CN100477483C - 电动机控制装置 - Google Patents
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Abstract
在本发明的电动机控制装置中，在电动机的速度控制时，叠加信号生成部(9)输出三角波或正弦波等重复波形的叠加信号(idh)。在d轴电流指令生成部(10)中，将由叠加信号生成部(9d)生成的叠加信号(idh)加在d轴电流指令(idc*0)中，输出d轴电流指令(idc*)。此外，轴偏差检测部(11)(11a、11b、11c、11d)输入d轴电流指令(idc*)和q轴电流指令(iqc*)，输出轴偏角推定值(Δθ^)。此外，轴偏差校正部(12)输入轴偏角推定值(Δθ^)和实际检测位置(θm)，输出校正后的位置(θm′)，所以，利用通常动作中的任意定时的运算，可以实时地进行检测和校正。
Description
技术领域
本发明涉及进行同步电动机的控制的电动机控制装置，特别是，涉及具有轴偏差检测部的电动机控制装置，该轴偏差检测部检测控制对象即同步电动机的dq轴和与控制的dq轴之间的轴偏角。
背景技术
作为同步电动机的伺服控制，一般进行矢量控制，矢量控制是将电流分成电动机的磁场磁通方向(d轴)和与其正交的方向(q轴)，分别进行电流控制的控制方式。在该矢量控制中，为了有效地产生扭矩，必须检测磁极的位置。
此外，线性电动机大多是与在电源接通时不能检测电动机的绝对位置的增量式编码器组合使用，但由于增量式编码器只能检测相对位置，所以必须检测磁极的初始位置。如果该磁极初始位置检测的精度差，则会产生实际电动机的dq轴(dm-qm轴)和控制的dq轴(dc-qc轴)产生偏差的轴偏差现象，会产生扭矩控制精度的恶化和最大生成扭矩的减少等不好的影响。
此外，在使用绝对值编码器的情况下，由于可以检测绝对位置，所以没有必要检测初期磁极位置，但是在安装精度差的情况下，同样会产生轴偏差。
专利文献1(特开2001-204190号公报)中，公开了以下的现有技术，即，指定在将编码器安装到同步电动机上时所存在的磁极位置的偏差。
专利文献1是这样一种技术，在具有运算转子初始磁极位置的单元、基于同步电动机的初始磁极位置推定值的误差调整装置中，在两相指令电流中指令扭矩电流设定为零，指令磁通电流设定成任意的有限的重复波形，由检测速度计算角加速度，由指令磁通电流、检测速度、角加速度、电动机的惯性值、粘性摩擦和摩擦扭矩的信息，利用电动机运动方程式推定所产生的扭矩，用该推定扭矩除以扭矩常数，来推定扭矩电流，使用指令磁通电流和推定扭矩电流，推定初始磁极位置，并显示其结果。
此外，作为现有技术，有专利文献2(特开平10-323099号公报)中公开的电动机控制装置，其推定凸极型同步电动机的无位置传感器控制中的转子的磁极位置，利用磁极位置推定值进行控制。
专利文献2的电动机控制装置具有这样的单元，其在正交的两轴坐标系的一个轴向上，施加推定用交流电流信号或推定用交流电压信号，利用另一个正交的轴向的电流或电压，推定同步电动机的磁极位置，在该电动机控制装置中，磁极位置推定单元使用相对于推定用交流电流信号或推定用交流电压信号以规定相位的定时检测出的电流或电压值，来推定磁极位置。
在所述专利文献1中的初始磁极位置推定装置中，使用初始磁极推定公式，正确地推定在将编码器安装在AC同步电动机上时存在的初始磁极位置的偏角，通过对其进行显示，具有可以正确地调整初始磁极位置的效果，但由于只在指令扭矩电流(q轴电流指令iqc*)＝0时可以推定，所以存在在速度控制等的通常动作中不能推定的问题。
此外，在所述专利文献1中的初始磁极位置推定装置中，在显示轴偏角、重新安装编码器之后，必须重复再次推定轴偏角这一系列操作，存在出现无效操作的问题。
此外，在所述专利文献1中的初始磁极位置推定装置中，由于在推定轴偏角的过程中使用了除法，所以存在对于噪声、摩擦变动、稳定干扰负荷等的可靠性降低的问题。
此外，在所述专利文献1中的初始磁极位置推定装置中，由于在轴偏角的推定中，需要惯性值和摩擦等常数，所以存在在不能求出正确的常数的情况下，推定精度大幅度恶化的问题。
此外，所述专利文献2中的电动机控制装置，利用推定用信号，以规定的相位检测流经另一个正交的轴的电流，进行乘法运算，可以用简单的方法推定同步电动机的磁极位置，但由于是不包含速度检测器或位置检测器的结构，不能利用速度反馈信息，所以不能检测实际的速度变化或位置变化，因此存在难以提高磁极位置推定的精度的问题。
此外，在所述专利文献2中的电动机控制装置中，由于是利用电气的凸极性，所以存在在没有电气的凸极性的电动机和小电动机中难以检测的问题。
此外，在所述专利文献2中的电动机控制装置中，利用电气封闭的特性，由于只能利用电流反馈(不能利用电流指令)，因此存在受到电流检测噪声影响的问题。
此外，在所述专利文献2中的电动机控制装置中，由于叠加信号和检测信号不是同相位，所以需要以某个特定的相位定时进行检测，或需要在对峰值和变化率进行运算等方面下工夫，存在指令程序变得复杂的问题。
本发明就是为了解决所述的问题而提出的，第一个目的是，得到一种电动机控制装置，其在同步电动机的矢量控制中，可以利用简单的结构在速度控制等的通常动作中，推定初始磁极位置。
此外，第二个目的是得到一种电动机控制装置，其在推定轴偏角中不使用除法。
此外，第三个目的是得到一种电动机控制装置，其即使不利用电动机常数，也可以推定初始磁极位置。
此外，第四个目的是得到一种电动机控制装置，其不使用用于得到数据获取定时的复杂时序，就可以取得用于推定轴偏角的必要的数据。
发明内容
