CN109005676B - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本电动机控制装置具备控制运算部、补偿信号生成部、加法器以及驱动部。控制运算部通过基于检测出的电动机的旋转位置和位置指令的运算处理，来生成用于驱动电动机的第一转矩指令信号。补偿信号生成部生成用于对第一转矩指令信号进行补偿的转矩补偿用信号。加法器对第一转矩指令信号加上转矩补偿用信号来作为第二转矩指令信号输出。而且，驱动部基于第二转矩指令信号来生成用于对电动机的绕组进行通电驱动的驱动信号。并且，该补偿信号生成部生成在基于电动机的旋转方向反转时的定时的切换定时切换为规定值的转矩补偿值的转矩补偿用信号。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种主要对产业用的FA伺服电动机进行控制的电动机控制装置。

背景技术

作为产业用的FA(Factory Automation：工厂自动化)伺服电动机的用途之一，存在由多个轴构成的加工机。在这种加工机中，例如按照来自上级控制器的位置指令，在两个轴或三个轴中各伺服电动机相互连动地进行动作，为了提高加工精度，连动动作的轨迹的精度是重要的。

图14是示出利用以往的电动机控制装置对X轴、Y轴这两个轴中的轨迹偏离的大小进行测定所得到的结果的例子的图，示出在两个轴中描画出圆轨迹的情况下的轨迹的精度。如该图所示，观察到在象限的切换处轨迹局部地大幅偏离圆的现象，一般被称为象限突起。作为产生象限突起的主要原因，可以认为如下那样。首先，在象限的切换处伺服电动机的旋转方向发生反转，产生机械摩擦的方向随之发生反转。而且，由于该反转，伺服电动机的负载转矩的极性发生反转，因此产生伺服电动机的响应延迟。即，可以认为，由于该响应延迟，在象限的切换处来自上级控制器的位置指令与伺服电动机的旋转位置之间的偏离变大。

图15是示出包含以往的电动机控制装置90的电动机控制系统的结构的框图。在图15中，电动机控制装置90对电动机60进行通电驱动。另外，对电动机60安装有编码器69，编码器69输出表示电动机60的旋转位置的信号Pd。电动机60和编码器69构成为一体构造的伺服电动机。

在电动机控制装置90中，对控制运算部12输入来自外部的位置指令信号Pr以及来自编码器69的表示旋转位置的信号Pd。在控制运算部12的内部进行控制运算处理，控制运算部12输出与转矩指令相当的信号Tq1。反转探测部332对速度指令信号的极性是否发生了反转进行探测，输出表示速度指令信号的极性的反转探测信号Rv，所述速度指令信号是对位置指令信号Pr进行微分得到的信号Pr/dt。切换器51按照反转探测信号Rv来在转矩补偿值Val9与由正负反转部91将转矩补偿值Val9极性反转所得到的值-Val9之间进行切换，来作为转矩补偿用信号Cmp9输出。加法器14将转矩补偿用信号Cmp9与由控制运算部12输出的转矩指令信号Tq1相加来作为新的转矩指令信号Tq92输出。驱动部15按照加法器14输出的转矩指令信号Tq92来驱动电动机60。

对使用两组如以上那样构成的以往的伺服电动机和电动机控制装置90、以驱动X轴、Y轴来描画圆轨迹的方式提供位置指令信号Pr的情况的动作进行说明。

图16是示出以往的电动机控制装置90中的各部的信号波形的波形图，示出一个轴的电动机控制装置90中的各部的信号波形。在图16中，用(a)到(d)进行区分，从上到下依次示出信号Pr/dt、摩擦转矩、反转探测信号Rv以及转矩补偿用信号Cmp9的波形。在图16中，信号Pr/dt是对输入到电动机控制装置90的位置指令信号Pr进行微分得到的信号，表示与速度指令相当的信号。在时刻t0、t2、t4、t6，随着信号Pr/dt的极性发生反转，电动机60的旋转方向发生反转，因此机械中的摩擦转矩也如图16所示那样，在此之后极性发生反转且大幅地变化。

反转探测部332输出的反转探测信号Rv如图16所示那样为在时刻t0、t2、t4、t6发生反转的信号。切换器51输出的转矩补偿用信号Cmp9随之如图16所示那样变化。

根据如以上所说明的那样的以往的结构的电动机控制装置，该转矩补偿用信号Cmp9针对图16所示的在象限切换的定时大幅变化的摩擦转矩的变化，已对该变化进行补偿的方式起作用。而且，由于像这样起作用，因此结果是象限突起的大小得到抑制(例如参照专利文献1)。

专利文献1：国际公开第2014/122822号

发明内容

本发明的电动机控制装置是一种以使电动机的旋转位置追随从外部输入的位置指令的方式对电动机的旋转动作进行控制的电动机控制装置。本电动机控制装置具备控制运算部、补偿信号生成部、加法器以及驱动部。在此，控制运算部通过基于检测出的电动机的旋转位置和位置指令的运算处理，来生成用于驱动电动机的第一转矩指令信号。补偿信号生成部生成用于对第一转矩指令信号进行补偿的转矩补偿用信号。加法器对第一转矩指令信号加上转矩补偿用信号，将相加结果作为第二转矩指令信号来输出。而且，驱动部被提供第二转矩指令信号，基于第二转矩指令信号来生成用于对电动机的绕组进行通电驱动的驱动信号。并且，该补偿信号生成部的结构如下：生成在基于电动机的旋转方向反转时的定时的切换定时切换为规定值的转矩补偿值的转矩补偿用信号。

通过设为具备生成在刚切换为这样的转矩补偿值后、切换为规定值的转矩补偿值这样的转矩补偿用信号的补偿信号生成部的结构，能够使转矩补偿用信号进一步接近摩擦转矩的变化。因此，能够实现能够将象限突起抑制得更小的电动机控制装置。

