CN104079225B - 电动机的速度控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动机的速度控制装置，其即使存在编码器的径向跳动、主轴的径向跳动的情况下，也可以同时实现稳定的高速旋转控制、直到中速范围的高响应的速度控制、宽的恒定输出区域。速度比例增益限制值运算器（122）使用电动机速度和负荷惯量比，运算速度比例增益限制值。速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器限制值运算器（123）使用速度比例增益限制值，运算速度积分时间常数限制值并且运算截止频率限制值。速度控制器（120）输入速度指令，使用速度比例增益和速度积分时间常数，输出扭矩指令。扭矩指令低通滤波器（135）使频率比截止频率低的扭矩指令通过以减少扭矩指令中含有的高次谐波。

Description

电动机的速度控制装置

技术领域

本发明涉及一种电动机的速度控制装置，其即使在存在编码器的径向跳动、主轴的径向跳动的情况下，也能够同时实现稳定的高速旋转控制、直到中速范围的高响应的速度控制、宽的恒定输出区域。

背景技术

在进行高精度攻丝加工的工作机械的主轴方面，要求同时实现高速下的铣加工和直到中速范围的高精度攻丝、低速下的重切削。

因此，使用感应电机的磁场削弱产生的恒定输出控制，实现低速下的重切削和高速旋转，将基本速度设定为比较高而减少磁场削弱造成的特性的劣化，实现了高精度攻丝加工。

图3是现有的电动机的速度控制装置的方块图。该电动机的速度控制装置如下进行动作。

首先，将速度指令与来自速度运算器15的电动机旋转速度ωm相比较，速度控制器20根据速度指令和电动机旋转速度ωm的偏差求得q轴电流指令IqC。速度运算器15输出的电动机旋转速度ωm使用编码器10检测的位置反馈进行运算。

将q轴电流指令IqC与来自坐标变换器25的q轴电流反馈IqF相比较，q轴电流积分控制器30对q轴电流指令IqC和q轴电流反馈IqF的差进行积分。求得q轴电流指令IqC和q轴电流积分器输出之和，求得积分补偿后的q轴电流指令IqCＢ。

另一方面，参照电动机旋转速度ωm，作为d轴电流指令Idc给予必要的励磁电流，将d轴电流指令IdC与来自坐标变换器25的d轴电流反馈IdF相比较，d轴电流积分控制器35对d轴电流指令IdC和d轴电流反馈IdF之差进行积分。求得d轴电流指令IdC和d轴电流积分器输出之和，求得积分补偿后的d轴电流指令IdCＢ。

差频运算器40根据q轴电流指令IqC和d轴电流指令IdC计算差频指令ωs。差频指令ωs与速度运算器15输出的电动机旋转速度ωm相加。将差频指令ωs和电动机旋转速度ωm相加，求得一次频率指令ω1。用积分器45对一次频率指令ω1进行积分并进行电动机的极对数Pm倍，求得定子位置指令θmc。

坐标变换器50基于定子位置指令θmc，将积分补偿后的q轴电流指令IqCＢ和积分补偿后的d轴电流指令IdCＢ进行坐标变换，求得三相电流指令Iuc、Ivc、Iwc。

相电流控制器55基于三相电流指令Iuc、Ivc、Iwc和电动机电流Iu、Iv，控制各相的电流并计算三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc。三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc经由PWM控制器60、电力变换器70供给到电动机80，按照三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电动机80。

基于定子位置指令θmc，坐标变换器25将电动机电流Iu、Iv进行坐标变换，由此求得q轴电流反馈IqF和d轴电流反馈IdF。

参照电动机旋转速度ωm而求得的励磁电流指令（d轴电流指令Idc），如图3所示，在恒定扭矩区域设为一定，在恒定输出区域使之与电动机旋转速度ωm的上升成反比例地减小。即，进行磁场削弱控制。

在使励磁电流指令与电动机旋转速度ωm的上升成反比例地减小的磁场削弱区域中，电动机的磁通量随着励磁电流指令的减少而减小，因此，相对于扭矩电流指令（q轴电流指令IqC）的实际的电动机扭矩降低。

速度控制系统的响应由速度控制器20的增益和相对于扭矩电流指令（q轴电流指令IqC）的实际的电动机扭矩的关系的乘法来决定，所以伴随着磁场削弱，速度控制系统的响应降低。

