CN115552342A - 用于执行控制参数设置和质量确定的生产设备 - Google Patents

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CN115552342A CN202080100532.6A CN202080100532A CN115552342A CN 115552342 A CN115552342 A CN 115552342A CN 202080100532 A CN202080100532 A CN 202080100532A CN 115552342 A CN115552342 A CN 115552342A
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Abstract

根据本发明实施例的生产设备包括：频率响应分析单元，用于将可变频率的正弦波发送到连接到负载的控制器，从控制器接收用于感测从负载输出的电流的感测电流，并分析接收到的感测电流，该正弦波已被施加到负载；以及处理单元，用于从频率响应分析单元接收分析感测电流的结果，从而执行控制器的质量确定或计算控制器的控制参数，以将结果发送到控制器。

Description

用于执行控制参数设置和质量确定的生产设备
技术领域
本发明涉及生产设备，并且更具体地，涉及发送可变频率的正弦波，使用从控制器接收到的信号来设置控制器的控制参数，以及对控制器或马达执行质量确定，以及生产方法、用于使用可变频率的正弦波设置控制参数并执行质量确定的控制装置、以及控制参数设置方法。
背景技术
在生产控制马达的控制板的生产过程中，对控制板或马达执行质量确定，从而确定为良品的控制板和马达出厂。此时，为了确定控制板和马达的质量，对控制板和马达中的每一个执行质量确定，并根据每次质量确定的结果将控制板和马达出厂。此时，由于分别执行质量确定，因此在对控制板执行质量确定时，马达控制参数固定为一个控制参数，而在对马达执行质量确定时，控制板的控制参数固定为一个控制参数。但是，由于每个马达或控制板的控制参数不同，因此存在的问题在于，即使实际产品是良品，实际产品也被判定为有缺陷的，或者即使产品为非良品，实际产品也被判定为良好。
此外，马达具有诸如电阻、电感、摩擦力等独特的特性，这些特性的测量值或设计值用于设计位置/速度/电流控制逻辑。但是，设计值与制成品之间存在偏差，即使在测量值中也可能存在测量误差。
上述马达的特性值因样品而异，也可能因温度或老化而异。为了在控制中反映这些特性，目前，由于在开发阶段期间在各种条件下用多个样本来测量马达的特性值以设计控制器值，实际样本之间存在误差，因此无法实现最佳控制性能。
由于这些问题，存在控制性能由于样品之间的变化、温度变化和老化而变得低于设计值的问题。
发明内容
【技术主题】
本发明要解决的技术问题是发送可变频率的正弦波，使用从控制器接收到的信号设置控制器的控制参数，以及提供一种对控制器或马达执行质量确定的生产设备和生产方法。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种用于使用可变频率的正弦波来设置控制参数并执行质量确定的控制装置和控制参数设置方法。
本发明的主题不限于上述主题，本领域技术人员从以下描述中将清楚地理解其他未提及的主题。
【技术方案】
为了解决上述技术问题，根据本发明第一实施例的实施例的生产设备包括：频率响应分析单元，将可变频率的正弦波发送到连接到负载的控制器，接收感测从负载输出的电流的感测电流，并分析接收到的感测电流，其中，正弦波从控制器施加到负载；以及处理单元，从频率响应分析单元接收分析感测电流的结果以对控制器执行质量确定或计算控制器的控制参数并将该控制参数发送到控制器。
此外，频率响应分析单元可以通过执行快速傅里叶变换来分析接收到的感测电流。
此外，频率响应分析单元可以使用接收到的感测电流和发送到控制器的正弦波来执行快速傅里叶变换。
此外，正弦波是具有可变频率的正弦波，并且具有可变频率中的一个的信号可以被输出持续一个或多个周期，或者具有连续变化的频率的信号可以被输出持续一个或多个周期。
此外，控制器可以从频率响应分析单元接收正弦波，将该正弦波转换为电压信号，并将该电压信号施加到负载。
此外，处理单元可以使用分析感测电流的结果对控制器或负载执行质量确定。
此外，处理单元可以使用分析感测电流的结果来确定负载的故障原因。
此外，处理单元可以使用分析感测电流的结果来计算控制器的PI控制参数、PID控制参数或滤波系数。
此外，处理单元可以通过将模式进入信号发送到频率响应分析单元来控制频率响应分析单元。
此外，频率响应分析单元可以使用通信或数模转换器(DAC)将正弦波发送到控制器。
此外，负载可以是致动器。
为了解决上述技术问题，根据本发明第一实施例的另一实施例的生产方法包括以下步骤：将模式进入信号发送到频率响应分析单元；由频率响应分析单元生成可变频率的正弦波，并将该正弦波发送到连接到负载的控制器；从控制器接收感测从负载输出的电流的感测电流，其中，正弦波被施加到负载；由频率响应分析单元对接收到的感测电流进行分析；从频率响应分析单元接收分析感测电流的结果；使用分析感测电流的结果对控制器或控制器和负载执行质量确定或计算控制器的控制参数；以及将计算出的控制参数发送到控制器。
此外，分析接收到的感测电流的步骤可以通过使用接收到的感测电流和发送到控制器的正弦波执行快速傅里叶变换来分析。
此外，正弦波是具有可变频率的正弦波，并且具有可变频率中的一个的信号可以被输出持续一个或多个周期，或者具有连续变化的频率的信号可以被输出持续一个或多个周期。
此外，计算控制器的控制参数的步骤可以包括使用分析感测电流的结果来计算控制器的PI控制参数、PID控制参数或滤波系数。
此外，对控制器或负载执行质量确定的步骤可以使用分析感测电流的结果来确定负载的故障原因。
为了解决其他技术问题，根据本发明第二实施例的实施例的控制装置包括：控制器，用于将用于控制负载的控制信号发送到负载；正弦波生成单元，用于生成可变频率的正弦波并将该正弦波发送到负载；分析单元，用于分析感测电流，该感测电流感测从负载输出的电流；以及处理单元，用于使用分析感测电流的结果来设置控制器的控制参数。
此外，它还包括：电压输出单元，用于将控制器的控制信号和正弦波转换为电压信号并将该电压信号发送到负载；以及电流测量单元，用于感测从负载输出的电流。
此外，分析单元可以包括：存储单元，用于存储正弦波或感测电流；以及FFT变换单元，用于使用正弦波和感测电流执行快速傅里叶变换。
此外，处理单元可以使用分析感测电流的结果对负载或控制装置执行质量确定。
此外，正弦波生成单元可以通过从控制器、生产装置或高级控制器接收模式操作信号来生成正弦波。
此外，正弦波生成单元可以周期性地生成正弦波。
此外，正弦波是具有可变频率的正弦波，并且具有可变频率中的一个的信号可以被输出持续一个或多个周期，或者具有连续变化的频率的信号可以被输出持续一个或多个周期。
此外，正弦波的频率可以与控制器的控制信号不同。
此外，处理单元可以通过使用分析感测电流的结果来计算控制器的PI参数、PID参数或滤波系数。
此外，处理单元可以通过使用从分析感测电流的结果导出的负载的电感和阻抗来设置控制器的控制参数。
此外，处理单元可以使用分析感测电流的结果来确定负载的故障原因。
此外，处理单元可以确定负载是否断开、短路、接触电阻大、磁退磁或线圈绝缘降低。
