CN110161974B - 参数决定辅助装置和记录有程序的计算机可读介质 - Google Patents

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CN110161974B CN201910116569.7A CN201910116569A CN110161974B CN 110161974 B CN110161974 B CN 110161974B CN 201910116569 A CN201910116569 A CN 201910116569A CN 110161974 B CN110161974 B CN 110161974B
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Abstract

本发明提供参数决定辅助装置和记录有程序的计算机可读介质，在对电路常数未知的电动机进行驱动时简单地决定驱动参数并缩短决定驱动参数所需要的时间。参数决定辅助装置(11)具备：自动测定部(117)，其自动测定在应用初始参数通过试运转程序以基于基底速度的大致固定速度驱动同步电动机(41)的情况下的同步电动机的转速以及电动机驱动装置(31)的直流环节电压和Q相电压指令，来作为该情况下的运转信息；估计部(118)，其基于运转信息估计同步电动机的反电动势电压常数和转矩常数，来作为同步电动机的电路常数；以及计算部(119)，其基于电路常数来进行与同步电动机的输出规格相匹配的最佳参数的计算。

Description

参数决定辅助装置和记录有程序的计算机可读介质
技术领域
本发明涉及参数决定辅助装置和记录有程序的计算机可读介质。
背景技术
为了控制在机床、包装机、产业用机器人等所包括的伺服机构中使用的伺服电动机，需要将用于驱动伺服电动机的驱动参数设定为适当的值。作为设定该驱动参数的方法，例如在专利文献1中公开了以下技术：获取驱动系统的参数，利用根据所获取的参数生成的试验动作程序使驱动系统运转，基于对在运转时获得的运转数据进行分析得到的结果来调整控制器的参数。
专利文献1：日本特开2003-316422号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1中，以电动机的电阻值、电感等电路常数已知为前提，但在对电路常数未知的电动机或作为电路常数呈现的值的精度不清楚的电动机进行驱动的情况下，需要根据电动机的额定输出、基底转速等已知的信息来决定进行试运转用的初始参数，并基于在以特定的动作进行试运转时测定出的电流值、速度等数据来决定最佳的驱动参数。
但是，由于决定最佳的驱动参数的过程复杂，因此决定最佳的驱动参数耗费时间并且需要作业者有技能。
本发明的目的在于提供在对电路常数未知的电动机进行驱动时能够简单地决定驱动参数并缩短决定驱动参数所需要的时间的参数决定辅助装置和记录有程序的计算机可读介质。
用于解决问题的方案
(1)本发明所涉及的电动机驱动用的参数决定辅助装置(例如后述的参数决定辅助装置11)具备：获取单元(例如后述的获取部114)，其获取电动机的驱动装置(例如后述的电动机驱动装置31)的规格信息和同步电动机(例如后述的同步电动机41)的输出规格信息；初始参数决定单元(例如后述的初始参数决定部115)，其基于所述规格信息和所述输出规格信息来决定进行试运转用的初始参数；程序制作单元(例如后述的程序制作部116)，其基于所述输出规格信息来制作被用于试运转的试运转程序，该试运转用于获取对决定所述同步电动机的输出的参数进行调整所需要的数据；自动测定单元(例如后述的自动测定部117)，其自动测定在应用所述初始参数通过所述试运转程序以基于基底速度的大致固定速度驱动所述同步电动机的情况下的所述同步电动机的转速以及所述电动机驱动装置的直流环节电压和Q相电压(Q-phase voltage)指令，来作为所述情况下的运转信息；估计单元(例如后述的估计部118)，其基于所述运转信息估计所述同步电动机的反电动势电压常数和转矩常数，来作为所述同步电动机的电路常数；以及计算单元(例如后述的计算部119)，其基于所述电路常数来进行与所述同步电动机的输出规格相匹配的最佳参数的计算。
