(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷電流を検出するための電流検出器からフィードバックされる検出電流値と電流指令値との差を増幅する偏差アンプを含む電流フィードバックループを持つ電流アンプ回路において、
コントローラにより前記電流指令値をゼロ点を通過するように正から負、負から正の少なくとも一方に変化させ、
増幅されたオフセットを前記偏差アンプの出力として取り出すと共に、前記電流指令値の変化に伴う前記偏差アンプの出力ゼロを検出し、
前記コントローラは、前記偏差アンプの出力ゼロ検出時の前記電流指令値を記憶し、記憶した値を補正量として自動オフセット調整を行うことを特徴とする電流アンプ回路のオフセット調整方法。
【請求項２】
請求項１に記載のオフセット調整方法において、
前記電流アンプ回路は前記コントローラとして電圧指令値を出力するデジタルコントローラを有し、前記電流アンプ回路は更に前記電圧指令値をアナログの前記電流指令値に変換するＤ／Ａコンバータと、前記偏差アンプの出力ゼロを検出する手段としてコンパレータを備え、
前記デジタルコントローラは、前記コンパレータからの前記偏差アンプの出力ゼロ検出信号を受けると、その時の前記電圧指令値を記憶し、記憶した値を前記電流指令値に代える前記補正量としてオフセット調整を行うことを特徴とする電流アンプ回路のオフセット調整方法。
【請求項３】
負荷電流を検出するための電流検出器からフィードバックされる検出電流値と電流指令値との差を増幅する偏差アンプを含む電流フィードバックループを持つ電流アンプ回路において、
該電流アンプ回路はコントローラとして電圧指令値を出力するデジタルコントローラを有し、該電流アンプ回路は更に前記電圧指令値をアナログの前記電流指令値に変換するＤ／Ａコンバータと、前記偏差アンプの出力ゼロを検出する手段を備え、
前記コントローラにより前記電流指令値をゼロ点を通過するように正から負、負から正の少なくとも一方に変化させ、
前記電流指令値の変化に伴う前記偏差アンプの出力ゼロを検出し、
前記デジタルコントローラは、前記検出手段からの前記偏差アンプの出力ゼロ検出信号を受けると、その時の前記電圧指令値又は前記電流指令値を記憶し、記憶した値を複数のオフセットを補正するための補正量としてオフセット調整を行うことを特徴とする電流アンプ回路のオフセット調整方法。
【請求項４】
請求項３に記載のオフセット調整方法において、
前記複数のオフセットは、前記Ｄ／Ａコンバータ、前記偏差アンプ、及び前記電流検出器のオフセットを含むことを特徴とする電流アンプ回路のオフセット調整方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１つに記載のオフセット調整方法において、
前記デジタルコントローラは前記電流指令値の変化を正から負、負から正への両方について行い、該両方の変化に伴って得られる前記電圧指令値の平均値を前記補正量として用いることを特徴とする電流アンプ回路のオフセット調整方法。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれか１つに記載のオフセット調整方法において、
前記デジタルコントローラは、当該電流アンプ回路の作動時にオフセット再調整を行うに際しては、該再調整時に得られる補正量を前記記憶された補正量に加算した値を補正量とすることを特徴とする電流アンプ回路のオフセット調整方法。
【請求項７】
電圧指令値を出力するデジタルコントローラと、前記電圧指令値をアナログの電流指令値に変換するＤ／Ａコンバータと、負荷電流を検出するための電流検出器からフィードバックされる検出電流値と前記電流指令値との差を増幅する偏差アンプを含む電流フィードバックループとを含む電流アンプ回路において、
前記デジタルコントローラは、オフセット調整時、前記電流指令値をゼロ点を通過するように正から負、負から正の少なくとも一方に変化させ、
増幅されたオフセットを前記偏差アンプの出力として取り出すと共に、前記電流指令値の変化に伴う前記偏差アンプの出力ゼロを検出する検出手段を設け、
前記デジタルコントローラは、前記検出手段からの前記偏差アンプの出力ゼロ検出信号を受けると、その時の前記電圧指令値を記憶し、記憶した値を補正量として自動オフセット調整を行うことを特徴とする電流アンプ回路。
【請求項８】
電圧指令値を出力するデジタルコントローラと、前記電圧指令値をアナログの電流指令値に変換するＤ／Ａコンバータと、負荷電流を検出するための電流検出器からフィードバックされる検出電流値と前記電流指令値との差を増幅する偏差アンプを含む電流フィードバックループとを含む電流アンプ回路において、
前記デジタルコントローラは、オフセット調整時、前記電流指令値をゼロ点を通過するように正から負、負から正の少なくとも一方に変化させ、