此外，处理单元可以通过确定负载的磁通量强度、电阻或电感是否变化来估计负载中包括的定子和转子的温度。
此外，负载可以是致动器。
此外，控制器可以是微控制器单元(MCU)，并且正弦波生成单元、分析器和处理单元可以实现为MCU中的处理器。
为了解决其他技术问题，根据本发明第二实施例的另一实施例的用于设置控制参数的方法包括以下步骤：由正弦波生成单元生成可变频率的正弦波；将正弦波连同控制器生成的控制信号一起发送到负载；感测从负载输出的电流；分析感测到的感测电流；以及使用分析感测电流的结果设置控制器的控制参数。
此外，分析感测电流的步骤可以包括使用正弦波和感测电流执行快速傅立叶变换。
此外，它可以包括使用分析感测电流的结果对负载或控制器执行质量确定的步骤。
此外，生成正弦波的步骤可以通过从控制器、生产装置或高级控制器接收模式操作信号来生成正弦波或周期性地生成正弦波。
此外，正弦波的频率可以与控制器的控制信号不同。
此外，设置控制器的参数的步骤可以通过使用从分析感测电流的结果导出的负载的电感和阻抗来设置控制器的控制参数。
此外，分析感测到的感测电流的步骤可以确定负载是否断开、短路、接触电阻大、磁退磁或线圈绝缘降低。
此外，分析感测到的感测电流的步骤可以通过使用分析感测电流的结果确定负载的磁通量强度、电阻或电感是否变化来估计负载中包括的定子和转子的温度。
此外，控制参数设置方法可以在MCU的处理器中执行。
【有益效果】
根据本发明第一实施例的实施例，能够在控制器和马达连接的状态下，对马达和控制器进行质量确定。此外，可以在频域内测量控制器的稳定性。此外，可以针对每个样品设计控制参数，并且可以减小产品之间的偏差。
此外，能够在控制器和马达连接的状态下，对马达和控制器进行质量确定。此外，还可以诊断诸如马达的磁体退磁、绕组绝缘降低、绕组断开、绕组短路的故障。此外，可以在频域内测量控制器的稳定性(相位裕度、增益裕度)。此外，可以通过分析通过控制器内部的正弦波生成单元的所需频率的特性，设计最佳控制器值(P、I、D、增益和滤波器)。此外，即使马达的特性随着马达的操作环境(温度、老化等)变化而变化，控制性能(稳态纹波、瞬态响应性等)也可以通过在线测量马达特性找到最佳控制值来始终保持最佳。此外，由于可以基于等式测量用于被补偿的相互干扰分量，因此可以准确地补偿相互干扰分量。
根据本发明的效果不受上述例示的内容的限制，因此本说明书中包括更多的各种效果。
附图说明
图1示出了根据本发明第一实施例的比较例的控制参数测量装置的生产过程。
图2是根据本发明第一实施例的实施例的生产设备的框图。
图3示出了根据本发明第一实施例的实施例的生产设备中使用的正弦波。
图4和图5是用于解释根据本发明第一实施例的生产设备的操作的图。
图6是根据本发明第一实施例的实施例的生产方法的流程图。
图7是根据本发明第一实施例的另一实施例的生产方法的流程图。
图8示出了根据本发明第二实施例的比较例的控制器的操作。
图9是根据本发明第二实施例的实施例的控制装置的框图。
图10是根据本发明第二实施例的另一实施例的控制装置的框图。
图11至图15是用于解释根据本发明第二实施例的控制装置的操作的图。
图16是根据本发明第二实施例的实施例的控制参数设置方法的流程图。
图17至图19是根据本发明第二实施例的另一实施例的控制参数设置方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
然而，本发明的技术构思不限于要描述的一些实施例，而是可以以各种形式来实现，并且在本发明的技术构思的范围内，组成元件中的一个或多个可以在实施例之间选择性地进行组合或替换。
此外，除非明确定义和描述，否则本发明的实施例中所使用的术语(包括技术术语和科学术语)可以按照本领域技术人员通常理解的含义来解释，并且通常使用的术语(诸如在词典中定义的术语)可以考虑它们在相关技术背景中的含义来解释。
此外，在本说明书中所使用的术语是为了描述实施例，并不旨在限制本发明。
在本说明书中，除非在短语中具体说明，否则单数形式可以包括复数形式，并且当被描述为“A、B、C中的至少一个(或多于一个)”时，这可以包括能够由A、B和C组合而成的所有组合中的一个或多个。
此外，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)和(b)等术语来描述本发明的实施例的组件。这些术语仅旨在将组件与其他组件区分开，并且这些组件的性质、次序或顺序不受这些术语限制。
并且，当一组件被描述为与另一组件“连接”、“耦接”或“互连”时，该组件不仅直接与该另一组件连接、耦接或互连，还可以包括基于之间的其他组件与该另一组件“连接”、“耦接”或“互连”的情况。
此外，当被描述为形成或布置在每个组件“之上(上方)”或“之下(下方)”时，“之上(上方)”或“之下(下方)”意指不仅包括两个组件直接接触的情况，而且还包括一个或多个其他组件形成或布置在这两个组件之间的情况。此外，当表述为“之上(上方)”或“之下(下方)”时，不仅可以包括基于一个组件向上方向的含义，而且还可以包括基于一个组件向下方向的含义。
图1示出了根据本发明第一实施例的比较例的控制参数测量装置的生产过程。
对于形成控制器的控制板和作为受控制板控制的负载的马达，在出厂前执行控制板和马达是否满足设计规范的质量确定。为了确定控制板21或马达22是否为良品，使用控制参数测量设备10来测量控制板21和马达22的控制参数，并使用测得的控制参数对控制板21和马达22执行质量确定。对于马达，如图1的(A)所示，测量马达22的单个单元状态下的诸如电阻和电感的控制参数，判定测得的控制参数是否满足良品标准，并且使良品出厂。在对单个产品状态下的每个样品进行校准和质量确定后，使控制板21出厂，在出厂前设置控制板21的控制参数时，假设马达的控制参数与开发样品的控制参数相同，并且控制器值(P、I、D、增益和滤波)在出厂前被应用为同一个值。
在对马达22和控制板21执行质量确定后，如图1的(B)所示，当控制板21与马达22的连接状态不良时，可以确定为有缺陷。在通过了响应测试的良品的情况下，由于如上所述应用了所有相同的控制器值，因此在已确定为良品的产品之间可能存在性能差异。
这样，当通过分别测量控制板21和马达22中的每一个的控制参数来执行质量确定时，当实际的控制板21应用于马达22时，它可能不适合控制板21的控制参数连接到的马达220的操作。为了在生产过程中进行更准确的质量确定和控制参数设置，根据本发明第一实施例的实施例的生产设备使用频率响应分析。在下文中，将详细描述根据本发明第一实施例的实施例的生产设备。
图2是根据本发明第一实施例的实施例的生产设备的框图。
根据本发明第一实施例的实施例的生产设备100包括频率响应分析单元110和处理单元120。可以包括用于发送和接收信号的通信单元或用于存储控制参数的存储器。
频率响应分析单元110将可变频率的正弦波发送到连接到负载220的控制器210，接收感测从负载220输出的电流的感测电流，正弦波从控制器210施加到负载，并且分析施加的正弦波和接收到的感测电流。
更具体地，为了测量控制器210和负载220的控制参数，频率响应分析单元110将可变频率的正弦波发送到连接到负载220的控制器210。即，控制器210和负载220是连接的，并且在控制器210和负载220连接的同时，可变频率的正弦波被发送到控制器210。
