CN110247609A - 马达控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种马达控制装置，其为不良情况更少的新的结构。实施方式的马达控制装置具备控制指令值决定部和马达控制部。控制指令值决定部基于从设定有根据第一指令值而变化的波形的特征的第一信号得到的第一值和从表示第一指令值的数据的第二信号得到的第二值决定第二指令值。马达控制部基于第二指令值对马达进行控制。

Description

马达控制装置
本申请享有以日本专利申请2018－41558号(申请日：2018年3月8日)作为基础申请的优先权。本申请通过参照该基础申请而包含该基础申请的全部内容。
技术领域
实施方式涉及马达控制装置。
背景技术
以往，公知有构成为能够与主控制装置进行通信，且基于从主控制装置接收到的转速指令对马达进行控制的马达控制装置。
发明内容
实施方式提供一种不良情况更少的新的结构的马达控制装置。
实施方式的马达控制装置具备控制指令值决定部和马达控制部。控制指令值决定部基于从设定了根据第一指令值而变化的波形的特征的第一信号得到的第一值和从表示第一指令值的数据的第二信号得到的第二值来决定第二指令值。马达控制部基于第二指令值而对马达进行控制。
附图说明
图1是实施方式的马达系统的示意性的且例示的框图。
图2是实施方式的马达控制装置的示意性的且例示的框图。
图3是示出在实施方式的马达控制装置中执行的处理的步骤的示意性的且例示的流程图。
图4是作为实施方式的马达系统的无人机的示意性的且例示的立体图。
具体实施方式
以下公开马达控制装置以及包含该马达控制装置的马达系统的例示的实施方式。以下所示的实施方式的结构或控制(技术特征)只是一例。并且，在本说明书中，序数仅仅是为了区分信号、值、构成要素等而使用的，并非表示优先顺位、顺序。
图1是马达系统100的框图。如图1所示，马达系统100具有主控制装置10、多个马达控制装置20以及多个马达30。
主控制装置10构成为能够与各马达控制装置20通信。主控制装置10朝各马达控制装置20发送表示马达30的旋转速度或旋转方向的指令值(第一指令值)的信号。第一指令值也可以被称为发送指令值。
马达控制装置20根据通过对所接收到的来自主控制装置10的信号进行解调或解密而得到的值(接收值)决定指令值(第二指令值)，并基于该第二指令值对马达30进行控制。第二指令值也可以被称为控制指令值或决定指令值。马达30例如为3相无刷马达。
此处，在本实施方式中，主控制装置10对多个马达控制装置20中的至少一个马达控制装置20在各时间步并列地发送表示一个第一指令值的多个信号。即、在该主控制装置10与马达控制装置20之间，关于通信、特别是表示第一指令值的信号的发送，构成有多重系统。并列发送的表示第一指令值的多个信号在马达控制装置20中的处理后述。
图2是马达控制装置20的框图。如图2所示，在主控制装置10与马达控制装置20之间，关于表示第一指令值的信号的发送，构成有多重系统。
马达控制装置20具备第一通信电路21、第二通信电路22、马达控制电路23、驱动电路24、逆变器25、以及检测部26。
主控制装置10在各时间步朝马达控制装置20通过第一信号以及第二信号并行地发送针对马达30的一个第一指令值。第一信号以及第二信号是以彼此不同的通信方式(通信协议、硬件结构)传送的信号。
在第一信号中设定有根据马达30的第一指令值而变化的波形的特征。第一信号例如是脉冲宽度调制(pulse width modulation)(PWM)信号。在该情况下，第一信号是以一定的周期输出的脉冲信号，且设定成其脉冲宽度(占空比、为高电平(H)的时间长度)越大则示出指令值越高的值。例如，关于第一指令值，在表示旋转速度的情况下，脉冲宽度越大，则旋转速度越高。第一指令值与脉冲宽度之间的关系是线性的。在这样的例子中，脉冲宽度是根据第一指令值而变化的波形的特征的一例。
第一通信电路21接收第一信号，取得该第一信号表示的第一值(第一接收值)。第一通信电路21例如取得与超过预定的阈值的时间间隔对应的计数值，取得与该计数值对应的第一值。计数值越高则第一值越大。第一通信电路21将所取得的第一值发送至马达控制电路23的运算处理部232。
第二信号是表示第一指令值的数据的数字信号。第二信号例如是控制器局域网(controller area network)(CAN)信号。