本发明的电动机控制装置，因为具有：速度运算部，其由利用检测器检测出的电动机、或连接在电动机上的负载的位置即检测位置，对实际速度进行运算；速度控制部，其以该实际速度追随速度指令的方式进行速度控制，输出q轴电流指令；uvw/dq坐标变换部，其输入在交换器内检测出的三相电流，进行从uvw三相静止坐标系向dq同步旋转坐标系的坐标变换，输出d轴电流和q轴电流；电流控制部，其输入d轴电流指令、所述q轴电流指令、所述d轴电流反馈、以及所述q轴电流反馈，以使得dq轴实际电流与dq轴电流指令一致的方式进行电流控制，输出d轴电压指令和q轴电压指令；dq/uvw坐标变换部，其输入所述d轴电压指令、所述q轴电压指令、以及检测位置，进行从dq同步旋转坐标系向uvw三相静止坐标系的坐标变换，输出三相电压指令；以及变换器，其输入该三相电压指令，向电动机施加实际的三相电压，对该电动机进行可变速驱动，并具有：叠加信号生成部，其输出三角波或正弦波等重复波形的叠加信号；d轴电流指令生成部，其将由所述叠加信号生成部生成的叠加信号加在d轴电流指令上，输出d轴电流指令；以及轴偏差检测部，其输入该d轴电流指令和所述q轴电流指令，输出轴偏差推定值，所以，具有在轴偏差检测时可以不使用实际电流，通过仅在一般的伺服控制回路中追加轴偏差检测部的结构，就可以不受电流检测噪声的影响而高精度地进行检测的效果。此外，由于组成速度控制系统，所以在轴偏差不存在的情况下，几乎不产生速度偏差，因此具有在几乎停止状态下可以检测轴偏差的效果。此外，在检测轴偏差中，由于使用d轴电流指令和q轴电流指令或扭矩电流误差这样的相位大体一致(同相或反相)的数据，所以具有可以由通常动作中的任意定时的运算，进行实时检测的效果。
此外，因为具有：位置控制部，其输入位置指令和由所述检测器检测出的检测位置，以检测位置追随位置指令的方式进行位置控制，将速度指令输出到所述速度控制部，所述叠加信号生成部输出三角波或正弦波等重复波形的叠加信号，所以，具有可以一边进行通常的位置控制动作一边进行轴偏差检测的效果。此外，通过组成位置回路，由于不用担心轴偏差检测或校正后的最终的绝对位置偏离，所以，可以在希望在确保初期绝对位置的同时进行校正的情况等，不想从初始位置移动的用途中使用。此外，由于可以观测绝对位置和相对于位置指令的偏差，所以例如在偏差过大时，可以报警使其停止，或者对应于偏差的大小变更叠加信号来进行对应。
本发明的电动机控制装置，因为具有：速度运算部，其由利用检测器检测出的电动机、或连接在电动机上的负载的位置即检测位置，对实际速度进行运算；uvw/dq坐标变换部，其输入在变换器内检测出的三相电流，进行从uvw三相静止坐标系向dq同步旋转坐标系的坐标变换，输出d轴电流和q轴电流；电流控制部，其输入d轴电流指令、所述q轴电流指令、所述d轴电流反馈、以及所述q轴电流反馈，以使得dq轴实际电流与dq轴电流指令一致的方式进行电流控制，输出d轴电压指令和q轴电压指令；dq/uvw坐标变换部，其输入所述d轴电压指令、所述q轴电压指令、以及检测位置，进行从dq同步旋转坐标系向uvw三相静止坐标系的坐标变换，输出三相电压指令；以及变换器，其输入该三相电压指令，向电动机施加实际的三相电压，对该电动机进行可变速驱动，其特征在于，具有：叠加信号生成部，其输出三角波或正弦波等重复波形的叠加信号；d轴电流指令生成部，其将由所述叠加信号生成部生成的叠加信号idh加在d轴电流指令上，输出d轴电流指令；扭矩电流误差运算部，其输入由速度运算部输出的实际速度和q轴电流指令，推定实际在电动机中产生的扭矩电流误差；以及轴偏差检测部，其输入所述d轴电流指令和所述扭矩电流误差，输出轴偏角推定值，所以，具有在输入扭矩指令的通常动作状态下可以使用的效果。此外，由于利用的不是q轴电流指令而是扭矩电流误差的运算值，所以具有即使在轴偏角的绝对值大于或等于90度的情况下，也能正确检测轴偏差的效果。
此外，因为具有：速度控制部，其以实际速度追随速度指令的方式进行速度控制，输出q轴电流指令，所述叠加信号生成部输出三角波或正弦波等重复波形的叠加信号，所以，可以根据实际速度，运算实际电动机的扭矩电流误差，使用它进行轴偏差检测，即使在不提高速度控制响应而速度控制频带低的情况下，也可以检测轴偏差。
此外，因为具有：轴偏差校正部，其输入从所述轴偏差检测部输出的轴偏角推定值、和由所述检测器检测出的检测位置，运算校正后的位置，输出到所述dq/uvw坐标变换部和所述uvw/dq坐标变换部，所述dq/uvw坐标变换部和所述uvw/dq坐标变换部根据校正后的位置进行坐标变换，所以，不预先安装暂时安装的编码器也可以，具有操作性好的效果。此外，在轴偏差检测中，由于使用d轴电流指令和q轴电流指令或扭矩电流误差这样的相位大体一致(同相或反相)的数据，所以具有可以利用在通常动作中的任意定时的运算实时进行校正的效果。
此外，因为所述轴偏差检测部具有：第一输入滤波器，其对d轴电流指令进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号；第二输入滤波器，其对q轴电流指令或扭矩电流误差进行滤波处理，输出轴偏差检测用q轴信号；适应输入运算部，其将所述轴偏差检测用d轴信号和所述轴偏差检测用q轴信号相乘，运算适应输入；增益部，其在该适应输入上乘以增益，生成积分输入；以及积分器，其对该积分输入进行积分，输出轴偏角推定值，所以，可以利用滤波器仅将检测轴偏差中需要的信号分离，因此具有在通常运转动作(速度控制动作)中也可以检测和校正轴偏差的效果。此外，由于即使不利用电动机常数也可以推定初始磁极位置，所以具有不受电动机常数误差的影响的效果。
此外，因为所述轴偏差检测部具有：第一输入滤波器，其对d轴电流指令进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号；可变增益运算部，其对该轴偏差检测用d轴信号的函数进行运算；第二输入滤波器，其对q轴电流指令或扭矩电流误差进行滤波处理，输出轴偏差检测用q轴信号；适应输入运算部，其将所述轴偏差检测用d轴信号的函数和所述轴偏差检测用q轴信号相乘，运算适应输入；以及积分器，其对该积分输入进行积分，输出轴偏角推定值，所以，利用由可变增益运算部进行运算的函数的方法，具有可以容易地使精度、收敛速度提高的效果。
