JP2016189668A - Motor control device, motor control method, sewing machine and program thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】速度変化の修正に寄与しない無駄な電流を抑えてモータの実効電流を低下させること。【解決手段】周期的な負荷変動によって速度変化が生じるサーボモータ(3)を駆動制御するモータ制御装置は、サーボモータの現在速度を検出する速度検出部(12)と、サーボモータの現在速度に基づいて指令電流を生成する速度偏差演算器(13)と、指令電流に含まれる負荷変動による変動成分を除去するフィルタ回路(14)とを備え、変動成分が除去された指令電流によってサーボモータを駆動制御する。【選択図】図3An object of the present invention is to reduce an effective current of a motor by suppressing a useless current that does not contribute to correction of a speed change. A motor control device that drives and controls a servo motor (3) in which a speed change is caused by a periodic load fluctuation includes a speed detection unit (12) that detects a current speed of the servo motor, and a current speed of the servo motor. A speed deviation calculator (13) that generates a command current based on the command current, and a filter circuit (14) that removes a fluctuation component due to load fluctuations included in the command current. Drive control. [Selection] Figure 3
Description
本発明は、ミシンの主軸に連結されるモータを駆動制御するモータ制御装置、モータ制御方法、ミシン及びそのプログラムに関する。 The present invention relates to a motor control device, a motor control method, a sewing machine, and a program thereof that drive and control a motor coupled to a main shaft of the sewing machine.
負荷装置では、モータの出力先に様々な負荷が連結されているため、モータの1回転中の周期的な負荷変動により速度変化が生じている。従来、負荷装置のモータの速度変化を検出して、モータ制御上で補正をかけて速度変化を低減する方法が知られている(例えば、特許文献1、2参照)。特許文献1のモータ制御では、負荷による速度変化を監視して、モータに対する指令値を補正することでモータの速度変化を抑えている。特許文献2に記載のモータ制御では、周期的な負荷状態に合わせてモータに対する出力電流を補正して回転速度を制御することで、負荷装置側での音や振動を抑えている。
In the load device, since various loads are connected to the output destination of the motor, a speed change occurs due to periodic load fluctuations during one rotation of the motor. Conventionally, a method of detecting a speed change of a motor of a load device and correcting the motor control to reduce the speed change is known (for example, see Patent Documents 1 and 2). In the motor control of Patent Document 1, a change in speed of the motor is suppressed by monitoring a change in speed due to a load and correcting a command value for the motor. In the motor control described in
特許文献1、2に記載のモータ制御では、高性能なモータを使用すれば負荷変動に起因した速度変化を抑えることができるが、コストが高いという問題がある。一方、性能の低い安価なモータでは応答性に限界があり、電圧や電流を増加させても速度変化を抑えることができない。この場合、必要な出力を得ることができないにも関わらず、モータ制御のために電圧や電流が増加されて余分な電流をモータに流すことになる。よって、実効電流が増加してモータの力率が低下し、余分な電流はモータの発熱に影響を及ぼす問題があった。
In the motor control described in
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、速度変化の修正に寄与しない無駄な電流を抑えてモータの実効電流を低下させることができるモータ制御装置、モータ制御方法、ミシン及びそのプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a motor control device, a motor control method, a sewing machine, and a program for the same that can suppress a useless current that does not contribute to correction of a speed change and reduce an effective current of the motor. The purpose is to provide.
本発明のモータ制御装置は、周期的な負荷変動によって速度変化が生じるモータを駆動制御するモータ制御装置であって、前記モータの現在速度を検出する速度検出部と、前記モータの現在速度に基づいて指令電流を生成する指令電流生成部と、前記指令電流に含まれる負荷変動による変動成分を除去するフィルタ回路とを備え、前記変動成分が除去された指令電流によって前記モータを駆動制御することを特徴とする。 The motor control device of the present invention is a motor control device that drives and controls a motor in which a speed change is caused by a periodic load fluctuation, and is based on a speed detection unit that detects a current speed of the motor, and a current speed of the motor. A command current generator that generates a command current and a filter circuit that removes a fluctuation component due to load fluctuations included in the command current, and driving the motor with the command current from which the fluctuation component has been removed. Features.
