CN111756281A - 控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供控制装置。控制装置具有角度检测部(20)、反馈部(30)、扭矩指令运算部(40)、限制部、驱动控制部以及校正部。所述角速度检测部检测马达的角速度。所述反馈部根据所述角速度检测部检测到的角速度而求取反馈值。所述扭矩指令运算部根据从上位装置提供的上位扭矩指令值和所述反馈部所求出的反馈值而求取扭矩指令值。所述限制部按照使所述扭矩指令运算部所求出的扭矩指令值不超过规定的扭矩上限值的进行限制。所述驱动控制部根据由所述限制部限制后的扭矩指令值而进行马达的驱动控制。所述校正部根据所述上位扭矩指令值和所述反馈部所求出的反馈值而对所述上位扭矩指令值或所述扭矩指令值进行校正。

Description

控制装置

技术领域

本发明涉及进行马达的驱动控制的控制装置。

背景技术

在进行马达的驱动的控制装置中，当在马达的驱动电流中包含有振动成分时，会产生不需要的振动，因此期望从马达的驱动电流中去除振动成分。为了抑制振动，有时在马达的驱动电流的控制中使用非干扰控制。

另外，在马达的驱动控制中，为了保护马达、逆变器等，有时设置有按照使扭矩指令值不超过上限扭矩值进行限制的限制器。因此，根据扭矩指令值，存在以下情况：通过非干扰控制对扭矩指令值施加的振动抑制的信号被限制器限制，从而振动抑制的效果降低。例如，在日本公开公报特开2005-269836号公报所公开的技术中，在限制扭矩指令值的情况下，为了有效地抑制车辆振动，根据车辆特性而改变对扭矩指令值进行限制的限制器的特性。

但是，在日本公开公报特开2005-269836号公报所公开的技术中，按照每辆车而改变限制器的特性，因此存在计算变得复杂从而处理负载增加的问题。另外，在使用简单的限制器来限制扭矩指令的情况下，存在减振抑制的效果降低的问题。

发明内容

鉴于上述课题，本发明的目的在于，提供能够防止在使用了简单结构的限制器的马达的驱动控制中振动抑制的效果降低的控制装置。

本发明的例示的实施方式是一种控制装置，该控制装置具有：角速度检测部(20)，其检测马达的角速度；反馈部(30)，其根据所述角速度检测部检测到的角速度而求取反馈值；扭矩指令运算部(40)，其根据从上位装置提供的上位扭矩指令值和所述反馈部(30)所求出的反馈值而求取扭矩指令值；限制部(50)，其按照使所述扭矩指令运算部所求出的扭矩指令值不超过规定的扭矩上限值的方式进行限制；驱动控制部(60)，其根据由所述限制部(50)限制后的扭矩指令值而进行马达的驱动控制；以及校正部(70)，其根据所述上位扭矩指令值和所述反馈部所求出的反馈值而对所述上位扭矩指令值或所述扭矩指令值进行校正。

本发明的另一例示的实施方式是一种控制装置，该控制装置具有：角速度检测部(20)，其检测马达的角速度；反馈部(30)，其根据所述角速度检测部检测到的角速度而求取反馈值；扭矩指令运算部(40)，其根据从上位装置提供的上位扭矩指令值和所述反馈部(30)所求出的反馈值而求取扭矩指令值；驱动控制部，其根据扭矩指令值而进行马达的驱动控制；以及校正部(90)，其根据所述上位扭矩指令值和所述反馈部所求出的反馈值而对所述上位扭矩指令值或所述扭矩指令值进行校正，所述校正部(90)按照使校正后的所述扭矩指令值不超过规定的阈值的方式进行校正。

根据本发明的例示的实施方式，能够防止在使用了简单结构的限制器的马达的驱动控制中振动抑制的效果降低。

由以下的本发明优选的实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其他特征、要素、步骤、特点以及优点。

