角とし、この補正角
を用いて位相角を補正し、補正した位相角を用いて座標
変換を行うことによって、前記目的を達成する。
御されるサーボモータの電流制御において、電流ループ
の遅れに相当する角度を求めて補正角とし、この補正角
を用いて位相角を補正し、補正した位相角を用いて座標
変換を行うことによって、前記目的を達成する。
【0016】本発明のサーボモータの電流制御は、3相
電流をDQ変換してd相,q相の2相の直流座標系に変
換した後にそれぞれの相を直流成分で制御するDQ制御
方式において、サンプリングに基づいて発生する電流ル
ープの遅れを補償するものであり、DQ変換における3
相からDQ座標系への座標変換、あるいはDQ座標系か
ら3相への座標変換において使用する位相角を補正する
ものである。
電流をDQ変換してd相,q相の2相の直流座標系に変
換した後にそれぞれの相を直流成分で制御するDQ制御
方式において、サンプリングに基づいて発生する電流ル
ープの遅れを補償するものであり、DQ変換における3
相からDQ座標系への座標変換、あるいはDQ座標系か
ら3相への座標変換において使用する位相角を補正する
ものである。
【0017】位相角を補正するための補正角は、電流ル
ープの遅れ時間と電気角速度との積により求めることが
でき、3相からDQ座標系への座標変換において位相角
の補正を行う場合には、位相角から求めた補正角を差し
引いた角度を補正した位相角とし、また、DQ座標系か
ら3相への座標変換において位相角の補正を行う場合に
は、位相角から求めた補正角を加えた角度を補正した位
相角とすることができる。
ープの遅れ時間と電気角速度との積により求めることが
でき、3相からDQ座標系への座標変換において位相角
の補正を行う場合には、位相角から求めた補正角を差し
引いた角度を補正した位相角とし、また、DQ座標系か
ら3相への座標変換において位相角の補正を行う場合に
は、位相角から求めた補正角を加えた角度を補正した位
相角とすることができる。
【0018】
【作用】本発明のサーボモータの電流制御は、3相電流
をDQ変換してd相,q相の2相の直流座標系に変換し
た後にそれぞれの相を直流成分で制御するDQ制御方式
において、サンプリング処理等に基づいて発生する電流
ループの遅れを補償するものである。
をDQ変換してd相,q相の2相の直流座標系に変換し
た後にそれぞれの相を直流成分で制御するDQ制御方式
において、サンプリング処理等に基づいて発生する電流
ループの遅れを補償するものである。
【0019】サーボモータの電流制御において、3相電
流から2相電流へ変換する手段は、モータの各u,v,
w相の実電流およびロータ位置検出器で検出されたロー
タの位相を用いてd相,q相の電流Id,Iqを求め
る。そして、この電流をd相およびq相の各相指令値か
ら減じてd相,q相の電流偏差を求め、この電流偏差を
電流制御器において比例・積分制御を行って、d相指令
電圧Vdおよびq相指令電圧Vqを求める。そして、2
相電圧から3相電圧に変換する手段は、この2相の指令
電圧Vd,VqからU,V,W相の指令電圧Vu,V
v,Vwを求め、電力増幅器に出力してインバータ等で
サーボモータの各相に対して電流Iu,Iv,Iwを流
してサーボモータの制御を行う。
流から2相電流へ変換する手段は、モータの各u,v,
w相の実電流およびロータ位置検出器で検出されたロー
タの位相を用いてd相,q相の電流Id,Iqを求め
る。そして、この電流をd相およびq相の各相指令値か
ら減じてd相,q相の電流偏差を求め、この電流偏差を
電流制御器において比例・積分制御を行って、d相指令
電圧Vdおよびq相指令電圧Vqを求める。そして、2
相電圧から3相電圧に変換する手段は、この2相の指令
電圧Vd,VqからU,V,W相の指令電圧Vu,V
v,Vwを求め、電力増幅器に出力してインバータ等で
サーボモータの各相に対して電流Iu,Iv,Iwを流
してサーボモータの制御を行う。
【0020】この3相電流から2相電流への変換、およ
び2相電圧から3相電圧への変換では、それぞれにおけ
る位相角を使用してDQ変換を行っている。本発明の電
流制御においては、このDQ変換における位相角を補正
角の加減によって補正して、電流ループの遅れを補償す
る。
び2相電圧から3相電圧への変換では、それぞれにおけ
る位相角を使用してDQ変換を行っている。本発明の電
流制御においては、このDQ変換における位相角を補正
角の加減によって補正して、電流ループの遅れを補償す
る。
【0021】電流ループの遅れ時間と電気角速度との積
によって補正角を求め、3相電流から2相電流を求める
3相からDQ座標系への座標変換においては、位相角か
