CN102163944B

CN102163944B - 电动机的控制方法和装置

Info

Publication number: CN102163944B
Application number: CN201110048588.4A
Authority: CN
Inventors: 井出勇治
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-23
Publication date: 2015-07-15
Anticipated expiration: 2031-02-23
Also published as: CN102163944A; JP2011176907A; EP2362287A2; EP2362287A3; EP2362287B1; JP5623757B2

Abstract

本发明提供一种电动机的控制装置，其能够高速地检测出电动机的负载惯性发生了变化，并且即使在电动机的负载惯性发生了变化的情况下也能够高速地进行定位置停止控制。在电动机(M)的转子的旋转速度成为定位速度后，控制部(17)将位置环速度指令(vc)所指示的速度与平方速度(V²)的偏差提供给速度控制器(14)。自动调谐部(18)在定位控制前，计算转子的加速度，并根据加速度的绝对值的最大值来决定位置控制器(15)的增益(C)。

Description

电动机的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及将电动机的转子停止在固定位置上的电动机的控制方法和装置。

背景技术

关于使用于工作机械的主轴等的电动机，作为用于将电动机的转子定位停止在希望位置上公知技术，存在如下技术：在速度控制下运转到固定的速度(定位速度)，将控制模式从速度控制切换到位置控制，根据指令停止位置来进行位置控制。

图11表示了以往的电动机的控制装置的结构的一个例子。图12是表示以往的电动机的控制装置的动作的动作波形图。电动机M的转子的位置，通过编码装置等的位置传感器S来检测。位置传感器S的输出被输入到速度检测器SD中，速度检测器SD根据位置传感器S的输出来检测并输出转子的速度(与速度相当的信号)。在该以往的装置中，在电动机M在速度控制下进行旋转的情况下，开关S1位于a侧，使旋转速度指令与转子速度的偏差通过速度控制器SC，将转矩指令输出到转矩控制器TC。转矩控制器TC根据转矩指令来输出控制电动机M的电流指令，以使得电动机M的转矩与转矩指令一致。另外，在本例中，在转矩控制器内安装有按照电流指令来控制电动机电流的控制部。为了将电动机停止，而从上位控制器输出了定位速度指令后，将开关S1置于b侧，将开关S2置于a侧，来用定位速度指令进行速度控制。由此，如图12所示，电动机旋转速度逐渐降低，在定位速度下旋转。在位置控制系统中，取得表示使转子停止在电动机一次旋转内的哪个位置上的位置指令与由位置传感器S检测出的转子的位置的位置偏差，并输入到位置控制器PC中。位置控制器PC根据位置偏差，来计算来自位置环的速度指令。若来自位置环的速度指令为定位速度指令以下，则将开关S2切换到b侧来进行位置控制。以后，根据来自位置控制器PC的速度指令，对电动机M进行位置控制，若电动机的转子的位置成为指令停止位置，则电动机停止。若电动机M停止，则输出定位完成信号，定位停止控制完成。

另外，在工作机械的主轴上更换各种工具来进行了加工的情况下，存在因为根据工具不同而惯性不同，所以主轴电动机的定位置停止特性发生变化的问题。然而，在以往的控制装置中，不具备对此进行补正的功能。因此，以往在负载惯性较大的情况下，调整控制参数，以使得不产生过冲。但是，若像这样进行调整，则在负载惯性较小的情况下，产生到定位置停止为止的时间变长的问题。在工作机械中，为了提高生产率，加工效率的提高不可缺少，强烈地寻求定位置停止控制所需要的时间的缩短。作为推算惯性的方法，存在JP特开2007-156699号(JP特愿2005-349266)公报所公开的公知技术。在该公知技术中，根据转矩指令和加速度反馈，使用递归最小二乘方法来推算惯性。

专利文献1：JP特开2007-156699号公报

但是，在该公知技术中，主要是根据加速结束时和减速开始时等的信息来推算惯性，因此存在推算惯性值收敛之前需要数次的加减速，惯性的推算所需要的时间较长的问题。在工作机械的主轴等中，需要更换工具，使电动机高速旋转来进行加工，并在减速进行位置控制时推算出惯性值。但是，用以往的惯性推算方法，无法在短时间内推算惯性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够高速地检测出电动机的负载惯性发生了变化，并且即使在电动机的负载惯性发生了变化的情况下也能够高速地进行定位置停止控制的电动机的控制方法和装置。

本发明是一种电动机的控制方法，该电动机具备位置控制器、速度控制器、以及转矩控制器，将使旋转速度指令所指示的指令速度与电动机的转子的旋转速度的偏差通过速度控制器而得到的转矩指令提供给转矩控制器，对电动机的速度进行速度控制，以使得转子的旋转速度与旋转速度指令一致，并根据输入到位置控制器中的位置指令来控制转子的停止位置，该电动机的控制方法计算转子的加速度，并根据加速度的绝对值的最大值来决定位置控制器的增益。根据本发明，因为根据加速度的绝对值的最大值来推算惯性的变化和转矩常数的变化，所以能够高速地检测出电动机的负载惯性发生了变化，即使在电动机的负载惯性发生了变化的情况下也能够高速地进行定位置停止控制。

