CN108123652A - 电机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

一种电机驱动装置，包括：逆变器控制单元，其被配置成使用用于设置电机的驱动的控制命令值和包括供应至电机的驱动电力的电流值的反馈值来生成用于对电机进行反馈控制的控制信号并且输出控制信号；逆变器，其被配置成根据从逆变器控制单元输出的控制信号向电机供应驱动电力；以及异常检测单元，其被配置成检测逆变器的异常。当供应至电机的驱动电力的三相AC电压值之和大于预定电压值并且反馈值与供应至逆变器控制单元的控制命令值之间的差小于预定值时，异常检测单元确定逆变器是异常的。

Description

电机驱动装置
技术领域
本发明涉及电机驱动装置。
背景技术
通常，使用由逆变器生成的三相交流(AC)驱动电力来驱动用三相交流电驱动的电机。在日本未审查专利申请公开第9-182447号(JP 9-182447 A)中公开了检测逆变器的异常的异常检测电路的技术。JP 9-182447 A中公开的异常检测电路使用从逆变器输出的三相AC电压值之和理论上为零的特点来检测逆变器的异常。具体地，当从逆变器输出的三相AC电压值之和大于预定值时，确定逆变器是异常的。
发明内容
如上所述，JP 9-182447 A中公开的异常检测电路在从逆变器输出的三相AC电压值之和大于预定值时确定逆变器是异常的。当以这种方式使用三相AC电压值检测逆变器的异常时，存在能够简化异常检测电路的配置的优点。
然而，当由逆变器驱动电机时，三相AC电压值之和取决于电机的驱动状态而变化。也就是说，三相AC电压值之和理论上是恒定的，但是当使用逆变器驱动电机时，三相AC电压值之和取决于电机的驱动状态而变化，因此，即使当逆变器实际上不是异常的时候，逆变器也可能被错误地检测成是异常的。因此，存在将不能以高精度检测逆变器的异常的可能性。
本发明提供了一种能够以高精度检测逆变器的异常的电机驱动装置。
根据本发明的一方面，提供了一种电机驱动装置，其驱动用三相交流电驱动的电机，所述电机驱动装置包括：逆变器控制单元，其被配置成使用用于设置电机的驱动的控制命令值和包括以下各项中的至少一项的反馈值来生成用于对电机进行反馈控制的控制信号并且输出控制信号：供应至电机的驱动电力的电流值、电机的转速以及电机的扭矩值；逆变器，其被配置成根据从逆变器控制单元输出的控制信号向电机供应驱动电力；以及异常检测单元，其被配置成检测逆变器的异常。异常检测单元被配置成当供应至电机的驱动电力的三相AC电压值之和大于预定电压值并且反馈值与供应至逆变器控制单元的控制命令值之间的差小于预定值时确定逆变器是异常的。
在根据本发明的电机驱动装置中，除了驱动电力的三相AC电压值之和之外，还使用控制命令值与反馈值之间的差来确定逆变器是否异常。也就是说，当使用逆变器驱动电机时，存在以下特点：在控制命令值与反馈值之间的差增加时(换言之，电机的控制值的变化增加时)三相AC电压之和增加。在本发明中，关注该特点，当驱动电力的三相AC电压值之和较大并且控制命令值与反馈值之间的差较大时，确定逆变器不是异常的。因此，可以防止逆变器的异常的错误检测，并且可以准确地检测逆变器的异常。
根据本发明，可以提供一种能够以高精度检测逆变器的异常的电机驱动装置。
附图说明
下面将参照附图来描述本发明的示例性实施例的特征、优点、技术意义和工业意义，其中，相似的附图标记表示相似的要素，在附图中：
图1是示出根据第一实施例的电机驱动装置的框图；
图2是示出根据第一实施例的电机驱动装置中的逆变器的结构的示例的图；
图3是示出根据第一实施例的电机驱动装置的异常检测操作的流程图；
图4是示出根据第一实施例的电机驱动装置的仿真结果的图；
图5是示出根据第二实施例的电机驱动装置的框图；
图6是示出根据第二实施例的电机驱动装置的异常检测操作的流程图；
图7是示出根据第三实施例的电机驱动装置的框图；以及
图8是示出根据第三实施例的电机驱动装置的异常检测操作的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来描述本发明的实施例。根据本发明的电机驱动装置在驱动电机时使用包括以下各项中的至少一项的反馈值来对电机进行反馈控制：供应至电机的驱动电力的电流值、电机的转速和电机的扭矩值。
在根据下面将描述的第一实施例的电机驱动装置1(参见图1至图4)中，将描述用于使用供应至电机的驱动电力的电流值Id和Iq对电机进行反馈控制的配置。在根据下面将描述的第二实施例的电机驱动装置2(参见图5和图6)中，将描述用于使用电机的转速Vel对电机进行反馈控制的配置。在根据下面将描述的第三实施例的电机驱动装置3(参见图7和图8)中，将描述用于使用电机的扭矩值Trq对电机进行反馈控制的配置。
<第一实施例>图1是示出根据第一实施例的电机驱动装置1的框图。根据该实施例的电机驱动装置1是使用矢量控制来驱动用三相交流电(U相、V相和W相)驱动的电机100的装置。
如图1所示，电机驱动装置1包括逆变器11、电流传感器12、AD变换器13、三相至两相变换单元14、坐标变换单元15、减法器21和减法器22、PI控制单元23、坐标变换单元24、两相至三相变换单元25、脉宽调制(PWM)计算单元26、角度传感器30、滤波器31、AD变换器32以及异常检测单元35。
