检测电压饱和的电动机的控制系统的制作方法
【专利摘要】本发明的检测电压饱和的电动机的控制系统具有多个控制装置以及对该控制装置提供指令的上级控制装置，具有基于从上级控制装置输出的位置指令和指令速度进行位置控制的位置控制部、基于从位置控制部输出的速度指令进行速度控制的速度控制部、基于从速度控制部输出的电流指令进行电流控制的电流控制部、以及基于从电流控制部输出的电压指令对用于驱动电动机的电流进行放大的电流放大器，电流控制部具备判断电压指令是否超过了电流放大器的电源电压并输出其判断结果的电压饱和处理部、以及将电压饱和处理部所输出的判断结果通知给上级控制装置的电压饱和通知部。
【专利说明】检测电压饱和的电动机的控制系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种电动机的控制系统，特别涉及一种能够对用于驱动电动机的电流 放大器中的电压饱和进行检测并通知给上级控制装置的电动机的控制系统。
【背景技术】
[0002] 在机床等使用同步电动机来驱动的系统中，当指令加速度变大时，有时由于超过 同步电动机的最大转矩而无法按照指令动作。与此同样地，根据同步电动机的电感不同，当 指令急动度（日语：指令加々速度）变大时，有时由于同步电动机的指令电压超过电流放大 器（Amplifier)的最大电压而无法按照指令动作。在此，将同步电动机的电压指令超过电 流放大器的最大电压的情况称为"电压饱和"。
[0003] 因此，报告了一种检测指令电压是否发生电压饱和的控制装置（例如参照日本专 利公开公报JP-A-2000-341991 (专利文献1)、JP-A-2003-209996)。图1中示出了以往的 电动机的控制装置的结构。以往的控制装置具备：饱和检测器1009,其输出电压饱和信号， 该电压饱和信号在输入到电力转换器1001的电压指令的大小超过了电力转换器1001能够 施加于PM电动机1002的最大电压而发生了电压饱和时为"-1"，否则为"1";以及磁通电流 调整器1010,其在饱和检测器1009所输出的电压饱和信号为"1"时使d轴电流idc向正 方向逐渐增加到规定的上限值，在电压饱和信号为"-1"时使d轴电流idc向负方向逐渐增 加到规定的下限值。通过构成为这种结构，能够自动地调整d轴电流指令idc的大小来避 免电压指令Vc超过电力转换器1001所能够输出的最大电压Vm。另外，能够使q轴电流、d 轴电流分别追随各自的电流指令。因此，即使是电压饱和也能够继续运转，在电压不饱和时 能够设为使效率最大的运转状态。
[0004] 如上所述，专利文献1中公开了以下内容：检测并输出电压饱和、以及降低电流指 令。但是，在专利文献1中，虽然记载了在电压饱和时降低电流指令，但是，若降低电流指令 则转矩不会按照转矩指令来产生。其结果，产生以下问题：无法以按照指令形状的速度和位 置动作，尤其是在利用多个轴的动作对工件的轮廓进行加工的情况下，形状精度会恶化。
[0005] 本发明的目的在于提供一种具有以下功能的同步电动机的控制系统：通过检测是 否发生了电压饱和并将其通知给上级控制装置，来抑制指令急动度。
【发明内容】
[0006] 基于本发明的实施例的电动机的控制系统是具有控制电动机的多个控制装置以 及对该控制装置提供指令的上级控制装置的电动机的控制系统，该电动机的控制系统的特 征在于，控制装置具有：位置控制部，其基于从上级控制装置输出的位置指令和指令速度来 进行位置控制；速度控制部，其基于从位置控制部输出的速度指令来进行速度控制；电流 控制部，其基于从速度控制部输出的电流指令来进行电流控制；以及电流放大器，其基于从 电流控制部输出的电压指令对用于驱动电动机的电流进行放大，电流控制部具备：电压饱 和处理部，其判断电压指令是否超过了电流放大器的电源电压并输出其判断结果；以及电 压饱和通知部，其将电压饱和处理部所输出的判断结果通知给上级控制装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 通过参照以下的附图会进一步明确理解本发明。
[0008] 图1是以往的电动机的控制装置的结构图。
[0009] 图2是本发明的实施例1所涉及的电动机的控制系统的结构图。
[0010] 图3是本发明的实施例1所涉及的电动机的控制系统中的电流控制部和电流放大 器的结构图。
[0011] 图4是表示本发明的实施例1所涉及的电动机的控制系统中的电压饱和部的动作 过程的流程图。
