CN114585890A - 处理装置以及绕组温度计算模型的决定方法 - Google Patents

处理装置以及绕组温度计算模型的决定方法 Download PDF

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Abstract

处理装置取得在进行用于使绕组的温度上升至规定温度的电压施加的状态下作为该绕组的温度的上升推移的第一上升推移和作为温度传感器的检测温度的上升推移的第二上升推移，基于第二上升推移，计算规定参数来决定规定温度特性模型，并且，基于第一上升推移，计算绕组关联参数来决定绕组温度特性模型。

Description

处理装置以及绕组温度计算模型的决定方法
技术领域
本发明涉及进行与马达的电子热继电器(electronic thermal)相关的模型参数的调整的技术。
背景技术
马达在各种领域中被使用，作为其使用条件的旋转速度、马达负载等也是各种各样的。另外，马达的周围气氛也不一定是恒定的，一般而言，若马达的周围温度变高，则难以进行从马达的散热，其使用环境变得严酷。在驱动马达的情况下，若置于过负载环境下，则马达的绕组温度过度上升，有时绕组会烧损。为了避免这样的绕组的烧损，存在如下技术：将热敏电阻、恒温器等温度传感器埋入马达内，通过它们直接检测绕组的温度，从而避免马达的过负载运转(例如，参照专利文献1)。但是，在这样的情况下，需要将温度传感器埋入马达内，另外，若不使温度传感器准确地配置于规定位置，则难以适当地检测绕组的温度。
另一方面，开发了与电子热继电器有关的技术，该技术不使用温度传感器等那样的直接的传感器，而根据流过马达的电流指令计算负载状况，判定绕组的过升温。在这样的电子热继电器中，在软件上判断绕组的过度升温。例如，在专利文献2所示的技术中，基于施加于马达的电压、电流、该马达的感应电压等参数来估计绕组电阻值，根据该估计出的绕组电阻值来估计绕组温度。另外，在专利文献3所示的技术中，根据在马达启动时测定出的绕组电阻值来估计启动时的绕组温度，之后基于流过马达的电流来估计绕组温度的推移。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平4-283087号公报
专利文献2：日本特开2011-15584号公报
专利文献3：特开平9-261850号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了使用电子热继电器技术来避免绕组的过度升温，优选与该马达相关的规格是明确的。即，如果与绕组的温度相关联的绕组的电阻值、马达的感应电压等物理参数明确，则能够更准确地估计绕组的温度。但是，在由驱动器驱动马达的情况下，该马达的物理参数未必明确。因此，基于电子热继电器技术的绕组的过升温抑制不得不在确保安全上的富余的基础上进行，存在成为过度的保护的倾向。
另一方面，通过在马达的绕组上配置温度传感器来检测其温度，也能够实现绕组的过升温抑制，但如上所述，其检测结果很大程度上依赖于马达内的温度传感器的配置，因此难以实现高精度的绕组保护。即使假设进行了优选的配置，在从绕组到温度传感器之间也存在规定的热容量，进而温度传感器自身存在响应延迟，因此温度传感器的检测本身包含延迟。因此，在利用温度传感器的情况下，特别是不容易适时地检测出由大电流引起的急剧的温度变化。
本申请公开是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种与马达的电子热继电器相关的、准确地进行绕组的温度估计的技术。
用于解决课题的手段
在本申请公开中，为了解决上述课题，采用了如下结构：使用施加规定的电压时的绕组温度的上升推移和以检测绕组温度的方式配置的温度传感器的检测温度的上升推移，决定用于马达的电子热继电器的绕组温度特性模型和规定的温度特性模型。这样，通过在电子热继电器技术中反映温度传感器的检测值，能够通过电子热继电器更准确地估计马达绕组的温度。
详细而言，本公开是一种处理装置，其决定计算模型，该计算模型是具有卷绕有绕组的定子以及转子的马达的电子热继电器所具有的用于估计该绕组的温度的计算模型，该计算模型包含：绕组温度特性模型，其包含与该绕组的温度特性相关联的绕组关联参数；以及规定温度特性模型，其包含与由配置在该绕组的附近的温度传感器检测出的绕组附近温度的特性相关联的规定参数，所述处理装置具备：温度推移取得部，其取得在进行用于使所述绕组的温度上升至规定温度的电压施加的状态下作为该绕组的温度的上升推移的第一上升推移和作为所述温度传感器的检测温度的上升推移的第二上升推移；以及决定部，其基于所述第二上升推移，计算所述规定参数来决定所述规定温度特性模型，并且，基于所述第一上升推移，计算所述绕组关联参数来决定所述绕组温度特性模型。
本公开的处理装置构成为：对于为了检测马达的绕组温度而在绕组的附近配置有温度传感器的马达，通过电子热继电器技术来实现绕组的过升温抑制。作为该温度传感器，能够采用公知的温度传感器，马达的内部的温度传感器的配置优选为其温度检测部与绕组接触的位置，但只要是绕组的附近且能够检测绕组温度的位置即可，并不限定于特定的配置。
