CN107872187B - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能以比较简单的结构来适当决定对负载转动惯量等进行推定的推定部的有效及无效的电动机控制装置。电动机控制装置中，决定部决定对负载转动惯量等进行推定的推定部的有效及无效。决定部中，利用对电动机的转速设定的第1阈值(THv)和对电动机的旋转加速度设定的第2阈值(THa)，规定推定部中的负载转动惯量等的推定的推定开通区间(ON)及推定关断区间(OFF)。此处，第1阈值(THv)为固定值。第2阈值(THa)为与电动机的转速对应地变化的值，设定为电动机的转速的一次函数。因此，能适当决定推定部的有效及无效。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及具有推定对电动机施加的负载转动惯量的功能的电动机控制装置。
背景技术
在具备电动机的机床等中，在计算电动机的加减速指令的时间常数、速度控制的增益时，掌握对电动机施加的负载转动惯量等较为重要。此处，提出有设置有推定负载转动惯量等的功能的电动机控制装置。此时，根据电动机的动作状态，因齿槽等的影响而导致负载转动惯量等的推定精度显著下降，因此，提出有在规定条件下设负载转动惯量等的推定无效的结构(参照专利文献1、2、3)。在专利文献1记载的电动机控制装置中，检测旋转加速度的振动，在振动超过阈值的情况下，停止负载转动惯量的推定。在专利文献2记载的电动机控制装置中，在反馈加速度推定值为阈值以下的情况、反馈加速度推定值的振动超过阈值的情况下，停止负载转动惯量的推定。在专利文献3记载的电动机控制装置中，在转速为阈值以下时、或旋转加速度为阈值以下时，停止负载转动惯量的推定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3796261号公报
专利文献2：日本专利特开2009-131022号公报
专利文献3：日本专利特开2006-217729号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1、2所记载的技术中，需要检测旋转加速度或反馈加速度推定值的振动。为了正确检测出上述振动，需要高速采样，因此，存在运算成本增加的问题。
在专利文献3记载的技术中，如图4所示，利用转速v的第1阈值THv及旋转加速度a的第2阈值THa来规定推定开通区间ON及推定关闭区间OFF。此处，第1阈值THv及第2阈值THa固定。因此，存在在因齿槽等的影响导致本次检测出的旋转加速度a的绝对值变大的情况下无法停止推定的问题。
鉴于以上问题，本发明的课题在于提供一种能以比较简单的结构来适当决定对负载转动惯量等进行推定的推定部的有效及无效的电动机控制装置。
解决技术问题的技术方案
为了解决上述问题，本发明所涉及的电动机控制装置的特征在于，具有：速度检测部，该速度检测部检测电动机的转速；速度控制部，该速度控制部基于电动机的转速指令值及所述转速，生成转矩指令值；加速度运算部，该加速度运算部基于由所述速度检测部检测到的所述转速，计算电动机的旋转加速度；推定部，该推定部至少推定电动机的负载转动惯量；以及决定部，该决定部基于对电动机的转速设定的第1阈值与所述速度检测部的所述转速的检测结果的比较结果、及对电动机的旋转加速度设定的第2阈值与所述加速度运算部的所述旋转加速度的运算结果的比较结果，决定所述推定部的有效及无效，所述第2阈值为与电动机的转速对应地变化的值。
本发明中，决定部利用对电动机的转速设定的第1阈值和对电动机的旋转加速度设定的第2阈值，规定推定部中的负载转动惯量等的推定的推定开通区间及推定关断区间。此处，第2阈值为与电动机的转速对应地变化的值。因此，决定部在因齿槽等的影响导致本次检测出的加速度的绝对值变大的情况下，可决定为应停止推定。因此，利用比较简单的结构，即使在因齿槽等的影响而导致旋转加速度的检测值上升的情况下，也可适当决定对负载转动惯量等进行推定的推定部的有效及无效。
本发明中，可采用所述第1阈值固定的方式。
本发明中，可采用所述第2阈值设定为电动机的转速的一次函数的方式。根据上述方式，第2阈值的设定较为容易，在此情况下，也可排除齿槽等的影响。