这里，正弦波是指其波形为正弦曲线的信号(也称为正弦波)。频率响应分析单元110发送具有可变频率的正弦波，但是可以在一个或多个周期中输出一个频率。如图3所示，可以发送具有可变频率的正弦波。此时，如图3的(A)所示。可以输出正弦波，使得频率逐渐增加或频率逐渐降低。或者，频率可以逐渐增加和降低，或者降低和增加，或者可以随机变化。变化的频率可以线性或指数变化。此外，频率可以以各种方式变化。此时，具有可变频率之一的信号可以被输出持续多于一个周期。由于使用一个周期中的响应来测量控制参数，因此频率响应分析单元110可以在一个或多个周期中输出由一个频率形成的波形。
或者，如图3的(B)所示，其频率连续变化的信号可以在一个或多个周期中输出。如图3的(B)所示，频率可以变化，使得频率随着时间的流逝从开始时间fS(Start)到结束时间fE(End)逐渐增加。例如，频率可以为啁啾信号的形式。频率可以逐渐增加或逐渐降低，并且可以线性或指数变化，如图3的(B)所示。或者，它可以增加然后降低，或者可以随机变化。此外，频率可以以各种方式变化。
频率响应分析单元110可以使用通信或数模转换器(DAC)将正弦波发送到控制器210。频率响应分析单元110可以在将可变频率的正弦波发送到控制器210时使用通信或数模转换器(DAC)。频率响应分析单元110可以根据正弦波将被发送到的通信将正弦波信号转换为通信信号并将该通信信号发送到控制器210。此时，频率响应分析单元110使用各种有线和无线通信发送对应于可变频率的正弦波的通信信号，并且控制器210可以接收该通信信号，将该通信信号转换回正弦波，或将该通信信号转换为另一种形式并将其应用于负载220。
或者，频率响应分析单元110可以通过DAC发送正弦波。DAC是将数字信号转换为模拟信号的装置。频率响应分析单元110可以通过DAC施加可变频率的正弦波，并通过DAC中的转换将正弦波发送到控制器210。控制器210根据从频率响应分析单元110发送到控制器210的可变频率的正弦波来感测从负载220输出的电流，并且频率响应分析单元110从控制器210接收感测到的感测电流。控制器210可以从频率响应分析单元110接收正弦波，将该正弦波转换为电压信号，并将该电压信号施加到负载220。连接到控制器210的负载220可以是致动器。这里，致动器是利用动力来操作装置的驱动装置，是指形成预定的控制器的马达，或通过液压或气压进行操作的活塞或气缸机构。即，负载220可以是马达，控制器210可以是驱动马达的马达驱动控制器。
控制器210将可变频率的正弦波转换为电压信号并将该电压信号施加到负载220，并且负载220根据施加的电压信号进行操作并输出电流。控制器210测量从负载220输出的电流，并且控制器210将测得的电流发送到频率响应分析单元110。控制器210可以使用诸如分流电阻器的电流测量装置测量从负载220输出的电流。或者，可以使用诸如电流镜电路和电压测量装置的各种装置来测量从负载220输出的电流。
频率响应分析单元110分析感测到的感测电流。为了从感测到的感测电流导出控制器210和负载220的控制参数，频率响应分析单元110分析由控制器210感测到并由频率响应分析单元110从控制器210接收到的感测电流。
在分析感测电流时，频率响应分析单元110可以通过执行快速傅里叶变换来分析接收到的感测电流。快速傅里叶变换(FFT)是高速处理离散数据的傅里叶变换的方法，并用于分析信号。当使用快速傅里叶变换时，通过使用将长信号序列的离散傅里叶变换顺序分解为短信号序列的离散傅里叶变换并使用旋转因素的对称性和周期性来改变数据的阶数以减少花费时间的乘法次数，从而可以进行快速处理。
频率响应分析单元110可以使用接收到的感测电流和发送到控制器210的正弦波来执行快速傅里叶变换。从频率响应分析单元110发送到控制器210的正弦波存储在存储器中，并且当接收到与存储的正弦波对应的感测电流时，可以使用接收到的感测电流和存储的正弦来执行快速傅里叶变换。频率响应分析单元110可以通过快速傅里叶变换知道负载220连接到的控制器210的频率响应特性。频率响应是指测量将各种频率的输入信号施加到某个系统时输出什么种类的响应，并用于分析对应的系统。信号的幅度可以是恒定的，或可以变化。频率响应可以将从系统输出的信号的幅度和相位表示为关于频率的曲线。
频率响应分析单元110可以实现为频率响应分析器。频率响应分析器(FRA)是高精度测量装置，用于在频域中分析组件、电路或系统，并生成正弦波信号并将该正弦波信号施加到测试对象。使用频率响应分析器的输入通道之一在注入点处测量正弦波信号，注入的信号通过被测对象，并且在另一个通道中测量输出信号以分析频率响应。此时，频率响应分析器可以执行快速傅里叶变换。可以使用正弦波分析测试对象的频率响应。
处理单元120从频率响应分析单元110接收分析感测电流的结果，并对控制器210执行质量确定，或者计算控制器210的控制参数并将该控制参数发送到控制器210。
更具体地，处理单元120从频率响应分析单元110接收分析感测电流的结果。如上所述，频率响应分析单元110通过快速傅里叶变换分析感测电流，并将分析结果发送到处理单元120。处理单元120可以使用从频率响应分析单元110接收到的结果对控制器210执行质量确定。通过对处于连接了负载220的状态下的控制器210执行质量确定，可以对实际连接在一起并在系统中安装和驱动的控制器210和负载220执行准确的质量确定。在不连接控制器210和负载220而执行质量确定的情况下，在通过假设另一部件的控制参数来执行质量确定的实际应用中可能出现的问题不会出现在根据本发明第一实施例的实施例的生产设备中，在该生产设备中，负载220连接到控制器210，并且测量负载220连接到的控制器210的控制参数。处理单元120可以对负载220以及控制器210执行质量确定。由于负载220连接到控制器210，因此处理单元120可以对负载220以及控制器210执行质量确定。即，处理单元120可以对控制器210和负载220中的每一个执行质量确定，或者对作为一个组的控制器210和负载220执行质量确定。
处理单元120可以使用分析感测电流的结果对控制器210或负载220执行质量确定。可以基于根据分析感测电流的结果的控制参数是否满足质量确定标准来执行对控制器210或负载220的质量确定。质量确定标准可以具有下限和上限，或者可以设置在具有下限或上限的预定范围内。根据控制器210和负载220的设计规范来设置质量确定标准，或者可以根据安全或安全等级来设置质量确定标准，或者可以由用户来设置质量确定标准。质量确定标准可以存储在存储器中。质量确定标准可以存储为查找表(LUT)。
处理单元120可以从分析感测电流的结果导出电感值L和电阻值R或阻抗值Z。可以使用导出的电感值、电阻值或阻抗值来执行对控制器210或负载220的质量确定。即，可以通过确定其是否在电感值和电阻值的参考范围内或阻抗值是否在电感参考范围内来执行对控制器210和负载220的质量确定。
处理单元120可以使用分析感测电流的结果来确定负载220故障的原因。处理单元120不仅使用分析感测电流的结果来对负载220执行质量确定，还可以在确定负载220有缺陷时确定负载220故障的原因。通过确定哪个故障导致负载220有缺陷，并存储和积累故障原因信息，可以知道当前在负载220的生产过程中经常出现的缺陷原因，并且可以知道在哪个生产线中以哪个速率发生哪些缺陷。即，可以使用缺陷原因信息来执行生产线或生产系统的管理。
