CN109687794A - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动机控制装置，能够实现发热降低、控制的高响应性以及控制的高稳定性，电动机控制装置对驱动机床主轴的感应电动机进行控制，其具有：动作控制部，其根据动作指令生成转矩指令，对主轴的旋转位置和/或转速进行控制；电流控制部，其根据转矩指令，生成控制感应电动机的二次磁通的励磁电流指令和控制感应电动机的转矩的转矩电流指令，进行感应电动机的矢量控制；变化检查部，其对需要使感应电动机的二次磁通增加的动作指令的变化进行检查；磁通放大部，在检查出动作指令的变化时，该磁通放大部进行使电流控制部临时增大励磁电流指令或者磁通指令的磁通放大；增益变更部，在进行磁通放大时，该增益变更部变更动作控制部的增益。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及一种对驱动机床主轴的感应电动机进行控制的电动机控制装置。
背景技术
作为机床的主轴电动机，有时使用了感应电动机。在专利文献1和2中记载了控制这样的感应电动机的电动机控制装置。
在专利文献1中，记载了将供给到感应电动机的一次电流分为生成磁通用的励磁电流、与转矩电流来进行控制的矢量控制相关的技术。
在专利文献2中记载了对基于速度指令的速度控制和基于位置指令的位置控制的控制模式进行切换的技术。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2013-223329号公报
专利文献2：日本特开2008-306798号公报
感应电动机是如下电动机：使励磁电流流过定子(stator)线圈而产生旋转磁场，并且使转子(rotor)产生感应电流，通过该电磁力，转子追随旋转磁场的旋转而进行旋转。感应电动机存在如下缺点：因励磁电流流过定子线圈而发热。以避免该缺点为目的，存在如下磁通弱化技术：在对感应电动机的负载轻而不需要高转矩时，减弱旋转磁场的磁通或励磁电流。
但是，在基于位置指令的位置控制中，在轻负载时也要求高响应性。因此，在使用了磁通弱化技术的情况下，若在减弱感应电动机的磁通而使得转矩变小的状态下从速度控制切换为位置控制，则在按照从速度指令向位置指令的变更而增加了励磁电流之后，由于磁通没有充分升高而无法获得足够的转矩，导致位置控制的响应性低。
此外，在基于速度指令的速度控制时，在进行加减速的情况下，需要较大的转矩。因此，在使用了磁通弱化技术的情况下，若在减弱感应电动机的磁通而使得转矩变小的状态下进行加减速，则在按照速度指令增加了励磁电流之后，由于磁通没有充分升高而无法获得足够的转矩，导致加速时间延长。即，导致控制的响应性低。
因此，在从速度指令控制向位置指令控制的控制模式切换时，或者速度控制中的加减速时，需要等到磁通充分升高之后开始动作。若在控制模式切换时或加减速时每次都产生该等待时间，则会导致加工时间变长。
关于这一点，存在如下技术(参照专利文献2)：通过在控制模式切换时或加减速时增大磁通指令而将磁通的升高提前(磁通放大、磁通增强)。
在使用了该技术的情况下，将二次磁通的升高提前，可以将位置控制的动作开始或者加速后的动作开始提前。
但是，由于使励磁电流急剧变化，因此在磁通放大时会产生感应电动机2转动(move)这样的瞬变现象(transient phenomenon)的问题。即，控制的稳定性低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动机控制装置，实现发热降低、控制的高响应性以及控制的高稳定性。
(1)本发明涉及一种电动机控制装置(例如，后述的电动机控制装置1、1A)，其对驱动机床主轴的感应电动机(例如，后述的感应电动机2)进行控制，具有：动作控制部(例如，后述的位置控制部210和速度控制部220(图1)、或者后述的速度控制部220(图8))，其根据动作指令生成转矩指令，对所述主轴的旋转位置和/或转速进行控制；电流控制部(例如，后述的电流控制部230)，其根据所述转矩指令，生成控制所述感应电动机的二次磁通的励磁电流指令和控制所述感应电动机的转矩的转矩电流指令，进行所述感应电动机的矢量控制；变化检查部(例如，后述的变化检查部10)，其对需要使所述感应电动机的二次磁通增加的动作指令的变化进行检查；磁通放大部(例如，后述的磁通放大部12)，在通过所述变化检查部检查出所述动作指令的变化时，所述磁通放大部进行使所述电流控制部临时增大所述励磁电流指令或者用于生成所述励磁电流指令的磁通指令的磁通放大；以及增益变更部(例如，后述的位置增益变更部14和速度增益变更部16(图1))，在通过所述磁通放大部进行磁通放大时，所述增益变更部变更所述动作控制部的增益。
