CN103765760B - 一体型伺服系统、电动机系统以及电动机的控制方法 - Google Patents

Abstract

提供一种对电动机（11）进行控制的一体型伺服系统（3）以及方法。一体型伺服系统（3）具有：位置检测部（13），其对电动机（11）的位置运算用检测数据进行检测；以及位置信号处理器（14），其基于检测出的位置运算用检测数据，对电动机（11）的位置进行运算。一体型伺服系统（3）还具有：伺服控制电路（15），其基于运算出的位置数据，对电动机（11）进行控制；以及并行总线（16），其将运算出的位置数据从位置信号处理器（14）发送至伺服控制电路（15）。

Description

一体型伺服系统、电动机系统以及电动机的控制方法

技术领域

本发明所涉及的装置以及方法与伺服电动机的位置及速度的控制系统相关。

背景技术

伺服电动机用在对工作机械内等的各种机械负载进行驱动的控制系统中。期望准确地控制电动机位置以及速度。

参照图1，对现有的伺服系统进行说明。伺服系统具有电源（电气主线）1、伺服放大器100、电动机11、以及编码器200。电气主线1经由电力线5将200V的三相电力等交流电流供给至伺服放大器。

伺服放大器100具有对来自电力线5的交流电流进行整流而以280V的电压生成直流电流的转换器电路6。直流电流被输出至逆变器电路10。逆变器电路10生成电压，经由电力线12向电动机11供给三相电力。上述电压是按照从电力线7输入的直流电流和其他反馈信息而生成的。

电动机11的位置由编码器200内的位置检测部13进行监视。编码器的位置检测方法存在各种方法，但此处，在下面对最通常的形式进行说明。通常，如果电动机11受到驱动，则电动机11使脉冲圆板旋转，位置检测部13具有光学旋转编码器，该光学旋转编码器经由脉冲圆板，对利用激光或者光形成的光学脉冲进行检测。通过对脉冲数进行计数，从而位置检测部13对电动机11的位置运算用检测数据进行检测。信号处理部IC51对该位置运算用检测数据进行加工·校正，生成电动机位置信息并发送至串行发送部52。串行发送部52将上述位置信息经由串行总线59发送至串行接收部53。基于接收到的位置信息，伺服放大器100使用速度处理器54，对电动机11的速度进行计算。速度控制部56以基于由速度处理器54输出的速度对逆变器电路10进行控制的方式向电流控制部IC55（以下称为“IC55”）发出指示。即，速度控制部56向电流控制部IC55发出指示，以使向逆变器电路10的输出强度增加或者降低。具体地说，速度控制部56将电流命令（扭矩命令）发送至IC55。另外，IC55从逆变器电路10接收实际的电动机反馈电流。然后，IC55对电流命令和从逆变器电路10接收到的电流反馈（电流数据）进行比较，基于该比较而生成电压命令。基于所生成的电压命令，生成PWM信号（脉宽调制命令），并发送至逆变器电路10。

作为现有技术的一个例子，存在专利文献1中公开的《电动机控制装置和速度信号生成方法》。在专利文献1中，对二相脉冲串信号或者通过串行通信得到的位置检测信号进行差值运算而生成速度检测信号，对速度信号生成时的滤波处理的方法进行改良，在使速度分辨率提高的同时使延迟时间最小化。在本方式中，在使用高分辨率编码器的情况下，使用通过串行通信得到的位置检测信号。

专利文献1：日本特开2008－228446号公报

发明内容

本发明的发明人确定了上述现有系统所具有的下述问题。串行总线59的带宽受限，以固定周期离散地发送数据，因此，伺服放大器100以及编码器200必须等待所有位置数据通过串行总线进行传送。在伺服放大器100等待来自编码器200的位置数据的接收的期间，电动机11的位置相对于由位置数据表示的位置发生变化。其结果，在现有技术中，导致在利用伺服放大器100计算的电动机11的当前位置中包含延迟。另外，由于串行总线的传送周期，导致在伺服放大器内的位置数据中出现某种程度的离散时间误差。并且，速度数据是使用差值·滤波运算，并根据位置数据而计算出的。因此，速度数据包含由于位置数据的误差以及延迟引起的较大的误差以及延迟。特别地，如果串行通信周期较长，则在速度运算中需要时间常数较长的滤波处理，由滤波特性引起的延迟进一步变大。由于速度数据用于速度反馈控制，因此速度计算中的误差以及延迟可能引起控制的不稳定性，控制的不稳定性可能引起伺服性能的降低，另外，可能使例如生产线等的生产性降低。