此外，因为所述轴偏差检测部具有；第一输入滤波器，其对d轴电流指令进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号；第一符号检测器，其检测该轴偏差检测用d轴信号的符号，输出带符号的轴偏差检测用d轴信号；第二输入滤波器，其对q轴电流指令或扭矩电流误差进行滤波处理，输出轴偏差检测用q轴信号；第二符号检测器，其检测该轴偏差检测用q轴信号的符号，输出带符号的轴偏差检测用q轴信号；适应输入运算部，其将所述带符号的轴偏差检测用d轴信号和所述带符号的轴偏差检测用q轴信号相乘，运算带符号的适应输入；增益部，其在该带符号的适应输入上乘以增益，生成积分输入；以及积分器，其对该积分输入进行积分，输出轴偏角推定值，所以还具有强化脉冲状的扰动的效果。
此外，由于所述轴偏差检测部具有：第一输入滤波器，其对d轴电流指令进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号；第二输入滤波器，其对q轴电流指令或扭矩电流误差进行滤波处理，输出轴偏差检测用q轴信号；推定输出运算部，其将利用所述输入滤波器进行了滤波处理的轴偏差检测用d轴信号和后述的轴偏角推定值相乘，输出推定输出；轴偏差误差运算部，其取得利用所述输入滤波器进行了滤波处理的轴偏差检测用q轴信号、和由所述推定输出运算部输出的推定输出之间的差，输出轴偏差误差；可变增益部，其在由该轴偏差误差运算部输出的轴偏差误差上乘以增益，输出积分输入；以及积分器，其对从该可变增益部输出的积分输入进行积分，得到轴偏角推定值，所以，可以抑制噪声的影响，具有可以高精度地检测轴偏差的效果。此外，可以一边进行实时校正一边检测，或不进行校正而仅进行轴偏差的检测，所以还具有使用范围广的效果。
本发明的电动机控制装置，因为具有：速度运算部，其由利用检测器检测出的电动机、或连接在电动机上的负载的位置即检测位置，对实际速度进行运算；uvw/dq坐标变换部，其输入在变换器内检测出的三相电流，进行从uvw三相静止坐标系向dq同步旋转坐标系的坐标变换，输出d轴电流和q轴电流；电流控制部，其输入d轴电流指令、q轴电流指令、所述d轴电流反馈、以及所述q轴电流反馈，以使得dq轴实际电流与dq轴电流指令一致的方式进行电流控制，输出d轴电压指令和q轴电压指令；dq/uvw坐标变换部，其输入所述d轴电压指令、所述q轴电压指令、以及检测位置，进行从dq同步旋转坐标系向uvw三相静止坐标系的坐标变换，输出三相电压指令；以及变换器，其输入该三相电压指令，向电动机施加实际的三相电压，对该电动机进行可变速驱动，其特征在于，具有：叠加信号生成部，其将q轴电流指令设定为零，同时输出三角波或正弦波等重复波形的叠加信号；d轴电流指令生成部，其将由所述叠加信号生成部生成的叠加信号加在d轴电流指令上，输出d轴电流指令；轴偏差检测部，其输入该d轴电流指令和所述q轴电流指令，输出轴偏角推定值；显示部，其显示该轴偏角推定值；存储器，其存储该轴偏角推定值；以及轴偏差校正部，其输入存储在该存储器中的轴偏角推定值和所述检测位置，输出校正后的位置，所以，具有可以节省重新安装编码器后重新推定轴偏角这一系列操作的效果。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的电动机控制装置的结构的图。
图2是表示本发明的实施方式1涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部11a的结构的一个例子的图。
图3是说明实际电动机的dq轴(dm-qm轴)和控制的dq轴(dc-qc轴)的关系的图。
图4是表示本发明的实施方式2涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部11b的结构的一个例子的图。
图5是表示本发明的实施方式3涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部11c的结构的一个例子的图。
图6是表示本发明的实施方式4涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部11d的结构的一个例子的图。
图7是表示本发明的实施方式5涉及的电动机控制装置的结构的图。
图8是表示本发明的实施方式6涉及的电动机控制装置的结构的图。
图9是表示本发明的实施方式7涉及的电动机控制装置的结构的图。
图10是表示本发明的实施方式8涉及的电动机控制装置的结构的图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1涉及的电动机控制装置的结构的图。此外，图2是表示本发明的实施方式1涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部的结构的一个例子的图。此外，图3是说明实际电动机的dq轴(dm-qm轴)和控制的dq轴(dc-qc轴)的关系的图。
利用图1～图3，对实施方式1涉及的电动机控制装置的处理动作进行说明。
在图1中，速度控制部1输入速度指令wm*和实际速度wm，以实际速度wm追随速度指令wm*的方式，利用PI控制等，进行速度控制，输出q轴电流指令iqc*。此外，电流控制部2输入d轴电流指令idc*、q轴电流指令iqc*、d轴电流反馈idc、以及q轴电流反馈iqc，例如，利用各轴PI控制和电压反馈控制(非干涉控制)等，以使dq轴实际电流与dq轴电流指令一致的方式，进行电流控制，输出d轴电压指令vd*和q轴电压指令vq*。此外，dq/uvw坐标变换部3输入d轴电压指令vd*、q轴电压指令vq*、检测位置，进行从dq同步旋转坐标系向uvw三相静止坐标系的坐标变换，输出三相电压指令vu*、vv*、vw*。此外，变换器4输入三相电压指令vu*、vv*、vw*，向电动机5施加实际的三相电压，对电动机5进行可变速驱动。
