CN105210286A - 电动机控制装置及电动机控制方法 - Google Patents

电动机控制装置及电动机控制方法 Download PDF

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Abstract

电动机控制电路基于输入电压和控制参数，对电动机的动作进行控制。电压异常检测部通过对输入电压和容许电压范围进行比较，从而对输入电压的异常进行检测。存储器存储与多个基准电压相关联的多个容许电压范围候补、以及与多个基准电压相关联的多个控制参数候补。基准电压获取部对基准电压信息进行获取，该基准电压信息对多个基准电压中的1个基准电压进行指定。选择器基于基准电压信息，将多个容许电压范围候补中的与1个基准电压相对应的容许电压范围候补作为容许电压范围而进行选择，另外，将多个控制参数候补中的与1个基准电压相对应的控制参数候补作为控制参数而进行选择。

Description

电动机控制装置及电动机控制方法
技术领域
本发明涉及一种电动机控制装置及电动机控制方法。
背景技术
已知进行伺服电动机的动作控制的伺服放大器等电动机控制装置。在上述电动机控制装置中，作为对控制所需的电流环路等的增益进行设定的方法，已知下述方法。
专利文献1公开了下述伺服电动机控制装置，即，将针对伺服电动机的驱动电路的指令信号与反馈信号进行比较，从而对伺服增益进行控制。该伺服电动机控制装置具有运算单元、检测单元、和参数设定单元。运算单元逐次地对伺服增益进行运算，决定针对驱动电路的操作指令。检测单元对伺服电动机的电源电压进行检测。参数设定单元与检测到的电源电压相应地，决定操作指令的控制参数的权重。
在专利文献1记载的技术的情况下，需要始终对电源电压进行检测，逐次地对伺服增益及操作指令的控制参数进行运算。其结果，电动机控制变得复杂，因此不优选。
专利文献2公开了一种电动机控制装置。该电动机控制装置具有变换单元、逆变器主电路、设定单元、以及补偿单元。变换单元将交流电压变换为直流电压。该直流电压向逆变器主电路输入。逆变器主电路的输出与电动机连接。设定单元对使用环境的电源电压值或相当值进行设定。补偿单元基于设定单元所设定的设定值，对电动机的控制增益进行变更。
专利文献1：日本特开昭63－107486号公报
专利文献2：日本特开平5－137367号公报
发明内容
在专利文献2记载的技术的情况下，由于不希望出现的电源电压的变动，电动机控制可能变得不稳定。例如，在电源电压降低的情况下，可能发生扭矩不足、或频率响应的降低引起的控制系统的延迟等。另外，在电源电压上升的情况下，电流控制变得不稳定，可能发生杂音或振动。
本发明的一个目的在于，提供一种技术，该技术能够实现针对多个种类的电源电压的、稳定的电动机控制。
本发明的一个技术方案提供一种电动机控制装置。该电动机控制装置具有电动机控制电路、电压异常检测部、存储器、基准电压获取部、以及选择器。电动机控制电路基于输入电压和控制参数，对电动机的动作进行控制。电压异常检测部通过对输入电压和容许电压范围进行比较，从而对输入电压的异常进行检测。存储器存储与多个基准电压相关联的多个容许电压范围候补、以及与多个基准电压相关联的多个控制参数候补。基准电压获取部对基准电压信息进行获取，该基准电压信息对多个基准电压中的1个基准电压进行指定。选择器基于基准电压信息，将多个容许电压范围候补中的与1个基准电压相对应的容许电压范围候补作为容许电压范围而进行选择，另外，将多个控制参数候补中的与1个基准电压相对应的控制参数候补作为控制参数而进行选择。
本发明的其他技术方案提供一种电动机控制方法。该电动机控制方法包含以下步骤：基于输入电压和控制参数而对电动机的动作进行控制；以及通过对输入电压和容许电压范围进行比较，从而对输入电压的异常进行检测。与多个基准电压相关联的多个容许电压范围候补、以及与多个基准电压相关联的多个控制参数候补存储在存储器中。电动机控制方法还包含以下步骤：对基准电压信息进行获取，该基准电压信息对多个基准电压中的1个基准电压进行指定；以及基于基准电压信息，将多个容许电压范围候补中的与1个基准电压相对应的容许电压范围候补作为容许电压范围而进行选择，另外，将多个控制参数候补中的与1个基准电压相对应的控制参数候补作为控制参数而进行选择。
