CN102638218A - 根据电源特性限制电动机的输出的电动机驱动控制装置 - Google Patents

Abstract

一种电动机驱动控制装置，具有驱动电动机的电动机驱动部和向电动机驱动部输入用于电动机驱动部驱动电动机的指令值的驱动控制部。电源特性取得部取得向电动机供给电力的交流电源的电源特性。控制参数决定部根据交流电源的电压特性判断在电动机的驱动中交流电源的电压是否降低到给电动机的驱动带来恶劣影响的电压，在判断为交流电源的电压降低到给电动机的驱动带来恶劣影响的电压的情况下，设定限制使交流电源的电压不低于给电动机的驱动带来恶劣影响的电压的控制参数，为使驱动控制部决定指令值而向驱动控制部供给控制参数。

Description

根据电源特性限制电动机的输出的电动机驱动控制装置

技术领域

本发明涉及控制机床、锻压机械、产业机械等中使用的电动机的驱动的电动机驱动控制装置。

背景技术

历来，在通过决定向驱动电动机(例如伺服电动机)的电动机驱动部的指令值来控制电动机的输出的电动机驱动控制装置中，例如在日本特许第3252114号公报(JP3252114B)、日本特开2004-166477号公报(JP2004-166477A)、日本特开2008-225652号公报(JP2008-225652A)以及日本特开2008-43057号公报(JP2008-43057A)中，提出了通过根据向电动机供给电力的交流电源(例如三相交流电源)的电压，设定用于电动机控制的控制参数，根据控制参数决定指令值的电动机驱动控制装置。

根据这样的电动机驱动控制装置，因为能够根据交流电源的电压的变化设定控制参数，所以能够根据交流电源的电压的变化，适当地进行控制。

交流电源的电压的降低量，根据交流电源的设置环境而不同。例如，在单一交流电源向多个电动机供给电力的情况下的交流电源的电压的降低量，比在单一交流电源向单一电动机供给电力的情况下的交流电源的电压的降低量大。当在单一交流电源向多个电动机供给电力的状态下电动机加速或者电动机的速度成为最大速度时，电动机的输出增大，交流电源的电压进一步降低，产生使电动机停止那样的电动机的驱动的恶劣影响的可能性升高。

但是，在现有的电动机驱动控制装置中，在交流电源的电压降低到给电动机的驱动带来恶劣影响的电压的情况下，因为生成与给电动机的驱动带来恶劣影响的电压对应的电动机的输出，所以交流电源的电压降低，不能避免给电动机的驱动带来恶劣影响的事态发生。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动机驱动控制装置，其不会由于供给电动机电力的交流电源的电压降低而给电动机的驱动带来恶劣影响。

本发明的电动机驱动控制装置，具有：驱动电动机的电动机驱动部；向电动机驱动部输入用于电动机驱动部驱动电动机的指令值的驱动控制部；取得向电动机供给电力的交流电源的电源特性的电源特性取得部；以及控制参数决定部，其根据交流电源的电压特性判断在电动机的驱动过程中交流电源的电压是否降低到给电动机的驱动带来恶劣影响的电压，在判断为交流电源的电压降低到给电动机的驱动带来恶劣影响的电压的情况下，设定限制使交流电源的电压不低于给电动机的驱动带来恶劣影响的电压的控制参数，为使驱动控制部决定指令值而向上述驱动控制部供给控制参数。

理想的是，把交流电源的电压以及功率作为电源特性，控制参数决定部在判断为交流电源的电压降低到给电动机的驱动带来恶劣影响的电压的情况下，使用交流电源的电压以及功率运算使交流电源的电压不低于给电动机的驱动带来恶劣影响的电压的电动机的输出的限制值，根据电动机的输出的限制值设定控制参数。

根据本发明，根据交流电源的电压特性判断在电动机的驱动中交流电源的电压是否降低到给电动机的驱动带来恶劣影响的电压，在判断为交流电源的电压降低到给电动机的驱动带来恶劣影响的电压的情况下，设定限制使交流电源的电压不低于给电动机的驱动带来恶劣影响的电压的控制参数。通过设定这样的控制参数，交流电源的电压不会降低到给电动机的驱动带来恶劣影响的电压，因此不会由于在电动机上连接的交流电源的电压降低而给电动机的驱动带来恶劣影响。