此外，uvw/dq坐标变换部6输入在变换器4内检测出的三相电流iu、iv、iw，进行从uvw三相静止坐标系向dq同步旋转坐标系的坐标变换，向电流控制部2输出d轴电流idc和q轴电流iqc。此外，速度运算部7由利用检测器8检测出的电动机5或者连接在电动机5上的负载的位置即实际检测位置θm，一般使用差分+滤波器对实际速度wm进行运算，输出到速度控制部1。
下面，对实施方式1涉及的电动机控制装置的电动机控制的轴偏差检测方式进行说明。
在电动机的速度控制时，叠加信号生成部9输出三角波或正弦波等重复波形的叠加信号idh。在d轴电流指令生成部10中，将由叠加信号生成部9生成的叠加信号idh加在d轴电流指令idc*0上，输出d轴电流指令idc*。此外，轴偏差检测部11(11a、11b、11c)输入d轴电流指令idc*和q轴电流指令iqc*，输出轴偏角推定值Δ0^。此外，轴偏差校正部12输入轴偏角推定值Δθ^和实际检测位置0m，输出校正后的位置θm′。
下面，利用图2对轴偏差检测部的处理动作进行说明。
在图2中，利用作为第一输入滤波器的输入滤波器101、和作为第二输入滤波器的输入滤波器102，对输入到轴偏差检测部11a的d轴电流指令idc*和q轴电流指令iqc*(或者扭矩电流误差iqm)进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号idh和轴偏差检测用q轴信号iqh。输入滤波器101、102的滤波器特性基本相同，选择带通滤波器等，该带通滤波器挑选出轴偏差检测所要利用的频率成分。
然后，利用适应输入运算部103a，将轴偏差检测用d轴信号idh和轴偏差检测用q轴信号iqh相乘，对适应输入(idh×iqh)进行运算。然后利用增益部104，在适应输入(idh×iqh)上乘以增益，生成积分输入，积分器105将此值积分，输出轴偏角推定值Δθ^。
如果使轴偏角为Δθ，则在d轴电流指令idc*上施加交流的叠加信号idh的情况下，在电动机上产生下式(1)的扭矩量电流误差iqm。叠加信号的频率优选为数10Hz。
iqm＝idh·sinΔθ ……(1)
在这里，如果假定负载仅为理想的惯量，则对应该扭矩产生速度变动。此外，如果以实施方式1的方式组成速度控制系统，且其频带足够高，则其结果，产生这样的q轴电流变动iqh，即，去除了因交流的叠加信号idh产成的扭矩量电流误差iqm。
iqh＝iqm·cosΔθ ……(2)
如果假定轴偏角小到一定程度，则q轴电流变动iqh可以近似为下式(3)。
iqh≈iqm≈idh·Δθ ……(3)
此外，利用图3，对实际电动机的dq轴(dm-qm轴)和控制的dq轴(dc-qc轴)的关系进行说明。图3(a)是表示轴偏角Δθ为0＜Δθ＜π/2的情况下的关系的图，图3(b)是表示轴偏角Δθ为-π/2＜Δθ＜0的情况下的关系的图。如图3所示，轴偏差检测用d轴信号idh和q轴电流变动iqh，对应于Δθ的极性，成为同相或反相的关系，在由适应输入运算部103运算出的适应输入(idh×iqh)为正时，Δ0＞0，此外，用适应输入运算部103运出算的适应输入(idh×iqh)为负时，Δθ＜0。
轴偏角推定值Δθ^是利用增益部104、积分器105对适应输入(idh×iqh)进行积分补偿后运算出的，通过用图1的轴偏差校正部12，将轴偏角推定值Δθ^用检测位置θm校正，可以适当地使轴偏角Δθ以Δθ→0的方式收敛。
将其用公式表示为下式(4)。K为积分增益，s为微分运算符。
轴偏角推定值Δθ^＝(K/s)·(idh×iqh) ……(4)
利用所述处理，可以检测、校正轴偏角。
在实施方式1中，在流过d轴电流的情况下，在矢量控制正确动作而电动机的dm-qm轴和控制的dc-qc轴一致的情况下不产生扭矩，但是在存在轴偏差的情况下，由于d轴电流的一部分成为电动机的q轴电流，所以会产生扭矩，通过得到机械性响应，进行轴偏差的检测。实施方式1的轴偏差检测方式，在预先将初始轴偏角以小于±π/2的方式粗略地导出后使用。
此外，实施方式1是使q轴电流指令iqc*＝扭矩电流误差iqm，进行处理的例子。
在实施方式1涉及的电动机控制装置中，由于在速度控制时检测轴偏角，所以具有静止摩擦的影响小，可以用小的附加叠加信号进行高精度的轴偏差检测的效果。
此外，在实施方式1涉及的电动机控制装置中，由于可以利用滤波器，仅分离出轴偏差检测所需的信号，所以具有在通常运转动作(速度控制动作)中，也可以进行轴偏差的检测和校正的效果。此外，例如如果在由原点复原动作进行的定速驱动等的速度非零状态下使用，则具有不受静止摩擦的影响，即使用小的叠加信号也可以进行非常高精度的良好的轴偏差的检测和校正的效果。
此外，在实施方式1涉及的电动机控制装置中，由于组成速度控制系统，所以在不存在轴偏差的情况下几乎不产生速度偏差，因此具有以下效果，即，不会伴随轴偏差检测而产生位置变动，并且在速度指令为零或位置指令为零的情况下，也可以在几乎停止的状态下检测轴偏差。
此外，在实施方式1涉及的电动机控制装置中，由于成为在积分项中自动存储轴偏角的形式，所以可以将该值保持在存储器等中进行校正，因此可以不事先安装暂时安装的编码器，具有操作性好的效果。
此外，在实施方式1涉及的电动机控制装置中，因为即使不利用电动机常数也可以推定初始磁极位置，所以具有不受电动机常数误差影响的效果。
此外，在实施方式1涉及的电动机控制装置中，可以是仅在一般的伺服控制回路中追加轴偏差检测部的结构，具有软件负担非常小的效果。
此外，实施方式1涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部，并不利用除法和反正弦，而是仅乘法和积分器这样的简单结构，减轻了运算负担，具有可以以非常短的时间实时高精度进行校正的效果。此外，由于不是用除法求出直接值而是适当地进行检测，所以具有可以高精度地进行轴偏差检测的效果。