ら補正角を減じることにより位相角を補正し、また、2
相電圧から3相電圧を求めるDQ座標系から3相への座
標変換においては、位相角に補正角を加えることにより
位相角を補正する。
によって補正角を求め、3相電流から2相電流を求める
3相からDQ座標系への座標変換においては、位相角か
ら補正角を減じることにより位相角を補正し、また、2
相電圧から3相電圧を求めるDQ座標系から3相への座
標変換においては、位相角に補正角を加えることにより
位相角を補正する。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳
細に説明する。
細に説明する。
【0023】(本発明の第1の実施例)本発明の第1の
実施例は、3相電流から2相電流を求める3相からDQ
座標系への座標変換において、位相角から補正角を減じ
ることにより位相角を補正して電流ループの遅れを補償
するものである。
実施例は、3相電流から2相電流を求める3相からDQ
座標系への座標変換において、位相角から補正角を減じ
ることにより位相角を補正して電流ループの遅れを補償
するものである。
【0024】図1は本発明の第1の実施例を説明するた
めのブロック線図であり、図2は本発明の第1の実施例
におけるDQ変換における処理を説明するためのフロー
チャートである。
めのブロック線図であり、図2は本発明の第1の実施例
におけるDQ変換における処理を説明するためのフロー
チャートである。
【0025】図1に示すブロック線図は、前記図14に
おいて電流ループの遅れの項17に補正項18を接続す
るものである。図1において、一点鎖線を境として電源
側は制御系を示し、モータ側はモータ検出器系を示して
いる。各d相およびq相において、制御系では積分ゲイ
ンK1を持つ積分項11,12と比例ゲインK2を持つ
比例項13,14を備え、モータ検出器系ではモータ側
の抵抗分Rとインダクタンス分Lとを備えている。ま
た、各d相,q相は、互いに他の相からの干渉項15,
16を備え、電流ループの遅れの項17および補正項1
8を備えている。
おいて電流ループの遅れの項17に補正項18を接続す
るものである。図1において、一点鎖線を境として電源
側は制御系を示し、モータ側はモータ検出器系を示して
いる。各d相およびq相において、制御系では積分ゲイ
ンK1を持つ積分項11,12と比例ゲインK2を持つ
比例項13,14を備え、モータ検出器系ではモータ側
の抵抗分Rとインダクタンス分Lとを備えている。ま
た、各d相,q相は、互いに他の相からの干渉項15,
16を備え、電流ループの遅れの項17および補正項1
8を備えている。
【0026】補正項18は、電流ループの遅れ角度Δθ
と同量の角度Δθだけ電流値の位相を遅らせ、その出力
電流id´およびiq´を指令電流id*およびiq*
を減じてフィードバックする。これによって、電流ルー
プの遅れ角度Δθを補正した電気角θeによって、電流
制御を行うことができる。
と同量の角度Δθだけ電流値の位相を遅らせ、その出力
電流id´およびiq´を指令電流id*およびiq*
を減じてフィードバックする。これによって、電流ルー
プの遅れ角度Δθを補正した電気角θeによって、電流
制御を行うことができる。
【0027】なお、電流ループの遅れ角度Δθは、遅れ
角度Δθを時間遅れδと電気角周波数ωeの積によって
求めることができる。
角度Δθを時間遅れδと電気角周波数ωeの積によって
求めることができる。
【0028】図2のフローチャートにおいて、はじめ
に、電流フィードバックにおいて、サーボモータのu,
v相の実電流Iu,およびIvを求める(ステップS
1)。さらに、Iu+Iv+Iw=0の関係を用いて、
Iw=−(Iu+Iv)の演算によってw相の実電流I
wを求める(ステップS2)。また、ロータ位置検出器
の出力からロータの電気角θeを求める(ステップS
3)。
に、電流フィードバックにおいて、サーボモータのu,
v相の実電流Iu,およびIvを求める(ステップS
1)。さらに、Iu+Iv+Iw=0の関係を用いて、
Iw=−(Iu+Iv)の演算によってw相の実電流I
wを求める(ステップS2)。また、ロータ位置検出器
の出力からロータの電気角θeを求める(ステップS
3)。
【0029】次に、サーボモータの電流ループの遅れ角
度Δθを求め、この角度Δθを補正角とする。この電流
ループの遅れ角度Δθは、電流ループの遅れ時間δとロ
ータの電気角速度ωeとの積によって求めることができ
る。電流ループの遅れ時間δは、サーボモータにおい
て、電圧指令(PWM指令)が出力されてから、実際に
電圧が有効にモータ巻き線に反映されるまで時間、およ
び実際に電流が流れてから、A/Dコンバータを経てサ