发明的效果
根据本发明，能够实现针对多个种类的电源电压的、稳定的电动机控制。
附图说明
图1是表示包含本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置在内的系统结构例的框图。
图2是用于说明容许电压范围(电压异常电平)的概念图。
图3是表示基准电压、容许电压范围、控制参数之间的对应关系的概念图。
图4是表示包含本发明的实施方式2所涉及的电动机控制装置在内的系统结构例的框图。
图5是表示包含本发明的实施方式3所涉及的电动机控制装置在内的系统结构例的框图。
图6是表示本发明的实施方式3所涉及的系统结构例的框图。
图7是表示包含本发明的实施方式4所涉及的电动机控制装置在内的系统结构例的框图。
具体实施方式
参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
实施方式1
图1是表示包含本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置1在内的系统结构例的框图。电动机控制装置1进行电动机2的动作控制。例如，电动机2是伺服电动机，电动机控制装置1是伺服放大器。
在图1所示的例子中，电动机控制装置1连接于电动机2和交流电源3之间。另外，电动机控制装置1与上位控制器100连接。上位控制器100具有指令运算部110，该指令运算部110对位置指令及速度指令等指令进行计算。电动机控制装置1从上位控制器100接收指令，按照该指令进行电动机2的动作控制。在典型情况下，由安装于电动机2处的编码器等位置检测器4检测到的位置信息被反馈至电动机控制装置1，基于该位置信息和指令而进行反馈控制。
更详细地说，电动机控制装置1具有整流器10、平滑电容器20、电动机控制电路30、电压检测器40、电压异常检测部50、存储器60、基准电压获取部70、以及选择器80。
从交流电源3供给的交流电压向整流器10输入。整流器10的输出与P侧电力线和N侧电力线连接，平滑电容器20连接于这些P侧电力线和N侧电力线之间。通过这些整流器10和平滑电容器20，交流电压变换为直流电压。得到的直流电压向电动机控制电路30输入。向电动机控制电路30输入的直流电压在下面称为“输入电压VI”。
电动机控制电路30与电动机2连接，基于输入电压VI，对电动机2的动作进行控制。在典型情况下，电动机控制电路30包含通过PWM控制而将输入电压VI变换为三相交流电压的逆变器，通过将该三相交流电压向电动机2供给，从而进行电动机2的动作控制。在该动作控制中，电动机控制电路30接收从上位控制器100(指令运算部110)输出的位置指令及速度指令等指令，另外，接收从位置检测器4反馈的与电动机2相关的位置信息。然后，电动机控制电路30基于这些指令和位置信息，进行反馈控制。
在这里，作为电动机控制电路30中的电动机2的动作控制所需的参数，能够举出控制环路(电流环路、速度环路)的控制增益(积分增益、比例增益)。作为其他参数，能够举出电动机2的最大电流及最大速度。上述参数在下面称为“控制参数CP”。即，控制参数CP包含电动机控制电路30中的控制环路的控制增益、电动机2的最大电流、电动机2的最大速度中的至少一个。可以说，电动机控制电路30进行的电动机2的动作控制还基于该控制参数CP。如后所述，根据本实施方式，能够对该控制参数CP进行切换。
电压检测器40设置于平滑电容器20和电动机控制电路30之间，对向电动机控制电路30输入的输入电压VI进行检测。
在这里，希望注意到输入电压VI不一定恒定，可能出现并不希望的变动。规格上预定的输入电压VI的值在下面称为“基准电压VR”。即，输入电压VI不一定与基准电压VR一致。但是，输入电压VI相对于基准电压VR的变动使电动机2的动作控制不稳定。例如，在输入电压VI与基准电压VR相比大幅减小的情况下，可能发生扭矩不足、或频率响应的降低引起的控制系统的延迟等。另外，在输入电压VI与基准电压VR相比大幅增加的情况下，电流控制变得不稳定，可能发生杂音或振动。
因此，根据本实施方式，为了对输入电压VI的异常进行检测而设置电压异常检测部50。电压异常检测部50对由电压检测器40检测的输入电压VI进行监视，对输入电压VI的异常进行检测。为了对上述输入电压VI的异常进行检测，在本实施方式中，引入“容许电压范围RG(电压异常电平)”的概念。
