電機(jī)控制裝置以及電機(jī)控制方法
【專利摘要】電機(jī)控制裝置以及電機(jī)控制方法。本發(fā)明的電機(jī)控制裝置具備：狀態(tài)變量檢測(cè)部，其輸出與電機(jī)的狀態(tài)變量相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)；振動(dòng)檢測(cè)部，其基于轉(zhuǎn)矩指令和所述檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)所述電機(jī)的外部干擾振動(dòng)成分，輸出與該檢測(cè)結(jié)果相應(yīng)的振動(dòng)成分信號(hào)；速度信號(hào)生成部，其基于從所述檢測(cè)信號(hào)減去所述振動(dòng)成分信號(hào)而得到的結(jié)果，生成速度信號(hào)；以及速度控制部，其基于速度指令和所述速度信號(hào)之間的偏差，生成所述轉(zhuǎn)矩指令。
【專利說明】電機(jī)控制裝置以及電機(jī)控制方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)基于2012年12月26日向日本特許廳提交的日本專利申請(qǐng)2012-282058號(hào)，因此將所述日本專利申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及電機(jī)控制裝置以及電機(jī)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0004]以往，已知以連結(jié)有機(jī)械負(fù)載的電機(jī)為控制對(duì)象的電機(jī)控制裝置。該電機(jī)控制裝置的控制技術(shù)中，即使在控制對(duì)象的參數(shù)有變化的情況下，或在對(duì)控制對(duì)象作用外部干擾的情況下，也高響應(yīng)地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。
[0005]例如，在日本特開平7-261843號(hào)公報(bào)中，公開了高響應(yīng)地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的技術(shù)。該技術(shù)通過使用外部干擾觀測(cè)器以及狀態(tài)觀測(cè)器，能夠高精度地對(duì)負(fù)載側(cè)的狀態(tài)變量進(jìn)行估計(jì)。將估計(jì)到的狀態(tài)變量反饋至控制對(duì)象。
[0006]然而，上述文獻(xiàn)記載的技術(shù)中，根據(jù)情況不同，有可能不能夠充分地抑制振動(dòng)，不能高響應(yīng)地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制。例如，在控制對(duì)象為3慣性系或者機(jī)臺(tái)振動(dòng)系的情況，或，因機(jī)械共振以外的原因而產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的情況等。作為機(jī)械共振以外的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的原因，有電機(jī)的齒槽效應(yīng)，以及在電機(jī)為發(fā)電機(jī)的情況下產(chǎn)生的功率脈動(dòng)等。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]本發(fā)明的一目的在于提供能夠高響應(yīng)地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的電機(jī)控制裝置以及電機(jī)控制方法。
[0008]實(shí)施方式一形態(tài)的電機(jī)控制裝置包括狀態(tài)變量檢測(cè)部、振動(dòng)檢測(cè)部、速度信號(hào)生成部、以及速度控制部。所述狀態(tài)變量檢測(cè)部輸出與電機(jī)的狀態(tài)變量相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)。所述振動(dòng)檢測(cè)部基于轉(zhuǎn)矩指令和所述檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)所述電機(jī)的外部干擾振動(dòng)成分，輸出與該檢測(cè)結(jié)果相應(yīng)的振動(dòng)成分信號(hào)。所述速度信號(hào)生成部基于從所述檢測(cè)信號(hào)減去所述振動(dòng)成分信號(hào)而得到的結(jié)果，生成速度信號(hào)。所述速度控制部基于速度指令和所述速度信號(hào)之間的偏差，生成所述轉(zhuǎn)矩指令。
[0009]根據(jù)實(shí)施方式的一形態(tài)，能夠提供能夠高響應(yīng)地對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制的電機(jī)控制裝置以及電機(jī)控制方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1是表示第I實(shí)施方式的電機(jī)控制裝置的構(gòu)成的框圖。
