JP2001178176A

JP2001178176A - サーボモータの制御装置

Info

Publication number: JP2001178176A
Application number: JP35137299A
Authority: JP
Inventors: Fuyuki Watanabe; 冬樹渡邊; Manabu Asakura; 学浅倉; Takahiko Takeuchi; 宇彦武内; Masao Oba; 正男大場
Original assignee: Tokimec Inc
Current assignee: Tokyo Keiki Inc
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2001-06-29

Abstract

(57)【要約】【課題】正確な検出値を得て適切な制御を行う。【解決手段】電動モータ１と、その駆動状態又は動作状
態を検出する検出手段４，３２，３３と、その検出結果
Ｆｆ，Ｉｆ，Ｖｆと制御指令Ｆｃ，Ｖｃとに基づいて駆
動指令Ｖｎを生成する制御手段１２〜１４と、その駆動
指令Ｖｎに基づきパルス幅変調を行って複数のパルス信
号Ｕｐ，Ｖｐ，ＷＰを生成するパルス幅変調手段１５０
と、そのパルス信号に基づいて電動モータ１の駆動電流
を生成する電力変換回路３０とを具えたサーボモータの
制御装置において、パルス幅変調手段１５０がサイクル
毎に少なくとも一回はパルス信号それぞれのパルス状態
を駆動電流の流れない自由状態にするものであり、検出
結果のサンプリングがその自由状態時に行われるように
する。これにより、常にスイッチングノイズの無い状態
で確実にサンプリングが行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電流や，回転速
度，作動力等を検出するとともにその検出結果をサンプ
リングして得た検出値に基づいて制御を行うサーボモー
タの制御装置に関し、詳しくは、正確な検出値を得て制
御を適切に行うための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７にブロック図を示したサーボモータ
の制御装置は、速度指令にモータ回転速度を追従させる
速度制御（速度追従）と、力指令に作動部の作動力を追
従させる力制御（力追従）とを適宜切り換えて行うもの
である。プレスや，射出成形機，ダイキャストマシーン
等における一部の電動モータ駆動部では、電動モータ１
にて作動部２が駆動されたときにその力が作動限３への
到達等にて急増したのを受けて電動モータ１の制御を速
度制御から力制御へ自動切換すると好都合な場合があ
り、そのために、この装置では、電動モータ１にて駆動
される作動部２に生じた最終的な作用力を検出する力検
出部４（検出手段）を作動部２に付設するとともに、そ
の出力である力Ｆｆに基づいて速度追従と力追従との何
れか一方だけを有効にするようになっている。

【０００３】具体的には、制御回路にマイクロプロセッ
サ１０を用いたソフトウェアサーボシステムとなってお
り、このマイクロプロセッサ１０には入力回路２０が付
加され、マイクロプロセッサ１０と電動モータ１との間
には電力変換回路３０が設けられている。電力変換回路
３０は、パワートランジスタを有しその切換動作によっ
て電動モータ１への駆動電流を生成する駆動回路３１が
主体であり、マイクロプロセッサ１０から３個一組のパ
ルス信号Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐを受けてそれに基づいて切換
動作を行うようになっている。それと電動モータ１との
間には電動モータ１の駆動状態として駆動電流Ｉｆを検
出する電流検出部３２（検出手段）が付設されている。
さらに、電動モータ１の直接的な動作状態としてその回
転速度Ｖｆを検出する速度検出部３３（検出手段）等
も、電動モータ１又はその出力軸に設けられている。な
お、上述した力Ｆｆは電動モータ１と力検出部４との間
に作動部２を介在させて検出されているので電動モータ
１の間接的な動作状態を示すものとなっている。

【０００４】これらの検出結果（Ｉｆ，Ｖｆ，Ｆｆ）
は、入力回路２０等を介してマイクロプロセッサ１０に
入力され、順序制御における判定や追従のための帰還制
御などに用いられるが、そのため、入力回路２０は、力
ＦｆをＡ／Ｄ変換回路２１（サンプリング手段）にて随
時サンプリングしながらデジタル化したうえでラッチ２
２等を介してマイクロプロセッサ１０へ送出するように
なっている。図示は割愛したが他の入力回路も同様であ
る。

【０００５】マイクロプロセッサ１０には、それらのサ
ンプリング値（Ｉｆ，Ｖｆ，Ｆｆ）に基づいて駆動指令
Ｖｎを生成する制御手段として、順序制御ルーチン１１
と速度制御ルーチン１２と力制御ルーチン１３と電流制
御ルーチン１４とがインストールされており、さらに、
その駆動指令Ｖｎに基づき後述するパルス幅変調を行っ
て複数のパルス信号Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐを生成しこれを駆
動回路３１に送出するパルス幅変調手段として、ＰＷＭ
ルーチン１５もインストールされている。

【０００６】順序制御ルーチン１１は、例えば定速前進
工程や保圧工程などを含んだ一連のシーケンスに従い、
適宜の速度指令Ｖｃ及び力指令Ｆｃを生成して速度指令
Ｖｃを速度制御ルーチン１２に与え力指令Ｆｃを力制御
ルーチン１３に与えるとともに、力Ｆｆの大小等に応じ
て速度制御と力制御との何れか一方を指定する選択指令
を出すようになっている。しかも、電流制御ルーチン１
４は、その選択指令に応じて、速度制御が選択されてい
ると速度制御ルーチン１２から電流指令を受け取る一
方、力制御が選択されていると力制御ルーチン１３から
電流指令を受け取り、受け入れた電流指令に電流Ｉｆが
追従するような駆動指令Ｖｎを生成するようになってい
る。これにより、駆動指令Ｖｎの生成が力Ｆｆのサンプ
リング値に応じて選択的にそのサンプリング値Ｆｆと力
指令Ｆｃとに基づいて行われたり他のサンプリング値Ｖ
ｆと速度指令Ｖｃとに基づいて行われたりするものとな
っている。