本発明のモータ制御方法は、周期的な負荷変動によって速度変化が生じるモータを駆動制御するモータ制御方法であって、前記モータの現在速度を検出するステップと、前記モータの現在速度に基づいて指令電流を生成するステップと、前記指令電流に含まれる負荷変動による変動成分を除去するステップとを備え、前記変動成分が除去された指令電流によって前記モータを駆動制御することを特徴とする。 The motor control method of the present invention is a motor control method for driving and controlling a motor in which a speed change is caused by a periodic load variation, and includes a step of detecting a current speed of the motor and a command based on the current speed of the motor. A step of generating a current; and a step of removing a fluctuation component due to load fluctuations included in the command current, wherein the motor is driven and controlled by the command current from which the fluctuation component has been removed.
これらの構成によれば、モータの現在速度に応じた指令電流から負荷変動による変動成分が除去される。応答性に限界がある安価なモータを用いた場合に、これらの構成を適用すれば、負荷変動による速度変化の修正に寄与しない無駄な電流を抑えて、モータの実効電流が減少される。よって、モータに無駄に消費されるエネルギーを減らして、モータの力率を改善することができる。 According to these configurations, the fluctuation component due to the load fluctuation is removed from the command current according to the current speed of the motor. If these configurations are applied when an inexpensive motor with a limited response is used, the effective current of the motor is reduced while suppressing unnecessary current that does not contribute to correction of speed change due to load fluctuation. Therefore, it is possible to reduce the energy wasted in the motor and improve the power factor of the motor.
上記のモータ制御装置において、前記モータの1回転中に負荷変動がn回の周期で起こる場合に、前記フィルタ回路は、前記モータの単位時間当たりの回転数を示す速度周波数のn倍にフィルタの中心周波数を設定して前記負荷変動による変動成分を前記指令電流から除去する。この構成によれば、モータの1回転中に生じる負荷変動の回数から変動成分を容易に求めることができ、指令電流から変動成分を除去するようにフィルタの中心周波数を設定することができる。 In the motor control device described above, when a load fluctuation occurs at a cycle of n times during one rotation of the motor, the filter circuit reduces the filter frequency to n times the speed frequency indicating the number of rotations per unit time of the motor. A center frequency is set to remove a fluctuation component due to the load fluctuation from the command current. According to this configuration, the fluctuation component can be easily obtained from the number of load fluctuations that occur during one rotation of the motor, and the center frequency of the filter can be set so as to remove the fluctuation component from the command current.
上記のモータ制御装置において、前記速度周波数は、前記モータに対する位置指令に基づく設定速度から求められる。この構成によれば、モータに対する位置指令に応じた速度周波数から負荷変動による変動成分を求めることができる。モータに対する位置指令に応じてフィルタの中心周波数が可変されるため、設定速度に応じて変化する負荷変動の変動成分を適切に除去することができる。 In the motor control device, the speed frequency is obtained from a set speed based on a position command for the motor. According to this configuration, the fluctuation component due to load fluctuation can be obtained from the speed frequency according to the position command for the motor. Since the center frequency of the filter is varied according to the position command for the motor, the fluctuation component of the load variation that varies according to the set speed can be appropriately removed.
上記のモータ制御装置において、前記速度周波数は、前記速度検出部で検出された前記モータの現在速度から求められる。この構成によれば、モータの現在速度に応じた速度周波数から負荷変動による変動成分を求めることができる。モータの現在速度に応じてフィルタの中心周波数が可変されるため、現在速度に応じて変化する負荷変動の変動成分を適切に除去することができる。 In the motor control apparatus, the speed frequency is obtained from the current speed of the motor detected by the speed detector. According to this configuration, the fluctuation component due to the load fluctuation can be obtained from the speed frequency corresponding to the current speed of the motor. Since the center frequency of the filter is varied according to the current speed of the motor, the fluctuation component of the load variation that varies according to the current speed can be appropriately removed.
本発明のミシンは、上記のモータ制御装置と、モータ制御装置に駆動制御されるモータとを備えたことを特徴とする。この構成によれば、ミシンに使用されるモータの実効電流を減少して、モータの力率を改善することができる。 A sewing machine according to the present invention includes the motor control device described above and a motor that is driven and controlled by the motor control device. According to this configuration, it is possible to reduce the effective current of the motor used in the sewing machine and improve the power factor of the motor.
本発明のプログラムは、上記のモータ制御方法の各ステップをモータ制御装置に実行させる。この構成によれば、モータ制御装置にプログラムをインストールすることで、モータ制御装置に指令電流から負荷変動による変動成分を除去する機能を追加することができる。 The program of this invention makes a motor control apparatus perform each step of said motor control method. According to this configuration, by installing a program in the motor control device, it is possible to add a function of removing a fluctuation component due to load fluctuation from the command current to the motor control device.