[0011]圖2是表示圖1所示的電機(jī)控制裝置的控制部的具體構(gòu)成的框圖。
[0012]圖3是表示在以往的電機(jī)控制裝置中，在將電機(jī)加速然后減速的情況下的、由轉(zhuǎn)矩指令控制的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)矩指令的狀態(tài)，即轉(zhuǎn)矩特性)和與電機(jī)的輸出軸連結(jié)的機(jī)械負(fù)載的位置(機(jī)械負(fù)載4的位置特性)之間的關(guān)系的曲線圖。
[0013]圖4是表示在第I實(shí)施方式的電機(jī)控制裝置中，在將電機(jī)加速然后減速的情況下的、由轉(zhuǎn)矩指令控制的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩(轉(zhuǎn)矩指令的狀態(tài)，即轉(zhuǎn)矩特性)和與電機(jī)的輸出軸連結(jié)的機(jī)械負(fù)載的位置(機(jī)械負(fù)載4的位置特性)之間的關(guān)系的曲線圖。
[0014]圖5為將圖3所示的機(jī)械負(fù)載的位置特性的一部分放大后的圖。
[0015]圖6為將圖4所示的機(jī)械負(fù)載的位置特性的一部分放大后的圖。
[0016]圖7是表示第2實(shí)施方式的電機(jī)控制裝置的構(gòu)成的框圖。
[0017]圖8是表示第3實(shí)施方式的電機(jī)控制裝置的構(gòu)成的框圖。
[0018]在下面的詳細(xì)說明中，出于說明的目的，為了提供對(duì)所公開的實(shí)施方式的徹底的理解，提出了許多具體的細(xì)節(jié)。然而，顯然可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的前提下實(shí)施一個(gè)或更多的實(shí)施方式。在其它的情況下，為了簡(jiǎn)化制圖，示意性地示出了公知的結(jié)構(gòu)和裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0019]以下，參照附圖，對(duì)本發(fā)明的電機(jī)控制裝置以及電機(jī)控制方法的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。此外，該電機(jī)控制裝置以及電機(jī)控制方法不限于以下所示的實(shí)施方式。此外，在本說明書，術(shù)語“電機(jī)控制”是指本領(lǐng)域技術(shù)人員所周知的電機(jī)控制，例如，包括對(duì)電機(jī)內(nèi)流動(dòng)的電流進(jìn)行控制來控制電機(jī)的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩控制、根據(jù)速度指令電壓無級(jí)地改變速度的速度控制、通過位置指令對(duì)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度(位置)和旋轉(zhuǎn)速度(移動(dòng)速度)進(jìn)行控制的位置控制。
[0020](第I實(shí)施方式)
[0021]圖1是表示第I實(shí)施方式的電機(jī)控制裝置I的構(gòu)成的框圖。如圖1所示，第I實(shí)施方式的電機(jī)控制裝置I具備有驅(qū)動(dòng)部10和控制部11。驅(qū)動(dòng)部10具有電力變換器12和PWM信號(hào)生成器13。電力變換器12與外部的直流電源2連接。PWM信號(hào)生成器13將對(duì)電壓進(jìn)行控制的信號(hào)發(fā)送至電力變換器12。此外，PWM信號(hào)生成器13是在控制部11的控制之下的。從而，該電機(jī)控制裝置I使用電力變換器12，將從直流電源2供給的直流電變換為具有所希望的頻率以及電壓的三相交流電。通過利用PWM信號(hào)生成器13進(jìn)行的公知的PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)控制進(jìn)行該變換。將變換后的電力輸出至三相交流電機(jī)3 (以下，記載為電機(jī)3)。
[0022]電機(jī)3例如是永磁同步電機(jī)。在該電機(jī)3的輸出軸連結(jié)有機(jī)械負(fù)載4。此外，電機(jī)3例如也可以是線性電機(jī)。另外，電機(jī)3不限于具有驅(qū)動(dòng)功能的電機(jī)。電機(jī)3也可以是具有發(fā)電功能的電動(dòng)發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)。例如，電機(jī)3也可以是與風(fēng)車的轉(zhuǎn)子等連接的發(fā)電機(jī)。
[0023]位置檢測(cè)器6 (狀態(tài)變量檢測(cè)部的一例)對(duì)電機(jī)3的位置(電機(jī)3的構(gòu)成部件的旋轉(zhuǎn)位置)進(jìn)行檢測(cè)。位置檢測(cè)器6輸出與檢測(cè)位置相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)xm(以下，記載為電機(jī)位置信號(hào)xm)。位置檢測(cè)器6例如與電機(jī)3的輸出軸連結(jié)。在這種情況下，位置檢測(cè)器6例如對(duì)電機(jī)3的輸出軸的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行檢測(cè)。
