專利名稱：向伺服電動(dòng)機(jī)控制單元提供處理延時(shí)調(diào)整的位置數(shù)據(jù)的編碼單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于檢測(cè)在機(jī)械工具等的位置編碼單元和由編碼單元得到位置數(shù)據(jù)用來控制伺服電動(dòng)機(jī)的伺服電動(dòng)機(jī)控制單元。
為提供具有高分辨率的編碼單元或得到一種絕對(duì)值編碼單元，已知有一種諸如在日本專利公報(bào)HEI5—65827上揭示的方法，在該方法中，對(duì)根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度輸出的諸如正弦波和三角波的模擬信號(hào)和與該模擬信號(hào)有規(guī)定的相位差的模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并通過算法操作對(duì)轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行內(nèi)插。圖22是根據(jù)上述方法的傳統(tǒng)的編碼控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。在圖22中，參考號(hào)1表示編碼單元，它安裝在伺服電動(dòng)機(jī)3或機(jī)器的移動(dòng)部件上。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2用外部源的位置命令和編碼單元1的輸出控制伺服電動(dòng)機(jī)3。
下面詳細(xì)描述圖22中的編碼單元1和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2。安裝在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸或機(jī)器的移動(dòng)部件上的屏蔽板5改變了由LED4A發(fā)射并到達(dá)諸如光敏二極管和光敏晶體管等的光接收器件6A和6B的光量，光接收器件6A和6B產(chǎn)生與光量成比例的信號(hào)。這些信號(hào)為模擬信號(hào)，是彼此相位偏移90°的正弦波或三角波。取樣和保持電路7A和7B同時(shí)保持這些模擬信號(hào)，并把它們輸入至A/D轉(zhuǎn)換器8A和8B。由運(yùn)算單元9把A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成位置數(shù)據(jù)，并把它輸出至電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2。運(yùn)算單元9包含除法器和ROM表。
下面描述電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2的工作情況。減法器12輸出位置命令與編碼單元1的輸出θ(Tn)之間的差值，位置控制裝置13根據(jù)該差值產(chǎn)生速度命令值。減法器14輸出速度命令值與在微分器19對(duì)θ(Tn)微分得到的速度反饋值之間的差值，速度控制裝置15根據(jù)該差值產(chǎn)生電流命令值。減法器16輸出電流命令值與電流反饋值之間的差值，電流控制裝置17根據(jù)該差值產(chǎn)生電壓命令值。一個(gè)3相PWM電壓產(chǎn)生裝置18響應(yīng)于該電壓命令輸出3相電壓并控制為同步電動(dòng)機(jī)的伺服電動(dòng)機(jī)。具體地說，3相PWM電壓產(chǎn)生裝置從編碼器的輸出θ(Tn)確定電動(dòng)機(jī)的磁極位置，并根據(jù)當(dāng)前磁極位置輸出3相電壓。在電流反饋回路中，由電流檢測(cè)器31A和31B檢測(cè)3相交流電流，并在3相交流d—q轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器20上把它轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩分量電流，用于控制電流。在這種情況下，3相交流d—q軸轉(zhuǎn)換器20從編碼器的輸出θ(Tn)確定磁極位置，并根據(jù)該當(dāng)前磁極位置進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
圖23示出了傳統(tǒng)的編碼單元的數(shù)據(jù)處理時(shí)序圖。取樣和保持電路7A和7B的保持一般是根據(jù)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2給出的請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行循環(huán)周期保持。當(dāng)信號(hào)為保持狀態(tài)時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器8A和8B開始A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換完成之后，由運(yùn)算單元9對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算處理，在時(shí)間Tn＋Td時(shí)輸出時(shí)間Tn時(shí)的角數(shù)據(jù)θ(Tn)。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2從時(shí)間Tn＋Td起進(jìn)行控制。在多多數(shù)情況下，該角數(shù)據(jù)以串行信號(hào)形式輸出。
如上所述，從保持模擬信號(hào)到把數(shù)據(jù)傳輸給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2的A/D轉(zhuǎn)換、算術(shù)處理和串行通信花了較長(zhǎng)的延時(shí)時(shí)間。
作為延時(shí)時(shí)間補(bǔ)償?shù)乃俣葯z測(cè)方法，已知一種例如日本專利申請(qǐng)公報(bào)SHO.62—260574所揭示的方法，從預(yù)先檢測(cè)到的速度V(n－1)和當(dāng)前檢測(cè)到的速度Vn預(yù)測(cè)V(n＋1)。在這種情況下，用下面算術(shù)式來表示它們之間的關(guān)系V(n＋1)＝2Vn－V(n－1)這種補(bǔ)償方法是用線性外插來如圖24所示線性增加或減少。圖26示出了用這種補(bǔ)償方法進(jìn)行編碼單元的定位檢測(cè)，預(yù)測(cè)和補(bǔ)償取樣周期T0(T0＝Tn－Tn－1)和延時(shí)時(shí)間Td的原理圖。圖28示出了補(bǔ)償單元的方框圖。
基于在取樣周期的變化分量以如圖25所示的規(guī)定的遞增量或遞減量來增加或減少的假設(shè)，曲線外插方法也顯而易見。在這種情況下，用下面的算術(shù)式來表示它們之間的關(guān)系V(n＋1)＝3V(n)－3V(n－1)＋V(n－2)圖27示出了把這種方法應(yīng)用于編碼單元的位置檢測(cè)，預(yù)測(cè)和補(bǔ)償取樣周期T0和延時(shí)時(shí)間Td的原理圖，圖29示出了該補(bǔ)償單元的方框圖。
由于傳統(tǒng)的編碼單元如上所述構(gòu)成，所以在相應(yīng)于伺服放大器的請(qǐng)求輸出位置數(shù)據(jù)之前就產(chǎn)生了延時(shí)。因此，輸出的位置數(shù)據(jù)不與真實(shí)角度一致，它包括了延時(shí)時(shí)間。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2根據(jù)帶有這種延時(shí)的位置數(shù)據(jù)來控制電動(dòng)機(jī)。雖然位置控制裝置13一般已有低環(huán)路增益控制系統(tǒng)，并且?guī)缀醪皇苎訒r(shí)的影響，但速度控制裝置15具有高環(huán)路增益，它需要提供高頻響應(yīng)，因此，編碼單元輸出的延時(shí)會(huì)引起速率控制同樣的延時(shí)，導(dǎo)致控制性能下降。