处理单元120可以通过对感测电流的分析导出电感值和阻抗值，并且可以使用电感值和阻抗值来确定故障原因。此时，用于确定故障原因和分类的标准可以根据负载220的类型而变化。例如，当负载220是三相马达并且控制器210使用三相电源驱动马达时，处理单元120可以确定断开、短路、接触电阻增大、磁体退磁、线圈绝缘减少等作为缺陷的原因。
如果发生断开的相的阻抗突然下降到零，则可以确定发生了绕组断开。相反，如果发生短路的相的阻抗与现有值相比突然增大，则可以确定发生了绕组短路。此外，如果测得的阻抗中的特定相的电阻增大，则可以确定由于该相的接触电阻增大而导致接触电阻增大。
当相同温度和转速下在施加电压的频率(预定频率)(例如，在小于100Hz的区域中)下测得的电流的幅度变得比以前大时，可以确定磁体退磁了。另外，当电流较大时，同时绕组温度增大，如果在施加的电压的频率为100Hz或更大的区域中测得的电感变得比现有值小，则可以确定磁体退磁了。当其绝缘降低的线圈的电阻和电感沿绝缘稍微降低的方向发展时，可以确定发生了线圈的绝缘降低。此外，可以确定各种故障原因。
此外，处理单元120可以通过使用分析感测电流的结果确定负载的磁通强度、电阻或电感是否改变来估计负载中包括的定子和转子的温度。如马达的负载可以包括定子和转子，并且包括定子和转子的负载受温度影响很大。因此，在测量定子和转子的温度时，可以使用分析感测电流的结果。可以通过使用分析感测电流的结果确定负载的磁通强度的变化、电阻的变化或电感的变化中的至少一个来估计定子和转子的温度。这样，可以根据估计的温度来确定是否发生故障或发生故障的概率。
处理单元120不仅可以对控制器210或负载220执行质量确定，还可以使用分析感测电流的结果来计算控制器210的控制参数。计算出的控制参数可以被发送到控制器210以改变或设置控制器210的控制参数。控制器210设置控制参数以控制负载220。根据控制器210的类型和特性设置的控制器210的控制参数可以变化。
处理单元120可以使用分析感测电流的结果来计算控制器210的PI控制参数、PID控制参数或滤波系数。
处理单元120在控制器210是PI控制器时计算PI控制参数，在控制器210是PID控制器时计算PID控制参数，并且在包括滤波器时可以计算滤波系数。控制器210可以是自动控制器，并且可以使用P、I和D的组合来控制。
这里，P表示比例，I表示积分，D表示微分。比例(P)控制是使控制量与目标值和当前位置之差成比例的控制，并且随着接近目标值，控制值之差减小，从而可以进行精细控制。在执行比例控制时，当控制量接近目标值时，控制量变得太小而无法对其进行精细控制，从而存在保持仍然无法控制的残余偏差。PI控制是使用比例和积分的控制，并且可以通过使用PI控制去除残余偏差。微小的残余偏差随时间累积，根据累积的残余偏差增大控制量，从而消除偏差，并且由于PI控制是在比例运算中加入积分运算的控制，因此称为PI控制。在PI控制的情况下，可以控制接近实际目标值，但随着接近目标值，控制量减小，从而需要持续一定时间段或更长的操作。此时，如果整数较大，则在存在外部干扰时，响应性能可能劣化。即，可能难以快速响应外部干扰并且可能难以回到目标值。为了解决这一点，可以执行微分运算。通过观察突然干扰的偏差，并且如果与先前偏差的差较大，则增大操纵值以进行响应。观察与前一次的偏差差对应于微分，并且通过将微分应用于比例和积分来执行PID控制。即使控制量偏离目标值，也可以确定为与前一次的偏差，通过施加控制量可以快速达到目标值。
PID控制可以表示为PID控制等式，PID控制参数可以表示为Kp、Ki和Kd。可以使用阶跃响应法或限制降低法通过优化来计算PID参数。PI控制可以与此相对应，计算PI控制参数Kp和Ki。
处理单元120可将计算出的控制参数发送到控制器210，使得控制器210利用计算出的控制参数设置或改变控制参数。由于由处理单元120计算出的控制参数是在负载220连接的状态下计算出的控制参数，因此这些控制参数是在负载220和控制器210连接的状态下自适应计算出的控制参数，并且对应于控制器210的最优控制参数。
处理单元120可以在质量确定的同时或在质量确定之后计算控制器210的控制参数。当控制器210和负载220是良品时，可以计算控制参数以便在连接了负载220的状态下为控制器210设置最佳参数。当控制器210或负载220有缺陷时，可以不执行控制参数计算。或者，根据在电流控制器210中设置的控制参数的结果不良，但是当在控制参数改变时可以确定为良好的范围内确定为不良时，控制器210或负载220的质量确定结果可以通过改变控制器210或负载220的控制参数来改变。或者，可以在改变控制参数之后再次执行质量确定。由此，可以防止即使在控制参数改变时可以被确定为良好时也可能被确定为有缺陷的情况。当使用固定的控制参数对负载220执行单独的质量确定时，可能发生即使在控制参数改变时负载220可以用作良品时也对负载220做出有缺陷的判定的情况。然而，在根据本发明第一实施例的实施例的生产设备中，不仅对负载220连接到的控制器210执行质量确定，而且通过使用控制参数的改变来改变负载220的结果提高了对负载220的质量确定的可能性和准确性。
处理单元120可以通过将模式进入信号发送到频率响应分析单元110来控制频率响应分析单元110。处理单元120将模式进入信号发送到频率响应分析单元110以针对负载220连接到的控制器210进行质量确定或控制参数计算，使得频率响应分析单元110可以将可变频率的正弦波发送到控制器210。即，处理单元120可以将模式进入信号发送到频率响应分析单元110，以便开始质量确定或控制参数计算的一系列过程。频率响应分析单元110可以从处理单元120接收模式进入信号并且将可变频率的正弦波发送到控制器210。或者，当控制器210位于预定位置时，频率响应分析单元110可以将可变频率的正弦波发送到控制器210而不接收模式进入信号。或者，可以将可变频率的正弦波周期性地发送到控制器210。
图4和图5是用于解释根据本发明第一实施例的生产设备的操作的图。可以使用频率响应分析器(FRA)110来实现频率响应分析单元，并且处理单元可以是生产设备120。连接到控制器210的负载可以是马达220。在通过分析马达220连接到的控制器210的频率响应来设置控制参数的过程中，如图4所示，首先，生产设备120使用通信等将模式进入信号发送到FRA设备110。当进入模式时，FRA设备110中生成可变频率的正弦波，并且通过通信或DAC将该信号发送到控制器。这里，可变频率的信号必须输出一个或多个周期。例如，如果正在输出1Hz信号和10Hz信号，则在输出1Hz信号持续一个或多个周期后，应输出10Hz信号持续一个或多个周期。控制器210可以通过通信或ADC接收可变频率的正弦波。从控制器210接收到的可变频率的正弦波被转换为电压信号以施加到马达220，从而将电压施加到马达220。此时，可变频率可以改变，但频率不改变。根据输入电压的电流流动，并且电流值由控制器210测量。控制器210通过通信或DAC将测得的电流的信号发送到FRA设备。FRA设备110可以通过通信或ADC接收测得的电流的信号。FRA设备110使用控制器210输出的可变频率的正弦波信号和从控制器接收到的电流信号执行快速傅里叶变换(FFT)，并将结果传送到生产设备120。接收FFT信号的生产设备120可以设计最佳控制值(P、I、D、增益或滤波系数)并将该最佳控制值发送到控制器210以设置控制器210的控制参数。由此，可以为每个样本设置控制参数，并通过使用P、I、D、增益或滤波器补偿产品之间的偏差来减小产品之间的偏差。