[0024]如圖1所示，電力變換器12連接于直流電源2與電機(jī)3之間。電力變換器12將來自直流電源2的電流以及電壓，根據(jù)從PWM信號(hào)生成器13供給的PWM信號(hào)進(jìn)行變換，并供給至電機(jī)3。電力變換器12例如是包含連接成三相橋的6個(gè)開關(guān)元件的三相逆變器電路。PWM信號(hào)生成器13基于控制部11的控制信號(hào),生成使構(gòu)成電力變換器12的開關(guān)兀件導(dǎo)通/截止的PWM信號(hào)。將該P(yáng)WM信號(hào)輸出至電力變換器12。
[0025]此外，直流電源2也可以具有將交流電變換為直流電并輸出的構(gòu)成。例如，直流電源2也可以具有將利用二極管的整流電路以及平滑用電容器組合而得到的構(gòu)成。在這種情況下，交流電源與整流電路的輸入側(cè)連接。
[0026]控制部11生成基于位置檢測(cè)器6的電機(jī)位置信號(hào)xm的轉(zhuǎn)矩指令Tref?？刂撇?1將與該轉(zhuǎn)矩指令Tref相應(yīng)的控制信號(hào)輸出至驅(qū)動(dòng)部10。
[0027]控制部11從用于反饋控制的電機(jī)位置信號(hào)xm中除去作用于電機(jī)3的外部干擾的振動(dòng)成分。根據(jù)該構(gòu)成，控制部11能夠提高速度控制的反饋增益。由此，控制部11能夠高響應(yīng)地對(duì)包括電機(jī)3以及機(jī)械負(fù)載4的控制對(duì)象5進(jìn)行控制。以下，具體地對(duì)控制部11的構(gòu)成進(jìn)行說明。
[0028]參照?qǐng)D2對(duì)控制部11的構(gòu)成更詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖2是表示控制部11的具體構(gòu)成的框圖。如圖2所示，控制部11具備位置控制部21、設(shè)置于該位置控制部21的上游以及下游側(cè)的減法器20以及22、速度控制部23、振動(dòng)檢測(cè)部24、以及速度信號(hào)生成部25。此外，為了方便說明，在圖2中，省略了控制部11的一部份構(gòu)成(例如，根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令Tref生成針對(duì)驅(qū)動(dòng)部10的控制信號(hào)的電流控制器)。
[0029]在圖2所示的例子中，將控制對(duì)象5表示為機(jī)械共振模型。該機(jī)械共振模型中，反共振頻率coa例如是30 X 2 [rad/s]。另外，共振頻率ω h例如是40X2 π [rad/s]。另外，慣性 Jl 例如是 2.0X 10_5[kg.m2]。
[0030]減法器20從位置指令xref減去電機(jī)位置信號(hào)xm，并將其結(jié)果輸出至位置控制部21。位置控制部21具有比例控制增益Kp。位置控制部21以使位置指令xref和電機(jī)位置信號(hào)xm之間的偏差為零的方式，通過使用了比例控制增益Kp的P控制(比例控制)，生成速度指令vref并輸出至減法器22。減法器22從速度指令vref減去電機(jī)速度估計(jì)信號(hào)v~ (速度信號(hào)的一例)，并將其結(jié)果輸出至速度控制部23。
[0031]速度控制部23具備比例控制器30、積分控制器31、加法器32、乘法器33。速度控制部23進(jìn)行追加積分控制(I控制)后的P控制即PI控制。即，速度控制部23以使速度指令vref和電機(jī)速度估計(jì)信號(hào)之間的偏差為零的方式，通過PI控制(比例積分控制)生成轉(zhuǎn)矩指令Tref。
[0032]比例控制器30具有比例增益Kv。例如將該比例增益Kv設(shè)定為Kp X 2 Ji。積分控制器31具有積分增益Ki。例如將積分增益Ki設(shè)定為Kv/2 Ji。乘法器33將轉(zhuǎn)動(dòng)慣量標(biāo)稱值Jn作為系數(shù)乘以加法器32的輸出。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量標(biāo)稱值Jn例如是Jl X ω h2/ω a2 [kg -m2]。
[0033]振動(dòng)檢測(cè)部24基于轉(zhuǎn)矩指令Tref與電機(jī)位置信號(hào)xm，檢測(cè)電機(jī)3的外部干擾振動(dòng)成分。將檢測(cè)結(jié)果作為振動(dòng)成分位置信號(hào)XdiSt輸出。振動(dòng)成分位置信號(hào)XdiSt為將圍繞電機(jī)3輸出軸的外部干擾轉(zhuǎn)矩所包含的振動(dòng)成分使用電機(jī)3的位置的振動(dòng)成分進(jìn)行表達(dá)的信號(hào)。