附图说明

通过以下关联附图对实施方式的说明能够更加明了本发明的目的、特征以及优点。附图中：

图1是本发明的电动机驱动装置的实施方式的框图，

图2是本发明的电动机驱动装置的实施方式的动作流程图，

图3是表示交流电源的电压和功率的关系的图，

图4是用于说明快速进给直线加减速时的电动机的速度、转矩以及输出的关系的图。

具体实施方式

参照附图说明本发明的电动机驱动控制装置的实施方式。

参照附图，图1是本发明的电动机驱动装置的实施方式的框图。图1表示的电动机驱动装置1，驱动控制在机床、锻压机械、产业机械等中使用的、从交流电源2供给电力的电动机3。因此，电动机驱动装置1具有变换器4、滤波用电容器5、逆变器6、驱动控制部7、电源特性取得部8、以及控制参数决定部9。

交流电源2例如可以采用三相交流电源，但是交流电源2不限于三相交流电源。电动机3，例如可以采用伺服电动机，但是电动机3不限于伺服电动机。

变换器4例如由多个(例如在三相交流的情况下是6个)整流二极管以及与这些整流二极管的各个反向并联的晶体管构成。把从交流电源2供给的交流电变换为直流电。滤波用电容器5为滤波通过变换器4的整流二极管整流后的电压而与变换器4并联。逆变器6与滤波用电容器5并联，例如由多个(例如在三相交流的情况下是6个)整流二极管以及与这些整流二极管的各个反向并联的晶体管构成，把通过变换器4变换成的直流电变换为交流电。在本实施方式中，变换器4、滤波用电容器5以及逆变器6，作为驱动从交流电源2供给电力的电动机3的电动机驱动部来工作。

驱动控制部7向逆变器6输入用于由变换器4、滤波用电容器5以及逆变器6组成的电动机驱动部驱动电动机3的指令值I(例如PWM信号)。

电源特性取得部8取得作为交流电源2的电源特性的交流电源2的电压Vin、电流Iin、功率Pin以及阻抗Zin中的一个以上。在本实施方式中，电源特性取得部8具有检测电流Iin的交流电流检测器(未图示)、检测电压Vin的交流电压检测器(未图示)、根据电流Iin以及电压Vin运算功率Pin和阻抗Zin中的至少一方的运算器(未图示)。

控制参数决定部9从计算机那样的外部装置(未图示)输入目标值Vlow，从电源特性取得部8供给电压Vin以及功率Pin。此外，以在电动机3的驱动中电压Vin是否降低到对电动机3的驱动产生恶劣影响的电压为判断准则来设定目标值Vlow。另外，控制参数决定部9，如后面将详细说明的那样，使用电压Vin、功率Pin以及目标值Vlow运算控制参数Cp，向驱动控制部7供给控制参数Cp。驱动控制部7使用控制参数Cp决定指令值I。

图2是本发明的电动机驱动装置的实施方式的动作流程图。通过电动机驱动控制装置1的各结构要素执行在未图示的存储器中存储的控制程序来进行图2表示的处理流程。

首先，在步骤S1，从外部装置向控制参数决定部9输入目标值Vlow。接着在步骤S2，通过从外部装置向控制参数决定部9作为运转条件输入电动机3的主轴进给速度、电动机3的主轴的转速等，设定电动机3的运转条件。

接着在步骤S3，电动机驱动控制装置1使电动机3的运转持续一个1周期以上进行电动机3的试运转，电源特性取得部8在电动机3超过1周期运转中测量电压Vin以及电流Iin。然后，电源特性取得部8使用测量到的电压Vin以及电流Iin，运算功率Pin(＝Vin×Iin)以及阻抗Zin(＝Vin/Iin)。

接着，在步骤S4，电源特性取得部8向控制参数决定部9供给电压Vin以及功率Pin，控制参数决定部9从被供给的电压Vin以及功率Pin取得电压Vin和功率Pin的关系。