更具体的本发明的电动机的控制方法，是进行速度控制和定位控制来控制电动机，并且使电动机的转子停止在固定位置上。在速度控制中，将使旋转速度指令所指示的指令速度与电动机的转子的旋转速度的偏差通过速度控制器而得到的转矩指令提供给转矩控制器，来对电动机的速度进行控制，以使得转子的旋转速度与旋转速度指令一致。在定位控制中，若输出了定位速度指令，则将使定位速度指令所指示的定位速度与电动机的速度的偏差通过速度控制器而得到的转矩指令提供给转矩控制器，来对转子的速度进行控制，以使得转子的旋转速度成为定位速度。在转子的旋转速度成为定位速度后，取得由表示停止在转子的一次旋转内的哪个位置上的位置指令所指示的指令位置与转子的位置的位置偏差。将使该位置偏差通过位置控制器而得到的位置环速度指令与将旋转速度进行平方而编码后的平方速度的偏差输出到速度控制器，并将得到的转矩指令输入到转矩控制器中。

在本发明中，特别是在开始定位控制之前，计算转子的加速度，并根据加速度的绝对值的最大值来决定位置控制器的增益。

本发明基于发明者的如下见解：能够用与电动机的加速度之间的关联来推算惯性的变化和转矩常数的变化。因此，在本发明中，根据加速度的绝对值的最大值来推算惯性的变化和转矩常数的变化，并在每次定位时，以电动机的加速度为基础来决定位置控制器的增益并进行定位。此外，根据本发明，在使用滑动模式控制(sliding mode control)的情况下，能够根据电动机的加速度来求出滑动曲线，并按照该滑动曲线来对电动机进行定位置停止控制。由此，即使在工具发生变化从而负载惯性发生了变化的情况下，或电动机的转矩常数发生了变化的情况下，也能够实现与各自的负载惯性和电动机的转矩常数相应的稳定且高速的定位置停止控制。

另外，在假设增益为C时，能够根据C＝2×ACCP×G₀的式子来计算增益C。其中在上式中，ACCP是加速度的绝对值的最大值ACCP，G₀是用于使控制稳定的常数。根据该式，能够根据电动机所能够输出的转矩和由负载惯性决定的加速度的绝对值的最大值来简单地用运算求出位置控制器的增益C。

另外，优选使表示加速度的加速度信号通过低通滤波器来消除噪声，将消除了噪声的加速度信号绝对值化来求出绝对值化后的加速度，并根据绝对值化后的加速度来计算最大值ACCP。若使用低通滤波器来消除噪声，则能够抑制编码器的量子化误差的影响。

另外，优选作为增益C，将初始值C1设定于位置控制器中，若电动机开始加速，则根据上式来继续计算增益C，并且将得到了加速度的绝对值的最大值时的增益设定为位置控制器的增益C。并且，在定位控制结束后，将位置控制器的增益的值设回初始值C1。这样一来，即使电动机的负载惯性发生了变化，也能够在每次进行定位控制时，将与负载惯性相应的增益C设定于位置控制器中。此外，在提供了用于得到减速转矩-T1的转矩指令时的电动机的转矩常数的误差也得到补偿。

另外，也可以通过使用用于定位控制的物理变量来规定滑动曲线，并沿着该滑动曲线来控制转子的位置和速度，来调整转矩控制器的输入，以实施使转子停止在目标位置上的滑动模式控制。这样一来能够使用电动机所能够输出的转矩和基于由负载惯性决定的最大加速度的位置控制增益C，来进行流畅且最快的滑动控制。

本发明的不进行滑动模式控制的电动机的控制装置具备：速度检测器；位置检测器；位置环；速度指令选择部；速度控制器；速度偏差运算部；转矩控制器；控制部；和自动调谐(tuning)部。速度检测器检测电动机的转子的旋转速度并输出旋转速度。位置检测器检测转子的旋转位置。位置环包含：位置偏差运算部，其求出由表示使转子停止在转子的一次旋转内的哪个位置上的位置指令所指示的位置与旋转位置的位置偏差；和位置控制器，其将位置偏差作为输入来输出位置环速度指令。速度指令选择部从由上位控制器所输出的旋转速度指令、指示定位速度的定位速度指令、以及位置环速度指令中，选择一个速度指令。速度偏差运算部求出由速度指令选择部所选择的一个速度指令所指示的指令速度与旋转速度的速度偏差。速度控制器将速度偏差运算部的输出作为输入来产生转矩指令。转矩控制器将转矩指令作为输入来输出电流指令。控制部以如下方式进行控制：在稳定控制运转时，速度指令选择部选择旋转速度指令，在停止时，速度指令选择部选择定位速度指令，将使定位速度指令与旋转速度的偏差通过速度控制器而得到的转矩指令提供给转矩控制器，来对转子的速度进行定位控制，以使得转子的旋转速度成为定位速度，之后，在转子的旋转速度成为定位速度后，位置指令选择部选择位置环速度指令。自动调谐部，在定位控制之前，计算转子的加速度，并根据加速度的绝对值的最大值来决定位置控制器的增益C。

