JP4285161B2 - 同期型ａｃモータのトルクリップル補正方法および装置 - Google Patents
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Description
本発明は、トルク(リニアモータの場合は推力の意味である。以下同様)リップルの存在する同期型ＡＣモータを速度制御する上で非常に重要なトルクリップル補正法とその装置に関するものであり、回転型モータおよびリニアモータどちらにも適用できるものである。
リニアモータの場合は、回転形モータのトルクは推力、トルクリップルは推力リップル、トルク指令は推力指令に相当する。
リニアモータの場合は、回転形モータのトルクは推力、トルクリップルは推力リップル、トルク指令は推力指令に相当する。
従来の技術では、トルクリップルがモータの電気角周波数の整数倍であることに着目して、モータの電気角に合わせて任意の周波数(モータ電気角周波数の整数倍)、任意の振幅、任意の位相の正弦波を作り出し、それをトルクリップル補正量としてトルク指令に足している。（特許文献１参照。）
図２は、従来の技術においてトルクリップルを補正するときに使用するブロック図である。図において１は同期形ＡＣモータ、２はエンコーダ、３は電流制御手段、４はＰＷＭ電力変換装置、５は電流検出手段、６はモータ電気角計算手段、７は第１の周波数・振幅・位相入力手段、８は第１の正弦波計算手段、１２は第１加算手段である。
次に動作を説明する。図２において、電流制御手段３とＰＷＭ電力変換装置４で電流指令Ｉ＊通りにモータ１を駆動する。エンコーダ２は、モータ１の位置posを検出する。モータ１の電流Ｉfbを電流検出手段５で検出する。モータ電気角計算手段６は、モータ位置posからモータ電気角θeを計算する。周波数f・振幅A・位相φ入力手段７では、周波数（モータ電気角周波数の整倍数の倍数）ｆ、振幅A、位相φを自由に選ぶことができ、それらを正弦波計算手段８に入力する。周波数ｆ、振幅A、位相φの値は、例えば一定速度にて１電気角範囲以上の距離を移動したときのトルクデータを読み込み、周波数fの値毎にフーリエ変換の計算を実行し振幅A、位相φの値を求めることができる。正弦波計算手段８は、sinテーブルを備えており、モータ電気角θeと入力された周波数f・振幅A・位相φより式(１)のような正弦波を作る。
A×sin(f×θe -φ) ・・・(１)
ただし、fは正の整数である。
また、この正弦波はｍ個(ｍは自然数)作ることができるので、トルクリップル補正量Ｔcmpは式(２)のようになる。
図２は、従来の技術においてトルクリップルを補正するときに使用するブロック図である。図において１は同期形ＡＣモータ、２はエンコーダ、３は電流制御手段、４はＰＷＭ電力変換装置、５は電流検出手段、６はモータ電気角計算手段、７は第１の周波数・振幅・位相入力手段、８は第１の正弦波計算手段、１２は第１加算手段である。
次に動作を説明する。図２において、電流制御手段３とＰＷＭ電力変換装置４で電流指令Ｉ＊通りにモータ１を駆動する。エンコーダ２は、モータ１の位置posを検出する。モータ１の電流Ｉfbを電流検出手段５で検出する。モータ電気角計算手段６は、モータ位置posからモータ電気角θeを計算する。周波数f・振幅A・位相φ入力手段７では、周波数（モータ電気角周波数の整倍数の倍数）ｆ、振幅A、位相φを自由に選ぶことができ、それらを正弦波計算手段８に入力する。周波数ｆ、振幅A、位相φの値は、例えば一定速度にて１電気角範囲以上の距離を移動したときのトルクデータを読み込み、周波数fの値毎にフーリエ変換の計算を実行し振幅A、位相φの値を求めることができる。正弦波計算手段８は、sinテーブルを備えており、モータ電気角θeと入力された周波数f・振幅A・位相φより式(１)のような正弦波を作る。
A×sin(f×θe -φ) ・・・(１)
ただし、fは正の整数である。
また、この正弦波はｍ個(ｍは自然数)作ることができるので、トルクリップル補正量Ｔcmpは式(２)のようになる。
式(２)のＴcmpをトルクリップル補正量として、トルク指令Ｔ＊に加える。
特開平２００３−８８１５９号公報
しかしながら、トルクリップルには、モータの電気角周波数の整数倍でないものもあり、また、特にリニアモータの場合には磁石のばらつき等によりモータの移動位置に依存したトルクリップルもあり、このようなトルクリップルもモータの電気角周波数の整数倍とならない。
