电动机控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电动机控制装置，其通过传动机构来控制电动机以驱动机器的移动件。当扭转命令作为运动命令信号（９）发送到伺服装置（３）时，伺服装置（３）将与运动命令信号（９）一致的输入扭转信号（１２）传送到电动机（５）并激励电动机（５）。由此驱动移动件（７）并使其产生振动。伺服装置（３）输出与输入扭转信号（１２）相等的输入扭转信号（１１），并将输入扭转信号（１１）和旋转速度信号（１０）储存在存储装置（２）。分析装置（１）利用ＦＦＴ分析输入扭转信号（１１）和旋转速度信号（１０）的频率，并输出分析结果（１４）。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
电动机控制装置
本专利技术涉及一种通过传动机构、带有移动件的机器上的移动件以及支撑移动件的固定件控制电动机驱动的方法和装置。
技术介绍
图1是第一种传统电动机控制装置的方框图。根据第一种传统电动机的控制装置，作为输入项的伺服操作命令15不需要识别机器的机械振动特性曲线就可以确定，该机器有移动件7和固定件8，运动命令信号9传送到伺服装置3，其将运动命令信号9作为操作命令12传送到电动机5，使传动机构6驱动移动件7。如果电动机控制装置不能有效地起到伺服作用，则伺服操作命令15就通过不断试凑来变化。第一种传统电动机的控制装置需要很长的时间才能确定最佳的伺服操作命令。图2是第二种传统电动机控制装置的方框图。根据第二种传统电动机的控制装置，就是将分析装置31，输入装置32和输出装置34被加到第一种传统电动机的控制装置中。由分析装置31产生的运动命令信号9作为模拟信号传送到伺服装置3，进而将运动命令信号9作为操作命令12传送到电动机5，使传动机构6驱动移动件7。旋转检测器4通过伺服装置3将旋转检测器信号10传送到分析装置31，分析装置31则对运动命令信号9和旋转检测器信号10进行快速傅立叶变换计算出频率特性曲线，确定分析结果35，并根据分析结果35确定伺服操作命令15。如图3，根据第二种传统电动机的控制装置，由分析装置31产生的运动命令信号9有超过最大测量频率分量fq并达到最大频率分量frmax-->的频率分量，所以当进行数字抽样时，将会在测量频率范围外对旋转检测器信号10和分析结果35产生干扰误差表达分量。因此，第二种传统电动机的控制装置不能确定精确的频率特性曲线。第二种传统电动机的控制装置的问题将在下面进行详细描述。如图3，由分析装置31产生的运动命令信号9有达到最大频率分量frmax的频率分量，最大频率分量frmax包括那些超过最大测量频率分量fq的频率分量。当运动命令信号9使用具有图3显示的频率时，如果在比最大测量频率分量fq高而比最大频率分量frmax低处存在机械共振f4、f5，则运动命令信号9激励测量频率范围外的机械共振f4、f5，而机械共振f4、f5的分量包括在旋转检测器信号10中。因为机械共振f4、f5有比最大测量频率分量fq高的频率，如果进行数字抽样则出现的干扰误差会使机械共振f4、f5明显地观测到，如f4、f5。由于表示分析结果35的实线分量附加了虚线分量，所以得不到正确的频率特性曲线。当将比最大测量频率fq高的频率信号作为数字抽样时，会出现干扰误差使得实际上是高频的波形被错误地识别成低频的波形。抽样间隔Δt和最大测量频率fq间的关系参考熟知的抽样定理，由下面的公式(1)表达。如图5所示，包括不实际存在的分量的频率特性曲线被输出。fq=12×Δt---(1)]]>为了测量传统电动机控制装置的频率特征曲线，手头上必须有象FFT分析仪这样的贵重设备。当启动电动机时，与之连接的移动件开始运动。受载机器的移动件根据其位置的变化改变它的特性曲线，使得共振频率和反共振频率产生位移，降低了频率特性曲线的测量精度。为了增加测量的数据量以求得平均数据值，必须长时间地收集数据或进行许多操作和测量。然而，这些要求进一步产生了使移动件增加移动距离的问题，使得测量精度进一步下降，如图7所示，具体地说，由于测量使得电动机的位置距离起始位置有更大的位移，因而造成移动件移动，改变了受载机器的特性曲线。相应地，频率特性曲线的测量精度进一步降低，造成图6中的峰值分散。-->图8是第三种传统电动机控制装置的方框图。第三种传统电动机控制装置与第二种传统电动机控制装置的不同在于其装有FFT分析仪41和取代了分析装置31′的信号发生器42、输入装置32，以及第二种传统电动机控制装置的输出装置34。第三种传统电动机控制装置有FFT分析仪41和信号发生器42的目的是考虑机器的特性曲线实现电动机的控制过程。