CN111052596B - 电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

电动机驱动装置是基于扭矩指令来控制在电动机中流动的电动机电流的电动机驱动装置，该电动机驱动装置具备基于扭矩指令和电动机的电动机速度来生成用于对电动机的静止摩擦扭矩进行补偿的摩擦补偿扭矩指令的摩擦补偿器。摩擦补偿器根据扭矩指令相对于扭矩指令的前一扭矩指令的变化量的符号来生成摩擦补偿扭矩指令。电动机驱动装置基于补偿后扭矩指令来控制电动机电流，该补偿后扭矩指令是通过将扭矩指令加上摩擦补偿扭矩指令来生成的。

Description

电动机驱动装置

技术领域

本公开涉及一种使用于工业用装置等的电动机驱动装置。

背景技术

一般在工业用装置等中使用的伺服电动机的控制中，在位置控制时位置控制器以使从上层控制器向电动机驱动装置提供的位置指令与电动机位置一致的方式生成速度指令。接着，速度控制器以使该速度指令与电动机速度一致的方式生成扭矩指令。电流控制器以使该扭矩指令与电动机输出扭矩一致的方式对电动机电流进行控制。但是，一般来说，电动机驱动装置无法掌握电动机输出扭矩，因此电流控制器对电动机电流进行控制，使得流动获得按照扭矩指令的电动机输出扭矩所需要的电动机电流。此外，在速度控制时从上层控制器向电动机驱动装置直接提供速度指令，在扭矩控制时从上层控制器向电动机驱动装置直接提供扭矩指令。

在像这样的伺服电动机的控制中，电动机的动作方向反转时的电动机输出扭矩不能按照扭矩指令输出。这是由于电动机单体和工业用装置的驱动机构的具有滞后特性的摩擦扭矩的影响引起的。由于像这样的电动机输出扭矩相对于扭矩指令的误差，而引起例如在使用伺服电动机的加工机中发生在两轴圆弧插值动作时的实际动作的轨迹相对于指令轨迹向外侧突出等轨迹精度下降。像这样，在加工机中，上述误差成为导致加工精度恶化的主要原因。

为了去除由上述的摩擦造成的影响，提出了以下方法：生成电动机速度的符号发生了变化的电动机位置与当前的电动机位置的位移，使用表示位移与摩擦扭矩之间的关系的模型。在该方法中，使用模型根据位移的绝对值和电动机速度来生成摩擦补偿扭矩，使作为速度控制器的输出的扭矩指令值与摩擦补偿扭矩相加，由此对在电动机的动作方向反转时的具有滞后特性的摩擦扭矩的影响进行补偿(例如参照专利文献1)。

然而，在以往的方法中，在绕线机等中使用的扭矩控制时，在从上层控制器提供的扭矩指令小于摩擦扭矩的情况下，电动机位置不发生变化。与之相伴地，以往的方法具有以下问题：由于位移和电动机速度变为0，摩擦补偿扭矩变为0，因此不会成为按照扭矩指令的电动机输出扭矩。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-210273号公报

发明内容

本公开的目的在于解决以往的问题，并提供一种能够补偿在电动机停止时的摩擦扭矩的影响来获得按照扭矩指令的电动机输出扭矩的电动机驱动装置。

为了解决以往的问题，本公开的电动机驱动装置的一个方式是基于扭矩指令来控制在电动机中流动的电动机电流的电动机驱动装置，该电动机驱动装置具备基于扭矩指令和电动机的电动机速度来生成用于对电动机的静止摩擦扭矩进行补偿的摩擦补偿扭矩指令的摩擦补偿器。摩擦补偿器根据扭矩指令相对于扭矩指令的前一扭矩指令的变化量的符号，来生成摩擦补偿扭矩指令。电动机驱动装置基于补偿后扭矩指令来控制电动机电流，该补偿后扭矩指令是通过将扭矩指令加上或者减去摩擦补偿扭矩指令来生成的。

本公开的电动机驱动装置根据扭矩指令变化量的符号来对摩擦补偿扭矩的符号进行切换，由此在电动机停止时也能够准确地对具有滞后特性的摩擦扭矩的影响进行补偿，从而能够获得按照扭矩指令的电动机输出扭矩。

