CN104953923B - 伺服马达控制系统以及伺服马达控制方法 - Google Patents

Abstract

提供伺服马达控制系统以及伺服马达控制方法，减少不产生电压饱和的范围内的无效电流从而抑制由无效电流引起的发热，且能增大在希望的旋转状态范围内所能得到的最大转矩，能扩大旋转状态的控制范围，一直到高速范围，都能进行稳定旋转。由d轴电流指令(CId)指令的d轴电流(Id)被控制为在转速(N)从转速0到第1转速[A]的第1期间(加速范围)(T1)内为0，在超过第1转速[A]而到第2转速[B]的第2期间(高速范围)(T2)内以逐渐增加的方式流过，d轴电流的增加方式是在从第1转速[A]到第2转速[B]的期间内，以渐近从比第1转速[A]低的转速例如转速0到第2转速[B]的一次函数直线(DL)的方式增加。

Description

伺服马达控制系统以及伺服马达控制方法

技术领域

本发明涉及一种执行作为作业机械或产业用机械等的机械装置或机器人的驱动源而被使用的交流伺服马达的电流控制的伺服马达控制系统以及伺服马达控制方法。

背景技术

在交流(AC)伺服马达的控制系统中，从位置指令中减去在编码器等被检出的位置反馈值以求出位置偏差，对该位置偏差乘以位置增益并执行位置循环控制以求出速度指令，从该速度指令中减去速度反馈值以求出速度偏差，执行比例·积分控制等的速度循环处理，求出转矩指令(电流指令)。

接下来，从该转矩指令中减去电流反馈值，并且执行电流循环处理，求出各相(各轴)的电压指令，进行PWM控制等，从而控制AC伺服马达。

在这样的控制系统中，一种公知的交流电流控制方式是在三相AC伺服马达中分别控制三相电流(U、V、W)。

在该交流电流控制方式中，在通过速度循环处理而求出的转矩指令(电流指令)中，求出比在编码器等检出的伺服马达的转子位置，相对于U、V、W相分别错开2π/3的电气角后的各相的电流指令，并按照该电流指令执行电流控制。

但是，在交流电流控制方式中，如果马达的旋转速度上升，则电流指令的频率也上升，电流相位逐渐后移而使电流的无效分量增多，存在不能高效地产生转矩的缺点。

DQ控制方式是改善这样的交流电流控制方式的课题的公知的方式。

DQ控制方式是将三相电流进行DQ变换(向转子基准坐标变换)，以被称为d相和q相两相的d轴电流和q轴电流的直流分量进行控制的方式。

在DQ控制方式中，电流指令的q轴分量相当于是转矩分量，d轴分量相当于是交流电流控制中的无效电流，通过将d轴电流指令置为0(零)能够抑制无效电流。

但是，在抑制该无效电流的电流控制方法中，存在由于逆电动势而引起电流控制系统不稳定、控制性能降低的课题。

该控制性能的降低是由于与转速成比例的逆电动势而引起可用于马达驱动的电压降低而产生的，不能一直稳定地旋转到高速范围，其结果是不能以一定的转速以上的速度(转速)旋转。

作为该课题的改善对策，一种公知的方法是通过使与马达速度成比例的电流流入d轴分量，将电流相位向d轴方向偏移。利用该方法的控制被称为弱励磁控制。

但是，d轴分量的电流是无效电流，存在马达相应地容易发热的问题。

由此，提出一种一直到高速范围、也能进行稳定的旋转的伺服马达电流控制方法(参照专利文献1)。

该方法中，在由伺服马达的DQ变换进行的电流控制中，通过仅在高速旋转时在d相流过无效电流，从而降低马达的端子电压。

无效电流的供给为：从产生电压饱和时的速度附近开始，根据速度通过一次增加函数增加，在设定速度以上时固定为一定值。

由此，消除了高速旋转时由逆电动势所引起的电流控制系统的不稳定，并且减少在不产生电压饱和的范围内的无效电流，从而抑制发热。

[现有技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本特开平9-84400号公报

发明内容

但是，在根据速度通过一次增加函数直线地增加上述的无效电流的供给的方法中，虽然能够抑制由无效电流引起的发热，但在希望的转速范围内所能够得到的最大转矩存在极限。其结果是扩大转速控制范围存在极限，存在难以充分体现由弱励磁控制所得到的效果的缺点。

本发明的目的在于，提供一种伺服马达控制系统以及伺服马达控制方法，在不产生电压饱和的范围内减少无效电流从而抑制由无效电流引起的发热，并且能够增大在希望的旋转状态范围内所能得到的最大转矩，能够扩大旋转状态的控制范围，一直到高速范围，都能够进行稳定的旋转。