因此，寻求一种系统，该系统能够实现更实时的位置·速度检测和在其之后的电动机速度控制。

图1的现有的系统1000还具有动作控制部4，其基于由用户编写且由动作控制部4自身执行的程序，生成对伺服系统进行控制的指示。上述指示经由动作控制通信线路8，作为数字信号或者模拟信号发送至伺服放大器100。动作控制通信线路8能够使用例如Ethernet（注册商标）或专用串行通信等各种网络连接而实施。位置控制部57将由动作控制部指示的期望的速度向速度控制部56进行指示。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于，得到一种一体型伺服系统、电动机系统以及电动机的控制方法，其可以将位置数据和/或速度数据高速·高精度地传送至伺服控制电路。

为了解决上述课题，实现目的，本发明采用一体型伺服系统，该一体型伺服系统的特征在于，具有：位置检测部，其对电动机的位置运算用检测数据进行检测；以及位置信号处理器，其基于上述检测出的位置运算用检测数据，对上述电动机的位置进行运算。一体型伺服系统还具有：伺服控制电路，其基于上述运算出的位置数据，对上述电动机进行控制；以及并行总线，其将上述运算出的位置数据从上述位置信号处理器发送至上述伺服控制电路。通过采用一体型伺服系统，从而使伺服放大器和伺服电动机之间的距离不依赖于用户，能够由伺服系统制造商任意地设计，因此，能够将伺服控制电路和位置信号处理器接近配置，能够采用并行总线。

另外，本发明的特征在于，包含：对包含上述电动机的当前位置在内的上述电动机的位置数据进行运算，经由并行总线将上述运算出的位置数据发送至伺服控制电路。该方法还利用上述伺服控制电路接收上述运算出的位置，基于上述接收到的位置数据，对上述电动机进行控制。

发明的效果

本发明所涉及的一体型伺服系统、电动机系统以及电动机的控制方法具有下述效果，即，可以将位置数据和/或速度数据高速·高精度地传送至伺服控制电路。

附图说明

图1是表示现有的电动机系统的图。

图2是表示实施方式所涉及的电动机系统的一个例子的图。

图3是表示实施方式所涉及的其它电动机系统的一个例子的图。

具体实施方式

下面，基于附图，详细说明本发明所涉及的一体型伺服系统、电动机系统以及电动机的控制方法的实施方式。此外，本发明并不受本实施方式限定。本发明的实施方式针对的是至少上述的问题和/或缺点、以及上述以外的其他缺点。但是，本发明并不必须克服上述的缺点，本发明的实施方式有时不克服上述的问题。

在以下的说明中，在不同的附图之间，对于相同的结构要素，使用相同的附图参照标号。详细的结构及结构要素等在说明书中定义的事项，有助于对本发明的宽泛的理解。但是，关于具体地定义的事项，即使其不存在，也能够实施本发明。另外，由于有时可能因不必要的详细内容而使本发明不清楚，因此对于公知的功能及结构，在这里不详细地说明。

通过参照附图，对本发明的特定实施方式进行说明，从而使本发明的上述方式和/或其他方式更清楚。

实施方式.

在本实施方式中，对具有一体型伺服系统3的电动机控制系统2000进行说明。图2是表示实施方式所涉及的电动机系统即电动机控制系统2000的结构的图。逆变器电路10、电动机11、位置检测部13以及电流控制IC19等几个结构部与图1中记载的结构相同。一体型伺服系统3具有对电动机11的位置以及速度进行控制的伺服控制电路15。

在一体型伺服系统3中，利用位置检测部13对电动机11的位置运算用检测数据进行检测，并向计算电动机位置·速度的位置信号处理器14输出。取代串行总线（在图1中示出），将由位置信号处理器14计算的位置·速度经由并行总线16向伺服控制电路15输出。位置检测部13及位置信号处理器14构成编码器部（由图2中的点划线包围的部分）。

位置信号处理器14基于电动机11的位置，对电动机11的速度进行计算。即，位置信号处理器14进行以规定间隔取得电动机11的位置的差值的动作等，对速度进行运算。然后，将位置信息和/或速度数据经由并行总线16发送至伺服控制电路15。

本实施方式的一体型伺服系统采用与串行总线相比带宽大且高速的并行总线16，因此，能够将位置数据和/或速度数据高速·高精度地传送至伺服控制电路15。由此，与通过利用串行通信发送的位置的差值·滤波处理得到的速度数据相比，能够得到延迟时间·离散化误差较少的速度数据，能够期待速度反馈响应性能的提高。另外，由于并行总线16以高速传送数据，因此即使是在位置信号处理器14内计算出的速度，也能够在不降低位置数据的传送速度的状态下进行发送。为了进行位置控制而将位置数据发送回伺服控制电路15。