此处，三相至两相变换单元14、坐标变换单元15、减法器21和22、PI控制单元23、坐标变换单元24、两相至三相变换单元25以及PWM计算单元26构成逆变器控制单元10。逆变器控制单元10生成用于对电机100进行反馈控制的控制信号，并且使用该控制信号来控制逆变器11。
逆变器控制单元10可以由例如微型计算机构成。在具体示例中，逆变器控制单元10至少包括处理器和存储器，并且处理器通过读取并执行存储在存储器中的软件(计算机程序)来控制逆变器11。
逆变器11向电机100供应三相AC驱动电力U、V和W。图2是示出逆变器11的构造的示例的图。如图2所示，逆变器11包括功率晶体管QUH、QUL、QVH、QVL、QWH和QWL以及二极管D11、D12、D21、D22、D31和D32。
功率晶体管QUH具有其集电极连接至电源Vbat并且其发射极连接至节点N1的配置，并且功率晶体管QUH构成U相上臂。功率晶体管QUL具有其集电极连接至节点N1并且其发射极连接至地电位(0V)的配置，并且功率晶体管QUL构成U相下臂。功率晶体管QVH具有其集电极连接至电源Vbat并且其发射极连接至节点N2的配置，并且功率晶体管QVH构成V相上臂。功率晶体管QVL具有其集电极连接至节点N2并且其发射极连接至地电位(0V)的配置，并且功率晶体管QVL构成V相下臂。功率晶体管QWH具有其集电极连接至电源Vbat并且其发射极连接至节点N3的配置，并且功率晶体管QWH构成W相上臂。功率晶体管QWL具有其集电极连接至节点N3并且其发射极连接至地电位(0V)的配置，并且功率晶体管QWL构成W相下臂。
二极管D11与功率晶体管QUH反并联连接。二极管D12与功率晶体管QUL反并联连接。二极管D21与功率晶体管QVH反并联连接。二极管D22与功率晶体管QVL反并联连接。二极管D31与功率晶体管QWH反并联连接。二极管D32与功率晶体管QWL反并联连接。
逆变器11包括栅极驱动器37。栅极驱动器37将从逆变器控制单元10的PWM计算单元26(参见图1)输出的控制信号u、v、w、x、y和z放大到可以驱动功率晶体管的水平。由栅极驱动器37放大的控制信号u'、v'、w'、x'、y'和z'被供应至功率晶体管QUH、QUL、QVH、QVL、QWH和QWL的栅极。
因此，根据由逆变器控制单元10生成的控制信号u、v、w、x、y和z来切换功率晶体管QUH、QUL、QVH、QVL、QWH和QWL，由此从逆变器11向电机100供应用于驱动电机100的三相AC驱动电力U、V和W。
图1所示的电流传感器12检测供应至电机100的驱动电力U、V和W的电流值Iu、Iv和Iw。由电流传感器12检测到的电流值Iu、Iv和Iw被AD变换器13变换成数字信号，然后被供应至三相至两相变换单元14。
三相至两相变换单元14对由AD变换器13变换成数字信号的三相AC电流值Iu、Iv和Iw执行克拉克(Clarke)变换，以将三相AC电流值Iu、Iv和Iw变换成两相电流值Iα和Iβ。变换成两相之后的两个电流值Iα和Iβ的轴彼此垂直。由三相至两相变换单元14变换的两相电流值Iα和Iβ被供应至坐标变换单元15。
坐标变换单元15对从三相至两相变换单元14供应的两相电流值Iα和Iβ执行帕克(Park)变换，以将固定坐标系中的两相电流值Iα和Iβ变换成旋转坐标系中的两相电流值Id和Iq。此时，坐标变换单元15从角度传感器30获取关于电机100的转子的旋转角θ的信息，并且使用该旋转角θ来变换坐标。旋转坐标系中的电流值Id是磁化电流的检测电流值，并且旋转坐标系中的电流值Iq是扭矩电流的检测电流值。坐标变换之后的两相电流值Id和Iq被分别供应至减法器21和减法器22。
减法器21计算控制命令值Id_ref与从坐标变换单元15供应的电流值Id之间的差ΔId(＝Id_ref-Id)，并且将差ΔId供应至PI控制单元23和异常检测单元35。减法器22计算控制命令值Iq_ref与从坐标变换单元15供应的电流值Iq之间的差ΔIq(＝Iq_ref-Iq)，并且将差ΔIq供应至PI控制单元23和异常检测单元35。
PI控制单元23生成控制电压值Vd和Vq，使得从减法器21和减法器22供应的差ΔId和ΔIq为零，并且将所生成的控制电压值Vd和Vq供应至坐标变换单元24。此时，PI控制单元23使用P控制(比例控制)和I控制(积分控制)来生成控制电压值Vd和Vq。
坐标变换单元24对从PI控制单元23供应的控制电压值Vd和Vq执行逆Park变换，以将旋转坐标系中的控制电压值Vd和Vq变换成固定坐标系中的控制电压值Vα和Vβ。此时，坐标变换单元24从角度传感器30获取关于电机100的转子的旋转角θ的信息，并且使用该旋转角θ来变换坐标。坐标变换之后的控制电压值Vα和Vβ被供应至两相至三相变换单元25。
两相至三相变换单元25对从坐标变换单元24供应的两相控制电压值Vα和Vβ执行逆Clarke变换，以将两相控制电压值Vα和Vβ变换成三相控制电压值Vu*、Vv*和Vw*。此处，三相控制电压值Vu*、Vv*和Vw*是与供应至电机100的驱动电力U、V、W对应的值。三相控制电压值Vu*、Vv*、Vw*具有相同的幅度并且具有彼此相差120°的相位。由两相至三相变换单元25变换的三相控制电压值Vu*、Vv*和Vw*被供应至PWM计算单元26。