此外，实施本发明的滑动模式控制的电动机的控制方法的电动机控制装置具备：速度检测器；输出选择部；位置检测器；位置环；速度指令选择部；速度偏差运算部；速度控制部；加法运算部；转矩控制器；控制部；和自动调谐部。速度检测器检测电动机的转子的旋转速度，并输出旋转速度和将旋转速度进行平方而编码后的平方速度。输出选择部选择速度检测器的输出。位置检测器检测转子的旋转位置。另外，速度检测器和位置检测器的检测部(传感部)也可以使用能够通用的部件。位置环包含如下部分而构成：位置偏差运算部，其求出由表示使转子停止在转子的一次旋转内的哪个位置上的位置指令所指示的位置与旋转位置的位置偏差；和位置控制器，其将位置偏差作为输入来输出位置环速度指令。速度指令选择部，从由上位控制器所输出的旋转速度指令、指示定位速度的定位速度指令、以及位置环速度指令中，选择一个速度指令。速度偏差运算部求出由速度指令选择部选择的一个速度指令所指示的指令速度与由输出选择部选择的旋转速度或平方速度的速度偏差。速度控制器，将速度偏差运算部的输出作为输入来产生转矩指令。加法运算部在转矩指令上加上转矩加法运算指令来输出加法运算转矩指令。转矩控制器将加法运算转矩指令作为输入来输出电流指令。并且，控制部在稳定控制运转时，控制输出选择部选择旋转速度，并且速度指令选择部选择旋转速度指令。并且，控制部在输入了定位指令时，控制输出选择部选择旋转速度，并且速度指令选择部选择定位速度指令，将使定位速度指令与旋转速度的偏差通过速度控制器而得到的转矩指令提供给转矩控制器，控制转子的速度，以使转子的旋转速度成为定位速度。之后，在转子的旋转速度成为定位速度后，控制部控制输出选择部选择平方速度，并且速度指令选择部选择位置环速度指令，将使位置环速度指令所指示的速度与平方速度的偏差通过速度控制器而得到的转矩指令提供给转矩控制器。自动调谐部在滑动模式控制之前，计算转子的加速度，并根据加速度的绝对值的最大值来决定位置控制器的增益C。

在该电动机的控制装置中，控制部可以以如下方式构成：调整转矩控制器的输入，以实施通过沿着使用用于进行控制的物理变量规定的滑动曲线来控制转子的位置和速度，使转子停止在目标位置上的滑动模式控制。这样一来，能够使用电动机所能够输出的转矩和基于由负载惯性决定的最大加速度的位置控制增益C，来进行更加流畅且最快的滑动控制。

附图说明

图1是表示能够高速地检测出电动机的负载惯性发生了变化，并且即使在电动机的负载惯性发生了变化的情况下，也能够高速地进行定位置停止控制的本发明的实施方式的结构的模块图。