(2)在(1)所记载的电动机控制装置中，可以是，在通过所述磁通放大部进行磁通放大时，所述增益变更部增大所述动作控制部的增益。
(3)在(1)所记载的电动机控制装置中，可以是，在通过所述磁通放大部进行磁通放大时，所述增益变更部减小所述动作控制部的增益。
(4)在(1)～(3)中任一项所记载的电动机控制装置中，可以是，根据所述感应电动机的二次磁通的变化相关的时间常数来决定所述磁通放大部的磁通放大时间。
(5)在(1)～(4)中任一项所记载的电动机控制装置(例如，后述的电动机控制装置1)中，可以是，所述动作控制部具有：位置控制部(例如，后述的位置控制部210)，其根据位置指令控制所述主轴的旋转位置；速度控制部(例如，后述的速度控制部220)，其根据速度指令控制所述主轴的转速，所述动作指令的变化是动作指令从所述速度指令变更到所述位置指令，所述增益变更部具有：位置增益变更部(例如，后述的位置增益变更部14)，其变更所述位置控制部的位置增益；速度增益变更部(例如，后述的速度增益变更部16)，其变更所述速度控制部的速度增益，所述增益变更部变更所述位置增益和所述速度增益中的至少一个。
(6)在(1)～(4)中任一项所记载的电动机控制装置(例如，后述的电动机控制装置1A)中，可以是，所述动作控制部具有：速度控制部(例如，后述的速度控制部220)，其根据速度指令来控制所述主轴的转速，所述动作指令的变化是增加所述速度指令，所述增益变更部具有：速度增益变更部(例如，后述的速度增益变更部16)，其变更所述速度控制部的速度增益。
发明效果
根据本发明，可以提供一种电动机控制装置，能够实现发热降低、控制的高响应性以及控制的高稳定性。
附图说明
图1是表示第一实施方式涉及的电动机控制装置的结构的图。
图2A是表示图1和图8所示的主轴控制部的电流控制部结构的一例的图。
图2B是表示图1和图8所示的主轴控制部的电流控制部结构的另一例的图。
图3是速度控制时的感应电动机的磁通弱化控制与位置控制时的感应电动机的磁通控制的概略图。
图4是从速度控制向位置控制的控制模式切换时的感应电动机的励磁电流与二次磁通的概略图。
图5A是从速度控制向位置控制的控制模式切换时的感应电动机的励磁电流与二次磁通的概略图。
图5B是感应电动机的磁通增强控制的概略图。
图6A是第一实施方式涉及的电动机控制装置进行的磁通放大动作的一例的概略图。
图6B是第一实施方式涉及的电动机控制装置进行的磁通放大动作的另一例的概略图。
图7是第一实施方式涉及的电动机控制装置进行的磁通放大动作的流程图。
图8是表示第二实施方式涉及的电动机控制装置的结构的图。
图9是感应电动机的磁通弱化控制的概略图。
图10A是速度指令的变化(增加)时感应电动机的励磁电流与二次磁通的概略图。
图10B是感应电动机的磁通增强控制的概略图。
图11A是第二实施方式涉及的电动机控制装置进行的磁通放大动作的一例的概略图。
图11B是第二实施方式涉及的电动机控制装置进行的磁通放大动作的另一例的概略图。
图12是第二实施方式涉及的电动机控制装置进行的磁通放大动作的流程图。
符号说明
1、1A 电动机控制装置
2 感应电动机
3 编码器
10 变化检查部
12 磁通放大部
14 位置增益变更部(增益变更部)
16 速度增益变更部(增益变更部)
100、100A 数值控制部
200、200A 主轴控制部
210 位置控制部(动作控制部)
212 控制切换部
220 速度控制部(动作控制部)
230 电流控制部
231 磁通指令产生部
232、235、238 减法器
233 磁通控制部
234 磁通推定部
236 励磁电流控制部
237 转矩电流指令产生部
239 转矩电流控制部
240 2相-3相变换部
241 励磁电流指令产生部
300 驱动部
310 电流检测器
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式的一例进行说明。另外，在各附图中对相同或者相当的部分标注相同的符号。
(第一实施方式)
图1是表示第一实施方式有关的电动机控制装置的结构的图。图1所示的电动机控制装置1是用于对旋转驱动主轴加工机那样的机床的主轴的感应电动机2进行控制的装置。电动机控制装置1具有：数值控制部(CNC)100、主轴控制部200以及驱动部300。
数值控制部100存储有机床的动作程序(也称为加工程序。)。另外，数值控制部100也可以取得存储于外部装置的机床的动作程序。
