JPH11122965A - 電動機制御装置 - Google Patents

電動機制御装置

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JPH11122965A
JPH11122965A JP9299557A JP29955797A JPH11122965A JP H11122965 A JPH11122965 A JP H11122965A JP 9299557 A JP9299557 A JP 9299557A JP 29955797 A JP29955797 A JP 29955797A JP H11122965 A JPH11122965 A JP H11122965A
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賢一 関岡
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価なD/A変換器と簡単な回路を使用し
て制御分解能の大きな制御系を実現する電動機制御装置
を提供する。 【解決手段】ディジタルの電流指令を出力するCPU1
と、電流指令をアナログ信号に変換するD/A変換器2
と、その信号を受けて電流指令に応じた電流を電動機に
供給するパワーアンプ5と、CPU1とパワーアンプ5
の間に設けた信号の圧縮・伸長手段とを備えた電動機制
御装置において、信号の圧縮・伸長手段は複数のアナロ
グスイッチ31、32とオペアンプ43からなり、CP
U1の電流指令(またはトルク指令)が所定のしきい値
をクロスするとアナログスイッチ31、32を切替えて
オペアンプ43の利得を切替えるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電動機を駆動する
電動機制御装置に係わり、特にCPUの電流指令をD/
A変換器でアナログ信号に変換した後、パワーアンプを
介して電動機に電力を供給し、電動機の位置と速度、ト
ルクまたは推力の制御を行う電動機制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の電動機制御装置の1つに、量産さ
れている安価なD/A変換器を使用しつつ制御分解能の
大きな制御系を実現するものがあり、特開平5−227
773号公報に開示されている。その従来技術について
図3を用いて説明する。図3は、上記従来技術の電動機
制御装置を含む電動機制御系のブロック図である。図に
おいて、CPU10は、予め指令された指令位置に可動
テーブル等を移動させるため、一定周期毎に対数変換器
11を介してディジタルの速度指令をD/A変換器12
に出力する。12はパルスジェネレータ71のパルスを
カウントし、電動機60の現在位置を検出する可逆カウ
ンタであり、その信号をCPU10が必要なときに読み
込んで指令位置と現在位置との偏差を演算する。そし
て、この偏差に比例した速度指令をCPU10が出力す
ることにより、位置制御ループを安定なものとしてい
る。対数変換器11はCPU10のディジタルの速度指
令を対数変換し、入力する速度指令が大きくなる程、そ
の速度指令を圧縮して出力する。圧縮された速度指令は
D/A変換器20を介してアナログ信号に変換され、逆
対数変換器21によって対数変換器30と逆の変換が行
われる。逆対数変換器21によって、入力する速度指令
が大きくなる程、その速度指令が伸張され、CPU10
の速度指令に対応したアナログ信号に戻される。このよ
うに、速度指令が圧縮されてD/A変換されるため、D
/A変換器20のビット数を大幅に削減することができ
る。次に減算器22によって逆対数変換器21の信号と
タコジェネレータ70の信号の差が求められ、ドライブ
回路50に出力されると、信号が増幅されて電動機20
に電力が供給され、駆動される。この従来例は、D/A
変換器20の前段に対数変換器11が設けられ、D/A
変換器20の後段に逆対数変換器21が設けられている
点が特徴であり、量産されている比較的ビット数の少な
い安価なD/A変換器を使用して速度分解能の大きな制
御系を実現することができるというものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところが従来の装置
は、速度ループがアナログ回路で構成されているため、
振動や負荷変動等の問題が生じた際に用いる制振制御・
オブザーバ等の制御方式が容易に組み込めないという問
題がある。そこで本発明の目的は、制振制御・オブザー
バ等の制御方式が容易に組み込め、速度ループがディジ
タル回路で構成されている場合においても、量産されて
いる安価なD/A変換器を使用して制御分解能の大きな
制御系を実現することができる電動機制御装置を提供す
ることを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明は、界磁極にあった各相の電流指令を演算し
てディジタルの電流指令を出力するCPUと、該電流指
令をアナログ信号に変換するD/A変換器と、該D/A
変換器の信号を受けて前記電流指令に応じた電流を電動
機に供給するパワーアンプと、前記CPUと前記パワー
アンプの間に設けられた信号の圧縮・伸長手段と、を備