附图说明

图1是示出使用了本发明的实施方式1的控制装置的马达控制系统的结构例的框图。

图2是示出构成马达控制系统的马达控制部的结构例的框图。

图3是示出构成马达控制部的校正部的结构例的框图。

图4是示出校正部中的是否为过扭矩的运算处理的例子的流程图。

图5是示出校正部所生成的校正量的例子的图。

图6是示出由校正部校正后的扭矩指令值的例子的图。

图7是示出通过限制器而限制了扭矩指令值的状态的例子的图。

图8是示出因振动引起的由马达进行驱动的负载的加速度的例子的图。

图9是示出因振动引起的由马达进行驱动的负载的加速度的例子的图。

图10是示出实施方式2的构成马达控制系统的马达控制部的结构例的框图。

图11是示出校正部所生成的校正量的另一例的图。

图12是示出通过限制器而限制了扭矩指令值的状态的例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图对用于实施本发明的实施方式进行详细说明。

图1是示出使用了本发明的实施方式1的控制装置的马达控制系统的结构例的框图。

该马达控制系统具有：作为控制对象的马达2，其对负载1进行驱动；上位装置3，其生成针对马达2的上位扭矩指令值；马达控制部4，其根据来自上位装置3的上位扭矩指令值T_m和马达2的状态而对马达的驱动进行控制；以及电力转换部5，其向马达2提供与马达控制部4的控制对应的驱动电流。

马达2例如进行电动汽车的驱动，例如由三相的无刷马达构成。另外，例如在电动汽车的情况下，上位装置3由VCU(Vehicle Control Unit：车辆控制装置)等构成，该VCU生成与油门开度和当前的车辆速度等对应的上位扭矩指令值。另外，马达2也可以是进行机器人的臂等的驱动的马达等。另外，马达2也可以由有刷DC马达等其他马达构成。另外，电力转换部5例如由逆变器构成，根据来自马达控制部4的电流控制，进行电源电压的开关以向马达2提供。

图2是示出马达控制部4的结构例的框图。

马达2具有根据从电力转换部5提供的驱动电流而产生磁场的励磁线圈、安装于转子的永磁铁等，产生与励磁线圈所产生的磁场对应的驱动力。另外，马达2具有检测转子的位置(角度)的位置检测部2A等。

马达控制部4具有：前馈部10，其求取与来自上位装置3的上位扭矩指令值T_m对应的前馈扭矩指令值T_mFF；速度运算部20，其根据位置检测部2A的检测输出而求取马达2的角速度ω_m；反馈部30，其求取与马达2的角速度ω_m对应的反馈扭矩指令值T_mFB；以及运算部40，其求取扭矩指令值T_mres。另外，马达控制部4具有：限制器50，其按照使来自运算部40的扭矩指令值T_mres不超过规定的阈值的方式进行限制；电流控制部60，其根据扭矩指令值T_mres等而进行向马达2提供的驱动电流的控制；以及校正部70，其对来自上位装置3的上位扭矩指令值T_m进行校正。

在该马达控制系统中，通过以下方式进行抑制马达2振动的非干涉化控制：根据来自前馈部10的前馈扭矩指令值(前馈值)T_mFF和来自反馈部30的反馈扭矩指令值(反馈值)T_mFB而求取扭矩指令值T_mres，根据该扭矩指令值T_mres而进行电流控制部60的控制。

限制器50按照使来自运算部40的扭矩指令值T_mres不超过规定的阈值T_lim的方式进行限制再提供给电流指令运算部61。将该阈值T_lim例如设为马达2的上限扭矩值。或者，阈值T_lim例如也可以使用马达2的上限扭矩值和上限电流值等来设定。

电流控制部60具有：电流指令运算部61，其根据经由限制器50提供的扭矩指令值T_{mres_limit}和速度运算部20所求出的马达2的角速度ω_m而求取电流指令值i_g；以及电流控制运算部62，其根据电流指令值i_g和速度运算部20所求出的马达2的角速度ω_m而进行驱动马达2的驱动电流的控制。电流控制运算部62例如根据电流指令值i_g而对电力转换部5进行控制，从而进行驱动电流的PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制。