本発明によれば、モータの現在速度に応じた指令電流から負荷変動による変動成分が除去されることで、速度変化の修正に寄与しない無駄な電流を抑えてモータの実効電流を低下させることができる。よって、モータの力率を改善することができる。 According to the present invention, by removing the fluctuation component due to load fluctuation from the command current according to the current speed of the motor, it is possible to suppress the useless current that does not contribute to the correction of the speed change and to reduce the effective current of the motor. it can. Therefore, the power factor of the motor can be improved.
以下、添付図面を参照して本実施の形態に係るモータ駆動装置について説明する。図1は、モータ駆動装置のブロック図である。なお、本実施の形態に係るモータ駆動装置は図1に示す構成に限定されず、適宜変更が可能である。以下では、ミシンのモータ制御装置について説明するが、ミシンの詳細構成については説明を省略する。 Hereinafter, a motor drive device according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram of a motor drive device. The motor drive device according to the present embodiment is not limited to the configuration shown in FIG. 1 and can be changed as appropriate. Hereinafter, the motor control device of the sewing machine will be described, but the description of the detailed configuration of the sewing machine will be omitted.
図1に示すように、モータ駆動装置は、三相交流又は単相交流の主電源1からの交流を直流に変換する整流器2と、整流器2からの直流を交流に変換してサーボモータ(モータ)3に出力するインバータブリッジ回路4と、インバータブリッジ回路4をPWM制御するモータ制御装置5とを備えている。整流器2には、整流器2の出力(直流電圧)を平滑にする平滑コンデンサ6が並列に接続されている。整流器2、平滑コンデンサ6により、主電源回路部7が構成されている。インバータブリッジ回路4は、整流器2の出力端に対して互いに並列に接続された三相分のハーフブリッジ回路8u−8wを有している。
As shown in FIG. 1, the motor drive device includes a
U相のハーフブリッジ回路8uでは、一対のスイッチング素子T1、T4が直列接続され、スイッチング素子T1、T4のそれぞれに対して還流ダイオードD1、D4が並列接続される。同様に、V相のハーフブリッジ回路8vでは、一対のスイッチング素子T2、T5が直列接続され、スイッチング素子T2、T5のそれぞれに対して還流ダイオードD2、D5が並列接続される。W相のハーフブリッジ回路8wでは、一対のスイッチング素子T3、T6が直列接続され、スイッチング素子T3、T6のそれぞれに対して還流ダイオードD3、D6が並列接続される。
In the U-phase half-bridge circuit 8u, a pair of switching elements T1 and T4 are connected in series, and free-wheeling diodes D1 and D4 are connected in parallel to the switching elements T1 and T4, respectively. Similarly, in the V-phase half-
また、U相のスイッチング素子T1、T4の接続点、V相のスイッチング素子T2、T5の接続点、W相のスイッチング素子T3、T6の接続点は、それぞれサーボモータ3の不図示の三相の励磁コイルや抵抗を介して相互に接続されている。三相のハーフブリッジ回路8u−8wには、モータ制御装置5からPWM信号が入力される。スイッチング素子T1−T6のゲートにはモータ制御装置5からの入力ラインが接続され、モータ制御装置5からスイッチング素子T1−T6にPWM信号が印加されることで、オン状態とオフ状態とが切り替えられる。
The connection points of the U-phase switching elements T1 and T4, the connection points of the V-phase switching elements T2 and T5, and the connection points of the W-phase switching elements T3 and T6 are respectively three-phases (not shown) of the
スイッチング素子T1−T6のオンオフによって、直流を交流に変換してサーボモータ3に必要な電力供給が制御される。U相のスイッチング素子T1、T4の接続点及びW相のスイッチング素子T3、T6の接続点とモータ4Aの各端子との間には、各相電流をモータ制御装置5にフィードバックする電流センサ9u、9wが設けられている。サーボモータ3には、サーボモータ3の位置や速度を検出するエンコーダ10が設けられている。エンコーダ10で検出された位置や速度はモータ制御装置5に出力され、モータ制御装置5によってサーボモータ3がサーボ制御される。
By turning on and off the switching elements T1 to T6, the direct current is converted into the alternating current, and the power supply necessary for the
なお、スイッチング素子T1−T6は、電流電圧制御素子であればよく、パワートランジスタに限らず、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、バイポーラトランジスタでもよい。また、還流ダイオードD1−D6は、回生電流の経路を構成する素子であればよく、パワートランジスタに内蔵される寄生ダイオードを使用することもできる。さらに、ここでは電流センサ9でIu、Iwの2相の電流検出を行う構成を例示するが、電流センサ9でIu、Iv、Iwの3相の電流検出を行ってもよい。 The switching elements T1 to T6 are not limited to power transistors, but may be IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors), and bipolar transistors. The free-wheeling diodes D1 to D6 may be elements that constitute a path for the regenerative current, and a parasitic diode built in the power transistor can also be used. Further, here, the configuration in which the current sensor 9 detects currents of two phases Iu and Iw is illustrated, but the current sensor 9 may detect currents of three phases Iu, Iv, and Iw.