另外，本发明的电动机控制装置也可以是，补偿信号生成部具备补偿值生成部、切换定时生成部、信号切换部以及补偿信号直流阻断部。在此，补偿值生成部生成与一个旋转方向对应的第一转矩补偿值以及同与一个旋转方向相反的旋转方向对应的第二转矩补偿值。切换定时生成部生成切换定时。信号切换部生成基于切换定时在第一转矩补偿值与第二转矩补偿值之间切换地进行合成所得到的合成转矩补偿用信号后输出。补偿信号直流阻断部将合成转矩补偿用信号中包含的直流分量阻断后作为转矩补偿用信号来输出。

像这样，通过设为单独地生成第一转矩补偿值和第二转矩补偿值这样的结构，两个转矩补偿值分别单独地以不同的振幅起作用。因此，作为对摩擦转矩进行补偿的信号而言，转矩补偿用信号成为更适合的信号，其结果，能够抑制象限突起，使得成为更小的象限突起。

另外，本发明的电动机控制装置可以是，补偿信号直流阻断部具备高通滤波器，该高通滤波器能够将在内部蓄积的直流分量复位。该高通滤波器基于切换定时被复位，并且输出将合成转矩补偿用信号中包含的直流分量阻断所得到的转矩补偿用信号。

根据该结构，从合成转矩补偿用信号阻断直流分量，并且在切换定时切换为规定值的转矩补偿值，因此能够更高精度地将象限突起抑制得小。

另外，本发明的电动机控制装置也可以还具备观测器部，该观测器部根据向驱动部提供的第二转矩指令信号和电动机的旋转速度，来检测向电动机施加的负载转矩，输出与该负载转矩相当的负载转矩估计信号。而且，本电动机控制装置也可以是如下结构：上述加法器除了将转矩补偿用信号与第一转矩指令信号相加以外，还将该负载转矩估计信号与第一转矩指令信号相加后输出。

根据该结构，能够将转矩补偿值抑制得小，因此即使摩擦转矩存在偏差，也不容易受到其影响。因此，能够实现能够将象限突起抑制得更小且能够实用性能优异且稳定地抑制象限突起的电动机控制装置。

另外，本发明的电动机控制装置也可以是如下结构：还具备补偿值计算部，该补偿值计算部基于电动机的旋转方向反转时的负载转矩估计信号，来计算并设定转矩补偿值的值。

根据该结构，恰当且自动地设定转矩补偿值的值，因此即使摩擦转矩存在偏差，也不容易受到其影响。因此，能够实现能够将象限突起抑制得更小且能够实用性能优异且稳定地抑制象限突起的电动机控制装置。

另外，本发明的电动机控制装置也可以是如下结构：补偿值计算部将转矩补偿值校正规定的偏移值并进行设定。

根据该结构，即使在垂直轴对电动机的负载施加了因重力产生的转矩的情况下，也能够不受其影响地生成转矩补偿用信号。因此，能够实现在应用于垂直轴的情况下也能够稳定地抑制象限突起的伺服电动机的控制装置。

并且，本发明的电动机控制装置也可以是如下结构：补偿值计算部将电动机停止时的负载转矩估计信号作为上述偏移值来保存，将转矩补偿值校正该偏移值并进行设定。

根据该结构，能够简单地实施基于偏移值的校正，因此能够实现在应用于垂直轴的情况下也能够实用性能优异且稳定地抑制象限突起的伺服电动机的控制装置。

如以上那样，本发明的电动机控制装置能够使转矩补偿用信号充分地近似于摩擦转矩的变化，因此能够对旋转方向反转时的负载转矩的变化恰当地进行补偿。因而，能够将利用多个轴进行连动动作时的象限突起抑制得小。

附图说明

图1是包含本发明的实施方式1中的电动机控制装置的电动机控制系统的框图。

图2是示出该电动机控制装置中的控制运算部的一个结构例的详情的框图。

图3是该电动机控制装置的补偿信号生成部中的包括补偿信号直流阻断部在内的主要部分的详情的框图。

图4是示出该补偿信号直流阻断部的HPF的一个结构例的详情的框图。

图5是示出该电动机控制装置中的补偿信号生成部的其它结构例的框图。

图6是示出该电动机控制装置中的各部的信号波形的波形图。

图7是示出利用该电动机控制装置对在X轴、Y轴这两个轴描画出圆轨迹的情况下的轨迹偏离的大小进行测定所得到的结果的图。

图8是包含本发明的实施方式2中的电动机控制装置的电动机控制系统的框图。

图9是示出该电动机控制装置中的观测器部的框图。

图10是示出该电动机控制装置中的各部的信号波形的波形图。

图11是根据本发明的实施方式1和实施方式2中的结构将象限突起的大小的变化以曲线图表示的图。

图12是包含本发明的实施方式3中的电动机控制装置的电动机控制系统的框图。

图13是该电动机控制装置中的补偿值计算部的框图。

图14是示出利用以往的电动机控制装置对X轴、Y轴这两个轴中的轨迹偏离的大小进行测定所得到的结果的图。

图15是包含以往的电动机控制装置的电动机控制系统的框图。

图16是示出以往的电动机控制装置中的各部的信号波形的波形图。

具体实施方式

本发明的实施方式中的电动机控制装置通过后述的结构能够将象限突起抑制得更小。

也就是说，在上述那样的以往的结构中，存在如下那样的应改善的方面。即，在上述的以往结构中，由于电动机的旋转位置相对于位置指令信号而言响应存在延迟或者摩擦转矩的变化存在偏差等各种各样的原因，基于转矩补偿用信号的补偿与摩擦转矩的变化不一致。因此，在上述的以往的结构中，作为转矩补偿而言不充分，其结果，难以将象限突起抑制得小。

因此，在本实施方式中，利用在刚切换转矩补偿值之后切换为适当的值的转矩补偿用信号，来对旋转方向反转时的负载转矩的变化也恰当地进行补偿。由此，根据本实施方式，能够将由多个轴进行连动动作时的象限突起抑制得小。

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于该实施方式。

(实施方式1)