在上述那样构成的马达控制系统中，当从上位装置3提供上位扭矩指令值T_m时，马达控制部4根据上位扭矩指令值T_m和马达2的角速度ω_m而对马达2的驱动进行控制。具体而言，校正部70按照规定的时间间隔对从上位装置3提供的上位扭矩指令值T_m进行校正，并将校正后的上位扭矩指令值T_m′提供给前馈部10。另外，如后所述，该校正是根据需要进行的，使得扭矩指令值T_mres不超过限制器50的阈值。前馈部10求取与上位扭矩指令值T_m′对应的前馈扭矩指令值T_mFF，并提供给运算部40。速度运算部20根据位置检测部2A的检测输出而求取马达2的角速度ω_m，并提供给反馈部30等。反馈部30根据马达2的角速度ω_m而求取反馈扭矩指令值T_mFB，并提供给运算部40。运算部40将前馈扭矩指令值T_mFF与反馈扭矩指令值T_mFB之和作为扭矩指令值T_mres提供给限制器50。

限制器50按照使扭矩指令值T_mres不超过规定的阈值的方式进行限制，并作为扭矩指令值T_{mres_limit}提供给电流指令运算部61。

电流指令运算部61根据经由限制器50提供的扭矩指令值T_{mres_limit}、来自速度运算部20的角速度ω_m以及电源电压值V_DC而求取电流指令值i_g，并提供给电流控制运算部62。电流控制运算部62根据从电流指令运算部61提供的电流指令值i_g而对电力转换部5进行控制。具体而言，电流控制运算部62根据提供给电力转换部5的电流的电流值i_r、来自电流指令运算部61的电流指令值i_g以及来自速度运算部20的角速度ω_m而对由电力转换部5进行开关的时机进行控制。由此，执行了与来自上位装置3的上位扭矩指令值T_m和马达2的角速度ω_m对应的驱动控制。

图3是示出校正部70的结构例的框图。

校正部70具有：运算部71，其进行与反馈扭矩指令值T_mFB和来自上位装置3的上位扭矩指令值T_m对应的运算；过扭矩运算部72，其进行是否为过扭矩的运算；噪声降低部73，其降低包含于过扭矩运算部72的运算结果中的噪声的增益；以及最大值运算部74，其运算用于选择校正量ΔT的最大值。噪声降低部73例如由低通滤波器等构成。另外，校正部70具有：上次值保持部75，其对上次处理时的校正值进行保持；衰减部76，其使在上次值保持部75中保持的值衰减；符号判定部77，其判定校正量的符号；以及运算部78，其根据校正量ΔT而对上位扭矩指令值T_m进行校正。另外，运算部78可以构成为将校正量ΔT与上位扭矩指令值T_m相加的加法部。

图4是示出校正部70的过扭矩运算部72所进行的是否为过扭矩的运算处理的例子的流程图。

过扭矩运算部72按照规定的时间间隔执行图4的处理。当开始处理时，在S1中，过扭矩运算部72对从运算部71提供的上位扭矩指令值T_m与反馈扭矩指令值T_mFB之和T_c的绝对值和限制器50的阈值T_lim的绝对值进行比较运算，判定和T_c的绝对值是否超过了限制器50的阈值T_lim。

在和T_c的绝对值超过了限制器50的阈值T_lim的绝对值的情况下，在步骤S2中，过扭矩运算部72将和T_c的绝对值与限制器50的阈值T_lim的绝对值之差经由噪声降低部73提供给最大值运算部74。另一方面，在步骤S1中，如果和T_c的绝对值没有超过限制器50的阈值T_lim，则在步骤S3中，过扭矩运算部72将值0经由噪声降低部73提供给最大值运算部74。以上的处理按照规定的时间间隔重复进行。

噪声降低部73降低按照规定的时间间隔从过扭矩运算部72提供的值的噪声的增益而提供给最大值运算部74。在上次值保持部75中保持有上次处理时的最大值运算部74的输出。衰减部76使上次处理时的最大值运算部74的输出衰减而提供给最大值运算部74。该衰减部76的处理可以是从保存于上次值保持部75中的值减去一定值。或者，也可以通过一阶延迟系统等其他方法而进行衰减。