【０００７】また、速度制御ルーチン１２は、受けた速
度指令Ｖｃに電動モータ１の速度Ｖｆを近づけて一致さ
せるような電流指令を生成するものであり、電流制御ル
ーチン１４がその電流指令に電動モータ１の駆動電流を
一致させるような駆動指令Ｖｎを生成することと相俟っ
て、電流制御をマイナーループとし速度制御をその外の
フィードバックループとして多重の帰還制御を行い、こ
れによって、受けた速度指令に電動モータの回転速度を
追従させる速度制御を行うものとなっている。力制御ル
ーチン１３は、受けた力指令Ｆｃに力Ｆｆを近づけて一
致させるような電流指令を生成することで、受けた力指
令に作動部の作動力を追従させる力制御を行うものであ
るが、生成する電流指令が力の一種であるトルクに対応
していることから速度制御ルーチン１２とは演算内容等
が異なるため、それとは別個に設けられている。

【０００８】速度制御ルーチン１２や電流制御ルーチン
１４による制御手法には、周知のＰＩＤ制御を適用した
ものや、ｄ−ｑ変換を利用したものも（特開平１０−２
９１２４１号公報など参照）知られており、何れでも良
いが、電流制御ルーチン１４からＰＷＭルーチン１５へ
時々刻々渡される駆動指令Ｖｎは、最終的に、電動モー
タ１の何れかの相たとえばＶ相を基準にしたベクトルで
与えられ、その正弦成分がＶ相に対する駆動電流Ｖ（Ｖ
ｎ）に該当し、そのベクトルを１２０゜進めたものの正
弦成分がＵ相に対する駆動電流Ｕ（Ｖｎ）に該当し、そ
のベクトルを１２０゜遅らせたものの正弦成分がＷ相に
対する駆動電流Ｗ（Ｖｎ）に該当するようになってい
る。

【０００９】ここで、駆動回路３１について詳述すると
（図８（ａ）参照）、３相の電動モータ１を駆動するた
めに、駆動回路３１は、パルス信号Ｕｐに従って何れか
一方が導通し他方が遮断する直列接続のトランジスタ対
Ｑ１，Ｑ２と、同様にパルス信号Ｖｐに従って交互に導
通・遮断するトランジスタ対Ｑ３，Ｑ４と、パルス信号
Ｗｐに従って交互に導通・遮断するトランジスタ対Ｑ
５，Ｑ６とを具えたインバータである。各トランジスタ
は、ＩＧＢＴ等のパワートランジスタからなり、フライ
ホイールダイオードや図示しないスナバ回路等も必要に
応じて適宜付加されている。また、３組のトランジスタ
対は、商用の交流電流を直流に変換する整流回路３１ｂ
から延びた正負一対の配線間に接続されていて、正側ト
ランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５がオンして導通状態のとき
電動モータ１の各相Ｕ，Ｖ，Ｗへ電流を流し込む一方、
負側トランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６がオンして導通状態
のとき電動モータ１の各相Ｕ，Ｖ，Ｗから電流を吸い込
むようになっている。なお、これらのトランジスタとマ
イクロプロセッサ１０との間には、パルス信号Ｕｐ，Ｖ
ｐ，Ｗｐに対応したベース電流を増幅生成するアンプ
や、対のトランジスタが同時にオンして短絡等の障害が
起こるのを防止するための回路等も付設されている。

【００１０】そして、ＰＷＭルーチン１５は、その駆動
回路３１と上述の電流制御ルーチン１４とを結びつける
パルス幅変調手段として、電流制御ルーチン１４から駆
動指令Ｖｎを受け取りそれに基づいて複数のパルス信号
Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐを生成しこれらを適宜の図示しない出
力ポート等経由で駆動回路３１へ送出するようになって
いる。その際に行われるパルス幅変調の処理は（図８
（ｂ）参照）、適宜な一定周波数の三角波信号Ｚ等を利
用するのが一般的であり、駆動指令Ｖｎに対応したＵ相
の駆動電流Ｕ（Ｖｎ）の値が三角波信号Ｚを上回るとき
はパルス信号Ｕｐをハイ状態すなわちトランジスタＱ１
をオンする状態にし、その駆動電流値Ｕ（Ｖｎ）が三角
波信号Ｚを下回るときはパルス信号Ｕｐをロー状態すな
わちトランジスタＱ２をオンする状態にすることで、パ
ルス信号Ｕｐを生成する。同様に、Ｖ相の駆動電流値Ｖ
（Ｖｎ）と三角波信号Ｚとの大小に基づいてパルス信号
Ｖｐを生成し、Ｗ相の駆動電流値Ｗ（Ｖｎ）と三角波信
号Ｚとの大小に基づいてパルス信号Ｗｐを生成する。