従来の方法では、このようなモータの電気角周波数の整数倍でないトルクリップルは補正できない問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータの電気角周波数の整数倍とならないモータの移動位置に依存したトルクリップル等をなくすトルクリップル補正方法および装置を提供することにある。
従来の方法では、このようなモータの電気角周波数の整数倍でないトルクリップルは補正できない問題があった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータの電気角周波数の整数倍とならないモータの移動位置に依存したトルクリップル等をなくすトルクリップル補正方法および装置を提供することにある。
上記課題を解決するため、本発明は、同期型ＡＣモータのトルクリップル、推力リップルを補正する装置であって、前記同期型ＡＣモータの電気角に合わせて正弦波信号を作り、この正弦波信号を第１の補正量として、トルク指令に加えることを特徴とする同期型ＡＣモータのトルクリップル補正方法において、前記同期型ＡＣモータで移動する機械の特定の移動距離に合わせて正弦波信号を作り、この正弦波信号を第２の補正量としてトルク指令に加えることを特徴とする。
また、前記第２の正弦波信号をｍ個(ｍは自然数)作り、それぞれ独立して各正弦波信号の周波数、振幅、位相を選択し、選択した正弦波信号を合成して補正量とすることを特徴とする。
また、前記同期型ＡＣモータの電気角を計算するモータ電気角計算手段と、ｍ個（ｍは自然数）の正弦波の周波数、振幅、位相を選択する第１の周波数・振幅・位相入力手段と、前記モータ電気角計算手段と前記第１の周波数・振幅・位相入力手段とから合成正弦波信号を生成する第１の正弦波計算手段と、前記第１の正弦波計算手段の出力をトルクリップル補正量として、前記同期型ＡＣモータのトルク指令に加算する第１加算手段とを備えた同期型ＡＣモータのトルクリップルを補正装置において、
前記同期型ＡＣモータの移動量を計算するモータ位置計算手段と、ｍ個（ｍは自然数）の正弦波の周波数、振幅、位相を選択する第２の周波数・振幅・位相入力手段と、前記モータ位置計算手段と周波数・振幅・位相入力手段とから合成正弦波信号を生成する第２の正弦波計算手段と、前記第２の正弦波計算手段の出力をトルクリップル補正量として、前記同期型ＡＣモータのトルク指令に加算する第２加算手段とを備えたことを特徴とする。
また、前記第２の正弦波信号をｍ個(ｍは自然数)作り、それぞれ独立して各正弦波信号の周波数、振幅、位相を選択し、選択した正弦波信号を合成して補正量とすることを特徴とする。
また、前記同期型ＡＣモータの電気角を計算するモータ電気角計算手段と、ｍ個（ｍは自然数）の正弦波の周波数、振幅、位相を選択する第１の周波数・振幅・位相入力手段と、前記モータ電気角計算手段と前記第１の周波数・振幅・位相入力手段とから合成正弦波信号を生成する第１の正弦波計算手段と、前記第１の正弦波計算手段の出力をトルクリップル補正量として、前記同期型ＡＣモータのトルク指令に加算する第１加算手段とを備えた同期型ＡＣモータのトルクリップルを補正装置において、
前記同期型ＡＣモータの移動量を計算するモータ位置計算手段と、ｍ個（ｍは自然数）の正弦波の周波数、振幅、位相を選択する第２の周波数・振幅・位相入力手段と、前記モータ位置計算手段と周波数・振幅・位相入力手段とから合成正弦波信号を生成する第２の正弦波計算手段と、前記第２の正弦波計算手段の出力をトルクリップル補正量として、前記同期型ＡＣモータのトルク指令に加算する第２加算手段とを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、モータの電気角周波数の整数倍とならないモータの移動位置に依存したトルクリップル等をなくすトルクリップル補正方法および装置を提供することができる。にある。これによりＡＣサーボモータの速度制御性能をさらに向上させることができる。
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、本発明のトルクリップルを補正するときに使用するブロック図である。図において１は同期形ＡＣモータ、２はエンコーダ、３は電流制御手段、４はＰＷＭ電力変換装置、５は電流検出手段、６はモータ電気角計算手段、７は第１の周波数・振幅・位相入力手段、８は第１の正弦波計算手段、９はモータ位置計算手段、１０は第２の周波数・振幅・位相入力手段、１１は第２の正弦波計算手段、１２は第１加算手段、１３は第２加算手段である。