なお、本実施の形態に係るミシンは、ミシンの各部の詳細構成について説明を省略しているが、例えば、伝達機構として主軸、針棒クランクロッド、天秤、天秤クランク、大振子軸クランクロッド、大振子軸、下軸等の通常のミシンの構成を備えている。 In the sewing machine according to the present embodiment, description of the detailed configuration of each part of the sewing machine is omitted. For example, as a transmission mechanism, a main shaft, a needle bar crank rod, a balance, a balance crank, a large pendulum shaft crank rod, It has a normal sewing machine configuration such as a pendulum shaft and a lower shaft.
このように構成されたモータ駆動装置は、負荷装置としてのミシン(不図示)の主軸に連結されたサーボモータ3の制御に使用される。この場合、ミシンの主軸には、サーボモータ3の回転を様々な動きに変換して伝達する伝達機構が連結されており、この伝達機構がサーボモータ3に対する負荷になっている。サーボモータ3によってミシンの主軸が動かされると、サーボモータ3からみたときに主軸に連結された負荷のイナーシャが変化する。このため、サーボモータ3の1回転中の周期的な負荷変動によって回転速度に変化が生じる。
The motor driving device configured as described above is used for controlling a
本来であれば、負荷変動による速度変化を打ち消すようにサーボモータ3に流れる電流を制御することが好ましい。しかしながら、性能が低いサーボモータ3では電流制御の応答性に限界があり、ゲイン(位置ゲイン、速度ゲイン)を増減して電流を制御しても速度変化を十分に抑制することができない。負荷変動による多少の速度変化が問題にならない場合には、ミシンとしての機能には影響がないにも関わらず、速度変化を打ち消そうとする電流がサーボモータ3に流れる。このため、速度変化の修正に寄与しない無駄な電流がサーボモータ3に流れて実効電流が増加する。
Originally, it is preferable to control the current flowing through the
ここで、図2を参照して、性能が低いサーボモータを使用したときのゲイン調整と現在速度の速度変化について簡単に説明する。図2は、一般的なモータ制御の説明図である。なお、図2においては、現在速度を実線、指令速度を破線、指令電流を一点鎖線で示している。 Here, with reference to FIG. 2, gain adjustment and speed change of the current speed when using a servo motor with low performance will be briefly described. FIG. 2 is an explanatory diagram of general motor control. In FIG. 2, the current speed is indicated by a solid line, the command speed is indicated by a broken line, and the command current is indicated by a one-dot chain line.