ーボソフトが電流を読み込むまでの実電流の検出に要す
る時間であって、サーボモータに固有の値であるため、
サーボモータが持つ特性値としてあらかじめ求めてお
く。一方、ロータの電気角速度ωeは、ロータ位置検出
器の出力から回転速度に応じて求めることができる(ス
テップS4)。
度Δθを求め、この角度Δθを補正角とする。この電流
ループの遅れ角度Δθは、電流ループの遅れ時間δとロ
ータの電気角速度ωeとの積によって求めることができ
る。電流ループの遅れ時間δは、サーボモータにおい
て、電圧指令(PWM指令)が出力されてから、実際に
電圧が有効にモータ巻き線に反映されるまで時間、およ
び実際に電流が流れてから、A/Dコンバータを経てサ
ーボソフトが電流を読み込むまでの実電流の検出に要す
る時間であって、サーボモータに固有の値であるため、
サーボモータが持つ特性値としてあらかじめ求めてお
く。一方、ロータの電気角速度ωeは、ロータ位置検出
器の出力から回転速度に応じて求めることができる(ス
テップS4)。
【0030】次に、ステップS3で求めたロータの電気
角θeから、ステップS4で求めた補正角Δθを減じて
得たθe´を新たな補正した電気角θeとする(ステッ
プS5)。
角θeから、ステップS4で求めた補正角Δθを減じて
得たθe´を新たな補正した電気角θeとする(ステッ
プS5)。
【0031】次に、次式(1)で示されるような、3相
交流電流から2相の直流電流を求めるDQ変換によっ
て、d相,q相の電流Id,Iqを求める。
交流電流から2相の直流電流を求めるDQ変換によっ
て、d相,q相の電流Id,Iqを求める。
【0032】
【数1】 この式(1)におけるθeは、前記ステップS4で補正
した電気角θeを用いることによって、電流ループの遅
れ時間Δθ分を補償することができる(ステップS
6)。
した電気角θeを用いることによって、電流ループの遅
れ時間Δθ分を補償することができる(ステップS
6)。
【0033】この補正したd相,q相の電流Id,Iq
をd相およびq相の各相指令値から減じてd相,q相の
電流偏差を求め、この電流偏差を電流制御器において比
例・積分制御を行って、d相指令電圧Vdおよびq相指
令電圧Vqを求める(ステップS7)。さらに、2相電
圧から3相電圧に変換する手段において、次式(2)で
示されるような、2相直流電圧から3相の交流電圧を求
めるDQ変換によって、U,V,W相の指令電圧Vu,
Vv,Vwを求め(ステップS8)、この指令電圧を電
力増幅器に出力してインバータ等でサーボモータの各相
に対して電流Iu,Iv,Iwを流してサーボモータの
制御を行う。
をd相およびq相の各相指令値から減じてd相,q相の
電流偏差を求め、この電流偏差を電流制御器において比
例・積分制御を行って、d相指令電圧Vdおよびq相指
令電圧Vqを求める(ステップS7)。さらに、2相電
圧から3相電圧に変換する手段において、次式(2)で
示されるような、2相直流電圧から3相の交流電圧を求
めるDQ変換によって、U,V,W相の指令電圧Vu,
Vv,Vwを求め(ステップS8)、この指令電圧を電
力増幅器に出力してインバータ等でサーボモータの各相
に対して電流Iu,Iv,Iwを流してサーボモータの
制御を行う。
【0034】
【数2】 (本発明の第2の実施例)本発明の第2の実施例は、2
相電圧から3相電圧を求めるDQ座標系から3相への座
標変換において、位相角に補正角を加えることにより位
相角を補正して電流ループの遅れを補償するものであ
る。
相電圧から3相電圧を求めるDQ座標系から3相への座
標変換において、位相角に補正角を加えることにより位
相角を補正して電流ループの遅れを補償するものであ
る。
【0035】図3は本発明の第2の実施例を説明するた
めのブロック線図であり、図4は本発明の第2の実施例
におけるDQ変換における処理を説明するためのフロー
チャートである。
めのブロック線図であり、図4は本発明の第2の実施例
におけるDQ変換における処理を説明するためのフロー
チャートである。
【0036】図3に示すブロック線図は、前記図14に
おいて積分項11,12とモータ側との間に補正項19
を接続する。補正項19以外の構成は図14と同様であ
り、また、図1の構成とは補正項18以外の構成と同様
であるため、共通する構成の説明は省略する。
おいて積分項11,12とモータ側との間に補正項19
を接続する。補正項19以外の構成は図14と同様であ
り、また、図1の構成とは補正項18以外の構成と同様
であるため、共通する構成の説明は省略する。
【0037】補正項19は、電流ループの遅れ角度Δθ
と同量の角度Δθだけ電圧の位相を進めた電圧値Vd,
およびVqをモータ側に供給する。これによって、電流