数值控制部100根据该动作程序(加工程序)进行基于速度指令的速度控制模式与基于位置指令的位置控制模式的控制模式的切换。在速度控制模式时，数值控制部100生成用于控制主轴的转速的速度指令vcmd，供给到主轴控制部200。此外，在位置控制模式时，数值控制部100生成用于控制主轴的转速位置的位置指令Pcmd，供给到主轴控制部200。
主轴控制部200在速度控制模式时，按照来自数值控制部100的速度指令vcmd，驱动控制感应电动机2。此外，主轴控制部200在位置控制模式时，按照来自数值控制部100的位置指令Pcmd，驱动控制感应电动机2。主轴控制部200具有：位置控制部210、控制切换部212、速度控制部220、电流控制部230。在本实施方式中，位置控制部210与速度控制部220构成控制主轴的旋转位置和转速的动作控制部。
位置控制部210根据来自数值控制部100的位置指令Pcmd与设置于感应电动机2的编码器3检测出的感应电动机2的位置(旋转位置)的反馈Pa之差来生成速度指令vcmd。位置控制部210例如由包含比例器和积分器的PI控制器，或者包含比例器在内的P控制器等能够设定增益的控制器构成。
控制切换部212例如根据来自数值控制部100的控制模式切换信号，切换来自位置控制部210的速度指令vcmd与来自数值控制部100的速度指令vcmd。具体来说，控制切换部212在速度控制模式时，将来自数值控制部100的速度指令vcmd供给到速度控制部220。此外，控制切换部212在位置控制模式时，将来自位置控制部210的速度指令vcmd供给到速度控制部220。
速度控制部220根据来自数值控制部100的速度指令vcmd或来自位置控制部210的速度指令vcmd与设置于感应电动机2的编码器3检测出的感应电动机2的实际速度(速度FB)va之差来生成转矩指令Tcmd。速度控制部220例如由包含比例器和积分器的PI控制器等能够设定增益的控制器构成。
电流控制部230根据来自速度控制部220的转矩指令Tcmd、来自编码器3的实际速度va、由设置于驱动部300的电流检测器310检测出的驱动部300的输出电流、即用于驱动感应电动机2的实际电流(电流FB、驱动电流)Iu、Iv、Iw，来生成用于对驱动部300进行驱动的电压指令Vu、Vv、Vw。
数值控制部100和主轴控制部200(以及后述的数值控制部100A和主轴控制部200A)例如由DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)等运算处理器构成。例如通过执行存储于存储部的规定软件(程序)来实现数值控制部100和主轴控制部200(以及后述的数值控制部100A和主轴控制部200A)的功能。数值控制部100和主轴控制部200(以及后述的数值控制部100A和主轴控制部200A)的功能既可以通过硬件与软件的协作来实现，也可以只通过硬件(电子电路)来实现。
驱动部300根据来自电流控制部230的电压指令Vu、Vv、Vw，生成用于驱动感应电动机2的实际电流(驱动电流)Iu、Iv、Iw。
驱动部300例如由将商用三相交流电变换为直流电的整流器、和将来自转换器的直流电变换为三相交流电的逆变器构成。该情况下，电压指令Vu、Vv、Vw用作逆变器的控制电压。
图2A是表示图1所示的主轴控制部200的电流控制部230的结构的一例的图，图2B是表示图1所示的主轴控制部200的电流控制部230的结构的另一例的图。
图2A和图2B所示的电流控制部230(即主轴控制部200)进行如下矢量控制：将感应电动机2的一次电流即驱动电流分为生成磁通用的励磁电流(d相电流)、生成转矩用的转矩电流(q相电流)来进行控制。
图2A所示的电流控制部230具有：磁通指令产生部231、减法器232、235、238、磁通控制部233、磁通推定部234、励磁电流控制部236、转矩电流指令产生部237、转矩电流控制部239、以及2相-3相变换部240。
磁通指令产生部231根据转矩指令Tcmd与感应电动机2的实际速度(速度FB)va，生成磁通指令φcmd，所述磁通指令φcmd用于生成感应电动机2的磁通。
减法器232求出磁通指令φcmd与磁通推定部234推定出的感应电动机2的二次磁通的推定值φ2d之差。
磁通控制部233根据由减法器232求出的磁通指令φcmd与磁通推定值φ2d之差，生成励磁电流指令(d相电流指令)Idcmd。
磁通推定部234根据由磁通控制部233生成的励磁电流指令Idcmd、存储于例如存储部(省略图示)的感应电动机2的互感M、由感应电动机2的电路常数决定的时间常数τ＝L2/R2，通过以下公式(1)来推定感应电动机2的二次磁通φ2d。
【公式1】
另外，磁通推定部234也可以使用感应电动机2的励磁电流(d相电流)的反馈I1d代替励磁电流指令Idcmd，通过以下公式(2)推定感应电动机2的二次磁通φ2d。