【００１１】このようなサーボモータの制御装置は、順
序制御ルーチン１１にて適宜な速度指令Ｖｃと力指令Ｆ
ｃとを生成し、速度制御ルーチン１２等にてその指令を
制御目標とした追従制御を行うが、例えば定速送り後に
定圧制御や定トルク制御を行うような場合、速度指令Ｖ
ｃはその定速送りに対応した一定値で与えられ、力指令
Ｆｃは定圧制御等に対応した一定値で与えられる。そし
て、αを所定の定数として、力Ｆｆが一定値αより小さ
い間は、順序制御ルーチン１１によって速度制御の方が
選択されて、速度Ｖｆを速度指令Ｖｃに追従させる制御
が行われる。その後、作動部２が作動限３に達して、そ
の作動が制約され、その反作用として力Ｆｆが急に増加
して、力Ｆｆが一定値αを上回ると、順序制御ルーチン
１１によって力制御の方が選択されて、力Ｆｆを力指令
Ｆｃに追従させる制御が行われる。

【００１２】その際、駆動指令Ｖｎに対応した駆動電流
値Ｕ（Ｖｎ），Ｖ（Ｖｎ），Ｗ（Ｖｎ）の何れかと三角
波信号Ｚとの大小が入れ替わる度に、パルス信号Ｕｐ，
Ｖｐ，Ｗｐの何れかが変化し、これに応じて電動モータ
１のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電流も頻繁に反転等の変化を繰
り返すが、均してみれば、駆動回路３１から電動モータ
１への駆動電流は駆動指令Ｖｎにほぼ一致する。また、
Ａ／Ｄ変換回路２１による力Ｆｆのサンプリングは動作
可能な最短周期で随時行われる（図８（ｂ）における矢
印Ｓ参照）。速度Ｖｆや電流Ｉｆのサンプリングも、ほ
ぼ同様にして、ＰＷＭルーチン１５によるパルス信号Ｕ
ｐ，Ｖｐ，Ｗｐの生成とは無関係のタイミングで行われ
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のサー
ボモータの制御装置では、パルス信号の生成と検出結果
のサンプリングが各々勝手に行われることから、パルス
信号Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐにおけるパルスの開始終焉タイミ
ングと検出結果（Ｉｆ，Ｖｆ，Ｆｆ）のサンプリングタ
イミングとが重なってしまうこともある。しかも、その
ような事態の発生は、ランダムであり、頻度も小さいこ
とが多い。

【００１４】しかしながら、パルスエッジでは即ちパル
スの開始終焉タイミングでは、その反転に対応して駆動
回路３１においてトランジスタのターンオン及びターン
オフが行われ、これに従って電動モータ１のコイル電流
がスイッチングされるので、一瞬ではあるが可成り大き
なスイッチングノイズが発生する。さらに、モータ出力
にも瞬時的な変動・脈動が現出する。そして、検出結果
のサンプリングがそのタイミングでたまたま行われてし
まうと、帰還させる検出値に大きな誤差が入り込んでし
まう。これに対しては、ノイズ伝搬を防止する回路を付
加したり、検出手段に平滑手段等を組み込んでノイズや
変動を分散緩和する等のことも行われているが、駆動能
力や応答性などとの兼ね合いもあって、スイッチングノ
イズや出力変動の影響を完全には押さえ込めていない。
このため、その誤差等の影響で制御状態が変動し、さら
には作動状態まで変動してしまうこととなる。しかも、
そのような変動の発生が稀で予期できないため、起動時
調整等での合わせ込みにも限界があり、作動状態やその
作動による生産物には或る程度のばらつきが伴うのを我
慢しなければならなかった。

【００１５】特に、作動部に生じた力を検出して制御に
帰還させたり、さらにはそれに基づいて制御状態の切り
換えまで判定するような場合、スイッチングノイズとモ
ータ出力変動とが重なってその影響が相殺されることも
あれば加算されることもある。このため、その検出結果
のサンプリング値に付きまとう変動は、幅が一段と大き
いうえ、稀にしか発現しないので、対処のし難いものと
なっている。そして、このような検出結果に基づく判定
によって切換が遅れたり早すぎたりすると、場合によっ
ては制御順序が前後逆転してしまう等、予期していなか
った不所望な動作や結果を招来しかねないため、その影
響は大きい。

【００１６】そこで、駆動電流のスイッチングによる影
響が検出結果のサンプリング値に及ぶのを如何にして断
つかが技術的な課題となる。その際、駆動能力や応答性
などを損なうことなく、しかも、なるべく簡便なもので
足りるようにすることも、重要である。この発明は、こ
のような課題を解決するためになされたものであり、検
出結果についての正確なサンプリング値を得て適切な制
御を行うサーボモータの制御装置を実現することを目的
とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために発明された第１乃至第３の解決手段について、
その構成および作用効果を以下に説明する。

【００１８】［第１の解決手段］第１の解決手段のサー
ボモータの制御装置は（、出願当初の請求項１に記載の
如く）、電動モータと、その（駆動電流等の）駆動状態
又は（それと共に若しくはそれに代えて速度や力等の）
動作状態を検出する検出手段と、その検出結果と（受け
た又は生成した）制御指令とに基づいて駆動指令を生成
する制御手段と、その駆動指令に基づきパルス幅変調を
行って（３相等の）複数のパルス信号を生成するパルス
幅変調手段と、そのパルス信号に基づいて前記電動モー
タの駆動電流を生成する電力変換回路とを具えたサーボ
モータの制御装置において、前記パルス幅変調手段が
（処理を繰り返す単位時間である基本周期すなわち）サ
イクル毎に少なくとも一回は前記パルス信号それぞれの
パルス状態を前記駆動電流の流れない自由状態にするも
のであり、前記検出結果（をサンプリングする手段が設
けられていてその手段はそ）のサンプリングが前記パル
ス信号の（各サイクル又は一部のサイクルに同期してそ
のパルス状態が）自由状態（となっている）時に行われ
る（ものである）、というものである。