图1是包含本发明的实施方式1中的电动机控制装置10的电动机控制系统的框图。

如图1所示，本电动机控制系统具备：电动机60，其驱动所连接的负载；电动机控制装置10，其对电动机60进行控制和通电驱动；以及编码器69，其对电动机60中的可动部的位置进行检测。作为本电动机控制系统，能够列举如下例子：一种主要作为产业用的系统，利用被称为伺服放大器等的电动机控制装置10，来控制并驱动如伺服电动机那样的电动机60。另外，在本实施方式中，作为电动机60的可动部，列举具备进行旋转动作的转子的电动机的一例来进行说明。此外，下面列举具备这样的转子的电动机的一例来进行说明，但还能够应用于如可动部进行直线动作那样的直线电动机。

作为这样的电动机60，优选的是具备定子和转子的无刷电动机，该定子具有设为U相、V相、W相这三相的绕组，该转子与定子相向地配置成以旋转轴为中心旋转自如。电动机60通过利用电动机控制装置10对该定子的绕组进行通电驱动，该电动机60的转子进行旋转。而且，通过转子的旋转进行旋转驱动，使得负载经由旋转轴进行旋转。

另外，为了使电动机60进行旋转动作，对电动机60安装有作为对转子的旋转位置进行检测的位置传感器的编码器69。由此，从编码器69输出表示所检测出的旋转位置的位置检测信号Pd。从编码器69对电动机控制装置10提供该位置检测信号Pd。

并且，电动机控制装置10与未图示的上级控制器等连接，被提供针对电动机控制装置10的动作指令等指令，以使电动机60进行期望的运动动作。在本实施方式中，列举对电动机控制装置10提供位置指令信号Pr的一例来进行说明，该位置指令信号Pr是用于对电动机60的转子的位置进行控制的位置指令。

像这样连接的电动机控制装置10具备一边对电动机的运动位置、速度进行检测、估计一边以追随动作指令的方式进行动作的反馈控制的功能。即，电动机控制装置10通过利用来自编码器69的位置检测信号Pd进行的反馈控制，对成为电动机60的转子的运动的旋转动作进行控制，使得电动机60的旋转位置追随从外部输入的位置指令信号Pr。

接着，参照图1来说明这种电动机控制装置10的详细结构。如图1所示，电动机控制装置10具备控制运算部12、补偿信号生成部13、加法器14以及驱动部15。

首先，由编码器69检测出的表示电动机60的旋转位置的位置检测信号Pd以及作为从外部提供的位置指令的位置指令信号Pr被提供给控制运算部12。然后，控制运算部12通过基于被提供的位置检测信号Pd和位置指令信号Pr的运算处理，来生成用于驱动电动机60的第一转矩指令信号Tq1。

图2是示出本实施方式中的电动机控制装置10的控制运算部12的一个结构例的详情的框图。在图2中，作为伺服电动机的控制运算处理，示出一般的结构例，其具体的结构如下。首先，在图2所示的结构中，减法器21计算位置检测信号Pd与来自外部的位置指令信号Pr之差、即位置偏差dP。该位置偏差dP在位置增益设定部22中被乘以位置增益后，被作为速度指令信号Sr输出。另一方面，通过在微分运算部24中对位置检测信号Pd进行微分运算来计算电动机60的旋转速度，输出表示该旋转速度的旋转速度信号Sd。接着，由减法器23计算速度指令信号Sr与该旋转速度信号Sd之差、即速度偏差dS。该速度偏差dS在速度比例增益设定部25中被乘以速度比例增益。另外，该速度偏差dS在速度积分增益设定部26中被乘以速度积分增益后，被积分运算部27进行积分运算。然后，速度比例增益设定部25的输出和积分运算部27的输出被加法器28相加后，被作为第一转矩指令信号Tq1输出。

接着，在图1中，补偿信号生成部13生成并输出用于对第一转矩指令信号Tq1进行补偿的转矩补偿用信号Cmp。在本实施方式中，利用该补偿信号生成部13生成的转矩补偿用信号Cmp，来对电动机60的旋转方向发生反转时产生的摩擦转矩的大幅的变化进行补偿，从而抑制大的象限突起的产生。此外，下面进一步说明补偿信号生成部13的详情。

从补偿信号生成部13输出的这种转矩补偿用信号Cmp通过加法器14来与从控制运算部12输出的第一转矩指令信号Tq1相加。加法器14将该相加结果作为第二转矩指令信号Tq2输出。

第二转矩指令信号Tq2被提供给驱动部15。驱动部15基于第二转矩指令信号Tq2来生成用于对电动机60的绕组进行通电驱动的驱动信号Dv后输出。即，驱动部15具备所谓的变换器(inverter)，使用该变换器来生成与被提供的第二转矩指令信号Tq2相应的驱动信号Dv。通过对电动机60的绕组施加该驱动信号Dv，电动机60被通电驱动，电动机60内的转子进行旋转。

接着，参照图1来说明补偿信号生成部13的详细结构。

如图1所示，补偿信号生成部13具备补偿值生成部32、切换定时生成部33、信号切换部35、补偿信号直流阻断部34以及延迟电路39a、39b。

首先，补偿值生成部32生成与电动机60的一个旋转方向对应的第一转矩补偿值Val1以及同与一个旋转方向相反的旋转方向对应的第二转矩补偿值Val2。通常旋转方向是相反的，因此第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2中的一方为正的值，另一方为负的值。