【公式2】
这样，磁通指令产生部231、减法器232、磁通控制部233和磁通推定部234，像上述公式(1)或上述公式(2)那样考虑时间常数τ＝L2/R2的一次延迟而从励磁电流指令Idcmd或励磁电流I1d推定感应电动机2的二次磁通φ2d，从磁通指令φcmd与磁通推定值φ2d的偏差生成励磁电流指令Idcmd。
减法器235求出由磁通控制部233生成的励磁电流指令Idcmd、与通过2相-3相变换部240变换了实际电流Iu、Iv、Iw而得的励磁电流(d相电流)的反馈I1d之差。
励磁电流控制部236根据励磁电流指令Idcmd与励磁电流的反馈I1d之差，生成d相电压指令Vdcmd。
转矩电流指令产生部237根据转矩指令Tcmd生成转矩电流指令(q相电流指令)Iqcmd。
减法器238求出由转矩电流指令产生部237生成的转矩电流指令Iqcmd、与通过2相-3相变换部240变换了实际电流Iu、Iv、Iw而得的转矩电流(q相电流)的反馈I1q之差。
转矩电流控制部239根据转矩电流指令Iqcmd与转矩电流的反馈I1q之差，生成q相电压指令Vqcmd。
2相-3相变换部240将d相电压指令Vdcmd与q相电压指令Vqcmd变换为uvw各相的电压指令Vu、Vv、Vw。此外，2相-3相变换部240将uvw各相的实际电流Iu、Iv、Iw变换为励磁电流(d相电流)I1d和转矩电流(q相电流)I1q。
图2B所示的电流控制部230代替图2A所示的电流控制部230中的磁通指令产生部231、减法器232、磁通控制部233和磁通推定部234，而具有励磁电流指令产生部241。
励磁电流指令产生部241根据转矩指令Tcmd与感应电动机2的实际速度(速度FB)va，生成励磁电流指令(d相电流指令)Idcmd。
这样，在图2B所示的电流控制部230中，通过利用励磁电流指令产生部241直接指令励磁电流而间接控制感应电动机2的二次磁通φ2d。
这里，如上述公式(2)所示，在感应电动机2中，即使供给励磁电流(d相电流)I1d，二次磁通φ2d延迟时间常数τ＝L2/R2而升高。
关于这一点，在图2A所示的电流控制部230中，通过磁通指令产生部231、减法器232、磁通控制部233和磁通推定部234，考虑时间常数τ＝L2/R2的一次延迟而从励磁电流推定感应电动机2的二次磁通φ2d，从磁通指令φcmd与磁通推定值φ2d的偏差生成励磁电流指令Idcmd。由此，图2A的电流控制部230与图2B的电流控制部230相比，可以提升励磁电流变化时的瞬变状态下的感应电动机2的控制性。
另外，电动机控制装置1在基于速度指令的速度控制时，为了降低感应电动机2的发热，而在感应电动机2的负载轻而不需要高转矩的情况下(轻负载时)，将感应电动机2的二次磁通(励磁电流)控制得小(磁通弱化控制)。例如，在图2A所示的电流控制部230中，通过磁通指令产生部231，如图3(实线)所示，以随着转矩指令变小而逐渐降低磁通指令的方式，根据转矩指令来变更磁通指令。此外，在图2B所示的电流控制部230中，通过励磁电流指令产生部241，如图3(实线)所示，以随着转矩指令变小而逐渐降低励磁电流指令的方式，根据转矩指令来变更磁通指令。
另一方面，在基于位置指令的位置控制中，即使在轻负载时也要求高响应性(对指令的跟踪性)，因此，将轻负载时的磁通指令或者励磁电流指令设定得大。例如，在图2A所示的电流控制部230中，通过磁通指令产生部231，如图3(单点划线)所示，不管转矩指令而始终将磁通指令设定为100％。此外，在图2B所示的电流控制部230中，通过励磁电流指令产生部241，如图3(单点划线)所示，不管转矩指令而始终将励磁电流指令设定为100％。
例如，若在停止状态(轻负载时)的速度控制模式中通过磁通弱化控制将磁通指令或励磁电流指令设为30％时从速度控制模式切换为位置控制模式，则磁通指令或励磁电流指令从30％变化为100％。此时，如图4所示，实际的二次磁通φ2d针对励磁电流I1d即磁通指令或励磁电流指令而延迟时间常数τ＝L2/R2后升高。
感应电动机2的转矩T如下述公式(3)那样，通过二次磁通φ2d与转矩电流(q相电流)I1d之积来表示。
【公式3】
其中，Np为极对数。
因此，如图5A所示，在控制模式从速度控制模式向位置控制模式变更的情况下，在增加了磁通指令或励磁电流指令之后(时刻t1之后)，由于二次磁通φ2d没有充分升高而无法输出足够的转矩，导致位置控制的响应性低。
因此，在控制模式切换时，需要等到二次磁通充分升高才开始动作(时刻t2)。若在控制模式切换时每次都产生该等待时间，则导致加工时间变长。