【００１９】このような第１の解決手段のサーボモータ
の制御装置にあっては、駆動電流のスイッチングを行わ
ないタイミングが周期的に確保されるとともに、そのと
きに限って検出結果のサンプリングが行われる。そのた
め、常にスイッチングノイズの無い状態で而も確実にサ
ンプリングが行われることから、ノイズ等の分散緩和等
を強化しなくても、むしろ分散等しない方が却って、誤
差の少ない値がサンプリングされることとなる。

【００２０】これにより、検出結果をサンプリングする
際、平滑回路等を追加したり強化したりすることなく簡
便に、しかもも応答性の低下等の不都合も回避しなが
ら、正確なサンプリング値を安定して得ることが可能と
なる。したがって、この発明によれば、正確な検出値を
得て適切な制御を行うサーボモータの制御装置を実現す
ることができる。

【００２１】［第２の解決手段］第２の解決手段のサー
ボモータの制御装置は、上記の第１の解決手段のサーボ
モータの制御装置について、作動部に生じた力が、パル
ス信号の自由状態に同期してサンプリングされる検出対
象の一つに、明示的に含まれるようにしたものである。
すなわち（、出願当初の請求項２に記載の如く）、電動
モータと、これにて駆動される作動部に生じた力を検出
する力検出部と、その検出結果と（受けた又は生成し
た）制御指令とに基づいて駆動指令を生成する制御手段
と、その駆動指令に基づきパルス幅変調を行って（３相
等の）複数のパルス信号を生成するパルス幅変調手段
と、そのパルス信号に基づいて前記電動モータの駆動電
流を生成する電力変換回路とを具えたサーボモータの制
御装置であって、前記パルス幅変調手段が（処理を繰り
返す単位時間である基本周期すなわち）サイクル毎に少
なくとも一回は前記パルス信号それぞれのパルス状態を
前記駆動電流の流れない自由状態にするものであり、前
記検出結果（をサンプリングする手段が設けられていて
その手段はそ）のサンプリングが前記パルス信号の（各
サイクル又は一部のサイクルに同期してそのパルス状態
が）自由状態（となっている）時に行われる（ものであ
る）、というものである。

【００２２】このような第２の解決手段のサーボモータ
の制御装置にあっては、スイッチングノイズに加えてス
イッチングによるモータ出力変動の影響まで受ける作動
力等が、常にスイッチングノイズの無い状態で確実にサ
ンプリングされる。これにより、応用目的や適用対象さ
らには原材料等によってまで大きく動作条件や制御特性
が変化するため従来は適用範囲が限定されがちだった作
動力等に基づく帰還制御等も、種々の状況下で気楽に採
用しうることとなる。したがって、この発明によれば、
作動部の正確な検出値を得て作動状態に基づく適切な制
御を行うサーボモータの制御装置を実現することができ
る。

【００２３】［第３の解決手段］第３の解決手段のサー
ボモータの制御装置は、上記の第２の解決手段のサーボ
モータの制御装置について、作動部に生じた力が同期サ
ンプリングの対象に含まれるだけでなく、さらに、速度
制御と力制御とが選択的に行われると共にその選択切換
が力のサンプリング値に基づいてなされるようにしたも
のである。すなわち（、出願当初の請求項３に記載の如
く）、電動モータと、その回転速度を検出する速度検出
部と、その検出結果と（受けた又は生成した）速度指令
とに基づいて駆動指令を生成する制御手段と、その駆動
指令に基づきパルス幅変調を行って（３相等の）複数の
パルス信号を生成するパルス幅変調手段と、そのパルス
信号に基づいて前記電動モータの駆動電流を生成する電
力変換回路とを具えたサーボモータの制御装置におい
て、前記電動モータにて駆動される作動部に生じた力を
検出する力検出部と、この力検出部の検出結果をサンプ
リングするサンプリング手段とを備え、前記制御手段
が、そのサンプリング値に応じて選択的に前記駆動指令
の生成を（前記回転速度と前記速度指令とに基づいて行
うのに代えて）そのサンプリング値と（受けた又は生成
した）力指令とに基づいて行うものであり、前記パルス
幅変調手段が、（処理を繰り返す単位時間である基本周
期すなわち）サイクル毎に少なくとも一回は前記パルス
信号それぞれのパルス状態を前記駆動電流の流れない自
由状態にするものであり、前記サンプリング手段が、そ
のサンプリングを前記パルス信号の（各サイクル又は一
部のサイクルに同期してそのパルス状態が）自由状態
（となっている）時に行う（ものである）、というもの
である。

【００２４】このような第３の解決手段のサーボモータ
の制御装置にあっては、スイッチングに影響され易い作
動力等が常にスイッチングノイズの無い状態で確実にサ
ンプリングされることに加えて、その正確なサンプリン
グ値・検出値に基づいて速度制御と力制御との選択切換
が行われる。これにより、作動状態に基づいて行われる
切換タイミングの判定が、常に安定して適切になされる
こととなり、そのことが作動状態の更なる安定に資する
こととなる。したがって、この発明によれば、作動部の
正確な検出値を得て作動状態に基づく適切な制御を安定
して行えるサーボモータの制御装置を実現することがで
きる。