PWM计算单元26基于从两相至三相变换单元25供应的三相控制电压值Vu*、Vv*和Vw*来生成用于控制逆变器11的脉冲形控制信号u、v、w、x、y和z。逆变器11基于从PWM计算单元26供应的控制信号u、v、w、x、y和z来生成驱动电力U、V和W，并且将所生成的驱动电力供应至电机100。
也就是说，由PWM计算单元26生成的控制信号u、v、w、x、y和z被图2所示的栅极驱动器37放大至可以驱动功率晶体管的水平。由栅极驱动器37放大的控制信号u'、v'、w'、x'、y'和z'被分别供应至功率晶体管QUH、QVH、QWH、QUL、QVL和QWL的栅极。因此，功率晶体管QUH、QVH、QWH、QUL、QVL和QWL被切换并且用于驱动电机100的三相AC驱动电力U、V和W从逆变器11供应至电机100。
以这种方式，根据该实施例的电机驱动装置1使用供应至电机100的驱动电力U、V和W的电流值Iu、Iv和Iw作为反馈值来对电机100进行反馈控制。
根据该实施例的电机驱动装置1使用异常检测单元35检测逆变器11的异常。异常检测单元35被供应有关于供应至电机100的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw的信息。驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw经历滤波器31中的噪声去除、被AD变换器32变换成数字信号、然后被供应至异常检测单元35。
从减法器21向异常检测单元35供应控制命令值Id_ref与电流值Id之间的差ΔId，并且从减法器22向异常检测单元35供应控制命令值Iq_ref与电流值Iq之间的差ΔIq。
在根据该实施例的电机驱动装置1中，当供应至电机100的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw之和等于或大于预定电压值并且反馈值Id和Iq与供应至逆变器控制单元10的控制命令值Id_ref和Iq_ref之间的差ΔId和ΔIq小于预定值时，异常检测单元35确定逆变器11是异常的。当逆变器11的异常被检测到预定次数时，异常检测单元35确定逆变器11发生故障。下面将详细描述根据该实施例的电机驱动装置1的异常检测操作。
图3是示出根据该实施例的电机驱动装置1的异常检测操作的流程图。下面将描述当电机驱动装置1对电机100进行反馈控制时异常检测单元35检测逆变器11异常的操作。
首先，图1所示的逆变器控制单元10获取电机100的转子的旋转角θ和从逆变器11输出的驱动电力U、V和W的电流值Iu、Iv、Iw(步骤S1)。具体地，逆变器控制单元10的三相至两相变换单元14获取由AD变换器13变换成数字信号的电流值Iu、Iv和Iw。坐标变换单元15从角度传感器30获取电机100的转子的旋转角θ。
然后，逆变器控制单元10使用电流值Iu、Iv和Iw和电机100的转子的旋转角θ来计算作为反馈值的两相电流值Id和Iq(步骤S2)。具体地，逆变器控制单元10的三相至两相变换单元14对由AD变换器13变换成数字信号的三相AC电流值Iu、Iv和Iw执行Clarke变换，以将三相AC电流值Iu、Iv和Iw变换成两相电流值Iα和Iβ。之后，坐标变换单元15对从三相至两相变换单元14供应的两相电流值Iα和Iβ执行Park变换，以将固定坐标系中的两相电流值Iα和Iβ变换成旋转坐标系中的两相电流值Id和Iq。此时，坐标变换单元15使用从角度传感器30获取的旋转角θ来变换坐标。
然后，异常检测单元35获取由减法器21计算的控制命令值Id_ref与电流值Id之间的差ΔId(＝Id_ref-Id)以及由减法器22计算的控制命令值Iq_ref与电流值Iq之间的差ΔIq(＝Iq_ref-Iq)。然后，异常检测单元35使用差ΔId和差ΔIq来计算Q＝|ΔId|+|ΔIq|(步骤S3)。此处，Q的值是和控制命令值与反馈值之间的差对应的参数，并且Q的值意指Q的值变得越大，控制命令值与反馈值之间的差变得越大。在下文中，Q的值还被称为“控制差Q”。
可以使用另一表达式计算Q的值。例如，可以使用差ΔId和差ΔIq的平方和。在这种情况下，获得Q＝ΔId2+ΔIq2。差ΔId和差ΔIq可以被加权。在这种情况下，获得Q＝K×|ΔId|+P×|ΔIq|(其中，K和P是用于加权的任意常数)。可以使用另一表达式来计算Q的值。
然后，异常检测单元35获取从逆变器11输出的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw(步骤S4)。具体地，从逆变器11输出的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw经历滤波器31中的噪声去除、被AD变换器32变换成数字信号、然后被供应至异常检测单元35。例如，滤波器31可以由低通滤波器构成。滤波器31可以由硬件构成或者可以由软件构成。
然后，异常检测单元35使用表达式1至3来计算电压值Vu'、Vv'和Vw'(步骤S5)。
Vu'＝Vu-Vbat/2 (表达式1)
Vv'＝Vv-Vbat/2 (表达式2)