次に動作を説明する。電流制御手段３とＰＷＭ電力変換装置４で電流指令Ｉ＊通りにモータ１を駆動する。エンコーダ２は、モータ１の位置posを検出する。モータ１の電流Ｉfbを電流検出手段５で検出する。モータ電気角計算手段６は、モータ位置posからモータ電気角θeを計算する。周波数f・振幅A・位相φ入力手段７では、周波数(モータ電気角周波数の整数倍)・振幅・位相を自由に選ぶことができ、それらを第１の正弦波計算手段８に入力する。第１の正弦波計算手段８は、sinテーブルを備えており、モータ電気角θeと入力された周波数f・振幅A・位相φより式(３)のような正弦波を作る。
A×sin(f×θe -φ) ・・・(３)
ただし、fは正の整数である。
また、この第１の正弦波はｍ個(ｍは自然数)作ることができるので、トルクリップル補正量Ｔcmp1は式(４)のようになる。
次に動作を説明する。電流制御手段３とＰＷＭ電力変換装置４で電流指令Ｉ＊通りにモータ１を駆動する。エンコーダ２は、モータ１の位置posを検出する。モータ１の電流Ｉfbを電流検出手段５で検出する。モータ電気角計算手段６は、モータ位置posからモータ電気角θeを計算する。周波数f・振幅A・位相φ入力手段７では、周波数(モータ電気角周波数の整数倍)・振幅・位相を自由に選ぶことができ、それらを第１の正弦波計算手段８に入力する。第１の正弦波計算手段８は、sinテーブルを備えており、モータ電気角θeと入力された周波数f・振幅A・位相φより式(３)のような正弦波を作る。
A×sin(f×θe -φ) ・・・(３)
ただし、fは正の整数である。
また、この第１の正弦波はｍ個(ｍは自然数)作ることができるので、トルクリップル補正量Ｔcmp1は式(４)のようになる。
式(４)のＴcmp1を第１のトルクリップル補正量として、トルク指令Ｔ＊に加える。以上までは、従来の方法と共通である。
本発明では、さらに、以下の第２のトルクリップル補正量を作成するブロックを追加した部分である９，１０，１１，１３が従来の技術と相違する部分である。第２のトルクリップル補正処理では、モータの特定の移動範囲に対してトルクリップル補正処理を実施する。
このため、モータ位置計算手段９は、モータ位置posから前述の特定の移動範囲Ｌ内でのモータ位置Ｌeを計算する。周波数f・振幅A・位相φ入力手段１０では、周波数(モータの特定の距離の移動を１周期とする周波数の整数倍の倍数)・振幅・位相を自由に選ぶことができ、それらを第２の正弦波計算手段１１に入力する。周波数ｆ、振幅A、位相φの値は、例えば一定速度にて上記特定の距離以上の範囲を移動したときのトルクデータを読み込み、周波数fの値毎にフーリエ変換の計算を実行し振幅A、位相φの値を求めることができる。第２の正弦波計算手段８は、sinテーブルを備えており、モータ位置Ｌeと入力された周波数f・振幅A・位相φより式(５)のような正弦波を作る。
A×sin(f×（Ｌe／Ｌ）×２π −φ) ・・・(５)
ただし、fは正の整数である。
また、この第２の正弦波はｋ個(ｋは自然数)作ることができるので、トルクリップル補正量Ｔcmp２は式(６)のようになる。
本発明では、さらに、以下の第２のトルクリップル補正量を作成するブロックを追加した部分である９，１０，１１，１３が従来の技術と相違する部分である。第２のトルクリップル補正処理では、モータの特定の移動範囲に対してトルクリップル補正処理を実施する。
このため、モータ位置計算手段９は、モータ位置posから前述の特定の移動範囲Ｌ内でのモータ位置Ｌeを計算する。周波数f・振幅A・位相φ入力手段１０では、周波数(モータの特定の距離の移動を１周期とする周波数の整数倍の倍数)・振幅・位相を自由に選ぶことができ、それらを第２の正弦波計算手段１１に入力する。周波数ｆ、振幅A、位相φの値は、例えば一定速度にて上記特定の距離以上の範囲を移動したときのトルクデータを読み込み、周波数fの値毎にフーリエ変換の計算を実行し振幅A、位相φの値を求めることができる。第２の正弦波計算手段８は、sinテーブルを備えており、モータ位置Ｌeと入力された周波数f・振幅A・位相φより式(５)のような正弦波を作る。