另一方面，切换定时生成部33生成切换定时信号Psw，该切换定时信号Psw表示在生成转矩补偿用信号Cmp时利用的切换的定时。该切换的定时与电动机60的旋转方向发生反转的定时相对应。为了生成这种切换定时信号Psw，切换定时生成部33具备反转探测部332和定时生成部333。反转探测部332探测对位置指令信号Pr进行微分得到的信号的极性发生了反转。另外，定时生成部333将表示对位置指令信号Pr进行微分得到的信号的极性的信号作为切换定时信号Psw来输出。具体地说，在位置指令信号Pr正在增加的情况下进行微分得到的信号的极性为正，在该情况下将切换定时信号Psw设为H(高)水平。另外，在位置指令信号Pr正在减少的情况下进行微分得到的信号的极性为负，在该情况下将切换定时信号Psw设为L(低)水平。而且，在切换定时信号Psw中，在H水平与L水平之间发生变化的定时同电动机60的旋转方向发生反转时的定时相对应。此外，具体地说，产生各处理中的处理时间，因此切换定时信号Psw经由延迟电路39a、延迟电路39b被校正为适当的定时后提供到各部。例如，为了使经由控制运算部12的第一转矩指令信号Tq1的定时与经由切换定时生成部33及信号切换部35的转矩补偿用信号Cmp的定时一致，设置有延迟电路39a和延迟电路39b。下面，说明如下情况：对信号切换部35提供像这样由延迟电路39a进行延迟校正后的切换定时信号Psw，对补偿信号直流阻断部34提供由延迟电路39a和延迟电路39b进行延迟校正后的切换定时信号Psw。

另外，第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2都被提供给信号切换部35的切换器51。而且，切换器51根据切换定时信号Psw的水平选择第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2中的某一个来输出。由此，以使该输出成为与旋转方向相应的转矩补偿值的方式将两个转矩补偿值合成，从信号切换部35输出像这样合成的合成转矩补偿用信号Sg。

接着，对补偿信号直流阻断部34提供该合成转矩补偿用信号Sg，并且从切换定时生成部33对补偿信号直流阻断部34提供切换定时信号Psw。补偿信号直流阻断部34按照切换定时信号Psw的水平变化的定时来输出以使合成转矩补偿用信号Sg的直流分量逐渐接近零的方式进行阻断而生成的转矩补偿用信号Cmp。即，补偿信号直流阻断部34与电动机60的旋转方向反转动作连动地输出这种转矩补偿用信号Cmp。该转矩补偿用信号Cmp通过加法器14而与控制运算部12输出的第一转矩指令信号Tq1相加后，被作为第二转矩指令信号Tq2提供给驱动部15。

图3是本实施方式的电动机控制装置10的补偿信号生成部13中的包括补偿信号直流阻断部34在内的主要部分的详细框图。在图3中，示出补偿值生成部32生成并输出作为正的值“P”的第一转矩补偿值Val1和作为负的值“-Q”的第二转矩补偿值Val2这样的一例。

这些第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2被提供给信号切换部35的切换器51。并且，对切换器51提供了被延迟后的切换定时信号Psw。然后，切换器51根据切换定时信号Psw的水平来选择第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2中的某一个。由此，从信号切换部35输出如图3所示那样的将两个转矩补偿值进行合成得到的合成转矩补偿用信号Sg。即，按照切换器51的切换来从切换器51输出如图3所示那样成为与旋转方向相应的正的值“P”和负的值“-Q”中的某一个的水平的矩形波的合成转矩补偿用信号Sg。在图3中，示出了在延迟后的切换定时信号Psw为H水平时选择第一转矩补偿值Val1来输出、在延迟后的切换定时信号Psw为L水平时选择第二转矩补偿值Val2来输出的例子。

该合成转矩补偿用信号Sg被提供给补偿信号直流阻断部34。如图3所示，补偿信号直流阻断部34具备HPF(高通滤波器)341和水平变化探测部349。

对水平变化探测部349提供延迟后的切换定时信号Psw。水平变化探测部349通过微分运算等来探测切换定时信号Psw的水平发生变化的定时，将表示该水平变化的定时的信号作为复位信号Rs提供给HPF 341。

另外，还对HPF 341提供了合成转矩补偿用信号Sg。HPF 341是高通滤波器，以将被输入的信号的直流分量阻断后输出的方式发挥功能。由此，从HPF341输出以使合成转矩补偿用信号Sg的直流分量逐渐接近零的方式将直流分量阻断所得到的转矩补偿用信号Cmp。

另外，在例如用数字滤波器构成HPF 341的情况下，基于数字滤波器的动作原理，在该数字滤波器的内部蓄积直流分量。因此，在合成转矩补偿用信号Sg中的第一转矩补偿值Val1与第二转矩补偿值Val2之间切换的定时，对进行切换的一方的转矩补偿值进一步加上所蓄积的直流分量的值。由此，为了阻止所蓄积的直流分量的影响，需要在切换的定时的同时将HPF 341复位。因此，在本实施方式中，在水平变化探测部349中，在延迟后的切换定时信号Psw发生变化的定时将复位信号Rs发送到HPF 341，来将HPF 341复位。

图4是示出本实施方式中的电动机控制装置10的补偿信号直流阻断部34的HPF341的一个结构例的详情的框图。图4所示的HPF 341是IIR(Infinite impulse response：无限脉冲响应)型数字滤波器的最基本的结构，示出了形成传递函数由f(z)＝1/(1+az^-1)来表示的高通滤波器的一例。在图4中，由减法器342运算输入信号的输入值与从乘法器344输出的值之间的差值，该差值被取入并蓄积到D触发器343中。该D触发器343从滤波原理上来说是延迟要素，具体地说是用于存储并蓄积值的存储器。该蓄积的值通过乘法器344被乘以“a(a大于0且为1以下)”后输出。而且，通过循环地重复进行这种处理，来输出从输入信号阻断了直流分量所得到的输出信号，从而作为高通滤波器发挥功能。

并且，图4所示的HPF 341利用了带复位功能的D触发器343。因此，通过将D触发器343复位，能够以使所蓄积的值变为零的方式进行复位。

当对图4所示的这种HPF 341提供合成转矩补偿用信号Sg时，如以下那样进行动作。在此，设为在切换定时信号Psw的切换定时，合成转矩补偿用信号Sg从正的值“P”变化为负的值“-Q”。在该情况下，在D触发器343中蓄积有与至此为止被输入的正的值“P”对应的值“P/a”。

因此，在不将D触发器343复位的情况下，在对输入提供负的值“-Q”的时间点，从乘法器344输出值“P”，因此从减法器342输出值“-(Q+P)”。即，在切换定时，第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2混合。

