CN104836487B - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动机控制装置。电动机控制装置(1)具备：位置检测器(11)，其检测电动机(2)的转子的位置；速度检测部(12)，其根据位置检测器(11)检测出的位置检测值来算出速度检测值；速度指令生成部(13)，其生成用于指示电动机(2)的转子的旋转速度的速度指令；修正量算出部(14)，其根据位置检测器(11)检测出的位置检测值来算出修正量；修正运算部(15)，其使用修正量来修正速度检测值；以及扭矩指令生成部(16)，其根据速度指令和由修正运算部(15)修正后的速度检测值，来生成用于指示电动机(2)的旋转扭矩的扭矩指令。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及一种具备用于检测电动机的转子位置的位置检测器的电动机控制装置。
背景技术
在控制电动机的旋转驱动的电动机控制装置中，为了检测电动机的转子的位置，例如设有旋转编码器或线位移传感器等位置检测器。将通过位置检测器检测并反馈的位置检测值用于针对电动机的速度指令或扭矩指令的生成。
在位置检测器中，通过进一步在物理刻度之间进行电气内插(分割)来实现较高的分辨率。然而，在内插中存在误差，且该误差在电动机转子每一次旋转时周期性地产生。因此，在位置检测器的输出中周期性地产生由内插误差引起的位置检测误差。根据该位置检测误差，由电动机控制装置生成的速度指令或扭矩指令周期性地振动，其结果，存在通过电动机控制装置驱动控制的电动机中产生噪声的问题。位置检测误差根据位置检测器的处理、构造以及特性等内容而不同，是位置检测器固有的特性。
例如，如日本特开平11-259110号公报的记载所示，存在如下的技术：对位置检测器固有的位置检测误差的变动算出其频率，通过施加具有以其为中心频率的陷波滤波器(notch filter)来对位置检测误差施加修正，从而降低由位置检测误差引起的振动。
设置在电动机控制装置内的位置检测器存在由内插误差引起的周期性的位置检测误差。其中，电动机控制装置使用包含位置检测误差的位置检测值而生成的扭矩指令周期性地振动，当使用这样的扭矩指令来控制电动机的旋转驱动时，存在电动机中产生噪声的问题。
此外，在日本特开平11-259110号公报中记载的发明具有在位置检测器内针对位置检测误差进行修正的功能。然而，对于在内部不具备这样的修正功能的既存的位置检测器，在该内部必须以物理增设的形式设置该修正功能，因此存在根据位置检测器的构造困难，或成本增大的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是实现一种即使位置检测器固有具有的位置检测误差存在变动，也能够稳定地控制电动机的电动机控制装置。
为了实现上述目的，在第一方式中，电动机控制装置具备：位置检测器，其检测电动机的转子的位置；速度检测部，其根据位置检测器检测出的位置检测值来算出速度检测值；速度指令生成部，其生成用于指示电动机的转子的旋转速度的速度指令；修正量算出部，其根据位置检测器检测出的位置检测值来算出修正量；修正运算部，其使用修正量来修正速度检测值；以及扭矩指令生成部，其根据速度指令和由修正运算部修正后的速度检测值，来生成用于指示电动机的旋转扭矩的扭矩指令。
此外，在第二方式中，电动机控制装置具备：位置检测器，其检测电动机的转子的位置；速度检测部，其根据位置检测器检测出的位置检测值来算出速度检测值；速度指令生成部，其生成用于指示电动机的转子的旋转速度的速度指令；扭矩指令生成部，其根据速度指令和速度检测值来生成用于指示电动机的旋转扭矩的扭矩指令；修正量算出部，其根据位置检测器检测出的位置检测值来算出修正量；以及修正运算部，其使用修正量来修正扭矩指令。
在第一以及第二方式中，修正量算出部可以通过合成多个具有固有的频率成分、振幅成分以及初始相位的正弦波来算出修正量。