电动机控制系统2000还具有与图1的情况相同的动作控制部4。动作控制部4发出对转换器部2以及一体型伺服系统3进行控制的请求，将上述请求发送至转换器部2。动作控制部4的请求被转换器部2的动作控制接口（I/F）电路22接收，然后，上述请求被传送至转换器部2的转换器控制处理部（PU）23。转换器控制处理部23生成对转换器电路6进行控制的指示信号，因此，转换器电路6按照经由动作控制接口电路22接收到的请求而受到控制。另外，转换器控制处理部23生成由一体型伺服系统3对反馈电路进行控制的指示，其中，该反馈电路具有逆变器电路10、电动机11、位置检测部13、位置信号处理器14、伺服控制电路15。由转换器控制处理部23生成的指示，经由转换器·逆变器通信线路21从逆变器接口电路（INVI/F）24发送。转换器·逆变器通信线路21用于将位置/速度命令从动作控制部4传送至伺服控制电路15。转换器·逆变器通信线路21还用于将实际的电动机位置/速度/电流监视数据和其他状态数据，从伺服控制电路15传送至动作控制部4。

作为优于现有技术的本实施方式的其它显著特征，存在伺服放大器100的几个结构要素与电动机的一体化。例如，速度处理以及控制电路（逆变器电路10、电流控制部IC55、速度控制部56以及速度处理器54），与电动机和位置检测电路一体化，构成在图2中说明的一体型伺服系统3。当前，电动机通过较长的线缆而与伺服系统分离，位置检测信息通过串行通信发送，因此可能在伺服系统内的位置数据向控制电路的传递中增加延迟。关于并行通信，由于位之间的同步或串扰的问题，所以配线长度存在极限，因此，在现有的伺服系统中无法采用。因此，通过设置一体型伺服系统3，在伺服控制电路15和位置信号处理器14之间设置并行数据链路（并行总线16），从而能够显著地减少位置检测部13与向对电动机11进行控制的电路进行发送之间的延迟时间。由此，由伺服放大器100得到的位置·速度信息由于变得更实时且高精度，因此能够提高伺服系统的控制性能，在例如生产线等中防止生产性降低。

并且，能够将对电动机的速度、位置、加速度等进行控制的结构要素，设置在与对位置以及速度进行运算的电路要素相同的电路基板上。由此，由于能够进一步缩短并行总线16的配线长度，因此，能够更不易受到噪声的影响，使发送速度提高。

此外，伺服控制电路15、位置检测部13、位置信号处理器14也可以实现在相同的处理器或者相同的芯片内。在此情况下，进一步使配线长度缩短，难以受到噪声的影响，能够实现高速通信。

下面，对伺服控制电路的更详细的内容进行说明。

伺服控制电路15具有双端口存储器（DPM）17、伺服控制处理部（PU）18、电流控制IC19、以及转换器接口电路（CNV I/F）20。由位置检测部13检测的位置和由位置信号处理器14计算的速度，在经由并行总线16传送后，存储在双端口存储器17中。利用双端口存储器17，能够实现来自伺服控制处理部18的非同步访问，能够不考虑访问定时等而容易地实现通信电路。伺服控制处理部18构成为，基于电动机11的位置以及速度，生成向电流控制IC（集成电路）19的指示。电流控制IC19基于来自伺服控制处理部18的指示，对逆变器电路10进行控制。伺服控制处理部18按照经由转换器接口电路20接收的信息，向电流控制IC19发出指示。转换器接口电路20是为了接收通过转换器·逆变器通信线路21传送的信息而构成的电路。转换器·逆变器通信线路21能够通过使用基于Ethernet（注册商标）等的公知的各种动作网络连接而实施。

例如，在根据位（bit）数测量总线宽度和位置数据的分辨率的情况下，并行总线16也可以具有大于或等于位置数据的分辨率的总线宽度。如果总线宽度大于或等于位置数据分辨率，则能够将编码器旋转一周内位置信息，以一次的发送而送出，能够使通信延迟最小化。并且，搭载位置信号处理器14的基板和搭载伺服控制电路15的基板，也可以通过长度小于20cm的线缆连接。另外，由于通过并行总线16，能够以没有显著误差及延迟的方式，将位置数据发送至伺服控制电路15，因此对于速度数据，也可以取代利用位置信号处理器14进行计算，而利用伺服控制电路15进行计算。

参照图3，对电动机控制系统3000的实施状况的一个例子进行说明。在本实施方式中，图2的转换器部2与图2的一体型伺服系统3一体化，成为一体型伺服系统103。电动机控制系统3000的结构要素的大部分，其功能与电动机控制系统2000类似。例如，电动机控制系统3000具有电源1、动作控制部4、电动机11、位置检测部13、位置信号处理器14、伺服控制电路15、逆变器电路10以及动作控制接口电路22等。

在上述的实施状况的一个例子中，在电控箱内不需要转换器部的空间，由此，可以缩小电控箱的尺寸。并且，输入电线线缆仅为AC的电力线5。因此，使配线更简单，能够减少错误配线的可能性。

