CN116805853A - 马达控制装置、马达控制方法及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达控制装置，其具备：控制部，其具备生成产生旋转动力的马达的基准速度指令的基准速度指令生成部；以及驱动部，其具备生成针对基准速度指令的速度校正量的速度校正量生成部、对基于速度校正量进行了校正的基准速度指令及所测定出的马达的速度进行减法运算从而计算出速度偏差的速度减法器、将速度偏差转换为马达的基准转矩指令的速度偏差转换部、生成针对基准转矩指令的转矩校正量的转矩校正量生成部、对基于转矩校正量进行了校正的基准转矩指令及所测定出的马达的转矩进行减法运算从而计算出转矩偏差的转矩减法器及将转矩偏差转换为马达的施加电力的转矩偏差转换部，并且驱动部中的处理周期比控制部中的处理周期更短。

Description

马达控制装置、马达控制方法及存储介质

本申请主张基于2022年3月24日申请的日本专利申请第2022-047934号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种马达控制装置等。

背景技术

专利文献1公开了一种补偿产生旋转动力的马达的速度及转矩的马达控制装置。

专利文献1：日本特开平9-161357号公报

在急剧的加减速时等需要在短时间内高精确度地控制马达的动作时，处理周期长的马达控制装置可能会无法及时补偿速度及转矩。

发明内容

本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于提供一种能够高速控制马达的速度及转矩的马达控制装置等。

为了解決上述课题，本发明的一种实施方式的马达控制装置具备：控制部，其具备生成产生旋转动力的马达的基准速度指令的基准速度指令生成部；以及驱动部，其具备生成针对基准速度指令的速度校正量的速度校正量生成部、对基于该速度校正量进行了校正的基准速度指令及所测定出的马达的速度进行减法运算从而计算出速度偏差的速度减法器、将该速度偏差转换为马达的基准转矩指令的速度偏差转换部、生成针对该基准转矩指令的转矩校正量的转矩校正量生成部、对基于该转矩校正量进行了校正的基准转矩指令及所测定出的马达的转矩进行减法运算从而计算出转矩偏差的转矩减法器及将该转矩偏差转换为马达的施加电力的转矩偏差转换部，并且所述驱动部中的处理周期比控制部中的处理周期更短。

在该实施方式中，在处理周期比控制部的处理周期更短的驱动部中生成速度校正量及转矩校正量，因此能够高速控制马达的速度及转矩。

本发明的另一实施方式为马达控制方法。该方法具备如下步骤：由控制部执行的基准速度指令生成步骤，生成产生旋转动力的马达的基准速度指令；以及由处理周期比控制部中的处理周期更短的驱动部执行的如下步骤，即，生成针对基准速度指令的速度校正量的速度校正量生成步骤、对基于该速度校正量进行了校正的基准速度指令及所测定出的马达的速度进行减法运算从而计算出速度偏差的速度减法运算步骤、将该速度偏差转换为马达的基准转矩指令的速度偏差转换步骤、生成针对该基准转矩指令的转矩校正量的转矩校正量生成步骤、对基于该转矩校正量进行了校正的基准转矩指令及所测定出的马达的转矩进行减法运算从而计算出转矩偏差的转矩减法运算步骤及将该转矩偏差转换为马达的施加电力的转矩偏差转换步骤。

另外，以上构成要件的任意组合或将这些表述转换为方法、装置、系统、记录介质、计算机程序等的实施方式也包含于本发明中。

根据本发明，能够高速控制马达的速度及转矩。

附图说明

图1中示意地表示了输送控制装置的结构。

图2是马达控制装置的功能框图。

图3表示针对基准速度指令的速度校正量的具体例。

图4表示针对基准速度指令的速度校正量的具体例。

图5表示针对基准转矩指令的转矩校正量的具体例。

图6表示转矩校正量生成部的变形例。

图中：1-输送控制装置，2-输送装置，3-被输送物，4-马达，10-马达控制装置，11-驱动部，12-控制部，20-输送辊组，41-旋转位置测定器，111-速度校正量生成部，112-速度校正量加法器，113-旋转位置微分器，114-速度减法器，115-速度偏差转换部，116-转矩校正量生成部，116A-速度偏差微分器，116B-加速度补偿增益乘法器，117-转矩校正量加法器，118-转矩减法器，119-转矩偏差转换部，121-基准速度指令生成部，211-驱动辊。