(2)也可以是，(1)所述的参数决定辅助装置还具备：探测单元(例如后述的探测部112)，其探测所述规格信息；以及输入单元(例如后述的输入部113)，其供操作人员输入所述输出规格信息，所述获取单元从所述探测单元获取所述规格信息，从所述输入单元获取所述输出规格信息。
(3)也可以是，(1)或(2)所述的参数决定辅助装置还具备显示单元(例如后述的显示部120)，该显示单元显示测定出的所述运转信息、估计出的所述电路常数以及计算出的所述最佳参数中的至少一方。
(4)本发明所涉及的记录有程序的计算机可读介质使计算机作为根据(1)～(3)中的任一项所述的参数决定辅助装置进行动作。
发明的效果
根据本发明，在对电路常数未知的电动机进行驱动时能够简单地决定驱动参数并缩短决定驱动参数所需要的时间。
附图说明
图1是示出包括本发明的实施方式所涉及的参数决定辅助装置的电动机驱动系统的整体结构的框图。
图2是示出图1所示的参数决定辅助装置的功能的框图。
图3是示出图1所示的数值控制装置的结构的框图。
图4是示出图1所示的电动机驱动装置的结构的框图。
图5是说明图1所示的参数决定辅助装置的动作的流程图。
图6是示出在显示器中显示测定出的运转信息的画面的图。
图7是示出在显示器中显示估计出的电路常数的画面的图。
图8是示出在显示器中显示计算出的最佳参数的画面的图。
附图标记说明
1：电动机驱动系统；11：参数决定辅助装置；21：数值控制装置；31：电动机驱动装置；41：同步电动机；111：控制部；112：探测部；113：输入部；114：获取部；115：初始参数决定部；116：程序制作部；117：自动测定部；118：估计部；119：计算部；120：显示部。
具体实施方式
下面，参照图1～图8来详细说明本发明的实施方式。
图1示出包括本发明的实施方式所涉及的参数决定辅助装置的电动机驱动系统1的整体结构。电动机驱动系统1除了具备参数决定辅助装置11以外，还具备数值控制装置21、电动机驱动装置31以及同步电动机41。
参数决定辅助装置11基于从电动机驱动装置31接收到的电动机驱动装置31的规格和操作人员对参数决定辅助装置11输入的同步电动机41的输出规格信息，来决定同步电动机41的进行试运转用的初始参数，并且基于规格信息、输出规格信息以及初始参数来制作用于进行试运转的试运转程序。
为了估计同步电动机41的电路常数，需要确认使同步电动机41以大致固定转速(大致固定速度)旋转或使同步电动机41加减速时的驱动电流值、驱动电压值以及转速等数据(运转信息)，此处的“试运转”是指为了确认这些数据而对同步电动机41进行驱动的试运转。
另外，“驱动电压值”是以某个转速实际驱动同步电动机41所需要的电压，是根据最原始的电源的电压、电压的指令值来计算的。
另外，此处的“初始参数”例如包括驱动同步电动机41的最大电流值、D相电流(D-phase current)值、同步电动机41的最高转速、用于将从电动机驱动装置31取入的电流值的反馈换算为实际的物理量的系数中的至少一方。
另外，此处的“输出规格信息”例如包括同步电动机41的额定输出和基底转速(日语：基底回転数)中的至少一方。
并且，参数决定辅助装置11将该初始参数和试运转程序发送到数值控制装置21。数值控制装置21应用初始参数来执行试运转程序，由此生成位置指令值、速度指令值等指令值，并将这些指令值与初始参数一起发送到电动机驱动装置31。
电动机驱动装置31将基于从数值控制装置21接收到的初始参数和指令值的驱动电流供给到同步电动机41。
同步电动机41向电动机驱动装置31发送速度信息、位置信息、转速等反馈值。
电动机驱动装置31将包括从同步电动机41接收到的反馈值、驱动电流值、针对同步电动机41的指令值等的运转信息发送到参数决定辅助装置11。此外，此处的“运转信息”包括同步电动机41的转速SPEED[rmp]以及电动机驱动装置31的直流环节电压VDC[V]和Q相电压指令VQCMD[％]。