图2是表示用于说明图1的实施方式的动作状态的动作波形的图。

图3是表示根据负载惯性而变化的滑动曲线的例子的图。

图4(A)至(G)是在本实施方式中，在负载惯性较小的情况下的定位置停止控制的模拟结果。

图5(A)至(G)是在负载惯性较小的情况下的定位置停止控制的模拟结果。

图6是表示本发明的电动机的控制装置的第2实施方式的结构的模块图。

图7是表示用于说明图6的实施方式的动作状态的动作波形的图。

图8是表示加速度和位置控制增益的关系的一个例子的图。

图9是表示在图6的实施方式中，在负载惯性较小的情况下的定位置停止控制的模拟结果的图。

图10是表示在图6的实施方式中，在负载惯性较大的情况下的定位置停止控制的模拟结果的图。

图11是表示以往的电动机的控制装置的结构的一个例子的模块图。

图12是表示以往的电动机的控制装置的动作的动作波形图。

符号的说明

11电动机的控制装置

12速度检测器

13编码器

14速度控制器

15位置控制器

16转矩控制器

17控制部

18自动调谐部

具体实施方式

以下，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。图1是表示实施能够高速地检测出电动机的负载惯性发生了变化，并且即使在电动机的负载惯性发生了变化的情况下，也能够高速地进行定位置停止控制的本发明的电动机控制方法的电动机的控制装置11的结构的模块图。图2是表示用于说明图1的实施方式的动作状态的动作波形的图。图3是用于说明滑动模式控制的图，图4(A)至(G)是在负载惯性较小的情况下的定位置停止控制的模拟结果。图5(A)至(G)是在负载惯性较大的情况下的定位置停止控制的模拟结果。本实施方式的电动机的控制装置11具备：速度检测器12、构成位置检测器的编码器13、速度控制器14、位置控制器15、转矩控制器16、控制部17、第1选择部SW1、第2选择部SW2、位置偏差运算部SB1和速度偏差运算部SB2、以及加法运算部AD。另外，在本实施例中，第1选择部SW1构成了输出选择部，第2选择部SW2构成了速度指令选择部。速度检测器12根据来自编码器13的输出来检测电动机M的转子的旋转速度，并输出旋转速度v和对旋转速度进行平方而编码后的平方速度v²[参照图4(D)、图5(D)]。第1选择部SW1根据来自后述控制部17的指令来选择速度检测器12的输出。构成位置检测器的编码器13检测电动机M的转子的旋转位置。在本实施方式中，编码器13作为速度检测器12的检测部(传感部)来使用。位置偏差运算部SB1求出由表示使转子停止在转子的一次旋转内的哪个位置上的位置指令pc[参照图4(B)、图5(B)]所指示的位置，与由编码器13所输出的旋转位置p[参照图4(C)、图5(C)]的位置偏差d1[参照图4(G)、图5(G)]。该位置指令pc从未作图示的上位控制器被输出。位置控制器15将该位置偏差d1作为输入来输出位置环速度指令vc。在本实施方式中，包含位置偏差运算部SB1和位置控制器15的环构成了位置环。

第2选择部SW2根据来自控制部17的切换指令来切换接点S1和S2，并从由未作图示的上位控制器所输出的旋转速度指令rsc[参照图4(E)、图5(E)]、指示定位速度的定位速度指令oc[参照图4(A)、图5(A)]、以及位置环速度指令vc中，选择一个速度指令。位置偏差运算部SB2求出由第2选择部SW2所选择的一个速度指令所指示的指令速度与由第1选择部SW1所选择的旋转速度v或平方速度v²[参照图4(D)、图5(D)]的速度偏差d2。

速度控制器14将速度偏差运算部SB2的输出(d2)作为输入来产生转矩指令tc。加法运算部AD在转矩指令tc上加上转矩加法运算指令ac[参照图4(F)、图5(F)]来输出加法运算转矩指令atc。转矩控制器16将加法运算转矩指令atc作为输入来输出电流指令ic。电流指令ic被输入到内置于电动机M中的电动机驱动部中，对电动机M进行驱动控制。

在电动机M根据从未作图示的上位控制器输出的旋转速度指令rsc来运转的稳定控制运转时，控制部17对第1选择部SW1输出切换指令，以使得第1选择部SW1的接点S3选择旋转速度v，并对第2选择部SW2输出切换指令，以使得第2选择部SW2的接点S1选择旋转速度指令rsc。速度偏差运算部SB2将由旋转速度指令rsc所指示的旋转速度与从速度检测器12输出的旋转速度v的速度偏差d2输出到速度控制器14。此时加法运算部AD不做任何加法运算地将从速度控制器14输出的转矩指令tc原样输出到转矩控制器16。因此，在稳定控制运转时，按照来自上位控制器的旋转速度指令rsc来实施速度控制。

然后，控制部17在使电动机M停止在固定位置上时，为了进行定位控制，而将第1选择部SW1的接点S3选择旋转速度v的切换指令输出到第1选择部SW1，将第2选择部SW2的接点S1和S2选择定位速度指令oc的切换指令输出到第2选择部SW2。速度偏差运算部SB2将由定位速度指令oc所指示的定位速度与从速度检测器12输出的旋转速度v的速度偏差d2输出到速度控制部14。此时加法运算部AD不做任何加法运算地将从速度控制器14输出的转矩指令tc原样输出到转矩控制器16。因此，在定位控制时，使速度逐渐减少到由来自上位控制器的定位速度指令oc所指示的定位速度为止。

之后，在转子的旋转速度成为定位速度后，控制部17将第1选择部SW1的接点S3选择平方速度v²的切换指令输出到第1选择部SW1，将第2选择部SW2的接点S1和S2选择位置环速度指令vc的切换指令输出到第2选择部SW2。速度偏差运算部SB2将由位置环速度指令vc所指示的速度与从速度检测器12输出的平方速度v²的偏差输出到速度控制部14。此时加法运算部AD在从速度控制器14输出的转矩指令tc上加上由控制部17决定的转矩加法运算指令ac，并将得到的加法运算转矩指令atc提供给转矩控制器16。

在本实施方式中，调整转矩控制器16的输入，以实施滑动模式控制。在本实施方式中，通过沿着使用用于定位控制的物理变量来规定的滑动曲线来控制转子的位置和速度，使转子停止在目标位置上。在此，滑动曲线用于制作输入到转矩控制器16中的转矩指令，使用在控制中使用的物理变量来规定，并且在表示任意一个物理变量的函数内使用，使滑动模式控制成为可能。

