电动机控制装置的自动调整法及装置制造方法及图纸

在反馈控制参数的调整时，生成连续变化的调整运转用的位置指令模式，将该位置指令模式作为位置控制器的位置指令提供，位置偏差波形的振动振幅不超过规定值的范围内，增加位置控制器和速度控制器的响应速度，自动设定最大加速速率。另一方面，在前馈控制参数调整时，对于多个位置指令模式，进行多个运转动作，调整位置前馈控制器的控制参数以使超调量不超过规定值。从而提供在短时间内得到反馈和／或前馈控制参数的自动调整方法和装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是涉及对采用反馈控制和/或前馈控制的电动机控制装置的反馈控制和/或前馈控制中的控制参数自动地进行调整(tuning)的电动机控制装置的自动调整法和装置。
技术介绍
专利文献1公开了一种对反馈控制参数和前馈控制参数自动地进行调整的第1现有技术。该第1现有技术中，根据控制量相对于控制指令值的响应波形，通过智能处理推测反馈控制参数，接着，根据该响应波形通过模糊推理或神经网络确定最佳前馈参数。另外，作为第2现有技术，可以例举专利文献2。该第2现有技术，其主要特征是涉及前馈自动调整法的内容，控制量相对于控制指令值如果超调则降低前馈增益，如果不超调则增大前馈增益。另外，引入评价函数，如果其值为规定值以下则结束调整。专利文献1：特开平6-102905号公报(全文)；专利文献2：特开2003-61377号公报(全文)。
技术实现思路
通常，在反馈控制参数调整时，为了提高控制性能，要将位置控制器和速度控制器的增益最大化。但是，在由电动机、驱动对象负载和连接轴构成的机械系统中，机械系统存在固有的反共振频率(antiresonance)，存在在该频率附近非常容易共振的性质。因此，在实际的调整中，几乎调整得很低，以使在反共振频率附近的所述控制器的增益不会过高。作为实现这样细微的调整的简单的方法，公认有边使机械实际地以反共振频率振动，边在机械振动不是过大的范围内提高位置控制器和速度控制器的增益的方法。另外，反共振频率未知的机械系统以反共振频率振动最简单且可-->靠的方法是提供阶跃(step)指令作为位置指令(控制指令值)。然而，在第1现有技术中，因为将控制指令值从外部输入的结构的原因，根据提供的控制指令值，可能发生难充分以反共振频率振动的情况。在这样的振动条件下，边反复进行定位动作，边评价如上所述的机械振动，提高位置控制器和速度控制器的增益的情况下，即使是稍微的扰动也有可能设定为产生振荡的过大增益。另外，在前馈控制参数调整时，对于多个位置指令模式，将超调量设为规定值以下，进而，关于频繁使用的特定位置指令模式，期望是整定时间最小化的调整。但是，在第1、2现有技术中，因为在调整机构内部不具有位置指令模式生成部和多个位置指令模式登录功能，难以设定如上所述的、与位置指令模式相关联的调整条件。本专利技术的目的在于，提供一种短时间内可以得到适当的反馈和/或前馈的控制参数的自动调整方法和装置。本专利技术优选的实施方式，在级联连接了位置控制器、速度控制器和电流控制器的电动机控制装置中，生成连续变化的调整调整运转用的位置指令模式作为所述位置控制器的位置指令值，将该位置指令模式作为所述位置控制器的位置指令提供时，在位置偏差波形的振动振幅不超过规定值的范围内，增加所述位置控制器和/或所述速度控制器的响应频率。另外，更具体地，基于所述电动机驱动系统的合计惯性矩值J，决定所述位置指令模式变化程度。进一步，优选，所述位置指令模式变化程度，按照电动机的速度不超过其允许最大速度的方式，且不具有恒定速度期间地进行加减速的方式决定。另外，在本专利技术优选的实施方式中，在除了所述位置控制器、速度控制器和电流控制器的级联连接之外，还按照包括输入位置指令值输出位置前馈信号的位置前馈控制器，将所述位置控制器的输出和所述位置前馈信号相加输出速度指令值的加法器的方式构成的电动机控制装置中，将预先登录的多个位置指令模式作为所述位置控制器的位置指令进行多个运转动作，在多个所述运转动作中，调整所述位置前馈控制器的控制参数，以使超调量不超过规定值。-->在本专利技术的具体实施方式中，在反馈控制参数调整时，在通过其电动机控制系统可得到的最大输出附近提供使电动机运转的短移动距离的位置指令模式。由此，包括反共振频率的频率附近使机械系统充分振动。进而，在所述位置指令模式生成时，考虑驱动系统的合计惯性矩值J和电动机控制装置的允许最大转矩值τmax，进行自动设定以使加速速率在不超过所述允许最大转矩值τmax的范围内为最大。进而，作为不超过电动机的最大速度的位置指令模式。这样，自动生成控制系统内部满足不饱和条件的最接近阶跃状指令的位置指令模式，进行反馈控制参数的调整。另一方面，在前馈控制参数调整时，生成多个位置指令模式，对各位置指令模式设定调整条件。专利技术效果根据本专利技术优选的实施方式，可以在短时间内调整自动生成的位置指令模式的反馈控制参数。