本发明的第一方面的伺服马达控制系统，包括：多相交流伺服马达；电力供给部，其将直流电压的d轴指令电压和q轴指令电压变换为多相的交流电流，并将多相的所述交流电流提供给所述伺服马达；DQ变换部，其根据所述伺服马达的旋转相位将所述伺服马达的各相的电流进行dq变换，生成d轴电流和q轴电流；指令生成部，生成对应于所述伺服马达的旋转状态的d轴电流指令和作为转矩指令的q轴电流指令；d轴控制部，根据所述d轴电流指令以及在所述DQ变换部生成的所述d轴电流生成所述d轴指令电压，并将该d轴指令电压提供给所述电力供给部；及q轴控制部，根据所述q轴电流指令以及在所述DQ变换部生成的所述q轴电流生成所述q轴指令电压，并将该q轴指令电压提供给所述电力供给部，由所述d轴电流指令所指令的d轴电流在达到第1旋转状态为止为0，在超过所述第1旋转状态而到第2旋转状态为止以逐渐增加的方式流过，所述d轴电流的增加方式为以渐近从比所述第1旋转状态低的旋转状态到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加，在从所述第1旋转状态到开始流过电流的附近范围，朝所述渐近对象的一次函数侧形成弧线且呈曲线状地增加。

由此，在产生逆电动势的高速范围，由于能够通过d轴电流抑制逆电动势，因此，一直到高速范围，都能够稳定地旋转。

并且，通过以渐近从比第1旋转状态低的旋转状态起的一次函数的方式增加d轴电流，从而与直线地增加该d轴电流相比，能够增大在规定旋转状态下的转矩，其结果是扩大了旋转状态、例如转速或旋转速度等的可控范围。

优选的是，所述d轴电流在从所述第1旋转状态到所述第2旋转状态以增加的方式流过，在该第2旋转状态以上的旋转状态时固定为一定值。

由此，在第2旋转状态以上时，由于d轴电流为固定的，因此能够抑制由d轴电流(无效电流)引起的发热的增大。

优选的是，所述第1旋转状态的转速与额定转速不同。

从额定转速起开始流过d轴电流时，在未达到额定转速和额定转速以上的状态，例如失去了转速对转矩的特性(N-T特性)上的线性关系，因此，转矩夹着额定转速产生变化。

对此，通过从与额定转速不同的转速起开始流过d轴电流，至少能防止在作为使用范围的额定转速的附近丧失线性关系。

优选的是，所述第1旋转状态为达到转矩界限、转矩与转速无关地达到一定时的转速。

由此，在达到转矩界限的转速下开始流过d轴电流，例如，不会丧失转速与转矩的特性(N-T特性)上的线性关系。也就是，由于达到转矩界限的范围已经是不存在线性关系的范围，所以能够保证在转矩界限范围外的线性关系。

优选的是，所述d轴电流的增加方式是以渐近从转速0到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加。

如此，通过使d轴电流以渐近从转速0开始的一次函数的方式增加，从而与使其直线增加相比，能够增大在规定旋转状态下的转矩，其结果是，可以扩大旋转状态、例如转速或旋转速度的可控范围。

本发明第二方面的伺服马达控制方法，包括：指令生成步骤，生成对应于伺服马达的旋转状态的d轴电流指令和作为转矩指令的q轴电流指令；电力供给步骤，将直流电压的d轴指令电压和q轴指令电压变换为多相的交流电，将多相的所述交流电提供给所述伺服马达；DQ变换步骤，根据所述伺服马达的旋转相位将提供给所述伺服马达的各相电流进行dq变换，生成d轴电流和q轴电流；d轴控制步骤，根据所述d轴电流指令和在所述DQ变换步骤生成的所述d轴电流，生成所述d轴指令电压并供给所述电力供给步骤；及q轴控制步骤，根据所述q轴电流指令和在所述DQ变换步骤生成的所述q轴电流，生成所述q轴指令电压并供给所述电力供给步骤，由所述d轴电流指令所指令的d轴电流在达到第1旋转状态为止为0，在超过所述第1旋转状态而到第2旋转状态为止以逐渐增加的方式流过，所述d轴电流的增加方式是以渐近从比所述第1旋转状态低的旋转状态到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加，在从所述第1旋转状态到开始流过电流的附近范围，朝所述渐近对象的一次函数侧形成弧线且呈曲线状地增加。

由此，在产生逆电动势的高速范围，由于能够通过d轴电流抑制逆电动势，因此，一直到高速范围，也能够稳定地旋转。

并且，通过以渐近从比第1旋转状态低的旋转状态起的一次函数的方式增加d轴电流，从而与直线地增加该d轴电流相比，能够增大在规定旋转状态下的转矩，其结果是扩大了旋转状态、例如转速或旋转速度等的可控范围。