在本实施方式中，在用于得到和从速度控制器14输出的转矩指令tc相加的转矩加法运算指令ac的函数内使用了滑动曲线。此时的滑动曲线以满足如下两个条件的方式规定。第1条件为，在位置偏差d1大于预先规定的值时，位置控制器15的增益C采用与减速转矩T成正比并且与电动机的惯性J成反比的值。并且，将为了得到从电动机M的最大转矩中减去控制余裕部分后的值的转矩的转矩加法运算指令ac加到转矩指令tc上后的加法运算转矩指令atc提供给转矩控制器16。第2条件为，若位置偏差d1成为预先规定的值以下，则转矩加法运算指令ac采用零或者接近零的值[参照图4(F)]，位置控制器15的增益C采用对稳定偏差进行补偿的值。在本实施方式中，转矩加法运算指令ac从控制部17输出。因此，控制部17将满足上述两个条件的滑动曲线作为控制用曲线内置于内部，并根据该控制用曲线来输出转矩加法运算指令ac。

对在本实施方式中使用了的具体的滑动模式控制详细地进行说明。在本实施方式中使用的滑动模式控制中，假设减速转矩固定来设定滑动曲线，并以追踪该曲线的方式来控制电动机的位置和速度。在假设固定的减速转矩为-T1时，减速中的电动机的运动方程式可以如下来表示。

J·dΔv/dt-T1＝0............(1)

其中，在上式(1)中，J是电动机的惯性，Δv是速度偏差。若假设位置偏差为Δx，则Δv＝dΔx/dt，因此上式(1)成为下式这样。

C1Δx-Δv²＝0............(2)

其中，在上式(2)中，C1＝2(T1/J)。

因此，滑动曲线S可以如下来表示。

S＝CΔx±v²............(3)

在上式(3)中，“+”是v＜0的情况，“-”是v≥0的情况。

此外，在上式(3)中，在Δx＞x₀的情况下，C＝2(T1/J)，在Δx≤x₀的情况下，C＝C₀。在此，x₀[参照图4(A)]是与接近目标位置的位置对应的预先规定的值。C₀是用于稳定偏差的补偿的微小值。位置偏差Δx直到接近与靠近目标位置的预先规定的位置对应的值x₀附近为止，以减速转矩-T1为中心进行滑动模式控制，若位置偏差Δx成为预先规定的值x₀以下则减速转矩＝0，因此计算上的C的值变为0。但是，在本实施方式中，作为稳定偏差的补偿，将C设定为微小值C₀。因此，加法运算转矩指令可以如下来表示。

Tcmd＝T+KS............(4)

即，Tcmd＝T+KS＝T+K(CΔx±v²)。

在上式(4)中，在Δx＞x₀的情况下，T＝-T1，在Δx≤x₀的情况下，T＝0。并且K为常数。

图3表示在本实施方式的控制中使用了的滑动曲线。在图3中，表示改变了负载惯性时的，在本实施方式中规定的两种滑动曲线。若负载惯性变小，则滑动曲线的倾斜变大，若负载惯性变大，则滑动曲线的倾斜变小。此外，如图3所示，若实施了滑动模式控制，则电动机的转子沿着滑动曲线向停止位置滑动。控制部17在转子停止在目标位置上之后，对上位控制器输出定位完成信号。

在本实施方式中，将滑动模式控制系统与以往的电动机控制系统相比较，如下将两者的物理变量对应起来。因此，能够不大幅改变现有的电动机控制系统的结构地，将滑动模式控制应用于现有的电动机控制系统中。

·变量T为转矩合计量

·变量C为位置控制器15的增益

·变量Δx为位置偏差

·变量K为速度控制器14的增益

·变量±v²为速度的平方速度。

由此，能够将用于滑动模式控制的变量，与位置控制器15的增益、位置偏差、转矩合计等在以往的控制装置中使用了的物理变量对应起来，来进行控制。

另外，在电动机的转子可动元件的位置不在目标位置附近的情况下，优选使转矩合计量T1成为T1＝电动机的最大转矩×90％，使位置控制器15的增益C成为C＝2(T1/J)。

其中，J是电动机和机械系统的惯性，K是速度控制器14的增益。转矩合计量T1采用最大转矩的90％，以使得能够在确保了控制余裕10％的基础上，尽可能地在较大的转矩下运转。此外，速度控制器14用比例控制构成，使得能够进行沿着滑动曲线的运转。该速度控制增益K，通过实验等来求出最合适的值。

此外，在位置偏差变小，成为目标位置附近的值x₀的情况下，

使转矩合计量T为T＝0，

使位置控制器15的增益C为C＝C₀，

使速度控制器14的增益K为K＝K₀。

其中，C₀和K₀是通过实验事先规定了的为了抑制稳定偏差并使得不出现定位误差所需要的值。另外，在此情况下，优选用比例积分控制来构成速度控制器14。以该设定能够根据来自控制部17的指令来进行的方式预先规定速度控制器14的结构即可。另外，在用软件来实现控制系统的情况下，能够用程序容易地实现该变更。这样一来，能够抑制稳定偏差，使得不出现定位误差，来进行定位置停止控制。