另外，根据本专利技术优选的实施方式，对于用户事先登录的多个位置指令参数，可以将超调量控制在规定值以下。进一步，根据本专利技术优选的实施方式，关于频繁使用的特定的位置指令模式，可以进行整定时间最小化的前馈控制参数的自动调整。本专利技术的其它的目的和特征，在下述实施例的说明中将会明确。附图说明图1是表示本专利技术的第1实施例的电动机控制装置的反馈控制参数的自动调整方法的控制框图。图2是图1的实施例中的位置指令模式的生成流程图。图3是用于反馈控制参数自动调整的位置指令模式的生成顺序中的转矩、速度以及位置指令模式的波形图。图4是第1实施例的反馈控制参数的自动调整流程图。图5是第1实施例中的振动振幅/整定时间/超调量的测量处理流程图之一。图6是第1实施例中的振动振幅/整定时间/超调量的测量处理流程图-->之二。图7是第1实施例中的振动振幅/整定时间/超调量的测量方法说明波形图。图8是添加了本专利技术的第2实施例的前馈控制参数的自动调整机构的电动机控制装置的自动调整装置的控制框图。图9是图8的实施例中的前馈增益和整定时间/超调量的关系说明图。图10是第2实施例中的前馈增益Kff的自动调整方法的处理流程图。图11是第2实施例中前馈时间常数和极限前馈增益Kff_bd和整定时间的关系图。图12是极限前馈增益Kff_db搜索流程之一。图13是极限前馈增益Kff_db搜索流程之二。图14是极限前馈增益Kff_db搜索流程之三。图15是最佳前馈时间常数Tff_opt搜索用数据结构说明图。图16是最佳前馈时间常数Tff_opt搜索过程说明图。图17是反馈控制参数自动调整功能设定画面例子。图18是位置前馈控制参数自动调整功能设定画面例子。图19是可采用本专利技术的电动机控制装置的整体系统一例结构图。图中文字说明：1-电动机，2-驱动对象负载，3-连接轴，4-电力变换器，5-位置检测器，6-减法器，7-位置控制器，8-速度运算器，9-减法器，10-速度控制器，11-电流检测器，12-减法器，13-电流控制器，14-反馈控制参数调整部，15-位置前馈控制器，16-加法器，17-反馈和位置前馈控制参数调整部，θM*-位置指令模式，θM-位置检测值，θe-位置偏差，ωM*-速度指令值，ωM-速度检测值，ωe-速度偏差，Iq*-转矩电流指令值，Iq-转矩电流检测值，Ie-电流偏差，ωFB*-位置控制器输出信号，ωFF*-位置前馈控制器输出信号。实施方式以下参照附图，对本专利技术的优选实施例进行说明。实施例1-->图1是表示本专利技术的第1实施例的电动机控制装置的自动调整法的控制框图。第1实施例的目的在于，自动调整反馈控制参数。在图1中，1为电动机，2为由所述电动机1驱动的驱动对象负载，3为连接所述电动机1和所述驱动对象负载2的连接轴，4为驱动所述电动机1的电力变换器。5为安装在所述电动机1的旋转轴，输出所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动机控制装置的自动调整方法，该电动机控制装置具备：通过连接轴与驱动对象负载结合的电动机，驱动所述电动机的电力变换器，按照位置指令值和所述电动机的位置检测值之间的偏差输出速度指令值的位置控制器，按照所述速度指令值和电动机的速度检测值的偏差输出转矩电流指令值的速度控制器，按照所述转矩电流指令值和供给到所述电动机的转矩电流检测值之间的偏差调整所述电力变换器的输出电流的电流控制器，该电动机控制装置的自动调整方法的特征在于，具有：生成连续变化的调整运转用的位置指令模式作为 所述位置控制器的位置指令值的步骤；及将该位置指令模式作为所述位置控制器的位置指令值提供时，在位置偏差波形的振动振幅不超过规定值的范围内，增加所述位置控制器和／或所述速度控制器的响应频率的步骤。

【技术特征摘要】
JP 2005-11-11 2005-3275501、一种电动机控制装置的自动调整方法，该电动机控制装置具备：通过连接轴与驱动对象负载结合的电动机，驱动所述电动机的电力变换器，按照位置指令值和所述电动机的位置检测值之间的偏差输出速度指令值的位置控制器，按照所述速度指令值和电动机的速度检测值的偏差输出转矩电流指令值的速度控制器，按照所述转矩电流指令值和供给到所述电动机的转矩电流检测值之间的偏差调整所述电力变换器的输出电流的电流控制器，该电动机控制装置的自动调整方法的特征在于，具有：生成连续变化的调整运转用的位置指令模式作为所述位置控制器的位置指令值的步骤；及将该位置指令模式作为所述位置控制器的位置指令值提供时，在位置偏差波形的振动振幅不超过规定值的范围内，增加所述位置控制器和/或所述速度控制器的响应频率的步骤。2、根据权利要求1所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，还具有：基于包括所述电动机和所述连接轴和所述驱动对象负载的驱动系统的合计惯性矩值，决定所述位置指令模式连续变化的变化程度的步骤。