根据本发明，在不产生电压饱和的范围，减少无效电流，抑制由无效电流引起的发热，并且，能够增大在希望的旋转状态范围内所能得到的最大转矩，能够扩大旋转状态的控制范围，一直到高速范围，也能够进行稳定的旋转。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制系统的构成例的方框图。

图2是用于说明本实施方式的利用指令生成部的d轴电流指令的d轴电流的控制方式的图。

图3是表示通过SQRT函数形成朝渐近对象的一次函数直线侧形成弧线且呈曲线状地增加的增加方式的一个示例的图。

图4是表示本实施方式所涉及的d轴控制部、q轴控制部、马达侧的功能构成例的方框图。

图5是用于说明本实施方式的图，是表示使d轴电流指令CId为0时的加速中的d轴和q轴的电压状态的图。

图6是将d轴电流指令CId为0时且逆电动势和DC联动电压一致的情况下的d相和q相的电压状态作为比较例来示出的图。

图7是用于说明本实施方式的图，是表示在高速范围输入d轴电流指令CId和q轴电流指令CIq时的d轴和q轴的电压状态的图。

图8是用于以本实施方式所涉及的伺服马达控制系统的动作、指令生成部的速度循环以及电流循环的处理为中心来进行说明的流程图。

图9是表示采用本实施方式的控制方法的情况下的转速对转矩的特性的概要的图，是用于与比较例相比较来进行说明的图。

图10是表示采用本实施方式的控制方法的情况下的转速对转矩的特性的实验结果的图，是用于与比较例相比较来进行说明的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

在本实施方式中，在基本上通过DQ变换控制电流的伺服马达控制系统中，仅在高速旋转时在d轴流过无效电流，通过无效电流(d轴电流)降低伺服马达的端子电压。

这种情况下，在本实施方式中，如下文所述，到加速中的第1转速[A]为止d轴电流为0，超过作为高速范围的第1转速[A]而到第2转速[B]为止d轴电流逐渐增加。

所述d轴电流的增加方式构成为以到第2转速为止渐近一次函数的方式增加，在从第1转速[A]到开始流过电流的附近范围，朝渐近对象的一次函数侧形成弧线呈曲线状地增加。

另外，在本实施方式中，用伺服马达20的转速作为表示旋转状态的参数。

以下，在说明本实施方式所涉及的伺服马达控制系统的整体构成和功能后，具体说明d轴电流的特征性的流动方法以及其效果等。

[伺服马达控制系统的主要部分的整体构成]

图1表示本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制系统的构成例的方框图。

本伺服马达控制系统10的构成包括：多相(在本实施方式中是三相)伺服马达20、电力供给部30、电流检出部40、相位检出部50、DQ变换部60、作为旋转状态检出部的转速检出部70、指令生成部80、d轴控制部90d以及q轴控制部90q。

电力供给部30将由d轴控制部90d和q轴控制部90q所供给的两相直流电压的d轴指令电压Vd和q轴指令电压Vq变换成三相的交流电流，并将该三相的交流电流供给伺服马达20。

图1中的电力供给部30具有电压变换部31和功率放大器32。

电压变换部31将由d轴控制部90d和q轴控制部90q供给的两相直流电压的d轴指令电压Vd和q轴指令电压Vq变换成三相(U、V、W相)的交流电压Vu、Vv、Vw，并将变换后的电压作为指令电压Vu、Vv、Vw供给功率放大器32。

功率放大器32接受电压变换部31所产生的指令电压Vu、Vv、Vw，通过逆变器等使得伺服马达20的各相流过电流Iu、Iv、Iw，进行对伺服马达20的电流供给。

电流检出部40检出从电力供给部30供给到伺服马达20的各相电流Iu、Iv、Iw。

电流检出部40将检出的电流Iu、Iv、Iw提供给DQ变换部60。

相位检出部50检出伺服马达20的旋转相位θ(旋转位置)，并将检出的旋转相位θ提供给DQ变换部60。

相位检出部50例如基于来自于未作图示的编码器的旋转检出信号算出旋转相位θ。

DQ变换部60基于相位检出部50所检出的旋转相位θ将电流检出部40所检出的各相电流Iu、Iv、Iw，进行dq变换，生成d轴电流Id和q轴电流Iq。

DQ变换部60将由dq变换生成的d轴电流Idf提供给d轴控制部90d，将由dq变换生成的q轴电流Iqf提供给q轴控制部90q。

转速检出部70检出伺服马达20的实际的转速(实际转速)，并将检出的转速供给指令生成部80。

指令生成部80生成对应于伺服马达20的转速N的d轴电流指令CId以及作为转矩指令的q轴电流指令CIq。

指令生成部80将生成的d轴电流指令CId提供给d轴控制部90d。另一方面，指令生成部80将作为生成的转矩指令的q轴电流指令CIq提供给q轴控制部90q。

指令生成部80在未作图示的速度控制模块的速度循环中计算转矩指令，并在未作图示的电流控制模块的电流循环中将转矩指令作为q轴电流指令CIq。

被该q轴电流指令CIq所指令的q轴电流Iq，不执行如下的d轴电流这样的控制，而在整个马达驱动期间作为对应于其q轴电流指令CIq的电流流过：该d轴电流在伺服马达的驱动控制的过程中，根据转速变为0，在高速旋转期间流过，在达到某一规定的转速时变为固定值。