ループの遅れ角度Δθを補正した電気角θeによって、
電流制御を行うことができる。
と同量の角度Δθだけ電圧の位相を進めた電圧値Vd,
およびVqをモータ側に供給する。これによって、電流
ループの遅れ角度Δθを補正した電気角θeによって、
電流制御を行うことができる。
【0038】なお、電流ループの遅れ角度Δθは、第1
の実施例と同様に遅れ角度Δθを時間遅れδと電気角周
波数ωeの積によって求めることができる。
の実施例と同様に遅れ角度Δθを時間遅れδと電気角周
波数ωeの積によって求めることができる。
【0039】図4のフローチャートにおいて、前記第1
の実施例におけるステップS1からステップS3と同様
にして、電流フィードバックにおいて、サーボモータの
u,v相の実電流Iu,およびIvを求め(ステップS
11)、Iw=−(Iu+Iv)の演算によってw相の
実電流Iwを求め(ステップS12)、ロータの電気角
θeを求める(ステップS13)。
の実施例におけるステップS1からステップS3と同様
にして、電流フィードバックにおいて、サーボモータの
u,v相の実電流Iu,およびIvを求め(ステップS
11)、Iw=−(Iu+Iv)の演算によってw相の
実電流Iwを求め(ステップS12)、ロータの電気角
θeを求める(ステップS13)。
【0040】次に、次式(1)によって、3相交流電流
から2相の直流電流を求めるDQ変換によって、実電流
Iu,Iv,Iwからd相,q相の電流Id,Iqを求
める。この式(1)におけるθeは、ステップS3で求
めた電気角θeを用いる(ステップS14)。
から2相の直流電流を求めるDQ変換によって、実電流
Iu,Iv,Iwからd相,q相の電流Id,Iqを求
める。この式(1)におけるθeは、ステップS3で求
めた電気角θeを用いる(ステップS14)。
【0041】求めたd相,q相の電流Id,Iqをd相
およびq相の各相指令値から減じてd相,q相の電流偏
差を求め、この電流偏差を電流制御器において比例・積
分制御を行って、d相指令電圧Vdおよびq相指令電圧
Vqを求める(ステップS15)。次に、サーボモータ
の電流ループの遅れ角度Δθを求め、この角度Δθを補
正角とする。この電流ループの遅れ角度Δθは、前記ス
テップS4と同様にして電流ループの遅れ時間δとロー
タの電気角速度ωeとの積によって求める。また、各電
流ループの遅れ時間δとロータの電気角速度ωeについ
ても、前記ステップS4と同様にして求めることができ
る(ステップS16)。
およびq相の各相指令値から減じてd相,q相の電流偏
差を求め、この電流偏差を電流制御器において比例・積
分制御を行って、d相指令電圧Vdおよびq相指令電圧
Vqを求める(ステップS15)。次に、サーボモータ
の電流ループの遅れ角度Δθを求め、この角度Δθを補
正角とする。この電流ループの遅れ角度Δθは、前記ス
テップS4と同様にして電流ループの遅れ時間δとロー
タの電気角速度ωeとの積によって求める。また、各電
流ループの遅れ時間δとロータの電気角速度ωeについ
ても、前記ステップS4と同様にして求めることができ
る(ステップS16)。
【0042】次に、ステップS13で求めたロータの電
気角θeに、ステップS16で求めた補正角Δθを加え
て得たθe´を新たな補正した電気角θeとする(ステ
ップS17)。
気角θeに、ステップS16で求めた補正角Δθを加え
て得たθe´を新たな補正した電気角θeとする(ステ
ップS17)。
【0043】さらに、2相電圧から3相電圧に変換する
手段において、式(2)で示されるような、2相直流電
圧から3相の交流電圧を求めるDQ変換によって、U,
V,W相の指令電圧Vu,Vv,Vwを求め(ステップ
S18)、この指令電圧を電力増幅器に出力してインバ
ータ等でサーボモータの各相に対して電流Iu,Iv,
Iwを流してサーボモータの制御を行う。
手段において、式(2)で示されるような、2相直流電
圧から3相の交流電圧を求めるDQ変換によって、U,
V,W相の指令電圧Vu,Vv,Vwを求め(ステップ
S18)、この指令電圧を電力増幅器に出力してインバ
ータ等でサーボモータの各相に対して電流Iu,Iv,
Iwを流してサーボモータの制御を行う。
【0044】図5は、本発明の実施例を適用したサーボ
モータ制御系のブロック図である。この構成は従来のデ
ジタルサーボ制御を行う装置と同一であるため、概略的
に示している。図5において、20はコンピュータを内
蔵した数値制御装置(CNC)、21は共有RAM、2
2はプロセッサ(CPU),RON,RAM等を有する
デジタルサーボ回路、23はトランジスタインバータ等
の電力増幅器、MはACサーボモータ、24はACサー