并且，该处理装置使用包含绕组温度特性模型和规定温度特性模型的计算模型，以能够进行电压施加时的绕组温度的估计的方式决定两个模型。该绕组温度特性模型是用于计算在马达中假想地去除定子的热影响时的绕组的温度特性的模型。作为该模型所包含的绕组关联参数，能够例示与绕组相关的热阻、热时间常数等。另外，规定温度特性模型是用于计算在马达中假想地去除定子的热影响时的温度传感器的检测温度的特性的模型。可以认为在温度传感器的检测中反映了绕组温度。作为该模型所包含的规定参数，能够例示与温度传感器的温度检测相关的热阻、热时间常数等。
在此，温度推移取得部取得在进行用于使绕组的温度上升到规定温度的电压施加的状态下与绕组相关联的2个温度推移(上升推移)。1个上升推移是实际上绕组产生的温度推移即第一上升推移，另1个上升推移是温度传感器的检测温度的上升推移即第二上升推移。而且，为了通过电子热继电器技术使用包含规定温度特性模型和绕组温度特性模型的计算模型来估计绕组温度，需要适当地考虑定子的温度推移对绕组温度的影响。
在此，上述的第一上升推移是绕组的温度推移，第二上升推移是配置于该绕组的附近的温度传感器的检测温度的推移，因此可以认为能够视为实质上相同的马达的定子的温度推移对两上升推移产生影响。这意味着，通过利用第一上升推移和第二上升推移，能够利用电子热继电器技术进行考虑了定子的温度推移的影响的绕组温度的估计。因此，在上述处理装置中，决定部基于第二上升推移来计算规定参数并决定规定温度特性模型，并且，基于第一上升推移来计算绕组关联参数并决定绕组温度特性模型。包含这样决定的规定温度特性模型和绕组温度特性模型的计算模型能够以吸收温度传感器所包含的温度检测的延迟的方式，适当地反映定子的温度推移的影响来进行绕组温度的估计。
在上述的处理装置中，也可以是，所述决定部基于所述第二上升推移借助定子温度特性模型计算所述规定参数来决定所述规定温度特性模型，该定子温度特性模型包含与所述定子的温度特性相关联的定子关联参数且与所述绕组温度特性模型和所述规定温度特性模型具有相关性，并且，所述决定部基于所述第一上升推移借助该定子温度特性模型计算所述绕组关联参数来决定所述绕组温度特性模型。该定子温度特性模型是用于计算在马达中假想地去除绕组的热影响时的、定子的温度特性的模型。作为该模型所包含的定子关联参数，能够例示与定子相关的热阻、热时间常数等。通过采用这样的结构，能够决定适当地反映了定子的温度推移的影响的规定温度特性模型和绕组温度特性模型。
在上述的处理装置中，也可以是，所述温度推移取得部基于所述绕组的电阻值来取得所述第一上升推移。由此，在决定规定温度特性模型和绕组温度特性模型时，能够通过与温度传感器不同的测定方式准确地测定绕组温度的上升推移。
另外，上述的处理装置也可以还具备：频率响应取得部，其取得以向所述绕组施加的施加电压为输入并输出流过该绕组的电流时的所述马达的频率响应；以及电阻计算部，其基于所述频率响应来计算所述绕组的电阻值。这样，通过着眼于绕组的电气特性而利用其频率响应，能够尽可能地减小为了检测绕组的电阻值而施加于绕组的电压，抑制由该电压施加引起的绕组温度的变动，能够进行更准确的绕组的电阻值的测定。
另外，在上述的处理装置中，也可以是，在所述电压施加中进行第一周期的电压施加，所述电阻计算部基于按照输入了所述第一周期的电压施加时的所述马达的输出电流而由所述频率响应取得部取得的所述频率响应，计算所述电压施加时的所述绕组的电阻值，所述温度推移取得部基于由所述电阻计算部计算出的所述绕组的电阻值，取得所述第一上升推移。根据这样的结构，关于第一上升推移的测定，能够抑制绕组温度的变动，能够进行更准确的绕组的电阻值的测定。
而且，在上述的处理装置中，也可以是，在进行所述电压施加时，以规定的恒定速度对所述马达的所述转子进行旋转驱动。在由温度传感器进行的温度检测中，该温度传感器的检测部检测附近的绕组的温度的倾向强。另一方面，在为了取得第二上升推移而对绕组进行电压施加时，如果该施加电流偏向构成马达的绕组的某相(例如，在马达为三相交流马达的情况下是U、V、W相中的某相)流动，则温度传感器的温度检测有可能产生偏差。因此，通过如上述那样使转子以规定的恒定速度旋转，能够使施加电流大致均匀地流过马达的绕组，能够适当地取得第二上升推移。
另外，为了解决上述课题，从绕组温度计算模型的决定方法的侧面也能够理解本公开。即，本公开是是决定计算模型的方法，该计算模型是具有卷绕有绕组的定子以及转子的马达的电子热继电器所具有的用于估计该绕组的温度的计算模型，该计算模型包含：绕组温度特性模型，其包含与该绕组的温度特性相关联的绕组关联参数；以及规定温度特性模型，其包含与由配置在该绕组附近的温度传感器检测出的绕组附近温度的特性相关联的规定参数。而且，该方法包含如下步骤：取得在进行用于使所述绕组的温度上升至规定温度的电压施加的状态下作为该绕组的温度的上升推移的第一上升推移和作为所述温度传感器的检测温度的上升推移的第二上升推移；以及决定步骤，基于所述第二上升推移，计算所述规定参数来决定所述规定温度特性模型，并且，基于所述第一上升推移，计算所述绕组关联参数来决定所述绕组温度特性模型。也可以是，在所述决定步骤中，基于所述第二上升推移借助定子温度特性模型计算所述规定参数来决定所述规定温度特性模型，该定子温度特性模型包含与所述定子的温度特性相关联的定子关联参数且与所述绕组温度特性模型和所述规定温度特性模型具有相关性，并且基于所述第一上升推移借助该定子温度特性模型计算所述绕组关联参数来决定所述绕组温度特性模型。另外，关于上述为止的处理装置所公开的技术思想只要不产生技术上的不一致，就能够应用于上述绕组温度计算模型的决定方法。