此外，在实施方式1涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测中，由于可以利用基于速度反馈的变量(机械特性)，而不利用电动机的电气的凸极性，所以具有不受电流检测噪声的影响而可以高精度地检测的效果，在表面磁铁电动机等的非凸极性电动机中也可以使用。
此外，实施方式1涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部，并不使用实际电流而是使用电流指令，所以具有不受电流检测噪声的影响，可以高精度地进行检测的效果。
此外，实施方式1涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部，如图3所示，由于使用d轴电流指令idc*和q轴电流指令iqc*(或者扭矩电流误差iqm)这样相位几乎一致(同相或反相)的数据，所以不需要想办法检测峰值和变化率，或以某个相位的定时进行检测等，具有可以利用任意定时的运算，实时地进行检测或校正的效果。
在实施方式1中，以使用了轴偏差检测用d轴信号idh和q轴电流变动iqh的乘积即适应输入(idh×iqh)的例子进行了说明，但在仅使用q轴电流变动iqh的情况下，对应于轴偏差检测用d轴信号idh或q轴电流变动iqh的符号，变更积分增益K。
此外，在图2所示的轴偏差检测部的构成例中，在d轴电流指令idc*大的情况下，积分输入变大，但这与输入信号越大适应增益越大是等价的，可以提高精度和收敛速度。
在所述说明中，对作为轴偏差检测部的结构使用积分补偿器的例子进行了说明，但是不用说，如果使用比例积分补偿器等，可以改善初始响应。
实施方式2.
下面，利用图4，对实施方式2涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部11b的处理动作进行说明。在图4中，101、102、104、105与图2相同，省略其说明。图4所示的轴偏差检测部11b的结构为，在图2所示的轴偏差检测部11a中的输入滤波器101、102和适应输入运算部103a之间，插入作为第一符号检测器的符号检测器106、和作为第二符号检测器的符号检测器107。
输入由输入滤波器101、102进行滤波处理后的轴偏差检测用d轴信号idh和轴偏差检测用q轴信号iqh，由符号检测器106、107检测符号，作为带符号的轴偏差检测用d轴信号sign(idh)和带符号的轴偏差检测用q轴信号sign(iqh)，输出至适应输入运算部103b。在适应输入运算部103b中，将带符号的轴偏差检测用d轴信号sign(idh)和带符号的轴偏差检测用q轴信号sign(iqh)相乘，运算带符号的适应输入(idh×iqh)。然后，在增益部104中，将增益与带符号的适应输入(idh×iqh)相乘，生成积分输入，积分器105对此值进行积分，输出轴偏角推定值Δθ^。
在实施方式1涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部11a的适应输入运算部103a中，将利用输入滤波器101、102进行了滤波处理的轴偏差检测用d轴信号idh和轴偏差检测用q轴信号iqh相乘，运算适应输入(idh×iqh)，与之相对，在实施方式2涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部11b的适应输入运算部103b中，将符号检测器106、107的输出即带符号的轴偏差检测用d轴信号sign(idh)和带符号的轴偏差检测用q轴信号sign(iqh)相乘，动作原理相同。
在所述的第4图中，说明了取得轴偏差检测用d轴信号idh和轴偏差检测用q轴信号iqh这两者的符号的例子，但在取得任意的一个符号的情况下，虽然收敛特性不同但可以进行相同的动作。
由于实施方式2涉及的轴偏差检测部的结构为，在输入滤波器101、102和适应输入运算部103a之间插入符号检测器106、107，所以具有可以减轻后面的运算负担的效果。此外，由于使用符号，所以还具有将脉冲状的扰动强化的效果。
在所述说明中，对使用了积分补偿器的例子进行了叙述，但不用说，如果使用正比积分补偿器等，则可以改善初始响应。
实施方式3.
下面，利用图5对实施方式3涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部11c的处理动作进行说明。
利用输入滤波器101、102，对输入轴偏差检测部11c的d轴电流指令idc*和q轴电流指令iqc*(或扭矩电流误差iqm)进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号idh和轴偏差检测用q轴信号iqh。
推定输出运算部108将由输入滤波器101进行了滤波处理的轴偏差检测用d轴信号idh和后述的输出轴偏角推定值Δθ^相乘，输出推定输出(idh×Δθ^)。此外，轴偏差误差运算部109取得由输入滤波器102进行了滤波处理的轴偏差检测用q轴信号iqh和从推定输出运算部108输出的推定输出(idh×Δθ^)的差，输出轴偏差误差。此外，可变增益部110在从轴偏差误差运算部109输出的轴偏差误差上乘以增益，输出积分输入，积分器111对从可变增益部110输出的积分输入进行积分，取得轴偏角推定值Δθ^。
如果将上述用离散时间的递推公式表示的话，成为下式(5)。可变增益G使用固定增益或下式(6)。下式(5)、(6)是利用被称为固定跟踪法的统计方法。此外，P0是系数。
Δθ^[K]＝Δθ^[K-1]+G[K](iqh[K]-idh[K]·Δθ^[K-1])……(5)
G[K]＝P0·iqh[K] ……(6)
实施方式3涉及的轴偏差检测部，因为在轴偏差检测中不使用除法，而是使用统计的方法，所以可以抑制噪声的影响，具有可以高精度进行轴偏差检测的效果。此外，因为可以一边进行实时校正一边进行检测，并且还可以不校正而仅进行轴偏角的检测，所以还具有应用范围宽的效果。
在所述说明中，对使用了积分补偿器的例子进行了叙述，但不用说，如果使用比例积分补偿器，则可以改善初始响应。
实施方式4.