此外，生产设备120可以基于FFT信号执行质量确定，如图5所示。由此，可以在控制器210和马达220连接的状态下进行对马达220和控制器210的质量确定。此外，可以根据时域中的阶跃响应，在频域中测量控制器稳定性(相位裕度和增益裕度)而无需重复测试。
图6是根据本发明第一实施例的实施例的生产方法的流程图；以及图7是根据本发明第一实施例的另一实施例的生产方法的流程图。图6和图7的每个步骤的详细描述对应于图1至图5的生产设备的详细描述，因此将省略重复的描述。图6和图7的每个步骤可以被配置在生产设备中包括的一个处理器中。
在步骤S11中，将模式进入信号发送到频率响应分析单元，在步骤S12中，频率响应分析单元生成可变频率的正弦波并且将该正弦波发送到连接到负载的控制器。正弦波是具有可变频率的正弦波，并且具有可变频率之一的信号可以在一个或多个周期中输出，或者具有连续变化的频率的信号可以在一个或多个周期中输出。之后，在步骤S13中，从控制器接收感测从负载输出的电流的感测电流，正弦波被施加到该负载，并且在步骤S14中，频率响应分析单元分析接收到的感测电流。在分析接收到的感测电流时，可以使用接收到的感测电流和发送到控制器的正弦波来执行快速傅里叶变换以进行分析。
之后，在步骤S15中，从频率响应分析单元接收分析感测电流的结果，并在步骤S16中，使用分析感测电流的结果计算控制器的控制参数。在计算控制器的控制参数时，可以使用分析感测电流的结果来计算控制器的PI控制参数、PID控制参数或滤波系数。当计算出控制参数时，在步骤S17中，将计算出的控制参数发送到控制器。
此外，在步骤S15之后，可以在步骤S21中对控制器或负载执行质量确定。在对控制器或负载执行质量确定时，可以使用分析感测电流的结果来确定负载的故障原因。
如上所述，已经参照图1至图7描述了根据本发明第一实施例的生产设备和生产方法。在下文中，将参照图8至图19描述根据本发明第二实施例的控制装置和控制参数设置方法。根据本发明第二实施例的控制装置和控制参数设置方法以及根据本发明第一实施例的生产设备和生产方法、名称、术语或功能的详细描述是基于每个实施例的详细描述，并且可以彼此相同也可以彼此不同。
在下文中，将参照附图描述根据本发明第二实施例的控制装置的构造和控制参数设置方法。
图8示出了根据本发明第二实施例的比较例的控制器的操作。在驱动诸如马达的负载的控制器中，控制器2010通过位置/速度/电流控制逻辑2011中的电压输出2015将用于驱动马达的电压施加到马达2021，在电流测量2015中根据施加的电压感测流过的电流，并用于使用感测到的感测电流在位置/速度/电流控制逻辑2011中驱动马达2021。在位置/速度/电流控制逻辑2011中，设置用于驱动马达2021的控制参数，并使用马达的特性值或设计值来设置控制参数。
此时，在使用设计值时，由于设计值与制成品之间可能出现偏差，并且马达的特性值可能随着温度改变或老化而改变，因此利用位置/速度/电流控制逻辑2011的先前设置的控制参数可能难以实现最佳控制性能。
为了即使根据负载的特性发生负载特性的错误或改变时也实现最佳控制性能，根据本发明第二实施例的实施例的控制装置可以使用频率响应分析来设置或改变控制参数。在下文中，将详细描述根据本发明第二实施例的实施例的生产设备。
图9是根据本发明第二实施例的实施例的控制装置的框图。
根据本发明第二实施例的实施例的控制装置1100包括：控制器1110、正弦波生成单元1120、分析单元1130和处理单元1140，并且可以包括电压输出单元1150、电流测量单元1160、存储单元1131和FFT转换单元1132。
控制器1110将用于控制负载1210的控制信号发送到负载1210。
更具体地，控制器1110根据设置的控制参数控制负载1210，并将控制信号传输到负载1210以控制负载1210。连接到控制装置1100的负载1210可以是致动器。这里，致动器是利用动力来操作装置的驱动装置，是指由预定的控制器操作的马达，或通过液压或气压进行操作的活塞或气缸机构。负载1210可以是马达，控制装置1100可以是用于驱动马达的马达驱动装置。
正弦波生成单元1120生成可变频率的正弦波并将该正弦波发送到负载1210。
更具体地，正弦波生成单元1120生成可变频率的正弦波并将该正弦波发送到负载1210以确定负载1210的特性。
这里，正弦波是指其波形为正弦曲线的信号(也称为正弦波)。正弦波生成单元1120发送具有可变频率的正弦波，但是可以在一个或多个周期中输出一个频率。如图3所示，正弦波生成单元1120可以发送具有可变频率的正弦波，该正弦波由正弦曲线形成。此时，如图3的(A)所示。可以输出正弦波，使得频率逐渐增加或频率逐渐降低。或者，频率可以逐渐增加然后降低，或者降低和增加，或者可以随机变化。变化的频率可以线性或指数变化。此外，频率可以以各种方式变化。此时，具有可变频率之一的信号可以被输出持续一个或多个周期。由于使用一个周期中的响应来测量控制参数，因此正弦波生成单元1120可以在一个或多个周期内输出由一个频率形成的波形。
或者，如图3的(B)所示，其频率连续变化的信号可以在一个或多个周期中输出。如图3的(B)所示，频率可以变化，使得频率随着时间的流逝从开始时间fS(Start)到结束时间fE(End)逐渐增加。例如，频率可以为啁啾信号的形式。频率可以逐渐增加或逐渐降低，并且可以线性或指数变化，如图3的(B)所示。或者，它可以增加然后降低，或者可以随机变化。此外，频率可以以各种方式变化。
正弦波生成单元1120可以从控制器1110接收模式操作信号以生成可变频率的正弦波。当需要重置或改变控制参数时，控制器1110可以控制正弦波生成单元1120生成可变频率的正弦波。或者，高级控制器1220可以通过模式操作信号使正弦波生成单元1120生成可变频率的正弦波。当在生产过程中设置控制参数时，生产设备1220可以控制正弦波生成单元1120生成可变频率的正弦波。在接收到模式操作信号时，正弦波生成单元1120生成可变频率的正弦波并将该正弦波发送到负载1210。
或者，正弦波生成单元1120可以周期性地生成正弦波。即使没有从控制器1110、高级控制器1220或生产设备1220接收到模式操作信号，也可以周期性地生成可变频率的正弦波以进行周期性控制参数更新。用于生成可变频率的正弦波的周期可以设置为以月或年为单位来更新控制参数，并且可以设置为以秒、分钟、小时和天为单位来进行负载1210的故障判定。此外，当然可以设置各种周期。可变频率正弦波生成周期可以根据连接到控制装置1100的负载1210的特性或控制装置1100的特性而变化，并且可以由用户设置。或者，正弦波生成单元1120可以连续改变频率以生成正弦波。
负载1210从控制器1110接收控制信号并且从正弦波生成单元1120接收可变频率的正弦波。负载1210可以一起接收控制信号和可变频率的正弦波。此时，正弦波的频率可以与控制器的控制信号的频率不同。由于应该区分用于驱动负载1210的控制信号的频率和用于设置控制参数的正弦波的频率，因此正弦波生成单元1120可以生成具有与控制信号的频率不同的频率的正弦波。正弦波生成单元1120可以通过改变频率以包括至少一个不同于控制信号的频率来生成正弦波。在生成可变频率时，正弦波生成单元1120可以改变除了具有与控制信号的频率相同频率的正弦波之外的频率。可以从控制信号接收对已对应频率的响应并进行分析。或者，可以通过包括与控制信号的频率相同的频率来改变频率。或者，负载1210可以通过单独的输入线独立地接收控制信号和可变频率的正弦波，或者可以施加有不同的输入周期。