ボモータMの回転とともにパルスを発生するエンコー
ダ、25はロータ位相を検出するためのロータ位置検出
器である。
モータ制御系のブロック図である。この構成は従来のデ
ジタルサーボ制御を行う装置と同一であるため、概略的
に示している。図5において、20はコンピュータを内
蔵した数値制御装置(CNC)、21は共有RAM、2
2はプロセッサ(CPU),RON,RAM等を有する
デジタルサーボ回路、23はトランジスタインバータ等
の電力増幅器、MはACサーボモータ、24はACサー
ボモータMの回転とともにパルスを発生するエンコー
ダ、25はロータ位相を検出するためのロータ位置検出
器である。
【0045】(実施例の結果例)次に、本発明の制御方
式を適用した場合の結果例を示す。図6,図7,図8,
および図9は、q相のステップ応答についてそれぞれ停
止時、4000rpm時で電流ループの遅れ補償を行わ
なかった場合、6000rpm時で電流ループの遅れ補
償を行わなかった場合、6000rpm時で電流ループ
の遅れ補償を行った場合について示している。なお、図
9における電流ループの遅れ補償は、位相る進めること
によって行っている。
式を適用した場合の結果例を示す。図6,図7,図8,
および図9は、q相のステップ応答についてそれぞれ停
止時、4000rpm時で電流ループの遅れ補償を行わ
なかった場合、6000rpm時で電流ループの遅れ補
償を行わなかった場合、6000rpm時で電流ループ
の遅れ補償を行った場合について示している。なお、図
9における電流ループの遅れ補償は、位相る進めること
によって行っている。
【0046】図6,図7に示すように、停止時および低
速回転時(4000rpm時)では電流ループの遅れに
よる制御系の不安定性は見られないが、高速回転時(6
000rpm時)では電流ループの遅れによって制御系
が不安定となり、d相とq相の電流が発振する。
速回転時(4000rpm時)では電流ループの遅れに
よる制御系の不安定性は見られないが、高速回転時(6
000rpm時)では電流ループの遅れによって制御系
が不安定となり、d相とq相の電流が発振する。
【0047】これに対して、本発明の制御方式を適用し
た場合には、高速回転時(6000rpm時)において
も、電流ループの遅れによる制御系の不安定性は見られ
ない。
た場合には、高速回転時(6000rpm時)において
も、電流ループの遅れによる制御系の不安定性は見られ
ない。
【0048】また、本発明の制御方式を適用した場合の
トルクカーブについて、図10,図11に示す。図11
は、位相補償を行わない場合の回転数(rpm)に対す
るトルク値(kgcm)を示している。なお、図11中
の4000rpm付近の特性は、オーバーシュートを示
している。
トルクカーブについて、図10,図11に示す。図11
は、位相補償を行わない場合の回転数(rpm)に対す
るトルク値(kgcm)を示している。なお、図11中
の4000rpm付近の特性は、オーバーシュートを示
している。
【0049】これに対して、図10は、位相補償を行っ
た場合の回転数(rpm)に対するトルク値(kgc
m)を示している。なお、図10の(a)の横軸は図1
1と同じレンジであり、図10の(b)は横軸の回転数
のレンジを変更して高回転数の領域まで示している。
た場合の回転数(rpm)に対するトルク値(kgc
m)を示している。なお、図10の(a)の横軸は図1
1と同じレンジであり、図10の(b)は横軸の回転数
のレンジを変更して高回転数の領域まで示している。
【0050】図10の(a)と図11とを比較すると、
例えば3000rpmの回転数では、補償を行わない場
合には110kgcmのトルクが出力されるのに対し
て、本発明の制御方式によって補償を行った場合には1
20kgcmのトルクを出力することができる。
例えば3000rpmの回転数では、補償を行わない場
合には110kgcmのトルクが出力されるのに対し
て、本発明の制御方式によって補償を行った場合には1
20kgcmのトルクを出力することができる。
【0051】また、発明の制御方式を適用することによ
って、オーバーシュートが発生する回転数を4000r
pm付近から7000rpm付近にまで高めることがで
きる。
って、オーバーシュートが発生する回転数を4000r
pm付近から7000rpm付近にまで高めることがで
きる。
【0052】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電流ループにおける遅れを補償することができるサーボ
モータの電流制御方式を提供することができる。
電流ループにおける遅れを補償することができるサーボ