第二通信电路22以及第二通信电路控制部231接收第二信号，取得第二信号表示的第二值(第二接收值)。在该情况下，第二通信电路22将CAN－H以及CAN－L的差动信号转换为串行信号(接收信号)，第二通信电路控制部231从串行信号取得第二值。第二通信电路22例如是CAN收发器，第二通信电路控制部231例如是CAN控制器。
第二通信电路22以及第二通信电路控制部231能够发送用于对主控制装置10通知信息的信号(第一通知信号、第二通知信号)。在该情况下，第二通信电路控制部231生成表示要传递的信息的串行信号(发送信号)，第二通信电路22将串行信号转换为CAN－H以及CAN－L的差动信号(第一通知信号、第二通知信号)。第二通信电路22以及第二通信电路控制部231是通信部的一例。针对对主控制装置10通知的信息后述。
马达控制电路23除了具有第二通信电路控制部231之外还具有运算处理部232、马达控制部233以及存储部234。马达控制电路23例如是微控制单元(micro control unit)(MCU)。
运算处理部232具有比较部232a、控制指令值决定部232b、第一通知控制部232c、第二通知控制部232d以及检测值取得部232e。运算处理部232例如是微处理器单元(microprocessing unit)(MPU)。
比较部232a对从第一信号取得的第一值和从第二信号取得的第二值进行比较。控制指令值决定部232b基于比较部232a中的第一值与第二值的比较结果来决定第二指令值。
主控制装置10在各时间步中基于针对马达30的一个第一指令值来生成第一信号以及第二信号。由此，在对应的定时取得的第一值以及第二值、换言之从在主控制装置10中与同一第一指令值对应地生成的第一信号以及第二信号得到的第一值以及第二值在理想状态下为相同值。然而，由于装置的故障、噪声的混入、调制解调的精度等，存在在第一信号以及第二信号的接收状况产生差异、或产生第一值与第二值的差异的顾虑。因此，控制指令值决定部232b能够按照以下方式决定第二指令值。
(1)第一值与第二值之差(的绝对值)为预定值(第一阈值)以下的情况
在(1)的情况下，控制指令值决定部232b能够将第一值以及第二值中的任一方决定为当前的时间步的第二指令值。并且，在该情况下，控制指令值决定部232b例如能够将第二值决定为第二指令值。这是因为：通常，与PWM信号相比，CAN信号难以受到噪声等的影响、可靠性高的情况多。
(2)第一值与第二值之差(的绝对值)大于预定值(第一阈值)的情况
在(2)的情况下，控制指令值决定部232b例如能够将第一值以及第二值中的接近紧前的时间步的第二指令值的一方、即与紧前的时间步的第二指令值之差的绝对值小的一方决定为当前的时间步的第二指令值。但是，在该情况下，控制指令值决定部232b也可以在第一值或者第二值与此前的时间步的第二指令值之差为预定值(第二阈值)以上的情况下，将此前的时间步的第二指令值决定为当前的时间步的第二指令值。另外，第二阈值比第一阈值大。
(3)能够接收第一信号(有第一值)但未能接收第二信号(无第二值)的情况，或者，
(4)能够接收第一信号(无第一值)但未能接收第二信号(有第二值)的情况
在(3)或者(4)的情况下、且第一值或者第二值与此前的时间步的第二指令值之差为预定值(第二阈值)以下的情况下，能够将所得到的第一值((3)的情况下)或者所得到的第二值((4)的情况下)决定为第二指令值。另一方面，当第一值或者第二值与此前的时间步的第二指令值之差大于预定值(第二阈值)的情况下，能够将此前的时间步的第二指令值决定为当前的时间步的第二指令值。
(5)从主控制装置10指示将第一值以及第二值中的一方作为第二指令值的情况
在(5)的情况下，马达控制部233遵照该指示、换言之为来自主控制装置10的指定第一值以及第二值中的一方的指示信息，将第一值以及第二值中的一方决定为第二指令值。运算处理部232例如能够经由第二通信电路22以及第二通信电路控制部231接受表示该指示信息的指示信号。
第一通知控制部232c在未能接收到第一信号以及第二信号中的一方的情况下、换言之虽然得到了第一值以及第二值中的一方但并未得到另一方的情况下(上述(3)或者(4)的情况下)、或者在第一值与第二值之差大于预定值(第一阈值)的情况下、即上述(2)的情况下，生成第一通知信息。第一通知信息例如能够包含：表示未能接收的信号(第一信号或者第二信号)的信息、表示从接收到的信号得到的第一值以及第二值中的至少一个发生上述(2)、(3)或者(4)的情形的时刻的信息、以及其他的信息等。进而，第一通知控制部232c对第二通信电路控制部231进而对第二通信电路22进行控制，以便发送表示第一通知信息的第一通知信号。