此外，在第一以及第二方式中，各正弦波的频率成分可以具有由电动机的旋转频率和位置检测器的物理刻度数来决定的基本频率的自然数倍的值。
此外，在第一以及第二方式中，修正量算出部可以以将预先测定的位置检测器所具有的转子的每一次旋转的内插误差引起的误差与修正量的差收纳在预定范围内的方式，来决定在修正量的算出处理中合成的各正弦波。
附图说明
参照以下的附图，能够更加明确地理解本发明。
图1是表示第一实施例的电动机控制装置的框图。
图2是说明修正量算出部以及修正运算部的动作的图。
图3是表示第一实施例的电动机控制装置1的动作流程的流程图。
图4是表示第二实施例的电动机控制装置的框图。
图5是说明修正量算出部以及修正运算部的动作的图。
图6是表示第二实施例的电动机控制装置1的动作流程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对修正位置检测器的内插误差的电动机控制装置进行说明。然而，应理解本发明并不局限于附图或以下说明的实施方式。
图1是表示第一实施例的电动机控制装置的框图。在此，对通过电动机控制装置1使电动机2旋转驱动的例子进行说明。电动机2的驱动电力通过电力变换器3来生成。电力变换器3例如由PWM逆变器等在内部具有开关元件的变换电路(未图示)来构成。电力变换器3根据由电动机控制装置1生成的扭矩指令，使设置在内部的开关元件进行开关动作，由此将直流电力变换成用于旋转驱动电动机2的所希望的电压以及所希望的频率的三相交流电力。电动机2基于供给的电压可变以及频率可变的三相交流电力来动作。
第一实施例的电动机控制装置1具备：位置检测器11，其检测电动机2的转子的位置；速度检测部12，其根据位置检测器11检测出的位置检测值来算出速度检测值；速度指令生成部13，其生成用于指示电动机2的转子的旋转速度的速度指令；修正量算出部14，其根据位置检测器11检测出的位置检测值来算出修正量；修正运算部15，其使用修正量来修正速度检测值；以及扭矩指令生成部16，其根据速度指令和通过修正运算部15修正后的速度检测值来生成用于指示电动机的旋转扭矩的扭矩指令。作为位置检测器11的具体例，有旋转编码器或线位移传感器等。
图2是说明修正量算出部以及修正运算部的动作的图。作为一例，对以周期λ重复产生的由位置检测器11的内插误差引起的速度检测误差产生时的修正量算出部14以及修正运算部15的动作进行说明。
如上所述，在设置于电动机控制装置1内的位置检测器11中周期性地产生由内插误差引起的位置检测误差。此外，速度检测部12通过对包含位置检测误差的位置检测值进行微分来生成速度检测值，因此在速度检测值中也周期性地产生速度检测误差。因此，在第一实施例中，通过合成(叠加)多个具有固有的频率成分、振幅成分以及初始相位的正弦波来模型化周期性地产生的速度检测误差，并使用该模型化后的值作为用于消除速度检测值所包含的速度检测误差。
修正量算出部14通过合成多个具有固有的频率成分、振幅成分以及初始相位的正弦波来算出修正量。这些各正弦波的频率成分具有由电动机的旋转频率和位置检测器11的物理刻度数(例如，当位置检测器11为旋转编码器时为缝隙数)决定的基本频率的自然数倍的值。修正量算出部14通过将以图2所示的周期λ重复产生的由内插误差引起的速度检测误差与修正量差收纳在预定的范围内的方式，来决定在该修正量的算出处理中合成的各正弦波。将m、n设为自然数(1≤n≤m)，将gn设为n次高次谐波的振幅成分，将dθ/dt设为基本频率，将φn设为n次高次谐波的初始相位时，通过式1来表示由修正量算出部14生成的修正量。