下面，利用图6对实施方式4涉及的电动机控制装置中的轴偏差检测部11d的处理动作进行说明。图6的结构为，在图2所示的轴偏差检测部11a中的输入滤波器101的后段，设置可变增益运算部112，省略增益部104。
在图6中，利用作为第一输入滤波器的输入滤波器101，对输入到轴偏差检测部11a中的d轴电流指令idc*进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号idh。在可变增益运算部112中，利用函数G(idh)或列表，由从输入滤波器101输出的轴偏差检测用d轴信号idh，运算函数G(idh)。此外，利用作为第二输入滤波器的输入滤波器102，对输入到轴偏差检测部11a中的q轴电流指令iqc*(或扭矩电流误差iqm)进行滤波处理，输出轴偏差检测用q轴信号iqh。输入滤波器101、102的滤波器特性基本相同，选择带通滤波器等，该带通滤波器挑选在轴偏差检测中利用的频率成分。
然后，在适应输入运算部113中，将函数G(idh)和轴偏差检测用q轴信号iqh相乘，运算适应输入(G(idh)×iqh)。然后，积分器114对此值进行积分，输出轴偏角推定值Δθ^。
在实施方式4中，利用函数的方法，具有容易提高精度和收敛速度的效果。例如，在想快速收敛的情况下，例如使用图中(b)所示的函数，通过在idh大时使增益更大，来增加灵敏度，可以快速收敛。
在实施方式4的轴偏差检测部11d中，如果使函数G(idh)部112中的函数为G(idh)＝K×idh，则成为与图2相同的结构。
此外，如果使函数为G(idh)＝sign(idh)，则与图4中省略了sign107的结构相同。
实施方式5.
利用图7对本发明的实施方式5涉及的电动机控制装置的处理动作进行说明。在图7中，1～10、11(11a、11b、11c、11d)、12与图1相同，省略其说明。图7是在表示实施方式1的电动机控制装置的结构的图1中，追加了位置控制部13，进行位置控制。
位置控制部13输入位置指令θm*和实际检测位置θm，以使检测位置追踪位置指令的方式，利用P控制等进行位置控制，向速度控制部1输出速度指令wm*。
在实施方式5涉及的电动机控制装置中，具有可以一边进行通常的位置控制动作一边检测轴偏差的效果。
此外，在实施方式5涉及的电动机控制装置中，通过组成位置回路，由于不担心轴偏差检测或校正后的最终的绝对位置偏离，所以可以在希望确保初始绝对位置的同时进行校正的情况下等，不想从初始位置移动的用途中使用。
此外，在实施方式5涉及的电动机控制装置中，由于可以观测绝对位置和相对于位置指令的偏差，所以例如在偏差过大时，可以用报警使其停止，或根据偏差的大小变更叠加信号等来应对。
实施方式6.
利用图8对本发明的实施方式6涉及的电动机控制装置的处理动作进行说明。在图8中，2～10、11(11a、11b、11c)、12与图1相同，省略其说明。图7是没有速度指令而在扭矩控制模式中使用的情况等，不能进行速度控制的情况下所使用的一个例子，使用q轴电流指令iqc*0。
扭矩电流误差运算部14输入从速度运算部7输出的实际速度wm和q轴电流指令iqc*0，例如使用进行下式(7)的处理的观测器，推定实际在电动机中产生的扭矩电流误差iqm。
iqm＝(ωc/(s+ωc))·(iqc*0-J/Kt·sωm) ……(7)
其中，s为微分运算符，ωc是观测器的频带。
上式(7)的ωc/(s+ωc)也可以是与轴偏差检测部的输入滤波器部组合后简化而成的。
在实施方式5涉及的电动机控制装置中，由于作为扭矩指令的q轴电流指令iqc*0没有必要为零，所以具有在输入扭矩指令的通常动作状态下可以使用的效果。
此外，因为不是q轴电流指令而是利用扭矩电流误差的运算值，所以具有在轴偏角的绝对值大于或等于90度的情况下，也可以正确地进行轴偏差的检测的效果。
在所述实施方式6涉及的电动机控制装置中，以具有检测器的例子进行了说明，但是也适用于例如没有检测器，使用其他的方法进行位置或速度的推定的结构中。
实施方式7.
利用图9，对本发明的实施方式7涉及的电动机控制装置的处理动作进行说明。图9是在图8中追加了速度控制部1而构成速度控制系统，可以一边进行速度控制动作，一边进行轴偏差检测，在图9中，2～10、11(11a、11b、11c)、12、14与图8相同，省略其说明。
此外，图9是在表示实施方式1涉及的电动机控制装置的结构的图1中，追加扭矩电流误差运算部14，在轴偏差检测部11(11a、11b、11c)中，输入由扭矩电流误差运算部14推定的扭矩电流误差iqm和由d轴电流指令生成部10输出的d轴电流指令idc*，输出轴偏角推定值Δθ^。
扭矩电流误差运算部14输入从速度运算部7输出的实际速度wm和从速度控制部1输出的q轴电流指令iqc*，例如使用进行下式(8)的处理的观测器，推定实际电动机产生的扭矩电流误差iqm。
iqm＝(ωc/(s+ωc))·(iqc*-J/Kt·sωm) ……(8)
在这里，s为微分运算符，ωc是观测器的频带。
上式(7)的ωc/(s+ωc)也可以是与轴偏差检测部的输入滤波器部组合后简化而成的。
在实施方式1和实施方式5涉及的电动机控制装置的轴偏差检测部11(11a、11b、11c、11d)中，输入从速度控制部1输出的q轴电流指令iqc*和从d轴电流指令生成部10输出的d轴电流指令idc*，输出轴偏角推定值Δθ^，但在实施方式7涉及的电动机控制装置的轴偏差检测部11(11a、11b、11c、11d)中，不直接使用q轴电流指令iqc*，而是输入从由速度计算部7输出的实际速度Wm和由速度控制部1输出的q轴电流指令iqc*而推定出的扭矩电流误差iqm、以及从d轴电流指令生成部10输出的d轴电流指令idc*，输出轴偏角推定值Δθ^。
在实施方式7涉及的电动机控制装置中，以实际速度为基础，对实际电动机的扭矩电流误差进行运算，使用它进行轴偏差检测，所以即使在速度控制响应不高而速度控制频带低的情况下，也可以进行轴偏差检测。
此外，由于利用的不是q轴电流指令而是扭矩电流误差的运算值，所以即使在轴偏角的绝对值大于或等于90度的情况下，也能正确检测轴偏差。
实施方式8.