第二通知控制部232d生成第二通知信息。第二通知信息是用于将利用检测值取得部232e得到的检测值通知给主控制装置10之类的其他装置的信息。第二通知信息例如能够包含表示检测值的信息、表示该检测值的检测时刻的信息、以及其他的信息等。第二通知控制部232d能够不依赖于第一信号以及第二信号的接收状况、或第一值以及第二值之差等，而是能够例如以隔开一定的时间间隔的时刻那样的预定的时刻生成第二通知信息。进而，第二通知控制部232d对第二通信电路控制部231进而对第二通信电路22进行控制，以便发送表示第二通知信息的第二通知信号。
检测值取得部232e根据检测部26(传感器)中的检测信号来取得检测值。
马达控制部233朝驱动电路24发送控制信号，以便马达30由利用控制指令值决定部232b决定的第二指令值控制。马达控制部233例如是矢量控制部，但并不限定于此，也可以是V/f控制部等。
马达控制电路23作为存储部234包含只读存储器(read only memory)(ROM)、随机访问存储器(random access memory)(RAM)等主存储部、或者固态驱动器(solid statedrive)(SSD)、闪存等辅助存储部。
运算处理部232读出并执行在ROM、SSD、闪存等中存储的程序(应用程序)。运算处理部232通过遵照程序进行动作来作为运算处理部232所包含的各部、即比较部232a、控制指令值决定部232b、第一通知控制部232c、第二通知控制部232d、检测值取得部232e等发挥功能。在该情况下，程序中包含与上述各部对应的模块。
程序分别以能够安装的形式或者能够执行的形式的文件记录于CD－ROM、FD、CD－R、DVD、USB存储器等可以利用计算机读取的记录介质(存储介质)而进行提供。并且，程序也可以存储在连接于通信网络的计算机的存储部，通过经由网络进行下载来导入。并且，程序也可以预先安装于ROM等。
另外，在运算处理部232的全部或者一部分由硬件构成的情况下，运算处理部232例如能够包含现场可编程门阵列(field programmable gatearray)(FPGA)、特定用途集成电路(application specific integrated circuit)(ASIC)等。
驱动电路24基于从马达控制部233得到的控制信号来控制逆变器25所包含的各相的开关元件(未图示)的开闭。开关元件例如是金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field effect transistor)(MOS－FET)、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor)(IGBT)等。驱动电路24也可以被称为门驱动器。
逆变器25通过由驱动电路24进行的开关元件的开闭的切换而从直流生成3相交流。逆变器25在每个相包含电桥连接的多个开关元件(未图示)。通过开关元件的开闭的切换，使从电源(未图示)朝马达30的各相的绕组施加的电力变化。马达30的3相以Y形接法(星形接法)、Δ形接法等连接。另外，在马达30的各绕组也可以设置有电力放大电路等。
并且，马达控制电路23作为检测部26例如能够包含检测马达30的各相的电流值的传感器、检测马达30的旋转速度的旋转传感器、温度传感器等。
图3是示出在马达控制装置20中执行的处理的步骤的流程图。
如图3所示，运算处理部232从第一通信电路21取得从第一信号得到的第一值(S10)，并且从第二通信电路控制部231取得从第二信号得到的第二值(S11)。S10以及S11的顺序可以互换。
其次，运算处理部232作为比较部232a发挥功能，对第一值和第二值进行比较(S12)。
其次，运算处理部232作为控制指令值决定部232b发挥功能，根据上述的(1)～(5)的情况划分，决定第二指令值。另外，当在S10中并未得到第一值、且在S11中并未得到第二值的情况下，能够以使得马达30停止的方式决定第二指令值(S13)。
其次，马达控制部233对驱动电路24进而对逆变器25进行控制，以便马达30成为第二指令值的旋转速度(S14)。
其次，运算处理部232作为第二通知控制部232d发挥功能，在预定的时间步生成用于将第二通知信息通知给主控制装置10之类的其他装置的第二通知信息。并且，运算处理部232在发生了上述(2)、(3)以及(4)的情形的情况下作为第一通知控制部232c发挥功能，生成用于将第一通知信息通知给主控制装置10之类的其他装置的第二通知信息。并且，在这些情况下，第二通信电路控制部231以及第二通信电路22将用于通知第一通知信息的第一通知信号发送至其他装置，并且将用于通知第二通知信息的第二通知信号发送至其他装置(S15)。