参数决定辅助装置11基于从电动机驱动装置31接收到的运转信息来估计同步电动机41的电路常数。并且，参数决定辅助装置11基于该电路常数来进行与同步电动机41的输出规格相匹配的最佳参数的计算，并将该最佳参数发送到数值控制装置21。此外，此处的“电路常数”包括反电动势电压常数Ke[V/krpm]和转矩常数Kt[Nm/Arms]。
图2是示出参数决定辅助装置11的功能的框图。参数决定辅助装置11具备控制部111、探测部112以及输入部113，并且，控制部111具备获取部114、初始参数决定部115、程序制作部116、自动测定部117、估计部118、计算部119以及显示部120。
控制部111具有CPU、ROM、RAM、CMOS存储器等，它们构成为能够经由总线相互通信，对于本领域技术人员而言是公知的。
CPU是在整体上控制参数决定辅助装置11的处理器。该CPU经由总线读出ROM中保存的系统程序和应用程序，按照该系统程序和应用程序来控制参数决定辅助装置11整体，由此使控制部111如图2所示那样构成为实现获取部114、初始参数决定部115、程序制作部116、自动测定部117、估计部118、计算部119以及显示部120的功能。在RAM中保存临时的计算数据、显示数据等各种数据。CMOS存储器将未图示的电池作为备用电池，构成为即使参数决定辅助装置11的电源断开也保持存储状态的非易失性存储器。
获取部114获取电动机驱动装置31的规格信息和同步电动机41的输出规格信息。特别是，获取部114从后述的探测部112获取电动机驱动装置31的规格信息，从后述的输入部113获取同步电动机41的输出规格信息。
初始参数决定部115基于由获取部114获取到的规格信息和输出规格信息，来决定进行试运转用的初始参数。
程序制作部116基于由获取部114获取到的输出规格信息来制作试运转程序。该试运转程序被用于试运转，该试运转用于获取对决定同步电动机41的输出的参数进行调整所需要的数据。
自动测定部117自动测定在应用上述的初始参数通过上述的试运转程序以基于基底速度(日语：基底速度)的大致固定速度驱动同步电动机41的情况下的运转信息。为了以基于基底速度的大致固定速度驱动同步电动机41，设为不使用D相电流的速度即可，例如在无负载状态下设为基底速度的1/2的速度即可。当然，也可以是与基底速度相同的速度，但为了减小误差，优选为比基底速度慢的速度。
估计部118基于由自动测定部117测定出的运转信息估计同步电动机41的反电动势电压常数Ke[V/krpm]和转矩常数Kt[Nm/Arms]，来作为同步电动机41的电路常数。利用使用了运转信息的计算式Ke＝(1000/SPEEDAVE)×(VDC AVE/(21/2))×(VQCMDAVE/100)来估计反电动势电压常数Ke[V/krpm]。利用使用了运转信息的计算式Kt＝(31/2×Ke)/(1000×2π/60)来估计转矩常数Kt[Nm/Arms]。此外，对表示各数值的附图标记标注的角标“AVE”是指该数值的平均值。
计算部119基于由估计部118估计出的电路常数来进行与同步电动机41的输出规格相匹配的最佳参数的计算。
显示部120在参数决定辅助装置11所具备的显示器(未图示)中显示各种信息。此处的“各种信息”包括由自动测定部117测定出的运转信息、由估计部118估计出的电路常数以及由计算部119计算出的最佳参数中的至少一方。
此外，显示部120例如也可以显示用于引导操作人员使用后述的输入部113对输出规格信息进行输入的导航信息。此外，该导航信息并不限于输出规格信息的输入方法，例如也可以包括参数决定辅助装置11的操作方法等信息。
探测部112是探测电动机驱动装置31的规格信息的装置，例如是传感器。另外，输入部113是被用于操作人员输入同步电动机41的输出规格信息的装置，例如是键盘、触摸面板。
图3示出数值控制装置21的结构。数值控制装置21主要具备CPU 211、ROM 212、RAM213、CMOS 214、接口215、218、219、PMC(可编程机床控制器)216、I/O单元217、轴控制电路230～234以及主轴控制电路260。