[0012] 图5是表示本发明的实施例1所涉及的电动机的控制系统中的变更进给速度的方 法的流程图。
[0013] 图6是表示本发明的实施例1所涉及的电动机的控制系统中的变更最大加速度的 方法的流程图。
[0014] 图7是表示本发明的实施例1所涉及的电动机的控制系统中的插值计算的过程的 流程图。
[0015] 图8A是以极坐标表示加工点的轨迹的图。
[0016] 图8B是以二维坐标表示加工点的轨迹的图。
[0017] 图9A是表示加工速度为120[mm/SeC]时的C轴速度的角度依赖性的图。
[0018] 图9B是表示加工速度为100[mm/sec]时的C轴速度的角度依赖性的图。
[0019] 图10A是表示加工速度为120[mm/sec]时的X轴速度的角度依赖性的图。
[0020] 图10B是表示加工速度为100 [mm/sec]时的X轴速度的角度依赖性的图。
[0021] 图11A是表示加工速度为120[mm/sec]时的X轴加速度的角度依赖性的图。
[0022] 图11B是表示加工速度为100[mm/SeC]时的X轴加速度的角度依赖性的图。
[0023] 图12A是表示加工速度为120 [mm/sec]时的X轴急动度的角度依赖性的图。
[0024] 图12B是表示加工速度为100 [mm/sec]时的X轴急动度的角度依赖性的图。
[0025] 图13A是表示加工速度为120[mm/SeC]时的X轴电压的角度依赖性的图。
[0026] 图13B是表示加工速度为100[mm/SeC]时的X轴电压的角度依赖性的图。
[0027] 图14是本发明的实施例2所涉及的电动机的控制系统的结构图。
[0028] 图15A是表示在本发明的实施例3所涉及的电动机的控制系统中加工速度为 120[mm/ sec]时的C轴速度的角度依赖性的图。
[0029] 图15B是表示在本发明的实施例3所涉及的电动机的控制系统中加工速度为 100[mm/ sec]时的C轴速度的角度依赖性的图。
[0030] 图16是本发明的实施例4所涉及的电动机的控制系统的结构图。
【具体实施方式】
[0031] 下面，参照附图来说明本发明所涉及的电动机的控制系统。其中，需要注意的是， 本发明的保护范围并不限定于这些实施方式，而遍及权利要求书所记载的发明及其均等 物。
[0032] 〔实施例1〕
[0033] 图2中示出了本发明的实施例1所涉及的电动机的控制系统100的结构，图3中 示出了构成电动机的控制系统1〇〇的控制装置10的电流控制部4和电流放大器5的详细 结构。本发明的电动机的控制系统1〇〇具有控制电动机的控制装置10以及对该控制装置 10提供指令的上级控制装置1。控制装置10的特征在于具有：位置控制部2,其基于从上级 控制装置1输出的位置指令和指令速度来进行位置控制；速度控制部3,其基于从位置控制 部2输出的速度指令来进行速度控制；电流控制部4,其基于从速度控制部3输出的电流指 令来进行电流控制；以及电流放大器5,其基于从电流控制部4输出的电压指令，对用于驱 动作为电动机的驱动体8的电流进行放大，其中，电流控制部4具备：电压饱和处理部41， 其判断电压指令是否超过了电流放大器5的电源电压并输出其判断结果；以及电压饱和通 知部42,其将电压饱和处理部41所输出的判断结果通知给上级控制装置1。
[0034] 如图2所示，从上级控制装置1输出的位置指令通过第一加法器101被减去来自 用于检测驱动体8的位置的位置检测器9的位置反馈数据（位置FB)，位置偏差被输入到位 置控制部2。
[0035] 位置控制部2基于所输入的位置偏差来输出速度指令。从位置控制部2输出的速 度指令通过第二加法器102被减去检测伺服电动机6的速度的速度检测器7的速度反馈数 据（速度FB)后输入到速度控制部3。
[0036] 速度控制部3基于所输入的速度指令来输出电流指令。从速度控制部3输出的电 流指令通过第三加法器103被减去来自电流放大器5的电流反馈数据（电流FB)后输入到 电流控制部4。
[0037] 电流控制部4基于所输入的电流指令，将电压指令输出到电流放大器5。电流放大 器5将电流检测结果反馈给电流控制部4,电流控制部4判断是否存在电压饱和，对此稍后 进行详细说明。
[0038] 电流放大器5输出用于驱动伺服电动机6的电流，伺服电动机6通过传递机构61 对驱动体8进行驱动。