えて前記電動機を制御する電動機制御装置において、前
記信号の圧縮・伸長手段は複数のアナログスイッチとオ
ペアンプからなり、前記CPUの電流指令が所定のしき
い値をクロスすると前記アナログスイッチを切替え、前
記オペアンプの利得を切替えることを特徴としたのであ
る。また、CPUの電流指令をトルク指令に代えて、C
PUのトルク指令が所定のしきい値をクロスするとアナ
ログスイッチを切替え、オペアンプの利得を切替えるこ
とを特徴としたのである。本発明によれば、CPUのト
ルク(推力)指令がしきい値を越えると、即ちD/A変
換器で電流指令が出力できなくなるとトルク(推力)指
令を1/ゲイン(圧縮)とし、外部のオペアンプ回路の
入力信号をゲイン倍(伸張)する方にCPUよりアナロ
グスイッチを切り換え、CPUで演算された電流指令に
対応した信号に戻すため、同一のD/A変換器を用いる
場合は、電流制御分解能を上げることができ、同一の制
御分解能でよい場合は、D/A変換器のビット数が少な
いより安価のD/A変換器を用いることができ、また、
電流指令の圧縮/伸張であるので、速度ループがディジ
タルで構成することができ制振制御・オブザーバ等の制
御方式が容易に組み込むことができる。
【0005】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図に基
づいて説明する。図1は本発明の電動機制御装置を含む
電動機制御系のブロック図であり、電動機が3相のもの
を示している。図において、電動機6で可動テーブル等
を予め指令された指令位置に移動させるべく、CPU1
が一定周期毎にディジタルの電流指令をD/A変換器2
に出力する。CPU1内では、位置ループと速度ループ
が構成され、速度ループの出力であるトルク指令、すな
わち推力指令が演算される。そして、リニアスケール等
の位置センサ7の信号を現在位置として取り込み、予め
メモリに用意されたSINテーブルを参照して電動機6
の界磁極にあった各相の電流指令が演算される。圧縮さ
れたCPU1の電流指令は、アナログスイッチ3とOP
アンプ回路4により元の電流指令に伸張される。パワー
アンプ5は、各相の電流を電流センサが検出し、その信
号をフィードバックして電流ループが構成されている。
OPアンプ回路4の出力である電流指令をパワーアンプ
5に入力すると、パワー変換されて電力が電動機6に供
給され、電動機6の位置と速度、電流が制御される。次
に、本発明の主要部である電流の分解能をあげる手段に
ついて図2を用いて詳述する。図2は、図1のアナログ
スイッチ3とOPアンプ回路4の詳細を示す図であり、
電動機6の1相分の回路を示している。簡単のために、
±15ビット(±32768)、±5V/フルスケール
(以下、FSとする)のD/A変換器を±13ビット
(±8192)相当で用い、パワーアンプ5のゲインを
1A/Vとした例を示す。推力指令データが8191よ
り大きい時(以下、ゲインハイとする)、即ち±13ビ
ットのD/A変換器で出力できなくなると、CPU1で
推力指令データを1/16倍してD/A変換器2に出力
する。その際、第1のアナログスイッチ31をCPU1
の切換信号により選択する。第1のアナログスイッチ3
1を選択すると第1の系統8(ゲイン16倍)が電流指
令の流れとなる。推力指令データが8192の時、推力
指令データは512(=8192/16)とされ、D/
A変換器2の出力は78.125mV(=5V×512
/32768)、OPアンプ回路4の出力信号は1.2
5V(=78.125mV×16)となり、パワーアン
プ5でパワー変換された後、1.25A(=1.25V
×1)の電流が電動機6に供給される。推力指令データ
が65536の時、推力指令データは4096(=65
536/16)とされ、D/A変換器2の出力は625
mV(=5V×4096/32768)、OPアンプ回
路4の出力信号は10V(=625mV×16)とな
り、パワーアンプ5でパワー変換された後、10A(=
10V×1)の定格電流が電動機6に供給される。一
方、推力指令データが4096より小さい時(以下、ゲ
インローとする)、即ち±13ビットのD/A変換器で
余裕を持って電流指令が出力できるようになると、CP
U1より推力指令データをそのまま、すなわち1倍のま
まD/A変換器2に出力する。その際、第2のアナログ
スイッチ32をCPU1の切換信号により選択する。第
2のアナログスイッチ32を選択するとOPアンプ回路
4の第2の系統9(ゲイン1倍)が電流指令の流れとな
る。推力指令データが4096の時、推力指令データは
4096(=4096×1)としてD/A変換器2に入
力され、D/A変換器2の出力は625mV(=5V×
4096/32768)、OPアンプ回路4の出力信号
は625mV(=625mV×1)となり、パワーアン
プ5でパワー変換された後、625mA(=625mV
×1)の電流が電動機6に供給される。推力指令データ
が最小値1の時、推力指令データは1(=1×1)とし
てD/A変換器2に入力され、D/A変換器2の出力は
0.15mV(=5V/32768)、OPアンプ回路
4の出力信号は0.15mV(=0.15mV×1)と