在高精度的铣加工中，为了同步控制主轴电动机和进给轴电动机，理想的是，速度控制系统的响应要快速。若速度控制系统的响应缓慢，则对于指令的响应缓慢，由此，攻丝加工的加工精度就会降低。因此，通过较高地设定电动机的基本速度，防止了电动机的中速范围的速度控制响应的降低。

图4及图5是表示磁场削弱控制时的电动机80的扭矩－旋转速度特性的图。图4是表示现有的攻丝加工所使用的扭矩－旋转速度特性的图，与表示恒定输出区域较宽的情况下的扭矩－旋转速度特性的图5相比，提高基本速度，扩大了恒定输出区域。在图4的扭矩－旋转速度特性中，与图5的扭矩－旋转速度特性相比较，在低速区域可输出的扭矩较小。因此，存在在低速区域中需要大的切削扭矩的低速重切削能力很低的问题。

近年来，要求低速重切削中的进一步高扭矩化和高速切削中的旋转速度的提高，且要求进一步扩大恒定输出范围。

但是，对于降低基本速度来说，扩大恒定输出区域时，中速区域的励磁电流会大幅减小。因此，存在相对于扭矩指令的实际的电动机扭矩会大幅降低，中速区域的速度响应大幅降低，不能实现高精度的攻丝加工的问题。

若为了改善这个问题提高速度增益，并且为了改善高速下的铣加工精度而进一步提高最高旋转速度而扩大恒定输出范围，则电动机电流容易受到旋转速度波动的影响。

电动机80中存在电动机自身的轴承导致的径向跳动及编码器10的径向跳动，在检测电动机80的旋转速度时出现电动机80的1转波动。在电动机80的1转的误差为1转有1次的情况下，由于速度运算器15对电动机旋转速度ωm的计算结果为电动机位置的微分，因此，越是高速旋转振幅越大，每1转产生1次速度波动。

在速度指令一定的情况下，速度控制系统以抑制该速度波动的方式输出扭矩指令。扭矩为速度的微分量，因此，在扭矩指令（q轴电流Iqc）中含有用于抑制速度波动的波动。在该波动中，每1转产生1次扭矩指令（q轴电流Iqc）波动，越是高速，该波动的振幅越大。

另外，对一次频率指令ω1进行积分，极对数倍之后的指令成为定子位置指令θmc，因此，定子位置指令θmc在滑动小的情况下，变为电动机每1转被极对数倍之后的SINθ、COSθ信号。而且，利用坐标变换器50将定子位置指令θmc和q轴及d轴电流指令Iqc、Idc相乘，计算出各相的电动机电流指令Iuc、Ivc、Iwc，因此，若q轴电流指令Iqc中电动机1转有1次波动，则电动机电流指令中就会出现高频。

例如，电动机80为4极的情况下，SINθ、COSθ的频率为电动机旋转频率的2倍，若q轴电流指令Iqc中1转有1次波动，则各相的电动机电流指令Iuc、Ivc、Iwc中就会出现3倍高频。速度控制器20的增益高的情况下，q轴电流指令Iqc中出现比较大的波动，各相的电动机电流指令Iuc、Ivc、Iwc的高频也增大。

图6是表示速度控制器20的增益高且q轴电流指令Iqc中1转有1次波动时的模拟结果的图。

如图所示，q轴电流指令Iqc中表现有电动机1转1次的波动。SINθ的频率为其波动的2倍。而且，Ｕ相电流指令Iuc中出现3倍于电动机1转1次波动的高次谐波波动。

作为抑制这种编码器的径向跳动的例子，有下述专利文献1。下述专利文献1公示有如下的技术。

专利文献1的装置为是为了检测旋转轴的旋转位置而将位置检测器安装在旋转轴上，基于来自位置检测器的位置反馈信号而控制旋转位置的位置控制装置。

位置检测器内的被检测体的偏心或安装误差引起的检测误差数据，基于位置检测器的输出信号值进行计算。检测误差数据的计算不追随驱动控制电动机的速度环，而是根据在使旋转轴以足够快的一定速度旋转时，从位置检测器输出的1转信号的发生时点，基于在每规定时间求出的位置检测器的输出信号的值进行计算。

计算出的检测误差存储在位置控制装置内，对于向驱动旋转轴的电动机输出的旋转指令位置，修正检测误差数据并作为向电动机的旋转指令位置。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：（日本）特开平11－27973号公报