一般，位置检测器的内插误差是每个位置检测器固有的，因此在进行基于修正量算出部14的修正量的算出处理前，对设置在电动机控制装置1上的位置检测器11预先测定由内插误差引起的速度检测误差。例如，向电动机2赋予以恒定速度旋转的速度指令，检测从位置检测器11输出的测定位置与假设电动机以恒定速度动作时的位置的差。求出再现测定出的速度检测误差的gn、φn。修正量算出部14使用该gn、φn来生成修正量。在修正量算出部14中，增加叠加的正弦波的数量，直到将速度检测误差与修正量的差收纳在预定的范围内为止。更具体而言，在将速度检测误差与修正量的差收纳在预定的范围内之前，增大式1中的自然数n，由此决定式1中的各正弦波，通过叠加这些来算出修正量。
修正运算部15使用由修正量算出部14算出的修正量来修正速度检测值。例如，在图2所示的例子中，修正运算部15从以周期λ重复产生的由内插误差引起的速度检测误差中减去通过叠加多个正弦波而生成的修正量，来降低速度检测误差。
另外，速度检测部12、速度指令生成部13、修正量算出部14、修正运算部15以及扭矩指令生成部16例如可以按软件程序形式来构建，或者可以通过各种电子电路与软件程序的组合来构建。例如，将速度检测部12、速度指令生成部13、修正量算出部14、修正运算部15以及扭矩指令生成部16以软件程序形式来构建时，电动机控制装置1内的运算处理装置按照该软件程序来动作，由此实现上述的速度检测部12、速度指令生成部13、修正量算出部14、修正运算部15以及扭矩指令生成部16的功能。因此，对具有既存的位置检测器的电动机控制装置，也可以通过将上述的修正量算出部14以及修正运算部15的软件程序追加安装到电动机控制装置上来应用本发明。
图3是表示第一实施例的电动机控制装置1的动作流程的流程图。
首先，在步骤S101中，位置检测器11检测基于从电力变换器3供给的驱动电力来旋转驱动的电动机2的转子的位置。
接着，在步骤S102中，速度检测部12通过对位置检测器11检测出的位置检测值进行微分来生成速度检测值。
在步骤S103中，速度指令生成部13生成用于指示电动机2的转子的旋转速度的速度指令。另外，步骤S103与步骤S101以及步骤S102也可以切换顺序来执行
在步骤S104中，修正量算出部14根据位置检测器11检测出的位置检测值来算出修正量。
接着，在步骤S105中，修正运算部15通过从速度检测值减去修正量来修正速度检测值。由此降低速度检测误差。
接着，在步骤S106中，扭矩指令生成部16根据速度指令和由修正运算部15修正后的速度检测值来生成用于指示电动机的旋转扭矩的扭矩指令。该扭矩指令是使用速度检测误差降低了的修正后的速度检测值来生成的，因此扭矩指令误差降低。因此，电动机2通过根据扭矩指令电力变换动作被控制的电力变换器3输出的驱动电力来进行旋转，因此不会产生如现有那样的由位置检测器11的内插误差引起的电动机的噪声。
接着，对第二实施例进行说明。在第二实施例中，修正扭矩指令来代替上述的第一实施例中的速度检测值的修正。图4是表示第二实施例的电动机控制装置的框图。在第二实施例中，也与上述的第一实施例同样，对通过电动机控制装置1控制电动机2的旋转驱动的例子进行说明。即，电动机2的驱动电力例如通过由PWM逆变器等在内部具有开关元件的变换电路(未图示)来构成的电力变换器3来生成。电力变换器3根据由电动机控制装置1生成的扭矩指令来使设置在内部的开关元件进行开关动作，由此将直流电力变换成用于驱动电动机2的所希望的电压以及所希望的频率的三相交流电力。电动机2根据供给的电压可变以及频率可变的三相交流电力来动作。
第二实施例的电动机控制装置1具备：位置检测器11，其检测电动机2的转子的位置；速度检测部12，其根据位置检测器11检测出的位置检测值来算出速度检测值；速度指令生成部13，其生成用于指示电动机2的转子的旋转速度的速度指令；扭矩指令生成部21，其根据速度指令和速度检测值来生成用于指示电动机的旋转扭矩的扭矩指令；修正量算出部22，其根据位置检测器11检测出的位置检测值来算出修正量；以及修正运算部23，其使用修正量来修正扭矩指令。作为位置检测器11的具体例，有旋转编码器或线位移传感器等。