参照图2，对容许电压范围RG(电压异常电平)进行说明。容许电压范围RG是针对某个基准电压VR，从控制稳定性的角度出发而能够容许的输入电压VI的范围，规定为包含该基准电压VR在内的一定的范围。更详细地说，如图2所示，容许电压范围RG规定为比基准电压VR高的上限值VU和比基准电压VR低的下限值VL之间的范围。也可以说容许电压范围RG的上限值VU和下限值VL是电压异常电平。
电压异常检测部50通过对输入电压VI和容许电压范围RG(即上限值VU、下限值VL)进行比较，对输入电压VI的异常进行检测。在输入电压VI脱离了容许电压范围RG的情况下，即，在输入电压VI超过上限值VU的情况下，或者，在低于下限值VL的情况下，电压异常检测部50判定为输入电压VI异常。在检测到输入电压VI的异常的情况下，电压异常检测部50将警报信号向电动机控制电路30输出。
接收到了警报信号的电动机控制电路30例如将电动机2的动作控制停止。由此，防止电动机控制电路30及电动机2的破损。或者，也可以在警报信号表示“输入电压VI低于下限值VL”的情况下，电动机控制电路30实施再生动作。由此，平滑电容器20的电压、即输入电压VI上升，可以期待电动机2的动作控制稳定化。
另外，本实施方式所涉及的电动机控制装置1构成为能够应对多个种类的电源电压。具体地说，电动机控制装置1搭载有下述功能，即，与电源电压(基准电压VR)相应地，将上述控制参数CP及容许电压范围RG自动地切换为适当的值。由此，能够相对于多个种类的电源电压，进行稳定的电动机控制。下面，对与控制参数CP及容许电压范围RG的切换有关的结构进行说明。
如图3所示，在本实施方式中，假设多个种类的基准电压VR(例如100V、200V、400V…)。这些多个基准电压VR在下面称为基准电压VR1～VRn。此外，n是大于或等于2的整数。然后，针对多个基准电压VR1～VRn各自，预先准备适当的容许电压范围RG及控制参数CP。
针对多个基准电压VR1～VRn各自而准备的容许电压范围RG在下面称为容许电压范围候补RG1～RGn。即，多个基准电压VR1～VRn和多个容许电压范围候补RG1～RGn彼此相关联。各容许电压范围候补RGi(i＝1～n)是针对相对应的基准电压VRi，如图2所示地适当地进行设计的。
同样地，针对多个基准电压VR1～VRn各自而准备的控制参数CP在下面称为控制参数候补CP1～CPn。即，多个基准电压VR1～VRn和多个控制参数候补CP1～CPn彼此相关联。各控制参数候补CPi(i＝1～n)针对与对应的基准电压VRi相对应的容许电压范围候补RGi被最优化。即，各控制参数候补CPi(i＝1～n)设定为，在容许电压范围候补RGi内实现最优的电动机控制。也可以说，多个控制参数候补CP1～CPn和多个容许电压范围候补RG1～RGn彼此相关联。
再次参照图1，存储器60存储上述多个容许电压范围候补RG1～RGn及多个控制参数候补CP1～CPn。此外，存储(储存)在存储器60中的多个容许电压范围候补RG1～RGn及多个控制参数候补CP1～CPn也可以是能够改写的。
基准电压获取部70获取对多个基准电压VR1～VRn中的1个基准电压VRs进行指定的基准电压信息SEL。作为基准电压信息SEL的获取方法，如在后边的实施方式中例示的，能够想到各种方法。
选择器80从基准电压获取部70接收基准电压信息SEL。然后，基于接收到的基准电压信息SEL，选择器80对在电动机2的动作控制中使用的容许电压范围RG及控制参数CP自动地进行选择(切换)。可以说，基准电压信息SEL是用于对容许电压范围RG及控制参数CP进行选择的选择信号。
更详细地说，选择器80从存储在存储器60中的多个容许电压范围候补RG1～RGn中，对与由基准电压信息SEL所指定的1个基准电压VRs相对应的1个容许电压范围候补RGs进行选择，将选择出的容许电压范围候补RGs作为容许电压范围RG而向电压异常检测部50输出。电压异常检测部50使用由选择器80选择出的容许电压范围RG，进行输入电压VI的异常检测。