发明效果
关于马达的电子热继电器，能够准确地进行绕组的温度估计。
附图说明
[图1]图1是表示包含绕组温度特性模型和规定温度特性模型的计算模型的结构的图。
[图2]图2的(A)是用于说明绕组温度特性模型与定子温度特性模型的相关性的图，图2的(B)是用于说明规定温度特性模型与定子温度特性模型的相关性的图。
[图3]图3是表示在使计算模型与马达匹配时对马达施加的电压的推移、此时的绕组温度以及温度传感器的检测温度的推移的图。
[图4]图4是组装马达而构成的控制系统的概略结构。
[图5]图5是表示由图4所示的控制系统的伺服驱动器形成的控制结构的第一图。
[图6]图6是表示由图4所示的控制系统的伺服驱动器形成的控制结构的第二图。
[图7]图7是表示由伺服驱动器执行的、计算模型与马达的匹配方法的处理流程的流程图。
[图8]图8的(A)以及图8的(B)是表示施加于马达的电压的推移的图。
具体实施方式
<应用例>
基于图1～图3对在具有电子热继电器的马达2(参照图4)中进行用于通过该电子热继电器估计马达绕组的温度的模型参数的调整的处理装置的一例进行说明。此外，在本公开的实施方式中，马达2只要是在其定子上卷绕有绕组并且具有转子的结构即可，其具体的结构并不限定于特定的结构。另外，在马达2的内部，以能够检测其绕组温度的方式配置有温度传感器3，更详细而言，以温度传感器3的检测部位于绕组的附近的方式，优选以该检测部与绕组接触的方式配置有温度传感器3。
在此，图1表示马达的电子热继电器所具有的用于计算绕组温度的计算模型10的概略结构。另外，图2的(A)以及图2的(B)是用于说明计算模型10的导出的图，表示绕组温度特性模型与定子温度特性模型的相关性、以及规定温度特性模型与定子温度特性模型的相关性。而且，图3是表示在决定图1所示的计算模型10中使用的计算用参数、即绕组关联参数以及规定参数时，施加于马达的电压推移以及此时的绕组温度的推移的图。
在此，在对计算模型10进行说明之前，基于图2的(A)对能够考虑在马达2中可能对绕组温度产生影响的主要热源、即作为具有比较大的热容量的构造物的绕组和定子来进行绕组的温度估计的计算模型(以下，称为“基础计算模型”)20进行说明。基础计算模型20是计算马达2的绕组温度的程序，当作为其输入被提供该马达中的施加电力时，输出该马达的绕组温度。此外，该施加电力能够视为因马达的绕组线圈的电阻而产生的所谓铜损，在物理上与流过绕组线圈的电流的平方成比例。并且，如图1所示，基础计算模型20包含绕组温度特性模型21和定子温度特性模型22作为构成自身的子模型。绕组温度特性模型21是用于计算在马达中假想地去除定子的热影响时的绕组的温度特性的模型，定子温度特性模型22是用于计算在马达中假想地去除绕组的热影响时的定子的温度特性的模型。这样，基础计算模型20包含两个模型，进而如图2的(A)所示，计算各模型的输出之和作为马达的绕组温度，由此成为在考虑了定子与绕组的相关性的基础上计算马达的绕组温度的结构。
在此，对绕组温度特性模型21进行说明。绕组温度特性模型21包含作为与绕组的温度特性相关联的参数(绕组关联参数)的与绕组相关的热阻Ra、热时间常数Ta，由下述的式1表示。此外，热阻Ra是表示热的传递难度的值，是表示每单位时间产生的热量的温度上升量的参数。在本实施方式中，采用将马达的绕组理解为热均匀的物体时的热阻。另外，热时间常数Ta是表示相对于绕组的温度变化的响应性的程度的参数，被定义为在绕组从初始的热平衡状态转变为其他热平衡状态时变化其温度差的63.2％所需的时间。
绕组温度特性模型＝Ra/(Ta·s+1)…(式1)
接着，对定子温度特性模型22进行说明。定子温度特性模型22包含作为与定子的温度特性相关联的参数(定子关联参数)的与定子相关的热阻Rb、热时间常数Tb，由下述的式2表示。此外，热阻Rb的定义与上述的热阻Ra的定义相同，在本实施方式中，采用将马达的定子理解为热均匀的物体时的热阻。另外，热时间常数Tb是表示相对于定子的温度变化的响应性的程度的参数，与上述的热时间常数Ta的定义相同。
定子温度特性模型＝Rb/(Tb·s+1)…(式2)
而且，在基础计算模型20中，输入(马达中的施加电力)被传递给绕组温度特性模型21和定子温度特性模型22。然后，将各模型的输出相加，作为基础计算模型20的输出、即马达绕组的估计温度。此外，在各模型的输出相加时，也可以使对各模型的输出乘以规定的增益而得到的值相加。通过这样构成基础计算模型20，考虑定子与绕组的相关性来估计马达的绕组温度。