【００２５】

【発明の実施の形態】このような解決手段で達成された
本発明のサーボモータの制御装置について、これを実施
するための形態を、以下の第１〜第４実施例により説明
する。図１及び図２に示した第１実施例は、上述した第
３解決手段を具現化したものとなっており、図３の第２
実施例や、図４の第３実施例、図５の第４実施例は、そ
の変形例である。また、図示は割愛したが、第５実施例
は、それらの拡張例であり、上述した第２解決手段に対
応している。さらに、やはり図示を割愛した第６実施例
は、さらなる拡張例であり、上述した第１解決手段に対
応している。なお、それらの図示等に際し従来と同様の
構成要素には同一の符号を付して示したので、重複する
再度の説明は割愛し、以下、従来例との相違点を中心に
説明する。

【００２６】

【第１実施例】本発明のサーボモータの制御装置の第１
実施例について、その具体的な構成を、図面を引用して
説明する。図１は、その回路構成等を示すブロック図で
ある。また、図２は、その制御手法を示し、（ａ）が、
電流制御等に用いられているベクトル制御の説明図であ
り、（ｂ）が、ＰＷＭの手法等を説明するためのタイム
チャートである。

【００２７】このサーボモータの制御装置が既述した従
来例のものと相違するのは、ＰＷＭルーチン１５がサン
プリングトリガＳを生成するＰＷＭルーチン１５０（パ
ルス幅変調手段）になった点と、力Ｆｆを入力するため
のＡ／Ｄ変換回路２１がサンプリングトリガＳを受ける
Ａ／Ｄ変換回路２１０（サンプリング手段）になった点
である。

【００２８】Ａ／Ｄ変換回路２１０は、動作速度や必要
精度が満たされれば逐次変換型や一括変換型の何れでも
良いが、デジタル化に先だち力Ｆｆをサンプリングして
必要な時間だけホールドしておくものであって、そのサ
ンプリングタイミングを決するトリガー信号を外部から
取り込めるようなものが採用される。そして、そのトリ
ガー信号として、マイクロプロセッサ１０から図示しな
い適宜の出力ポート等を介してサンプリングトリガＳを
受けるように配線接続等がなされている。

【００２９】ＰＷＭルーチン１５０は、電流制御ルーチ
ン１４から渡される駆動指令Ｖｎが特定のゼロベクトル
Ｖ0,Ｖ7 やベースベクトルＶ1 〜Ｖ6 を基底ベクトルと
して次のように表されることに基づいて後述のパルス幅
変調処理を行うものである。すなわち、これらのベクト
ルは（図２（ａ）参照）、例えばゼロベクトルＶ0 をパ
ルス信号Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐが総てローの状態に対応させ
るとその状態では駆動回路３１のトランジスタＱ２，Ｑ
４，Ｑ６がオンして電動モータ１に流れる駆動電流がゼ
ロとなり電動モータ１が自由状態となる。パルス信号Ｕ
ｐ，Ｖｐ，Ｗｐが総てハイの状態をゼロベクトルＶ7 で
表すとその状態では駆動回路３１のトランジスタＱ１，
Ｑ３，Ｑ５がオンしてやはり電動モータ１が自由状態と
なる。

【００３０】また、パルス信号Ｕｐがハイで他のパルス
信号Ｖｐ，Ｗｐがローの状態にベースベクトルＶ1 を対
応させ、パルス信号Ｕｐ，Ｖｐがハイでパルス信号Ｗｐ
がローの状態にベースベクトルＶ２を対応させ、同様に
して何れか一つのパルス信号を反転させた状態を残りの
ベースベクトルＶ3 〜Ｖ6 に対応させると、大きさが同
じで方向が６０゜ずつずれている６個のベースベクトル
Ｖ1 〜Ｖ6 が出来上がる。そして、駆動指令Ｖｎのベク
トルが隣り合う２本のベースベクトル間に位置すると例
えば両ベースベクトルＶ1,Ｖ2 間に在るとすると、ベク
トルＶｎは両ベースベクトルＶ1,Ｖ2 に射影された一対
のベクトルＶａ，Ｖｂとに分解される。

【００３１】そこで、ＰＷＭルーチン１５０は（図２
（ｂ）参照）、タイマー割込処理ルーチン等によって周
期的に起動されて或いは自ら計時等の処理も行うことで
例えば数十ｍｓ程度の所定周期Ｔ毎に、随時時計ベクト
ルＶｎに対応した一対のベクトルＶａ，Ｖｂを求める演
算を行うとともに、ベクトルＶａに対応した時間ｔｂを
式［ｔｂ＝（Ｖａ／Ｖ1 ）×（Ｔ／２）］に対応した演
算にて求め、ベクトルＶｂに対応した時間ｔｃを式［ｔ
ｃ＝（Ｖｂ／Ｖ2 ）×（Ｔ／２）］に対応した演算にて
求める。さらに、それらの時間を周期Ｔの前半および後
半から引いて残った時間（Ｔ−２×（ｔｂ＋ｔｃ））
は、ゼロベクトルＶ0 に対応した時間ｔａとゼロベクト
ルＶ7 に対応した時間ｔｄとに按分する。

【００３２】それから、該当する周期Ｔにおいて、各時
間ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄ，ｔｃ，ｔｂ，ｔａが経過す
るのに合わせて、パルス信号Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐのハイ・
ロー状態を順にゼロベクトルＶ0 ，ベースベクトルＶ1
，ベースベクトルＶ2 ，ゼロベクトルＶ7 ，ベースベ
クトルＶ2 ，ベースベクトルＶ1 ，ゼロベクトルＶ0 に
対応したものにする。また、該当周期Ｔの最初又は最後
の時点と半周期（Ｔ／２）経過時点とに、サンプリング
トリガＳを送出することも行う。これにより、周期Ｔの
両端および中央のところにゼロベクトルＶ0,Ｖ7 の何れ
かが来るとともに、サンプリングトリガＳが確実にゼロ
ベクトル対応の時間内に出されることとなる。そして、
このようなＰＷＭルーチン１５０は、パルス幅変調手段
であって、特に、周期Ｔ毎に即ち基本の処理サイクル毎
に少なくとも一回はパルス信号Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐそれぞ
れのパルス状態をゼロベクトルＶ0,Ｖ7 の状態すなわち
駆動電流の流れない自由状態にするものとなっている。