另一方面，指令生成部80中，以根据转速变为0，在高速旋转期间流过，在达到某一规定的转速时变为固定值的方式，通过d轴电流指令CId指令d轴电流Id。

具体而言，本实施方式的指令生成部80执行由d轴电流指令CId发出的指令，使得d轴电流Id如图2所示那样流过。

图2是用于说明本实施方式的利用指令生成部的d轴电流指令的d轴电流的控制方式的示意图。

在图2中，横轴表示伺服马达20的转速N，纵轴表示d轴电流Id。并且，在图2中，用实线SL表示的曲线表示d轴电流值的变化，用虚线DL表示的直线表示在某一期间使d轴电流渐近的假想出的一次函数直线。

被d轴电流指令CId所指令的d轴电流Id如图2所示，在转速N从转速0起到第1转速[A]为止的第1期间(加速范围)T1中为0，在超过第1转速[A]而到第2转速[B]为止的第2期间(高速范围)T2中被控制为逐渐增加。

d轴电流Id的增加方式为：在从第1转速[A]到第2转速[B]的期间T2中，以渐进从比第1转速[A]低的转速(不包括第1转速的第1期间T1的转速)到第2转速[B]为止的一次函数直线DL的方式增加。

在本实施方式中，d轴电流Id的增加方式为：在从第1转速[A]到第2转速[B]的期间T2中，如图2所示，以渐近从转速为0到第2转速[B]的一次函数直线DL的方式增加。

并且，d轴电流Id的增加方式为：在从第1转速[A]到开始流过电流的附近范围即开始流过电流的期间T21中，朝渐近对象的一次函数直线DL侧形成弧线ARC且呈曲线状地增加。

由此，在产生逆电动势的高速范围，由于可以通过d轴电流抑制逆电动势，因此一直到高速范围，都能够进行稳定的旋转。

并且，通过使d轴电流以渐近从比第1转速[A]低的转速、图2的例子中为转速0开始的一次函数的方式增加，从而与使其直线地增加相比，能够增大规定转速时的转矩，其结果是能够扩大转速可控范围。

在开始流过电流的期间T21中，朝渐近对象的一次函数直线DL侧形成弧线且呈曲线状地增加是指，例如，采用从抛物线的顶点开始逐渐增加的曲线部分的一部分，或者椭圆的一部分的弧状的曲线，或者从SQRT(SQUARE ROOT：平方根)函数的顶点起逐渐增加的曲线部分的一部分。

在本实施方式中，在开始流过电流的期间T21中，生成指令，使得利用从上升处起逐渐渐进一次函数直线DSL的曲线，以2次函数增加，直到期间T22开始位置即渐近开始位置为止。

图3是表示通过SQRT函数形成朝渐近对象的一次函数直线DL侧形成弧线且呈曲线状增加的增加方式的1个示例的图。

通过SQRT函数形成朝渐近对象的一次函数直线DL侧形成弧线且呈曲线状地增加的增加方式的情况下，如图3所示，在开始流过电流的期间T21中，能够在不使电流值发生急剧变化的情况下，以平稳的状态维持连续性，并转移至渐近状态。

并且，在本实施方式中，被d轴电流指令CId所指令的d轴电流Id，如图2所示，从第1转速[A]开始到第2转速[B]为止流过，在该第2转速[B]以上的转速的期间T3中，停止了朝一次函数直线DL的渐近状态，固定为一定值CV(钳制)。

如此，在第2转速[B]以上时，由于固定了d轴电流Id，因此，能够抑制由d轴电流(无效电流)引起的发热的增大。

另外，开始流过d轴电流的第1转速[A]也可以设定为与额定转速不同的转速。

从额定转速开始流过d轴电流时，由于在未到额定转速和额定转速以上的状态下丧失了N-T特性上的线性关系，因此，转矩夹着额定转速而产生变化。

对此，通过从与额定转速不同的转速起开始流过d轴电流，至少可以防止在使用范围内的额定转速附近丧失线性关系。

或者，第1转速[A]可设为达到转矩界限、转矩与转速无关地达到一定时的转速。

这种情况下，由于在达到转矩界限的转速下开始流过d轴电流，因此不会丧失N-T特性上的线性关系。即，达到转矩界限的范围已经为不存在线性关系的范围，因此能够确保在转矩界限范围以外的线性关系。