在这样为了估计绕组温度而利用基础计算模型20的情况下，需要确定定子温度特性模型22。但是，为了确定定子温度特性模型22，优选尽量形成绕组不对定子造成热影响的状况，但这并不容易。因此，在本申请公开中，利用配置于马达2的绕组附近的温度传感器3的检测温度的推移。在图2的(B)中示出了能够进行绕组附近的温度、即温度传感器3的检测温度的估计的计算模型(以下，称为“绕组附近计算模型”)30。绕组附近计算模型30是计算温度传感器3的检测温度的程序，当作为其输入而被提供马达2中的施加电力时，输出温度传感器3的检测温度。并且，如图2的(B)所示，绕组附近计算模型30包含规定温度特性模型31和定子温度特性模型32作为构成自身的子模型。
规定温度特性模型31是用于计算在马达中假想地去除定子的热影响时的温度传感器3的检测温度特性(绕组附近的温度特性)的模型，能够认为在该检测温度特性中反映了绕组的温度特性。另外，定子温度特性模型32是用于计算在马达中假想地去除绕组的热影响时的定子的温度特性的模型。因此，能够认为定子温度特性模型32与图2的(A)所示的定子温度特性模型22相同。这样，绕组附近计算模型30包含两个模型，进而如图2的(B)所示，成为计算各模型的输出之和作为温度传感器3的检测温度的结构。
规定温度特性模型31包含作为与温度传感器3的检测温度、即绕组附近的温度特性相关联的参数(规定参数)的热阻Rs、热时间常数Ts，由下述的式3表示。此外，热阻Rs的定义与上述的热阻Ra的定义相同，在本实施方式中，采用将马达的绕组及其附近的空间理解热均匀的物体时的热阻。另外，热时间常数Ts是表示相对于绕组及其附近的空间的温度变化的响应性的程度的参数，与上述的热时间常数Ta的定义相同。
规定温度特性模型＝Rs/(Ts·s+1)…(式3)
定子温度特性模型32如上所述能够视为与定子温度特性模型22相同，因此省略其详细的说明。并且，在绕组附近计算模型30中，输入(马达中的施加电力)被传递给规定温度特性模型31和定子温度特性模型32。然后，将各模型的输出相加，作为绕组附近计算模型30的输出、即温度传感器3的检测温度的估计值。
在此，若比较图2的(A)和图2的(B)，则在估计绕组温度的基础计算模型20和估计温度传感器3的检测温度的绕组附近计算模型30中共同包含定子温度特性模型22、32。因此，通过将从绕组附近计算模型30导出的定子温度特性模型32代入基础计算模型20所包含的定子温度特性模型22，能够导出图1所示的计算模型10。
基于以上内容，基于图1对电子热继电器所具有的计算模型10进行说明。计算模型10是在马达的电子热继电器中计算该马达的绕组温度的程序，当作为其输入被提供该马达中的施加电力时，输出该马达的绕组温度。而且，如图1所示，计算模型10包含绕组温度特性模型11、规定温度特性模型12以及温度传感器3作为构成自身的子模型。绕组温度特性模型11是用于计算在马达中假想地去除定子的热影响时的绕组的温度特性的模型，是与图2的(A)所示的绕组温度特性模型21相同的模型。另外，规定温度特性模型12是用于计算在马达中假想地去除定子的热影响时的温度传感器3的检测温度特性(绕组附近的温度特性)的模型，是与图2的(B)所示的规定温度特性模型31相同的模型。
在这样构成的计算模型10中，在图1中用虚线15包围的部分是所谓相当于图2的(B)所示的定子温度特性模型32的结构。因此，当输入(马达中的施加电力)被传递给绕组温度特性模型11和规定温度特性模型12时，对绕组温度特性模型11的输出加上温度传感器3的输出与规定温度特性模型12的差分，作为计算模型10的输出、即马达绕组的估计温度。此外，在各模型的输出相加时，也可以使对各模型的输出加上乘以规定的增益而得到的值相加。
接下来，基于图3，对在绕组温度特性模型11、21中使用的热阻Ra以及热时间常数Ta的计算、在规定温度特性模型12、31中使用的热阻Rs以及热时间常数Ts的计算、在定子温度特性模型22、32中使用的热阻Rb以及热时间常数Tb的计算进行说明。此外，也将这些参数Ra、Rb、Rs、Ta、Tb、Ts统称为模型参数。
在图3的上段所示的施加电压的推移中，在时刻T1～T2的期间，进行用于使绕组温度上升至规定温度的、向马达2的电压施加。在该时刻T1～T2的期间，马达的绕组温度如图3的下段的线L1所示那样上升并收敛(从温度t0到温度t1的上升)，因此将该期间的绕组温度推移称为第一上升推移L1。另外，以线L2表示以检测马达绕组附近的温度的方式配置的温度传感器3的实际的检测温度推移(从温度t0上升至温度t2并收敛)。由于在绕组与温度传感器3之间存在一些热容量，因此第二上升推移L2与第一上升推移L1相比，温度稍靠低温侧。另外，在施加电压时，施加电压V1以得电流仅在d轴上流动，以使马达2的转子不旋转。由此，能够避免该电压施加时的马达2的驱动轴意外地驱动。作为其他方法，也可以以在施加电压时马达2的转子以规定的低速度(例如，数10rpm)旋转的方式施加电压V1。由此，能够在马达2的绕组中使电流均匀地流动，能够减轻温度传感器3的配置对其检测温度的影响。另外，此时的施加电压V1只要是使马达温度上升以适于上述模型参数的计算的施加电压即可，例如能够设为与马达的额定功率对应的电压。