CPU 211是在整体上控制数值控制装置21的处理器。CPU 211经由总线220读出ROM212中保存的系统程序，按照该系统程序来控制数值控制装置21整体。
在RAM 213中保存临时的计算数据、显示数据以及操作人员借助显示器/MDI单元270输入的各种数据。
CMOS存储器214将未图示的电池作为备用电池，构成为即使数值控制装置21的电源断开也保持存储状态的非易失性存储器。在CMOS存储器214中存储经由接口215读入的加工程序、借助显示器/MDI单元270输入的加工程序等。
在ROM 212中预先写入了用以实施编辑模式的处理、用于自动运转的处理的各种系统程序，该编辑模式是制作和编辑加工程序所需要的模式。
能够经由接口215、显示器/MDI单元270输入各种加工程序，各种加工程序能够保存于COMS存储器214。
接口215能够将数值控制装置21与适配器等外部设备272进行连接。从外部设备272侧读入加工程序、各种参数等。另外，能够经由外部设备272将在数值控制装置21内编辑后的加工程序存储到外部存储单元。
PMC(可编程机床控制器)216利用数值控制装置21中内置的顺序程序，经由I/O单元217向机床的辅助装置(例如，进行工具更换用的机械手之类的执行器)输出信号来进行控制。另外，PMC 216接受在机床的主体配备的操作板的各种开关等的信号，在进行所需的信号处理之后转送给CPU 211。
显示器/MDI单元270是具备显示器、键盘等的手动数据输入装置，接口218接受来自显示器/MDI单元270的键盘的指令、数据并转送至CPU 211。接口219与具备手动脉冲产生器等的操作板271连接。
各轴的轴控制电路230～234接受来自CPU 211的各轴的移动指令量，并将各轴的指令输出到伺服放大器240～244。伺服放大器240～244接受该指令来驱动各轴的伺服电动机250～254。各轴的伺服电动机250～254内置有位置/速度检测器，将来自该位置/速度检测器的位置/速度反馈信号反馈给轴控制电路230～234，来进行位置/速度的反馈控制。此外，在图3中省略了位置/速度的反馈。
主轴控制电路260接受针对机床的主轴旋转指令，向主轴放大器261输出主轴速度信号。主轴放大器261接受该主轴速度信号，使机床的主轴电动机262以所指示的转速进行旋转来驱动工具。脉冲编码器263通过齿轮或带等而与主轴电动机262耦合，脉冲编码器263与主轴的旋转同步地输出反馈脉冲，CPU 211经由总线220读取该反馈脉冲。
此外，伺服放大器240～244和主轴放大器261对应于图1的电动机驱动装置31，伺服电动机250～254和主轴电动机262对应于图1的同步电动机41。
另外，图3所示的数值控制装置21的结构只是一例，并不限定于此，作为数值控制装置21，能够使用通用的数值控制装置。
图4示出电动机驱动装置31的结构。电动机驱动装置31具备逆变器311、电流检测器312、控制部313以及速度检测部314。
逆变器311向同步电动机41供给驱动电流。电流检测器312检测向同步电动机41供给的驱动电流。控制部313使用电动机的速度指令、同步电动机41的速度反馈以及由电流检测器312检测出的电流值来对逆变器311进行PWM控制。速度检测部314检测速度，并将检测出的速度发送到控制部313，以用于同步电动机41的反馈控制。
图4所示的电动机驱动装置31的结构只是一例，并不限定于此，作为电动机驱动装置31，能够使用通用的电动机驱动装置。
图5是说明参数决定辅助装置11的动作的流程图。
在步骤S1中，探测部112探测电动机驱动装置31的规格信息，获取部114从探测部112获取规格信息。
在步骤S2中，操作人员利用输入部113输入同步电动机41的输出规格信息，获取部114从输入部113获取输出规格信息。
在步骤S3中，初始参数决定部115基于由获取部114获取到的规格信息和输出规格信息来决定进行试运转用的初始参数。