然而，虽然电动机1转波动是稳定的情况没有问题，但在电动机1转波动中，电动机自身的轴承导致的径向跳动或编码器的径向跳动、间隙偏心导致的径向跳动、以及与电动机连接的机械主轴的径向跳动等几个要素彼此牵扯。

因此，在不能获得稳定的径向跳动的情况下，存在这些径向跳动的影响残留的问题。

如上所述的对于逐渐增大的加工性能的要求，在现有电动机的速度控制装置中，难以同时实现稳定的高速旋转控制、直到中速范围的高响应的速度控制、宽的恒定输出区域。

发明内容

本发明是为了解决这种现有的问题而开发的，其目的在于提供一种电动机的速度控制装置，即使存在编码器的径向跳动、主轴的径向跳动的情况下，也可以同时实现稳定的高速旋转控制、直到中速范围的高响应的速度控制、宽的恒定输出区域。

为了实现上述目的，本发明的电动机的速度控制装置具有速度比例增益限制值运算器、速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器限制值运算器及速度控制器、扭矩指令低通滤波器。

速度比例增益限制值运算器使用电动机速度和负荷惯量比来运算速度比例增益限制值。速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器限制值运算器，使用速度比例增益限制值来运算速度积分时间常数限制值并且运算截止频率限制值。速度控制器输入速度指令，然后使用速度比例增益和速度积分时间常数来输出扭矩指令。扭矩指令低通滤波器使频率比截止频率低的扭矩指令通过、使扭矩指令中含有的高次谐波减少。

发明效果

根据如以上构成的本发明的电动机的速度控制装置，即使在存在电动机自身的轴承的径向跳动、编码器的径向跳动、以及与电动机连接的机械主轴的径向跳动等各种各样的径向跳动的情况下，也能够使电动机稳定地旋转，一直到高速旋转。另外，即使进行磁场削弱，相对于扭矩指令的实际的电动机的扭矩降低也少，可以实现直到中速范围的高的速度控制响应，能够通过宽的恒定输出区域同时实现大的低速扭矩。

附图说明

图1是本实施方式的电动机的速度控制装置的方块图；

图2是表示相对于电动机的旋转速度的速度比例增益限制值特性的图；

图3是现有电动机的速度控制装置的方块图；

图4是表示用于现有攻丝加工的扭矩－旋转速度特性的图；

图5是表示恒定输出区域较宽的情况下的扭矩－旋转速度特性的图；

图6是表示速度控制器的增益较高、q轴电流指令中1转有1次波动时的模拟结果的图。

符号说明

100 电动机的速度控制装置、

10、110 编码器、

15、115 速度运算器、

20、120 速度控制器、

25、50、150、155 坐标变换器、

30 q轴电流积分控制器、

35 d轴电流积分控制器、

45、255 积分器、

55 相电流控制器、

60、160 PWM控制器、

70、170 电力变换器、

80、180 电动机、

121 负荷惯量比存储部、

122 速度比例增益限制值运算器、

123 速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器限制值运算器、

124 速度比例增益设定值存储部、

125 速度比例增益运算器、

126 速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器设定值存储部、

127 速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器设定值运算器、

130 限制器、

132 最大一次电流指令部、

134 扭矩限制值运算器、

135 扭矩指令低通滤波器、

140 q轴电流运算器、

145 q轴电流控制器、

220 磁场削弱部、

225 通量运算器、

230 差频运算器、

240 磁通量控制器、

245 d轴电流控制器。

具体实施方式

本发明的电动机的速度控制装置，基于电动机旋转速度和负荷惯量比，对速度控制器和扭矩指令低通滤波器设置限制。根据最大一次电流指令和d轴电流指令来运算扭矩限制值，使扭矩限制后的扭矩指令通过低通滤波器，抑制扭矩指令中含有的起因于编码器或主轴的径向跳动的波动量。另外，通过q轴电流运算器防止磁场削弱导致的扭矩指令－扭矩特性的降低。由此，即使存在电动机自身的轴承的径向跳动、编码器的径向跳动、以及与电动机连接的机械主轴的径向跳动等各种各样的径向跳动的情况下，也能够使电动机稳定地旋转，一直到高速。另外，即使进行磁场削弱，相对于扭矩指令的实际的电动机扭矩的降低也变少，可以实现直到中速范围的高的速度控制响应，能够通过宽的恒定输出区域同时实现大的低速扭矩。