与此相对，在本实施方式中，在变化为负的值“-Q”的时间点将D触发器343复位。因此，在对输入提供负的值“-Q”的时间点，从D触发器343输出零，从乘法器344也输出零，因此从减法器342输出被输入的值即“-Q”。在本实施方式中，设置有这种结构的补偿信号直流阻断部34，因此第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2不会混合，能够使单独的最优补偿值起作用。

即，如图3所示，从补偿信号直流阻断部34输出的转矩补偿用信号Cmp在切换定时信号Psw发生变化的定时成为与第一转矩补偿值Val1相等的正的峰值，并且成为与第二转矩补偿值Val2相等的负的峰值。在此，切换定时信号Psw发生变化的定时与电动机60的旋转方向发生反转的定时相对应。而且，在该反转定时，加上以上述那样的转矩补偿值为峰值的规定期间宽度的作为转矩补偿用的信号。因此，用转矩补偿用信号Cmp对在该反转定时产生的摩擦转矩的大幅的变化进行补偿，来抑制大的象限突起的产生。

像这样，在本实施方式中，补偿信号生成部13生成在基于电动机60的旋转方向反转时的定时的切换定时切换为规定值的转矩补偿值并且在切换后逐渐接近零这样的转矩补偿用信号Cmp。而且，在本实施方式中，通过将该转矩补偿用信号Cmp与从控制运算部12输出的第一转矩指令信号Tq1相加，来进行对转矩指令的补偿，以对电动机60的旋转方向发生反转时产生的摩擦转矩的大幅的变化进行补偿。

此外，在以上的说明中，列举补偿信号生成部13输出将合成转矩补偿用信号Sg的直流分量阻断所得到的转矩补偿用信号Cmp这样的结构例来进行了说明，但补偿信号生成部13也可以是还具备接下来要说明的那样的补偿信号平滑化部53的结构。

图5是用于说明本实施方式中的电动机控制装置10的作为补偿信号生成部的其它结构例的补偿信号生成部131的框图。如图5所示，从补偿信号直流阻断部34输出的信号Cmp’被提供给补偿信号平滑化部53。此外，图5中的信号Cmp’是图3中的转矩补偿用信号Cmp。补偿信号平滑化部53例如是低通滤波器，通过使信号Cmp’的高频成分衰减，来以使刚切换为转矩补偿值后的变化平缓的方式对信号Cmp’进行平滑化。而且，也可以设为如下结构：将由这种补偿信号平滑化部53进行平滑化后的信号作为转矩补偿用信号Cmp提供给加法器14。通过如图5那样设置补偿信号平滑化部53，转矩补偿用信号Cmp成为与平缓地变化的摩擦转矩接近的信号，在对摩擦转矩的补偿中，能够更适合于摩擦转矩。

接着，列举使用两组如以上那样构成的电动机60和电动机控制装置10、以驱动X轴、Y轴来描画圆轨迹的方式提供位置指令信号Pr的情况的一例，来说明本实施方式的电动机控制装置10的动作。

图6是示出本实施方式中的电动机控制装置10的各部的信号波形的波形图，示出一个轴的电动机控制装置10中的各部的信号波形。在图6中，用(a)到(f)进行区分，从上到下依次示出信号Pr/dt、摩擦转矩、切换定时信号Psw、延迟后的切换定时信号Psw、信号Cmp’以及信号Cmp的波形。另外，图7是示出利用本实施方式的结构对在X轴、Y轴这两个轴描画出圆轨迹的情况下的轨迹偏离的大小进行测定所得到的结果的图。

首先，在图6中，信号Pr/dt是对输入到电动机控制装置10的位置指令信号Pr进行微分得到的信号，表示与速度指令相当的信号。随着在时刻t0、t2、t4、t6该信号Pr/dt的极性发生反转，电动机60的旋转方向发生反转，因此机械中的摩擦转矩也图6所示那样在此之后向极性反转的方向大幅地变化。

如图6所示，切换定时生成部33输出的切换定时信号Psw成为在时刻t0、t2、t4、t6发生反转的信号。该切换定时信号Psw在延迟电路39a、39b中被延迟规定的时间，如图6所示，成为在时刻t1、t3、t5、t7其极性发生反转的信号。按照该延迟后的切换定时信号Psw，在信号切换部35中在第一转矩补偿值Val1与第二转矩补偿值Val2之间进行切换。在此，第一转矩补偿值Val1是与速度指令信号Pr/dt的极性从负变为正时对应的值，在时刻t0到t1的期间、t3到t5的期间、t7到t8的期间被选择。另一方面，第二转矩补偿值Val2是与速度指令信号Pr/dt的极性从正变为负时对应的值，在时刻t1到t3的期间、t5到t7的期间被选择。

在该情况下，从补偿值生成部32输出的第一转矩补偿值Val1的值为“+P”，第二转矩补偿值Val2的值为“-Q”。而且，在补偿信号直流阻断部34中，在基于延迟后的切换定时信号Psw进行的切换的同时，通过HPF 341的作用来阻断合成转矩补偿用信号Sg的直流分量。因而，补偿信号直流阻断部34输出的信号Cmp’如图6那样在时刻t1、t3、t5、t7被切换后立即变为“+P”或“-Q”的值，之后变为逐渐接近零的波形。

在图5的结构的情况下，该信号Cmp’被输入到由低通滤波器构成的补偿信号平滑化部53，如图6所示那样，补偿信号平滑化部53输出的转矩补偿用信号Cmp成为比信号Cmp’的波形更平滑的波形的信号。

如以上那样，在电动机控制装置10中生成的转矩补偿用信号Cmp是与如图6所示那样的旋转方向反转时的摩擦转矩的变化在定时上一致的信号。像这样，由补偿信号生成部13生成的转矩补偿用信号Cmp成为与随着电动机60的旋转位置的响应延迟而平缓地变化的摩擦转矩接近的信号，作为对摩擦转矩进行补偿的信号而言，成为更适合的信号。