如果把同步電動(dòng)機(jī)用作伺服電動(dòng)時(shí)，如上所述，3相PWM電壓產(chǎn)生裝置18和3相交流d—q軸轉(zhuǎn)換器20都需要電動(dòng)機(jī)磁極位置數(shù)據(jù)。然而，存在的問題是，如果編碼器輸出數(shù)據(jù)包括了延時(shí)，則磁極檢測(cè)誤差，尤其是在電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，變得較大，大大降低了電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。
上述問題可以通過提高A/D轉(zhuǎn)換和算術(shù)運(yùn)算速度來緩和。然而，這種方法的缺點(diǎn)是必須使用非常昂貴的高速A/D轉(zhuǎn)換器和算術(shù)運(yùn)算處理單元。
此外，高速串行通信的可靠性也受到限制。
下面描述用圖28和29所示的補(bǔ)償方法預(yù)測(cè)和計(jì)算發(fā)生在檢測(cè)延時(shí)期間的位置變化帶來的問題。例如，如圖30和31所示，假設(shè)電動(dòng)機(jī)停留在θ0和θ1界線附近的位置θ0上，并一直到時(shí)間Tn－1，然后在時(shí)間Tn超過界線移入位置θ1區(qū)域，在時(shí)間Tn＋1，返回原始位置。在這種情況下，為方便起見，假設(shè)延時(shí)時(shí)間Td＝(取樣周期T0)。在進(jìn)行線性外插補(bǔ)償?shù)那闆r下，式子如下θ(Tn＋1)＝2θ(Tn)－θ(Tn－1)＝2θ(Tn＋1)＝2θ(Tn＋1)－θ(Tn)＝-1盡管電動(dòng)機(jī)實(shí)際工作性能小到小于最小的檢測(cè)單位，但編碼器的輸出在3個(gè)脈沖寬度內(nèi)波動(dòng)。該波動(dòng)被反饋到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2使電動(dòng)機(jī)停止時(shí)擺動(dòng)增大。
在進(jìn)行如圖29所示的曲線外插補(bǔ)償?shù)那闆r下，式子如下所給出的θ(Tn＋1)＝3θ(Tn)－3θ(Tn－1)＋θ(Tn－2)＝3θ(Tn＋2)＝3θ(Tn＋1)－θ(Tn)＝-3如圖32所示，編碼器輸出6個(gè)脈沖寬度內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)更進(jìn)一步增大了擺動(dòng)。
如果進(jìn)行如圖28和29所示的補(bǔ)償，即使電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)動(dòng)，對(duì)于編碼單元檢測(cè)的最小單位，也不能平穩(wěn)地檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的位置，還把小于檢測(cè)最小單位的誤差放大了，并且輸出，增加了旋轉(zhuǎn)的不均勻性。圖32示出了這種現(xiàn)象。在圖33中，作為一種例子，示出了速度減小至零后，反向加速的運(yùn)行情況。垂直刻度表示編碼器的檢測(cè)邊界，水平刻度表示取樣時(shí)間。
如上所述預(yù)測(cè)和補(bǔ)償延時(shí)時(shí)間的傳統(tǒng)的方法不能直接應(yīng)用于編碼單元。
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供一種能輸出無時(shí)間延時(shí)的位置數(shù)據(jù)和精確地進(jìn)行位置檢測(cè)的編碼單元，以及一種能根據(jù)從編碼單元接收到的位置數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確地控制伺服電動(dòng)機(jī)的伺服電動(dòng)機(jī)控制單元。
為了克服上述問題，此處描述的伺服控制單元包含一編碼單元，編碼單元包括編碼輸出補(bǔ)償裝置，它用當(dāng)前取樣和前一取樣獲得的位置數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)在從取樣的模擬檢測(cè)信號(hào)得到輸出位置數(shù)據(jù)所需的延時(shí)時(shí)間期間被測(cè)目標(biāo)(例如伺服電動(dòng)機(jī))位置變化情況。編碼輸出補(bǔ)償裝置輸出一個(gè)發(fā)生在延時(shí)時(shí)間期間的預(yù)測(cè)位置變化以及將該預(yù)測(cè)的位置變化與當(dāng)前取樣位置數(shù)據(jù)相加而得到的預(yù)測(cè)位置數(shù)據(jù)。
伺服電動(dòng)機(jī)控制單元進(jìn)一步包含一電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，該驅(qū)動(dòng)單元包含響應(yīng)于位置命令和當(dāng)前取樣位置數(shù)據(jù)之差值產(chǎn)生速度命令值的位置控制裝置；響應(yīng)于速度命令值和從預(yù)測(cè)的位置變化獲得的速度反饋值之間的差值產(chǎn)生電流命令值的速度控制裝置；把從伺服電動(dòng)機(jī)檢測(cè)到的3相交流電流轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩分量電流，并根據(jù)為同步電動(dòng)機(jī)的伺服電機(jī)的當(dāng)前磁極位置進(jìn)行轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換裝置；響應(yīng)于當(dāng)前命令值和轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生的當(dāng)前反饋值之間差值產(chǎn)生電壓命令值的電流控制裝置；以及響應(yīng)于從預(yù)測(cè)的位置數(shù)據(jù)得到的當(dāng)前磁極位置輸出3相電壓的電壓產(chǎn)生裝置。
根據(jù)第一實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置計(jì)算在對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)時(shí)間期間發(fā)生的預(yù)測(cè)的位置變化，它在當(dāng)前取樣周期內(nèi)位置變化的絕對(duì)值和在前一取樣周期內(nèi)位置變化的絕對(duì)值二者之間選擇較小的一個(gè)，并假設(shè)取樣周期期間，根據(jù)選出的位置變化使位置變化相對(duì)于該位置線或曲線地變化，以補(bǔ)償輸出位置數(shù)據(jù)。
根據(jù)第二實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置計(jì)算在對(duì)模擬信號(hào)取樣并輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)時(shí)間期間發(fā)生的預(yù)測(cè)的位置變化，通過如下方式完成1)選擇當(dāng)前取樣周期內(nèi)的位置變化的絕對(duì)值和前一取樣周期內(nèi)的位置變化的絕對(duì)值中較小的一個(gè)；2)選擇在當(dāng)前取樣周期內(nèi)與在前一取樣周期內(nèi)位置變化之間的差值和前一取樣周期內(nèi)的位置變化與在前一取樣周期之前的取樣周期內(nèi)的位置變化之間的差值中較小的一個(gè)，并假設(shè)在取樣周期內(nèi)，根據(jù)選出的位置變化與選出的位置變化差值之和使位置變化線性或曲線地變化。
根據(jù)第三實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置計(jì)算在對(duì)模擬信號(hào)取樣并輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)時(shí)間期間發(fā)生的預(yù)測(cè)的位置變化，它是假設(shè)在取樣周期期間，位置變化根據(jù)當(dāng)前取樣周期期間的位置變化與在前一取樣周期期間的位置變化的平均值線性或曲線地變化。