下面，参照附图，说明发挥如上所述的特性的本发明的电动机的速度控制装置的实施方式。

〔电动机的速度控制装置100的结构〕

图1是本实施方式的电动机的速度控制装置100的方块图。

电动机的速度控制装置100作为赋予q轴电压指令VqC的系统，具有：速度控制器120、负荷惯量比存储部121、速度比例增益限制值运算器122、速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器限制值运算器123、速度比例增益设定值存储部124、速度比例增益运算器125、速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器设定值存储部126、限制器130、最大一次电流指令部132、扭矩限制值运算器134、扭矩指令低通滤波器135、q轴电流运算器140及q轴电流控制器145。

速度控制器120将速度指令与电动机速度ωm进行比较，输入速度指令和电动机速度ωm的差分。速度控制器120由PI控制器构成。电动机速度ωm由速度运算器115使用检测电动机180的旋转的编码器110的位置信号进行运算。速度控制器120输入速度指令，使用速度比例增益KVP和速度积分时间常数ｔ输出扭矩指令。

负荷惯量比存储部121存储负荷惯量JL和电动机惯量JM之比即JL／JM。用于根据负荷惯量比的大小改变速度比例增益的限制值。速度比例增益限制值运算器122根据电动机速度ωm和负荷惯量比JL／JM，运算速度比例增益限制值。速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器限制值运算器123，基于速度比例增益限制值，运算速度积分时间常数限制值及扭矩指令低通滤波器限制值。

速度比例增益设定值存储部124存储速度比例增益设定值。速度比例增益运算器125以速度比例增益设定值为基础，使用速度比例增益限制值，运算速度比例增益KVP。速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器设定值存储部126，存储速度积分时间常数ｔ和扭矩指令低通滤波器ｆc。速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器设定值运算部127，以速度积分时间常数、扭矩指令低通滤波器设定值为基础，使用速度积分时间常数限制值、扭矩指令低通滤波器ｆc限制值，运算速度积分时间常数和扭矩指令低通滤波器ｆc。速度控制器120使用输入的速度指令和电动机速度ωm的差分、速度比例增益KVP、速度积分时间常数TVI，来输出扭矩指令。

限制器130限制速度控制器120输出的扭矩指令的大小。最大一次电流指令部132输出电力变换器170所能够输出的最大一次电流IPC。扭矩限制值运算器134使用d轴电流指令IdC、最大一次电流IPC、后述的磁通量运算器225所输出的磁通量φ2，来运算扭矩限制值TLIM。扭矩限制值TLIM设定到限制器130中。

因此，限制器130限制所输入的扭矩指令的大小，使其落入±TLIM内。在扭矩指令低通滤波器135中设定通过速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器设定值运算器127运算的扭矩指令低通滤波器135的截止频率。因此，扭矩指令低通滤波器135使比设定的截止频率低的频率的扭矩指令通过，抑制扭矩指令中含有的编码器或主轴的径向跳动引起的高次谐波的波动量。扭矩指令低通滤波器135由二阶低通滤波器构成。

q轴电流运算器140根据扭矩指令低通滤波器135通过后的扭矩指令，运算q轴电流指令IqC。q轴电流控制器145输入q轴电流运算器140输出的q轴电流指令IqC和坐标变换器155输出的q轴电流反馈IqF的偏差，并输出q轴电压指令VqC。予以说明，q轴电流控制器145由比例积分控制器构成。

另外，电动机的速度控制装置100作为赋予d轴电压指令VdC的系统，具有磁场削弱部220、磁通量运算器225、磁通量控制器240、d轴电流控制器245。

如图所示，磁场削弱部220存储磁通量指令φ2C相对于电动机速度ωm的关系，基于电动机速度ωm输出磁通量指令φ2C。磁通量运算器225使用坐标变换器155输出的d轴电流反馈IdF，运算磁通量φ2。

磁通量控制器240输入磁场削弱部220输出的磁通量指令φ2C和磁通量运算器225输出的磁通量φ2的偏差，输出d轴电流指令IdC。d轴电流控制器245输入磁通量控制器240输出的d轴电流指令IdC和坐标变换器155输出的d轴电流反馈IdF的偏差，输出d轴电压指令VdC。磁通量控制器240、d轴电流控制器245由比例积分控制器构成。予以说明，q轴电流反馈IqF及d轴电流反馈IdF，基于后述的定子位置指令θmc，通过坐标变换器155将电动机电流Iu、Iv进行坐标变换而求得。

