电动机控制装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了电动机控制装置。电动机控制装置包括检测电动机位置的位置检测器。速度运算器计算电动机的第一速度。位置控制器输出第一速度指令。速度控制器取得第一速度指令和电动机的第二速度之间的差来输出第一转矩/推力指令。相位补偿器包括使第二速度的相位提前的低通滤波器，并取得第一速度和第一转矩/推力指令来输出第二速度。惯性变化抑制器包括估计干扰转矩/推力的干扰观察器。惯性变化抑制器取得第一速度和第二转矩/推力指令，并将干扰转矩/推力加至第一转矩/推力指令来输出第二转矩/推力指令。转矩/推力控制器取得第二转矩/推力指令来控制电动机转矩/推力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电动机控制装置。
技术介绍
交流(AC)电动机的控制装置、特别是AC电动机的伺服控制器一般具有三重回路构造。具体地说，位置控制系统的反馈回路和速度控制系统的反馈回路构成双重回路构造，与包括按照脉宽调制(PWM)的电力变换和d_q坐标系统变换的电流反馈回路组合，得到三重回路构造。在电流控制系统中，考虑到电动机的转矩与电流成比例地发生，从速度控制系统输入转矩指令。这样的控制系统在适合于具有已知结构的特定驱动机构时，需要精确地人工调整 诸如增益和时间常数等的参数。另外，调整参数时需要考虑驱动机构中的各种变化，诸如转动惯量比和惯性模型，这是因为在驱动机构根据它们的构造和它们所用于的应用而运行时可能发生这种变化。因而，常规参数调整显著复杂并且费力，并且这在电动机控制系统的利用中构成巨大的障碍。考虑到该情况，近来的研究和开发集中于“干扰抑制控制”以试图消除对于电动机的转子和负荷机构之间的未知的或变化的转动惯量比的自动调节标识的需要并确保各控制系统保持它的响应统一。一般来说，当控制系统对于参数的变化，响应特性变化最小时，该控制系统称为具有“高鲁棒性”或是“鲁棒的”。干扰抑制控制系统包括惯性变化抑制器，以基于第一转矩指令和电动机的实际检测速度来消除干扰转矩。然后，惯性变化抑制器将干扰转矩与第一转矩指令相加并将相加之和输入到电流控制系统作为第二转矩指令。如在W02005/093939中公开的，已经尝试提高对更大转动惯量比的鲁棒性。具体地说，W02005/093939公开了第一相位补偿器和第二相位补偿器。第一相位补偿器通过引入初始速度指令来创建相位提前的新速度指令，然后输出该新速度指令。第二相位补偿器通过引入电动机的检测速度和转矩指令来创建相位提前的新速度指令，然后输出该新速度指令作为误差对象指令。通过引用的方式将W02005/093939的内容全部并入本文。电动机所驱动的驱动机构具有机械谐振特性。机械谐振弓丨起可以使电动机偶尔不能驱动的振动。机械谐振特性可以由使用多个质量和弹簧的多惯性系统的模型表示。在多惯性模型中，机械谐振以不同频率发生。在驱动涉及由这样的机械谐振产生的振动的驱动机构的技术中存在改善的余地。即，需要这样一种电动机控制装置，即使在电动机被构造为驱动任何构造的任何驱动机构的情况下，该电动机控制装置也消除了对于电动机中的参数的费力调整的需要。同时希望该电动机控制装置确保对惯性运动变化和机械谐振特性的高鲁棒性的控制。本专利技术的目的是提供一种电动机控制装置，即使在驱动机构的惯性运动或惯性质量和多惯性模型是未知的或变化的情况下，该电动机控制装置也确保在不调整各种参数的情况下对电动机的高鲁棒性的驱动控制。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，一种电动机控制装置包括位置检测器、速度运算器、位置控制器、速度控制器、第一相位补偿器、惯性变化抑制器、以及转矩控制器和推力控制器二者中的至少一方。位置检测器被构造为检测电动机的位置，该电动机被构造为对驱动机构进行驱动。速度运算器被构造为取得电动机的位置来计算电动机的第一速度。位置控制器被构造为取得电动机的位置和位置指令之间的差来生成并输出第一速度指令。速度控制器被构造为取得第一速度指令和电动机的第二速度之间的差来生成并输出第一转矩指令和第一推力指令二者中的至少一方。电动机的第二速度具有相对于电动机的第一速度的相位提前的相位。第一相位补偿器包括第一低通滤波器，第一低通滤波器用于使电动机的第二速度的相位相对于电动机的第一速度的相位提前。第一相位补偿器被构造为取得第一转矩指令和第一推力指令二者中的所述至少一个以及第一速度，来输出电动机的第二速度。第一低通滤波器包括使用包括速度控制器的速度回路增益作为独立变量的多项式而计算出的时间常数。惯性变化抑制器包括干扰观察器，干扰观察器包括被构造为抑制驱动机构的 机械谐振的谐振抑制模型。干扰观察器被构造为估计干扰转矩和干扰推力二者中的至少一方。惯性变化抑制器被构造为取得第二转矩指令和第二推力指令二者中的至少一方以及第一速度，被构造为将干扰转矩加至第一转矩指令来生成第二转矩指令，或被构造为将干扰推力加至第一推力指令来生成第二推力指令，并且被构造为输出第二转矩指令和第二推力指令二者中的至少一方。