本发明中，可采用如下方式：所述决定部基于将所述速度检测部的所述转速的检测结果代入所述一次函数而得的电动机的旋转加速度的计算结果与所述加速度运算部的所述旋转加速度的检测结果的比较结果，决定所述推定部的有效及无效。
本发明中，可采用如下方式：所述决定部基于对电动机的转速的各值规定有所述第2阈值的查找表，决定所述推定部的有效及无效。
本发明中，可采用如下方式：所述推定部基于所述转矩指令值、所述转速及所述旋转加速度，推定所述负载转动惯量及粘性摩擦系数，所述转矩指令值经由第1低通滤波器输入到所述推定部，所述转速经由第2低通滤波器输入到所述推定部、所述决定部及所述加速度运算部。根据上述方式，可将因齿槽等引起的噪声从转矩指令值及转速中去除。
发明效果
本发明中，决定部利用对电动机的转速设定的第1阈值和对电动机的旋转加速度设定的第2阈值，规定推定部中的负载转动惯量等的推定的推定开通区间及推定关断区间。此处，第2阈值为与电动机的转速对应地变化的值。因此，决定部在因齿槽等的影响导致本次检测出的加速度的绝对值变大的情况下，可决定为应停止推定。因此，利用比较简单的结构，即使在因齿槽等的影响而导致旋转加速度的检测值上升的情况下，也可适当决定对负载转动惯量等进行推定的推定部的有效及无效。
附图说明
图1是表示应用了本发明的电动机控制装置的一个示例的框图。
图2是图1所示的电动机控制装置中的负载转动惯量的推定的推定开通区间ON及推定关闭区间OFF的说明图。
图3是表示图1所示的电动机控制装置的决定部中的判定电路的一个示例的框图。
图4是现有的电动机控制装置中的负载转动惯量的推定的推定开通区间ON及推定关闭区间OFF的说明图。
具体实施方式
下面参照附图，对应用了本发明的电动机控制装置进行说明。另外，以下的说明中，为了使得与参照图4说明的结构的对应易于理解，对于对应的部分标注相同标号来进行说明。以下的说明中，对于通过检测、运算求出的转速及旋转加速度，根据需要，设为转速v0及旋转加速度a0，与阈值设定等时使用的一般意义下的转速v及旋转加速度a进行区别。
(电动机控制装置的基本结构)
图1是表示应用了本发明的电动机控制装置1的一个示例的框图。如图1所示，电动机控制装置1具有加减法器11、速度控制部12、加减法器13、电流控制部14、由编码器构成的位置·速度检测器15(速度检测部)，位置·速度检测器15检测电动机M的旋转轴的旋转位置、转速，输出转速v0。加减法器11从由位置控制部(未图示)计算出的转速指令值p减去转速v0，求出速度偏差。速度控制部12基于速度偏差，进行PI控制(比例积分控制)等速度环路控制，求出转矩指令值t0(电流指令值)。加减法器13从转矩指令值t0减去由设置于放大器(未图示)的电流检测器(未图示)反馈的电流值i0，求出电流偏差。电流控制部14基于电流偏差进行电流环路控制，经由放大器(未图示)对电动机M进行驱动控制。
电动机控制装置1具有：基于转速v0等，推定对电动机M施加的负载转动惯量、粘性摩擦系数的推定部10；及基于转速v0及旋转加速度a0，决定推定部10的有效及无效的决定部20。电动机控制装置1具有对转速v0进行微分来求出旋转加速度a0的加速度运算部30。
推定部10例如基于转矩指令值t0、转速v0及旋转加速度a0，计算并输出负载转动惯量推定值f1及粘性摩擦推定值f2。此时，为了从输入至推定部10的转矩指令值t0、转速v0及旋转加速度a0中排除齿槽等引起的噪声，转矩指令值t0经由第1低通滤波器41输入到推定部10，转速v0经由第2低通滤波器42输入到推定部10、决定部20及加速度运算部30。
决定部20中决定了推定部10的无效时，可采用停止向推定部10输入转矩指令值t0、转速v0及旋转加速度a0的方式、停止从推定部10输出负载转动惯量推定值f1及粘性摩擦推定值f2的方式等。本方式中，在推定部10的前级设置有开关部50。因此，决定部20在进行使推定部10有效的决定时，将开关部50接通，容许向推定部10输入转矩指令值t0、转速v0及旋转加速度a0。与此相对，决定部20在进行使推定部10无效的决定时，将开关部50关断，阻止向推定部10输入转矩指令值t0、转速v0及旋转加速度a0。