最大值运算部74输出从过扭矩运算部72经由噪声降低部73所提供的值和由衰减部76进行衰减后的上次处理时的最大值运算部74的输出中的值大的一方。该输出提供给符号判定部77和上次值保持部75。符号判定部77根据输入信号的符号而决定校正量ΔT的符号，并将包含所求出的符号的校正量ΔT提供给运算部78。运算部78根据所提供的校正量ΔT而对上位扭矩指令值T_m进行校正，并将校正后的扭矩指令值T_m′提供给前馈部10。

图5是示出校正部通过上述校正处理而生成的校正量ΔT的例子的图。

关于该校正量ΔT，在不进行校正的情况下，在扭矩指令值T_mres超过限制器50的阈值T_lim的期间，值变大，为随着时间经过而衰减的值。通过利用上述那样所求出的校正量ΔT对上位扭矩指令值T_m进行校正，例如，如图6所示，扭矩指令值T_mres成为不超过限制器50的阈值T_lim的状态。另外，在该例中，符号判定部77将校正量ΔT的符号设为负，示出了运算部78将作为负值的校正量ΔT与上位扭矩值T_m相加而得到的结果。

与此相对，在不校正上位扭矩指令值T_m的情况下，根据上位扭矩指令值T_m和反馈扭矩指令值T_mFB的状态，例如，如图7所示，有时扭矩指令值T_mres超过限制器50的阈值T_lim，扭矩指令值的值是由限制器50限制的。其结果为，振动抑制的效果降低。在本实施方式中，如上所述，通过按照使扭矩指令值T_mres不超过限制器50的阈值T_lim的方式对上位扭矩指令值T_m进行校正，能够防止在马达的驱动控制中振动抑制的效果降低。

在图8和图9中，在不校正上位扭矩指令值T_m的情况和校正上位扭矩指令值T_m的情况下，对因振动引起的由马达2进行驱动的负载1的加速度的例子进行比较。图8和图9示出了例如电动汽车的情况下的电动汽车的加速度的例子。另外，图8的标号81和图9的标号83表示不校正上位扭矩指令值T_m的情况下的因振动引起的加速度，图8的标号82和图9的标号84表示校正上位扭矩指令值T_m的情况下的因振动引起的加速度。从图8和图9的比较可知，能够通过校正部70对上位扭矩指令值T_m的校正而防止振动抑制的效果降低。

另外，在本实施方式中，能够通过像上述那样对上位扭矩指令值T_m进行校正而防止在使用简单结构的限制器来限制扭矩指令值的马达的驱动控制中振动抑制的效果降低。另外，在本实施方式中，在校正部70对校正量的计算中没有使用车辆特性，因此能够抑制处理负载增加。因此，根据本实施方式，能够抑制处理负载增加并且防止振动抑制的效果降低。

图10是示出实施方式2的构成马达控制系统的马达控制部的结构例的框图。在实施方式1中，采用了校正部70对来自上位装置3的上位扭矩指令值T_m进行校正的结构，但在本实施方式中，校正部90对来自前馈部10的前馈扭矩指令值T_mFF进行校正。

校正部90与上述的图3所示的校正部70同样地构成，根据来自前馈部10的前馈扭矩指令值T_mFF和来自反馈部30的反馈扭矩指令值T_mFB而求取校正量ΔT以对前馈扭矩指令值T_mFF进行校正。

像以上所说明那样，根据本实施方式，通过根据上位扭矩指令值和反馈部所求出的反馈值对扭矩指令值进行校正，能够与上述实施方式1同样地防止在使用了简单结构的限制器的马达的驱动控制中振动抑制的效果降低。