根據(jù)第四實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置計(jì)算在對(duì)模擬信號(hào)取樣并輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)時(shí)間期間發(fā)生的預(yù)測(cè)的位置變化，它是假設(shè)在取樣周期期間，位置變化根據(jù)當(dāng)前取樣周期內(nèi)從位置變化獲得的位置變化與前一取樣周期之前的取樣周期內(nèi)的位置變化的平均值，與前一取樣周期內(nèi)的位置變化與在前一取樣周期之前的取樣周期內(nèi)的位置變化之間差值的平均值之和線性或曲線地變化。
根據(jù)第五實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置從在當(dāng)前取樣和前一取樣時(shí)獲得的位置數(shù)據(jù)計(jì)算預(yù)測(cè)位置變化，它包括可變乘法器，在當(dāng)前取樣周期的位置變化較小時(shí)減小預(yù)測(cè)的位置變化。
根據(jù)第六實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置預(yù)先估算電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元輸出的當(dāng)前值與在取樣周期內(nèi)位置變化的偏移量之間的關(guān)系，并根據(jù)估算的關(guān)系和當(dāng)前取樣的位置數(shù)據(jù)估計(jì)預(yù)測(cè)的延時(shí)時(shí)間期間產(chǎn)生的位置變化。
根據(jù)第七實(shí)施例，提供信號(hào)產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角的角度模擬信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣，并把它們轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；算術(shù)運(yùn)算裝置，從經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)得到轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角；脈沖信號(hào)產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生其相位彼此偏移90°的脈沖；計(jì)數(shù)器，對(duì)所述脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；以及編碼輸出補(bǔ)償裝置，輸出下列之和1)計(jì)數(shù)器從對(duì)模擬信號(hào)取樣到轉(zhuǎn)角計(jì)算完成測(cè)量到的轉(zhuǎn)角；和2)從作為當(dāng)前角度的角信號(hào)計(jì)算得到的轉(zhuǎn)角。


圖1是本發(fā)明的編碼單元和伺服電動(dòng)機(jī)控制單元的方框圖。
圖2是圖1所示編碼單元工作的時(shí)序圖。
圖3示出了本發(fā)明的編碼單元的存儲(chǔ)單元的工作情況。
圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的編碼單元和伺服電動(dòng)機(jī)控制單元的方框圖。
圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的方框圖。
圖6是本發(fā)明第二實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的方框圖。
圖7是本發(fā)明的編碼單元轉(zhuǎn)換操作的流程圖。
圖8是本發(fā)明第三實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的方框圖。
圖9是本發(fā)明第4實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的方框圖。
圖10是本發(fā)明第一和第三實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元檢測(cè)邊界附近的位置上工作的曲線圖。
圖11是本發(fā)明第四實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的檢測(cè)邊界附近的位置上工作的曲線圖。
圖12是本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的工作曲線圖。
圖13是本發(fā)明第三和第四實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的工作曲線圖。
圖14是本發(fā)明第5實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的方框圖。
圖15是圖14的輸出補(bǔ)償單元的可變乘法器的一種工作例子的曲線圖。
圖16是圖14的輸出補(bǔ)償單元的可變乘法器的另一種工作例子的曲線圖。
圖17是本發(fā)明第6實(shí)施例的編碼單元和伺服電動(dòng)機(jī)控制單元的方框圖。
圖18是圖17所示的編碼單元的函數(shù)估計(jì)單元的曲線圖。
圖19是本發(fā)明第七實(shí)施例的編碼單元的方框圖。
圖20是圖19所示的編碼單元的屏蔽極的示意圖。
圖21是圖19的編碼單元的工作時(shí)序圖。
圖22是傳統(tǒng)編碼單元和伺服電動(dòng)機(jī)控制單元的方框圖。
圖23是傳統(tǒng)編碼單元的工作時(shí)序圖。
圖24是在速度檢測(cè)時(shí)進(jìn)行延時(shí)時(shí)間補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)例子曲線圖。
圖25是在速度檢測(cè)時(shí)進(jìn)行延時(shí)時(shí)間補(bǔ)償?shù)膫鹘y(tǒng)例子曲線圖。
圖26是把傳統(tǒng)的延時(shí)補(bǔ)償應(yīng)用于編碼單元時(shí)的補(bǔ)償操作情況的曲線圖。
圖27是把傳統(tǒng)的延時(shí)補(bǔ)償應(yīng)用于編碼單元時(shí)的補(bǔ)償操作情況的曲線圖。
圖28是把傳統(tǒng)的延時(shí)補(bǔ)償應(yīng)用于編碼單元時(shí)其結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖29是把傳統(tǒng)的延時(shí)補(bǔ)償應(yīng)用于編碼單元時(shí)其結(jié)構(gòu)方框圖。
圖30是圖示傳統(tǒng)延時(shí)補(bǔ)償中存在問題的示意圖。
圖31是圖示傳統(tǒng)延時(shí)補(bǔ)償中存在問題的示意圖。
圖32是圖示傳統(tǒng)延時(shí)補(bǔ)償中存在問題的示意圖。
圖33是傳統(tǒng)延時(shí)補(bǔ)償工作曲線圖。
下面詳述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是本發(fā)明的編碼單元和伺服電動(dòng)機(jī)控制單元的結(jié)構(gòu)圖。在圖1中，那些對(duì)應(yīng)于圖22所示的相同的元件以相同的參考號(hào)給出，對(duì)其的描述省略。把運(yùn)算單元9(即為算術(shù)運(yùn)算裝置)的輸出θ(Tn)輸出至電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2和編碼輸出補(bǔ)償單元(此后稱之為輸出補(bǔ)償單元11，即為輸出補(bǔ)償裝置)，并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元10內(nèi)。如圖3所示，存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)最后幾個(gè)位置數(shù)據(jù)，并根據(jù)輸出補(bǔ)償單元11的請(qǐng)求輸出所存儲(chǔ)的位置數(shù)據(jù)。輸出補(bǔ)償單元11在時(shí)間Tn＋Td時(shí)輸出預(yù)測(cè)的位置數(shù)據(jù)θ(Tn＋Td)，該數(shù)據(jù)已根據(jù)過去的取樣位置數(shù)據(jù)θ(Tn－1)，θ(Tn－2)…和當(dāng)前位置數(shù)據(jù)θ(Tn)補(bǔ)償了等于運(yùn)算操作所用的延時(shí)時(shí)間Td的延時(shí)和在時(shí)間Tn＋Td時(shí)的取樣周期內(nèi)的預(yù)測(cè)的位置變化Δθ(Tn＋Td)。輸出補(bǔ)償單元11可以是圖28和29所示類型的延時(shí)時(shí)間補(bǔ)償單元，或者也可以是第一至第六實(shí)施例所示的輸出補(bǔ)償單元。