并且，如图6所示那样，速度指令信号Pr/dt的极性从负变为正时的一方的摩擦转矩的变化的大小与速度指令信号Pr/dt的极性从正变为负时的另一方的摩擦转矩的变化的大小不同。因此，需要分别提供不同的恰当的大小的转矩补偿用信号，在本实施方式中，单独地生成第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2。而且，特别是，在本实施方式中设为如下结构：在补偿信号直流阻断部34中，在切换定时将HPF 341复位，使HPF 341中蓄积的直流分量变为零。由于是这种结构，因此在转矩补偿用信号Cmp中，振幅为“P”的正侧的补偿用信号与上述一方的摩擦转矩的变化对应，振幅为“-Q”的负侧的补偿用信号与上述另一方的摩擦转矩的变化对应。与此相对，如果没有本实施方式这样的补偿信号直流阻断部34，则作为转矩补偿用信号起作用的振幅为“(P+Q)”或“-(P+Q)”，导致两方成为相同的大小。

以上，在本实施方式中，设为包含补偿信号直流阻断部34的补偿信号生成部13的结构。通过设为这种结构，如图6所示那样，时刻t3、t7的转矩补偿用信号Cmp’的正侧峰的振幅和时刻t1、t5的转矩补偿用信号Cmp’的负侧峰的振幅为“P”或“-Q”的值，分别单独地以不同的振幅起作用。因此，作为对摩擦转矩进行补偿的信号而言，转矩补偿用信号Cmp成为更适合的信号。其结果，能够如图7所示那样将象限突起抑制得小。

此外，相反地，在转矩补偿用信号中的正侧的振幅与负侧的振幅也可以相同的情况下，也可以设为省略补偿信号直流阻断部34中的HPF 341的复位动作这样的结构。即，也可以是，将合成转矩补偿用信号Sg提供给HPF 341，不将HPF 341复位地生成转矩补偿用信号。即使是这样的结构，虽然抑制水平逊于图3所示的结构，但能够得到减小象限突起的效果。

如以上说明的那样，在本发明的实施方式1中的电动机控制装置中，转矩补偿用信号以对在象限切换的定时大幅变化的摩擦转矩的变化恰当地进行补偿的方式起作用。因此，本电动机控制装置与以往的电动机控制装置相比，能够将象限突起的大小抑制得更小。因而，能够实现能够将象限突起抑制得更小的电动机控制装置。

(实施方式2)

图8是包含本发明的实施方式2中的电动机控制装置70的电动机控制系统的框图。

与图1中的电动机控制装置10相比，本实施方式的电动机控制装置70还具备观测器部71和第二加法器72。另外，补偿信号生成部13也可以为如图5那样具备补偿信号平滑化部53的补偿信号生成部131的结构。此外，对于与实施方式1相同的构成要素，省略详细的说明，仅对不同点进行说明。

如图8所示，观测器部71被输入要向驱动部15输入的第三转矩指令信号Tq3和由编码器69输出的位置检测信号Pd。而且，观测器部71根据这两个信号来估计电动机60的负载转矩，输出负载转矩估计值。而且，在第二加法器72中将表示该负载转矩估计值的负载转矩估计信号Tqe与第二转矩指令信号Tq2相加。在本实施方式中，通过设为像这样设置观测器部71的结构，来减轻由于电动机60的负载转矩的变动引起的旋转位置的偏离的影响。下面，说明这种观测器部71的详细结构及其动作。

图9是示出本实施方式中的电动机控制装置70的观测器部71的详细结构的框图。在图9中，被输入的位置检测信号Pd被微分处理部74进行时间微分，转换为表示旋转速度的旋转速度信号Sdd。该旋转速度信号Sdd被输入到负载模型逆运算处理部75，计算包括向电动机60施加的驱动转矩和负载转矩这两方的转矩的值来作为合成转矩信号Tqc输出。由差分运算器76计算该负载模型逆运算处理部75输出的合成转矩信号Tqc与表示向电动机60施加的驱动转矩的第三转矩指令信号Tq3之差，由此能够计算向电动机60施加的负载转矩的估计值。

在本实施方式中，使表示该负载转矩的估计值的信号进一步通过具有低通滤波器的特性的滤波器77后作为负载转矩估计信号Tqe从观测器部71输出。像这样，通过经由滤波器77输出负载转矩的估计值，来将负载转矩的估计值中包含的不需要的噪声成分去除。并且，在该噪声去除的同时，起到如下作用：确保通过在第二加法器72中将该负载转矩估计信号Tqe与第二转矩指令信号Tq2相加而形成的负反馈环的稳定性。

列举使用两组如以上那样构成的电动机60和电动机控制装置70、以驱动X轴、Y轴来描画圆轨迹的方式提供位置指令信号Pr的情况的一例。在此，将本实施方式的电动机控制装置70的动作与使用实施方式1中的电动机控制装置10的情况下的动作相对比来进行说明。

图10是示出本实施方式中的电动机控制装置70的各部的信号波形的波形图，示出一个轴的电动机控制装置70中的各部的信号波形。图10中的各信号表示与图6中的用(a)到(f)进行区分的各信号同一处的信号。

如图8所示那样，在具备观测器部71的电动机控制装置70中，观测器部71输出的负载转矩估计信号Tqe以对向电动机60施加的负载转矩的变动进行补偿的方式起作用。即，结果为观测器部71输出的负载转矩估计信号Tqe对图10的摩擦转矩所表示的向电动机60施加的负载转矩的大部分进行补偿。因而，与实施方式1中的电动机控制装置10的情况相比，第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2为小到大致十分之一左右的值即可。如图10所示，在本实施方式中，减小了转矩补偿用信号Cmp的振幅，但由于将负载转矩估计信号Tqe与第二转矩指令信号Tq2相加的效果，即使在该状态下，也能够充分地对向电动机60施加的负载转矩的变动进行补偿。