(阈值的结构)
图2是图1所示的电动机控制装置1中的负载转动惯量的推定的推定开通区间ON及推定关闭区间OFF的说明图。如图2所示，决定部20中，利用转速v的第1阈值THv及旋转加速度a的第2阈值THa来规定推定开通区间ON及推定关闭区间OFF。因此，决定部20在位置·速度检测器15检测出的转速v0的绝对值为第1阈值THv以上、且加速度运算部30检测出的旋转加速度a0的绝对值为第2阈值THa以上的推定开通区间ON时，设推定部10有效，容许推定部10中的负载转动惯量推定值f1及粘性摩擦推定值f2的计算及输出。与此相对，决定部20在位置·速度检测器15检测出的转速v0的绝对值小于第1阈值THv、或者加速度运算部30检测出的旋转加速度a0的绝对值小于第2阈值THa的推定关闭区间OFF时，设推定部10无效，停止推定部10中的负载转动惯量推定值f1及粘性摩擦推定值f2的计算及输出。
此处，转速v的第1阈值THv与旋转加速度a的值无关而固定。第1阈值THv例如是50rpm。
与此相对，旋转加速度a的第2阈值THa根据转速v而变化。本方式中，第2阈值THa设定为转速v的一次函数。更具体而言，第2阈值THa为将转速v(图2的横轴)的第1截距vi和旋转加速度a(图2的纵轴)的第2截距ai连结的斜率m的直线，由以下的公式来表示。
m＝-ai/vi
THa＝v×m+ai
第1截距vi例如为300rpm，第2截距ai例如为2000rpm/s。
(决定部20中的判定处理)
图3是表示图1所示的电动机控制装置1的决定部20中的判定电路21的一个示例的框图。如图3所示，在决定部20中构成有判定电路21。判定电路21具有绝对值计算器211、第1比较器212及与门电路213。因此，从第2低通滤波器42输出的转速v0由绝对值计算器211转换成绝对值之后，由第1比较器212与第1阈值THv进行比较，其结果用作为与门电路213的输入。这样，进行本次检测出的转速v0与第1阈值THv的比较，在转速v0为第1阈值THv以上的情况下，向与门电路213的第1端子213a输入高电平(H)的信号。与此相对，在转速v0小于第1阈值THv的情况下，向与门电路213的第1端子213a输入低电平(L)的信号。
判定电路21具有绝对值计算器218、乘法器214、加减法器215、限制器216及第2比较器217。因此，从绝对值计算器211输出的转速v0由乘法器214与斜率m相乘后，由加减法器215与第2截距ai相加。通过上述运算，得到与本次检测出的转速v0对应的第2阈值THa。但是，第2阈值THa由限制器216限制为0以上的值。然后，利用第2比较器217，将本次检测出的旋转加速度a0与第2阈值THa进行比较。此时，从加速度运算部30输出的旋转加速度a0由绝对值计算器218转换成绝对值。然后，第2比较器217中的比较结果用作为与门电路213的输入。这样，进行将本次检测出的转速v0代入到规定第2阈值THa的一次函数而得的旋转加速度a的计算结果(第2阈值THa)与加速度运算部30的旋转加速度a0的计算结果的比较。然后，在旋转加速度a0为第2阈值Tha以上的情况下，向与门电路213的第2端子213b输入高电平(H)的信号。与此相对，在旋转加速度a0小于第2阈值THa的情况下，向与门电路213的第2端子213b输入低电平(L)的信号。
其结果，在与门电路213中，若输入到第1端子213a及第2端子213b双方的信号的电平为高电平(H)，则从与门电路213输出高电平(H)的信号(真假值的“真”的信号)，因此，决定部20将推定部10决定为有效(接通)。与此相对，在与门电路213中，若输入到第1端子213a及第2端子213b中的至少一方的端子的信号的电平为低电平(L)，则从与门电路213输出低电平(L)的信号(真假值的“假”的信号)，因此，决定部20将推定部10决定为无效(关断)。
(本方式的主要效果)