图4是将马达系统100构成为无人机的情况下的该无人机的立体图。马达系统100(无人机)具有：主体101；多个(例如四个)螺旋桨31；以及用于使各螺旋桨31旋转的多个(例如四个)马达30。在主体101，作为检测部27，设置有检测主体101(马达系统100)的姿势的惯性计测装置27A、多个照相机27B。主控制装置10能够基于这些检测部27的检测值决定第一指令值，并对各马达30进行控制。
如以上说明过的那样，在本实施方式的马达控制装置20中，控制指令值决定部232b基于从第一信号得到的第一值和从第二信号得到的第二值来决定第二指令值。第一信号是设定有根据马达30的第一指令值而变化的波形的特征的信号，第二信号是表示该第一指令值的数据的信号。根据这样的结构，关于表示第一指令值的信号的发送，由于构成有多重系统，因此能够实现鲁棒性更高、冗余性更高、或者具有故障防护功能的马达系统100。
并且，马达控制装置20具备第一通知控制部232c，在未能接收到第一信号以及第二信号中的一方的情况下、换言之未能得到第一值以及第二值中的一方的情况下，第一通知控制部232c对第二通信电路22以及第二通信电路控制部231(通信部)进行控制以便发送第一通知信号。根据这样的结构，主控制装置10例如基于从第一通知信号得到的第一通知信息，根据马达控制装置20中的第一信号以及第二信号的接收状况，朝马达控制装置20发送表示将第一值以及第二值中的一方作为第二指令值的指示信息的指示信号，由此能够继续进行借助马达控制装置20执行的马达30的控制。并且，主控制装置10例如能够基于从第一通知信号得到的第一通知信息对其他的马达控制装置20进行控制，以便通过调整其他的马达30的输出来应对马达30的输出的降低从而能够使其稳定飞行。即、根据这样的结构，能够实现鲁棒性更高的马达系统100。
并且，马达控制装置20具备第二通知控制部232d，第二通知控制部232d对第二通信电路22以及第二通信电路控制部231(通信部)进行控制，以便发送表示由检测部26(传感器)检测到的检测值的第二通知信号。根据这样的结构，例如，主控制装置10能够基于从第二通知信号得到的第二通知信息来执行故障预测运算等。
以上举例示出了本发明的实施方式，但上述实施方式只是一例，并非意图限定发明的范围。实施方式能够以其他各种各样的方式实施，能够在不脱离发明的主旨的范围进行各种省略、置换、组合、变更。实施方式包含于发明的范围或主旨中，并且包含于技术方案中记载的发明及其等同的范围中。并且，实施方式的结构或形状也能够局部互换而加以实施。并且，各结构或形状等的规格(构造、种类、方向、形式、大小、长度、宽度、厚度、高度、角度、数量、配置、位置、材质等)能够适当变更而加以实施。
例如，马达或马达控制装置的数量并不限定于4。并且，马达系统能够构成为与无人机不同的系统或装置。并且，根据第一指令值而变化的波形的特征并不限定于脉冲宽度(占空比)。并且，马达控制装置例如也可以具备与第二通信电路以及第二通信电路控制部不同的通信部。

Claims (5)

1.一种马达控制装置，具备：
控制指令值决定部，基于从设定有根据第一指令值而变化的波形的特征的第一信号得到的第一值和从表示上述第一指令值的数据的第二信号得到的第二值决定第二指令值；以及
马达控制部，基于上述第二指令值对马达进行控制。
2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其中，
具备第一通知控制部，在未能得到上述第一值以及上述第二值中的一方的情况下，该第一通知控制部对通信部进行控制，以便发送第一通知信号。
3.根据权利要求2所述的马达控制装置，其中，
具备第二通知控制部，该第二通知控制部对上述通信部进行控制，以便发送表示由传感器检测到的检测值的第二通知信号。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的马达控制装置，其中，
上述第一信号是PWM信号。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的马达控制装置，其中，
上述第二信号是CAN信号。
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