控制器的控制信号和可变频率的正弦波可以通过电压输出单元1150发送到负载1210。电压输出单元1150可以将控制器1110的控制信号和正弦波生成单元1120的正弦波转换为电压信号并将该电压信号发送到负载1210。负载1210可以是接收电压并进行操作的装置，例如马达，并且电压输出单元1150接收控制信号和正弦波，以便将电压施加到负载1210，并且电压输出单元1150可以根据控制信号的频率和正弦波将与频率对应的电压发送到负载1210。电压输出单元1150可以是由多个开关形成的桥式电路。形成桥的上开关和下开关彼此互补地导通，并且可以在每个桥式电路中将具有相差的三相电压发送到负载1210。
分析单元1130分析从负载1210输出的电流所感测的感测电流。
更具体地，为了设置控制参数，正弦波生成单元1120生成正弦波并将该正弦波施加到负载1210，并且分析单元1130分析感测从负载1210根据施加的正弦波输出的电流的感测电流。
电流测量单元1160感测从负载输出的电流。电流测量单元1160连接到负载1210的输出线以感测电流。电流可以由诸如分流电阻器的电流测量元件形成。或者，可以使用诸如电流镜电路和电压测量装置的各种装置来感测从负载1210输出的电流。
由电流测量单元1160感测到的感测电流可以由控制器1110用来生成控制信号，并且可以使用分析单元1130来分析对控制参数的频率响应。
在分析感测电流时，分析单元1130可以通过执行快速傅里叶变换来分析接收到的感测电流。快速傅里叶变换(FFT)是高速处理离散数据的傅里叶变换的方法，并用于分析信号。当使用快速傅里叶变换时，通过使用将长信号序列的离散傅里叶变换顺序分解为短信号序列的离散傅里叶变换并使用旋转因素的对称性和周期性来改变数据的阶数以减少花费时间的乘法次数，从而可以进行快速处理。
分析单元1130可以使用接收到的感测电流和从正弦波生成单元1120发送到负载1210的正弦波来执行快速傅里叶变换。在执行快速傅里叶变换时，分析单元1130可以包括存储单元1131和FFT变换单元1132，该存储单元1131用于存储正弦波或感测电流，该FFT变换单元1132用于使用正弦波和感测电流执行快速傅里叶变换。
由正弦波生成单元1120生成并发送到负载1210的正弦波被分支并存储在存储单元1131中，并且当接收到与存储的正弦波对应的感测电流时，FFT变换单元1132可以使用接收到的感测电流和存储的正弦波执行快速傅里叶变换。FFT变换单元1132可以通过快速傅里叶变换知道负载1210的频率响应特性。频率响应是指测量将各种频率的输入信号施加到某个系统时输出什么种类的响应，并用于分析对应的系统。信号的幅度可以是恒定的，也可以变化。频率响应可以将从系统输出的信号的幅度和相位表示为关于频率的曲线。
处理单元1140使用分析感测电流的结果来设置控制器1110的控制参数。
更具体地，处理单元1140从频率响应分析单元1130接收分析感测电流的结果。如上所述，分析单元1130通过快速傅里叶变换分析感测电流，并将分析结果发送到处理单元1140。处理单元1140可以使用分析感测电流的结果来计算控制器1110的控制参数。计算出的控制参数可以被发送到控制器1110以改变或设置控制器1110的控制参数。控制器1110设置控制参数以控制负载1210。控制器1110的控制参数可以是根据控制器1110的类型的特性设置的不同参数。
处理单元1140可以使用分析感测电流的结果来计算控制器1110的PI控制参数、PID控制参数或滤波系数。
处理单元1140在控制器1110是PI控制器时计算PI控制参数，在控制器1110是PID控制器时计算PID控制参数，并且可以在包括滤波器时计算滤波系数。控制器1110可以是自动控制器，并且可以使用P、I和D的组合来控制。
这里，P表示比例，I表示积分，D表示微分。比例(P)控制是使控制量与目标值和当前位置之差成比例的控制，并且随着接近目标值，控制值之差减小，从而可以进行精细控制。在执行比例控制时，当控制量接近目标值时，控制量变得太小而无法对其进行精细控制，从而存在保持仍然无法控制的残余偏差。PI控制是使用比例和积分的控制，并且可以通过使用PI控制去除残余偏差。微小的残余偏差随时间累积，根据累积的残余偏差增大控制量，从而消除偏差，并且由于PI控制是在比例运算中加入积分运算的控制，因此称为PI控制。在PI控制的情况下，可以控制接近实际目标值，但随着接近目标值，控制量减小，从而需要持续一定时间段或更长的操作。此时，如果整数较大，则在存在外部干扰时，响应性能可能劣化。即，可能难以快速响应外部干扰并且可能难以回到目标值。为了解决这一点，可以执行微分运算。通过观察突然干扰的偏差，并且如果与先前偏差的差较大，则增大操纵值以进行响应。观察与前一次的偏差差对应于微分，并且通过将微分应用于比例和积分来执行PID控制。即使控制量偏离目标值，也可以确定为与前一次的偏差，通过施加控制量可以快速达到目标值。
PID控制可以表示为PID控制等式，PID控制参数可以表示为Kp、Ki和Kd。可以使用阶跃响应法或限制降低法通过优化来计算PID参数。PI控制可以与此相对应，计算PI控制参数Kp和Ki。
处理单元1140可以将计算出的控制参数发送到控制器1110，使得控制器1110利用计算出的控制参数来设置或改变控制器1110的控制参数。由处理单元1140计算出的控制参数是连接了负载1210的同时计算出的控制参数。即，通过反映根据负载1210的温度或老化的特性值来自适应地计算控制参数，并且控制参数对应于控制器1110的最优控制参数。
处理单元1140可以使用从分析单元1130接收到的结果对控制器1210和控制装置1100或负载1210执行质量确定。在生产过程中执行质量确定时，通过在连接了负载1210的状态下对控制器1110执行质量确定，可以执行准确的质量确定。在不连接控制器1110和负载1210而执行质量确定的情况下，在通过假设另一部件的控制参数来执行质量确定的实际应用中可能出现的问题不会出现在根据本发明第二实施例的实施例的生产设备中，在该生产设备中，负载1210连接到控制器1110，并且测量负载1210连接到的控制器1110的控制参数。处理单元1140可以对负载1210以及控制器1110执行质量确定。由于负载1210连接到控制器1110，因此处理单元1140可以对负载1210以及控制器1110执行质量确定。即，处理单元1140可以对控制器1110和负载1210中的每一个执行质量确定，或者对作为一个组的控制器1110和负载1210执行质量确定。
处理单元1140可以使用分析感测电流的结果对控制器1110或负载1210执行质量确定。可以基于根据分析感测电流的结果的控制参数是否满足质量确定标准来执行对控制器1110或负载1210的质量确定。质量确定标准可以具有下限和上限，或者可以设置在具有下限或上限的预定范围内。根据控制器1110和负载1210的设计规范来设置质量确定标准，或者可以根据安全或安全等级来设置质量确定标准，或者可以由用户来设置质量确定标准。质量确定标准可以存储在存储器中。质量确定标准可以存储为查找表(LUT)。