d轴控制部90d根据d轴电流指令CId和由DQ变换部60生成的d轴电流Idf，生成直流电压的d轴指令电压Vd。

d轴控制部90d将生成的d轴指令电压Vd提供给电力供给部30。

d轴控制部90d的构成包括减法器91d和电流控制器92d。

d轴控制部90d由减法器91d从d轴电流指令CId中减去由DQ变换部60得到的d轴电流Idf求出电流偏差，由电流控制器92d对该电流偏差进行比例积分控制等，求出d轴指令电压Vd。

q轴控制部90q根据q轴电流指令CIq和由DQ变换部60生成的q轴电流Iqf生成直流电压的q轴指令电压Vq。

q轴控制部90q将生成的q轴指令电压Vq提供给电力供给部30。

q轴控制部90q的构成包括减法器91q和电流控制器92q。

q轴控制部90q由减法器91q从q轴电流指令CIq中减去由DQ变换部60得到的q轴电流Iqf求出电流偏差，由电流控制器92q对该电流偏差进行比例积分控制等，求出q轴指令电压Vq。

图4是表示本实施方式所涉及的d轴控制部、q轴控制部、马达侧的功能构成例的方框图。

在图4中，d轴控制部90d和q轴控制部90q的电流控制器92d、92q被构成为具有积分项101、102(K1是积分增益)和比例项103、104(K2是比例增益)的控制系统。

伺服马达侧具有电阻分量R和电感分量L。并且，各d轴(d相)和q轴(q相)互相具有来自于其它相的干扰项105、106。

在本实施方式中，如前所述，指令生成部80向d轴控制部90d提供对应于伺服马达20的转速N的d轴电流指令CId，向q轴控制部90q提供作为转矩指令的q轴电流指令CIq。

在本实施方式中，能够采用图2及图4中的上部所表示的特性的d轴电流指令作为对应于伺服马达20的转速(旋转状态)N的d轴电流指令CId。

[对应于d轴电流指令CId和q轴电流指令CIq的d轴和q轴的电压状态]

在此，研究对应于本实施方式中的d轴电流指令CId和q轴电流指令CIq的d轴和q轴的电压状态。

[加速中]

如前所述，d轴电流指令CId在伺服马达20的转速从0开始到第1转速[A]为止的期间T1内将d轴电流Id置为0。

图5是用于说明本实施方式的图，是表示将d轴电流指令CId置为0时的加速中的d轴和q轴的电压状态的图。

在图5中，用符号CRL表示的圆是DC联动电压，用R·Iq表示的q轴电压是控制马达的有效电压，用ωe·L·Iq表示的q轴电压是对马达驱动不起作用的无效电压，E表示逆电动势，端子电压是逆电动势E和有效电压(q轴电压)R·Iq的和。

在端子电压为DC联动电压以下时能进行伺服马达控制，当端子电压超过DC联动电压时，控制变得困难。

端子电压是DC联动电压以下的情况下，能够通过从DC联动电压中扣除逆电动势E后的电压分量生成控制马达的电流。

[比较例：将d轴电流Id置为0时的高速旋转]

图6是将d轴电流指令CId为0时且逆电动势和DC联动电压一致的情况下的d相和q相电压状态作为比较例来示出的图。

加速到高速时，用于通过增加的逆电动势E生成加速电流的电压减少，加速电流减少从而最终逆电动势和DC联动电压一致，结束加速。

从该状态进行减速时，流过减速电流所需的电压不足从而电流控制变困难，存在流过异常电流的情况。

因此，在本实施方式中，为了降低在高速范围的马达的端子电压，采用在高速范围的大电流时将电流相位向d轴方向偏移的方法。

[流过d轴电流Id时的高速旋转]

接下来，伺服马达20的转速增大且超过第1转速[A]时，逆电动势E增大并接近于DC联动电压，开始进入电压饱和。此时，开始对d轴控制部输入d轴电流指令CId。

在本实施方式中，伺服马达20的转速增大且达到第1转速[A]时，在从第1转速[A]起到第2转速[B]为止的期间T2内，以渐近从转速0到第2转速[B]为止的一次函数直线DL的方式增加。

并且，d轴电流Id的增加方式为：在从第1转速[A]到开始流过电流的附近范围的开始流过电流的期间T21内，朝渐近对象的一次函数直线DL侧形成弧线ARC且呈曲线状地增加。

图7是用于说明本实施方式的图，是表示在高速范围中输入了d轴电流指令CId和q轴电流指令CIq时的d轴和q轴的电压状态的图。

在图7中，根据d轴电流指令CId在d轴绕组流过d轴电流Id时，由d轴绕组的电阻分量R产生无效电压分量R·Id，由d轴绕组的电感分量L产生有效电压分量ωe·L·Id(图7中的虚线)。