另外，电动机的速度控制装置100作为用于进行坐标变换的系统，具有差频运算器230、积分器255、坐标变换器150、155。

差频运算器230输入q轴电流运算器140输出的q轴电流指令IqC和磁通量运算器225输出的磁通量指令φ2，计算差频指令ωs。积分器255输入将从差频运算器230输出的差频指令ωs和从速度运算器115输出的电动机旋转速度ωm相加而得到的一次频率指令ω1，对一次频率指令ω1进行积分。对积分后的一次频率指令进行电动机的极对数Pm倍而求得定子位置指令θmc。定子位置指令θmc被输出到坐标变换器150、155。

坐标变换器150基于输入的定子位置指令θmc，将q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC进行坐标变换，求得三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc。

坐标变换器155基于输入的定子位置指令θmc，对电动机电流Iu、Iv进行坐标变换，求得q轴电流反馈IqF、d轴电流反馈IdF。

另外，电动机的速度控制装置100作为用于驱动电动机180的系统，具有PWM控制器160、电力变换器170。

PWM控制器160输入从坐标变换器150输出的三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc，基于输入的三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc，输出用于使电力变换器170开关的PWM信号。

电力变换器170输入从PWM控制器160输出的PWM信号，开关内部具备的半导体开关元件，驱动电动机180。

〔电动机的速度控制装置100的动作〕

首先，速度比例增益限制值运算器122使用速度运算器115输出的电动机速度ωm和负荷惯量比存储部121存储的负荷惯量比，通过下式求得速度比例增益限制值KVPLIM。

KVPLIM＝｛KVPLIM2－K2（|ωm|－ω2）｝／（JL／JM）

其中，（ω2＜|ωm|）

在此，KVPLIM2：旋转速度ω2的速度比例限制值、JL：负荷惯量、JM：电动机惯量、（JL／JM）：负荷惯量比

速度比例增益限制值在旋转速度为ω2以上时，如上式所示，与旋转速度成比例地增加，与负荷惯量比（JL／JM）成反比例地减少。

另外，速度比例增益限制值在旋转速度为ω1～ω2时，随着旋转速度上升而减小。通过下式求得速度反比例前的速度比例增益限制值KVPLIMＢ。

KVPLIMＢ＝｛KVPLIM2＋K1（ω2－|ωm|）｝

其中，（ω1＜|ωm|≤ω2）

在此，K1：在ω1～ω2间使速度比例增益限制值减小的系数

接着，如下述式，进行与旋转速度成反比例、与负荷惯量比成反比例的运算，求得速度比例增益限制值KVPLIM。

KVPLIM＝KVPLIMＢ×ω2／|ωm|／（JL／JM）

其中，（ω1＜|ωm|≤ω2）

速度比例增益限制值在旋转速度为ω1以下的旋转速度时，如下述式那样设为一定值。

KVPLIM＝KVPLIM1

予以说明，ω1设为基本速度的2倍左右的旋转速度，从速度0到ω1，速度比例增益不会降低。

而且，速度比例增益的上限被限制在KVPLIM。

图2是表示相对于电动机的旋转速度的速度比例增益限制值特性的图。如图所示，直到基本速度ω0的2倍左右的中速范围ω1，一直被限制在一定的高速度增益KVPLIM1，以提高攻丝的精度。在中速范围ω1以上，随着旋转速度ωm的上升而减小速度比例增益，抑制电动机电流的高次谐波，降低电动机的发热。另外，在负荷惯量比（JL／JM）大的情况下（例如JL／JM＝2），用于抑制径向跳动引起的速度波动的扭矩指令变大，因此，使速度比例增益限制值降低（图的JL／JM＝2的图表），抑制电流的高次谐波的发生。