【００３３】ここで、他の構成要素について詳述する
と、電動モータ１には、ブラシレスＤＣサーボモータで
は永久磁石同期モータ等が用いられ、誘導モータではか
ご形誘導モータが多用される。作動部２には、ボールネ
ジ等の回転直進運動変換機構とラムシリンダ等の加圧機
構との組み合わせや、減速ギヤ等を介在させて連結され
た揺動機構などが用いられ、さらに、それに伴い、力検
出部４には、力Ｆｆとして圧力を検出する場合にはプレ
ッシャーゲージ（圧力計）等が採用され、力Ｆｆとして
トルクを検出する場合にはトルク計などが採用されるこ
ととなる。作動限３は、シリンダエンドであったり、金
型への充填材の充満であったりする。

【００３４】また、各制御ルーチン等１１〜１４やＰＷ
Ｍルーチン１５０をプログラム処理にて実行するマイク
ロプロセッサ１０には、プログラムメモリやデータメモ
リを内蔵したワンチップマイコンや、ＣＰＵのＩＣとメ
モリ等の周辺ＩＣとを適宜組み合わせたプロセッサシス
テム等が、処理能力等に応じて、適宜採用される。電流
検出部３２には、応答性に優れ精度も良いホール素子等
が多用され、速度検出部３３には、光の断続に基づくエ
ンコーダなど、各種の速度センサが、用いられる。

【００３５】この第１実施例のサーボモータの制御装置
について、その使用態様及び動作を説明する。

【００３６】この場合も、定速送り後に定圧制御を行う
とすると、順序制御ルーチン１１によって適宜の速度指
令Ｖｃと力指令Ｆｃとが与えられるとともに、先ず速度
制御ルーチン１２等によって速度Ｖｆを速度指令Ｖｃに
追従させる速度制御が行われ、それから、力Ｆｆの急増
に応じて順序制御ルーチン１１による選択切換の判定が
なされると、力Ｆｆを力指令Ｆｃに追従させる力制御が
行われる。このように全体的に見れば従来と同様の動作
が行われる。

【００３７】もっとも、その際の動作を詳細に見ると
（図２参照）、周期Ｔ毎に、電流制御ルーチン１４から
ＰＷＭルーチン１５０へ駆動指令Ｖｎが引き渡され、Ｐ
ＷＭルーチン１５０によってパルス信号Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗ
ｐが生成されるとともにサンプリングトリガＳが送出さ
れる。そして、パルス信号Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐに従って駆
動回路３１から電動モータ１へ供給される駆動電流が断
続されるが、その駆動電流は、そのときの周期Ｔに亘っ
て平均すれば、電流量が駆動指令Ｖｎの大きさに比例
し、電動モータ１の各相Ｕ，Ｖ，Ｗを基準とした電流の
向きが駆動指令Ｖｎの向きに一致する。こうして、この
場合も、駆動指令Ｖｎに正しく対応したパルス幅変調が
なされ、電動モータ１の駆動電流は駆動指令Ｖｎにほぼ
一致して、適切な駆動がなされる。

【００３８】また、この場合、サンプリングトリガＳが
マイクロプロセッサ１０からＡ／Ｄ変換回路２１０へ送
出されるが、ＰＷＭルーチン１５０によってサンプリン
グトリガＳが各周期Ｔ毎に２回ずつ出される。しかも、
それは、パルス信号Ｕｐ，Ｖｐ，ＷｐがゼロベクトルＶ
0,Ｖ7 に対応していて駆動回路３１のトランジスタＱ１
〜Ｑ６のオンオフが全く行われない状態のときに限って
出される（図２（ｂ）参照）。

【００３９】そして、このようなサンプリングトリガＳ
を受けて、Ａ／Ｄ変換回路２１０では、トランジスタＱ
１〜Ｑ６のスイッチングが行われなくてスイッチングノ
イズも無くモータ出力の変動も無いタイミングで、力Ｆ
ｆのサンプリングが行われる。こうして、力検出部４の
検出結果である力Ｆｆのサンプリングがパルス信号Ｕ
ｐ，Ｖｐ，Ｗｐの自由状態時に行われる。その結果、常
に正確な力Ｆｆが得られるので、順序制御ルーチン１１
による判定や選択切換が、さらには力制御ルーチン１３
による追従制御も、安定して的確になされることとな
る。

【００４０】

【第２実施例】図３にタイムチャートで制御手法を例示
した第２実施例のサーボモータの制御装置が上述した第
１実施例のと相違するのは、サンプリングトリガＳの送
出が４サイクル毎に即ち周期Ｔの４倍の時間ごとに一回
だけ行われるようになっている点である。このように、
サンプリングトリガＳの送出タイミングは、ゼロベクト
ルＶ0,Ｖ7 の割付に対応した半周期（Ｔ／２）を基準と
して、その整数倍の時間であって、Ａ／Ｄ変換回路２１
０の繰り返し動作可能な最短時間以上であれば、適宜に
設定することができる。