另外，选择器80从存储在存储器60中的多个控制参数候补CP1～CPn中，对与由基准电压信息SEL所指定的1个基准电压VRs相对应的1个控制参数候补CPs进行选择，将选择出的控制参数候补CPs作为控制参数CP而向电动机控制电路30输出。电动机控制电路30使用由选择器80选择出的控制参数CP，进行电动机2的动作控制。
如以上说明所述，根据本实施方式，电压异常检测部50对向电动机控制电路30输入的输入电压VI的异常进行检测。具体地说，针对基准电压VR而设定出容许电压范围RG，进行输入电压VI是否处于该容许电压范围RG以内的判定。如果输入电压VI处于容许电压范围RG以内，则能够进行电动机2的稳定的动作控制。另一方面，在输入电压VI脱离了容许电压范围RG的情况下，通过实施适当的处理，能够避免扭矩不足、杂音、振动。
另外，根据本实施方式，针对多个种类的基准电压VR1～VRn各自而准备适当的容许电压范围候补RG1～RGn。并且，选择器80对与所指定的基准电压VRs相对应的容许电压范围候补RGs自动地进行选择，将选择出的容许电压范围候补RGs作为容许电压范围RG而向电压异常检测部50输出。由此，能够相对于多个种类的电源电压(基准电压VR1～VRn)，进行稳定的电动机控制。
并且，根据本实施方式，针对多个种类的基准电压VR1～VRn各自，还准备适当的控制参数候补CP1～CPn。并且，选择器80对与所指定的基准电压VRs相对应的控制参数候补CPs自动地进行选择，将选择出的控制参数候补CPs作为控制参数CP而向电动机控制电路30输出。由此，能够相对于多个种类的电源电压(基准电压VR1～VRn)，实现最优的电动机控制。另外，由于不需要与输入电压VI的变动相应地逐次地对控制参数CP进行运算，因此运算负担减轻。
可以说，本实施方式所涉及的电动机控制装置1与电源电压(基准电压VR)相应地，自动地将控制参数CP及容许电压范围RG切换为适当的值。不需要针对每个不同的电源电压而准备不同的电动机控制装置，从成本的角度出发是优选的。
实施方式2
图4是表示包含本发明的实施方式2所涉及的电动机控制装置1在内的系统结构例的框图。适当省略与上述实施方式1重复的说明。
在本实施方式中，在电动机控制装置1的电源接通时，基准电压获取部70接收由电压检测器40检测的输入电压VI。然后，基准电压获取部70对与电源接通时的输入电压VI相应的1个基准电压VRs自动地进行判定(计算)。以上述方式，基准电压获取部70能够自动地获取到适当的基准电压信息SEL。
实施方式3
图5是表示包含本发明的实施方式3所涉及的电动机控制装置1在内的系统结构例的框图。适当省略与上述实施方式1重复的说明。
在本实施方式中，上位控制器100的基准电压确定部120对1个基准电压VRs进行确定。然后，基准电压确定部120将对该基准电压VRs进行指定的基准电压信息SEL向电动机控制装置1进行输出(通知)。电动机控制装置1的基准电压获取部70从上位控制器100接收基准电压信息SEL。作为从上位控制器100向基准电压获取部70的基准电压信息SEL的发送定时，可以想到电动机控制装置1和上位控制器100最先连接的时刻。
根据本实施方式，能够针对多个电动机控制装置1，将基准电压信息SEL集中进行设定。例如，在图6所示的例子中，电动机控制装置1－1、1－2、1－3分别进行电动机2－1、2－2、2－3的动作控制。在该情况下，与电动机控制装置1－1、1－2、1－3共同连接的上位控制器100针对电动机控制装置1－1、1－2、1－3，将基准电压信息SEL集中进行发送。由此，能够将多个轴集中进行管理。
作为变形例，还考虑将存储器60、基准电压获取部70及选择器80的功能搭载于上位控制器100处。在该情况下，上位控制器100对与1个基准电压VRs相应的、适当的控制参数CP及容许电压范围RG进行选择，将选择出的控制参数CP及容许电压范围RG向电动机控制装置1进行通知。
实施方式4
图7是表示包含本发明的实施方式4所涉及的电动机控制装置1在内的系统结构例的框图。适当省略与上述实施方式1重复的说明。
在本实施方式中，基准电压获取部70包含切换开关71。切换开关71是为了对基准电压VRs进行切换而由用户操作的硬件开关。用户通过对切换开关71进行操作，从而能够从多个基准电压VR1～VRn中对1个基准电压VRs进行指定。在该情况下，基准电压获取部70按照切换开关71的指定，从多个基准电压VR1～VRn中对1个基准电压VRs进行选择，生成基准电压信息SEL。