図2Aに示すように、性能が低いサーボモータ3(図1参照)では、ゲインを上げることで加速時のオーバーシュートを抑制でき、パワー(ミシンの貫通力)を増加することができる。しかしながら、いくらゲインを上げてもサーボモータ3の応答性に限界があり、負荷変動による現在速度の速度変化を抑えることができない。サーボモータ3の速度変化は修正されないが、指令電流の振幅が大きく、サーボモータ3には余分に電流が流れて力率は低下し、モータの発熱に影響を及ぼす。このため、負荷変動による速度変化が問題にならない場合には、応答性を低くして速度変化にサーボモータ3を追従させないことも考えられる。
As shown in FIG. 2A, in the servo motor 3 (see FIG. 1) having low performance, it is possible to suppress overshoot during acceleration by increasing the gain and increase power (penetration force of the sewing machine). However, no matter how much the gain is increased, the responsiveness of the
この場合、図2Bに示すように、ゲインを下げて応答性を低くすることで、負荷変動に対するサーボモータ3の追従を抑えることができる。これにより、指令電流の振幅が小さくなって、サーボモータ3に流れる電流を少なくして力率を改善することができる。しかしながら、ゲインを下げると、加速時のオーバーシュートが抑えきれず、さらに目標のパワー(ミシンの貫通力)が得られないという問題がある。このように、ゲインを上げれば力率が低下し、ゲインを下げればオーバーシュート等の問題が生じるため、ゲイン調整だけではサーボモータ3を適切に制御することができない。
In this case, as shown in FIG. 2B, the follow-up of the
そこで、本実施の形態では、指令電流に含まれる負荷変動による変動成分をフィルタで除去して、指令電流の振幅を小さくしている。これにより、ゲインを下げることなく、負荷変動に対するサーボモータ3の追従を抑えることができる。よって、負荷変動による速度変化の修正に寄与しない無駄な電流を無くして、実効電流を減らしてサーボモータ3の力率を改善することができる。さらに、ゲインを上げても指令電流の振幅が小さいため、加速時のオーバーシュートを抑制することができ、さらに目標のパワーを得ることが可能になる。
Therefore, in the present embodiment, the fluctuation component due to load fluctuations included in the command current is removed by a filter to reduce the amplitude of the command current. As a result, the
以下、図3を参照して、モータ制御装置の制御ループについて説明する。図3は、モータ制御装置の制御ループ図である。なお、モータ制御装置の制御ループは、フィルタ回路によって指令電流から負荷変動による変動成分が除去される構成であればよく、図3に示す構成に限定されない。 Hereinafter, the control loop of the motor control device will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a control loop diagram of the motor control device. The control loop of the motor control device is not limited to the configuration shown in FIG. 3 as long as it has a configuration in which the fluctuation component due to load fluctuation is removed from the command current by the filter circuit.
図3に示すように、減算要素e1では、エンコーダ10からフィードバックされたサーボモータ3の現在位置と目標の位置指令とが減算されて位置偏差が算出される。位置偏差は、位置偏差演算器11にて位置ゲインが乗算されて速度指令として減算要素e2に出力される。減算要素e2では、エンコーダ10からフィードバックされたサーボモータ3の現在速度と位置偏差演算器11からの速度指令とが減算されて速度偏差が算出される。サーボモータ3の現在速度は、速度検出部12にて、制御ループにおけるサーボモータ3の現在位置と1周期前の位置との差分を制御ループの演算周期で除算して検出される(現在速度を検出するステップ)。
As shown in FIG. 3, in the subtraction element e1, the current position of the
速度偏差は、速度偏差演算器13にて速度ゲインが乗算され、指令電流(トルク指令)としてフィルタ回路14に出力される(指令電流を生成するステップ)。すなわち、速度偏差演算器13は、サーボモータ3の現在速度から指令電流を生成する指令電流生成部として機能している。フィルタ回路14では、フィルタによってトルク指令に含まれる負荷変動による変動成分が除去される(変動成分を除去するステップ)。フィルタの中心周波数は、微分器15にて位置指令が微分された設定速度に基づいて周波数演算器16にて算出される。フィルタ回路14には、周波数演算器16で算出された中心周波数にフィルタが設定される。
The speed deviation is multiplied by the speed gain by the
具体的には、先ず、サーボモータ3の設定速度から速度周波数が求められる。速度周波数をf0[Hz]、設定速度をN[rpm]にしたときに、式(1)に示すようにして速度周波数f0が求められる。これにより、サーボモータ3の単位時間当たりの回転数(周波数)が求められる。
(1)
f0=N/60
Specifically, first, the speed frequency is obtained from the set speed of the
(1)
f 0 = N / 60
次に、サーボモータ3の速度周波数とサーボモータ3の1回転中に負荷変動が起こる回数とからフィルタの中心周波数が求められる。中心周波数をf1[Hz]、サーボモータ3の1回転中に負荷変動の回数をnとしたとき、式(2)に示すようにして中心周波数f1が求められる。これにより、サーボモータ3の単位時間当たりの負荷変動数(周波数)が求められる。
(2)
f1=n・f0
Next, the center frequency of the filter is obtained from the speed frequency of the