在步骤S4中，程序制作部116基于由获取部114获取到的输出规格信息来制作用于试运转的试运转程序，该试运转用于获取对同步电动机41的电路常数进行估计以及对决定同步电动机41的输出的参数进行调整所需要的数据。
在步骤S5中，自动测定部117自动测定通过试运转程序以基于基底速度的大致固定速度驱动同步电动机41的情况下的同步电动机41的转速SPEED[r pm]以及电动机驱动装置31的直流环节电压VDC[V]和Q相电压指令VQCMD[％]，来作为该情况下的运转信息。
在步骤S6中，自动地提取由自动测定部117自动测定出的固定动作期间的各数据，并将该数据进行平均化。由此，能够消除由于噪声、速度变动等导致的局部的值的误差，进而能够提高测定数据的统计学上的可靠性。
在步骤S7中，估计部118基于由自动测定部117自动测定出的运转信息来自动地计算并估计同步电动机41的反电动势电压常数Ke[V/krpm]，来作为同步电动机41的电路常数。
在步骤S8中，估计部118基于由自动测定部117自动测定出的运转信息来自动地计算并估计同步电动机41的转矩常数Kt[Nm/Arms]，来作为同步电动机41的电路常数。具体地说，估计部118使用在步骤S7中基于由自动测定部117自动测定出的运转信息而估计出的反电动势电压常数Ke[V/krpm]，来自动地计算并估计转矩常数Kt[Nm/Arms]。
在步骤S9中，计算部119基于由估计部118估计出的电路常数，来计算并决定与同步电动机41的输出规格相匹配的最佳参数。
在步骤S10中，显示部120将由自动测定部117自动测定出的运转信息、由估计部118估计出的电路常数以及由计算部119计算出的最佳参数以能够切换的方式显示于显示器(未图示)。由此，操作人员能够一边直接确认测定数据一边判断在步骤S9中决定的参数是否适当。通过以上操作，参数决定辅助装置11的动作流程结束。
此外，在图5所记载的流程图中，也可以是，在执行步骤S10的处理之后返回该步骤S10之前的步骤，来重新执行所返回的步骤以后的处理。例如，也可以是，参数决定辅助装置11在步骤S12中显示参数之后，通过重新执行步骤S5以后的处理来修正参数。
图6示出在显示器(未图示)中显示测定出的运转信息的画面。图7示出在显示器(未图示)中显示估计出的电路常数的画面。图8示出在显示器(未图示)中显示计算出的最佳参数的画面。
如图6所示，在图5所记载的流程图的步骤S10中，在显示器(未图示)中显示同步电动机41的转速SPEED[rmp]以及电动机驱动装置31的直流环节电压VDC[V]和Q相电压指令VQCMD[％]各自的时间历史波形，来作为由自动测定部117自动测定出的运转信息。
另外，如图7所示，在显示器(未图示)中，通过切换显示来分别显示反电动势电压常数Ke[V/krpm]和转矩常数Kt[Nm/Arms]，来作为由估计部118估计出的电路常数。此时，在显示器中，将图6所示的各波形中的固定速度下的稳定的波形的区域(用虚线包围的区域)以及该区域内的进行了上述反电动势电压常数Ke和转矩常数Kt的计算的计算范围(箭头的范围)一并显示。
另外，如图8所示，在显示器(未图示)中，通过切换显示来显示由计算部119计算出的各种最佳参数。
上述的参数决定辅助装置11自动测定在应用初始参数通过试运转程序以基于基底速度的大致固定速度驱动同步电动机41的情况下的同步电动机41的转速SPEED[rmp]和电动机驱动装置31的直流环节电压VDC[V]和Q相电压指令VQCMD[％]，来作为该情况下的运转信息，基于该运转信息估计同步电动机41的反电动势电压常数Ke[V/krpm]和转矩常数Kt[Nm/Arms]，来作为同步电动机41的电路常数，基于该电路常数来计算与同步电动机41的输出规格相匹配的最佳参数。
由此，在对电路常数未知的同步电动机41进行驱动时能够简单地决定驱动参数并缩短决定驱动参数所需要的时间。
另外，上述的参数决定辅助装置11还具备显示部120，该显示部120显示测定出的运转信息、估计出的电路常数以及计算出的最佳参数中的至少一方。