由于该有效电压分量ωe·L·Id的方向是逆电动势E的反方向，因此，逆电动势减少，成为图中的单点划线表示的补偿逆电动势E’。

因此，从q轴方向的电压来看时，补偿逆电动势E’在DC联动电压内，生成用于流过控制电流的充分的电压。

如果伺服马达20的转速进一步增大，逆电动势E(＝ωe·Φ)随转速增大。

此时，通过使对应于d轴控制部90d的d轴电流指令CId根据转速增加，从而增加在d轴绕组的电感分量L上产生的有效电压分量ωe·L·Id从而增加消除逆电动势E的方向上的电压，抑制了逆电动势E的增大。

并且，在d轴电流指令CId中，在伺服马达20的转速超过第2转速[B]的期间(高速范围)T3使其固定为一定值。

这是为了防止由d轴电流的无限制的增大而产生的过剩电流或过热等的故障。

以上，研究了对应于本实施方式中的d轴电流指令CId和q轴电流指令CIq的d轴和q轴的电压状态。

接下来，以指令生成部的速度循环和电流循环的处理为中心来说明本实施方式所涉及的伺服马达控制系统的动作。

图8是以指令生成部的速度循环和电流循环的处理作为中心来说明本实施方式所涉及的伺服马达控制系统的动作的流程图。

指令生成部80首先在未作图示的速度循环中计算出转矩指令(步骤ST1)，将在电流循环中求出的转矩指令作为q轴电流指令CIq输出到q轴控制部90q(步骤ST2)。

接下来，在指令生成部80中比较在转速检出部70中检出的伺服马达20的实际转速和第1转速[A]，对实际转速是否达到第1转速[A]进行判定(步骤ST3)。

在步骤ST3中，当判断出伺服马达20的转速未达到第1转速[A]的情况下，作为加速中的期间T1，指令生成部80将d轴电流指令CId设定为0并输出到d轴控制部90d(步骤ST4)。

另外，此时，q轴电流指令CIq是在步骤ST2设定的转矩指令。

另一方面，在步骤ST3中，当判断出伺服马达20的转速达到第1转速[A]的情况下，比较由转速检出部70检出的伺服马达20的实际转速和第2转速[B]，判断实际转速是否达到第2转速[B](步骤ST5)。

在步骤ST5中，当判断出伺服马达20的转速未达到第2转速[B]的情况下，作为处于高速范围的期间T2，指令生成部80不将d轴电流指令CId变为0，而是设定成在从第1转速[A]到第2转速[B]的期间T2，使其以渐近从转速0到第2转速[B]为止的一次函数直线DL的方式增加。

另外，指令生成部80设定成使d轴电流指令CId在从第1转速[A]到开始流过电流的附近范围即开始流过电流的期间T21中，朝渐近对象的一次函数直线DL侧形成弧线ARC且呈曲线状地增加(步骤ST6)。

在步骤ST5中，当判断为伺服马达20的转速达到第2转速[B]的情况下，作为达到实际转速超过第2转速[B]的期间(高速范围)T3，指令生成部80设定为使d轴电流指令CId固定为一定值(步骤ST7)。

另外，此时，q轴电流指令CIq是在步骤ST2中设定的转矩指令。

接下来，d轴控制部90d和q轴控制部90q通过电流反馈获取伺服马达20的d轴和q轴的电流反馈Idf和Iqf。

获取该d相和q相的电流反馈Idf和Iqf可通过获取伺服马达的u相、v相m以及w相的实际电流Iu、Iv、Iw，并且，根据相位检出部50的输出求出转子的电气角θe，根据三相交流电流求出两相的直流电流的DQ变换来进行(步骤ST8)。

接下来，在d轴控制部90d和q轴控制部90q中，从d轴电流指令CId和q轴电流指令CIq的各相指令值中减去d轴和q轴的电流Idf和Iqf求出d轴和q轴的电流偏差。并且，通过电流控制器92d、92q的电流循环对该电流偏差进行比例·积分控制，求出d轴指令电压Vd和q轴指令电压Vq(步骤ST9)。

进一步，在从2轴电压变换到3轴电压的电压变换部31中，通过根据2轴直流电压求出三相的交流电压的DQ变换，求出U、V、W相的指令电压Vu、Vv、Vw(步骤S10)，将该指令电压输出到功率放大器32，通过逆变器等使得伺服马达的各相流过电流Iu、Iv、Iw，从而进行伺服马达20的控制。

[关于转速对转矩的特性]

接下来，关于采用本实施方式的控制方法时的转速对转矩的特性，将不采用弱励磁控制方式时的一般系统、与如专利文献1所述的采用弱励磁控制方式在高速范围使d轴电流按照一次增加函数直线增加的系统作为比较例，进行研究。