关于这一点，存在如下技术(参照专利文献2)：通过在控制模式切换时将磁通指令或励磁电流指令设定为100％以上得大来提前二次磁通的升高(磁通放大、磁通增强(magnetic flux boost))。
例如，在图2A所示的电流控制部230中，通过磁通指令产生部231，如图5B所示，在从磁通指令30％的速度控制模式切换为磁通指令100％的位置控制模式时，以规定时间将磁通指令放大至例如200％(时刻t1)。此外，在图2B所示的电流控制部230中，通过励磁电流指令产生部241，如图5B所示，在从励磁电流指令30％的速度控制模式切换为励磁电流指令100％的位置控制模式时，以规定时间将励磁电流指令放大至例如200％(时刻t1)。由此，将二次磁通的升高提前，可以提前开始位置控制的动作(时刻t2)。
但是，存在如下问题：使励磁电流急剧变化而产生的转矩变动比静摩擦力大，在磁通放大时会产生感应电动机2转动这样的瞬变现象。
因此，在本实施方式中，如图6A和图6B所示，在动作指令从速度指令变更到位置指令时，进行使磁通指令或励磁电流指令临时(t11-t12)增加的磁通放大，并且变更(增大或减小)位置控制的位置增益和速度控制的速度增益中的至少一个增益。
具体来说，如图1所示，主轴控制部200具有：变化检查部10、磁通放大部12、位置增益变更部14、速度增益变更部16。
变化检查部10对动作指令从速度指令变更到位置指令、即需要使感应电动机2的二次磁通φ2d增加的动作指令的变化进行检查。变化检查部10例如根据上述控制模式切换信号，来检测动作指令从速度指令向位置指令的变更。
磁通放大部12在通过变化检查部10检查出从速度指令变更到位置指令时，进行使磁通指令或励磁电流指令临时增大的磁通放大。
例如，如图1和图2A所示，磁通放大部12将放大信号发送给电流控制部230中的磁通指令产生部231。由此，如图6A和图6B所示，磁通指令产生部231在控制模式从速度控制向位置控制切换时(时刻t11)，增大磁通指令。
此外，如图1和图2B所示，磁通放大部12将放大信号发送给电流控制部230中的励磁电流指令产生部241。由此，如图6A和图6B所示，励磁电流指令产生部241在控制模式从速度控制向位置控制切换时(时刻t11)，增大励磁电流指令。
根据感应电动机2的时间常数τ＝L2/R2来决定磁通放大部12进行的磁通放大的时间(t11-t12)。
位置增益变更部14在通过磁通放大部12进行磁通放大时，变更位置控制部210的位置增益。例如，如图6A所示，位置增益变更部14在磁通放大时(t11-t12)可以增大位置控制部210的位置增益。或者，如图6B所示，位置增益变更部14在磁通放大时(t11-t12)可以减小位置控制部210的位置增益。
速度增益变更部16在通过磁通放大部12进行磁通放大时，变更速度控制部220的速度增益。例如，如图6A所示，速度增益变更部16在磁通放大时(t11-t12)可以增大速度控制部220的位置增益。或者，如图6B所示，速度增益变更部16在磁通放大时(t11-t12)可以减小速度控制部220的位置增益。
另外，可以进行位置增益变更部14涉及的位置控制部210的位置增益的变更和速度增益变更部16涉及的速度控制部220的速度增益的变更两者，也可以进行任意一个。
接下来，参照图7对第一实施方式涉及的电动机控制装置1进行的磁通放大动作进行说明。
首先，变化检查部10判定是否产生了动作指令从速度指令向位置指令的变更(S1)。在没有检查出动作指令的从速度指令向位置指令的变更时，磁通放大部12不进行磁通放大，位置增益变更部14应用速度控制模式的标准增益作为位置控制部210的位置增益，速度增益变更部16应用速度控制模式的标准增益作为速度控制部220的速度增益(S2)(图6A和图6B中的t11以前)。
另一方面，若检查出动作指令从速度指令向位置指令的变更，则磁通放大部12进行使磁通指令或励磁电流指令临时增大的磁通放大(S3)(图6A和图6B中的时刻t11)。
此时，位置增益变更部14将位置控制部210的位置增益变更(增大或减小)为磁通放大时的增益，速度增益变更部16将速度控制部220的速度增益变更(增大或减小)为磁通放大时的增益(S4)(图6A和图6B中的时刻t11)。
另外，可以进行位置增益变更部14涉及的位置控制部210的位置增益的变更和速度增益变更部16涉及的速度控制部220的速度增益的变更两者，也可以进行任意一个。
接下来，例如磁通放大部12判定是否从磁通放大开始经过了规定时间(t11-t12)(S5)，在经过规定时间时停止磁通放大(S6)(图6A和图6B中的时刻t12)。