[0039] 接着，使用图3来说明电流控制部4和电流放大器5的结构。如图3所示，电流控 制部4具有电压饱和处理部41、电压饱和通知部42、dq/三相转换部43、电压计算部44以 及三相/dq转换部45。
[0040] 另一方面，电流放大器5具有三相PWM调制器51、电动机驱动电路52以及电流检 测器53。三相PWM调制器51生成具有与电压指令值相应的占空比的PWM信号。电动机驱 动电路52是使用电力用M0S晶体管等开关元件构成的PWM电压型逆变器。电动机驱动电 路52通过根据上述PWM信号将各开关元件控制为接通或断开，生成要施加于伺服电动机6 的三相电压。电流检测器53检测流过电动机驱动电路52的电流并反馈给电流控制部4。
[0041] 从电流放大器5的电流检测器53反馈的电流值与从伺服电动机6的速度检测器 7输出的电流值一起被输入到电流控制部4的三相/dq转换部45,该三相/dq转换部45输 出反馈电流idf和iqf。电压计算部44基于电流指令值idc、iqc和反馈电流idf、iqf，按 照以下的式计算d相电压Vd和q相电压Vq。
[0042] Vd=kl Σ (idc-idf)+k2 (pi X idc-idf) (1)
[0043] Vq=kl Σ (iqc-iqf)+k2 (pi X iqc-iqf)
[0044] 在此，kl表示积分增益，k2表示比例增益。另外，pi是电流PI率，在Ι-P控制的 情况下为〇,在PI控制的情况下为1。
【权利要求】
1. 一种电动机的控制系统，具有控制电动机的多个控制装置（10)以及对该控制装置 提供指令的上级控制装置（1)，该电动机的控制系统的特征在于， 上述控制装置（10)具有： 位置控制部（2)，其基于从上述上级控制装置（1)输出的位置指令和指令速度来进行 位置控制； 速度控制部（3)，其基于从上述位置控制部（2)输出的速度指令来进行速度控制； 电流控制部（4)，其基于从上述速度控制部（3)输出的电流指令来进行电流控制；以及 电流放大器（5)，其基于从上述电流控制部（4)输出的电压指令，对用于驱动电动机的 电流进行放大， 上述电流控制部（4)具备： 电压饱和处理部（41)，其判断上述电压指令是否超过了上述电流放大器（5)的电源电 压并输出其判断结果；以及 电压饱和通知部（42)，其将上述电压饱和处理部（41)所输出的上述判断结果通知给 上述上级控制装置（1)。
2. 根据权利要求1所述的电动机的控制系统，其特征在于， 上述上级控制装置（1)具备饱和标志输出部（20)，该饱和标志输出部（20)基于上述判 断结果，在上述电压指令超过了电源电压的情况下，输出饱和标志。
3. 根据权利要求1或2所述的电动机的控制系统，其特征在于， 上述上级控制装置（1)基于上述判断结果，在上述电压指令超过了电源电压的情况 下，使上述指令速度、指令加速度以及指令急动度中的至少一个减小，以避免上述电压指令 超过电源电压。
4. 根据权利要求1?3中的任一项所述的电动机的控制系统，其特征在于， 上述上级控制装置（1)基于上述判断结果，在上述电压指令超过了电源电压的情况 下，仅在上述电压指令超过电源电压的规定部分处使上述指令速度、指令加速度以及指令 急动度中的至少一个减小，以避免上述电压指令超过电源电压。
5. 根据权利要求1?4中的任一项所述的电动机的控制系统，其特征在于， 还具备学习控制部（11)，该学习控制部（11)用于按照来自上述上级控制装置（1)的位 置指令进行驱动。
6. 根据权利要求1?5中的任一项所述的电动机的控制系统，其特征在于， 上述电压饱和处理部（41)将上述判断结果保持固定时间。
7. 根据权利要求1?6中的任一项所述的电动机的控制系统，其特征在于， 上述上级控制装置（1)根据上述位置指令按照下面的式计算电压指令V，在该电压指 令V超过规定的最大电压的情况下使上述指令速度、指令加速度以及指令急动度中的至少 一个减小，由此降低上述电压指令V，
Jm =电动机惯性[kgm2]、Jl=负载惯性[kgm2]、Mm =磁体重量[kg]、Ml=负载重量[kg]K=Kt (转矩常数[Nm/Αρ]:旋转型电动机）、Kf (推力常数[N/Ap]:直线电动机）
【文档编号】H02P6/06GK104065312SQ201410103961
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】前田和臣 申请人:发那科株式会社