图9是表示采用本实施方式的控制方法的情况下的转速对转矩的特性的概要的图，是用于与比较例相比较来进行说明的图。

图10是表示表示采用本实施方式的控制方法的情况下的转速对转矩的特性的实验结果的图，是用于与比较例相比较来进行说明的图。

在图9中，为了表示概要而进行示意性表示。

在图9和图10中，横轴表示产生转矩(N·m、kg·cm)，纵轴表示转速N(r.p.m)。

并且，在图9以及图10中，用X表示的曲线表示本实施方式所涉及的系统的特性(N-T特性)，用Y表示的曲线表示未采用弱励磁控制方式的一般的第1比较系统的特性(N-T特性)，用Z表示的曲线表示采用弱励磁控制方式在高速范围使d轴电流按照一次增加函数而增加的第2比较系统的特性(N-T特性)。

由图可以得知，本系统将第1比较系统和第2比较系统作比较，在产生逆电动势的高速范围，能够通过d轴电流以高准确度抑制逆电动势，由此，一直到高速范围，都能够稳定地旋转。

并且，本系统通过使d轴电流以渐近从转速0起的一次函数的方式增加，从而与第2比较系统那样直线地使其增加相比，能够增大规定转速时的转矩。

关联图10的N-T特性图表对提高转矩的效果进行详细说明。

如果在图10的N-T特性图表中将规定转速设为例如3000rpm，直线地使之增加的第2比较系统的情况下，在3000rpm时的最大转矩为3.52Nm，而在本系统中以渐近一次函数的方式而使之增加的情况下能够提高转矩使得最大转矩达到3.76Nm，能够扩大在3000rpm时的转速可控范围。

[实施方式的效果]

如上所述，在本实施方式中能够得到以下的效果。

在本实施方式中，基本上，被d轴电流指令CId所指令的d轴电流Id被控制为：在转速N从转速为0开始到第1转速[A]的第1期间(加速范围)T1中为0，在超过第1转速[A]而到第2转速[B]的第2期间(高速范围)T2中逐渐增加。

d轴电流Id的增加方式中，在从第1转速[A]到第2转速[B]的期间T2中，以渐近从比第1转速[A]低的转速到第2转速[B]的一次函数直线DL的方式增加，在本实施方式中从转速0开始。

并且，d轴电流Id的增加方式是在从第1转速[A]到开始流过电流的附近范围即开始流过电流的期间T21中，朝渐近对象的一次函数直线DL一侧形成弧线ARC且呈曲线状增加。

由此，在产生逆电动势的高速范围中，通过d轴电流能够抑制逆电动势，因此一直到高速范围，都能够稳定地旋转。

并且，使d轴电流渐近从比第1转速[A]低的转速、例如转速0开始的一次函数而增加，与直线地使之增加相比，能够增大规定转速时的转矩，其结果是能够扩大转速可控范围。

并且，在本实施方式中，由d轴电流指令CId指令的d轴电流Id从第1转速[A]到第2转速[B]处于流动状态，在该第2转速[B]以上的转速期间T3中，停止向一次函数直线DL的渐近状态，固定为一定值CV(钳制)。

如此，在第2转速[B]以上时d轴电流Id是固定的，因此能够抑制由d轴电流(无效电流)引起的发热。

另外，开始流过d轴电流的第1转速[A]可以设定为与额定转速不同的转速。

从额定转速开始流过d轴电流时，在未达到额定转速和额定转速以上的状态时丧失N-T特性上的线性关系，因此转矩夹着额定转速发生变化。

对此，通过从与额定转速不同的转速起使d轴电流开始流动，从而至少在使用范围内的额定转速附近能够防止线性关系丧失。

或者，第1转速[A]也可设为达到转矩界限、转矩与转速无关地达到一定时的转速。

这种情况下，因为在达到转矩界限的转速下开始流过d轴电流，所以不会丧失N-T特性上的线性关系。也就是，达到转矩界限的范围已经是非线性关系的范围，所以，在转矩界限范围外能够确保线性关系。

如上述的说明那样，根据本实施方式，在未产生电压饱和的范围中，减少无效电流，从而抑制由无效电流引起的发热，并且，能够增大在希望的转速范围所能得到的最大转矩，扩大转速控制范围，一直到高速范围，也能稳定地进行旋转。

[其他实施方式]

以上，对本发明人完成的本发明的实施方式进行了详细的说明，但是本发明并不限于上述的实施方式，在不超过其主旨的范围内可以进行各种变形。

例如，在上述实施方式中将转速作为d轴电流的控制参数使用，但是本发明并不限于此，使用表示伺服马达旋转状态的旋转速度也能够得到和上述效果相同的效果。

[符号说明]