Vw'＝Vw-Vbat/2 (表达式3)
此处，Vbat表示供应至逆变器11的源电压(参见图2)。
然后，异常检测单元35计算P＝|Vu'+Vv'+Vw'|(步骤S6)。P的值对应于驱动电力U、V和W的电压值之和并且理论上是恒定值。在下文中，P的值还被称为“三相电压值之和P”。
在该实施例中，如图2所示，构成逆变器11的功率晶体管连接在源电压Vbat与地电位0V之间。因此，供应至电机100的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv、Vw在源电压Vbat与0V之间移动。也就是说，电压值Vu、Vv和Vw具有以Vbat/2为中心的波形(波形的相位彼此相差120°)。因此，Vu、Vv和Vw之和如下。
Vu+Vv+Vw＝3Vbat/2 (表达式4)
另一方面，如步骤S6所述，可以使用表达式1至3将Vu'、Vv'和Vw'之和表示如下。
P＝|Vu'+Vv'+Vw'|＝|(Vu-Vbat/2)+(Vv-Vbat/2)+(Vw-Vbat/2)|＝|Vu+Vv+Vw-3Vbat/2| (表达式5)
此处，通过将表达式4代入表达式5来获得下面的表达式。
P＝|Vu'+Vv'+Vw'|＝0 (表达式6)
也就是说，如表达式6所表示的，三相电压值之和P理论上为零。
然后，异常检测单元35使用如上所述计算的三相电压值之和P和控制差Q来确定逆变器是否异常。首先，异常检测单元35确定三相电压值之和P是否大于预定电压值N(P>N)以及控制差Q是否小于预定值L(Q<L)(步骤S7)。此处，电压值N和值L可以被任意确定。
由于如上所述三相电压值之和P理论上为零，因此存在以下可能性：当三相电压值之和P大于预定电压值N(P>N)时，逆变器11将是异常的。然而，即使当控制差Q较大时，三相电压值之和P也具有增加的趋势。因此，当三相电压值之和P大于预定电压值N(P>N)并且控制差Q等于或大于预定值L(Q≥L)时(步骤S7为否)，确定逆变器11不是异常的，并且例程转至步骤S9。
另一方面，当三相电压值之和P大于预定电压值N(P>N)并且控制差Q小于预定值L(Q<L)时(步骤S7为是)，确定逆变器11是异常的。在这种情况下，例程转至步骤S8，并且异常检测计数值A增加1(步骤S8)。在重复图3所示的流程图的例程时每当确定逆变器11异常(也就是说，每当步骤S7的确定结果为是)，异常检测计数值A就增加。
之后，在步骤S9中，确定异常检测计数值A是否小于异常检测计数值A的上限值M。也就是说，在重复图3所示的流程图的例程时，逆变器11发生故障的可能性随着异常检测计数值A增加而增加。因此，异常检测单元35设置异常检测计数值A的上限值M，并且在异常检测计数值A等于或大于上限值M时(步骤S9为否)确定逆变器11发生故障(步骤S13)。
也就是说，当在步骤S7中确定逆变器11异常时，逆变器11可能实际上没有发生故障。在该实施例中，通过设置异常检测计数值A的上限值M，可以准确地确定逆变器11是否发生故障。上限值M是等于或大于1的整数，并且可以被任意确定。当确定逆变器11发生故障时，执行切断电机驱动装置1的电源的处理(步骤S14)。
另一方面，当异常检测计数值A小于异常检测计数值A的上限值M时(步骤S9为是)，例程转至步骤S10，而不确定逆变器11是否发生故障。在步骤S10中，T1表示异常检测时间，T表示计数值。也就是说，异常检测时间T1是图3所示的流程图的循环被重复的次数的设定值。计数值T是图3所示的流程图的循环被重复的次数。
例如，当图3所示的流程图的例程被首次执行时，计数值T为零，因此不满足条件T＝T1-1(步骤S10为否)。在这种情况下，在步骤S12中，计数值T增加1。另一方面，当图3所示的流程图的例程第T1次被执行时，计数值T等于T1-1，因此满足条件T＝T1-1(步骤S10为是)。在这种情况下，在步骤S11中，计数值T被重置为零。异常检测计数值A也被重置为零。
在根据该实施例的电机驱动装置1中，可以通过反复执行图3所示的流程图的例程来检测逆变器11的异常。例如，异常检测单元35可以监视三相电压值之和P和控制差Q，并且可以以条件“三相电压值之和P大于预定电压值N(P>N)并且控制差Q小于预定值(Q<L)”的首次满足为触发来对计数值T进行计数(也就是说，图3所示的流程图的循环可以被反复执行)。
例如，当图3所示的流程图的例程的循环周期被设置为4ms时，设置T1＝25(＝100ms/4ms)以将异常检测时间设置为100ms。例如，当异常检测计数值A的上限值被设置为M＝20并且在循环被执行的25次中异常被检测到20次或更多次时，异常检测单元35确定逆变器发生故障(参见步骤S9和S13)。
以这种方式，在根据该实施例的电机驱动装置1中，除了驱动电力U、V和W的三相AC电压值Vu、Vv和Vw之和P之外，还使用控制命令值与反馈值之间的差ΔId和差ΔIq来确定逆变器11是否异常。也就是说，当使用逆变器11驱动电机100时，在控制命令值Id_ref和Iq_ref与反馈值Id和Iq之间的差ΔId和ΔIq增加(换言之，电机的控制值的变化增加)时，三相AC电压值之和P(＝|Vu'+Vv'+Vw'|)增加。