前記電流指令値の変化に伴う前記偏差アンプの出力ゼロを検出する検出手段を設け、
前記デジタルコントローラは、前記検出手段からの前記偏差アンプの出力ゼロ検出信号を受けると、その時の前記電圧指令値又は前記電流指令値を記憶し、記憶した値を複数のオフセットを補正するための補正量として自動オフセット調整を行うことを特徴とする電流アンプ回路。
【請求項９】
請求項８に記載の電流アンプ回路において、
前記複数のオフセットは、前記Ｄ／Ａコンバータ、前記偏差アンプ、及び前記電流検出器のオフセットを含むことを特徴とする電流アンプ回路。
【請求項１０】
請求項７〜９のいずれか１つに記載の電流アンプ回路において、
前記検出手段としてコンパレータを有することを特徴とする電流アンプ回路。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれか１つに記載の電流アンプ回路において、
前記デジタルコントローラは前記電流指令値の変化を正から負、負から正への両方について行い、該両方の変化に伴って得られる前記電圧指令値の平均値を前記補正量として用いることを特徴とする電流アンプ回路。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか１つに記載の電流アンプ回路において、
前記デジタルコントローラは、当該電流アンプ回路の作動時にオフセット再調整を行うに際しては、該再調整時に得られる補正量を前記記憶された補正量に加算した値を補正量とすることを特徴とする電流アンプ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷電流を検出するための電流検出器からフィードバックされる検出電流値と電流指令値との差を増幅する偏差アンプを含む、いわゆる電流ループを持つ電流アンプ回路のオフセット調整方法及びオフセット調整機能を有する電流アンプ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータの電流制御系として、図５に示すような構成のものが提供されている。図５において、この電流制御系は電流指令値を出力するためのデジタルコントローラ５１、デジタルの電流指令値をアナログに変換するためのＤ／Ａコンバータ５２、負荷Ｌに流れる負荷電流を検出するための電流検出器５３からのフィードバックによる検出電流値とＤ／Ａコンバータ５２からの電流指令値との偏差を演算するための演算器５４、演算された偏差を増幅して電圧指令値として出力するための偏差アンプ５５、電圧指令値を増幅して負荷Ｌに与えるための電圧アンプ５６を含む。電圧アンプ５６は、その出力を入力側に設けられた偏差演算用の演算器５６−１にフィードバックするフィードバックループを持つ。このような電流制御系は、電流アンプ回路とも呼ばれている。
【０００３】
ところで、図５のように、デジタルコントローラ５１以外の要素がアナログで構成された電流アンプの場合、各要素における部品特性のばらつきによるオフセットが存在する。図５で言えば、Ｄ／Ａコンバータ５２のオフセット電圧ＶE1、偏差アンプ５５のオフセット電圧ＶE2、電圧アンプ５６のオフセット電圧ＶE3、電流検出器５３のオフセット電圧ＶE4が存在する。このようなオフセットはまた、部品特性のばらつきのみならず、季節、つまり周囲温度の変化によっても生じることがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
いずれにしても、上記のようなオフセットを調整する、いわゆるゼロ点調整が必要であり、これまでは負荷電流のフィードバックラインにあらかじめ調整用トリマ５７を設けておいて手作業で行うようにしている。この作業は例えば、負荷電流を測定するために、負荷Ｌへの電源ラインに電流計６０を設置し、電流指令値が０の状態で電流計６０の読みがゼロになるよう調整用トリマ５７を調整するものである。
【０００５】
このオフセット調整方法では電流アンプ回路の出力電流、つまり負荷電流を正確に測定する外部測定機器が必要である。また、出力電流がゼロになる点を探すという手順が必要であり、調整に時間がかかるうえ、稼働中に調整を行うことができないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、外部測定機器を必要としない、自動オフセット調整機能を有する電流アンプ回路を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の課題は、外部測定機器を必要とせずに、自動でオフセット調整を実現できる電流アンプ回路のオフセット調整方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、負荷電流を検出するための電流検出器からフィードバックされる検出電流値と電流指令値との差を増幅する偏差アンプを含む電流フィードバックループを持つ電流アンプ回路において、コントローラにより前記電流指令値をゼロ点を通過するように正から負、負から正の少なくとも一方に変化させ、増幅されたオフセットを前記偏差アンプの出力として取り出すと共に、前記電流指令値の変化に伴う前記偏差アンプの出力ゼロを検出し、前記コントローラは、前記偏差アンプの出力ゼロ検出時の前記電流指令値を記憶し、記憶した値を補正量として自動オフセット調整を行うことを特徴とする電流アンプ回路のオフセット調整方法が提供される。