10 伺服马达控制系统

20 伺服马达

30 电力供给部

31 电压变换部

32 功率放大器

40 电流检出部

50 相位检出部

60 DQ变换部

70 转速检出部(旋转状态检出部)

80 指令生成部

90d d轴控制部

90q q轴控制部

Claims (14)

1.一种伺服马达控制系统，其特征在于，包括：

多相交流伺服马达；

电力供给部，将直流电压的d轴指令电压和q轴指令电压变换为多相的交流电流，将多相的所述交流电流提供给所述伺服马达；

DQ变换部，根据所述伺服马达的旋转相位将所述伺服马达的各相的电流进行dq变换，生成d轴电流和q轴电流；

指令生成部，生成对应于所述伺服马达的旋转状态的d轴电流指令和作为转矩指令的q轴电流指令；

d轴控制部，根据所述d轴电流指令和在所述DQ变换部生成的所述d轴电流生成所述d轴指令电压，并提供给所述电力供给部；及

q轴控制部，根据所述q轴电流指令和在所述DQ变换部生成的所述q轴电流生成所述q轴指令电压，并提供给所述电力供给部，

由所述d轴电流指令所指令的d轴电流

在达到第1旋转状态为止为0，在超过所述第1旋转状态而到第2旋转状态为止以逐渐增加的方式流过，

所述d轴电流的增加方式是以渐近从比所述第1旋转状态低的旋转状态到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加，

从所述第1旋转状态到开始流过电流的附近范围为止，朝渐近对象的一次函数侧形成弧线且呈曲线状地增加，

将所述伺服马达的转速作为旋转状态。

2.如权利要求1所述的伺服马达控制系统，其特征在于，

所述d轴电流在从所述第1旋转状态到所述第2旋转状态以增加的方式流过，在该第2旋转状态以上的旋转状态时固定为一定值。

3.如权利要求2所述的伺服马达控制系统，其特征在于，

所述第1旋转状态是与额定转速不同的转速。

4.如权利要求3所述的伺服马达控制系统，其特征在于，

所述d轴电流的增加方式为以渐近从转速0到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加。

5.如权利要求2所述的伺服马达控制系统，其特征在于，

所述第1旋转状态为达到转矩界限、转矩与转速无关地达到一定时的转速。

6.如权利要求5所述的伺服马达控制系统，其特征在于，

所述d轴电流的增加方式是以渐近从转速0到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加。

7.如权利要求1所述的伺服马达控制系统，其特征在于，

所述d轴电流的增加方式是以渐近从转速0到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加。

8.一种伺服马达控制方法，其特征在于，包括：

指令生成步骤，生成对应于伺服马达的旋转状态的d轴电流指令和作为转矩指令的q轴电流指令；

电力供给步骤，将直流电压的d轴指令电压和q轴指令电压变换为多相的交流电流，并将多相的所述交流电流提供给所述伺服马达；

DQ变换步骤，根据所述伺服马达的旋转相位将提供给所述伺服马达的各相电流进行dq变换，生成d轴电流和q轴电流；

d轴控制步骤，根据所述d轴电流指令和在所述DQ变换步骤生成的所述d轴电流生成所述d轴指令电压，并提供给所述电力供给步骤；及

q轴控制步骤，根据所述q轴电流指令和在所述DQ变换步骤生成的所述q轴电流生成所述q轴指令电压，并提供给所述电力供给步骤，

由所述d轴电流指令所指令的d轴电流

在达到第1旋转状态为止为0，在超过所述第1旋转状态而到第2旋转状态为止以逐渐增加的方式流过，

所述d轴电流的增加方式是以渐近从比所述第1旋转状态低的旋转状态到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加，

从所述第1旋转状态到开始流过电流的附近范围为止，朝渐近对象的一次函数侧形成弧线且呈曲线状地增加，

将所述伺服马达的转速作为旋转状态。

9.如权利要求8所述的伺服马达控制方法，其特征在于，

所述d轴电流在从所述第1旋转状态到所述第2旋转状态以增加的方式流过，在该第2旋转状态以上的旋转状态时固定为一定值。

10.如权利要求9所述的伺服马达控制方法，其特征在于，

所述第1旋转状态是与额定转速不同的转速。

11.如权利要求10所述的伺服马达控制方法，其特征在于，

所述d轴电流的增加方式为以渐近从转速0到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加。

12.如权利要求9所述的伺服马达控制方法，其特征在于，

所述第1旋转状态为达到转矩界限、转矩与转速无关地达到一定时的转速。

13.如权利要求12所述的伺服马达控制方法，其特征在于，

所述d轴电流的增加方式是以渐近从转速0到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加。

14.如权利要求8所述的伺服马达控制方法，其特征在于，

所述d轴电流的增加方式是以渐近从转速0到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加。