此外，如图2所示，在切换为滑动模式控制后，将速度指令限制在来自上位控制器的速度限制指令值以下，而且，从达到定位速度的稍前开始到切换为滑动模式控制为止，将转矩指令限制为90％。此时，速度控制器14进行比例积分控制。然后，从切换为滑动模式控制后开始到目标值附近为止，将加速方向的转矩指令限制为0％，使减速方向的转矩指令为100％，来使得电动机速度不从定位速度上升。此时速度控制器14进行比例控制。此外，从停止的稍前开始将转矩限制设回100％，速度控制器14进行比例积分控制。通过像这样对速度指令和转矩指令进行限制，能够使滑动模式控制的动作流畅。在停止后，控制部17将定位完成信号输出到上位控制器。

另外，切换为滑动模式控制时的位置指令pc如下来计算。

首先，求出满足下面两个式子的最小的n。

n≥((平方速度)/(位置控制器的增益)+位置反馈-位置的位移量)/(2π×a)

n＜((平方速度)/(位置控制器的增益)+位置反馈-位置的位移量)/(2π×a)+1

其中，a是转子每一次旋转的编码器脉冲分辨率。并且，如下来规定位置指令PC。

位置指令pc＝n×2π+位置的位移量

通过像这样提供位置指令，能够在电动机一次旋转内的位置上最短地进行定位。按照上式，位置指令pc从未作图示的上位控制器被输出。

此外，本实施方式的控制装置11，还具备自动调谐部18，其在定位控制时，计算加速度，并根据加速度的最大值来决定控制控制器15的增益C。例如，在工具更换结束了的状态下，第2选择部SW2的接点S1位于a侧，第1选择部SW1的接点S3位于a侧。因此，旋转速度指令rsc与速度v的偏差d2被提供给速度控制器14，并由速度控制器14将转矩指令tc提供给转矩控制器16。电动机M的旋转速度被控制为与旋转速度指令rsc一致。在本实施方式中，若电动机M开始旋转，则加速度计算部19根据由编码器13所输出的电动机M的转子的位置信息来计算加速度。并且，加速度计算部19所计算出的加速度信号被提供给低通滤波器20，来消除噪声。消除了噪声的加速度信号被输入到绝对值计算部21来绝对值化。绝对值化后的加速度(绝对值加速度)被输入到最大值计算部22。最大值计算部22计算输入的绝对值加速度的最大值ACCP，并将绝对值加速度的最大值ACCP输入到位置控制增益计算部23中。位置控制增益计算部23根据最大值ACCP来计算位置控制增益C。计算出的位置控制增益C被设定到位置控制器15中。

在此，在本实施方式中，位置控制增益计算部23根据下式来计算位置控制增益C。

C＝2×ACCP×G₀............(5)

在上式(5)中，G₀是用于使控制稳定的常数。该常数G₀能够通过模拟或实验来求出。即，模拟了图4所示的时序图时的G₀为0.8。该位置控制增益C的初始值C1通过实验等而设定为能够维持稳定性的值。并且，若电动机开始加速，则继续计算位置控制增益C，并根据加速度的绝对值最大时的值来设定此时的位置控制增益C。像这样，若使用了电动机所能够输出的转矩，和基于由负载惯性决定的最大加速度的位置控制增益C，则能够进行流畅且高速的滑动控制。并且，在定位完成指令结束后，将位置控制C的值设回初始值C1。

像这样，在本实施方式中，在以减速转矩-T1进行减速时，能够求出与各自的负载惯性相应的位置控制增益C的值。其结果，即使电动机的负载惯性发生了变化，自动调谐部18也计算出与其相应的位置控制增益，因此前述的滑动曲线也与负载惯性相应。此外，根据本实施方式，在提供了用于得到减速转矩-T1的转矩指令时的电动机的转矩常数的误差也得到补偿。从图4和图5可知，即使负载惯性发生了变化，也能够实现稳定的高速定位。

另外，速度控制器14的增益K也可以与位置控制器15的增益C相应地适当变更。

根据本实施方式，以也包含转矩的推算的形式将惯性的推算作为电动机的加速度来处理。并且，在每次进行定位置停止控制时，根据电动机的加速度来求出滑动曲线，并按照该滑动曲线来对电动机进行定位置控制，因此，即使在被电动机驱动的工具发生变化，从而负载惯性发生了变化的情况下，或者电动机的转矩常数发生了变化的情况下，也能够实现与各自的负载惯性和电动机的转矩常数相应的稳定且高速的定位置停止控制。