附图说明

图1是示出实施方式的电动机驱动装置的功能结构的框图。

图2是示出实施方式的摩擦补偿器的功能结构的框图。

图3是示出在使用实施方式的电动机驱动装置来使电动机驱动的情况下的扭矩指令与电动机速度的关系的曲线图。

图4是示出在使用实施方式的电动机驱动装置拘束了电动机的动作的情况下的扭矩指令与电动机输出扭矩的关系的曲线图。

具体实施方式

根据本公开，在通过电流控制器控制电动机电流使得扭矩指令与电动机输出扭矩一致的电动机驱动装置中，根据扭矩指令的变化量的符号来对摩擦补偿扭矩的符号进行切换，由此在电动机停止时也能够准确地对具有滞后特性的摩擦扭矩的影响进行补偿，从而能够获得按照扭矩指令的电动机输出扭矩。

以下，参照附图来说明本公开的实施方式。此外，本公开不被实施方式所限定。也就是说，以下说明的实施方式均为示出本公开的一个具体例的实施方式。因而，通过以下的实施方式示出的数值、结构要素、结构要素的配置位置及连接方式以及步骤及步骤的顺序等是一例，主旨并不在于限定本公开。由此，关于以下的实施方式中的结构要素中的、未记载于表示本公开的最上位概念的独立权利要求的结构要素，作为任意的结构要素来进行说明。

另外，各图是示意图，未必是严格地进行图示的图。此外，在各图中，对实质上相同的结构标注相同的附图标记，并省略或简化重复的说明。

(实施方式)

使用附图来说明实施方式的电动机驱动装置。

图1是示出实施方式的电动机驱动装置1的功能结构的框图。在图1中将由电动机驱动装置1控制的电动机2及编码器3与电动机驱动装置1一并进行了示出。

电动机驱动装置1是基于扭矩指令23来控制在电动机2中流动的电动机电流的装置。如图1所示，在功能上，电动机驱动装置1具备电流控制器12、速度检测器13以及摩擦补偿器14。电动机驱动装置1通过控制由U相电流24、V相电流25以及W相电流26构成的电动机电流，来驱动电动机2。本实施方式的电动机驱动装置1基于补偿后扭矩指令30，来控制电动机电流，该补偿后扭矩指令30是通过将扭矩指令23加上摩擦补偿扭矩指令29来生成的。在此，摩擦补偿扭矩指令29是由摩擦补偿器14针对扭矩指令23生成的。

电动机2是由电动机驱动装置1进行控制的伺服电动机。

编码器3是检测电动机2的电动机位置27并向电动机驱动装置1进行反馈的检测器。

速度检测器13是检测电动机2的电动机速度的检测器。速度检测器13通过计算从编码器3输入的电动机位置27的变化率，来检测电动机速度28。速度检测器13将检测出的电动机速度28向摩擦补偿器14输出。

摩擦补偿器14是基于扭矩指令23和电动机2的电动机速度28来生成用于对电动机2的静止摩擦扭矩进行补偿的摩擦补偿扭矩指令29的处理部。摩擦补偿器14根据扭矩指令23相对于扭矩指令23的前一扭矩指令的变化量的符号生成摩擦补偿扭矩指令29。由此，能够在扭矩指令增加的情况和扭矩指令减少的情况下进行不同的扭矩补偿。也就是说，能够进行与静止摩擦扭矩的滞后特性对应的扭矩补偿。关于摩擦补偿器14的详细情况，在之后叙述。

电流控制器12是基于补偿后扭矩指令30来控制在电动机2中流动的电动机电流的控制器。在此，补偿后扭矩指令30是通过将扭矩指令23加上摩擦补偿扭矩指令29来生成的。

对电动机驱动装置1的动作进行说明。首先，作为未图示的位置控制和速度控制的结果而生成扭矩指令23，或者通过外部接口(I/F)来生成扭矩指令23。另一方面，由编码器3检测出的电动机位置27被输入到速度检测器13。速度检测器13使用电动机位置27来计算电动机速度28。速度检测器13例如通过使每个运算周期的电动机位置27的差除以运算周期，来计算电动机速度28。

将扭矩指令23和电动机速度28输入到摩擦补偿器14，摩擦补偿器14计算摩擦补偿扭矩指令29。此外，关于摩擦补偿扭矩指令29的计算方法，在之后进行叙述。

电动机驱动装置1通过将扭矩指令23加上摩擦补偿扭矩指令29，来计算补偿后扭矩指令30。计算出的补偿后扭矩指令30被输入到电流控制器12。电流控制器12基于补偿后扭矩指令30，来控制U相电流24、V相电流25以及W相电流26，以使电动机2输出与扭矩指令23相当的扭矩。