利用图10，对本发明的实施方式7的电动机控制装置的处理动作进行说明。在图108中，2～9与图8相同，省略其说明。
在实施方式8涉及的电动机控制装置中的电动机控制的轴偏差检测中，将控制切换到扭矩控制模式，将q轴电流指令设定为零，向d轴电流指令施加正弦波或三角波。
在轴偏差检测部15中，由从d轴电流指令生成部10输出的d轴电流指令idc*和从速度运算部7输出的实际速度wm，推定轴偏角推定值Δθ^，输出到显示部16和存储器17。显示部16利用7段LED显示器等显示轴偏角推定值Δθ^。
此外，轴偏差校正部18输入在存储器17中存储的轴偏角推定值Δθ^和实际检测位置θm，输出校正后的位置θm′。
在实施方式8涉及的电动机控制装置中，因为在显示部16中显示推定的轴偏角推定值Δθ^，同时将推定的轴偏角推定值Δθ^存储在存储器17中，通过每次加在实际检测位置θm上来抑制轴偏差，所以具有可以节省在重新安装编码器后，再次推定轴偏角这一系列操作的效果。
此外，在所述实施方式1～8中，如果作为叠加信号利用交流成分，则可以去除因静止摩擦、粘性摩擦和重力扭矩等不平衡负载等造成的低频干扰的影响，具有提高轴偏差检测精度的效果。此外，通过将交流成分设定成与运转频率和齿槽扭矩频率成分相分离的频率，具有可以排除它们的影响的效果。此外，通过使交流成为多个频率成分，具有即使在交流成分的频率范围和运转频率及齿槽扭矩频率成分范围重叠的情况下，也难以受到其影响的效果。
此外，在所述实施方式1～8中，对以dq轴电流的量纲进行计算的例子进行了叙述，但改变为扭矩的量纲进行计算，也能得到相同的效果。
此外，在所述实施方式1～8中，对在d轴电流指令上施加叠加信号的例子进行了叙述，但也可以附加在d轴实际电流和d轴电压上。
此外，通过作为叠加信号包括直流成分和多频率成分，还可以提高可靠性。此外，也可以对应于位置变动和速度变动的大小、轴偏角的大小，变更叠加信号的频率和大小。
此外，在所述实施方式1～8中，叙述了在轴偏差检测中利用q轴电流指令iqc*或扭矩电流变动iqm的例子，但由于只要它们是基于速度反馈的各个量即可，所以根据条件，代之以利用速度偏差Δωm和q轴电流指令的比例项或积分项，当然能够得到相同的动作。
作为所述电动机控制装置的控制对象即同步电动机，线性电动机、旋转型电动机等各种形式都可以使用。
工业实用性
如上所述，在本发明的电动机控制装置中，由于可以高精度地检测同步电动机的轴偏差，所以适合用于对同步电动机进行矢量控制的用途中。
Claims (11)
1.一种电动机控制装置，具有：
速度运算部，其由利用检测器检测出的电动机、或连接在电动机上的负载的位置即检测位置，对实际速度进行运算；
速度控制部，其以该实际速度追随速度指令的方式进行速度控制，输出q轴电流指令；
uvw/dq坐标变换部，其输入在变换器内检测出的三相电流，进行从uvw三相静止坐标系向dq同步旋转坐标系的坐标变换，输出d轴电流检测值和q轴电流检测值；
电流控制部，其输入d轴电流指令、所述q轴电流指令、所述d轴电流检测值、以及所述q轴电流检测值，以使得dq轴电流检测值与dq轴电流指令一致的方式进行电流控制，输出d轴电压指令和q轴电压指令；
dq/uvw坐标变换部，其输入所述d轴电压指令、所述q轴电压指令、以及检测位置，进行从dq同步旋转坐标系向uvw三相静止坐标系的坐标变换，输出三相电压指令；以及
变换器，其输入该三相电压指令，向电动机施加实际的三相电压，对该电动机进行可变速驱动，
其特征在于，具有：
叠加信号生成部，其输出重复波形的叠加信号；
d轴电流指令生成部，其将由所述叠加信号生成部生成的叠加信号加在d轴电流指令标称值上，输出d轴电流指令；以及
轴偏差检测部，其输入该d轴电流指令和从所述速度控制部输出的q轴电流指令，输出轴偏差推定值。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，具有：
位置控制部，其输入位置指令和由所述检测器检测出的检测位置，以检测位置追随位置指令的方式进行位置控制，将速度指令输出到所述速度控制部，
所述叠加信号生成部输出重复波形的叠加信号。
3.一种电动机控制装置，具有：
速度运算部，其由利用检测器检测出的电动机、或连接在电动机上的负载的位置即检测位置，对实际速度进行运算；
uvw/dq坐标变换部，其输入在变换器内检测出的三相电流，进行从uvw三相静止坐标系向dq同步旋转坐标系的坐标变换，输出d轴电流检测值和q轴电流检测值；
电流控制部，其输入d轴电流指令、q轴电流指令、所述d轴电流检测值、以及所述q轴电流检测值，以使得dq轴电流检测值与dq轴电流指令一致的方式进行电流控制，输出d轴电压指令和q轴电压指令；
dq/uvw坐标变换部，其输入所述d轴电压指令、所述q轴电压指令、以及检测位置，进行从dq同步旋转坐标系向uvw三相静止坐标系的坐标变换，输出三相电压指令；以及
变换器，其输入该三相电压指令，向电动机施加实际的三相电压，对该电动机进行可变速驱动，
其特征在于，具有：
叠加信号生成部，其输出重复波形的叠加信号；
d轴电流指令生成部，其将由所述叠加信号生成部生成的叠加信号idh加在d轴电流指令标称值上，输出d轴电流指令；
扭矩电流误差运算部，其输入由所述速度运算部输出的实际速度和所述q轴电流指令，推定实际在电动机中产生的扭矩电流误差；以及
轴偏差检测部，其输入所述d轴电流指令和所述扭矩电流误差，输出轴偏角推定值。
4.如权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，具有：
速度控制部，其以实际速度追随速度指令的方式进行速度控制，输出q轴电流指令，
所述叠加信号生成部输出重复波形的叠加信号。
5.如权利要求1或3所述的电动机控制装置，其特征在于，具有：