具体实施方式

以下，参考附图对用于实施本发明的方式(以下，也称为实施方式)进行详细说明。在以下说明和/或附图中，对相同或等同的构成要件、部件及处理等标注相同的符号，并省略重复说明。在各附图中，为了简化说明，适当地设定各部的缩尺或形状，除非另有特别说明，否则其并不作限定性解释。实施方式仅为例示，其对本发明的范围并不作任何限定。实施方式中所记载的所有特征或它们的组合并非一定是发明的本质。

图1中示意地表示了对输送被输送物3的输送装置2的输送动作进行控制的输送控制装置1的结构。作为被输送物3，例如有：绳索或钢丝绳等线状物、或纸张、布、薄膜、箔、橡胶等面状物。在本实施方式中，对将面状的基材作为被输送物3而沿输送方向(图1中的左右方向)输送的卷对卷(Roll-to-Roll)方式的输送装置2进行说明。输送装置2可以为对所输送的被输送物实施任意处理的装置(例如，对被输送物实施涂覆的涂布机或涂布装置、对被输送物实施印刷的印刷机、对被输送物施加张力而进行拉伸的拉伸装置、一边输送作为被输送物的瓦楞纸板等一边将其组装成箱状的制盒机等)的一部分。

输送装置2具备输送辊组20和张力调节器(dancer)24。输送辊组20具备作为输送被输送物3的多个输送部的多个输送辊。图1的例子中的输送辊组20具备沿被输送物3的输送方向直列配置的三个输送辊对。多个输送辊在输送方向上相邻。各输送辊对具备：驱动辊211～213，通过后述的各驱动部11A～11C的驱动而旋转、及从动辊221～223，在其与该驱动辊211～213之间夹着被输送物3并且与该驱动辊211～213联动而旋转。三个输送辊对211/221～213/223和与各个输送辊对相对应地设置于输送控制装置1的三个驱动部11A～11C的结构可以彼此相同。因此，以下，对第1输送辊对211/221及第1驱动部11A进行说明，省略对其他输送辊对212/222、213/223及其他驱动部11B、11C的重复说明。另外，输送辊组20的输送辊对的数量可以为任意数量(1以上的任意整数)。

驱动辊211及从动辊221为作为输送被输送物3的输送部的一实施方式的输送辊，其能够以与输送方向(图1中的左右方向)正交的方向(与图1的纸面垂直的方向)的旋转轴为中心进行旋转。驱动部11A根据由与驱动部11A～11C一同构成本实施方式的马达控制装置10的后述的控制部12生成的基准旋转速度指令来驱动附设于驱动辊211的马达(在图1中未图示)旋转。在图1中的被输送物3的输送方向朝向右侧的情况下，驱动部11A驱动驱动辊211朝向顺时针方向旋转，从动辊221则与驱动辊211联动而朝向逆时针方向旋转。通过利用输送控制装置1的各驱动部11A～11C分别驱动构成输送辊组20的各驱动辊211～213进行旋转，能够极其精细地控制被输送物3的各部的速度或张力，因此，能够使基于输送装置2的被输送物3的输送动作或基于设置有该输送装置2的各种装置的处理最佳化。

张力调节器24以从输送方向的两侧夹着输送辊组20的方式设置在输送辊组20的输送方向上的上游(图1中的左侧)和下游(图1中的右侧)。由于图示的两个张力调节器24的结构可以彼此相同，因此对左侧的张力调节器24进行说明。

张力调节器24对被输送物3施加输送方向上的张力。张力调节器24具备：一对辊241、242，其设置于被输送物3的输送路径上(图1中设置在被输送物3延伸的左右方向的路径上)；及张力调节辊243，其设置在该一对辊241、242之间的从被输送物3的输送路径脱离的位置上。另外，张力调节辊又被称为松紧调节辊(dancer roll)。