图5是说明修正量算出部以及修正运算部的动作的图。作为一例，对以周期λ重复产生的由位置检测器11的内插误差引起的扭矩指令误差产生时的修正量算出部22以及修正运算部23的动作进行说明。
如上所述，在设置于电动机控制装置1内的位置检测器11中周期性地产生由内插误差引起的位置检测误差。此外，速度检测部12通过对包含位置检测误差的位置检测值进行微分来生成速度检测值，因此在速度检测值中也周期性地产生速度检测误差。此外，扭矩指令生成部21根据速度指令和包含速度检测误差的速度检测值来生成用于指示电动机的旋转扭矩的扭矩指令，因此在扭矩指令中也周期性地产生扭矩指令误差。也就是说，在扭矩指令的生成中使用包含了位置检测误差的位置检测值，因此在扭矩指令中包含由内插误差引起的扭矩指令误差。因此，在第二实施例中，通过合成(叠加)多个具有固有的频率成分、振幅成分以及初始相位的正弦波对周期性地产生的扭矩指令误差进行模型化，并使用该模型化后的值作为用于消除扭矩指令所包含的扭矩指令误差的修正量。
修正量算出部22与上述的第一实施例中的修正量算出部14的情况相同，通过合成多个具有固有的频率成分、振幅成分以及初始相位的正弦波来算出修正量。这些各正弦波的频率成分具有由电动机的旋转频率和位置检测器11的物理刻度数决定的基本频率的自然数倍的值。修正量算出部22通过将以图5所示的周期λ重复产生的由内插误差引起的扭矩指令误差与修正量差收纳在预定的范围内的方式，来决定在该修正量的算出处理中合成的各正弦波。与上述的第一实施例中的修正量算出部14情况相同地，通过式1来表示由修正量算出部22生成的修正量
一般，位置检测器的内插误差是每个位置检测器固有的，因此在进行基于修正量算出部22的修正量的算出处理前，对设置在电动机控制装置1上的位置检测器11预先测定由内插误差引起的扭矩指令误差。例如，在位置检测器11中不产生位置检测误差的理想状态下，通过扭矩指令生成部21生成的扭矩指令不包括振动，但赋予以恒定速度旋转的速度指令来使电动机2实际旋转时，在从扭矩指令生成部21输出的扭矩指令中出现由位置检测器11的内插误差引起的振动即扭矩指令误差。求出再现测定出的速度检测误差的gn、φn(式1)。修正量算出部22使用该gn、φn来生成修正量。在修正量算出部22中，增加叠加的正弦波的数量直到将扭矩指令误差与修正量的差收纳在预定的范围内为止。更具体而言，在将扭矩指令误差与修正量的差收纳在预定的范围内之前，增大式1中的自然数n，由此决定式1中的各正弦波，通过将它们叠加来算出修正量。
修正运算部23使用由修正量算出部22算出的修正量来修正速度检测值。例如，如图5所示，修正运算部23从以周期λ重复产生的由内插误差引起的扭矩指令误差中减去通过叠加多个正弦波而生成的修正量，来降低扭矩指令误差。
另外，速度检测部12、速度指令生成部13、扭矩指令生成部21、修正量算出部22以及修正运算部23例如可以按软件程序形式来构建，或者可以通过各种电子电路与软件程序的组合来构建。例如，将速度检测部12、速度指令生成部13、扭矩指令生成部21、修正量算出部22以及修正运算部23以软件程序形式来构建时，电动机控制装置1内的运算处理装置按照该软件程序来动作，由此实现上述的速度检测部12、速度指令生成部13、扭矩指令生成部21、修正量算出部22以及修正运算部23的功能。因此，对具有既存的位置检测器的电动机控制装置，也可以通过将上述的修正量算出部22以及修正运算部23的软件程序追加安装到电动机控制装置上来应用本发明。
图6是表示第二实施例的电动机控制装置1的动作流程的流程图。
首先，在步骤S201中，位置检测器11检测出基于从电力变换器3供给的驱动电力被旋转驱动的电动机2的转子的位置。
接着，在步骤S202中，速度检测部12对位置检测器11检测出的位置检测值进行微分来生成速度检测值。
在步骤S203中，速度指令生成部13生成用于指示电动机2的转子的旋转速度的速度指令。另外，步骤S203与步骤S201以及步骤S202也可以切换顺序来执行。