在该实施例中，关注该特点，当驱动电力的三相AC电压值之和P较大并且控制命令值Id_ref和Iq_ref与反馈值Id和Iq之间的差ΔId和ΔIq较大时，确定逆变器11不是异常的。因此，可以防止逆变器的异常的错误检测并且可以准确地检测逆变器的异常。
上面已经描述了使用Q＝|ΔId|+|ΔIq|(也就是说，差ΔId与差ΔIq之和)作为控制差Q的示例。然而，在该实施例中，可以使用差ΔId和差ΔIq之一作为控制差Q。也就是说，可以使用Q＝|ΔId|或者可以使用Q＝|ΔIq|作为控制差Q。在该实施例中，控制差Q可以采用任何值，只要所述任何值是指示电机的控制值的变化的值即可。
图4是示出根据该实施例的电机驱动装置的仿真结果的图。在图4中，示出了指示控制命令值与实际速度之间的关系的图A、指示标志被设置为“1”的时刻的图B、指示三相电压之和P＝|Vu'+Vv'+Vw'|的图C、指示控制命令值Iq_ref与电流值Iq之间的差ΔIq(＝Iq_ref-Iq)的图D以及指示控制命令值Id_ref与电流值Id之间的差ΔId(＝Id_ref-Id)的图E。
如图4的图A所示，当控制命令值变化时，图C所示的三相电压之和P具有增加的趋势。在图4所示的仿真结果中，如图C所示，预定电压值N被设置为N＝10。因此，在图C中在三相电压之和P大于电压值N＝10的时刻t1至t6，图B中所示的标志被设置为“1”。以这种方式，当控制命令值变化时，三相电压之和P增加。因此，当仅使用三相电压之和P检测逆变器的异常时，即使逆变器实际上不是异常的，也可能错误地检测出逆变器是异常的。
另一方面，如图4的图D和图E所示，控制命令值与反馈值之间的差ΔId和ΔIq在控制命令值变化时具有增加的趋势。也就是说，如图B和图C所示，当控制命令值变化时，三相电压之和P增加(参见时刻t1至t6)，但是控制命令值与反馈值之间的差ΔId和ΔIq也在时刻t1至t6同时增加(参见图D和图E)。在该实施例中，关注该特点，当驱动电力的三相AC电压值之和P较大并且控制命令值与反馈值之间的差ΔId和ΔIq较大时，确定逆变器11不是异常的。因此，可以防止逆变器的异常的错误检测并且可以准确地检测逆变器的异常。
特别地，在根据该实施例的电机驱动装置1中，使用电流传感器12来检测三相AC电流值Iu、Iv和Iw。在工业机器人或类似物中，电流传感器被安装在逆变器上的配置是执行电流控制的基本配置。因此，存在以下优点：可以在不将特定传感器安装至外部的情况下配置根据该实施例的电机驱动装置。
根据上述实施例，可以提供能够以高精度检测逆变器的异常的电机驱动装置。
<第二实施例>下面将描述本发明的第二实施例。图5是示出根据第二实施例的电机驱动装置的框图。根据该实施例的电机驱动装置2与根据第一实施例的电机驱动装置1的不同之处在于，使用速度传感器41来检测电机的转速Vel，并且使用所检测的电机的转速Vel对电机100进行反馈控制。其他配置与第一实施例中描述的电机驱动装置1(参照图1至图4)相同，因此相同的要素将用相同的附图标记引用，并且将适当地省略其描述。
如图5所示，根据该实施例的电机驱动装置2包括：逆变器11、速度传感器41、减法器42、PI控制单元43、坐标变换单元24、两相至三相变换单元25、PWM计算单元26、角度传感器30、滤波器31、AD变换器32以及异常检测单元45。
此处，减法器42、PI控制单元43、坐标变换单元24、两相至三相变换单元25以及PWM计算单元26构成逆变器控制单元40。逆变器控制单元40使用由速度传感器41检测到的电机100的转速Vel与电机100的转速Vel的控制命令值Vel_ref之间的差ΔVel来生成用于对电机100进行反馈控制的控制信号u、v、w、x、y和z。
速度传感器41检测电机100的转速Vel。由速度传感器41检测到的电机100的转速Vel被供应至减法器42。减法器42计算电机100的转速Vel的控制命令值Vel_ref与从速度传感器41供应的转速Vel之间的差ΔVel(＝Vel_ref-Vel)，并且将差ΔVel供应至PI控制单元43和异常检测单元45。
PI控制单元43生成控制电压值Vd和Vq，使得从减法器42供应的差ΔVel为零，并且将所生成的控制电压值Vd和Vq供应至坐标变换单元24。此时，PI控制单元43使用P控制(比例控制)和I控制(积分控制)来生成控制电压值Vd和Vq。
坐标变换单元24对从PI控制单元43供应的控制电压值Vd和Vq执行逆Park变换，以将旋转坐标系中的控制电压值Vd和Vq变换成固定坐标系中的控制电压值Vα和Vβ。两相至三相变换单元25对从坐标变换单元24供应的两相控制电压值Vα和Vβ执行逆Clarke变换，以将两相控制电压值Vα和Vβ变换成三相控制电压值Vu*、Vv*和Vw*。PWM计算单元26基于从两相至三相变换单元25供应的三相控制电压值Vu*、Vv*和Vw*生成用于控制逆变器11的脉冲形控制信号u、v、w、x、y和z。逆变器11基于从PWM计算单元26供应的控制信号u、v、w、x、y和z生成驱动电力U、V和W，并且将所生成的驱动电力供应至电机100。
以这种方式，根据该实施例的电机驱动装置2使用由速度传感器41检测到的电机100的转速Vel作为反馈值对电机100进行反馈控制。图5所示的逆变器11、坐标变换单元24、两相至三相变换单元25和PWM计算单元26的配置和操作与第一实施例中所描述的相同，因此将不再重复其详细描述。