处理单元1140可以从分析感测电流的结果导出电感值L和电阻值R或阻抗值Z。可以使用导出的电感值、电阻值或阻抗值来执行对控制器1110或负载1210的质量确定。即，可以通过确定其是否在电感值和电阻值的参考范围内或阻抗值是否在电感参考范围内来执行对控制器1110和负载1210的质量确定。
处理单元1140不仅可以使用分析感测电流的结果来对负载1210执行质量确定，还可以在确定负载1210有缺陷时确定负载1210故障的原因。通过确定哪个故障导致负载220有缺陷，并存储和积累故障原因信息，可以知道当前在负载1210的生产过程中经常出现的缺陷原因，并且可以知道在哪个生产线中以哪个速率发生哪些缺陷。即，可以使用缺陷原因信息来执行生产线或生产系统的管理。
处理单元1140可以通过对感测电流的分析导出电感值和阻抗值，并且可以使用电感值和阻抗值来确定故障原因。此时，用于确定故障原因和分类的标准可以根据负载1210的类型而变化。例如，当负载1210是三相马达并且控制器1110使用三相电源驱动马达时，处理单元1140可以确定断开、短路、接触电阻增大、磁体退磁、线圈绝缘减少等作为缺陷的原因。
处理单元1140可以在质量确定的同时或在质量确定之后计算控制器1110的控制参数。当控制器1110和负载1210是良品时，可以计算控制参数以便在连接了负载1210的状态下为控制器1110设置最佳参数。当控制器1110或负载1210有缺陷时，可以不执行控制参数计算。或者，根据在电流控制器1110中设置的控制参数的结果不良，但是当在控制参数改变时可以确定为良好的范围内确定为不良时，控制器1110或负载1210的质量确定结果可以通过改变控制器1110或负载1210的控制参数来改变。或者，可以在改变控制参数之后再次执行质量确定。由此，可以防止即使在控制参数改变时可以被确定为良好时也可能被确定为有缺陷的情况。当使用固定的控制参数对负载1210执行单独的质量确定时，可能发生即使在控制参数改变时负载1210可以用作良品时也对负载1210做出有缺陷的判定的情况。然而，在根据本发明第一实施例的实施例的生产设备中，不仅对负载1210连接到的控制器1110执行质量确定，而且通过使用控制参数的改变来改变负载1210的结果提高了对负载1210的质量确定的可能性和准确性。
处理单元1140可以使用分析感测电流的结果来确定负载1210是否发生故障。确定是否存在故障的过程可以对应于执行质量确定的过程。在生产过程中执行质量确定，并且可以在通过将负载安装在装置或系统中控制负载的过程中执行故障判定。处理单元1140可以根据故障判定标准确定是否存在故障。故障判定标准可以不同于质量确定标准。质量确定是针对销售的测定，而故障判定是针对根据当前操作期间的故障是否停止操作的判定，因此故障判定标准可能弱于质量确定标准。如果不是致命故障，即使在质量确定期间确定为有缺陷的范围内，在确定是否存在故障时也可以不确定为故障。即，确定为正常而不是有缺陷的标准的范围可以比用于确定良品的标准更宽。或者，当然故障判定标准可以与质量确定标准相同。可以根据控制器1110和负载1210的设计规范来设置故障判定标准，或者可以根据安全或安全等级来设置故障判定标准，或者可以由用户来设置故障判定标准。故障判定标准可以存储在存储单元1131中。故障判定标准可以存储为查找表(LUT)。
此外，处理单元1140不仅可以确定是否存在故障，还可以确定故障原因。负载1210可以确定是什么故障原因导致了故障，并通过警报将故障原因提供给系统或高级控制器1220，从而故障原因可以用于快速处理故障。
处理单元1140可以通过对感测电流的分析导出电感值和阻抗值，并且可以使用电感值和阻抗值来确定故障原因。此时，故障原因确定标准和分类可以根据负载1210的类型而变化。例如，当负载1210是三相马达并且控制器1110使用三相电源驱动马达时，处理单元1140可以将开路、短路和接触电阻增大确定为负载1210的故障原因，如图11所示，并且可以确定磁退磁、线圈绝缘降低等，如图12所示。确定故障原因的过程可以对应于质量确定中确定故障原因的过程。
如果发生断开的相的阻抗突然下降到零，则可以确定发生了绕组断开。相反，如果发生短路的相的阻抗与现有值相比突然增大，则可以确定发生了绕组短路。此外，如果测得的阻抗中的特定相的电阻增大，则可以确定由于该相的接触电阻增大而导致接触电阻增大。
当相同温度和转速下在施加电压的频率(预定频率)(例如，在小于100Hz的区域中)下测得的电流的幅度变得比以前大时，可以确定磁体退磁了。另外，当电流较大时，同时绕组温度增大，如果在施加的电压的频率为100Hz或更大的区域中测得的电感变得比现有值小，则可以确定磁体退磁了。当其绝缘降低的线圈的电阻和电感沿绝缘稍微降低的方向发展时，可以确定发生了线圈的绝缘降低。此外，可以确定各种故障原因。
此外，处理单元1140可以通过使用分析感测电流的结果确定负载的磁通强度、电阻或电感是否改变来估计负载中包括的定子和转子的温度。如马达的负载可以包括定子和转子，并且包括定子和转子的负载受温度影响很大。因此，在测量定子和转子的温度时，可以使用分析感测电流的结果。可以通过使用分析感测电流的结果确定负载的磁通强度的变化、电阻的变化或电感的变化中的至少一个来估计定子和转子的温度。这样，可以根据估计的温度来确定是否发生故障或发生故障的概率。
控制器为微控制器单元(MCU)，并且正弦波生成单元、分析单元和处理单元可以实现为MCU中的处理器。即，正弦波生成单元、分析单元和处理单元可以在嵌入车辆等的MCU中包括的处理器上作为软件实现，或者可以以配套芯片(companion chip)的硬件形式实现。当以硬件的形式实现时，它可以形成为一个硬件或分开的硬件。
图13和图14是用于解释本发明第二实施例的生产设备的操作的图。如图13所示，控制器1100可以是包括FRA在线校准功能的控制装置，驱动用作负载的马达1210并使用可变频率正弦波执行频率响应。控制器1100从生产装置或高级控制器1220接收校准操作信号并施加包括可变频率的正弦波的电压以操作马达1210。控制器1100连接到马达1210，并且当马达为三相马达时，连接三相，而在直流马达的情况下，可以连接+和-。当输出根据施加到马达1210的电压的电流时，可以通过使用由电流感测到的感测电流进行频率响应分析来执行质量确定，并且可以设置控制器1100中的控制器的控制参数。可以将质量确定信息发送到生产装置或高级控制器1220。
图14是控制器1100的每个具体功能的框图，可以包括：作为用于驱动作为负载的马达1210的控制器的位置/速度/电流控制逻辑；电压输出单元1150；电流测量单元1160，除此之外，还包括用于使用可变频率的正弦波来检测马达1210的特性的正弦波生成单元、电压和电流信号存储的存储器1131、用于对存储的信号执行FFT的FFT转换单元1132、以及包括执行控制参数的设计和分析的处理单元1140的FRA在线校准。