位置控制的環(huán)路增益一般較小(約為30ral/s)，并且?guī)缀醪皇軝z測(cè)時(shí)間延時(shí)的影響。如果把不精確的數(shù)據(jù)以如傳統(tǒng)延時(shí)補(bǔ)償?shù)姆椒ǚ答?，則反饋數(shù)據(jù)會(huì)增加擺動(dòng)和速度的不均勻性。因此，把當(dāng)前位置數(shù)據(jù)θ(Tn)輸入到電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2的減法器12中，用于位置控制。
速度反饋值是通過用除法器31把在時(shí)間Tn＋Td時(shí)的取樣周期內(nèi)的預(yù)測(cè)的位置變化Δθ(Tn＋Td)除以取樣周期T0產(chǎn)生的，把它用于速度控制。所以，把與延時(shí)時(shí)間無關(guān)的數(shù)據(jù)用于高環(huán)路增益的速度控制，防止控制性能的下降。雖然3相PWM電壓產(chǎn)生裝置18(為電壓產(chǎn)生裝置)和3相交流d-q軸轉(zhuǎn)換器20(為轉(zhuǎn)換裝置)不會(huì)受微小的位置誤差和不均勻的檢測(cè)結(jié)果的影響，但由于延時(shí)產(chǎn)生的較大的位置偏差會(huì)使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩減小，因此，不受延時(shí)影響的在時(shí)間Tn＋Td時(shí)的預(yù)測(cè)的位置數(shù)據(jù)θ(Tn＋Td)是有用的。
圖2示出了按照本發(fā)明的編碼單元的數(shù)據(jù)處理時(shí)序圖。雖然各塊的運(yùn)行時(shí)間與圖23所示的傳統(tǒng)的例子相同，但數(shù)據(jù)輸出完成時(shí)輸出的數(shù)據(jù)為時(shí)間Tn＋Td時(shí)的位置數(shù)據(jù)，并消除了延時(shí)時(shí)間。第一實(shí)施例第一至第六實(shí)施例圖示了輸出補(bǔ)償單元11的內(nèi)部實(shí)際情況。由于這些實(shí)施例是為了解決傳統(tǒng)的延時(shí)時(shí)間補(bǔ)償方法中存在的問題，其編碼單元的整體結(jié)構(gòu)可以是上述圖1所示的結(jié)構(gòu)，或者可以是如圖4所示的僅輸出已有延時(shí)補(bǔ)償?shù)奈恢脭?shù)據(jù)θ(Tn＋Td)的結(jié)構(gòu)。
圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例的輸出補(bǔ)償單元的結(jié)構(gòu)圖。在圖5中，減法器21A輸出當(dāng)前取樣位置θ(Tn)和預(yù)測(cè)取樣位置θ(Tn－1)之間的差值，即當(dāng)前以樣周期期間的位置變化Δθn。減法器21B輸出預(yù)測(cè)的取樣位置θ(Tn－1)與該預(yù)測(cè)的取樣位置前的取樣位置(在時(shí)間n－2)θ(Tn－2)，即在前一取樣周期內(nèi)的位置變化Δθ(n－1)。選擇開關(guān)22把Δθn和Δθ(n－1)中較小的一個(gè)選作當(dāng)前的位置改變輸入至乘法器23。在乘法器23中把選出的位置變化Δθ與Td/To(To為取樣時(shí)間)相乘獲得時(shí)間Tn和Tn＋Td之間的位置變化。在加法器24中把獲得的輸出加到θ(Tn)上進(jìn)行延時(shí)補(bǔ)償。圖7示出了該選擇開關(guān)22的工作流程圖。如果，Δθn的符號(hào)與Δθ(n－1)不同，則，Δθ＝0，如果，它們的符號(hào)相同，則把其中絕對(duì)值較小的一個(gè)當(dāng)作Δθ。
在該實(shí)施例中，圖10示出了當(dāng)位置從停留在檢測(cè)邊界附近的狀態(tài)越過圖30所示的邊界時(shí)的輸出位置。因?yàn)樵跁r(shí)間Tn時(shí)Δθn＝1，Δθ(n－1)＝0，所以開關(guān)22選擇Δθn＝0。因而，得到輸出θ(Tn＋1)＝θ(Tn)＝1。同樣，如圖31所示，給出θ(Tn＋2)＝θ(Tn＋1)得到0，把不正確的輸出反饋給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2，防止電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的增加。在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的效果是使位置輸出平滑，如圖12所示防止電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)增加速度波動(dòng)。
因此，根據(jù)第一實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置通過選擇當(dāng)前取樣期間獲得的位置變化與前一取樣期間獲得的位置變化中較小的一個(gè)變化來預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)期間發(fā)生的位置變化。計(jì)算是以假設(shè)取樣周期內(nèi)的位置變化線性或曲線變化為依據(jù)選出的位置變化進(jìn)行的。通過用該方法補(bǔ)償位置數(shù)據(jù)，獲得到更精確的輸出位置。第二實(shí)施例圖為本發(fā)明第二實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的結(jié)構(gòu)圖。在圖6中，省略了與圖5所示的第一實(shí)施例的輸出補(bǔ)償單元相同的部件的描述。開關(guān)22A與第一實(shí)施例的輸出補(bǔ)償單元的開關(guān)22一樣，選擇當(dāng)前位置變化Δθ。減法器25A輸出當(dāng)前取樣周期內(nèi)的位置變化Δθn和前一周期內(nèi)的位置變化Δθ(n－1)之間的差值Δ(Δθn)。減法器25B輸出前一取樣周期內(nèi)的位置變化Δθ(n－1)與n－2取樣周期內(nèi)的位置變化Δθ(n－2)之間的差值Δ(Δθn－1)。開關(guān)22B根據(jù)圖7所示的流程圖把Δ(Δθn)和Δ(Δθn－1)中較小的一個(gè)選作Δ(Δθn)(即，開關(guān)22B相對(duì)于其輸入以與第一實(shí)施例的開關(guān)22相同的方法工作)。在乘法器23內(nèi)把選擇的位置變化Δθ與位置變化增量Δ(Δθ)之和乘以Td/To，獲得Tn和Tn＋Td之間的位置變化。在加法器24中把其輸出加到θ(Tn)上，因而延時(shí)得到補(bǔ)償。
在該實(shí)施例中，圖10示出了位置從停留在檢測(cè)邊界附近越過圖30所示的邊界時(shí)的輸出位置。由于在時(shí)間Tn時(shí)，Δθn＝1，Δθ(n－1)＝0，所以開關(guān)22選擇Δθn＝0，由于Δ(Δθn)＝1，Δ(Δθn－1)＝0，所以開關(guān)22B選擇Δ(Δθ)＝0。因此，得到輸出θ(Tn＋1)＝1。同樣，如圖32所示，把不正確的輸出反饋給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2，防止電動(dòng)機(jī)振動(dòng)現(xiàn)象增加。在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的效果是使位置輸出平滑，如圖12所示，防止電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)增加速度波動(dòng)。