根据该实施例的电机驱动装置2使用异常检测单元45检测逆变器11的异常。异常检测单元45被提供关于供应至电机100的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw的信息。驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw经历滤波器31中的噪声去除、被AD变换器32变换成数字信号、然后被供应至异常检测单元45。从减法器42向异常检测单元45提供控制命令值Vel_ref与转速Vel之间的差ΔVel。
在根据该实施例的电机驱动装置中，当供应至电机100的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw之和等于或大于预定电压值并且供应至逆变器控制单元40的控制命令值Vel_ref与作为反馈值的转速Vel之间的差ΔVel小于预定值时，异常检测单元45确定逆变器11是异常的。当逆变器11的异常被检测到预定次数时，异常检测单元45确定逆变器11发生故障。下面将详细描述根据该实施例的电机驱动装置2的异常检测操作。
图6是示出根据该实施例的电机驱动装置2的异常检测操作的流程图。下面将描述当电机驱动装置2对电机100进行反馈控制时异常检测单元45检测逆变器11异常的操作。
首先，图5所示的逆变器控制单元40的减法器42从速度传感器41获取电机的转速Vel(步骤S21)。然后，减法器42计算电机100的转速Vel的控制命令值Vel_ref与获取的转速Vel之间的差ΔVel(＝Vel_ref-Vel)，并且将所计算的差ΔVel供应至异常检测单元45。
异常检测单元45使用从减法器42获取的差ΔVel来计算Q＝|ΔVel|(步骤S22)。此处，Q的值是和控制命令值与反馈值之间的差对应的参数，并且Q的值意指Q的值变得越大，控制命令值与反馈值之间的差变得越大。
然后，异常检测单元45获取从逆变器11输出的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw(步骤S23)。具体地，从逆变器11输出的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw经历滤波器31中的噪声去除、被AD变换器32变换成数字信号、然后被供应至异常检测单元45。例如，滤波器31可以由低通滤波器构成。滤波器31可以由硬件构成或者可以由软件构成。
然后，异常检测单元45使用上面在第一实施例中描述的表达式1至3来计算电压值Vu'、Vv'和Vw'(步骤S24)。此后，异常检测单元45计算P＝|Vu'+Vv'+Vw'|(步骤S25)。P的值对应于驱动电力U、V和W的电压值之和，并且在理论上是恒定值。图6所示的步骤S24和S25与图3的步骤S5和S6相同。
然后，异常检测单元45使用如上所述计算的三相电压值之和P和控制差Q来确定逆变器11是否异常(步骤S26至S33)。图6所示的步骤S26至S33的操作与上面在第一实施例中描述的图3的步骤S7至S14的操作相同，因此将不再重复其描述。
以这种方式，在根据该实施例的电机驱动装置2中，除了驱动电力U、V和W的三相AC电压值Vu、Vv和Vw之和P之外，还使用控制命令值与反馈值之间的差ΔVel来确定逆变器11是否异常。也就是说，当使用逆变器11驱动电机100时，三相AC电压值之和P(＝|Vu'+Vv'+Vw'|)在控制命令值Vel_ref与反馈值Vel之间的差ΔVel增加(换言之，电机的控制值的变化增加)时增加。
在该实施例中，关注该特点，当驱动电力的三相AC电压值之和P较大并且控制命令值Vel_ref与反馈值Vel之间的差ΔVel较大时，确定逆变器11不是异常的。因此，可以防止逆变器的异常的错误检测并且可以准确地检测逆变器的异常。
如上所述，在根据该实施例的电机驱动装置2中，使用由速度传感器41检测到的转速对电机进行反馈控制。例如，机器人的系统通常采用电机中布置有速度传感器的配置。因此，在该实施例中，即使当不像根据第一实施例的电机驱动装置1那样设置有电流传感器时，也存在以下优点：可以使用现有的机器人系统来配置根据该实施例的电机驱动装置。
在需要自动位置估计的机器人如移动机器人中，速度控制至关重要，但是，例如，当像根据第一实施例的电机驱动装置1那样设置有电流传感器时，响应可能会延迟。因此，当电机驱动装置设置在移动机器人中时，可以适当地采用像根据该实施例的电机驱动装置2那样设置有速度传感器的配置。
根据上述实施例，可以提供能够以高精度检测逆变器的异常的电机驱动装置。
<第三实施例>下面将描述本发明的第三实施例。图7是示出根据第三实施例的电机驱动装置的框图。根据该实施例的电机驱动装置3与根据第一实施例的电机驱动装置1的不同之处在于，使用扭矩传感器51来检测电机的扭矩值Trq，并且使用所检测的电机的扭矩值Trq对电机100进行反馈控制。其他配置与第一实施例所描述的电机驱动装置1(参照图1至图4)相同，因此相同的要素将用相同的附图标记引用，并且将适当省略其描述。