[0034]振動(dòng)檢測(cè)部24具備外部干擾觀測(cè)器40、濾波器41、以及模型42。外部干擾觀測(cè)器40基于轉(zhuǎn)矩指令Tref和電機(jī)位置信號(hào)xm，估計(jì)圍繞電機(jī)3的輸出軸而起作用的外部干擾轉(zhuǎn)矩。將估計(jì)結(jié)果作為外部干擾轉(zhuǎn)矩估計(jì)信號(hào)0-輸出至濾波器41。例如，外部干擾觀測(cè)器40能夠基于下述式(I)，計(jì)算外部干擾轉(zhuǎn)矩估計(jì)信號(hào)0-，并輸出至濾波器41。
[0035]數(shù)式I
【權(quán)利要求】
1.一種電機(jī)控制裝置，具備: 狀態(tài)變量檢測(cè)部，其輸出與電機(jī)的狀態(tài)變量相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)； 振動(dòng)檢測(cè)部，其基于轉(zhuǎn)矩指令和所述檢測(cè)信號(hào)，檢測(cè)所述電機(jī)的外部干擾振動(dòng)成分，輸出與該檢測(cè)結(jié)果相應(yīng)的振動(dòng)成分信號(hào)； 速度信號(hào)生成部，其基于從所述檢測(cè)信號(hào)減去所述振動(dòng)成分信號(hào)而得到的結(jié)果，生成速度信號(hào)；以及 速度控制部，其基于速度指令和所述速度信號(hào)之間的偏差，生成所述轉(zhuǎn)矩指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制裝置，其中，基于所述轉(zhuǎn)矩指令對(duì)所述電機(jī)進(jìn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制裝置，其中，所述電機(jī)的狀態(tài)變量為電機(jī)的位置或速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制裝置，其中，所述速度信號(hào)生成部具備: 減法器，其從所述檢測(cè)信號(hào)減去所述振動(dòng)成分信號(hào)；以及 狀態(tài)估計(jì)觀測(cè)器，其基于所述減法器的減法運(yùn)算結(jié)果和所述轉(zhuǎn)矩指令計(jì)算所述速度信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的電機(jī)控制裝置，其中， 所述振動(dòng)檢測(cè)部具備外部干擾觀測(cè)器，該外部干擾觀測(cè)器基于所述轉(zhuǎn)矩指令和所述檢測(cè)信號(hào)，對(duì)所述電機(jī)的外部干擾轉(zhuǎn)矩進(jìn)行估計(jì)，輸出與該估計(jì)結(jié)果相應(yīng)的外部干擾轉(zhuǎn)矩估計(jì)信號(hào)， 所述振動(dòng)檢測(cè)部根據(jù)所述外部干擾轉(zhuǎn)矩估計(jì)信號(hào)生成所述振動(dòng)成分信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)控制裝置，其中， 所述振動(dòng)檢測(cè)部具備從所述外部干擾轉(zhuǎn)矩估計(jì)信號(hào)中提取所述外部干擾轉(zhuǎn)矩的振動(dòng)成分的濾波器， 所述振動(dòng)檢測(cè)部使用規(guī)定的模型，根據(jù)所述外部干擾轉(zhuǎn)矩的振動(dòng)成分生成所述振動(dòng)成分信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電機(jī)控制裝置，其中， 所述濾波器具備高通濾波器或帶通濾波器。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機(jī)控制裝置，其中， 在所述外部干擾轉(zhuǎn)矩的振動(dòng)成分小于規(guī)定值的情況下，所述速度信號(hào)生成部不從所述檢測(cè)信號(hào)減去所述振動(dòng)成分信號(hào)，來生成所述速度信號(hào)， 在所述外部干擾轉(zhuǎn)矩的振動(dòng)成分為規(guī)定值以上的情況下，所述速度信號(hào)生成部從所述檢測(cè)信號(hào)減去所述振動(dòng)成分信號(hào)后，生成所述速度信號(hào)。
9.一種電機(jī)控制方法,包括: 檢測(cè)電機(jī)的狀態(tài)變量的步驟； 基于轉(zhuǎn)矩指令和所述狀態(tài)變量，檢測(cè)所述電機(jī)的外部干擾振動(dòng)成分的步驟； 基于從所述狀態(tài)變量減去所述外部干擾振動(dòng)成分而得到的結(jié)果，生成速度信號(hào)的步驟； 基于速度指令和所述速度信號(hào)之間的偏差，生成所述轉(zhuǎn)矩指令的步驟；以及 基于所述轉(zhuǎn)矩指令，對(duì)所述電機(jī)進(jìn)行控制的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電機(jī)控制方法，其中，所述電機(jī)的狀態(tài)變量為電機(jī)的位置或速度。
【文檔編號(hào)】H02P23/14GK103904976SQ201310726732
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月26日
【發(fā)明者】萩原淳 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)