张力调节辊243设置成能够沿与被输送物3的输送路径垂直的方向(图1中的上下方向)在上端243A与下端243B之间移动。作为推力施加部的气缸244生成使张力调节辊243朝向远离被输送物3的输送路径的方向(图1中的下方)施力或加压的推力。该推力基于经由活塞杆或连杆与张力调节辊243连接的气缸244的空气压力。气缸244的空气压力由推力控制部17生成，该推力控制部17由通过电力控制空气压力的电动气动调节器等构成。电动气动调节器(推力控制部17)一般施加有大致恒定的电压，气缸244的空气压力(即，张力调节辊243的推力)被控制为大致恒定。另外，也可以代替气缸244而设置根据其他原理对张力调节辊243施加推力的推力施加部(例如，根据电力对张力调节辊243施加推力的线性马达等)。

通过来自气缸244的推力而向下方施力或加压的张力调节辊243朝向远离输送路径的方向拉拽被输送物3从而对该被输送物3施加张力。此时，张力调节辊243在从气缸244受到的向下的推力与从被输送物3受到的向上的张力平衡的位置处静止。如上所述，张力调节辊243从气缸244受到的向下的推力一般被维持或控制为大致恒定，因此张力调节辊243的上下方向上的位置表示被输送物3的张力。

推力的方向(图1中的上下方向)上的张力调节辊243的位置被位置检测部245或位置传感器检测为电信号，并提供给输送控制装置1的减法器14。除此以外，由输送控制装置1的位置指令生成部13生成的推力的方向上的张力调节辊243的位置指令也输入到减法器14中。如上所述，张力调节辊243的位置与被输送物3的张力大致相当，因此位置指令生成部13所生成的张力调节辊243的位置指令与被输送物3的张力指令大致相当。输送控制装置1的速度控制部15生成用于减小从减法器14提供的张力调节辊243的位置或被输送物3的张力的偏差的速度指令。该速度指令为针对被输送物3的输送速度的指令，具体而言是针对以下说明的驱动辊251的旋转速度的指令。

输送控制装置1的驱动部16根据从速度控制部15提供过来的速度指令来驱动附设于张力调节器24的紧跟在其后的驱动辊251旋转。驱动辊251为能够以与被输送物3的输送方向正交的旋转轴为中心进行旋转的输送辊。若驱动辊251向图1中的顺时针方向旋转驱动，则从动辊252与驱动辊251联动而向逆时针方向旋转。另外，在张力调节器24的跟前也设置有与驱动辊251相同的驱动辊231及与从动辊252相同的从动辊232。例如，未图示的驱动部驱动驱动辊231以恒定的旋转速度旋转。相对于此，驱动辊251的旋转速度根据位置和/或张力的偏差而适当地被控制。如此，驱动辊251及从动辊252一边输送夹在其间的被输送物3一边将与由位置指令生成部13生成的张力调节辊243的位置指令(即，被输送物3的张力指令)相对应的所期望的张力施加于被输送物3。在图1的例子中，在输送辊组20的输送方向上的跟前和紧跟在其后设置有两个张力调节器24，因此能够将输送辊组20的入口部分(图1中的左端)和出口部分(图1中的右端)中的被输送物3的张力控制为所期望的值。

如上所述，输送装置2可以设置于涂布机、印刷机、拉伸装置、制盒机等各种装置上，但为了各种处理的最佳化，可能需要使被输送物3急剧加减速。如此，需要在短时间内高精确度地控制马达的动作时，处理周期长的以往的马达控制装置可能会无法及时补偿速度及转矩。根据以下说明的本实施方式的马达控制装置10，能够高速控制马达的速度及转矩。如图1所示，构成输送控制装置1的一部分的马达控制装置10由驱动部11A～11C(以下，还统称为驱动部11)和控制部12构成。

图2是马达控制装置10的功能框图。马达控制装置10的控制部12具备基准速度指令生成部121。马达控制装置10的驱动部11具备速度校正量生成部111、速度校正量加法器112、旋转位置微分器113、速度减法器114、速度偏差转换部115、转矩校正量生成部116、转矩校正量加法器117、转矩减法器118及转矩偏差转换部119。这些功能框通过计算机的中央运算处理装置、存储器、输入装置、输出装置、与计算机连接的周边设备等硬件资源与使用这些硬件资源实现的软件的协作来实现。无论计算机的种类或设置场所如何，上述的各功能框可以由单个计算机的硬件资源来实现，也可以将分散于多个计算机中的硬件资源组合来实现。