因此，根據(jù)第二實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置通過下列方式預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需的延時(shí)時(shí)間期間發(fā)生的位置變化。選擇當(dāng)前取樣周期內(nèi)位置變化絕對(duì)值較小的一個(gè)，以及選擇當(dāng)前取樣周期的位置變化與前一取樣周期內(nèi)的位置變化之間的差值，與在前一取樣周期內(nèi)的位置變化與n－2取樣周期內(nèi)的位置變化之間的差值中較小的一個(gè)差值。計(jì)算是在假設(shè)在取樣周期內(nèi)位置按線性或曲線地變化的條件下并根據(jù)選擇出的位置變化之間差值之和來進(jìn)行的。以這種方法對(duì)位置數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償，能得到精確的輸出位置。第三實(shí)施例圖8是本發(fā)明第三實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的結(jié)構(gòu)圖。減法器21輸出當(dāng)前取樣位置θ(Tn)與n－2取樣位置θ(Tn－2)之間的差值，即在2個(gè)取樣周期內(nèi)的位置變化2Δθ，并把它輸入至乘法器23。在乘法器中乘以1/2得到2個(gè)取樣周期的平均位置變化，同時(shí)把輸出乘以Td/To，得到Tn和Tn＋Td之間的位置變化。在加法器24中把其輸出與θ(Tn)相加，補(bǔ)償延時(shí)。
在該實(shí)施例中，圖10示出了位置從停留在檢測(cè)邊界附近的狀態(tài)越過圖30所示的邊界時(shí)的輸出位置。時(shí)間Tn的輸出為2Δθn＝1，并去掉平均值的小數(shù)部分，把它加到θ(Tn)上，得到輸出θ(Tn＋1)＝1。同樣，給出θ(Tn＋2)＝0，如圖31所示，把不正確的輸出反饋給電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2，防止電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的增加。如圖1 3所示，在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的作用是平滑位置輸出，防止電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)速度波動(dòng)的增加。
因此，根據(jù)第三實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置假設(shè)位置根據(jù)當(dāng)膠取樣周期的位置變化與前一取樣周期的位置變化的平均值線性或曲線地變化，來預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需的延時(shí)期間發(fā)生的位置變化。用這種方法補(bǔ)償位置數(shù)據(jù)，得到更精確的輸出位置。第四實(shí)施例圖9是根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的輸出補(bǔ)償單元的結(jié)構(gòu)圖。減法器21D與前一實(shí)施例的輸出補(bǔ)償單元的減法器21一樣工作，輸出兩個(gè)取樣周期內(nèi)的位置變化2Δθ。減法器21A輸出當(dāng)前取樣周期內(nèi)的位置變化，減法器21C輸出位置變化Δθ(n－2)，減法器25輸出兩個(gè)取樣周期內(nèi)的位置變化的偏移量2Δ(Δθ)。在加法器26內(nèi)把2Δθ和2Δ(Δθ)相加，并輸入至乘法器23。乘法器把輸出乘以1/2得到兩個(gè)周期內(nèi)的位置變化的平均位置變化和變化量，同時(shí)把輸出乘以Td/To得到Tn和Tn＋Td之間的位置變化。在加法器24內(nèi)把其輸出與θ(Tn)相加來補(bǔ)償延時(shí)。
在本實(shí)施例中，當(dāng)如圖30所示，從停留在檢測(cè)區(qū)邊界位置并越過邊界移動(dòng)時(shí)，其位置輸出示于圖22。將Tn時(shí)的2Δθ＝1及2Δ(Δθ)＝1與平均值θ(Tn＋1)相加，得到θ(Tn＋1)＝2。同樣，給出θ(Tn＋2)＝0，如圖32所示的傳統(tǒng)的例子一樣，把不正確的輸出反饋至電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元2，防止電動(dòng)機(jī)振動(dòng)增加。在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)的效果是使位置輸出平穩(wěn)，如圖13所示防止電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)速度波動(dòng)增加。
因此，按照實(shí)施例四實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置假設(shè)位置變化線性或曲線地變化，并根據(jù)從在當(dāng)前和前一取樣周期內(nèi)的位置變到得的位置變化的平均值與在前一和n－2取樣周期內(nèi)的位置變化的差值的平均值，預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)時(shí)間期間發(fā)生的位置變化。以該方法補(bǔ)償位置數(shù)據(jù)，能獲得更精確的輸出位置數(shù)據(jù)。第五實(shí)施例圖14是按照本發(fā)明的第五實(shí)施例的編碼單元的輸出補(bǔ)償單元的結(jié)構(gòu)圖。此處省略了對(duì)與圖28所示的輸出補(bǔ)償單元相同的部件的描述。參考號(hào)27為第二乘法器，它把乘法器23的輸出與k(Δθn)相乘，并在加法器24內(nèi)把其輸出與θ(Tn)相加。在這種情況下，乘法器27為可變乘法器，其倍率K(Δθn)隨Δθn值變化。當(dāng)在取樣期間位置變化較大時(shí)，把該倍率K(Δθn)設(shè)置得較大，當(dāng)取樣期間位置變化較小時(shí)，把它設(shè)置得較小。換句話說，通過額外地提供可變乘法器，當(dāng)?shù)退龠\(yùn)行時(shí)，延時(shí)影響較小，而微小的檢測(cè)誤差可能對(duì)控制環(huán)路造成不利影響，增加振動(dòng)和速度不均勻性，所以應(yīng)把補(bǔ)償倍率設(shè)置的較小。對(duì)于延時(shí)影響較大，并且微小的檢測(cè)誤差幾乎不對(duì)控制環(huán)路造成不利影響的高速運(yùn)行來說，可以把補(bǔ)償倍率設(shè)置得較大。因此，在解決了由于延時(shí)產(chǎn)生的問題的同時(shí)，也解決了如由于傳統(tǒng)的延時(shí)補(bǔ)償而使振動(dòng)增加的問題。
圖15和16分別示出了可變乘法器27的一個(gè)工作例子的曲線圖，如圖15所示，相對(duì)于Δθ，倍率從0到1可以連續(xù)變化，如圖16所示，倍率從0到1經(jīng)如兩步或更多步的多個(gè)步驟改變。雖然在第一至第五實(shí)施例中以位置線性變化為假設(shè)描述了對(duì)位置的預(yù)測(cè)，該結(jié)構(gòu)同樣可以制作使位置曲線地變化。
因此，根據(jù)第五實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置基于在當(dāng)前和前一個(gè)以及更前面的取樣周期內(nèi)獲得的位置數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)時(shí)間期間發(fā)生的位置變化。編碼輸出補(bǔ)償裝置配置有可變乘法器，在當(dāng)前取樣周期內(nèi)的位置變化較小時(shí)，減小預(yù)測(cè)的位置變化，獲得更精確的位置輸出。第六實(shí)施例圖17是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的編碼單元和伺服電動(dòng)機(jī)控制單元的結(jié)構(gòu)圖。編碼單元和伺服電動(dòng)機(jī)控制單元中與圖1所示的實(shí)施例1中的部件相同的部件用相同的參考號(hào)給出，對(duì)這些部件的描述就省略了。參考號(hào)28表示Δ(Δθ)一Iq函數(shù)估算單元，它根據(jù)取樣位置數(shù)據(jù)θ(Tn)和存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元10內(nèi)的兩個(gè)前取樣位置數(shù)據(jù)θ(Tn－1)和θ(Tn－2)得到位置變化偏移量。Δ(Δθ)－Iq函數(shù)估算單元如下式估算電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元輸出的當(dāng)前值與偏移量θ(θΔ)之間的函數(shù)。