而且，根据时刻T1至T2的第一上升推移L1以及第二上升推移L2计算Ra、Rb、Rs、Ta、Tb、Ts的模型参数。首先，基于第二上升推移L2，计算与规定温度特性模型12、31相关联的热阻Rs以及热时间常数Ts、和与定子温度特性模型22、32相关联的热阻Rb以及热时间常数Tb。具体而言，利用最小二乘法，基于温度传感器3的检测温度从t0上升至t2所需的时间、投入电力等，计算出模型参数Rs、Ts、Rb、Tb。由此，决定规定温度特性模型12、31和定子温度特性模型22、32。接着，基于第一上升推移L1，计算与绕组温度特性模型11、21相关联的热阻Ra以及热时间常数Ta。此外，在该计算中，关于与定子温度特性模型22、32相关联的热阻Rb以及热时间常数Tb，利用已经计算出的值。具体的绕组温度特性模型11、21的计算同样利用最小二乘法，基于温度传感器3的检测温度从t0上升到t1所需的时间、投入电力等来进行。由此，决定绕组温度特性模型11、21。
使用这样计算出的模型参数来形成绕组温度特性模型11和规定温度特性模型12，然后决定包含两模型的计算模型10。通过使用这样决定的计算模型10，能够利用温度传感器3的检测值通过电子热继电器估计马达的绕组温度。在该估计中，由于以吸收了温度传感器3所包含的检测延迟的形式通过计算模型10来计算绕组温度，因此能够实现高精度且延迟少的绕组温度的估计，因此，能够有效地抑制马达2的绕组过升温。
<第一实施例>
图4是包含也作为本实施方式的处理装置而工作的伺服驱动器4的控制系统的概略结构图。该控制系统具备网络1、马达2、伺服驱动器4及标准PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)5。此外，如上所述，马达2具备温度传感器3。该控制系统是用于与马达2一起对未图示的负载装置进行驱动控制的系统。并且，马达2以及负载装置被设为由该控制系统控制的控制对象。在此，作为负载装置，能够例示各种机械装置(例如，产业用机器人的臂、搬运装置)。另外，马达2作为驱动该负载装置的致动器而组装在负载装置内。例如，马达2是具有卷绕有绕组的定子(stator)和转子(rotor)的AC伺服马达。另外，在马达2安装有未图示的编码器，通过该编码器将与马达2的动作相关的参数信号反馈发送至伺服驱动器4。该反馈发送的参数信号(以下，称为反馈信号)例如包含关于马达2的旋转轴的旋转位置(角度)的位置信息、该旋转轴的旋转速度的信息等。
伺服驱动器4经由网络1而从标准PLC 5接收与马达2的动作(motion)相关的动作指令信号，并且接收从连接于马达2的编码器输出的反馈信号。伺服驱动器4基于来自标准PLC 5的动作指令信号及来自编码器的反馈信号，计算出与马达2的驱动相关的伺服控制、即与马达2的动作相关的指令值，并且以马达2的动作追随所述指令值的方式对马达2供给驱动电流。另外，该供给电流利用从交流电源7对伺服驱动器4发送的交流电力。在本实施例中，伺服驱动器4是接受三相交流电的类型，但也可以是接受单相交流电的类型。另外，伺服驱动器4的伺服控制是利用伺服驱动器4所具有的位置控制器41、速度控制器42、电流控制器43的反馈控制，其详细内容将基于图5在后面叙述。
在此，如图4所示，伺服驱动器4具备位置控制器41、速度控制器42、电流控制器43，通过这些处理来执行上述伺服控制。而且，伺服驱动器4为了保护马达2免受由过负载引起的损伤而具有电子热继电器部100(参照图5)。该电子热继电器部100估计马达2的绕组温度，根据该估计温度判断马达2的过负载状态。因此，基于图5所示的形成于伺服驱动器4的控制结构，进行伺服驱动器4的上述伺服控制及电子热继电器部100对马达2的保护控制的说明。该控制结构是通过在具有规定的运算装置及存储器等的伺服驱动器4中执行规定的控制程序而形成。
位置控制器41例如进行比例控制(P控制)。具体而言，通过对从标准PLC 5通知的位置指令与检测位置的偏差即位置偏差乘以位置比例增益Kpp来计算出速度指令。另外，位置控制器41预先具有位置比例增益Kpp作为控制参数。接着，速度控制器42例如进行比例积分控制(PI控制)。具体而言，对由位置控制器41计算出的速度指令与检测速度的偏差即速度偏差的积分量乘以速度积分增益Kvi，对其计算结果与该速度偏差之和乘以速度比例增益Kvp，由此计算转矩指令。另外，速度控制器42预先具有速度积分增益Kvi和速度比例增益Kvp作为控制参数。另外，速度控制器42也可以代替PI控制而进行P控制。在该情况下，速度控制器42预先具有速度比例增益Kvp作为控制参数。接着，电流控制器43基于由速度控制器42计算出的转矩指令来生成用于驱动放大器44的指令电压。放大器44根据所生成的指令电压输出用于驱动马达2的驱动电流，由此对马达2进行驱动控制。电流控制器43包含与转矩指令相关的滤波器(1次低通滤波器)、一个或多个陷波滤波器，具有与这些滤波器的性能相关的截止频率等作为控制参数。