基准速度指令生成部121生成产生用于旋转驱动各驱动辊211～213的旋转动力的马达4的基准速度指令。如以下详细说明，设置于控制部12的后级或马达4侧的驱动部11针对从基准速度指令生成部121提供过来的基准速度指令实施基于速度校正量的速度校正或速度补偿以及基于转矩校正量的转矩校正或转矩补偿之后生成针对马达4的三相交流等施加电力。

驱动部11中的处理周期比控制部12中的处理周期短，因此，驱动部11中的速度校正及转矩校正能够比控制部12更高速地执行。具体而言，驱动部11中的处理周期例如为几百微妙左右，而控制部12中的处理周期例如为几毫秒左右，前者成为后者的约10分之1以下。如此，通过在驱动部11中高速生成速度校正量及转矩校正量，还能够可靠地执行输送装置2为了各种处理的最佳化而所需要的被输送物3的急剧加减速。

驱动部11的速度校正量生成部111生成针对控制部12的基准速度指令生成部121所生成的基准速度指令的速度校正量。关于速度校正量的具体例，待留后述。速度校正量加法器112对控制部12的基准速度指令生成部121所生成的基准速度指令加上速度校正量生成部111所生成的速度校正量。旋转位置微分器113对由被称作PG(Position Generator：位置生成器)的旋转位置测定器41测定出的马达4的旋转位置进行微分从而计算出马达4的旋转速度。速度减法器114对在速度校正量加法器112中基于速度校正量进行了校正的基准速度指令及来自旋转位置微分器113的经测定的马达4的速度进行减法运算从而计算出速度偏差。速度偏差转换部115将由速度减法器114计算出的速度偏差转换为马达4的基准转矩指令。

转矩校正量生成部116生成针对速度偏差转换部115所生成的基准转矩指令的转矩校正量。关于转矩校正量的具体例，待留后述。转矩校正量加法器117对速度偏差转换部115所生成的基准转矩指令加上转矩校正量生成部116所生成的转矩校正量。转矩减法器118对在转矩校正量加法器117中基于转矩校正量进行了校正的基准转矩指令及所测定出的马达4的转矩进行减法运算从而计算出转矩偏差。转矩偏差转换部119将由转矩减法器118计算出的转矩偏差转换为马达4的施加电力。

图3及图4表示由驱动部11的速度校正量生成部111生成的针对基准速度指令的速度校正量的具体例。在这些图中，横轴表示由旋转位置测定器41测定的马达4的旋转位置，纵轴表示在速度校正量加法器112中对基准速度指令生成部121所生成的基准速度指令相加的速度校正量生成部111所生成的速度校正量。相对于与纵轴的中央或原点相对应的基准速度指令，上方的速度校正量表示针对基准速度指令的加速量，下方的速度校正量表示针对基准速度指令的减速量。因此，在图3及图4的例子中，到“开始加减速”的旋转位置为止被控制为基准速度指令的速度的马达4经过减速、加速、减速后在“结束加减速”的旋转位置处恢复到基准速度指令的速度。

基准速度指令生成部121所生成的基准速度指令能够以控制部12的处理周期(例如，几毫秒左右)进行更新。但是，在马达4高速旋转时或在比控制部12的处理周期更短的时间内对马达4精细地进行加减速时，控制部12的长处理周期无法应对。因此，在本实施方式中，在处理周期短(例如，几百微妙左右)的驱动部11的速度校正量生成部111中，高速生成如图3及图4所示的针对基准速度指令的速度校正量的模式(pattern)。

在此，优选预先设定速度校正量的加减速模式，以便控制资源比控制部12的控制资源少的驱动部11也能够应对。具体而言，如图3及图4所示，优选速度校正量生成部111按照与马达4的旋转位置相对应的规定的模式生成速度校正量。如图3所示，速度校正量的模式可以由速度校正量的各变化点的旋转位置和加减速量的坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)、(X5，Y5)来定义，如图4所示，也可以由减速区间(DEC1、DEC2)、定速区间(CST1，C ST2)、加速区间(ACC1，ACC2)等各旋转位置区间的参数(例如，旋转位置区间的宽度、速度校正量的斜率等)来定义，还可以由根据马达4的旋转位置对基准速度指令相乘的增益来定义。