Δ(Δθ)＝f(Iq)估算一個(gè)函數(shù)，它基本上表示了如圖18所示取樣得到的Δ(Δθ)與Iq之間的關(guān)系的平均梯度。函數(shù)估算單元28根據(jù)估算的函數(shù)從Iq輸出當(dāng)前位置變化的偏移量Δ(Δθ)。加法器/減法器29輸出θ(Tn)－θ(Tn－1)＝Δθ與函數(shù)估算單元28的輸出Δ(Δθ)之和，把其輸出乘以Td/to，得到延時(shí)期間的位置變化。加法器24把得到的位置變化加到θ(Tn)上，補(bǔ)償延時(shí)，函數(shù)估計(jì)單元28估算的函數(shù)可以是二次函數(shù)或高階函數(shù)。
因此，根據(jù)第六實(shí)施例，編碼輸出補(bǔ)償裝置事先估算電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元輸出的電流值與取樣周期內(nèi)的位置變化的偏移量之間的關(guān)系，根據(jù)估算的關(guān)系、當(dāng)前值和位置數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)出延時(shí)期間發(fā)生的位置關(guān)系。用這種方法補(bǔ)償位置數(shù)據(jù)，可以獲得更精確的輸出位置數(shù)據(jù)。第七實(shí)施例圖19是本發(fā)明第七實(shí)施例的結(jié)構(gòu)圖。在圖19中，那些與圖1所示的編碼單元相同的部件以相同的參考號(hào)給出，并省略了對(duì)它們的描述。LED包含4A和4B，增加了光接收元件6C和6D。屏蔽板5的光柵平行排列，以產(chǎn)生如圖20所示的模擬信號(hào)和脈沖串信號(hào)。在圖20中，陰影部分遮蔽了光線。光接收元件6A和6B輸出的模擬信號(hào)被轉(zhuǎn)換成位置數(shù)據(jù)θ(Tn)，其處理與傳統(tǒng)的例子相同。光接收元件6C和6D輸出的脈沖串的脈沖A與B之間的相位差90°，由可逆計(jì)數(shù)器30進(jìn)行計(jì)數(shù)。圖21示出了圖19所示的編碼單元數(shù)據(jù)處理的時(shí)間圖。當(dāng)取樣和保持電路7A和7B保持取樣數(shù)據(jù)并順序?qū)γ}沖A和B計(jì)數(shù)的同時(shí)，將可逆計(jì)數(shù)器30清零。在加法器24內(nèi)，把在時(shí)間Td至運(yùn)算單元9的運(yùn)算處理完成期間計(jì)數(shù)器30的計(jì)數(shù)值Δθ(Td)加到運(yùn)算單元9的輸出上，補(bǔ)償A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間和運(yùn)算處理時(shí)間Td。上述的結(jié)構(gòu)能夠輸出不受延時(shí)影響的數(shù)據(jù)?？梢詮摩う?Td)估計(jì)串行輸出所需要的時(shí)間造成的位置變化，并可以補(bǔ)償在通信時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的位置變化。
因此，根據(jù)第七實(shí)施例，編碼單元根據(jù)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角對(duì)模擬信號(hào)取樣，并根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)獲得轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，它配備有脈沖信號(hào)產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生彼此之間相位偏移90°的兩個(gè)脈沖串；計(jì)數(shù)器，對(duì)脈沖串的脈沖數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，以測(cè)量所述轉(zhuǎn)軸在A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬信號(hào)取樣和算術(shù)運(yùn)算裝置確定轉(zhuǎn)角所需要的時(shí)間周期期間旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的延時(shí)轉(zhuǎn)角；以及編碼輸出補(bǔ)償裝置，輸出作為轉(zhuǎn)角與延時(shí)轉(zhuǎn)角之和的當(dāng)前角。這種編碼單元可以精確地補(bǔ)償A/D轉(zhuǎn)換和運(yùn)算處理所需的延時(shí)，而與電動(dòng)機(jī)速度以及加速情況無關(guān)，并可消除控制環(huán)路延時(shí)的增加和磁極檢測(cè)誤差的增加。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的伺服控制單元包含根據(jù)檢測(cè)目標(biāo)的位置對(duì)模擬信號(hào)取樣，并根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)獲得位置數(shù)據(jù)的編碼單元。編碼單元包括編碼輸出補(bǔ)償單元，它預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)時(shí)間期間的檢測(cè)目標(biāo)的位置變化。編碼輸出補(bǔ)償單元使用從當(dāng)前取樣取得的位置數(shù)據(jù)和從前一取樣獲得的位置數(shù)據(jù)，并輸出預(yù)測(cè)的位置變化以及輸出把預(yù)測(cè)的位置變化加到從當(dāng)前取樣獲得的位置數(shù)據(jù)上得到的精確的位置數(shù)據(jù)。編碼輸出補(bǔ)償單元還提供從當(dāng)前取樣得到的位置數(shù)據(jù)作為輸出(未補(bǔ)償)。在本發(fā)明中，由于允許A/D轉(zhuǎn)換、運(yùn)算處理和通信所需的延時(shí)時(shí)間可以較長(zhǎng)，所以能使用低成本的A/D轉(zhuǎn)換裝置和算術(shù)運(yùn)算裝置。算術(shù)運(yùn)算裝置和輸出補(bǔ)償裝置可以分別用中央處理單元(CPU)和微處理單元(MPU)來實(shí)現(xiàn)，可以抵消輸出補(bǔ)償裝置成本的增加。另外，例如，也不需要過分地提高與電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的通信速度。
本發(fā)明的伺服電動(dòng)機(jī)控制單元還包含有位置控制裝置的伺服電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元；速度控制裝置；轉(zhuǎn)換裝置；電流控制裝置和電壓控制裝置。低環(huán)路增益的位置控制裝置根據(jù)位置命令值和編碼單元輸出的當(dāng)前取樣位置數(shù)據(jù)之間的差值，產(chǎn)生速度命令值。高環(huán)路增益的速度控制裝置根據(jù)速度命令值和從編碼單元輸出的預(yù)測(cè)的位置變化得到的速度反饋值之間的差值，產(chǎn)生電流命令值。用預(yù)測(cè)的位置數(shù)據(jù)，把從伺服電動(dòng)機(jī)檢測(cè)到的3相交流電換成轉(zhuǎn)矩分量電流。根據(jù)電流命令值和轉(zhuǎn)換裝置輸出的反饋電流值(轉(zhuǎn)矩分量電流)(用于當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)為同步電動(dòng)機(jī)時(shí)響應(yīng)于當(dāng)前磁極進(jìn)行轉(zhuǎn)換)之間的差值產(chǎn)生電壓命令值。根據(jù)電壓命令值和預(yù)測(cè)的位置數(shù)據(jù)響應(yīng)于當(dāng)前磁極位置產(chǎn)生3相電壓。因此，可以精確地控制伺服電動(dòng)機(jī)，而不會(huì)增大伺服電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和速度不均度。