定性地说，因为推定随阻抗Zin变大推定与电动机3的输出Pout对应的电源2的电压的降低量增大，所以推定电动机3试运转时的功率Pin的最大输出Pmax时的交流电源2的电压根据阻抗Zin而不同。因此，通过使电动机3试运转测量电压Vin以及电流Iin，从测量出的电压Vin以及功率Pin取得电压Vin和功率Pin的关系，能够设定限制不使电压Vin成为目标值Vlow以下的控制参数Cp。

图3是表示交流电源的电压和功率的关系的图。在图3中，在纵轴上标绘电压Vin，在横轴上标绘功率Pin，把功率Pin为零时的交流电源2的电压设为Vsrc。

电压Vin随功率Pin增大而减小。在由点A和点B间的实线组成的曲线a中，最大输出Pmax处的电压Vin比目标值Vlow高的Vin1。由点A和点C间的实线以及点C和点D间的虚线组成的曲线b与曲线a的情况比较阻抗Zi大。在这种情况下，在功率Pin为Plim1(＜Pmax)时电压Vin成为目标值Vlow，在功率Pin为最大输出Pmax时电压Vin成为比目标值Vlow低的Vin2。由点A和点E间的实线以及点E和点F间的虚线组成的曲线c与曲线b的情况比较阻抗Zin大，在这种情况下，在功率Pin为Plim2(＜Plim1)时电压Vin成为目标值Vlow，在功率Pin为最大输出Pmax时电压Vin成为比目标值Vin2低的Vin3。

接着在步骤S5，控制参数决定部9判断最大输出Pmax时的Vin是否比目标值Vlow低。在最大输出Pmax时的Vin比目标值Vlow低的情况下，例如具有如曲线b或曲线c所示那样的电压Vin和功率Pin的关系的情况下，在步骤S6，控制参数决定部9把与目标值Vlow对应的功率Pin作为电动机3的输出Pout的限制值Plim进行运算。例如在有曲线b所示那样的电压Vin和功率Pin的关系的情况下，电动机3的输出的限制值Plim成为Plim1，在有曲线c所示那样的电压Vin和功率Pin的关系的情况下，电动机3的输出的限制值Plim成为Plim2。

在步骤S6之后，在步骤S7中，控制参数决定部9根据电动机3的输出的限制值Plim(例如Plim1或Plim2)运算控制参数Cp，向驱动控制部7供给控制参数Cp，结束本例行程序。

可以把控制参数Cp设为电动机3的输出的限制值、电动机3的转矩限制值、电动机3的加减速时间常数或者电动机3的进给速度过冲(override)，在对电动机3的主轴进行速度控制时，作为控制参数Cp使用电动机3的输出的限制值或者电动机3的转矩限制值，在对电动机3的主轴进行位置控制时，作为控制参数Cp使用电动机3的加减速时间常数或者电动机3的进给速度过冲。

在把控制参数Cp设为电动机3的输出的限制值的情况下，进行电动机3的主轴的输出恒定控制，例如，在有曲线b所示那样的电压Vin以及功率Pin的关系的情况下，控制参数Cp成为Plim1，在有曲线c所示那样的电压Vin以及功率Pin的关系的情况下，控制参数Cp成为Plim2。这样，通过限制电动机3的输出的限制值为Plim(例如Plim1或Plim2)，电压Vin不会降低到目标值Vlow以下，即不会在电动机3的驱动中降低到对电动机3的驱动产生恶劣影响的电压。

在把控制参数Cp设为电动机3的转矩限制值的情况下，因为电动机3的输出Pout、电动机3的转矩T以及电动机3的速度N之间有Pout＝T×N的关系，所以在把电动机3的输出作为限制值Plim、取电动机3的最高速度Nmax时的电动机3的最大转矩Tmax成为Plim/Nmax。亦即控制参数Cp成为Plim/Nmax。

接着对把控制参数Cp设为电动机3的加减速时间常数的情况，快速进给直线加减速电动机2时进行说明。图4是用于说明快速进给直线加减速时的电动机的速度、转矩以及输出的关系的图。在图4中，实线n表示快速进给直线加减速时的电动机3的速度N的时间变化，实线t表示快速进给直线加减速时的电动机3的转矩T的时间变化，实线p表示快速进给直线加减速时的电动机3的输出Pout的时间变化。如图4所示，在加速度恒定即转矩恒定下在时间t1和时间t2之间加速时，在电动机3的加速结束、达到快速进给速度跟前的t2电动机3的输出Pout成为最大。