此时，位置增益变更部14应用位置控制模式的标准增益作为位置控制部210的位置增益，速度增益变更部16应用位置控制模式的标准增益作为速度控制部220的速度增益(S7)(图6A和图6B中的时刻t12以后)。
如以上说明那样，根据第一实施方式的电动机控制装置1，在动作指令从速度指令变更到位置指令时，增加磁通指令或励磁电流指令临时进行增加感应电动机2的二次磁通的磁通放大。由此，在速度控制时，即使为了降低感应电动机2的发热而在感应电动机2轻负载时进行磁通弱化控制，在从速度控制向位置控制的控制模式切换时，也可以提前升高感应电动机2的二次磁通，可以提前开始位置控制的动作(位置控制的高响应性)。
此外，根据第一实施方式的电动机控制装置1，在磁通放大时，对位置控制的位置增益和速度控制的速度增益中的至少一个增益进行变更。例如，若将位置控制环或速度控制环的增益设定得大，则可以提高针对感应电动机2转动的收敛性，可以抑制感应电动机2转动的瞬变现象。此外，若将位置控制环或速度控制环的增益设定得小，则可以使感应电动机2的转动迟钝，可以抑制感应电动机2转动的瞬变现象(控制的高稳定性)。
这样，根据第一实施方式的电动机控制装置1，可以实现感应电动机2轻负载时的磁通弱化带来的感应电动机2的发热降低、动作指令从速度指令变更到位置指令时感应电动机2的位置控制的高响应性、磁通放大时感应电动机2的控制的高稳定性。
(第二实施方式)
在第一实施方式中，对进行基于速度指令的速度控制和基于位置指令的位置控制的控制模式切换的电动机控制装置进行了说明。在第二实施方式中，对在基于速度指令的速度控制时进行加速动作的电动机控制装置进行说明。
图8是表示第二实施方式有关的电动机控制装置的结构的图。图8所示的电动机控制装置1A代替图1所示的电动机控制装置1中的数值控制部100和主轴控制部200，而具有数值控制部100A和主轴控制部200A。
数值控制部100A根据动作程序(加工程序)不进行速度控制模式与位置控制模式的控制模式的切换，生成速度指令vcmd供给到主轴控制部200A。
主轴控制部200A只在上述的速度控制模式中进行动作，按照来自数值控制部100A的速度指令vcmd，驱动控制感应电动机2。主轴控制部200A是不具有图1所示的主轴控制部200中的位置控制部210、控制切换部212、位置增益变更部14的结构。在本实施方式中，速度控制部220构成控制主轴的转速的动作控制部。
在本实施方式中也是，为了降低感应电动机2的发热，感应电动机2的负载轻而不需要高转矩的情况下(轻负载时)，电动机控制装置1A将感应电动机2的二次磁通(励磁电流)控制得小(磁通弱化控制)。例如，在图2A所示的电流控制部230中，通过磁通指令产生部231，如图9所示，以随着转矩指令变小而逐渐降低磁通指令的方式，根据转矩指令来变更磁通指令。此外，在图2B所示的电流控制部230中，通过励磁电流指令产生部241，如图9所示，以随着转矩指令变小逐渐降低励磁电流指令的方式，根据转矩指令来变更磁通指令。
例如，若在通过磁通弱化控制将磁通指令或励磁电流指令设为30％时从停止状态起进行加速动作，则转矩指令从0％变化为100％，因此，磁通指令或励磁电流指令从30％变化为100％。此时，如图4所示，实际的二次磁通φ2d针对励磁电流I1d即磁通指令或励磁电流指令延迟时间常数τ＝L2/R2后升高。
如上所述，感应电动机2的转矩T如上述公式(3)所示，通过二次磁通φ2d与转矩电流(q相电流)I1q之积来表示。
因此，如图10A所示，在加速时这样需要较大的转矩的情况下，即速度指令增加的情况下，在增加了磁通指令或励磁电流指令之后(时刻t1之后)，由于二次磁通φ2d没有充分升高而无法输出足够的转矩，导致加速时间延长。
因此，在加速时，需要等到二次磁通充分升高才开始动作(时刻t2)。若在加速时每次都产生该等待时间，则导致加工时间变长。
关于这一点，存在如下技术：通过在加速时将磁通指令或励磁电流指令设定为100％以上得大来提前二次磁通的升高(磁通放大、磁通增强)。
例如，在图2A所示的电流控制部230中，通过磁通指令产生部231，如图10B所示，在从磁通指令30％到磁通指令100％的加速时，以规定时间将磁通指令放大至例如200％(时刻t1)。此外，在图2B所示的电流控制部230中，通过励磁电流指令产生部241，如图5B所示，在从励磁电流指令30％到励磁电流指令100％的加速时，以规定时间将励磁电流指令放大至例如200％(时刻t1)。由此，将二次磁通的升高提前，可以提前开始加速后的动作(时刻t2)。
但是，存在如下问题：使励磁电流急剧变化而产生的转矩变动比静摩擦力大，在磁通放大时产生感应电动机2转动这样的瞬变现象。