モータの電流制御方式を提供することができる。
【図1】本発明の第1の実施例を説明するためのブロッ
ク線図である。
ク線図である。
【図2】本発明の第1の実施例におけるDQ変換におけ
る処理を説明するためのフローチャートである。
る処理を説明するためのフローチャートである。
【図3】本発明の第2の実施例を説明するためのブロッ
ク線図である。
ク線図である。
【図4】本発明の第2の実施例におけるDQ変換におけ
る処理を説明するためのフローチャートである。
る処理を説明するためのフローチャートである。
【図5】本発明の実施例を適用したサーボモータ制御系
のブロック図である。
のブロック図である。
【図6】停止時におけるq相のステップ応答である。
【図7】4000rpm時で電流ループの遅れ補償を行
わなかった場合のq相のステップ応答である。
わなかった場合のq相のステップ応答である。
【図8】6000rpm時で電流ループの遅れ補償を行
わなかった場合のq相のステップ応答である。
わなかった場合のq相のステップ応答である。
【図9】6000rpm時で電流ループの遅れ補償を行
った場合のq相のステップ応答である。
った場合のq相のステップ応答である。
【図10】位相補償を行わない場合のトルクカーブであ
る。
る。
【図11】本発明の制御方式を適用した場合のトルクカ
ーブである。
ーブである。
【図12】従来から行われているACサーボモータの制
御系のブロック線図である。
御系のブロック線図である。
【図13】ACサーボモータをDQ変換により制御する
ブロック線図である。
ブロック線図である。
【図14】DQ変換されるACサーボモータを説明する
ためのブロック線図である。
ためのブロック線図である。
【図15】ACサーボモータの位相状態をd−q座標で
示したものである。
示したものである。
【図16】電流ループの遅れと制系の極位置の関係を示
す図である。
す図である。
【図17】電流制御における不安定な制御による実電流
の発振状態を示す図である。
の発振状態を示す図である。
1 位置制御 2 速度制御 3 電流制御 4 サーボモータ 5d,5q 電流制御器 6 電力増幅器 7 ロータ位相 8 2相電圧から3相電圧へ変換する手段 9 3相電流から2相電流へ変換する手段 11,12 積分項 13,14 比例項 15,16 干渉項 17 電流ループの遅れ項 18,19 補正項
Claims (4)
- 【請求項1】 DQ変換で制御されるサーボモータの電
流制御において、電流ループの遅れに相当する角度を求
めて補正角とし、前記補正角を用いて位相角を補正し、
前記補正した位相角を用いて座標変換を行うことを特徴
とするサーボモータの電流制御方式。 - 【請求項2】 前記位相角から補正角を差し引いた角度
を、3相からDQ座標系への座標変換における位相角と
することを特徴とする請求項1記載のサーボモータの電
流制御方式。 - 【請求項3】 前記位相角に補正角を加えた角度を、D
Q座標系から3相への座標変換における位相角とするこ
とを特徴とする請求項1記載のサーボモータの電流制御
方式。 - 【請求項4】 前記補正角は、電流ループの遅れ時間と
電気角速度の積であることを特徴とする請求項1,2,
又は3記載のサーボモータの電流制御方式。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7186703A JPH0923700A (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | サーボモータの電流制御方式 |
| US08/671,875 US5726545A (en) | 1995-06-30 | 1996-06-28 | Current controlling method for servo motor |
| EP96304857A EP0751613B1 (en) | 1995-06-30 | 1996-07-01 | Current controlling method for servo motor |
| DE69606103T DE69606103T2 (de) | 1995-06-30 | 1996-07-01 | Verfahren zur Steuerung des Stroms eines Servomotors |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7186703A JPH0923700A (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | サーボモータの電流制御方式 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0923700A true JPH0923700A (ja) | 1997-01-21 |