上述的实施方式仅是例示，并不能解释为限定本发明。本例示也能够容易地应用于其他种类的装置。另外，本发明的实施方式的记载以说明为目的，并不对权利要求书进行限定。另外，对于本领域技术人员而言，当然能够进行各种替代、改良、变更。

工业实用性

如上述所示，本发明所涉及的一体型伺服系统、电动机系统以及电动机的控制方法，适用于对工作机械内等的各种机械负载进行驱动的控制系统。

符号的说明

1电源（电气主线）

2转换器部

3、103一体型伺服系统

4动作控制部

5、7、12电力线

6转换器电路

8动作控制通信线路

10逆变器电路

11电动机

13位置检测部

14位置信号处理器

15伺服控制电路

16并行总线

17双端口存储器

18、23处理部

19电流控制IC（集成电路）

20转换器接口电路

21转换器·逆变器通信线路

22动作控制接口电路

24逆变器接口电路

51信号处理部IC

52串行发送部

53串行接收部

54速度处理器

55电流控制部IC（IC）

56速度控制部

57位置控制部

59串行总线

100伺服放大器

200编码器

1000系统

2000、3000电动机控制系统

Claims (12)

1.一体型伺服系统，其特征在于，具有：

电动机；

位置检测部，其对所述电动机的位置运算用检测数据进行检测；

位置信号处理器，其基于所述检测出的位置运算用检测数据，对所述电动机的位置进行运算；

伺服控制电路，其基于所述运算出的位置数据，对所述电动机进行控制；

并行总线，其将所述运算出的位置数据作为并行信号，从所述位置信号处理器发送至所述伺服控制电路；以及

逆变器电路，其向所述电动机供给电力，

所述电动机、所述位置检测部、所述位置信号处理器、所述伺服控制电路、所述并行总线、以及所述逆变器电路一体地构成，

所述位置信号处理器和所述伺服控制电路仅经由所述并行总线直接连接。

2.根据权利要求1所述的一体型伺服系统，其特征在于，

所述位置信号处理器对所述电动机的速度数据进行运算，

所述运算出的速度数据与所述运算出的位置数据一起，经由所述并行总线而被发送至所述伺服控制电路。

3.根据权利要求1所述的一体型伺服系统，其特征在于，

所述并行总线的总线宽度大于或等于所述位置数据的位分辨率。

4.根据权利要求1所述的一体型伺服系统，其特征在于，

所述并行总线与所述伺服控制电路内的双端口存储器连接。

5.根据权利要求1所述的一体型伺服系统，其特征在于，

搭载所述位置信号处理器的基板和搭载所述伺服控制电路的基板，利用长度小于20cm的线缆连接。

6.根据权利要求1所述的一体型伺服系统，其特征在于，

所述位置检测部、位置信号处理器、伺服控制电路以及所述并行总线设置在同一个搭载基板上。

7.根据权利要求1所述的一体型伺服系统，其特征在于，

所述位置检测部、所述位置信号处理器、所述伺服控制电路以及所述并行总线设置在同一个芯片上。

8.一种电动机系统，其特征在于，具有：

转换器部；以及

权利要求1所述的一体型伺服系统，

所述转换器部将位置控制命令或者速度控制命令发送至所述一体型伺服系统。

9.一种一体型伺服系统的控制方法，该一体型伺服系统具有：

电动机；

位置检测部，其对所述电动机的位置运算用检测数据进行检测；

位置信号处理器，其基于所述检测出的位置运算用检测数据，对所述电动机的位置数据进行运算；

伺服控制电路，其基于所述位置数据，对所述电动机进行控制；

并行总线，其连接所述位置信号处理器和所述伺服控制电路，具有能够进行所述位置信号处理器和所述伺服控制电路之间的并行通信的配线长度；以及

逆变器电路，其向所述电动机供给电力，

所述电动机、所述位置检测部、所述位置信号处理器、所述伺服控制电路、所述并行总线、以及所述逆变器电路一体地构成，

所述一体型伺服系统的控制方法的特征在于，包含：

利用所述位置信号处理器对所述位置数据进行运算，

经由所述并行总线将所述位置数据作为并行信号从所述位置信号处理器发送至伺服控制电路，

利用所述伺服控制电路接收所述位置数据的并行信号，

基于作为并行信号而接收到的位置数据，所述伺服控制电路对所述电动机进行控制。

10.根据权利要求9所述的一体型伺服系统的控制方法，其特征在于，还包含：

对所述电动机的速度数据进行运算，

将所述运算出的速度数据与所述运算出的位置数据一起，经由所述并行总线发送至所述伺服控制电路。

11.根据权利要求9所述的一体型伺服系统的控制方法，其特征在于，

所述并行总线的总线宽度大于或等于所述位置数据的位分辨率。

12.根据权利要求9所述的一体型伺服系统的控制方法，其特征在于，

所述并行总线与所述伺服控制电路内的双端口存储器连接。