【０００９】
本オフセット調整方法においては、前記電流アンプ回路は前記コントローラとして電圧指令値を出力するデジタルコントローラを有し、前記電流アンプ回路は更に前記電圧指令値をアナログの前記電流指令値に変換するＤ／Ａコンバータと、前記偏差アンプの出力ゼロを検出する手段としてコンパレータを備え、前記デジタルコントローラは、前記コンパレータからの前記偏差アンプの出力ゼロ検出信号を受けると、その時の前記電圧指令値を記憶し、記憶した値を前記電流指令値に代える前記補正量としてオフセット調整を行うようにされる。なお、本発明は、負荷電流を検出するための電流検出器からフィードバックされる検出電流値と電流指令値との差を増幅する偏差アンプを含む電流フィードバックループを持つ電流アンプ回路において、該電流アンプ回路はコントローラとして電圧指令値を出力するデジタルコントローラを有し、該電流アンプ回路は更に前記電圧指令値をアナログの前記電流指令値に変換するＤ／Ａコンバータと、前記偏差アンプの出力ゼロを検出する手段を備え、前記コントローラにより前記電流指令値をゼロ点を通過するように正から負、負から正の少なくとも一方に変化させ、前記電流指令値の変化に伴う前記偏差アンプの出力ゼロを検出し、前記デジタルコントローラは、前記検出手段からの前記偏差アンプの出力ゼロ検出信号を受けると、その時の前記電圧指令値又は前記電流指令値を記憶し、記憶した値を複数のオフセットを補正するための補正量としてオフセット調整を行うことを特徴とする電流アンプ回路のオフセット調整方法であっても良い。この場合、前記複数のオフセットは、前記Ｄ／Ａコンバータ、前記偏差アンプ、及び前記電流検出器のオフセットを含む。
【００１０】
本オフセット調整方法においては、前記デジタルコントローラが前記電流指令値の変化を正から負、負から正への両方について行い、該両方の変化に伴って得られる前記電圧指令値の平均値を前記補正量として用いるようにされても良い。
【００１１】
本オフセット調整方法においてはまた、前記デジタルコントローラが前記補正量を記憶し、当該電流アンプ回路の作動時にオフセット再調整を行うに際しては、該再調整時に得られる補正量を前記記憶された補正量に加算した値を補正量とするようにしても良い。
【００１２】
本発明によればまた、電圧指令値を出力するデジタルコントローラと、前記電圧指令値をアナログの電流指令値に変換するＤ／Ａコンバータと、負荷電流を検出するための電流検出器からフィードバックされる検出電流値と前記電流指令値との差を増幅する偏差アンプを含む電流フィードバックループとを含む電流アンプ回路において、前記デジタルコントローラは、オフセット調整時、前記電流指令値をゼロ点を通過するように正から負、負から正の少なくとも一方に変化させ、増幅されたオフセットを前記偏差アンプの出力として取り出すと共に、前記電流指令値の変化に伴う前記偏差アンプの出力ゼロを検出する検出手段を設け、前記デジタルコントローラは、前記検出手段からの前記偏差アンプの出力ゼロ検出信号を受けると、その時の前記電圧指令値を記憶し、記憶した値を補正量として自動オフセット調整を行うことを特徴とする電流アンプ回路が提供される。本発明によれば更に、電圧指令値を出力するデジタルコントローラと、前記電圧指令値をアナログの電流指令値に変換するＤ／Ａコンバータと、負荷電流を検出するための電流検出器からフィードバックされる検出電流値と前記電流指令値との差を増幅する偏差アンプを含む電流フィードバックループとを含む電流アンプ回路において、前記デジタルコントローラは、オフセット調整時、前記電流指令値をゼロ点を通過するように正から負、負から正の少なくとも一方に変化させ、前記電流指令値の変化に伴う前記偏差アンプの出力ゼロを検出する検出手段を設け、前記デジタルコントローラは、前記検出手段からの前記偏差アンプの出力ゼロ検出信号を受けると、その時の前記電圧指令値又は前記電流指令値を記憶し、記憶した値を複数のオフセットを補正するための補正量として自動オフセット調整を行うことを特徴とする電流アンプ回路が提供される。この場合にも前記複数のオフセットは、前記Ｄ／Ａコンバータ、前記偏差アンプ、及び前記電流検出器のオフセットを含む。
【００１３】
本電流アンプ回路においては、前記検出手段としてコンパレータが設けられる。