关于如以上那样构成的电动机驱动装置1的在电动机停止时的摩擦扭矩的补偿，以下使用附图来详细说明该补偿的动作和作用。

图2是示出实施方式的摩擦补偿器14的功能结构的框图。

如图2所示，摩擦补偿器14具备变化量计算器101、符号计算器102、保存器103以及扭矩计算器104。

变化量计算器101是基于被输入的扭矩指令23来计算扭矩指令23的变化量的处理部。变化量计算器101计算扭矩指令23相对于扭矩指令23的前一扭矩指令的变化量111，并向符号计算器102输出。变化量计算器101例如能够通过取每个运算周期的扭矩指令23的差，计算变化量111。

符号计算器102是基于从变化量计算器101输入的变化量111来计算变化量符号112的处理部。符号计算器102在变化量111为正值的情况下，将变化量符号112设为1，在变化量111为负的情况下，将变化量符号112设为-1。符号计算器102在变化量111为0的情况下，使变化量符号112成为同与紧挨着变化量111之前输入的变化量对应的变化量符号相同的值。此外，在此，变化量111为0的情况不仅包括变化量111完全为0的情况，还包括变化量111实质为0的情况。例如变化量111小于足够小的规定的值的情况也包括在变化量111为0的情况内。

保存器103是保存静止摩擦扭矩113的值的存储部。在此，在使补偿后扭矩指令30逐渐增大的情况下，保存于保存器103的静止摩擦扭矩113设为电动机开始动作时的补偿后扭矩指令30的值即可。

扭矩计算器104是基于静止摩擦扭矩补偿值114和电动机速度28来计算摩擦补偿扭矩指令29的处理部，该静止摩擦扭矩补偿值114是变化量符号112与静止摩擦扭矩113的积。扭矩计算器104在电动机速度28为0的情况下将摩擦补偿扭矩指令29设为静止摩擦扭矩补偿值114，在电动机速度28为0以外的情况下将摩擦补偿扭矩指令29设为0。由此，能够仅在需要摩擦扭矩的补偿的情况下，也就是仅在电动机2停止了的情况下，对摩擦扭矩进行补偿。

此外，在此，电动机速度28为0的情况不仅包括电动机速度28完全为0的情况，还包括电动机速度28实质为0的情况。例如电动机速度28小于足够小的规定的值的情况也包括在电动机速度28为0的情况内。

如以上那样，本实施方式的摩擦补偿器14根据扭矩指令23的变化量111的符号，来对摩擦补偿扭矩指令29的符号进行切换。电动机驱动装置1具备摩擦补偿器14，由此能够通过仅对符号进行切换的简易的运算，来如后述那样适当地对摩擦扭矩进行补偿。

另外，由摩擦补偿器14生成的摩擦补偿扭矩指令29在扭矩指令23的变化量111为正的情况下为正值，在扭矩指令23的变化量111为负的情况下为负值。另外，在扭矩指令23的变化量111为0的情况下，由摩擦补偿器14生成的摩擦补偿扭矩指令29是基于扭矩指令23的前一扭矩指令来生成的摩擦补偿扭矩指令。在像这样生成摩擦补偿扭矩指令29的情况下，能够使用通过将扭矩指令23加上摩擦补偿扭矩指令29而生成的补偿后扭矩指令30来控制电动机电流，由此适当地对摩擦扭矩进行补偿。

使用附图来说明由电动机驱动装置1进行的电动机停止时的摩擦扭矩补偿的效果确认结果。

图3是示出在使用实施方式的电动机驱动装置1来驱动电动机2的情况下的扭矩指令23与电动机速度28的关系的曲线图。在图3中，示出了以电动机2单体不受外部的拘束地进行动作的情况下的扭矩指令23与电动机速度28的关系。在图3中以细实线示出的曲线图示出在无摩擦补偿的情况下在使电动机驱动装置1的扭矩指令23从0(停止状态)向正方向变化和从0(停止状态)向负方向变化时(也就是说，基于扭矩指令23使电动机2动作时)的电动机速度28的测定结果。在图3中以粗实线示出的曲线图示出在有摩擦补偿的情况下在使电动机驱动装置1的扭矩指令23从0向正方向变化、之后向负方向变化、再之后向0变化时的电动机速度28的测定结果。