(2)
f 1 = n · f 0
このように、サーボモータ3の1回転中に負荷変動がn回の周期で起こる場合に、フィルタ回路14には、サーボモータの速度周波数のn倍がフィルタの中心周波数として設定される。これにより、負荷変動の変動周波数にフィルタの中心周波数が合わせられ、指令電流から負荷変動による変動成分が除去される。なお、フィルタとしては除去帯域の狭いノッチフィルタが使用されており、指令電流から負荷変動による変動成分の帯域だけが低レベルに減衰される。また、サーボモータ3に対する位置指令に応じてフィルタの中心周波数が可変されるため、設定速度に応じて変化する変動成分を適切に除去することができる。
In this way, when load fluctuation occurs in one cycle during one rotation of the
フィルタ回路14からフィルタ後の指令電流が減算要素e3に出力される。減算要素e3では、電流センサ9で検出された電流とフィルタ回路14からの指令電流とが減算されて電流偏差(トルク偏差)が算出される。電流偏差は、電流偏差演算器17にて電流ゲインが乗算されて電流アンプ18に出力される。そして、電流アンプ18でPWM信号が生成されて、インバータブリッジ回路4(図1参照)を通じてサーボモータ3にモータ電流が出力される。以上の動作が繰返し行われることで、サーボモータ3に対するサーボ制御が実施されている。
The filtered command current is output from the
なお、モータ制御装置5は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成されている。メモリは、用途に応じてROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の一つ又は複数の記憶媒体で構成されており、モータ制御装置1に、モータ制御を実行させるプログラムが記憶されている。
The
続いて、図4から図6を参照して、フィルタ無しのモータ制御装置及びフィルタ有りのモータ制御装置の速度変動について説明する。図4は、フィルタ無し及びフィルタ有のモータ制御の説明図である。図5は、フィルタ無しの実効電流波形及び速度変動波形を示している。図6は、フィルタ有りの実効電流波形及び速度変動波形を示している。なお、図4では、現在速度を実線、指令速度を破線、指令電流を一点鎖線、U相電流を2点鎖線で示している。また、図5及び図6では、速度変動波形を実線、U相電流を一点鎖線、W相電流を二点鎖線、Z相信号(エンコーダ信号)を破線で示している。なお、図5及び図6においては、説明の便宜上、V相電流を省略している。 Next, with reference to FIG. 4 to FIG. 6, speed fluctuations of the motor control device without a filter and the motor control device with a filter will be described. FIG. 4 is an explanatory diagram of motor control without a filter and with a filter. FIG. 5 shows an effective current waveform and a speed fluctuation waveform without a filter. FIG. 6 shows an effective current waveform and a speed fluctuation waveform with a filter. In FIG. 4, the current speed is indicated by a solid line, the command speed is indicated by a broken line, the command current is indicated by a one-dot chain line, and the U-phase current is indicated by a two-dot chain line. 5 and 6, the speed fluctuation waveform is indicated by a solid line, the U-phase current is indicated by a one-dot chain line, the W-phase current is indicated by a two-dot chain line, and the Z-phase signal (encoder signal) is indicated by a broken line. 5 and 6, the V-phase current is omitted for convenience of explanation.
図4Aに示すように、フィルタ無しのモータ制御では、負荷変動の速度変化を抑えるように指令電流が変化するため、指令電流の振幅が大きくなっている。一方で、図4Bに示すように、フィルタ有りのモータ制御では、フィルタによって指令電流から負荷変動による変動成分が除去されるため、指令電流の振幅が小さくなっている。このため、ゲイン調整をすることなく指令電流の振幅を小さくして、サーボモータ3(図3参照)の実効電流を減少させることができる。また、ゲインを変更する必要がないため、オーバーシュート等の問題も生じることもない。 As shown in FIG. 4A, in the motor control without a filter, the command current changes so as to suppress the speed change of the load fluctuation, so the amplitude of the command current is large. On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the motor control with a filter, since the fluctuation component due to load fluctuation is removed from the command current by the filter, the amplitude of the command current is small. Therefore, the effective current of the servo motor 3 (see FIG. 3) can be reduced by reducing the amplitude of the command current without adjusting the gain. Further, since there is no need to change the gain, problems such as overshoot do not occur.