如以上说明，本方式的电动机控制装置1中，决定部20利用对电动机M的转速(转速v0)设定的第1阈值THv和对电动机M的旋转加速度(旋转加速度a0)设定的第2阈值THa，规定推定部10中的负载转动惯量等的推定的推定开通区间ON及推定关闭区间OFF。此处，第2阈值THa为与电动机M的转速对应地变化的值。因此，决定部20在因齿槽等的影响导致本次检测出的加速度的绝对值变大的情况下，可决定为应停止推定。因此，利用比较简单的结构，即使在因齿槽等的影响而导致旋转加速度的检测值上升的情况下，也可适当决定对负载转动惯量等进行推定的推定部10的有效及无效。
第2阈值THa设定为电动机的转速的一次函数，因此，容易进行第2阈值THa的设定。即使在此情况下，也可排除齿槽等的影响。推定部10基于转矩指令值t0、转速及旋转加速度，推定负载转动惯量及粘性摩擦系数。与上述结构对应，转矩指令值t0经由第1低通滤波器41输入到推定部10，转速经由第2低通滤波器42输入到推定部10、决定部20及加速度运算部30。因此，可将因齿槽等引起的噪声从转矩指令值t0、转速及旋转加速度中去除。
(其他实施方式)
在上述实施方式中，利用参照图3说明的判定电路21来构成了决定部20，但也可对决定部20采用基于对电动机的转速的各值规定了第2阈值Tha的查找表来决定推定部10的有效及无效的方式。
标号说明
1…电动机控制装置、10…推定部、12…速度控制部、14…电流控制部、15…位置·速度检测器(速度检测部)、20…决定部、21…判定电路、30…加速度运算部、41…第1低通滤波器、42…第2低通滤波器、50…开关部、212…第1比较器、213…与门电路、217…第2比较器、a、a0…旋转加速度、f1…负载转动惯量推定值、f2…粘性摩擦推定值、i0…电流值、M…电动机、ON…推定开通区间、OFF…推定关闭区间、p…转速指令值、THv…第1阈值、THa…第2阈值、t0…转矩指令值、v、v0…转速、ai…第2截距、vi…第1截距

Claims (7)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，具有：
速度检测部，该速度检测部检测电动机的转速；
速度控制部，该速度控制部基于电动机的转速指令值及所述转速，生成转矩指令值；
加速度运算部，该加速度运算部基于由所述速度检测部检测到的所述转速，计算电动机的旋转加速度；
推定部，该推定部至少推定电动机的负载转动惯量；以及
决定部，该决定部基于对电动机的转速设定的第1阈值与所述速度检测部的所述转速的检测结果的比较结果、及对电动机的旋转加速度设定的第2阈值与所述加速度运算部的所述旋转加速度的运算结果的比较结果，决定所述推定部的有效及无效，
所述第2阈值为与电动机的转速对应地变化的值。
2.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述第1阈值是固定的。
3.如权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述第2阈值设定为电动机的转速的一次函数。
4.如权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述第2阈值设定为电动机的转速的一次函数。
5.如权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述决定部基于将所述速度检测部的所述转速的检测结果代入所述一次函数而得的电动机的旋转加速度的计算结果与所述加速度运算部的所述旋转加速度的运算结果的比较结果，决定所述推定部的有效及无效。
6.如权利要求1至4中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述决定部基于对电动机的转速的各值规定有所述第2阈值的查找表，决定所述推定部的有效及无效。
7.如权利要求1至5中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述推定部基于所述转矩指令值、所述转速及所述旋转加速度，推定所述负载转动惯量及粘性摩擦系数，
所述转矩指令值经由第1低通滤波器输入到所述推定部，
所述转速经由第2低通滤波器输入到所述推定部、所述决定部及所述加速度运算部。
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