图6是表示本发明的电动机的控制装置的第2实施方式的结构的模块图。在图6中，在与图1所示的实施方式相同的部分上，赋有在赋给图1的符号的数字上加上了100的数字的符号。第2实施方式与图1所示的实施方式相比，在不进行滑动模式控制这一点上不同。因此，第2实施方式与图1所示的实施方式相比，如下几点在结构上不同：不将转矩加法运算指令加到转矩指令tc上；速度检测器112只输出旋转速度v，不输出平方速度v²；以及不具备第1选择手段SW1。在第2实施方式中，在工具更换结束了的状态下，第2选择部SW2的接点S1位于a侧，旋转速度指令rsc与速度v的偏差d2被提供给速度控制器14，并且由速度控制器114将转矩指令tc提供给转矩控制器116。电动机M的旋转速度被控制为与旋转速度指令rsc一致。若输入了旋转速度指令rsc，则电动机M如图7所示，进行加速并在旋转速度指令rsc的速度下旋转。若电动机开始了旋转，则加速度计算部119根据由编码器113所输出的电动机M的转子的位置信息来计算加速度。然后，加速度计算部119所计算出的加速度信号被提供给低通滤波器120，来消除噪声。消除了噪声的加速度信号，被输入到绝对值计算部121中来绝对值化。绝对值化后的绝对值加速度被输入到最大值计算部122中。最大值计算部122根据输入的绝对值加速度来计算最大值ACCP，并将绝对值加速度的最大值ACCP输入到位置控制增益计算部123中。位置控制增益计算部123根据最大值ACCP来计算位置控制增益C。计算出的位置控制增益C被设定到位置控制器115中。

若输出了定位指令，则将第2选择部SW2的开关S1置于b侧，将第2选择部SW2的开关S2置于a侧，用定位速度指令oc来进行速度控制。由此，电动机旋转速度逐渐降低，在定位速度下旋转。位置控制器115取得表示停止在电动机一次旋转内的哪个位置上的位置指令pc与位置p的位置偏差d1，并通过位置控制器115来计算来自位置环的速度指令vc。若来自位置环的速度指令vc成为定位速度指令oc以下，则将第2选择部SW2的开关S2切换到b侧来进行位置控制，电动机在指令停止位置上停止。若电动机停止则输出定位完成信号，定位置停止控制完成。

电动机M的加速度与位置控制增益C的关系也可以预先通过实验等来求出，并作为与任意函数近似的数据保存在位置控制增益计算部123中，对应加速度来读出。图8表示了加速度和位置控制增益C的关系的一个例子。根据本实施方式，即使电动机M的负载惯性发生了变化也能够自动地选择与其相适应的位置控制增益C。像这样，根据电动机所能够输出的转矩，和基于由负载惯性决定的最大加速度的位置控制增益来进行定位。并且，在定位结束后，将位置控制增益C的值设回初始值。

图9是在图6的实施方式中，负载惯性较小的情况下的定位置停止控制的模拟结果。图10是在负载惯性较大的情况下的定位置停止控制的模拟结果。根据图9和图10能够确认即使负载惯性发生了变化也能够实现稳定的高速定位。另外，速度控制器114的增益也可以与位置控制器115的增益相应地改变。

当然，上述实施方式的主要部分全都能够通过软件来实现。

(产业上的可利用性)

根据本发明，以加速度的绝对值的最大值为基础来推算惯性的变化和转矩常数的变化，并在每次定位时以电动机的加速度为基础决定位置控制器的增益来进行定位控制。此外，在使用滑动模式控制的情况下，能够根据使用于定位控制的物理变量来求出滑动曲线，并按照该滑动曲线来对电动机进行定位置停止控制。由此，即使在工具发生变化从而负载惯性发生了变化的情况下，或者电动机的转矩常数发生了变化的情况下，也能够实现与各自的负载惯性和电动机的转矩常数相应的稳定且高度的位置停止控制。

Claims

1.一种电动机的控制方法，使用位置控制器、速度控制器、和转矩控制器，将使旋转速度指令所指示的指令速度与电动机的转子的旋转速度的偏差通过所述速度控制器而得到的转矩指令提供给所述转矩控制器，来对所述电动机的所述转子的所述旋转速度进行速度控制，以使得所述转子的所述旋转速度成为所述旋转速度指令所指示的旋转速度，

若输出了定位速度指令，则将使所述定位速度指令所指示的定位速度与所述电动机的所述转子的所述旋转速度的偏差通过所述速度控制器而得到的转矩指令提供给所述转矩控制器，对所述转子的所述旋转速度进行定位控制，以使得所述转子的所述旋转速度成为所述定位速度，

在所述转子的所述旋转速度成为所述定位速度后，取得由表示停止在所述转子的一次旋转内的哪个位置上的位置指令所指示的指令位置、与所述转子的位置的位置偏差，并将使所述位置偏差通过位置控制器而得到的位置环速度指令、与将所述旋转速度进行平方而编码后得到的平方速度的偏差输出到所述速度控制器，且将由此得到的转矩指令输入到所述转矩控制器中，