【００４１】

【第３実施例】図４に要部のブロック図を示した第３実
施例のサーボモータの制御装置が上述した第１実施例の
と相違するのは、ＰＷＭルーチン１５０がサンプリング
トリガＳの生成・送出を行わないように変更されてＰＷ
Ｍルーチン１５１になった点と、ＰＷＭルーチン１５１
等を周期Ｔで繰り返し起動するタイマー割込処理ルーチ
ン１５２が起動と同時にサンプリングトリガＳを生成し
これをＡ／Ｄ変換回路２１０へ送出するようになってい
る点である。この場合も、ＰＷＭルーチン１５１の起動
時にパルス信号Ｕｐ，Ｖｐ，ＷｐがゼロベクトルＶ0,Ｖ
7 に対応した自由状態になってさえいれば、スイッチン
グノイズ等の無い正確な力Ｆｆのサンプリング値が得ら
れる。

【００４２】

【第４実施例】図５に回路構成等の全体ブロック図を示
した第４実施例のサーボモータの制御装置が上述した第
１実施例のと相違するのは、Ａ／Ｄ変換回路２１０が入
力回路２０の中から力検出部４のところへ移設された点
である。なお、それに伴って入力回路２０には適宜のラ
インドライバやラインレシーバが導入され、サンプリン
グトリガＳがＡ／Ｄ変換回路２１０まで届くようになっ
ている。この場合、僅かな回路を付加するだけで簡単
に、一般に長くてノイズを拾い易い力Ｆｆのケーブルに
関しても伝送データがデジタル化されてノイズの影響を
受け難くなるので、マイクロプロセッサ１０に入力され
る力Ｆｆの値が更に正確になる。

【００４３】

【第５実施例】上記各実施例では、定速制御から定圧制
御に切り換える判定が順序制御ルーチン１１によって力
Ｆｆに基づき即ち力検出部４の検出結果に基づいて行わ
れるようになっているが、これは本発明の適用に必須で
は無く、力制御ルーチン１３の如く力Ｆｆに基づいて帰
還制御等を行うものであれば良い。それでも、スイッチ
ングノイズばかりかスイッチングによるモータ出力の変
動からも影響を受けないで済むという効果を享受するこ
とができる。

【００４４】

【第６実施例】上記各実施例では、サンプリングトリガ
Ｓに従ってサンプリングされる検出結果が力Ｆｆだけで
あったが、それと共に或いはそれは止めて別に、他の検
出結果すなわち速度Ｖｆや電流Ｉｆ等も、サンプリング
トリガＳを受けてサンプリングするようにしても良い。
それでも、スイッチングノイズの影響を受けないで済む
という効果は享受することができる。

【００４５】

【その他】なお、上記実施例では、力制御ルーチン１３
の出力を電流制御ルーチン１４に渡すようにしたが、そ
れに限らず、力制御ルーチン１３の出力を速度指令Ｖｃ
に代えて速度制御ルーチン１２に渡すようにしても良
い。その場合（図６参照）、力制御ルーチン１３は、力
指令Ｆｃと力Ｆｆとの差を演算してその差を速度制御ル
ーチン１２へ渡すようにし、順序制御ルーチン１１は、
その差と速度指令Ｖｃとの大小に応じて選択指令を生成
するようにすると良い。そうすれば、従来例におけるα
の如き定数が不要となり更に動作状態等も安定する。

【００４６】また、マイクロプロセッサ１０による各ル
ーチン１１〜１４，１５０の処理は、プログラム処理に
限られるもので無く、適宜のハードウェアロジック等に
て具体化しても良く、幾つかのソフトウェアと幾つかの
個別ハードウェアとで具体化しても良く、さらにはマイ
クロプロセッサが複数個含まれていても良い。

【００４７】さらに、定速制御や定圧制御は制御方法の
一例であり、この発明は、それに限られるもので無く、
制御目標を可変する制御等についても、適用が可能であ
り、有効である。

【００４８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の第１の解決手段のサーボモータの制御装置にあって
は、常にスイッチングノイズの無い状態で確実にサンプ
リングが行われるようにしたことにより、応答性低下等
の不都合を避けつつ正確なサンプリング値を安定して得
ることが可能となり、その結果、正確な検出値を得て適
切な制御を行うサーボモータの制御装置を実現すること
ができたという有利な効果が有る。

【００４９】また、本発明の第２の解決手段のサーボモ
ータの制御装置にあっては、作動部に生じた力がパルス
信号の自由状態に同期してサンプリングされるようにし
たことにより、作動部の正確な検出値を得て作動状態に
基づく適切な制御を行うことができるようになったとい
う有利な効果を奏する。

【００５０】さらに、本発明の第３の解決手段のサーボ
モータの制御装置にあっては、速度制御と力制御との選
択切換が正確なサンプリング値・検出値に基づいて行わ
れるようにしたことにより、判定が的確になされるとと
もに更なる作動状態の安定も達成され、その結果、作動
部の正確な検出値を得て作動状態に基づく適切な制御を
安定して行えるサーボモータの制御装置を実現すること
ができたという有利な効果が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のサーボモータの制御装置の第１実施
例について、その回路構成等を示すブロック図である。