【００１４】
本電流アンプ回路においてはまた、前記デジタルコントローラが前記電流指令値の変化を正から負、負から正への両方について行い、該両方の変化に伴って得られる前記電圧指令値の平均値を前記補正量として用いるようにしても良い。
【００１５】
本電流アンプ回路においては更に、前記デジタルコントローラが前記補正量を記憶し、当該電流アンプ回路の作動時にオフセット再調整を行うに際しては、該再調整時に得られる補正量を前記記憶された補正量に加算した値を補正量とするようにしても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１を参照して、本発明によるオフセット調整機能付きの電流アンプ回路の第１の実施の形態について説明する。図１において、この電流アンプ回路は、図５で説明した電流アンプ回路と同様の構成であるが、デジタルコントローラ１１とコンパレータ１７において異なる他、調整用トリマは不要である。つまり、デジタルコントローラ１１は電圧指令値ＶCOM を出力する。電流アンプ回路はまた、デジタルの電圧指令値ＶCOM をアナログの電流指令値ＩCOM に変換するためのＤ／Ａコンバータ１２、負荷Ｌに流れる負荷電流を検出するための電流検出器１３からのフィードバックによる検出電流値とＤ／Ａコンバータ１２からの電流指令値との偏差を演算するための演算器１４、演算された偏差を増幅して電圧指令値として出力するための偏差アンプ１５、偏差アンプ１５からの電圧指令値を増幅して負荷Ｌに与えるための電圧アンプ１６を含む。電圧アンプ１６は、その出力を入力側に設けられた偏差演算用の演算器１６−１にフィードバックするフィードバックループを持つ。
【００１７】
本形態におけるデジタルコントローラ１１は、後述するオフセット調整時、Ｄ／Ａコンバータ１２からの電流指令値をゼロ点を通過するように正から負あるいは負から正の一方に変化させる機能を持つ。そして、コンパレータ１７は、前記電流指令値の変化に伴う偏差アンプ１５の出力ゼロを検出する手段として作用する。デジタルコントローラ１１はまた、コンパレータ１７からの偏差アンプ１５の出力ゼロ検出信号を受けると、これを変化点として検出する機能とその時の電圧指令値ＶCOM を補正量としてラッチする機能と、ラッチされた補正量ＶECを減算器１１−１により電圧指令値から減算することで自動オフセット調整を行う機能を有する。デジタルコントローラ１１は更に、補正量として０を与えるか、オフセット調整によりラッチされた補正量を与えるかの切替えを行うための切替えスイッチＳＷ１を持つ。
【００１８】
以下に、本形態による自動オフセット調整の原理について説明する。電流アンプ回路においてオフセットの原因となる要因としては、Ｄ／Ａコンバータ１２のオフセット電圧ＶE1、偏差アンプ１５のオフセット電圧ＶE2、電圧アンプ１６のオフセット電圧ＶE3、電流検出器１３のオフセット電圧ＶE4の４つがあることは前述した通りである。これらのオフセット電圧のうち、ＶE3は電圧アンプ１６のフィードバックループのため十分小さく無視してよい。また、偏差アンプ１５の出力がゼロ点を通過したことを検出するコンパレータ１７のオフセットはＶE3と同じ影響しか出ないため無視できる。
【００１９】
ここで、偏差アンプ１５の出力、つまり電圧アンプ１６の入力がゼロの時は電圧アンプ１６の出力がゼロになり出力電流、つまり負荷電流はゼロになる、この時の電圧指令値ＶCOM を記憶し補正量とすることでオフセット電圧ＶE1、ＶE2、ＶE4の３つによる影響を無くすように補正することができる。
【００２０】
上記の原理について負荷Ｌがモータである場合について更に詳しく説明すると、以下の通りである。
【００２１】
１．電流アンプ回路内のオフセットを発生させる要因とオフセット量は以下の式で表される。
【００２２】
Ｉoffset＝ＲM ／Ｖo                                   （１）
但し、Ｉoffsetは負荷電流オフセット、ＲM はモータ電機子抵抗、Ｖo は電流指令ゼロ時の電流アンプ回路出力電圧である。
【００２３】
Ｖo ＝［（（ＶE1＋ＶE2＋ＶE4）×Ｇ１＋ＶE3］×ｋ        （２）
但し、Ｇ１は偏差アンプ１５のゲイン、ｋは電圧アンプ１６の増幅率である。
【００２４】
これらの式よりオフセット電圧のうちＶE3はＶE1、ＶE2、ＶE4に対し（１／Ｇ１）の比率でしか電流アンプ回路のオフセットに影響せず、Ｇ１＞１００と大きいためＶE1、ＶE2、ＶE4を補正することで十分である。
【００２５】
２．オフセット補正手順は以下の通りである。
【００２６】
▲１▼オフセット補正データの採取タイミング