Family
ID=16193162
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7186703A Pending JPH0923700A (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | サーボモータの電流制御方式 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5726545A (ja) |
| EP (1) | EP0751613B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0923700A (ja) |
| DE (1) | DE69606103T2 (ja) |
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| DE102015013769A1 (de) | 2014-10-31 | 2016-05-25 | Fanuc Corporation | Motorregelvorrichtung zum Regeln einer Stromphase in dq/Dreiphasen-Koordinaten |
| JP2023023650A (ja) * | 2021-08-05 | 2023-02-16 | 日産自動車株式会社 | 回転電機制御方法及び回転電機制御システム |
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| JP4678129B2 (ja) * | 2001-07-04 | 2011-04-27 | 三菱電機株式会社 | サーボ制御システム及びその設定方法 |
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| JP5328592B2 (ja) * | 2009-10-02 | 2013-10-30 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | モータ駆動装置 |
| KR101891276B1 (ko) * | 2016-05-10 | 2018-10-01 | 알에스오토메이션주식회사 | 속도 제어 장치 |
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|---|---|---|---|---|
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| US4701839A (en) * | 1984-11-09 | 1987-10-20 | International Cybernetic Corporation | Sampled data servo control system with field orientation |
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| JPH0349588A (ja) * | 1989-07-14 | 1991-03-04 | Omron Corp | 離散時間型acモータ制御装置 |
| JPH0530485U (ja) * | 1991-09-28 | 1993-04-23 | 光洋精工株式会社 | ベーンポンプ |
| JPH05336789A (ja) * | 1992-06-01 | 1993-12-17 | Fanuc Ltd | モータの制御方式 |
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1995
- 1995-06-30 JP JP7186703A patent/JPH0923700A/ja active Pending
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1996
- 1996-06-28 US US08/671,875 patent/US5726545A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-07-01 EP EP96304857A patent/EP0751613B1/en not_active Expired - Lifetime
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