如图7所示，根据该实施例的电机驱动装置3包括：逆变器11、扭矩传感器51、减法器52、PI控制单元53、坐标变换单元24、两相至三相变换单元25、PWM计算单元26、角度传感器30、滤波器31、AD变换器32以及异常检测单元55。
此处，减法器52、PI控制单元53、坐标变换单元24、两相至三相变换单元25以及PWM计算单元26构成逆变器控制单元50。逆变器控制单元50使用由扭矩传感器51检测到的电机100的扭矩值Trq与电机100的扭矩值Trq的控制命令值Trq_ref之间的差ΔTrq来生成用于对电机100进行反馈控制的控制信号u、v、w、x、y和z。
扭矩传感器51检测电机100的扭矩值Trq。由扭矩传感器51检测到的电机100的扭矩值Trq被供应至减法器52。减法器52计算电机100的扭矩值Trq的控制命令值Trq_ref与从扭矩传感器51供应的扭矩值Trq之间的差ΔTrq(＝Trq_ref-Trq)，并且将差ΔTrq供应至PI控制单元53和异常检测单元55。
PI控制单元53生成控制电压值Vd和Vq，使得从减法器52供应的差ΔTrq为零，并且将生成的控制电压值Vd和Vq供应至坐标变换单元24。此时，PI控制单元53使用P控制(比例控制)和I控制(积分控制)来生成控制电压值Vd和Vq。
坐标变换单元24对从PI控制单元53供应的控制电压值Vd和Vq执行逆Park变换，以将旋转坐标系中的控制电压值Vd和Vq变换成固定坐标系中的控制电压值Vα和Vβ。两相至三相变换单元25对从坐标变换单元24供应的两相控制电压值Vα和Vβ执行逆Clarke变换，以将两相控制电压值Vα和Vβ变换成三相控制电压值Vu*、Vv*和Vw*。PWM计算单元26基于从两相至三相变换单元25供应的三相控制电压值Vu*、Vv*和Vw*生成用于控制逆变器11的脉冲形控制信号u、v、w、x、y和z。逆变器11基于从PWM计算单元26供应的控制信号u、v、w、x、y和z生成驱动电力U、V和W，并且将所生成的驱动电力供应至电机100。
以这种方式，根据该实施例的电机驱动装置3使用由扭矩传感器51检测到的电机100的扭矩值Trq作为反馈值对电机100进行反馈控制。图7所示的逆变器11、坐标变换单元24、两相至三相变换单元25和PWM计算单元26的配置和操作与第一实施例中所描述的相同，因此将不重复其详细描述。
根据该实施例的电机驱动装置3使用异常检测单元55检测逆变器11的异常。异常检测单元55被提供关于供应至电机100的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw的信息。驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw经历滤波器31中的噪声去除、被AD变换器32变换成数字信号、然后被供应至异常检测单元55。从减法器52向异常检测单元55供应控制命令值Trq_ref与扭矩值Trq之间的差ΔTrq。
在根据该实施例的电机驱动装置中，当供应至电机100的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw之和等于或大于预定电压值并且供应至逆变器控制单元50的控制命令值Trq_ref与作为反馈值的扭矩值Trq之间的差ΔTrq小于预定值时，异常检测单元55确定逆变器11是异常的。当逆变器11的异常被检测到预定次数时，异常检测单元55确定逆变器11发生故障。下面将详细描述根据该实施例的电机驱动装置3的异常检测操作。
图8是示出根据该实施例的电机驱动装置3的异常检测操作的流程图。下面将描述当电机驱动装置3对电机100进行反馈控制时异常检测单元55检测逆变器11异常的操作。
首先，图7所示的逆变器控制单元50的减法器52从扭矩传感器51获取电机的扭矩值Trq(步骤S41)。然后，减法器52计算电机100的扭矩值Trq的控制命令值Trq_ref与所获取的扭矩值Trq之间的差ΔTrq(＝Trq_ref-Trq)，并且将所计算的差ΔTrq供应至异常检测单元55。
异常检测单元55使用从减法器52获取的差ΔTrq来计算Q＝|ΔTrq|(步骤S42)。此处，Q的值是和控制命令值与反馈值之间的差对应的参数，并且Q的值意指Q的值变得越大，控制命令值与反馈值之间的差变得越大。
然后，异常检测单元55获取从逆变器11输出的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw(步骤S43)。具体地，从逆变器11输出的驱动电力U、V和W的电压值Vu、Vv和Vw经历滤波器31中的噪声去除、被AD变换器32变换成数字信号、然后被供应至异常检测单元55。例如，滤波器31可以由低通滤波器构成。滤波器31可以由硬件构成或者可以由软件构成。
然后，异常检测单元55使用上面在第一实施例中描述的表达式1至3来计算电压值Vu'、Vv'和Vw'(步骤S44)。此后，异常检测单元55计算P＝|Vu'+Vv'+Vw'|(步骤S45)。P的值对应于驱动电力U、V和W的电压值之和，并且在理论上是恒定值。图8所示的步骤S44和S45与图3的步骤S5和S6相同。
然后，异常检测单元55使用如上所述计算的三相电压值之和P和控制差Q来确定逆变器11是否异常(步骤S46至S53)。图8所示的步骤S46至S53的操作与上面在第一实施例中描述的图3的步骤S7至S14的操作相同，因此将不再重复其描述。