图11是示出根据实施方式1和实施方式2中的结构将象限突起的大小的变化以曲线图表示的图。在图11中，横轴表示X轴、Y轴的进给速度，纵轴表示象限突起的大小的测定结果。而且，在图11的(a)～(d)中示出如下情况的测定结果。首先，图11的(b)是在图1所示的电动机控制装置10中将第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2调整为最优值的情况下的结果。另一方面，图11的(a)是在电动机控制装置10中将第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2设定为零的情况下的结果，可知，通过恰当地设定转矩补偿值，象限突起得到很大改善。

与此相对，图11的(d)是在图8所示的电动机控制装置70中将第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2调整为最优值的情况下的结果。图11的(d)与图11的(b)所示的结果相比进一步得到改善，在X轴、Y轴的进给速度的广范围内将象限突起抑制得小。另一方面，图11的(c)是在电动机控制装置70中将第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2设定为零的情况下的结果。根据该结果可知，如果仅靠观测器部71的作用，则响应速度存在界限，因此在进给速度大的区域中存在象限突起恶化的倾向。然而，如图11的(d)所示那样，通过除了恰当设定转矩补偿值以外还并用观测器部71，以相互增强的效果发挥抑制象限突起的作用，从而能够实现对象限突起的充分抑制。

并且，如上述的那样，在电动机控制装置70中，与电动机控制装置10相比能够减小转矩补偿值的设定值，因此机械摩擦的偏差、经年变化对该设定值的影响度也相对下降，还具备不容易受到它们的影响的效果。

如以上所说明的那样，在本发明的实施方式2中的电动机控制装置中，除了转矩补偿用信号以外，观测器部的负载转矩估计信号的值以有效地进行补偿的方式起作用，因此结果是在广范围的进给速度中将象限突起的大小抑制得更小。另外，转矩补偿用信号的设定值也被抑制为比较小的值，因此还不容易受到机械摩擦的偏差、经年变化的影响。因而，能够实现能够稳定地将象限突起抑制得更小的伺服电动机的控制装置。

此外，在本实施方式中，列举第二加法器72对第二转矩指令信号Tq2加上负载转矩估计信号Tqe这样的结构例来进行了说明，但是当然还能够进行如下变形。即，也可以变更为以下结构：将加法器14设为除了加上转矩补偿用信号Cmp以外还加上观测器部的负载转矩估计信号Tqe后进行输出的结构，或者将加上转矩补偿用信号Cmp的加法器14与加上负载转矩估计信号Tqe的第二加法器72的顺序进行调换。

(实施方式3)

图12是包含本发明的实施方式3中的电动机控制装置80的电动机控制系统的框图。

与图8中的电动机控制装置70相比，本实施方式的电动机控制装置80具备还具有补偿值计算部81的补偿信号生成部83。另外，补偿信号生成部83也可以是如图5那样具备补偿信号平滑化部53的结构。此外，对于与实施方式2相同的构成要素，省略详细的说明，仅对不同点进行说明。

如图12所示，向补偿值计算部81输入观测器部71输出的负载转矩估计信号Tqe以及来自切换定时生成部33的切换定时信号Psw。而且，补偿值计算部81在切换定时信号Psw发生变化的定时更新并输出转矩补偿值Val。该转矩补偿值Val被输入到补偿信号直流阻断部34。另外，观测器部71输出的负载转矩估计信号Tqe表示机械摩擦的大小，因此能够将其有效利用为转矩补偿值Val。具体地说，进行如下处理：将对负载转矩估计信号Tqe所表示的负载转矩估计值乘以规定的系数Kqe所得到的值设定为转矩补偿值Val。

但是，在将伺服电动机应用于承受重力的垂直轴的情况下，作为向电动机60施加的负载转矩，除了因机械摩擦产生的负载转矩以外，还叠加因重力产生的负载转矩。因此，在将电动机60应用于垂直轴的情况下，需要从由观测器部71输出的负载转矩估计值减去因重力产生的负载转矩来得到只有机械摩擦的大小。

图13是示出将这种重力对负载转矩的影响也考虑在内的补偿值计算部81的详细结构的框图。在图13中，停止判定部815判定是否处于位置指令信号Pr在固定时间内没有发生变化的停止状态。停止判定部815当判定为处于停止状态时，对偏移保存部816发送指令，使得偏移保存部816保存所输入的负载转矩估计信号Tqe的值。由此，偏移保存部816将停止状态时的负载转矩估计信号Tqe的值作为偏移值Ofs来保持。而且，差分运算器817从被输入的负载转矩估计信号Tqe的值减去偏移保存部816中保存的偏移值Ofs后输出到系数乘法器813。

加速度计算部811通过对于对位置指令信号Pr进行微分得到的速度指令进一步进行微分，来计算速度指令从负变化为正或从正变化为负的定时的加速度，将该加速度发送到系数决定部812。将加速度的值发送到系数决定部812是由于需要根据进给速度来改变上述的规定的系数Kqe。系数决定部812基于该加速度的值和控制运算部12及观测器部71的内部的常数等设定信息，来决定规定的系数Kqe，将该规定的系数Kqe发送到系数乘法器813。系数乘法器813对差分运算器817的输出值乘以规定的系数Kqe后发送到更新部814。更新部814在切换定时信号Psw发生变化的定时对从系数乘法器813输入的值进行更新来作为转矩补偿值Val输出。

在如以上那样构成的补偿值计算部81中，基于在速度指令从负变化为正或从正变化为负的定时由观测器部71输出的负载转矩估计信号Tqe的值，来设定转矩补偿值Val。因此，结果是，只要在内部的系数决定部812中决定适当的系数，则自动地输出作为所要输出的转矩补偿值Val而言足够适当的值来。即，不再需要如本发明的实施方式2中的电动机控制装置70那样通过调整来分别分离地设定第一转矩补偿值Val1和第二转矩补偿值Val2，并且能够自动地设定转矩补偿值，因此也不再受到机械摩擦的偏差、经年变化的影响。并且，检测出停止时后减去因重力产生的负载转矩来设定转矩补偿值，因此也不受重力的影响。