由信号发生器42产生的运动命令信号43被发送到伺服装置3，将运动命令信号43作为控制信号12送到电动机5，使传动机构6驱动移动件7。旋转检测器4通过伺服装置3将旋转检测器信号10传送到FFT分析仪41。FFT分析仪41接收来自于信号发生器42的运动命令信号43和来自于FFT分析仪41的旋转检测器信号44，并通过快速傅立叶变换计算出频率特性曲线。操作人员根据从计算出的频率特性曲线中读出的反共振频率和共振频率来确定伺服操作命令15。操作人员要将伺服操作命令15手工输入伺服装置3。通常操作人员要花费很多人力和时间调整电动机控制装置。在此之前，有多种通过二维惯性系统调整具有近似柔性结构的机械控制系统的方法。例如，日本公开专利No.10-275003公开了一种二维惯性共振系统的振动抑制仪器，通过观测器和在控制二维惯性系统中基于假设的机械载荷信息测算出机械载荷速度和扰动转矩。公开的振动抑制仪器产生了较好的效果。然而，传统振动抑制仪器的问题在于观测器观测的参数和PI(proportional plus integral比例加积分)控制器参数是分别独自地调整，许多时间往往花在试凑调整上。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种电动机控制装置，它能产生与控制目标相一致的电动机控制装置过程，而不需要具有专业知识的操作者和具有专业知识的检查人员用固定在电动机控制装置外的专用仪器进行检查分析。本专利技术的另外一个目的是提供一种电动机控制装置，它能正确计算频率特性曲线的分析结果并且很容易、很便宜地产生合适的电动机控制-->过程。本专利技术的再一个目的是提供一种控制电动机控制装置的方法，它能精确地测量机械系统的频率特性曲线。本专利技术的再一个目的是提供一种电动机控制装置，它能抑制速度控制系统的振动并能比以前更容易同时调整振动抑制器和理论上具有一个参数的I-P控制器的参数。本专利技术的再一个目的是提供一种电动机控制装置，它能同时调整振动抑制器、速度控制器和位置控制器的参数，同时能使机械特性曲线是二维惯性系统的速度控制系统和位置控制系统达到I-P控制(积分加比例控制)过程和PI控制过程。本专利技术的再一个目的是提供一种电动机控制装置，它能同时调整振动抑制器和速度控制器的参数和当同时达到I-P控制过程和PI控制过程时，用于控制机器载荷速度的速度控制系统和用于控制机器载荷位置的位置控制系统的控制参数，它们的机械特性曲线近似于二维惯性系统。本专利技术的再一个目的是提供一种控制电动机控制装置的方法，它能很便宜地和很容易地调整电动机控制装置。根据本专利技术的一个方面，任何一种等同于运动信号的运动信号频率都从伺服装置发送到电动机，电动机的旋转速度信号、机器移动件的位置信号和表示机器加速度、速度、张力等传感器信号都将被分析，新电动机控制过程在考虑分析结果的基础上进行控制。采用以上的方案，与控制目标相匹配的电动机控制过程根本不需要有专业知识的操作人员和检查人员。根据本专利技术的第二个方面，分析装置产生的运动命令信号不包括测量频率范围外的不需要的高频分量，所以在频率分析时没有干扰误差产生，而是分析运动命令信号的频率和旋转检测器信号的频率。由于分析装置产生的运动命令信号包括比最大测量频率低的频率分量，所以不会在比最大测量频率高的频率时引起机械共振。当旋转检测器信号不包括比最大测量频率高的频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过传动机构、带有移动件及支撑移动件的固定件的机器上的移动件来控制电动机驱动的电动机控制装置，所述装置包括： 用于检测所述电动机旋转速度的旋转检测器； 伺服装置，其响应于运动命令信号将与运动命令信号一致的运动信号发送到所述电动机来控制电动机；和 分析装置，其用于分析来自所述旋转检测器的旋转速度信号的频率和来自于所述伺服装置与所述运动信号相等的运动信号的频率并输出分析结果。

【技术特征摘要】