【図２】その制御手法を示し、（ａ）が、電流制
御等に用いられているベクトル制御の説明図であり、
（ｂ）が、ＰＷＭの手法等を説明するためのタイムチャ
ートである。

【図３】本発明のサーボモータの制御装置の第２実施
例について、その制御手法を示すタイムチャートであ
る。

【図４】本発明のサーボモータの制御装置の第３実施
例について、その要部のブロック図である。

【図５】本発明のサーボモータの制御装置の第４実施
例について、その回路構成等を示すブロック図である。

【図６】本発明のサーボモータの制御装置について、
その他の変形を示すブロック図である。

【図７】従来のサーボモータの制御装置についてのブ
ロック図である。

【図８】その細部を示し、（ａ）が３相モータの
駆動回路の回路図であり、（ｂ）が、ＰＷＭの手法等を
説明するためのタイムチャートである。

【符号の説明】

１電動モータ（電動機、永久磁石同期モータ、かご形
誘導モータ）２作動部（アクチュエータ、ボールネジ、進退機構、
ギヤ、揺動機構）３作動限（ストッパー、当接物、加圧対象物、反力発
生物）４力検出部（作用力検出、反力検出、圧力計、トルク
計、ロードセル）１０マイクロプロセッサ（制御回路）１１順序制御ルーチン（速度制御と力制御との
選択切換手段）１２速度制御ルーチン（モータ速度帰還制御手
段、制御手段）１３力制御ルーチン（作動力帰還制御手段、制
御手段）１４電流制御ルーチン（電流帰還制御手段、制
御手段）１５ＰＷＭルーチン（パルス幅変調手段）２０入力回路（周辺回路、制御回路）２１Ａ／Ｄ変換回路（作動力検出値サンプリン
グ手段）２２ラッチ（レジスタ、入力ポート、入出力イ
ンターフェイス）３０電力変換回路３１駆動回路（電流出力部、ＰＷＭインバー
タ、パワー出力段）３２電流検出部（ホールＣＴ、ホール素子、絶
縁アンプ）３３速度検出部（タコジェネレータ、レゾル
バ、エンコーダ）１５０ＰＷＭルーチン（パルス幅変調手段）１５１ＰＷＭルーチン（パルス幅変調手段）１５２タイマー割込処理ルーチン２１０Ａ／Ｄ変換回路（作動力検出値サンプリング手
段）Ｆｃ力指令（制御指令）Ｖｃ速度指令（制御指令）Ｖｎ駆動指令（生成したベクトル指令）Ｉｆ電流（検出対象、駆動状態）Ｖｆ速度（回転速度、検出対象、動作状態）Ｆｆ力（作動力、検出対象、動作状態）ＳサンプリングトリガＵｐ，Ｖｐ，Ｗｐパルス信号Ｖ0 ，Ｖ7 ゼロベクトル（自由状態の基底ベク
トル）Ｖ1 〜Ｖ6 ベースベクトル（能動状態の基底ベ
クトル）

フロントページの続き (72)発明者武内宇彦東京都大田区南蒲田２丁目16番46号株式会社トキメック内 (72)発明者大場正男東京都大田区南蒲田２丁目16番46号株式会社トキメック内Ｆターム(参考） 5H560 BB04 BB12 DA02 DA07 DA10 DB07 DC01 DC12 EB01 GG04 JJ13 SS01 TT01 UA02 XA12 XB10 5H575 BB05 BB06 DD03 GG02 HA08 JJ03 JJ14 JJ18 LL07 LL10 LL22 LL29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動モータと、その駆動状態又は動作状態
を検出する検出手段と、その検出結果と制御指令とに基
づいて駆動指令を生成する制御手段と、その駆動指令に
基づきパルス幅変調を行って複数のパルス信号を生成す
るパルス幅変調手段と、そのパルス信号に基づいて前記
電動モータの駆動電流を生成する電力変換回路とを具え
たサーボモータの制御装置において、前記パルス幅変調
手段がサイクル毎に少なくとも一回は前記パルス信号そ
れぞれのパルス状態を前記駆動電流の流れない自由状態
にするものであり、前記検出結果のサンプリングが前記
パルス信号の自由状態時に行われることを特徴とするサ
ーボモータの制御装置。
【請求項２】電動モータと、これにて駆動される作動部
に生じた力を検出する力検出部と、その検出結果と制御
指令とに基づいて駆動指令を生成する制御手段と、その
駆動指令に基づきパルス幅変調を行って複数のパルス信
号を生成するパルス幅変調手段と、そのパルス信号に基
づいて前記電動モータの駆動電流を生成する電力変換回
路とを具えたサーボモータの制御装置であって、前記パ
ルス幅変調手段がサイクル毎に少なくとも一回は前記パ
ルス信号それぞれのパルス状態を前記駆動電流の流れな
い自由状態にするものであり、前記検出結果のサンプリ
ングが前記パルス信号の自由状態時に行われることを特
徴とするサーボモータの制御装置。
【請求項３】電動モータと、その回転速度を検出する速
度検出部と、その検出結果と速度指令とに基づいて駆動
指令を生成する制御手段と、その駆動指令に基づきパル
ス幅変調を行って複数のパルス信号を生成するパルス幅
変調手段と、そのパルス信号に基づいて前記電動モータ
の駆動電流を生成する電力変換回路とを具えたサーボモ
ータの制御装置において、前記電動モータにて駆動され
る作動部に生じた力を検出する力検出部と、この力検出
部の検出結果をサンプリングするサンプリング手段とを
備え、前記制御手段が、そのサンプリング値に応じて選
択的に前記駆動指令の生成をそのサンプリング値と力指
令とに基づいて行うものであり、前記パルス幅変調手段
が、サイクル毎に少なくとも一回は前記パルス信号それ
ぞれのパルス状態を前記駆動電流の流れない自由状態に
するものであり、前記サンプリング手段が、そのサンプ
リングを前記パルス信号の自由状態時に行うことを特徴
とするサーボモータの制御装置。