続いて、フィルタの設定例について説明する。図5Aに示すように、フィルタを設けずにサーボモータ3(図3参照)を駆動すると、Z相信号のハイ・ローの1周期中に速度変動が2周期分生じる。これは、サーボモータ3が1回転する間に負荷変動が2回起きていることを示している。よって、設定速度が2800[rpm]の場合には、上記した式(1)、(2)から93[Hz]が負荷変動の変動周波数として求められる。サーボモータ3には、この負荷変動を打ち消すように電流が流されるが、サーボモータ3の応答性に限界があるため速度変動が十分に抑えられていない。
Subsequently, a filter setting example will be described. As shown in FIG. 5A, when the servo motor 3 (see FIG. 3) is driven without providing a filter, two cycles of speed fluctuation occur during one high / low period of the Z-phase signal. This indicates that the load fluctuation occurs twice while the
図5B及び図5Cに示すように、設定速度が2000[rpm]、1500[rpm]の場合には、上記した式(1)、(2)から67[Hz]、50[Hz]がそれぞれ負荷変動の変動周波数として求められる。サーボモータ3には、この負荷変動を打ち消すように電流が流されるが、サーボモータ3の応答性に限界があるため速度変動が十分に抑えられていない。このように、フィルタ無しの場合にはサーボモータ3に対して負荷変動に起因した余分な電流が流れる分だけ、U相電流及びW相電流の振幅が大きくなって、サーボモータ3の実効電流が増加する。
As shown in FIG. 5B and FIG. 5C, when the set speed is 2000 [rpm] and 1500 [rpm], the above formulas (1) and (2) to 67 [Hz] and 50 [Hz] are respectively loaded. It is obtained as the fluctuation frequency of fluctuation. A current is passed through the
図6Aに示すように、フィルタを設けたサーボモータ3(図3参照)では、設定速度が2800[rpm]の場合に、負荷変動の変動周波数である93[Hz]にフィルタの中心周波数が合わせられる。これにより、指令電流から負荷変動による変動成分が除去されるため、サーボモータ3に対して負荷変動を打ち消すような電流が流れることが防止される。同様に、図6B及び図6Cに示すように、設定速度が2000[rpm]、1500[rpm]の場合には、67[Hz]、50[Hz]にそれぞれフィルタの中心周波数が合わせられ、指令電流から負荷変動による変動成分が除去される。
As shown in FIG. 6A, in the
このように、フィルタ有りの場合には、サーボモータ3に対して負荷変動に起因した余分な電流が流れることがないため、U相電流及びW相電流の振幅が小さくなって実効電流が低下する。よって、負荷変動による多少の速度変化が問題にならない場合には、性能の低いサーボモータ3を用いてコストを削減することができる。
In this way, when the filter is present, no excess current due to load fluctuations flows to the
ここで、本件発明者等がフィルタ無しのモータ制御とフィルタ無しのモータ制御の実効電流[A]と速度リップル[rpm]を測定したところ、表1に示す結果が得られた。
以上のように、本実施の形態に係るモータ制御装置は、サーボモータの現在速度に応じた指令電流から負荷変動による変動成分が除去される。これにより、負荷変動による速度変化を打ち消すように、サーボモータに対して余分な電流が流れることがない。応答性に限界がある安価なサーボモータを用いた場合には、速度変化の修正に寄与しない無駄な電流を抑えて、サーボモータの実効電流が減少される。よって、サーボモータに無駄に消費されるエネルギーを減らして、サーボモータの力率を改善することができる。 As described above, the motor control device according to the present embodiment removes the fluctuation component due to the load fluctuation from the command current according to the current speed of the servo motor. As a result, no excessive current flows to the servo motor so as to cancel the speed change due to the load fluctuation. When an inexpensive servo motor with a limited response is used, an unnecessary current that does not contribute to the correction of the speed change is suppressed, and the effective current of the servo motor is reduced. Therefore, it is possible to reduce the energy consumed unnecessarily by the servo motor and improve the power factor of the servo motor.
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can change and implement variously. In the above-described embodiment, the size, shape, and the like illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention is exhibited. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.
例えば、本実施の形態では、ミシンで使用されるモータ制御装置を例示して説明したが、この構成に限定されない。モータ制御装置は、周期的な負荷変動が生じる負荷装置に使用される構成であれば、マウンタやプリンタ等の他の負荷装置に使用されてもよい。 For example, in the present embodiment, the motor control device used in the sewing machine has been described as an example, but the present invention is not limited to this configuration. The motor control device may be used for other load devices such as a mounter and a printer as long as the motor control device is configured to be used for a load device in which periodic load fluctuations occur.