因此，在本实施方式中，如图11A和图11B所示，在速度指令的变化(增加)时，进行使磁通指令或励磁电流指令临时(t11-t12)增加的磁通放大，并且变更(增大或减小)速度控制的速度增益。
具体来说，如图8所示，主轴控制部200A具有：变化检查部10、磁通放大部12、速度增益变更部16。
变化检查部10对速度指令的变化(增加)，即需要使感应电动机2的二次磁通φ2d增加的动作指令的变化进行检查。
磁通放大部12在通过变化检查部10检查出速度指令变化(增加)时，进行临时增大磁通指令或励磁电流指令的磁通放大。
例如，如图8和图2A所示，磁通放大部12将放大信号发送给电流控制部230中的磁通指令产生部231。由此，磁如图11A和图11B所示，通指令产生部231在加速时(时刻t11)将磁通指令设定得大。
此外，如图8和图2B所示，磁通放大部12将放大信号发送给电流控制部230中的励磁电流指令产生部241。由此，如图11A和图11B所示，励磁电流指令产生部241在加速时(时刻t11)将励磁电流指令设定得大。
在通过磁通放大部12进行磁通放大时，速度增益变更部16变更速度控制部220的速度增益。例如，如图11A所示，在磁通放大时(t11-t12)，速度增益变更部16可以将速度控制部220的速度增益设定得大。或者，如图11B所示，在磁通放大时(t11-t12)，速度增益变更部16可以将速度控制部220的速度增益设定得小。
接下来，参照图12对第二实施方式涉及的电动机控制装置1A进行的磁通放大动作进行说明。
首先，变化检查部10判定是否产生了速度指令的变化(增加)(S11)。在没有检查出速度指令的变化(增加)时，磁通放大部12不进行磁通放大，速度增益变更部16应用标准增益作为速度控制部220的速度增益(S12)(图11A和图11B中的时刻t11以前)。
另一方面，在检查出速度指令的变化(增加)时，磁通放大部12进行使磁通指令或者励磁电流指令临时增大的磁通放大(S3)(图11A和图11B中的时刻t11)。
此时，速度增益变更部16将速度控制部220的速度增益变更(增大或减小)为磁通放大时的增益(S14)(图11A和图11B中的时刻t11)。
接下来，例如磁通放大部12判定是否从磁通放大开始起经过了规定时间(t11-t12)(S5)，在经过规定时间时停止磁通放大(S6)(图11A和图11B中的时刻t12)。
此时，速度增益变更部16应用标准增益作为速度控制部220的速度增益(S17)(图11A和图11B中的时刻t12以后)。
如以上说明那样，根据第二实施方式的电动机控制装置1A，在速度指令的变化(增加)时，使磁通指令或励磁电流指令增加而进行临时增加感应电动机2的二次磁通的磁通放大。由此，即使为了降低感应电动机2的发热而在感应电动机2轻负载时进行磁通弱化控制，也可以在加速时提前升高感应电动机2的二次磁通，获得足够的转矩，能够缩短加速时间，能够提前开始加速后的动作(位置控制的高响应性)。
此外，根据第二实施方式的电动机控制装置1A，在磁通放大时，变更速度控制的速度增益。例如，若将速度控制环的增益设定得大，则可以提高针对感应电动机2转动的收敛性，可以抑制感应电动机2转动的瞬变现象。此外，若将速度控制环的增益设定得小，则可以使感应电动机2的转动迟钝，可以抑制感应电动机2转动的瞬变现象(控制的高的稳定性)。
这样，根据第二实施方式的电动机控制装置1A，可以实现感应电动机2轻负载时的磁通弱化带来的感应电动机2的发热降低、速度指令变化(增加)时感应电动机2的控制的高响应性、磁通放大时感应电动机2的控制的高稳定性。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变更和变形。

Claims (6)

1.一种电动机控制装置，其对驱动机床主轴的感应电动机进行控制，其特征在于，所述电动机控制装置具有：
动作控制部，其根据动作指令生成转矩指令，对所述主轴的旋转位置和/或转速进行控制；
电流控制部，其根据所述转矩指令，生成控制所述感应电动机的二次磁通的励磁电流指令和控制所述感应电动机的转矩的转矩电流指令，进行所述感应电动机的矢量控制；
变化检查部，其对需要使所述感应电动机的二次磁通增加的动作指令的变化进行检查；
磁通放大部，在通过所述变化检查部检查出所述动作指令的变化时，所述磁通放大部进行使所述电流控制部临时增大所述励磁电流指令或者用于生成所述励磁电流指令的磁通指令的磁通放大；以及
增益变更部，在通过所述磁通放大部进行磁通放大时，所述增益变更部变更所述动作控制部的增益。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