如图10的摩擦转矩所表示的那样，电动机60的负载转矩在时刻t2的值与在时刻t4的值大小不同，但是在补偿值计算部81中，在图10所示的切换定时信号Psw发生变化的定时更新并输出转矩补偿值Val。因此，能够将与图10所示的转矩补偿用信号Cmp完全同样的信号不进行调整地输出。因而，通过与将观测器部71输出的负载转矩估计信号Tqe的值与转矩指令信号Tq2相加的处理之间相互增强的效果，能够充分抑制象限突起。

如以上说明的那样，在本发明的实施方式3中的电动机控制装置中，除了转矩补偿用信号以外，观测器部的负载转矩估计信号的值也以有效地进行补偿的方式起作用，因此结果是在广范围的进给速度中将象限突起的大小抑制得更小。另外，转矩补偿用信号的值也为比较小的值，并且被自动设定，因此也非常不容易受到机械摩擦的偏差、经年变化的影响。并且，即使在将伺服电动机应用于垂直轴的情况下，也自动且恰当地设定转矩补偿用信号的值。因而，能够实现稳定度高地将象限突起抑制得更小的电动机控制装置。

此外，以上列举实施方式1～3的电动机控制装置包含基于数字电路等的功能块的结构例来进行了说明，但是例如也可以是进行基于程序那样的处理过程的处理的结构。即，例如，关于控制运算部12、补偿信号生成部13、131、83、观测器部71等的功能，以执行控制处理方法的程序的形式存储于存储器等。而且，通过设为由微型计算机执行这些程序这样的结构，也能够实现本实施方式。

产业上的可利用性

如以上那样，本发明所涉及的电动机控制装置能够对旋转方向反转时的负载转矩的变化恰当地进行补偿。因而，本发明所涉及的电动机控制装置能够利用于产业用的FA伺服电动机的控制，特别是能够应用于要求轨迹精度的加工机等用途。

附图标记说明

10、70、80、90：电动机控制装置；12：控制运算部；13、83、131：补偿信号生成部；14、28、72：加法器；15：驱动部；21、23、342：减法器；22：位置增益设定部；24：微分运算部；25：速度比例增益设定部；26：速度积分增益设定部；27：积分运算部；32：补偿值生成部；33：切换定时生成部；34：补偿信号直流阻断部；35：信号切换部；39a、39b：延迟电路；51：切换器；53：补偿信号平滑化部；60：电动机；69：编码器；71：观测器部；74：微分处理部；75：负载模型逆运算处理部；76、817：差分运算器；77：滤波器；81：补偿值计算部；91：正负反转部；332：反转探测部；333：定时生成部；341：HPF；343：D触发器；344：乘法器；349：水平变化探测部；811：加速度计算部；812：系数决定部；813：系数乘法器；814：更新部；815：停止判定部；816：偏移保存部。

Claims (9)

1.一种电动机控制装置，以使电动机的旋转位置追随从外部输入的位置指令的方式对所述电动机的旋转动作进行控制，所述电动机控制装置具备：

控制运算部，其通过基于检测出的所述电动机的所述旋转位置和所述位置指令的运算处理，来生成用于驱动所述电动机的第一转矩指令信号；

补偿信号生成部，其生成用于对所述第一转矩指令信号进行补偿的转矩补偿用信号；

加法器，其对所述第一转矩指令信号加上所述转矩补偿用信号，将相加结果作为第二转矩指令信号来输出；以及

驱动部，其被提供所述第二转矩指令信号，基于所述第二转矩指令信号来生成对所述电动机的绕组进行通电驱动的驱动信号，

其中，所述补偿信号生成部生成在基于所述电动机的旋转方向反转时的定时的切换定时切换为规定值的转矩补偿值的所述转矩补偿用信号，

其中，所述补偿信号生成部具备：

补偿值生成部，其生成与一个旋转方向对应的第一转矩补偿值以及同与所述一个旋转方向相反的旋转方向对应的第二转矩补偿值；

切换定时生成部，其生成所述切换定时；

信号切换部，其生成基于所述切换定时来在所述第一转矩补偿值与所述第二转矩补偿值之间切换地进行合成所得到的合成转矩补偿用信号后输出；以及

补偿信号直流阻断部，其将所述合成转矩补偿用信号中包含的直流分量阻断后作为所述转矩补偿用信号来输出。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述补偿信号生成部生成的所述转矩补偿用信号是在切换为所述规定值的所述转矩补偿值之后逐渐接近零的信号。

3.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述补偿信号生成部生成的所述转矩补偿用信号还在刚切换为所述转矩补偿值之后平缓地变化。

4.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述补偿信号直流阻断部具备高通滤波器，该高通滤波器能够将在内部蓄积的直流分量复位，

所述高通滤波器基于所述切换定时被复位，并且输出将所述合成转矩补偿用信号中包含的所述直流分量阻断所得到的所述转矩补偿用信号。

5.根据权利要求1或4所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述补偿信号生成部还具备补偿信号平滑化部，该补偿信号平滑化部以使在所述第一转矩补偿值与所述第二转矩补偿值之间进行切换后的变化平缓的方式进行平滑化后输出，所述补偿信号生成部将由所述补偿信号平滑化部进行平滑化后的信号作为所述转矩补偿用信号来输出。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具备观测器部，该观测器部根据向所述驱动部提供的所述第二转矩指令信号和所述电动机的旋转速度来检测向所述电动机施加的负载转矩，输出与该负载转矩相当的负载转矩估计信号，

所述加法器除了将所述转矩补偿用信号与所述第一转矩指令信号相加以外，还将所述负载转矩估计信号与所述第一转矩指令信号相加后输出。

7.根据权利要求6所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具备补偿值计算部，该补偿值计算部基于所述电动机的旋转方向反转时的所述负载转矩估计信号，来计算并设定所述转矩补偿值的值。

8.根据权利要求7所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述补偿值计算部将所述转矩补偿值校正规定的偏移值并进行设定。

9.根据权利要求8所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述补偿值计算部将所述电动机停止时的所述负载转矩估计信号作为所述偏移值来保存，将所述转矩补偿值校正所述偏移值并进行设定。

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