转矩控制器被构造为取得第二转矩指令以控制电动机的转矩。推力控制器被构造为取得第二推力指令以控制电动机的推力。即使在驱动机构的惯性运动或惯性质量和多惯性模型是未知的或变化的情况下，实施方式确保在不调整其各种参数的情况下对电动机进行高鲁棒性的驱动控制。附图说明通过以下的详细说明，结合附图，可以更加清楚地理解本专利技术及其优点，在附图中图I是以传递函数形式示出电动机控制装置的实施方式的框图；图2是示出第一干扰观察器的详细框图；图3是示出在反馈控制系统模型中的干扰抑制控制系统回路的图；图4是示出第一相位补偿器的详细框图；图5是示出包括刚体模型、2惯性模型和3惯性模型的惯性模型的图，并示出各个模型的示例性详细构造；图6是示出第一干扰观察器的谐振抑制标称模型与驱动机构的机械谐振的关系的示例性频率特性图；图7是根据比较例的干扰抑制控制的反馈控制的概念图；图8是利用谐振抑制标称模型的理想变型的干扰抑制控制的反馈控制的概念图；图9是2惯性模型在经受根据实施方式的干扰抑制控制的情况下的尼奎斯特图；图10是图9中基准坐标附近的放大图；图11是3惯性模型在经受根据实施方式的干扰抑制控制的情况下的尼奎斯特图；图12是图11中基准坐标附近的放大图；图13是4惯性模型在经受根据实施方式干扰抑制控制的情况下的尼奎斯特图；图14是图13中基准坐标附近的放大图；图15是2惯性模型在经受常规干扰抑制控制的情况下的尼奎斯特图；图16是图15中基准坐标附近的放大图；图17是3惯性模型在经受常规干扰抑制控制的情况下的尼奎斯特图；图18是图17中基准坐标附近的放大图； 图19是4惯性模型在经受常规干扰抑制控制的情况下的尼奎斯特图；图20是图19中基准坐标附近的放大图；图21示出使用2惯性模型的比较仿真的曲线图；图22示出使用2惯性模型的根据实施方式的仿真的曲线图；图23示出使用3惯性模型的比较仿真的曲线图；图24示出使用3惯性模型的根据实施方式的仿真的曲线图；图25示出使用4惯性模型的比较仿真的曲线图；图26示出使用4惯性模型的根据实施方式的仿真的曲线图；图27示出在转动惯量比为O的情况下执行的比较仿真的曲线图；图28示出在转动惯量比为O的情况下执行的根据实施方式的仿真的曲线图；图29示出在转动惯量比为30的情况下执行的比较仿真的曲线图；图30示出在转动惯量比为30的情况下执行的根据实施方式的仿真的曲线图；图31示出在转动惯量比为30的情况下标准P-PI控制的仿真的曲线图；图32示出在转动惯量比为30的情况下执行的根据实施方式的仿真的曲线图；图33是以传递函数形式示出电动机控制装置的第一变型例的框图，其中设置有第二相位补偿器；图34是示出第二相位补偿器的详细框图；图35示出使用2惯性模型的根据第一变型例的仿真的曲线图；图36示出使用3惯性模型的根据第一变型例的仿真的曲线图；图37示出使用4惯性模型的根据第一变型例的仿真的曲线图；图38示出在转动惯量比为2的情况下执行的比较仿真的曲线图；图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动机控制装置，该电动机控制装置包括：位置检测器，其被构造为检测电动机的位置，该电动机被构造为对驱动机构进行驱动；速度运算器，其被构造为取得所述电动机的位置来计算所述电动机的第一速度；位置控制器，其被构造为取得所述电动机的位置和位置指令之间的差，来生成并输出第一速度指令；速度控制器，其被构造为取得所述第一速度指令和所述电动机的第二速度之间的差，来生成并输出第一转矩指令和第一推力指令二者中的至少一方，所述电动机的所述第二速度具有相对于所述电动机的所述第一速度的相位提前的相位；第一相位补偿器，其包括第一低通滤波器，该第一低通滤波器用于使所述电动机的所述第二速度的相位相对于所述电动机的所述第一速度的相位提前，所述第一相位补偿器被构造为取得所述第一转矩指令和所述第一推力指令二者中的所述至少一方以及所述第一速度，来输出所述电动机的所述第二速度，所述第一低通滤波器具有使用包括所述速度控制器的速度回路增益作为独立变量的多项式计算出的时间常数；惯性变化抑制器，其包括干扰观察器，所述干扰观察器包括被构造为抑制所述驱动机构的机械谐振的谐振抑制模型，所述干扰观察器被构造为估计干扰转矩和干扰推力二者中的至少一方，所述惯性变化抑制器被构造为取得第二转矩指令和第二推力指令二者中的至少一方以及所述第一速度，被构造为将所述干扰转矩加至所述第一转矩指令来生成所述第二转矩指令，或者被构造为将所述干扰推力加至所述第一推力指令来生成所述第二推力指令，并且被构造为输出所述第二转矩指令和所述第二推力指令二者中的至少一方；以及转矩控制器和推力控制器二者中的至少一方，所述转矩控制器被构造为取得所述第二转矩指令来控制所述电动机的转矩，所述推力控制器被构造为取得所述第二推力指令来控制所述电动机的推力。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉浦泰史，加来靖彦，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：