在步骤S204中，修正量算出部22根据位置检测器11检测出的位置检测值来算出修正量。
在步骤S205中，扭矩指令生成部21根据速度指令和速度检测值来生成用于指示电动机的旋转扭矩的扭矩指令。另外，步骤S205与步骤S204也可以切换顺序来执行。
接着，在步骤S206中，修正运算部23通过从扭矩指令减去修正量来修正扭矩指令。由此扭矩指令误差降低。通过根据该修正后的扭矩指令电力变换动作被控制的电力变换器3输出的驱动电力来使电动机2旋转，因此不会如现有那样产生由内插误差引起的电动机的噪声。
也可以将本发明应用于具备用于检测电动机的转子的位置的位置检测器的电动机控制装置中。
根据本发明，可以实现一种即使在位置检测器固有具有的位置检测误差发生变动，也可以稳定地控制电动机的电动机控制装置。
根据第一实施例，通过修正电动机的速度检测值由位置检测值的内插误差引起的速度检测误差降低，因此对使用该修正后的速度检测值来生成的扭矩指令，由位置检测器的内插误差引起的振动降低。此外，根据第二实施例，通过修正针对电动机的扭矩指令，对于修正后的扭矩指令，由相位检测器的内插误差引起的振动降低。其结果，在第一以及第二实施例中，电动机都按照由内插误差引起的振动降低了的扭矩指令进行旋转，因此不会如现有那样产生由相位检测器的内插误差引起的电动机的噪声。
此外，根据本发明，可以将具有对电动机的速度检测值的修正或针对电动机的扭矩指令的修正功能的修正量算出部以及修正运算部以按软件程序形式来构建，因此对具有既存的位置检测器的电动机控制装置，也可以通过将上述的修正量算出部以及修正运算部的软件程序追加安装到电动机控制装置上来应用本发明，而不需要改造既存的位置检测器。

Claims (3)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，具备：
位置检测器，其检测电动机的转子的位置；
速度检测部，其根据所述位置检测器检测出的位置检测值来算出速度检测值；
速度指令生成部，其生成用于指示电动机的转子的旋转速度的速度指令；
修正量算出部，其根据所述位置检测器检测出的位置检测值来算出修正量；
修正运算部，其使用所述修正量来修正所述速度检测值；以及
扭矩指令生成部，其根据所述速度指令和由所述修正运算部修正后的速度检测值，来生成用于指示电动机的旋转扭矩的扭矩指令，
所述修正量算出部通过合成多个具有固有的频率成分、振幅成分以及初始相位的正弦波来算出所述修正量，
各所述正弦波的频率成分具有由电动机的旋转频率和所述位置检测器的物理刻度数来决定的基本频率的自然数倍的值。
2.一种电动机控制装置，其特征在于，具备：
位置检测器，其检测电动机的转子的位置；
速度检测部，其根据所述位置检测器检测出的位置检测值来算出速度检测值；
速度指令生成部，其生成用于指示电动机的转子的旋转速度的速度指令；
扭矩指令生成部，其根据所述速度指令和所述速度检测值来生成用于指示电动机的旋转扭矩的扭矩指令；
修正量算出部，其根据所述位置检测器检测出的位置检测值来算出修正量；以及
修正运算部，其使用所述修正量来修正所述扭矩指令，
所述修正量算出部通过合成多个具有固有的频率成分、振幅成分以及初始相位的正弦波来算出所述修正量，
各所述正弦波的频率成分具有由电动机的旋转频率和所述位置检测器的物理刻度数来决定的基本频率的自然数倍的值。
3.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述修正量算出部以将预先测定的所述位置检测器所具有的所述转子的每一次旋转的内插误差引起的误差与所述修正量的差收纳在预定范围内的方式，来决定在所述修正量的算出处理中合成的各所述正弦波。
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