如图3所示，在无摩擦扭矩补偿的情况下，电动机速度28为0直到扭矩指令23成为静止摩擦扭矩以上为止。与此相对，可知在有摩擦扭矩补偿的情况下，由于适当地对静止摩擦扭矩进行补偿，因此获得了扭矩指令0付近的电动机速度的直线性(也就是说，电动机速度相对于扭矩指令的线性)。另外，可知由于在扭矩指令增加时和扭矩指令减少时电动机速度大致相同，因此能够适当地对摩擦扭矩的滞后特性进行补偿。

接着，使用附图来说明针对本实施方式的电动机驱动装置1的扭矩指令23和电动机输出扭矩的关系。

图4是示出在使用本实施方式的电动机驱动装置1拘束了电动机2的动作的情况下的扭矩指令23与电动机输出扭矩的关系的曲线图。在图4中，示出在从外部进行了锁定使得电动机2不进行动作的状态下的扭矩指令23与电动机输出扭矩的关系。在图4中以细实线和粗实线示出的曲线图分别示出在无摩擦补偿的情况下的关系和在有摩擦补偿的情况下的关系。图4示出的各曲线图示出在使扭矩指令23从0向正方向变化、之后向负方向变化、再之后向0变化时的电动机输出扭矩的测定结果。此外，在本测定中使扭矩指令23在静止摩擦扭矩以下的范围内变化。图4通过虚线示出了表示扭矩指令23与电动机输出扭矩相等的理想状态的直线(理想直线)。

如图4所示，在无摩擦扭矩补偿的情况下，由于扭矩指令23为静止摩擦扭矩以下，因此不管扭矩指令23如何，电动机输出扭矩都为0。与之相对，在有摩擦扭矩补偿的情况下，由于静止摩擦扭矩被适当地补偿，因此电动机输出扭矩成为接近与扭矩指令23相等的理想直线(图4的虚线)的结果。由此，可知获得了电动机输出扭矩的直线性(也就是说，电动机输出扭矩相对于扭矩指令23的线性)。另外，可知由于在扭矩指令增加时和扭矩指令减少时电动机输出扭矩大致相同，因此能够适当地对摩擦扭矩的滞后特性进行补偿。

如以上那样，本实施方式的电动机驱动装置1是基于扭矩指令23来控制在电动机2中流动的电动机电流的电动机驱动装置。电动机驱动装置1具备基于扭矩指令23和电动机2的电动机速度28来生成用于对电动机2的静止摩擦扭矩进行补偿的摩擦补偿扭矩指令29的摩擦补偿器14。摩擦补偿器14根据扭矩指令23相对于扭矩指令23的前一扭矩指令的变化量的符号来生成摩擦补偿扭矩指令29。电动机驱动装置1基于补偿后扭矩指令30来控制电动机电流，该补偿后扭矩指令30是通过将扭矩指令23加上摩擦补偿扭矩指令29来生成的。

根据电动机驱动装置1，能够对电动机停止时的摩擦扭矩的影响进行补偿，从而获得按照扭矩指令23的电动机输出扭矩。

例如，摩擦补偿器14也可以根据扭矩指令23的变化量111的符号，来对摩擦补偿扭矩指令29的符号进行切换。

电动机驱动装置1具备摩擦补偿器14，由此能够通过追加仅对符号进行切换的简易的运算，来适当地对摩擦扭矩进行补偿。

更具体地说，由摩擦补偿器14生成的摩擦补偿扭矩指令29在扭矩指令23的变化量111为正的情况下为正值，在扭矩指令23的变化量111为负的情况下为负值。在扭矩指令23的变化量111为0的情况下，由摩擦补偿器14生成的摩擦补偿扭矩指令29是基于扭矩指令23的前一扭矩指令生成的摩擦补偿扭矩指令。

像这样，在生成摩擦补偿扭矩指令29的情况下，使用通过将扭矩指令23加上摩擦补偿扭矩指令29而生成的补偿后扭矩指令30来控制电动机电流，由此能够适当地对摩擦扭矩进行补偿。

另外，也可以是，在电动机速度28为0以外的情况下，由摩擦补偿器14生成的摩擦补偿扭矩指令29是0。

由此，能够仅在需要摩擦扭矩的补偿的情况下，也就是仅在电动机2停止了的情况下，对摩擦扭矩进行补偿。

(变形例等)