由此，操作人员通过确认以什么样的逻辑决定参数并确认其结果成为什么样的输出，能够在判断参数的妥当性的基础上决定最佳参数。
此外，上述的参数决定辅助装置11中包括的各装置分别能够通过硬件、软件或者硬件与软件的组合来实现。另外，由上述的参数决定辅助装置11所包括的各装置进行的参数决定方法也能够通过硬件、软件或者硬件与软件的组合来实现。在此，通过软件来实现是指通过由计算机读入程序并执行该程序来实现。
能够使用各种类型的非暂时性的计算机可读介质(non-transitory computerreadable medium)来保存程序，并且能够将该程序提供给计算机。非暂时性的计算机可读介质包括具有各种类型的实体的记录介质(tangible storage medium)。作为非暂时性的计算机可读介质的例子，包括磁记录介质(例如，软盘、磁盘、硬盘驱动器)、磁光记录介质(例如，磁光盘)、CD-ROM(Read Only Memory：只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如，掩模ROM、PROM(Programmable ROM：可编程ROM)、EPROM(Erasable PROM：可擦PROM)、闪存ROM、RAM(random access memory：随机存取存储器))。另外，也可以通过各种类型的暂时性的计算机可读介质(transitory computer readable medium)将程序提供给计算机。作为暂时性的计算机可读介质的例子，包括电信号、光信号以及电磁波。暂时性的计算机可读介质能够经由电线和光纤等有线通信路径或者无线通信路径将程序提供给计算机。
此外，在上述实施方式中，也可以是，自动测定部117对运转信息进行多次自动测定并使用平均值。通过使自动测定部117进行自动测定的次数增加并使用平均值，能够消除由噪声、速度变动等导致的局部的值的误差，进而能够提高测定数据的统计学上的可靠性。

Claims (3)

1.一种电动机驱动用的参数决定辅助装置，具备：
获取单元，其获取电动机驱动装置的规格信息和同步电动机的输出规格信息；
初始参数决定单元，其基于所述规格信息和所述输出规格信息来决定进行试运转用的初始参数；
程序制作单元，其基于所述输出规格信息来制作被用于试运转的试运转程序，该试运转用于获取对决定所述同步电动机的输出的参数进行调整所需要的数据，该试运转驱动所述同步电动机以确认运转信息，该运转信息包括使所述同步电动机以大致固定转速旋转或使所述同步电动机加减速时的驱动电流值、驱动电压值、所述同步电动机的转速的数据、以及所述电动机驱动装置的直流环节电压和Q相电压指令；
自动测定单元，其自动测定在应用所述初始参数通过所述试运转程序以基于基底速度的大致固定速度驱动所述同步电动机的情况下的所述同步电动机的转速以及所述电动机驱动装置的直流环节电压及Q相电压指令，来作为所述情况下的运转信息；
估计单元，其基于所述运转信息估计所述同步电动机的反电动势电压常数和转矩常数，来作为所述同步电动机的电路常数；以及
计算单元，其基于所述电路常数来进行与所述同步电动机的输出规格相匹配的最佳参数的计算，
所述初始参数包括驱动所述同步电动机的最大电流值、D相电流值、所述同步电动机的最高转速、用于将从所述电动机驱动装置取入的电流值的反馈换算为实际的物理量的系数中的至少一个，
所述输出规格信息包括所述同步电动机的额定输出和基底转速中的至少一方，
所述电路常数包括反电动势电压常数和转矩常数的至少一个。
2.根据权利要求1所述的参数决定辅助装置，其特征在于，还具备：
还具备显示单元，该显示单元显示测定出的所述运转信息、估计出的所述电路常数以及计算出的所述最佳参数中的至少一方。
3.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1或2所述的参数决定辅助装置的动作。
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