当把最大转矩Tmax(＝Plim/Nmax)时的电动机3的主轴的加速度设为Amax时，达到电动机3的最高速度Nmax的时间t2为Nmax/Amax。通过把比t2长的加速度时间常数作为控制参数Cp设定，能够把电动机3的输出限制在限制值Plim以下。

接着对于把控制参数Cp设为电动机3的进给速度过冲的情况、在切削机械中使用电动机3时进行说明。在通常运转时(过冲100％)的最大输出Pmax为限制值Plim时，使进给速度过冲OVR成为(Plim×100)/Pmax。当保持刀具或者工件的旋转速度恒定时，每单位时间的切削量(＝工作量)随进给速度过冲OVR降低而减少，同样，最大输出Pmax也随进给速度过冲OVR降低而减少。

此外，即使像锻压机械那样用电动机3的进给轴的运动进行工作的机械中，每单位时间的切削量(＝工作量)也随进给速度过冲OVR降低而减少，同样，最大输出Pmax也随进给速度过冲OVR降低而减少。

另一方面，在最大输出Pmax时的Vin不低于目标值Vlow的情况下，例如在有如曲线a所示那样的电压Vin和功率Pin的关系的情况下，在步骤S8，控制参数决定部9根据最大输出Pmax运算控制参数Cp，向驱动控制部7供给控制参数Cp，结束本例行程序。

根据本实施方式，根据电压Vin以及功率Pin判断在电动机3的驱动中电压Vin是否降低到对电动机3的驱动产生恶劣影响的电压即目标值Vlow，在判断为电压Vin比目标值Vlow低的情况下，设定限制不使电压Vin成为目标值Vlow以下的控制参数Cp。因为通过设定这样的控制参数Cp，电压Vin不会降低到对电动机3的驱动产生恶劣影响的电压，所以不会由于连接电动机3的交流电源2的电压降低而对电动机3的驱动产生恶劣影响。

本发明不限于上述实施方式，能够进行若干变更及变形。例如，也可以在电动机3的通常运转中测量电压Vin以及电流Iin，在电动机3的每一运转周期中重新确定运转条件。

另外，在上述实施方式中，把驱动控制部7、电源特性取得部8以及控制参数决定部9作为独立的结构要素表示，但是也可以在同一数值控制装置(CNC)内实现驱动控制部7、电源特性取得部8的运算器以及控制参数决定部9。

至此关联优选的实施方式说明了本发明，但是专业人员理解，在不脱离后述的权利要求书的公开范围内能够进行各种修正及变更。

Claims (2)

1.一种电动机驱动控制装置(1)，具有：驱动电动机(3)的电动机驱动部(4，5，6)；以及向上述电动机驱动部输入用于上述电动机驱动部驱动上述电动机的指令值(I)的驱动控制部(7)，该电动机驱动控制装置的特征在于，具有：

电源特性取得部(8)，其取得向上述电动机供给电力的交流电源(2)的电源特性(Vin，Iin，Pin，Zin)；以及

控制参数决定部(9)，其根据上述交流电源的电压特性判断在上述电动机的驱动过程中上述交流电源的电压是否降低到给上述电动机的驱动带来恶劣影响的电压，在判断为上述交流电源的电压降低到给上述电动机的驱动带来恶劣影响的电压的情况下，设定限制使上述交流电源的电压不低于给上述电动机的驱动带来恶劣影响的电压的控制参数(Cp)，为使上述驱动控制部决定上述指令值而向上述驱动控制部供给上述控制参数。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动控制装置，其特征在于，

把上述交流电源的电压以及功率作为上述电源特性，

上述控制参数决定部在判断为上述交流电源的电压降低到给上述电动机的驱动带来恶劣影响的电压的情况下，使用上述交流电源的电压以及功率运算使上述交流电源的电压不低于给上述电动机的驱动带来恶劣影响的电压的上述电动机的输出的限制值，根据上述电动机的输出的限制值设定上述控制参数。

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