在上述的实施方式中，对使用了图5所示的校正量ΔT的例子进行了说明，但例如，也可以如图11所示使用衰减时间短的校正量ΔT。由于在反馈扭矩指令值T_mFB的值上升的期间，振动抑制的效果高，因此也可以在反馈扭矩指令值T_mFB的值上升的期间按照使扭矩指令值不超过限制器50的阈值T_lim的方式进行校正。为了生成这样的校正量ΔT，例如只要增大校正部70的衰减部76的衰减量即可。

另外，校正量ΔT也可以是恒定的值。由此，能够进一步抑制扭矩指令值的校正的处理负载增加并且维持振动抑制效果。在该情况下，也可以按照使校正后的扭矩指令值不超过限制器50的阈值T_lim的方式进行校正，但例如，也可以如图12所示，按照使校正后的扭矩指令值超过限制器50的阈值T_lim的范围为规定的阈值以下的方式求取校正量ΔT。即使校正后的扭矩指令值在一定程度超过限制器50的阈值T_lim，也具有振动抑制的效果，因此能够通过使用这样的校正量ΔT而将扭矩指令值的值整体维持得较高，从而能够提高对于上位扭矩指令值的响应性。另外，关于由校正部进行何种程度的校正，例如可以综合考虑所要求的振动抑制的效果、处理负载的大小以及所要求的响应性等而决定。

另外，在上述的各实施方式中，对设置有限制扭矩指令值的限制器50的例子进行了说明，但也可以是，不设置限制器，校正部对上位扭矩指令值或扭矩指令值进行校正，使得提供给电流控制部的扭矩指令值不超过规定的阈值。

上述的各实施方式是作为本发明的实现手段的一例，应该根据应用本发明的装置或系统的结构和各种条件而进行适当修正或变更，本发明不限定于上述实施方式。

Claims (5)

1.一种控制装置，其具有：

角速度检测部，其检测马达的角速度；

反馈部，其根据所述角速度检测部检测到的角速度而求取反馈值；

扭矩指令运算部，其根据从上位装置提供的上位扭矩指令值和所述反馈部所求出的反馈值而求取扭矩指令值；

限制部，其按照使所述扭矩指令运算部所求出的扭矩指令值不超过规定的扭矩上限值的方式进行限制；以及

驱动控制部，其根据由所述限制部限制后的扭矩指令值而进行马达的驱动控制，

其特征在于，

所述控制装置具有校正部，该校正部根据所述上位扭矩指令值和所述反馈部所求出的反馈值而对所述上位扭矩指令值或所述扭矩指令值进行校正。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述控制装置具有前馈部，该前馈部根据所述上位扭矩指令值而求取前馈值，

所述扭矩指令运算部根据所述前馈部所求出的前馈值和所述反馈部所求出的反馈值而求取所述扭矩指令值。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述校正部按照使校正后的所述扭矩指令值不超过规定的阈值的方式进行校正。

4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，

所述校正部(70)具有：

检测部(72)，其根据所述上位扭矩指令值和所述反馈部(30)所求出的反馈值来检测扭矩指令值是否超过所述规定的阈值；

最大值运算部(74)，其在所述检测部(72)检测到了扭矩指令值超过所述规定的阈值的情况下，求取扭矩指令值的最大值；

校正量运算部，其根据所述最大值运算部(74)所求出的扭矩指令值的最大值而求取校正量；以及

校正处理部(78)，其根据所述校正量运算部所求出的所述校正量而对所述上位扭矩指令值或所述扭矩指令值进行校正。

5.一种控制装置，其具有：

角速度检测部(20)，其检测马达的角速度；

反馈部(30)，其根据所述角速度检测部检测到的角速度而求取反馈值；

扭矩指令运算部(40)，其根据从上位装置提供的上位扭矩指令值和所述反馈部(30)所求出的反馈值而求取扭矩指令值；

驱动控制部，其根据扭矩指令值而进行马达的驱动控制；以及

校正部(90)，其根据所述上位扭矩指令值和所述反馈部所求出的反馈值而对所述上位扭矩指令值或所述扭矩指令值进行校正，

其特征在于，

所述校正部(90)按照使校正后的所述扭矩指令值不超过规定的阈值的方式进行校正。

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