權(quán)利要求
1.一種伺服電動(dòng)機(jī)控制單元，其特征在于包含編碼單元，包括根據(jù)被檢測(cè)目標(biāo)的位置產(chǎn)生模擬信號(hào)的信號(hào)產(chǎn)生裝置；對(duì)模擬信號(hào)取樣并把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換器；從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生被測(cè)目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)的算術(shù)運(yùn)算裝置，以及用從當(dāng)前取樣和前面的取樣得到的位置數(shù)據(jù)來預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)時(shí)間期間產(chǎn)生的被測(cè)目標(biāo)的位置變化，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置把預(yù)測(cè)的位置變化加到當(dāng)前取樣位置數(shù)據(jù)上，產(chǎn)生預(yù)測(cè)位置數(shù)據(jù)；伺服電動(dòng)機(jī)；和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，包括響應(yīng)于位置命令值和當(dāng)前取樣位置數(shù)據(jù)之間的差值產(chǎn)生速度命令值的位置控制裝置；響應(yīng)于所述速度命令值和從預(yù)測(cè)的位置變化得到的速度反饋值之間的差值產(chǎn)生電流命令值的速度控制裝置；根據(jù)當(dāng)前磁極位置把從所述伺服電動(dòng)機(jī)檢測(cè)到的3相交流電流轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩分量電流的轉(zhuǎn)換裝置；響應(yīng)于所述電流命令值和與所述轉(zhuǎn)換裝置輸出的轉(zhuǎn)矩分量電流有關(guān)的電流反饋值之間的差值產(chǎn)生電壓命令值的電流控制裝置；以及響應(yīng)于電壓命令值和預(yù)測(cè)的位置數(shù)據(jù)確定的當(dāng)前磁極位置之間差值輸出3相電壓的電壓產(chǎn)生裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的控制單元，其特征在于所述伺服電動(dòng)機(jī)為同步電動(dòng)機(jī)。
3.一種編碼單元，包含信號(hào)產(chǎn)生裝置，根據(jù)被檢測(cè)目標(biāo)的位置產(chǎn)生模擬信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣，并把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；算術(shù)運(yùn)算裝置，從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生被檢測(cè)目標(biāo)位置數(shù)據(jù)；以及編碼輸出補(bǔ)償裝置，用從當(dāng)前取樣和前面的取樣獲得的位置數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需的延時(shí)時(shí)間期間發(fā)生的被測(cè)目標(biāo)的位置變化，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置把預(yù)期的位置變化加到當(dāng)前取樣的位置數(shù)據(jù)上，產(chǎn)生預(yù)期的位置數(shù)據(jù)，其特征在于，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置通過選擇當(dāng)前取樣周期期間發(fā)生的位置變化的絕對(duì)值與前一取樣周期期間發(fā)生的位置變化的絕對(duì)值中較小的一個(gè)值，預(yù)測(cè)其預(yù)期位置變化，此時(shí)假設(shè)取樣周期期間選出的位置變化呈線性或曲線關(guān)系。
4.一種編碼單元，包含信號(hào)產(chǎn)生裝置，根據(jù)被測(cè)目標(biāo)的位置產(chǎn)生模擬信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣，并把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；算術(shù)運(yùn)算裝置，從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生被測(cè)目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)；和編碼輸出補(bǔ)償裝置，它使用從當(dāng)前取樣和前面的取樣獲得的位置數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)時(shí)間期間發(fā)生的被測(cè)目標(biāo)的位置變化，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置把預(yù)期的位置變化與當(dāng)前取樣的位置數(shù)據(jù)相加，產(chǎn)生預(yù)期的位置數(shù)據(jù)，其特征在于，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置通過如下方式來預(yù)測(cè)預(yù)期的位置變化，選擇當(dāng)前取樣周期期間發(fā)生的位置變化的絕對(duì)值與前一取樣周期期間發(fā)生的位置變化的絕對(duì)值中較小的一個(gè)值，選擇當(dāng)前取樣周期期間發(fā)生的位置變化與前一取樣周期期間發(fā)生的位置變化之間的差值和前一取樣周期期間發(fā)生的位置變化與該前一取樣周期前的一個(gè)取樣周期期間發(fā)生的位置變化之間的差值中較小的一個(gè)差值，并假設(shè)發(fā)生在取樣周期期間的位置是按選出的位置變化和選出的位置變化之間的差值之和變化的。
5.一種編碼單元，包含信號(hào)產(chǎn)生裝置，根據(jù)被測(cè)目標(biāo)的位置，產(chǎn)生模擬信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣，并把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；算術(shù)運(yùn)算裝置，從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生被測(cè)目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)；和編碼輸出補(bǔ)償裝置，它使用從當(dāng)前取樣和前面的取樣獲得的位置數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)期間發(fā)生的被測(cè)目標(biāo)的位置變化，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置把預(yù)測(cè)的位置變化加到當(dāng)前取樣的位置數(shù)據(jù)上產(chǎn)生預(yù)期的位置數(shù)據(jù)，其特征在于，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置通過假設(shè)取樣周期期間位置按當(dāng)前取樣周期期間的位置變化與前一取樣周期期間的位置變化的平均值作線性或曲線變化。