而且，伺服驱动器4的控制结构包含以速度控制器42、电流控制器43、作为控制对象的马达2等为向前要素的速度反馈系统，进而包含以该速度反馈系统与位置控制器41为向前要素的位置反馈系统。通过如此构成的控制结构，伺服驱动器4能够以追随从标准PLC5供给的位置指令的方式对马达2进行伺服控制。
在这样对马达2进行伺服控制时，若对马达2施加比较长的时间的过大的负载(例如，超过马达2的额定负载的负载)，则对马达2的绕组长时间流通过大的电流，因此绕组温度过度上升，有可能导致其烧损。为了避免这种马达2在过负载状态下的驱动，伺服驱动器4具有电子热继电器部100。具体而言，电子热继电器部100具有图1所示的计算模型10和过负载判定部110。如上所述，计算模型10包含绕组温度特性模型11和规定温度特性模型12，若将马达2的施加电力作为输入提供给各模型并且提供温度传感器3的检测值，则其结果输出马达2的绕组温度。并且，过负载判定部110基于作为计算模型10的输出的绕组温度，判定是否存在马达2达到过负载状态的可能性，换言之，是否存在马达2的绕组过度升温的可能性。另外，当由过负载判定部110判定为马达2处于过负载状态时，伺服驱动器4能够为了保护马达2而停止其驱动。
在此，基于图6对用于使电子热继电器部100所具有的计算模型10与作为伺服驱动器4的控制对象的马达2匹配的控制结构进行说明。伺服驱动器4为了使计算模型10与马达2匹配而具有模型匹配部200。模型匹配部200计算与马达2对应的计算模型10的模型参数、即与马达2对应的绕组温度特性模型11的热阻Ra和热时间常数Ta以及规定温度特性模型12的热阻Rs和热时间常数Ts，使用它们使计算模型10与马达2匹配。此外，在匹配计算模型10时，利用图5所示的电流控制器43以及放大器44，但不利用位置控制器41以及速度控制器42，因此在图6中省略位置控制器41以及速度控制器42的记载。
在此，模型匹配部200具有施加控制部210、温度推移取得部220、决定部230。施加控制部210对电流控制器43输出用于进行用于对计算模型10的模型参数进行计算的电压施加、即图3的上段所示的电压施加的指令。另外，由施加控制部210进行的电压施加被控制为适于计算模型10的模型参数的计算。
温度推移取得部220基于马达2的绕组电阻值，取得计算模型10的匹配时(电压施加时)的绕组温度的第一上升推移L1以及第二上升推移L2。该绕组温度的取得按照下述的式4进行。
绕组温度θ2＝R2/R1·(234.5+θ1)-234.5…(式4)
R1是电压施加开始时(图3中的时刻T1)的绕组电阻值。
θ1是电压施加开始时的绕组温度。例如，可将马达2的周围环境的大气温度(可由伺服驱动器4取得的情况)或安装于马达2的编码器所具有的温度传感器的检测值用作θ1。
R2是施加电压时的绕组电阻值。另外，关于绕组电阻值R2的取得，在后面叙述。
温度推移取得部220随着施加控制部210的电压施加，按照式4随时取得此时的马达2的绕组温度。
决定部230基于由温度推移取得部220取得的第一上升推移L1以及第二上升推移L2，计算与马达2对应的绕组温度特性模型11的热阻Ra以及热时间常数Ta、和规定温度特性模型12的热阻Rs以及热时间常数Ts。关于这些模型参数的计算，如上所述。进而，决定部230将计算出的模型参数应用于计算模型10的绕组温度特性模型11和规定温度特性模型12来决定各模型。其结果，用于图1所示的电子热继电器部100的计算模型10与由伺服驱动器4控制的马达2本身相匹配。
在此，基于图7说明模型匹配部200对计算模型10的匹配方法。图7是表示模型匹配部200进行的计算模型10的匹配方法的流程的流程图。首先，在S101中，在开始施加控制部210的电压施加的紧前，进行取得马达2的绕组电阻值(式4中的R1)及其绕组温度(式4中的θ1)的初始化处理。绕组电阻值是在马达的端子间施加测定用的电压并基于此时的电流值而计算出的。另外，关于该初始化处理中的绕组温度，根据马达2在周围环境中被放置足够长时间的情况，能够认为该绕组温度与外部空气温度为相同程度。因此，取得外部空气温度或设置于马达2的编码器内的温度传感器的检测温度作为初始化处理中的绕组温度。
接着，在S102中，一边通过施加控制部210进行电压施加，一边通过温度推移取得部220取得马达2的绕组温度的第一上升推移L1和温度传感器3的检测温度的第二上升推移L2。这些上升推移共用电压施加期间。在此，在通过该电压施加而绕组温度上升时，若另外进行用于电阻值计算的电压施加，则会阻碍基于本来的电压施加的升温控制。在用于模型参数计算的电压施加中，需要使马达2的绕组温度上升至t1，因此若在每次电阻值计算时其升温被打乱，则难以适当地计算出模型参数(热阻、热时间常数)。因此，在本实施方式中，在用于模型参数计算的电压施加中进行周期性的电压施加，通过该电压施加使绕组温度上升，同时将该电压施加作为向马达2的输入，将流过其绕组的电流作为输出时，利用针对该电压施加的电流的频率响应来进行马达2的绕组电阻值的计算。