在通过所述磁通放大部进行磁通放大时，所述增益变更部增大所述动作控制部的增益。
3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
在通过所述磁通放大部进行磁通放大时，所述增益变更部减小所述动作控制部的增益。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，
根据所述感应电动机的二次磁通的变化相关的时间常数来决定所述磁通放大部的磁通放大时间。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述动作控制部具有：
位置控制部，其根据位置指令控制所述主轴的旋转位置；以及
速度控制部，其根据速度指令控制所述主轴的转速，
所述动作指令的变化是动作指令从所述速度指令变更到所述位置指令，
所述增益变更部具有：
位置增益变更部，其变更所述位置控制部的位置增益；以及
速度增益变更部，其变更所述速度控制部的速度增益，
所述增益变更部变更所述位置增益和所述速度增益中的至少一个。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述动作控制部具有：速度控制部，其根据速度指令来控制所述主轴的转速，
所述动作指令的变化是增加所述速度指令，
所述增益变更部具有：速度增益变更部，其变更所述速度控制部的速度增益。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4843292A (en) * 1987-03-02 1989-06-27 Yokogawa Electric Corporation Direct drive motor system
JP2002199781A (ja) * 2000-12-08 2002-07-12 Otis Elevator Co 誘導電動機の制御装置および制御方法
CN101320955A (zh) * 2007-06-05 2008-12-10 发那科株式会社 电动机控制装置
CN102792580A (zh) * 2010-03-08 2012-11-21 江森自控科技公司 用于控制永磁同步马达的方法和系统
CN105281348A (zh) * 2014-07-21 2016-01-27 苏州伟创电气设备技术有限公司 一种电机能量回馈的控制方法及控制装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2734095B2 (ja) * 1989-06-23 1998-03-30 三菱電機株式会社 電動機の制御装置
JPH0755429B2 (ja) * 1989-10-03 1995-06-14 三菱電機株式会社 工作機械の主軸駆動装置
JP3711824B2 (ja) * 1999-12-09 2005-11-02 富士電機機器制御株式会社 電力変換装置駆動電動機の磁束弱め制御方法
JP5418961B2 (ja) * 2009-04-09 2014-02-19 富士電機株式会社 誘導電動機の制御装置
JP5462906B2 (ja) 2012-04-16 2014-04-02 山洋電気株式会社 モータ制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4843292A (en) * 1987-03-02 1989-06-27 Yokogawa Electric Corporation Direct drive motor system
JP2002199781A (ja) * 2000-12-08 2002-07-12 Otis Elevator Co 誘導電動機の制御装置および制御方法
CN101320955A (zh) * 2007-06-05 2008-12-10 发那科株式会社 电动机控制装置
CN102792580A (zh) * 2010-03-08 2012-11-21 江森自控科技公司 用于控制永磁同步马达的方法和系统
CN105281348A (zh) * 2014-07-21 2016-01-27 苏州伟创电气设备技术有限公司 一种电机能量回馈的控制方法及控制装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李建军等: ""变增益PI速度控制器在间接磁场定向控制系统中的应用"", 《中南大学学报》 *

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