轴偏差校正部，其输入从所述轴偏差检测部输出的轴偏角推定值、和由所述检测器检测出的检测位置，运算校正后的位置，输出到所述dq/uvw坐标变换部和所述uvw/dq坐标变换部，
所述dq/uvw坐标变换部和所述uvw/dq坐标变换部根据校正后的位置进行坐标变换。
6.如权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于，所述轴偏差检测部具有：
第一输入滤波器，其对d轴电流指令进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号；
第二输入滤波器，其对q轴电流指令或扭矩电流误差进行滤波处理，输出轴偏差检测用q轴信号；
适应输入运算部，其将所述轴偏差检测用d轴信号和所述轴偏差检测用q轴信号相乘，运算适应输入；
增益部，其在该适应输入上乘以增益，生成积分输入；以及
积分器，其对该积分输入进行积分，输出轴偏角推定值。
7.如权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于，所述轴偏差检测部具有：
第一输入滤波器，其对d轴电流指令进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号；
可变增益运算部，其对该轴偏差检测用d轴信号的函数进行运算；
第二输入滤波器，其对q轴电流指令或扭矩电流误差进行滤波处理，输出轴偏差检测用q轴信号；
适应输入运算部，其将所述轴偏差检测用d轴信号的函数和所述轴偏差检测用q轴信号相乘，运算适应输入；以及
积分器，其对该积分输入进行积分，输出轴偏角推定值。
8.如权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于，所述轴偏差检测部具有：
第一输入滤波器，其对d轴电流指令进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号；
第一符号检测器，其检测该轴偏差检测用d轴信号的符号，输出带符号的轴偏差检测用d轴信号；
第二输入滤波器，其对q轴电流指令或扭矩电流误差进行滤波处理，输出轴偏差检测用q轴信号；
第二符号检测器，其检测该轴偏差检测用q轴信号的符号，输出带符号的轴偏差检测用q轴信号；
适应输入运算部，其将所述带符号的轴偏差检测用d轴信号和所述带符号的轴偏差检测用q轴信号相乘，运算带符号的适应输入；
增益部，其在该带符号的适应输入上乘以增益，生成积分输入；以及
积分器，其对该积分输入进行积分，输出轴偏角推定值。
9.如权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于，所述轴偏差检测部具有：
第一输入滤波器，其对d轴电流指令进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号；
第二输入滤波器，其对q轴电流指令或扭矩电流误差进行滤波处理，输出轴偏差检测用q轴信号；
推定输出运算部，其将利用所述输入滤波器进行了滤波处理的轴偏差检测用d轴信号和后述的轴偏角推定值相乘，输出推定输出；
轴偏差误差运算部，其取得利用所述输入滤波器进行了滤波处理的轴偏差检测用q轴信号、和由所述推定输出运算部输出的推定输出之间的差，输出轴偏差误差；
可变增益部，其在由该轴偏差误差运算部输出的轴偏差误差上乘以增益，输出积分输入；以及
积分器，其对从该可变增益部输出的积分输入进行积分，得到轴偏角推定值。
10.如权利要求1或3所述的电动机控制装置，其特征在于，所述轴偏差检测部具有：
第一输入滤波器，其对d轴电流指令进行滤波处理，输出轴偏差检测用d轴信号；
第二输入滤波器，其对q轴电流指令或扭矩电流误差进行滤波处理，输出轴偏差检测用q轴信号；
推定输出运算部，其将利用所述输入滤波器进行了滤波处理的轴偏差检测用d轴信号和后述的轴偏角推定值相乘，输出推定输出；
轴偏差误差运算部，其取得利用所述输入滤波器进行了滤波处理的轴偏差检测用q轴信号、和由所述推定输出运算部输出的推定输出之间的差，输出轴偏差误差；
可变增益部，其在由该轴偏差误差运算部输出的轴偏差误差上乘以增益，输出积分输入；以及
积分器，其对从该可变增益部输出的积分输入进行积分，得到轴偏角推定值。
11.一种电动机控制装置，具有：
速度运算部，其利用由检测器检测出的电动机、或连接在电动机上的负载的位置即检测位置，对实际速度进行运算；
uvw/dq坐标变换部，其输入在变换器内检测出的三相电流，进行从uvw三相静止坐标系向dq同步旋转坐标系的坐标变换，输出d轴电流检测值和q轴电流检测值；
电流控制部，其输入d轴电流指令、q轴电流指令、所述d轴电流检测值、以及所述q轴电流检测值，以使得dq轴电流检测值与dq轴电流指令一致的方式进行电流控制，输出d轴电压指令和q轴电压指令；
dq/uvw坐标变换部，其输入所述d轴电压指令、所述q轴电压指令、以及检测位置，进行从dq同步旋转坐标系向uvw三相静止坐标系的坐标变换，输出三相电压指令；以及
变换器，其输入该三相电压指令，向电动机施加实际的三相电压，对该电动机进行可变速驱动，
其特征在于，具有：
叠加信号生成部，其将q轴电流指令设定为零，同时输出重复波形的叠加信号；
d轴电流指令生成部，其将由所述叠加信号生成部生成的叠加信号加在d轴电流指令标称值上，输出d轴电流指令；
轴偏差检测部，其输入该d轴电流指令和所述q轴电流指令，输出轴偏角推定值；
显示部，其显示该轴偏角推定值；
存储器，其存储该轴偏角推定值；以及
轴偏差校正部，其输入存储在该存储器中的轴偏角推定值和所述检测位置，输出校正后的位置。
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