6.一種編碼單元，包含信號(hào)發(fā)生裝置，根據(jù)被測(cè)目標(biāo)的位置產(chǎn)生模擬信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)模擬信號(hào)取樣，并把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；算術(shù)運(yùn)算裝置，從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)，編碼輸出補(bǔ)償裝置，用從當(dāng)前取樣和前面的取樣得到的位置數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)期間發(fā)生的被測(cè)目標(biāo)的位置變化，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置把預(yù)測(cè)的位置變化加到當(dāng)前取樣位置數(shù)據(jù)上產(chǎn)生預(yù)期的位置數(shù)據(jù)；其特征在于，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置根據(jù)下面假設(shè)預(yù)測(cè)預(yù)期的位置變化；假設(shè)在取樣周期期間位置按照下面之和進(jìn)行線性或曲線變化，即當(dāng)前取樣周期期發(fā)生的位置變化和前一取樣周期期間發(fā)生的位置變化的平均值，與當(dāng)前取樣周期期間發(fā)生的位置變化和前一取樣周期間發(fā)生的位置變化的差值與前一取樣周期期間發(fā)生的位置變化和前一取樣周期前的一個(gè)取樣周期期間發(fā)生的位置變化的差值的平均值之和。
7.一種編碼單元，包含信號(hào)發(fā)生裝置，根據(jù)被測(cè)目標(biāo)的位置產(chǎn)生模擬信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)模擬信號(hào)取樣，并把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；算術(shù)運(yùn)算裝置，從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生被測(cè)目標(biāo)位置數(shù)據(jù)，和編碼輸出補(bǔ)償裝置，用從當(dāng)前取樣和前面的取樣得到的位置數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出位置數(shù)據(jù)所需要的延時(shí)期間發(fā)生的被測(cè)目標(biāo)的位置變化，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置把預(yù)期的位置變化與當(dāng)前取樣位置數(shù)據(jù)相加，產(chǎn)生預(yù)期的位置數(shù)據(jù)，其特征在于，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置根據(jù)從當(dāng)前取樣周期和前面的取樣周期得到的位置數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)預(yù)期的位置變化，它包含一個(gè)可變乘法器，在當(dāng)前取樣周期的位置變化較小時(shí)，預(yù)期的位置變化亦減小。
8.一種編碼單元，包含信號(hào)產(chǎn)生裝置，根據(jù)被測(cè)目標(biāo)的位置產(chǎn)生模擬信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)模擬信號(hào)取樣，并把模擬信轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；算術(shù)運(yùn)算裝置，從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生被測(cè)目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)；和編碼輸出補(bǔ)償裝置，用從當(dāng)前取樣和前面的取樣得到的位置數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)在對(duì)模擬信號(hào)取樣和輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)所需要的延時(shí)期間發(fā)生的被測(cè)目標(biāo)的位置變化，所述編碼輸出補(bǔ)償裝置把預(yù)期的位置變化加到當(dāng)前取樣位置數(shù)據(jù)上產(chǎn)生預(yù)期的位置數(shù)據(jù)，其特征在于，所述輸出補(bǔ)償裝置預(yù)先估算電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)單元輸出的當(dāng)前值與取樣周期內(nèi)位置的偏移量之間的關(guān)系，根據(jù)估算的關(guān)系和當(dāng)前值、位置數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)預(yù)期的位置變化。
9.一種編碼單元，包含信號(hào)產(chǎn)生裝置，對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角產(chǎn)生模擬信號(hào)；A/D轉(zhuǎn)換裝置，對(duì)所述模擬信號(hào)取樣，并把所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；算術(shù)運(yùn)算裝置，從數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)確定所述轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角；脈沖信號(hào)發(fā)生裝置，產(chǎn)生兩個(gè)相位彼此偏移90°的脈沖串；計(jì)數(shù)器，對(duì)所述脈沖串的脈沖計(jì)數(shù)，以測(cè)量所述轉(zhuǎn)軸在所述A/D轉(zhuǎn)換裝置對(duì)所述模擬信號(hào)進(jìn)行取樣以及所述算術(shù)運(yùn)算裝置確定所述轉(zhuǎn)角所需要的時(shí)間期間的延時(shí)轉(zhuǎn)角，以及編碼輸出補(bǔ)償裝置，把所述轉(zhuǎn)角和所述管延時(shí)轉(zhuǎn)角作為當(dāng)前角度輸出。
全文摘要
在一種編碼單元中，通過A/D轉(zhuǎn)換和運(yùn)算處理，內(nèi)插諸如正弦波和三角波等模擬信號(hào)，以獲得較高的分辨率或絕對(duì)值，本發(fā)明消除了由于A/D轉(zhuǎn)換和運(yùn)算處理時(shí)間引起的數(shù)據(jù)的延時(shí)，防止了控制性能的下降。設(shè)置有保持檢測(cè)到的角度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元和補(bǔ)償延時(shí)時(shí)間的輸出補(bǔ)償單元，輸出補(bǔ)償單元根據(jù)從當(dāng)前和前面的取樣周期獲得的角度數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)在延時(shí)期間發(fā)生的位置變化，并通過把預(yù)測(cè)到的位置變化加到當(dāng)前取樣數(shù)據(jù)上來補(bǔ)償延時(shí)。因此可以防止控制性能的下降，使用廉價(jià)的低速A/D轉(zhuǎn)換器和運(yùn)算處理器，降低所需的成本。
文檔編號(hào)H02P23/00GK1135038SQ9511872
公開日1996年11月6日 申請(qǐng)日期1995年10月31日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月24日
發(fā)明者堤下洋治 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社