具体而言，如图8的(A)所示，在电压施加中，在施加期间(T1～T2)施加周期性的正弦波电压。此时，该正弦波电压的有效值(均方值)成为图3所示的电压V1。通过这样施加周期性的正弦波电压，能够使马达2的绕组温度上升到t1。在此，在进行周期性的电压施加时，通过温度推移取得部220分别取得该施加电压值和流过马达2的绕组的电流值作为输入值、输出值。输出值相对于该输入值的频率响应反映下述式5所示的马达2的电气特性。
马达2的电气特性：(1/R)·(1/(Ts+1))…式5)
其中，R是马达2的绕组电阻，T是马达2的电气时间常数。
因此，温度推移取得部220计算上述输出值的频率响应，利用基于该频率响应得到的增益G(ω)和相位P(ω)，进而按照下述的式6计算马达2的绕组电阻R。
Figure BDA0003603245840000141
进而，温度推移取得部220将由式6计算出的绕组电阻R代入式4中的R2，计算出取得频率响应的时刻的绕组温度(式4中的θ2)。
这样，温度推移取得部220通过利用电压施加时的在马达2的绕组中流动的电流的频率响应，能够不阻碍马达2的升温处理(使绕组温度上升至t1的处理、使传感器3的检测温度上升至t2的处理)地利用其绕组电阻值来取得第一上升推移L1以及第二上升推移L2。此外，温度推移取得部220的各上升推移的取得定时、即上述频率响应的取得定时只要在能够以能够计算模型参数的程度取得各上升推移的范围内适当设定即可。
此外，在图8的(A)所示的例子中，在施加期间连续地施加正弦波电压，但作为其他方法，如图8的(B)所示，只要马达2的绕组温度能够收敛于t1的平衡状态，则也可以断续地施加正弦波电压。此时，施加期间的断续的正弦波电压的均方值为电压V1。另外，电压施加中的施加电压的周期只要在为了计算绕组电阻值而取得适当的频率响应的范围内适当决定即可。若施加电压的周期变得过长，则绕组温度容易因电压施加而骤变，另一方面，若施加电压的周期变得过短，则难以将马达2的电气特性适当地反映于频率响应。因此，将施加的正弦波电压的频率例如设定为与马达2的电气时间常数的倒数相当的频率的1/3～3倍，优选设定为1/2～2倍，更优选设定为等倍的频率。由此，能够均衡地实现马达2的温度调整和温度取得。
接着，在S103中，判定是否经过了适于模型参数的计算的规定的电压施加时间。作为一例，规定的电压施加时间也可以是马达2的绕组温度收敛到t1为止的施加时间。在马达2的绕组温度的上升变化率为规定的阈值以下时，能够判定为该上升已收敛。此外，上升变化率被定义为每单位时间的绕组温度的上升量。另外，该阈值也可以是预先决定的固定值，作为其他方法，也可以将电压施加刚开始后的绕组温度的上升变化率、即被认为在施加期间上升变化率最高时的上升变化率作为基准来决定，例如也可以将该被设想为最大的上升变化率的1/10的值用作该阈值。如果在S103中作出肯定判定，则进入S104，如果作出否定判定，则为了继续施加电压，重复S102以后的处理。
接着，在S104中，如基于图1～图3说明的那样，基于在S102中取得的第二上升推移L2，计算作为定子温度特性模型22、32的模型参数的热阻Rb和热时间常数Tb、以及作为规定温度特性模型12、31的模型参数的热阻Rs和热时间常数Ts，决定各模型。进而，在S105中，基于在S102中取得的第一上升推移L1，计算作为绕组温度特性模型11、21的模型参数的热阻Ra和热时间常数Ta，决定该模型。
如此，根据图7所示的计算模型的匹配方法，能够准备与由伺服驱动器4驱动的马达2匹配的适当的计算模型10。由此，在马达2被驱动时，能够一边适当地抑制温度传感器3的检测延迟，一边通过电子热继电器部100高精度地估计该马达2的绕组温度，能够适当地保护马达2免受过负载的影响。
<其他实施例>
在上述为止的实施例中，模型匹配部200形成于伺服驱动器4，但也可代替该方式而形成于能够电连接于伺服驱动器4的处理装置(例如PC(个人计算机)等)内。该处理装置是用于使计算模型与马达2匹配的装置，搭载有匹配用的软件(程序)。具体而言，该处理装置是具有运算装置、存储器等的计算机，安装有该计算机能够执行的程序，通过执行该程序来实现图7所记载的计算模型的匹配方法。
关于上述的本实施方式所记载的结构的尺寸、材质、形状、其相对配置、记载的方法所包含的各处理的顺序等，只要没有特别记载，就不意味着将发明的技术范围仅限定于此。
<附记>
一种处理装置(4)，其决定计算模型(10)，该计算模型(10)是具有卷绕有绕组的定子以及转子的马达(2)的电子热继电器(100)所具有的用于估计该绕组的温度的计算模型(10)，其包含：绕组温度特性模型(11)，其包含与该绕组的温度特性相关联的绕组关联参数；以及规定温度特性模型(12)，其包含与由配置在该绕组的附近的温度传感器(3)检测出的绕组附近温度的特性相关联的规定参数，所述处理装置(4)具备：
温度推移取得部(220)，其取得在进行用于使所述绕组的温度上升到规定温度的电压施加的状态下作为该绕组的温度的上升推移的第一上升推移(L1)和作为所述温度传感器的检测温度的上升推移的第二上升推移(L2)；以及
决定部(230)，其基于所述第二上升推移(L2)，计算所述规定参数来决定所述规定温度特性模型(12)，并且，基于所述第一上升推移(L1)，计算所述绕组关联参数来决定所述绕组温度特性模型(11)。