当生产装置或高级控制器1220将校准操作信号发送到正弦波生成单元时，正弦波生成单元生成可变频率的正弦波信号，并且电压输出单元1150将可变频率的正弦波信号与从位置/速度/电流控制逻辑输出的控制信号一起转换为电压以将电压施加到马达1210。这里，可变频率的信号应该输出一个或多个周期。例如，如果输出1Hz信号和10Hz信号，则在输出1Hz信号持续一个或多个周期后，应输出10Hz信号持续一个或多个周期。另外，该可变频率是指与马达的旋转频率不同的频率。例如，当马达以600rpm旋转并且极对为4时，以40Hz施加电压。但是，在FRA在线校准功能中，添加包括40Hz的可变信号并进行施加。当根据施加的电压的电流从马达1210输出时，电流测量单元1160感测电流，并且使用预存储的电压和根据可变频率的正弦波的电流信号执行快速傅里叶变换(FFT)。存储的数据为对应于相同频率的数据，电压和电流的数据个数相同。通过FFT计算增益和相值，将根据频率的增益和相值发送到处理单元1140，处理单元1140据此设计和分析控制参数以计算质量确定或控制参数。质量确定信息被发送到生产装置或高级控制器1220，并且使用计算出的控制参数来改变位置/速度/电流控制逻辑的控制值。由此，可以在马达、控制器、以及控制器与马达连接的状态下执行质量确定。此外，可以在频域中测量控制器稳定性(相位裕度、增益裕度)。此外，可以通过控制装置内部的正弦波生成单元分析所需频率的特性，设计最佳控制器值(P、I、D、增益和滤波器)。此外，即使马达特性随着马达使用环境(温度、老化等)的改变而改变，也可以在线测量马达特性以获得最佳控制值，控制性能(稳态纹波、瞬态响应性等)可以始终保持为最佳。
此外，图15的双马达1700的相互干扰分量可以通过使用正弦波生成单元来测量。具有不同频率的正弦波分别施加到不同的马达1710和720，并且可以通过根据输出的电流的频率响应分析分别计算两个马达1710和720的相互干扰分量。由此，可以通过计算准确的相互干扰分量来准确地补偿相互干扰分量。
图16是根据本发明第二实施例的实施例的控制参数设置方法的流程图；以及图17至图19是根据本发明第二实施例的另一实施例的控制参数设置方法的流程图。图16至图19的每个步骤的详细描述对应于用于设置图8至图15的控制装置中的控制参数的方法的详细描述，因此以下省略重复描述。
在步骤S11中，正弦波生成单元生成可变频率的正弦波，在步骤S12中，将正弦波连同控制器生成的控制信号一起发送到负载。此后，在步骤S13中，感测从负载输出的电流，并且在步骤S14中，分析感测到的感测电流。在分析感测电流时，可以使用正弦波和感测电流来执行快速傅里叶变换。
然后，在步骤S15中，使用步骤S14中分析感测电流的结果来设置控制器的控制参数。
在设置控制器的参数时，可以使用从感测电流的分析结果导出的负载的电感和阻抗来设置控制器的控制参数。
此外，在步骤S21中，可以使用步骤S14中分析感测电流的结果来对负载或控制器执行质量确定。
在生成正弦波时，可以通过从控制器、生产装置或高级控制器接收模式操作信号来生成正弦波，也可以周期性地生成正弦波，并且正弦波的频率可以不同于控制器的控制信号和频率。
此外，在分析感测到的感测电流时，在步骤S31中，可以使用步骤S14中分析感测电流的结果来确定负载是否断开、短路、接触电阻增大、磁退磁或线圈绝缘降低。
此外，在分析感测到的感测电流时，在步骤S41中，可以通过使用步骤S14中分析感测电流的结果来确定负载的磁通量强度、电阻或电感是否改变来估计负载中包括的定子和转子的温度。
根据本发明第二实施例的控制参数设置方法可以在形成于车辆等中的嵌入式控制器(MCU)的处理器中执行。即，通过使用频率响应分析(FRA)，可以找到最佳控制参数(PID/PI/滤波系数)。通过使用频率响应分析，可以在车辆操作期间实时或周期性地在线(或运行时)找到最佳控制参数(PID/PI/滤波系数)。
根据本实施例的修改实施例可以一起包括第一实施例的一些配置和第二实施例的一些配置。换言之，修改实施例可以包括第一实施例，但可以省略第一实施例的一些配置，并且可以包括对应的第二实施例的一些配置。或者，修改实施例可以包括第二实施例，但省略第二实施例的一些配置，并且包括对应的第一实施例的一些配置。
上述实施例中描述的特征、结构、效果等包括在至少一个实施例中，并且不一定限于仅一个实施例。此外，每个实施例中所示的特征、结构、效果等可以由实施例所属领域的普通技术人员针对其他实施例进行组合或修改。因此，与此类组合和修改相关的内容应被解释为包括在实施例的范围内。
同时，本发明的实施例可以在计算机可读记录介质上实现为计算机可读代码。计算机可读记录介质包括存储有能够由计算机系统进行读取的数据的所有类型的记录设备。
计算机可读记录介质的示例有ROM、RAM、CD-ROM、磁带、软盘和光学数据存储设备，此外，它们以分布式方式分布在经联网的计算机系统中，在该系统中可以存储和执行计算机可读代码。并且，用于实现本发明的功能(functional)程序、代码和代码段可以由本发明所属技术领域的程序员容易地推断出。
如上所述，在本发明中已经对诸如特定组件等的特定事项以及有限的实施例和附图进行了描述，但提供这些仅是为了帮助更一般地理解本发明，并且本发明不限于上述实施例，本发明所属领域的普通技术人员可以根据这些描述进行各种修改和变型。
因此，本发明的精神不应限于所描述的实施例，并且不仅是将在后面进行描述的权利要求，而是所有那些与权利要求等效的内容或者对权利要求进行的等效修改都将被视为属于本发明精神的范围。

Claims (10)

1.一种生产设备，包括：
频率响应分析单元，将可变频率的正弦波发送到连接到负载的控制器，接收感测从负载输出的电流的感测电流，并分析接收到的感测电流，其中，正弦波从控制器施加到负载；以及
处理单元，从频率响应分析单元接收分析所述感测电流的结果以对控制器执行质量确定，或者计算控制器的控制参数并将控制参数发送到控制器。
2.根据权利要求1所述的生产设备，其中，频率响应分析单元通过执行快速傅里叶变换来分析接收到的感测电流。
3.根据权利要求1所述的生产设备，其中，频率响应分析单元使用接收到的感测电流和发送到控制器的正弦波来执行快速傅里叶变换。
4.根据权利要求1所述的生产设备，其中，正弦波是具有可变频率的正弦波，并且具有可变频率中的一个频率的信号被输出持续一个或多个周期，或者具有连续变化的频率的信号被输出持续一个或多个周期。
5.根据权利要求1所述的生产设备，其中，控制器从频率响应分析单元接收正弦波，将正弦波转换为电压信号，并将电压信号施加到负载。
6.根据权利要求1所述的生产设备，其中，处理单元使用分析所述感测电流的结果对控制器或负载执行质量确定。
7.根据权利要求1所述的生产设备，其中，处理单元使用分析所述感测电流的结果来确定负载的故障原因。
8.根据权利要求1所述的生产设备，其中，处理单元使用分析所述感测电流的结果来计算控制器的PI控制参数、PID控制参数或滤波系数。
9.根据权利要求1所述的生产设备，其中，处理单元通过将模式进入信号发送到频率响应分析单元来控制频率响应分析单元。
10.一种生产方法，包括以下步骤：
将模式进入信号发送到频率响应分析单元；
由频率响应分析单元生成可变频率的正弦波，并将正弦波发送到连接到负载的控制器；
从控制器接收感测从负载输出的电流的感测电流，其中，正弦波被施加到负载；
由频率响应分析单元分析接收到的感测电流；
从频率响应分析单元接收分析所述感测电流的结果；
使用分析所述感测电流的结果对控制器或负载执行质量确定，或者计算控制器的控制参数；以及
将计算出的控制参数发送到控制器。
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