A×sin(f×（Ｌe／Ｌ）×２π −φ) ・・・(５)
ただし、fは正の整数である。
また、この第２の正弦波はｋ個(ｋは自然数)作ることができるので、トルクリップル補正量Ｔcmp２は式(６)のようになる。
式(６)のＴcmp2を第２のトルクリップル補正量として、トルク指令Ｔ＊に加える。たとえば、リニアモータの場合は固定子の長さに対応する絶対的な位置に応じて推力リップル補正量Ｔcmp２を加えたり、回転形モータの場合はモータ１回転分の位置に応じてトルクリップル補正量Ｔcmp２を加えたりする場合が考えられる。
本発明は、トルク(リニアモータの場合は推力の意味である。以下同様)リップルの存在する同期型ＡＣモータを速度制御する上で非常に重要なトルクリップル補正法とその装置に関するものであり、回転型モータおよびリニアモータどちらにも適用できるものである。
＊ 指令を表す添字
fb 検出を表す添字
pos エンコーダによる同期型ＡＣモータの位置情報
θe 同期型ＡＣモータの電気角
Ｔ トルク
Ｔcmp１ 第１のトルクリップル補正量
Ｔcmp２ 第２のトルクリップル補正量
Ｉ 電流
Ｖ 電圧
ＫT トルク定数
ｆ 周波数(ｆは正の整数)
Ａ 振幅
φ 位相
１ 同期型ＡＣモータ
２ エンコーダ
３ 電流制御手段
４ ＰＷＭ電力変換装置
５ 電流検出手段
６ モータ電気角計算手段
７ 第１の周波数・振幅・位相入力手段
８ 第１の正弦波計算手段
９ モータ位置計算手段
１０ 第２の周波数・振幅・位相入力手段
１１ 第２の正弦波計算手段
１２ 第１加算手段
１３ 第２加算手段
fb 検出を表す添字
pos エンコーダによる同期型ＡＣモータの位置情報
θe 同期型ＡＣモータの電気角
Ｔ トルク
Ｔcmp１ 第１のトルクリップル補正量
Ｔcmp２ 第２のトルクリップル補正量
Ｉ 電流
Ｖ 電圧
ＫT トルク定数
ｆ 周波数(ｆは正の整数)
Ａ 振幅
φ 位相
１ 同期型ＡＣモータ
２ エンコーダ
３ 電流制御手段
４ ＰＷＭ電力変換装置
５ 電流検出手段
６ モータ電気角計算手段
７ 第１の周波数・振幅・位相入力手段
８ 第１の正弦波計算手段
９ モータ位置計算手段
１０ 第２の周波数・振幅・位相入力手段
１１ 第２の正弦波計算手段
１２ 第１加算手段
１３ 第２加算手段
Claims (3)
- 同期型ＡＣモータのトルクリップル、推力リップルを補正する装置であって、前記同期型ＡＣモータの電気角に合わせて正弦波信号を作り、この正弦波信号を第１の補正量として、トルク指令に加えることを特徴とする同期型ＡＣモータのトルクリップル補正方法において、前記同期型ＡＣモータで移動する機械の特定の移動距離に合わせて正弦波信号を作り、この正弦波信号を第２の補正量としてトルク指令に加えることを特徴とする同期型ＡＣモータのトルクリップル補正方法。
- 前記第２の正弦波信号をｍ個(ｍは自然数)作り、それぞれ独立して各正弦波信号の周波数、振幅、位相を選択し、選択した正弦波信号を合成して補正量とすることを特徴とする請求項１記載の同期型ＡＣモータのトルクリップル補正方法。
- 前記同期型ＡＣモータの電気角を計算するモータ電気角計算手段と、ｍ個（ｍは自然数）の正弦波の周波数、振幅、位相を選択する第１の周波数・振幅・位相入力手段と、前記モータ電気角計算手段と前記第１の周波数・振幅・位相入力手段とから合成正弦波信号を生成する第１の正弦波計算手段と、前記第１の正弦波計算手段の出力をトルクリップル補正量として、前記同期型ＡＣモータのトルク指令に加算する第１加算手段とを備えた同期型ＡＣモータのトルクリップルを補正装置において、
前記同期型ＡＣモータの移動量を計算するモータ位置計算手段と、ｍ個（ｍは自然数）の正弦波の周波数、振幅、位相を選択する第２の周波数・振幅・位相入力手段と、前記モータ位置計算手段と周波数・振幅・位相入力手段とから合成正弦波信号を生成する第２の正弦波計算手段と、前記第２の正弦波計算手段の出力をトルクリップル補正量として、前記同期型ＡＣモータのトルク指令に加算する第２加算手段とを備えたことを特徴とする同期型ＡＣモータのトルクリップル補正装置。
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2003
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