以上，基于实施方式说明了本公开所涉及的电动机驱动装置，但是本公开不限定于实施方式。

对实施方式实施本领域技术人员想到的各种变形而获得的方式、或者通过在不脱离本公开的主旨的范围内将实施方式的结构要素和功能任意地组合来实现的形式也包括在本公开内。

例如，在实施方式中，通过将扭矩指令23加上摩擦补偿扭矩指令29，来生成了补偿后扭矩指令30，但是补偿后扭矩指令30的生成方法不限于此。例如，也可以是，通过使摩擦补偿扭矩指令29的符号与实施方式相反，并将扭矩指令23减去摩擦补偿扭矩指令29，来生成补偿后扭矩指令30。也就是说，电动机驱动装置1也可以基于通过将扭矩指令23减去摩擦补偿扭矩指令29而生成的补偿后扭矩指令30，来控制电动机电流。

产业上的可利用性

如以上那样，在本公开所涉及的电动机驱动装置1中，根据扭矩指令23的变化量的符号对摩擦补偿扭矩指令29的符号进行切换，由此在电动机2停止时也能够准确地对摩擦扭矩的影响进行补偿，从而能够获得按照扭矩指令23的电动机输出扭矩。因此，本公开所涉及的电动机驱动装置1特别在需要准确地控制电动机输出扭矩的加工机等中是有用的。

此外，本公开不限于扭矩控制，能够通过在位置控制或速度控制中也适当地对摩擦扭矩进行补偿，来提升电动机动作的响应性和定位整定性。另外，不限于旋转电动机，当然还能够在直线电动机中只是将旋转系统的单位替换为直动系统来进行应用。

附图标记说明

1：电动机驱动装置；2：电动机；3：编码器；12：电流控制器；13：速度检测器；14：摩擦补偿器；23：扭矩指令；24：U相电流；25：V相电流；26：W相电流；27：电动机位置；28：电动机速度；29：摩擦补偿扭矩指令；30：补偿后扭矩指令；101：变化量计算器；102：符号计算器；103：保存器；104：扭矩计算器；111：变化量；112：变化量符号；113：静止摩擦扭矩；114：静止摩擦扭矩补偿值。

Claims (3)

1.一种电动机驱动装置，基于扭矩指令来控制在电动机中流动的电动机电流，

该电动机驱动装置具备生成用于对所述电动机的静止摩擦扭矩进行补偿的摩擦补偿扭矩指令的摩擦补偿器，

其中，所述摩擦补偿器根据所述扭矩指令相对于所述扭矩指令的前一扭矩指令的变化量的符号来生成所述摩擦补偿扭矩指令，

所述电动机驱动装置基于补偿后扭矩指令来控制所述电动机电流，以及

所述电动机驱动装置还具备速度检测器，所述速度检测器被输入来自所述电动机的编码器的电动机位置来计算电动机速度，

其特征在于，

所述摩擦补偿器具备：

变化量计算器，其基于被输入的所述扭矩指令来计算扭矩指令的变化量；

符号计算器，其基于从所述变化量计算器输入的所述变化量来计算变化量符号，在所述变化量为正值的情况下，将所述变化量符号设为1，在所述变化量为负值的情况下，将所述变化量符号设为-1；

保存器，其保存所述静止摩擦扭矩的值；以及

扭矩计算器，其基于静止摩擦扭矩补偿值和所述电动机速度，来计算摩擦补偿扭矩指令，所述静止摩擦扭矩补偿值是所述变化量符号与所述静止摩擦扭矩的积，

其中，所述扭矩计算器从所述速度检测器被输入所述电动机速度，

所述扭矩计算器在所述电动机速度为0的情况下将所述摩擦补偿扭矩指令设为所述静止摩擦扭矩补偿值，在所述电动机速度为0以外的情况下将所述摩擦补偿扭矩指令设为0，

所述补偿后扭矩指令是通过将所述扭矩指令加上或减去所述摩擦补偿扭矩指令来生成的。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，

所述摩擦补偿器根据所述扭矩指令的变化量的符号，对所述摩擦补偿扭矩指令的符号进行切换。

3.根据权利要求1或2所述的电动机驱动装置，其特征在于，

在所述扭矩指令的变化量为正的情况下，所述摩擦补偿扭矩指令是正值，在所述扭矩指令的变化量为负的情况下，所述摩擦补偿扭矩指令是负值，在所述扭矩指令的变化量为0的情况下，所述摩擦补偿扭矩指令是基于所述扭矩指令的所述前一扭矩指令生成的所述摩擦补偿扭矩指令。

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