3、根据权利要求1所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，所述位置指令模式的变化程度，按照电动机的速度不超过其允许最大速度的方式决定。4、根据权利要求1所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，设定作为所述位置指令模式的最终值的位置指令所引起的移动量，作为所述位置偏差波形的振动振幅的允许值的函数。5、根据权利要求1所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，按照所述位置指令模式的全部期间实质上为电动机的加速期间和减速期间之和的方式生成所述位置指令模式。6、根据权利要求1所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，按照用户的选择输入切换自动生成所述位置指令模式的功能和手动设定的功能。7、根据权利要求1所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，在所述位置偏差波形的振动振幅处于减少趋势时，保持该波形的低位，在所述位置偏差波形的振动振幅处于增加趋势时，保持该波形的高位，计算所述位置偏差波形的振动振幅。8、根据权利要求1所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，具有：将所述位置控制器的响应频率以规定的增量增加至所述位置偏差波形的振动振幅超过规定值为止的第1步骤；在所述位置偏差波形的振动振幅超过允许值时，将所述位置控制器的响应频率返回到所述位置偏差波形的振动振幅不超过所述规定值的范围之后，以规定的增量增加所述速度控制器的响应频率的第2步骤；及重复所述第1和第2步骤，通过该重复，在不能以所述位置偏差波形的振动振幅达到规定值以下的条件增加所述位置控制器的响应频率时，将所述速度控制器的响应频率和所述位置控制器的响应频率返回到所述位置偏差波形的振动振幅不超过规定值的范围内的第3步骤。9、一种电动机控制装置的自动调整方法，该电动机控制装置具备：通过连接轴与驱动对象负载结合的电动机，驱动所述电动机的电力变换器，按照位置指令值和所述电动机的位置检测值之间的偏差输出位置控制器输出的位置控制器，以所述位置指令值为输入、输出位置前馈信号的位置前馈控制器，将所述位置控制器输出和所述位置前馈信号相加、输出速度指令值的加法器，按照所述速度指令值和电动机的速度检测值的偏差输出转矩电流指令值的速度控制器，按照所述转矩电流指令值和供给到所述电动机的转矩电流检测值之间的偏差调整所述电力变换器的输出电流的电流控制器，该电动机控制装置的自动调整方法的特征在于，具有：将预先登录的多个位置指令模式作为所述位置控制器的位置指令进行多个运转动作的步骤；及在多个所述运转动作中，调整所述位置前馈控制器的控制参数以使超调量不超过规定值的步骤。10、根据权利要求9所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，调整所述位置前馈控制器的控制参数，以使在多个的所述位置指令模式中的特定位置指令模式的整定时间最小化。11、根据权利要求10所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，按照用户的指定输入切换整定时间最小化的所述特定的位置指令模式。12、根据权利要求10所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，从预先登录的位置指令模式当中，自动设定整定时间最长的位置指令模式，作为整定时间最小化的所述特定的位置指令模式。13、根据权利要求9所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，所述调整对象，在设所述位置指令模式为θM*、所述位置前馈信号为ωFF*、拉普拉斯算子为s时，为用式(7)的传递函数表示的前馈增益Kff和前馈时间常数Tff。ωFF*=Kff·θM*1+s·Tff············(7)。]]>14、根据权利要求9所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，在固定所述前馈控制器的时间常数的条件下，更新所述前馈控制器的增益，对于各个前馈增益，进行预先登录的多个位置指令模式下的运转动作，关于多个所述位置指令模式在超调量不超过规定值的极限前馈增益中调整所述前馈控制器的前馈增益。15、根据权利要求14所述的电动机控制装置的自动调整方法，其特征在于，具有：边更新所述前馈时间常数，边对应于各个前馈时间常数，将所述前馈增益调整为所述最大值，测量与各个前馈时间常数对应的极限...

【专利技术属性】
技术研发人员：名仓宽和，大桥敬典，高野裕理，杉浦正树，
申请(专利权)人：株式会社日立产机系统，
类型：发明
国别省市：JP[日本]