JP 2000-4-20 119379/001.一种通过传动机构、带有移动件及支撑移动件的固定件的机器上的移动件来控制电动机驱动的电动机控制装置，所述装置包括：用于检测所述电动机旋转速度的旋转检测器；伺服装置，其响应于运动命令信号将与运动命令信号一致的运动信号发送到所述电动机来控制电动机；和分析装置，其用于分析来自所述旋转检测器的旋转速度信号的频率和来自于所述伺服装置与所述运动信号相等的运动信号的频率并输出分析结果。2.一种通过传动机构、带有移动件及支撑移动件的固定件的机器上的移动件来控制电动机驱动的电动机控制装置，所述装置包括：用于检测移动件位置的位置检测器；伺服装置，其响应于运动命令信号将与运动命令信号一致的运动信号发送到所述电动机来控制电动机；以及分析装置，其用于分析来自所述位置检测器的移动件位置信号的频率和来自于所述伺服装置、与所述运动信号相等的运动信号的频率并输出分析结果。3.一种通过传动机构、带有移动件及支撑移动件的固定件的机器上的移动件来控制电动机驱动的电动机控制装置，所述装置包括：安置在所述移动件、所述固定件和所述传动机构上的一个或多个测量传感器；伺服装置，其响应于运动命令信号将与运动命令信号一致的运动信号发送到所述电动机来控制电动机；以及分析装置，其用于分析来自所述测量传感器的传感器信号的频率和来自于所述伺服装置、与所述运动信号相等的运动信号的频率并输出分析结果。4.根据权利要求1至3中任何一项所述的电动机控制装置，其特征在于还包括显示装置，其用于显示来自所述分析装置的分析结果和/或设定所述伺服装置的数据。5.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于还包括存储装置，其用于储存来自所述分析装置的分析结果、设定所述伺服装置的数据和所述显示装置的显示数据中的至少一个数据。6.根据权利要求1至5中任何一项所述的电动机控制装置，其特征在于还包括输入装置，其用于为所述分析装置输入分析命令和/或为所述伺服装置输入伺服操作命令。7.根据权利要求1至6中任何一项所述的电动机控制装置，其特征在于分析装置将所述分析结果作为伺服操作命令加载到所述伺服装置。8.一种通过传动机构、带有移动件及支撑移动件的固定件的机器上的移动件来控制电动机驱动的电动机控制装置，所述装置包括：用于检测所述电动机旋转速度的旋转检测器；伺服装置，其响应于运动命令信号将与运动命令信号一致的运动信号发送到所述电动机来控制电动机；以及分析装置，其用于根据频率分析产生无干扰误差、产生测量频率范围外不包括不需要的高频分量的所述运动命令信号、将产生的运动命令信号输出到所述伺服装置、分析所述运动命令信号的频率和来自所述旋转检测器的旋转检测器信号的频率，并输出分析结果。9.一种电动机控制装置，包括速度控制器，其用于被输入速度命令，执行积分加比例控制过程来确定扭转命令，以使电动机速度与所述速度命令保持一致；电流控制器，其提供扭转命令并激励电动机；检测器，其用于检测电动机电流和电动机速度，其特征在于：还包括振动抑制器，其用于计算来自电动机速度和机器载荷速度的扭转角速度，并利用扭转角速度来抑制振动，以及同时调整所述速度控制器参数和所述振动抑制器参数的装置。10.根据权利要求9所述的电动机控制装置，其特征在于：所述振动抑制器包括用于积分所述扭转角速度来计算扭转角的装置；将所述扭转角乘以扭转角增益Ks的装置，其将所述扭转角和所述扭转角增益Ks的和与所述扭转角速度相加，并将其和乘以扭转角速度增益Ksd以确定振动抑制信号，以及将所述振动抑制信号加到扭转命令中的装置，其中所述同时调整所述控制器的参数和所述振动抑制器的参数的装置，根据下列公式调整速度环路增益kv、速度环路积分时间常数Ti，所述扭转角增益ks和所述扭转角速度增益ksd：Kv=4ω3J2K,1Ti=ω4,Ksd=4ω-4ω3J2K,]]>Ks=-J2ω4+6Kω2-K2(1J1+1J2)4Kω-4J2ω3]]>其中ω为目标响应频率；J1为二维惯性系统中的电动机转动惯量；J2为机器载荷的转动惯量；以及K为扭转刚度值。11.根据权利要求9或10所述的电动机控制装置，其特征在于所述机器载荷速度通过二维惯性系统模式中的模拟操作确定。12.一种电动机控制装置，包括：速度控制器，其用于被输入速度命令并确定扭转命令以使电动机速度与所述速度命令保持一致；电流控制器，其用于被输入所述扭转命令并激励电动机；检测器，其用于检测电动机电流、电动机速度，和机器载荷速度，其特征在于通过参数α(0≤α≤1)在积分加比例控制过程和比例加积分控制过程之间进行连续的转换；振动抑制器，其用于计算来自电动机速度和机器载荷速度的扭转角速度并利用扭转角速度来抑制振动，以及同时调整所述速度控制器参数和所述振动抑制器参数的装置。13.根据权利要求12所述的电动机控制装置，其特征在于还包括用于在所述机器载荷速度不能被测量时，通过观测器估计所述机器载荷速度的装置。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：小宫刚彦，井手耕三，小黑龙一，猪木敬生，泉哲郎，鹤田和宽，梅田信弘，郭双晖，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：JP[日本]