一种绕组温度计算模型的决定方法，其是决定计算模型(10)的方法，该计算模型(10)是具有卷绕有绕组的定子以及转子的马达(2)的电子热继电器(100)所具有的用于估计该绕组的温度的计算模型(10)，其包含：绕组温度特性模型(11)，其包含与该绕组的温度特性相关联的绕组关联参数；以及规定温度特性模型(12)，其包含与由配置在该绕组的附近的温度传感器(3)检测出的绕组附近温度的特性相关联的规定参数，该绕组温度计算模型的决定方法包含以下步骤：
取得在进行用于使所述绕组的温度上升至规定温度的电压施加的状态下作为该绕组的温度的上升推移的第一上升推移(L1)和作为所述温度传感器的检测温度的上升推移的第二上升推移(L2)的步骤(S102)；以及
基于所述第二上升推移(L2)，计算所述规定参数来决定所述规定温度特性模型(12)，并且，基于所述第一上升推移(L1)，计算所述绕组关联参数来决定所述绕组温度特性模型(11)的步骤(S104、S105)。
标号说明
2：马达；3：温度传感器；4：伺服驱动器；10：计算模型；11：绕组温度特性模型；12：规定温度特性模型；100：电子热继电器部；200：模型匹配部；210：施加控制部；220：温度推移取得部；230：决定部。

Claims (8)

1.一种处理装置，其决定计算模型，该计算模型是具有卷绕有绕组的定子以及转子的马达的电子热继电器所具有的用于估计该绕组的温度的计算模型，该计算模型包含：绕组温度特性模型，其包含与该绕组的温度特性相关联的绕组关联参数；以及规定温度特性模型，其包含与由配置在该绕组的附近的温度传感器检测出的绕组附近温度的特性相关联的规定参数，所述处理装置具备：
温度推移取得部，其取得在进行用于使所述绕组的温度上升至规定温度的电压施加的状态下作为该绕组的温度的上升推移的第一上升推移和作为所述温度传感器的检测温度的上升推移的第二上升推移；以及
决定部，其基于所述第二上升推移，计算所述规定参数来决定所述规定温度特性模型，并且，基于所述第一上升推移，计算所述绕组关联参数来决定所述绕组温度特性模型。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其中，
所述决定部基于所述第二上升推移借助定子温度特性模型计算所述规定参数来决定所述规定温度特性模型，该定子温度特性模型包含与所述定子的温度特性相关联的定子关联参数且与所述绕组温度特性模型和所述规定温度特性模型具有相关性，并且，所述决定部基于所述第一上升推移借助该定子温度特性模型计算所述绕组关联参数来决定所述绕组温度特性模型。
3.根据权利要求1或2所述的处理装置，其中，
所述温度推移取得部基于所述绕组的电阻值来取得所述第一上升推移。
4.根据权利要求3所述的处理装置，其中，
所述处理装置还具备：
频率响应取得部，其取得以向所述绕组施加的施加电压为输入并输出流过该绕组的电流时的所述马达的频率响应；以及
电阻计算部，其基于所述频率响应来计算所述绕组的电阻值。
5.根据权利要求4所述的处理装置，其中，
在所述电压施加中进行第一周期的电压施加，
所述电阻计算部基于按照输入了所述第一周期的电压施加时的所述马达的输出电流而由所述频率响应取得部取得的所述频率响应，计算所述电压施加时的所述绕组的电阻值，
所述温度推移取得部基于由所述电阻计算部计算出的所述绕组的电阻值，取得所述第一上升推移。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的处理装置，其中，
在进行所述电压施加时，以规定的恒定速度对所述马达的所述转子进行旋转驱动。
7.一种绕组温度计算模型的决定方法，其是决定计算模型的方法，该计算模型是具有卷绕有绕组的定子以及转子的马达的电子热继电器所具有的用于估计该绕组的温度的计算模型，该计算模型包含：绕组温度特性模型，其包含与该绕组的温度特性相关联的绕组关联参数；以及规定温度特性模型，其包含与由配置在该绕组附近的温度传感器检测出的绕组附近温度的特性相关联的规定参数，所述绕组温度计算模型的决定方法包含如下步骤：
取得在进行用于使所述绕组的温度上升至规定温度的电压施加的状态下作为该绕组的温度的上升推移的第一上升推移和作为所述温度传感器的检测温度的上升推移的第二上升推移；以及
决定步骤，基于所述第二上升推移，计算所述规定参数来决定所述规定温度特性模型，并且，基于所述第一上升推移，计算所述绕组关联参数来决定所述绕组温度特性模型。
8.根据权利要求7所述的绕组温度计算模型的决定方法，其中，
在所述决定步骤中，基于所述第二上升推移借助定子温度特性模型计算所述规定参数来决定所述规定温度特性模型，该定子温度特性模型包含与所述定子的温度特性相关联的定子关联参数且与所述绕组温度特性模型和所述规定温度特性模型具有相关性，并且基于所述第一上升推移借助该定子温度特性模型计算所述绕组关联参数来决定所述绕组温度特性模型。
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