なり、パワーアンプ5でパワー変換された後、0.15
mA(=0.15mV×1)の電流が電動機6に供給さ
れる。OPアンプ回路4のゲイン比は、ゲインハイ:ゲ
インロー=16:1となるよう抵抗が実装されている。
推力指令データがゲインハイとゲインローの中間の値
(4097〜8191)のときは、指令切換ゲインは前
の状態を維持し、この幅をヒステリシス幅としている。
よって、あるしきい値(本実施例では推力指令データ4
096、8192)でゲインハイ:ゲインロー=16:
1の比率で切換を行うことにより、電流制御範囲は、
0.15mA:10A=1:66666となる。ここに
OPアンプ回路の出力電圧制限等の制約条件がなけれ
ば、電流制御範囲は1:133333まで可能である。
なお、切換を行わない場合の電流制御範囲は、0.15
mA:1.25A=1:8333である。ゲインハイ:
ゲインローの比率は、OPアンプ回路4の抵抗比とソフ
トウェアにより、必要に応じて簡単に自由に設定でき、
基本的に切換を行わない場合に比べてこの比率倍で電流
制御範囲を広げることが可能である。
【0006】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、同
一のD/A変換器を用いる場合は電流制御の分解能を上
げることができ、電流制御の分解能が同じでよい場合は
D/A変換器のビット数が少ないより安価のD/A変換
器を用いることができ、高い性能の制御装置を安価に提
供できるという効果がある。また、電流指令の圧縮と伸
張をするので、速度ループをディジタル回路で構成する
ことができ、制振制御やオブザーバ等の制御方式を容易
に組み込むことができる電動機制御装置を提供すること
ができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電動機制御装置を含む電動機制御系の
ブロック図である。
【図2】本発明の電動機制御装置の要部回路の概略図で
ある。
【図3】従来の電動機制御系ブロック図である。
【符号の説明】
1、10 CPU 2、20 D/A変換器 3 アナログスイッチ 31 第1のアナログスイッチ 32 第2のアナログスイッチ 4 OPアンプ回路 43 オペアンプ 5 パワーアンプ 6、60 電動機 7、71 位置センサ 8 第1の系統 9 第2の系統 11 対数変換器 12 可逆カウンタ 21 逆対数変換器 22 減算器 50 ドライブ回路 70 タコゼネレータ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】界磁極にあった各相の電流指令を演算して
    ディジタルの電流指令を出力するCPUと、 該電流指令をアナログ信号に変換するD/A変換器と、 該D/A変換器の信号を受けて前記電流指令に応じた電
    流を電動機に供給するパワーアンプと、 前記CPUと前記パワーアンプの間に設けられた信号の
    圧縮・伸長手段と、を備えて前記電動機を制御する電動
    機制御装置において、 前記信号の圧縮・伸長手段は複数のアナログスイッチと
    オペアンプからなり、前記CPUの電流指令が所定のし
    きい値をクロスすると前記アナログスイッチを切替え、
    前記オペアンプの利得を切替えることを特徴とする電動
    機制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1における前記CPUの前記電流指
    令をトルク指令に代えて、前記CPUのトルク指令が所
    定のしきい値をクロスすると前記アナログスイッチを切
    替え、前記オペアンプの利得を切替えることを特徴とす
    る電動機制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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FR2830996A1 (fr) * 2001-10-15 2003-04-18 Johnson Contr Automotive Elect Procede de regulation d'un moteur electrique et moteur electrique correspondant

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2830996A1 (fr) * 2001-10-15 2003-04-18 Johnson Contr Automotive Elect Procede de regulation d'un moteur electrique et moteur electrique correspondant
WO2003034582A1 (fr) * 2001-10-15 2003-04-24 Johnson Controls Automotive Electronics Procede de regulation d'un moteur electrique et moteur electrique correspondant

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