電流アンプ回路の出力の変化が速いときは負荷の抵抗以外のインダクタンス／キャパシタンス成分の影響がでる。このため、オフセット補正データの採取は電流アンプ回路出力電圧の変化がインダクタンス／キャパシタンス成分の影響を無視できる時にとるか、またはインダクタンス／キャパシタンス成分がわかっている場合は計算によって補正する。
【００２７】
▲２▼図２をも参照して、オフセット補正シーケンスは以下の通りである。
【００２８】
ａ．オフセット量をゼロにする（図１における切替えスイッチＳＷ１をＡ側にする）。
【００２９】
ｂ．図２（ａ）に示すように、電流指令値をゼロ点を通過するように負から正に変化させる。これは、勿論、正から負への変化でも良い。
【００３０】
ｃ．図２（ｂ）に示すように、電流指令値の変化に伴い、偏差アンプ１５の出力はオフセットが無ければ電流指令値のゼロ点通過と同時にゼロ点を通過するように変化するが、オフセットがあることによりゼロ点通過のタイミングがずれる。図２（ｃ）に示すように、偏差アンプ１５の出力がゼロ点を通過したことをコンパレータ１７で検出し、この検出信号によりデジタルコントローラ１１はその時の電圧指令値ＶCOM をラッチしラッチされた値を補正量ＶCEとして使用する。つまり、この時図１の切替えスイッチＳＷ１はＢ側にされている。
【００３１】
図２に示されるように、電流指令値を複数回変化させ、これにより得られる複数の補正量の平均値を補正量として採用するようにしても良い。
【００３２】
また、図３に示すように、電流指令値を、正方向と負方向の両方でしかも同率となるように変化させ、その結果得られる２つの補正量の平均値を補正量とするようにしても良いし、これを複数回行って平均値をとるようにしても良い。
【００３３】
図４は、本発明の第２の実施の形態による電流アンプ回路を示し、動作中のオフセット調整を実現可能としたものである。この形態は、デジタルコントローラ２１が演算器２１−１、切替えスイッチＳＷ１に加えて、以前に得られた補正量を記憶する補正量記憶部２１−２を有し、記憶された補正量を新たにオフセット調整を行った場合に得られる補正量に加算して与える演算器２１−３を有する点において図１のデジタルコントローラ１１と異なる。その他の構成は、図１に示した電流アンプ回路と同じである。
【００３４】
動作中のオフセット補正は以下の通りである。
【００３５】
ａ．前回のオフセット調整で得られた補正量を補正量記憶部２１−２に記憶する。
【００３６】
ｂ．新たなオフセット調整において電流指令値をゼロ点を通過するように変化させる。
【００３７】
ｃ．偏差アンプ１６出力のゼロ点通過検出によりラッチされた電圧指令値ＶCOM を新たな補正量として記憶部に記憶されている補正量に加算して演算器２１−１に与える。
【００３８】
この形態では、初回、補正量が０でない場合は、初回補正時に誤差分まで含んだ補正量がラッチされるので自動的に修正が行われ、切替えスイッチＳＷ１を閉じたまま放置すると、正しい補正値に収束する。値が安定した後、切替えスイッチＳＷ１を開放すれば調整完了となる。切替えスイッチＳＷ１は手動で操作される。
【００３９】
以上説明した本発明による電流アンプ回路は、モータ制御装置の電流制御部や磁界制御装置の電流制御部への適用が考えられる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、電流計のような外部測定器を使用せずに簡単な回路で自動オフセット調整を行うことができるうえに、回路の動作直前は勿論、稼動中にもオフセット再調整を行うことができる。しかも、オフセットの検出を偏差アンプのゲインで増幅された偏差アンプ出力で行うので、高精度のオフセット調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による電流アンプ回路の構成を示したブロック図である。
【図２】図１の形態におけるオフセット調整に伴う各部の信号波形を示した図である。
【図３】図１の形態において図２とは別のオフセット調整に伴う各部の信号波形を示した図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による電流アンプ回路の構成を示したブロック図である。
【図５】従来の電流アンプ回路におけるオフセット調整を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１１、２１、５１    デジタルコントローラ
１２、５２    Ｄ／Ａコンバータ
１３、５３    電流検出器
１４、５４    演算器
１５、５５    偏差アンプ
１６、５６    電圧アンプ
１７    コンパレータ
５７    調整用トリマ
【図１】
0004022059.tif 000002
【図２】
0004022059.tif 000003
【図３】
0004022059.tif 000004
【図４】
0004022059.tif 000005
【図５】
0004022059.tif 000006