以上，参照附图，对本发明的实施方式进行了说明。但是，本发明不限定于上述实施方式，在不脱离主旨的范围内，能够由本领域技术人员进行适当的变更。
标号的说明
1电动机控制装置，2电动机，3交流电源，4位置检测器，10整流器，20平滑电容器，30电动机控制电路，40电压检测器，50电压异常检测部，60存储器，70基准电压获取部，71切换开关，80选择器，100上位控制器，110指令运算部，120基准电压确定部，CP控制参数，CP1～CPn控制参数候补，RG容许电压范围，RG1～RGn容许电压范围候补，SEL基准电压信息(选择信号)，VI输入电压，VL下限值，VR基准电压，VR1～VRn基准电压，VU上限值。

Claims (9)

1.一种电动机控制装置，其具有：
电动机控制电路，其基于输入电压和控制参数，对电动机的动作进行控制；
电压异常检测部，其通过对所述输入电压和容许电压范围进行比较，从而对所述输入电压的异常进行检测；
存储器，其存储与多个基准电压相关联的多个容许电压范围候补、以及与所述多个基准电压相关联的多个控制参数候补；
基准电压获取部，其对基准电压信息进行获取，该基准电压信息对所述多个基准电压中的1个基准电压进行指定；以及
选择器，其基于所述基准电压信息，将所述多个容许电压范围候补中的与所述1个基准电压相对应的容许电压范围候补作为所述容许电压范围而进行选择，另外，将所述多个控制参数候补中的与所述1个基准电压相对应的控制参数候补作为所述控制参数而进行选择。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其中，
所述基准电压获取部通过与电源接通时的所述输入电压相应地对所述1个基准电压进行计算，从而生成所述基准电压信息。
3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其中，
所述基准电压获取部从上位控制器接收所述基准电压信息。
4.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其中，
所述基准电压获取部包含由用户操作的切换开关，通过按照所述切换开关的指定，从所述多个基准电压中对所述1个基准电压进行选择，从而生成所述基准电压信息。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电动机控制装置，其中，
所述容许电压范围由表示所述容许电压范围的上限值和下限值的电压异常电平规定，
在所述输入电压超过所述上限值的情况下，或者，在低于所述下限值的情况下，所述电压异常检测部判定为所述输入电压异常。
6.根据权利要求5所述的电动机控制装置，其中，
在所述输入电压超过所述上限值的情况下，所述电动机控制电路将所述电动机的动作的控制停止。
7.根据权利要求5所述的电动机控制装置，其中，
在所述输入电压低于所述下限值的情况下，所述电动机控制电路将所述电动机的动作的控制停止，或者，实施再生动作。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电动机控制装置，其中，
所述控制参数包含所述电动机控制电路中的控制环路的控制增益、所述电动机的最大电流、所述电动机的最大速度中的至少一个。
9.一种电动机控制方法，其包含以下步骤：
基于输入电压和控制参数而对电动机的动作进行控制；
通过对所述输入电压和容许电压范围进行比较从而对所述输入电压的异常进行检测；
对基准电压信息进行获取，其中，与多个基准电压相关联的多个容许电压范围候补、以及与所述多个基准电压相关联的多个控制参数候补存储在存储器中，该基准电压信息对所述多个基准电压中的1个基准电压进行指定；以及
基于所述基准电压信息，将所述多个容许电压范围候补中的与所述1个基准电压相对应的容许电压范围候补作为所述容许电压范围而进行选择，另外，将所述多个控制参数候补中的与所述1个基准电压相对应的控制参数候补作为所述控制参数而进行选择。
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