以这种方式，在根据该实施例的电机驱动装置3中，除了驱动电力U、V和W的三相AC电压值Vu、Vv和Vw之和P之外，还使用控制命令值与反馈值之间的差ΔTrq来确定逆变器11是否异常。也就是说，当使用逆变器11驱动电机100时，三相AC电压值之和P(＝|Vu'+Vv'+Vw'|)在控制命令值Trq_ref与反馈值Trq之间的差ΔTrq增加(换言之，电机的控制值的变化增加)时增加。
在该实施例中，关注该特点，当驱动电力的三相AC电压值之和P较大并且控制命令值Trq_ref与反馈值Trq之间的差ΔTrq较大时，确定逆变器11不是异常的。因此，可以防止逆变器的异常的错误检测并且可以准确地检测逆变器的异常。
如上所述，在根据该实施例的电机驱动装置3中，使用由扭矩传感器51检测到的扭矩值对电机进行反馈控制。例如，机器人的系统通常采用电机中布置有扭矩传感器的配置。因此，在该实施例中，即使当不像根据第一实施例的电机驱动装置1那样特别设置有电流传感器时，也存在以下优点：可以使用现有的机器人系统来配置根据该实施例的电机驱动装置。
在需要精细控制的机器人如类人机器人中，速度控制至关重要，但是，例如，当像根据第一实施例的电机驱动装置1那样设置有电流传感器时，响应可能会延迟。因此，当电机驱动装置被设置在类人机器人中时，可以适当地采用像根据该实施例的电机驱动装置3那样设置有扭矩传感器的配置。
根据上述实施例，可以提供能够以高精度检测逆变器的异常的电机驱动装置。
在根据本发明的电机驱动装置中，可以适当地组合第一实施例至第三实施例的上述配置。也就是说，可以将供应至电机的驱动电力的电流值、电机的转速和电机的扭矩值中的两个或更多个作为用于对电机进行反馈控制的反馈值来组合。异常检测单元可以通过组合这样的反馈值中的两个或更多个反馈值来确定控制命令值与反馈值之间的差是否小于预定值。
虽然上面参照上述实施例描述了本发明，但是本发明不限于实施例，并且本发明包括本领域技术人员可以在所附权利要求中描述的本发明的范围内进行的各种修改、校正和组合。

Claims (5)

1.一种电机驱动装置，其驱动用三相交流电驱动的电机，所述电机驱动装置的特征在于包括：
逆变器控制单元，其被配置成使用用于设置所述电机的驱动的控制命令值和反馈值来生成用于对所述电机进行反馈控制的控制信号并且输出所述控制信号，所述反馈值包括以下值中的至少一个值：供应至所述电机的驱动电力的电流值、所述电机的转速以及所述电机的扭矩值；
逆变器，其被配置成根据从所述逆变器控制单元输出的所述控制信号向所述电机供应所述驱动电力；以及
异常检测单元，其被配置成检测所述逆变器的异常，
其中，所述异常检测单元被配置成当供应至所述电机的驱动电力的三相交流电压值之和大于预定电压值并且所述反馈值与供应至所述逆变器控制单元的所述控制命令值之间的差小于预定值时确定所述逆变器是异常的。
2.根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述异常检测单元被配置成当所述逆变器的异常被检测到预定次数时确定所述逆变器发生故障。
3.根据权利要求1或2所述的电机驱动装置，其特征在于，还包括电流传感器，所述电流传感器被配置成检测供应至所述电机的驱动电力的三相交流电流值，其中：
所述逆变器控制单元被配置成基于由所述电流传感器检测到的所述三相交流电流值来生成作为所述反馈值的两相的第一电流值和第二电流值；
所述逆变器控制单元被配置成使用所述第一电流值和所述第二电流值与所述第一电流值的控制命令值和所述第二电流值的控制命令值之间的差来生成用于对所述电机进行反馈控制的控制信号；并且
所述异常检测单元被配置成使用以下中的至少一个来确定所述反馈值与供应至所述逆变器控制单元的所述控制命令值之间的差是否小于预定值：所述第一电流值的所述控制命令值与所述第一电流值之间的差、所述第二电流值的所述控制命令值与所述第二电流值之间的差、以及所述第一电流值的所述控制命令值与所述第一电流值之间的差和所述第二电流值的所述控制命令值与所述第二电流值之间的差之和。
4.根据权利要求1或2所述的电机驱动装置，其特征在于，还包括速度传感器，所述速度传感器被配置成检测所述电机的转速，其中：
所述逆变器控制单元被配置成使用由所述速度传感器检测到的所述电机的转速与所述电机的转速的控制命令值之间的差来生成用于对所述电机进行反馈控制的控制信号；并且
所述异常检测单元被配置成使用所述电机的转速的所述控制命令值与所述电机的转速之间的差来确定所述反馈值与供应至所述逆变器控制单元的所述控制命令值之间的差是否小于预定值。
5.根据权利要求1或2所述的电机驱动装置，其特征在于，还包括扭矩传感器，所述扭矩传感器被配置成检测所述电机的扭矩，其中：
所述逆变器控制单元被配置成使用由所述扭矩传感器检测到的所述电机的扭矩值与所述电机的扭矩值的控制命令值之间的差来生成用于对所述电机进行反馈控制的控制信号；并且
所述异常检测单元被配置成使用所述电机的扭矩值的所述控制命令值与所述电机的扭矩值之间的差来确定所述反馈值与供应至所述逆变器控制单元的所述控制命令值之间的差是否小于预定值。
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