速度积分时间常数限制值以KVPLIM为基础，用下式进行计算。

TVILIM＝1／KVPLIM

速度积分时间常数的下限被限制在该值。

以KVPLIM为基础，用下式进行计算扭矩指令低通滤波器的截止频率限制值。

TCLPFLIM＝KVPLIM×KTCL

扭矩指令低通滤波器的截止频率的上限被限制在该值。

该系数KTLC在速度控制系统的频率响应特性的增益未出现峰值的范围内，设定为尽可能小的值。在本实施方式中设定为5。由此，在超过速度控制系统的响应的频率中，以尽可能低的值设定扭矩指令低通滤波器，与速度比例增益的限制一起，抑制扭矩指令低通滤波器后的扭矩指令中出现的1转1次的波动量，抑制坐标变换导致的高频率的发生，将电动机的发热收敛在允许损失内。

另外，通过设定与各速度增益值对应的适当的速度积分时间常数限制值、扭矩指令低通滤波器的截止频率限制值，使速度控制系统的特性达到不会产生超调量的适当特性。予以说明，在负荷惯量比已知的情况下，使用其值计算速度增益限制值，在未知的情况下，使用逐步最小二乘法等，根据扭矩指令和电动机速度进行计算。另外，也可以利用IP控制器等类似的控制器构成速度控制器120，利用三阶低通滤波器等类似的滤波器构成扭矩指令低通滤波器135。另外，也可以不根据速度比例增益限制值进行运算，而根据扭矩指令低通滤波器135的截止频率限制值或速度积分时间常数限制值依次运算。

接着，磁场削弱部220基于速度运算器115输出的电动机速度ωm，用下式计算磁通量指令φ2C，以基本速度ω0以上的旋转速度进行磁场削弱。

φ2C＝φ2CＢ（0≤|ωm|≤ω0时）

φ2C＝φ2CＢ·ω0／|ωm|（ω0＜|ωm|）

比较如上述那样运算出的磁通量指令φ2C和磁通量运算器225输出的磁通量φ2，磁通量控制器240根据磁通量指令φ2C和磁通量φ2的偏差输出d轴电流指令IdC。

扭矩限制值运算器134根据d轴电流指令IdC和变换器能够输出的最大一次电流指令IPC，基于下式运算扭矩限制值TLIM。运算的扭矩限制值TLIM设定于限制器130，限制器130将速度控制器120输出的扭矩指令限制在±TLIM内。

TLIM＝Pm×M／L2×φ2×（IqC2－IdC2）1／2

其中，L2：二次感应系数

M：互感系数

Pm：极对数

使来自速度控制器120的扭矩指令通过基于扭矩限制值TLIM的限制器130，再通过扭矩指令低通滤波器135，求得通过低通滤波器后的扭矩指令。利用输入了通过低通滤波器后的扭矩指令的q轴电流运算器140求得q轴电流指令IqC。然后，q轴电流运算器145基于下式计算q轴电流指令。

IqC＝L2／（Pm×M×φ2）×（通过低通滤波器后的扭矩指令）

这样，由于q轴电流指令是用磁通量φ2来除而进行计算，因此当磁通量因磁场削弱而变小时，增大q轴电流指令，从而，对于扭矩指令的扭矩的特性不会因磁场削弱而变小。

将q轴电流指令与q轴电流反馈进行比较，通过q轴电流控制器145赋予q轴电压指令VqC。将d轴电流指令与d轴电流反馈进行比较，通过d轴电流控制器245赋予d轴电压指令VdC。

差频运算器230根据q轴电流运算器140输出的q轴电流指令IqC和磁通量运算器225输出的磁通量φ2，基于下式计算差频指令ωs。

ωs＝M×R2／L2×（IqC／φ2）

而且，将所算出的差频指令ωs和电动机速度ωm相加，求得一次频率指令ω1。

对一次频率指令ω1进行积分，再进行电动机的极对数Pm倍，求得固定值位置指令θmc。

坐标变换器150以定子位置指令θmc为基础对q轴电压指令VqC、d轴电压指令VdC进行坐标变换，求得三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc。三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc经由PWM控制器160、电力变换器170供给到电动机180，根据三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc驱动电动机180。

q轴电流反馈IqF和d轴电流反馈IdF以定子位置指令θmc为基础，通过坐标变换器155对电动机电流Iu、Iv进行坐标变换而求得。

磁通量运算器225通过下式根据d轴电流反馈IdF计算磁通量φ2。

φ2＝1／（1＋L2／R2×S）×M×IdF

予以说明，也可以在d轴电压指令及q轴电压指令中搭载非干扰控制器，控制d轴及q轴的干扰。另外，也可以由三相电流控制系统构成d轴及q轴的电流控制系统的内部。

如以上说明的那样，在现有电动机的速度控制装置中，难以同时实现稳定的高速旋转和直到中速范围的高响应的速度控制、确保宽的恒定输出区域。但是，本发明的电动机的速度控制装置，基于电动机旋转速度和负荷惯量比，对速度控制器和扭矩指令低通滤波器设置限制，根据最大一次电流指令和d轴电流指令运算扭矩限制值，使扭矩限制后的扭矩指令通过低通滤波器，抑制扭矩指令中含有的、编码器或主轴的径向跳动引起的波动量。另外，通过q轴电流运算器防止磁场削弱导致的扭矩指令－扭矩特性的降低。