また、本実施の形態では、フィルタ回路14が速度偏差演算器13から出力された指令電流(トルク指令)から負荷変動による変動成分を除去する構成にしたが、この構成に限定されない。指令電流は、電流偏差(トルク偏差)を含む概念であり、フィルタ回路14は、電流偏差から負荷変動による変動成分を除去する構成にしてもよい。したがって、フィルタ回路14は、例えば図3において、減算要素e3と電流偏差演算器17の間、電流偏差演算器17と電流アンプ18の間に設けられてもよい。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施の形態では、モータとしてサーボモータ3を例示して説明したが、この構成に限定されない。モータは、電流制御が可能なモータであればよく、例えばステッピングモータでもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、制御ループは、図3に示すように複数のフィードバックループを有する構成としたが、この構成に限定されない。制御ループは、フィードバックループを含む構成であれば、どのように構成されていてもよい。 In this embodiment, the control loop has a plurality of feedback loops as shown in FIG. 3, but is not limited to this configuration. The control loop may be configured in any way as long as it includes a feedback loop.
また、本実施の形態では、速度検出部12が、エンコーダ10からサーボモータ3の現在位置と1周期前の位置を取得してサーボモータ3の現在速度を算出する構成にしたが、この構成に限定されない。速度検出部12は、算出処理によってサーボモータ3の現在速度を検出する構成に限定されず、速度センサ等によって直にサーボモータ3の現在速度を検出する構成にしてもよい。
In the present embodiment, the speed detection unit 12 obtains the current position of the
また、本実施の形態では、フィルタ回路14は、単一のフィルタで指令電流から変動成分を除去する構成にしたが、複数のフィルタで指令電流から変動成分を除去する構成にしてもよい。
In the present embodiment, the
また、本実施の形態では、サーボモータ3の設定速度から速度周波数が求められる構成にしたが、この構成に限定されない。速度検出部12で検出されたサーボモータ3の現在速度から速度周波数が求められる構成にしてもよい。この場合、周波数演算器16は、サーボモータ3の現在速度からフィルタの中心周波数を算出する。
In the present embodiment, the speed frequency is obtained from the set speed of the
以上説明したように、本発明は、速度変化の修正に寄与しない無駄な電流を抑えてモータの実効電流を低下させることができるという効果を有し、特に、ミシンの主軸に連結されるモータを駆動制御するモータ制御装置、モータ制御方法及びそのプログラムに有用である。 As described above, the present invention has an effect of reducing the effective current of the motor by suppressing a useless current that does not contribute to the correction of the speed change, and in particular, the motor connected to the main shaft of the sewing machine. The present invention is useful for a motor control device that controls driving, a motor control method, and a program thereof.
1 主電源
2 整流器
3 サーボモータ(モータ)
4 インバータブリッジ回路
5 モータ制御装置
6 平滑コンデンサ
7 主電源回路部
8 ハーフブリッジ回路
9 電流センサ
10 エンコーダ
11 位置偏差演算器
12 速度検出部
13 速度偏差演算器(指令電流生成部)
14 フィルタ回路
15 微分器
16 周波数演算器
17 電流偏差演算器
18 電流アンプ
1
4
14
Claims (7)
前記モータの現在速度を検出する速度検出部と、
前記モータの現在速度に基づいて指令電流を生成する指令電流生成部と、
前記指令電流に含まれる負荷変動による変動成分を除去するフィルタ回路とを備え、
前記負荷変動による変動成分が除去された指令電流によって前記モータを駆動制御することを特徴とするモータ制御装置。 A motor control device that drives and controls a motor in which a speed change is caused by a periodic load fluctuation,
A speed detector for detecting a current speed of the motor;
A command current generator for generating a command current based on the current speed of the motor;
A filter circuit for removing fluctuation components due to load fluctuations included in the command current,
A motor control apparatus, wherein the motor is driven and controlled by a command current from which a fluctuation component due to the load fluctuation is removed.
前記モータ制御装置に駆動制御されるモータとを備えたことを特徴とするミシン。 The motor control device according to any one of claims 1 to 4,
A sewing machine comprising: a motor driven and controlled by the motor control device.
前記モータの現在速度を検出するステップと、
前記モータの現在速度に基づいて指令電流を生成するステップと、
前記指令電流に含まれる負荷変動による変動成分を除去するステップとを備え、
前記負荷変動による変動成分が除去された指令電流によって前記モータを駆動制御することを特徴とするモータ制御方法。 A motor control method for driving and controlling a motor in which a speed change is caused by a periodic load fluctuation,
Detecting a current speed of the motor;
Generating a command current based on the current speed of the motor;
Removing fluctuation components due to load fluctuations included in the command current,
A motor control method, wherein the motor is driven and controlled by a command current from which a fluctuation component due to the load fluctuation is removed.
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