在开始所述定位控制前，计算所述转子的加速度，并根据所述加速度的绝对值的最大值来决定所述位置控制器的增益。

2.根据权利要求1所述的电动机的控制方法，其特征在于，

在假设所述增益为C时，根据C＝2×ACCP×G₀的式子来计算增益C，其中在上式中，ACCP是所述加速度的绝对值的最大值ACCP，G₀是用于使控制稳定的常数。

3.根据权利要求2所述的电动机的控制方法，其特征在于，

使表示所述加速度的加速度信号通过低通滤波器来消除噪声，将消除了噪声的加速度信号绝对值化来求出绝对值化后的加速度，并根据所述绝对值化后的加速度来计算所述最大值ACCP。

4.根据权利要求3所述的电动机的控制方法，其特征在于，

作为所述增益C，将初始值C1设定于所述位置控制器中，若所述电动机开始加速，则根据上式来继续计算所述增益C，并且将得到了所述加速度的绝对值的所述最大值时的所述增益C设定为所述位置控制器的增益，并且在定位控制结束后，将所述位置控制器的所述增益的值设回所述初始值C1。

5.根据权利要求1所述的电动机的控制方法，其特征在于，

通过沿着使用用于所述定位控制的物理变量规定的滑动曲线，控制所述转子的位置和速度，来调整所述转矩控制器的输入，以实施使所述转子停止在目标位置上的滑动模式控制。

6.一种电动机的控制装置，其特征在于，具备：

速度检测器，其检测电动机的转子的旋转速度，并输出所述旋转速度；

位置检测器，其检测所述转子的旋转位置；

位置环，其包含：位置偏差运算部，其求出由表示使所述转子停止在所述转子的一次旋转内的哪个位置上的位置指令所指示的位置、与所述旋转位置的位置偏差；和位置控制器，其将所述位置偏差作为输入来输出位置环速度指令；

速度指令选择部，其从由上位控制器所输出的旋转速度指令、指示定位速度的定位速度指令、以及所述位置环速度指令中，选择一个速度指令；

速度偏差运算部，其求出由所述速度指令选择部选择出的所述一个速度指令所指示的指令速度与所述旋转速度的速度偏差并输出；

速度控制器，其将所述速度偏差运算部的输出作为输入来产生转矩指令；

转矩控制器，其输出电流指令；

控制部，其以如下方式进行控制：在稳定控制运转时，所述速度指令选择部选择所述旋转速度指令，在停止时，所述速度指令选择部选择所述定位速度指令，将使所述定位速度指令与所述旋转速度的偏差通过所述速度控制器而得到的转矩指令提供给所述转矩控制器，来对所述转子的速度进行定位控制，以使得所述转子的所述旋转速度成为所述定位速度，之后，在转子的旋转速度成为定位速度后，所述速度指令选择部选择位置环速度指令；和

自动调谐部，其在所述定位控制前，计算所述转子的加速度，并根据所述加速度的绝对值的最大值来决定所述位置控制器的增益C，

所述速度检测器以能够进一步输出与所述旋转速度的平方相当的平方速度的方式构成，

所述电动机的控制装置还具备：

输出选择部，其在所述稳定控制运转时和所述停止时，选择所述旋转速度作为所述速度检测器的输出，并且，在所述转子的旋转速度成为所述定位速度后，选择所述平方速度作为所述速度检测器的输出；和

加法运算部，其在所述转矩指令上加上转矩加法运算指令，并输出加法运算转矩指令，

所述速度偏差运算部还以如下方式构成：在所述输出选择部选择了所述平方速度的情况下，能够求出由所述速度指令选择部选择出的所述一个速度指令所指示的指令速度与所述平方速度的速度偏差并输出，

所述转矩控制部将所述加法运算转矩指令作为输入来输出所述电流指令。

7.根据权利要求6所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述自动调谐部，以如下方式构成：在假设所述增益为C时，根据C＝2×ACCP×G₀的式子来计算增益C，其中在上式中，ACCP是所述加速度的绝对值的最大值ACCP，G₀是用于使控制稳定的常数。

8.根据权利要求7所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述自动调谐部由如下部分构成：

低通滤波器，其从表示所述加速度的加速度信号中消除噪声；

绝对值计算部，其将由所述低通滤波器消除了噪声后的加速度信号绝对值化，来求出绝对值化后的加速度；

最大值计算部，其根据所述绝对值化后的加速度来计算所述最大值ACCP；和

位置控制增益计算部，其根据所述最大值来计算所述增益。

9.根据权利要求8所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述位置控制增益计算部以如下方式构成：若所述电动机开始加速，则根据所述式子来继续计算所述增益C，所述位置控制增益计算部将初始值C1作为所述增益C设定于所述位置控制器中，所述最大值计算部计算出所述最大值后，将计算出的所述增益C设定为所述位置控制器的增益，并在定位控制结束后，将所述位置控制器的所述增益的值设回所述初始值C1。

10.根据权利要求6所述的电动机的控制装置，其特征在于，

所述控制部以如下方式构成：调整所述转矩控制器的输入，以实施通过沿着根据使用于定位控制的物理变量规定的滑动曲线来控制所述转子的位置和速度，从而使所述转子停止在目标位置上的滑动模式控制。