由此，即使存在电动机自身的轴承的径向跳动、编码器的径向跳动、以及与电动机连接的机械主轴的径向跳动等各种径向跳动的情况下，也能够使电动机稳定地旋转，一直到高速。另外，即使进行磁场削弱，相对于扭矩指令的实际的电动机扭矩的降低也少，可以实现直到中速范围的高的速度控制响应，能够通过宽的恒定输出区域同时实现大的低速扭矩。

Claims (6)

1.一种电动机的速度控制装置，包括：

速度比例增益限制值运算器，其使用电动机速度和负荷惯量比来运算速度比例增益限制值；

速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器限制值运算器，其使用所述速度比例增益限制值，来运算速度积分时间常数限制值，并且运算截止频率限制值；

速度控制器，其输入速度指令，使用速度比例增益和速度积分时间常数来输出扭矩指令；以及

扭矩指令低通滤波器，其使频率比截止频率低的扭矩指令通过以减少所述扭矩指令中含有的高次谐波，

其中，所述速度比例增益限制值运算器在电动机速度大于或等于第二旋转速度的情况下，使速度比例增益限制值与电动机速度成比例地减少，并且与负荷惯量比的大小成反比例地减少，在电动机速度处于第一旋转速度至所述第二旋转速度之间的情况下，使速度比例增益限制值随着电动机速度变快而减少，在电动机速度小于或等于所述第一旋转速度的情况下，使速度比例增益限制值限制为一定值，其中所述第一旋转速度比所述第二旋转速度慢。

2.一种电动机的速度控制装置，包括：

速度比例增益限制值运算器，其使用电动机速度和负荷惯量比来运算速度比例增益限制值；

速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器限制值运算器，其使用所述速度比例增益限制值，来运算速度积分时间常数限制值，并且运算截止频率限制值；

速度控制器，其输入速度指令，使用速度比例增益和速度积分时间常数来输出扭矩指令；以及

扭矩指令低通滤波器，其使频率比截止频率低的扭矩指令通过以减少所述扭矩指令中含有的高次谐波，

所述电动机的速度控制装置还包括：

q轴电流运算器和磁通量控制器，所述q轴电流运算器根据通过所述扭矩指令低通滤波器后的扭矩指令运算q轴电流指令，所述磁通量控制器根据与所述电动机速度相应的磁通量指令和使用d轴电流反馈运算出的磁通量两者的偏差来输出d轴电流指令，其中，使用所述q轴电流指令和所述d轴电流指令来驱动电动机，

所述电动机的速度控制装置进一步包括：

扭矩限制值运算器，其使用所述d轴电流指令、所述磁通量及电力变换器能够输出的最大一次电流来运算扭矩限制值；以及

限制器，其限制从所述速度控制器向所述扭矩指令低通滤波器输出的扭矩指令的大小，

其中，在所述限制器中设定所述扭矩限制值。

3.如权利要求1或2所述的电动机的速度控制装置，其中，

所述负荷惯量比存储于负荷惯量比存储部，

所述负荷惯量比为负荷惯量JL和电动机惯量JM之比，即JL/JM。

4.如权利要求1或2所述的电动机的速度控制装置，其中，

所述速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器限制值运算器将所述速度比例增益限制值的倒数设为所述速度积分时间常数限制值。

5.如权利要求1或2所述的电动机的速度控制装置，其中，

所述速度积分时间常数扭矩指令低通滤波器限制值运算器将所述速度比例增益限制值乘上一定的倍率所得的值设为所述截止频率限制值。

6.如权利要求5所述的电动机的速度控制装置，其中，

所述一定的倍率是在速度控制的频率响应特性的增益中不会产生峰值的范围内选定尽可能小的值。