图5表示驱动部11的转矩校正量生成部116所生成的针对基准转矩指令的转矩校正量的具体例。在该图中，横轴表示由旋转位置微分器113获得的马达4的速度，纵轴表示在转矩校正量加法器117中对速度偏差转换部115所生成的基准转矩指令相加的转矩校正量生成部116所生成的转矩校正量。相对于与纵轴的中央或原点相对应的基准转矩指令，上方的转矩校正量表示针对基准转矩指令的转矩增加量，下方的转矩校正量表示针对基准转矩指令的转矩减少量。处理周期比控制部12的处理周期短(例如，几百微妙左右)的驱动部11的转矩校正量生成部116高速生成如图5所示的针对基准转矩指令的转矩校正量的模式。

在此，与图3及图4中的速度校正量同样地，优选预先设定转矩校正量的增减模式，以便控制资源比控制部12的控制资源少的驱动部11也能够应对。具体而言，如图5所示，优选转矩校正量生成部116按照与马达4的速度相对应的规定的模式生成转矩校正量。如图5所示，转矩校正量的模式可以由转矩校正量的各变化点的速度和转矩增减量的坐标(0，Y0)、(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)等来定义，与图4同样地，也可以由各速度区间的参数(例如，速度区间的宽度、转矩校正量的斜率等)来定义，还可以由根据马达4的速度对基准转矩指令相乘的增益来定义。

以上，根据实施方式对本发明进行了说明。作为例示的实施方式中的各构成要件或各处理的组合可以存在各种变形例，这样的变形例也包含于本发明的范围中，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。

例如，如图6所示，转矩校正量生成部116也可以根据速度减法器114所计算出的速度偏差来生成针对基准转矩指令的转矩校正量。具体而言，转矩校正量生成部116具备对速度减法器114所计算出的速度偏差进行微分从而计算出加速度偏差的速度偏差微分器116A及对该加速度偏差乘以加速度补偿增益从而计算出转矩校正量的加速度补偿增益乘法器116B。在此，加速度补偿增益乘法器116B的加速度补偿增益优选像图5那样按照与马达4的速度相对应的规定的模式来确定。

另外，在实施方式中所说明的各装置或各方法的结构、作用及功能能够通过硬件资源或软件资源、或者硬件资源与软件资源的协作来实现。作为硬件资源，例如可以使用处理器、ROM、RAM、各种集成电路。作为软件资源，例如可以使用操作系统、应用程序等程序。

Claims (7)

1.一种马达控制装置，其特征在于，具备：

控制部，其具备生成产生旋转动力的马达的基准速度指令的基准速度指令生成部；以及

驱动部，其具备生成针对所述基准速度指令的速度校正量的速度校正量生成部、对基于所述速度校正量进行了校正的所述基准速度指令及所测定出的所述马达的速度进行减法运算从而计算出速度偏差的速度减法器、将所述速度偏差转换为所述马达的基准转矩指令的速度偏差转换部、生成针对所述基准转矩指令的转矩校正量的转矩校正量生成部、对基于所述转矩校正量进行了校正的所述基准转矩指令及所测定出的所述马达的转矩进行减法运算从而计算出转矩偏差的转矩减法器及将所述转矩偏差转换为所述马达的施加电力的转矩偏差转换部，并且，所述驱动部中的处理周期比所述控制部中的处理周期更短。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，

所述速度校正量生成部按照与所述马达的旋转位置相对应的规定的模式生成所述速度校正量。

3.根据权利要求1或2所述的马达控制装置，其特征在于，

所述转矩校正量生成部按照与所述马达的速度相对应的规定的模式生成所述转矩校正量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的马达控制装置，其特征在于，

所述转矩校正量生成部具备：速度偏差微分器，其对所述速度偏差进行微分从而计算出加速度偏差；及加速度补偿增益乘法器，其对所述加速度偏差乘以加速度补偿增益从而计算出所述转矩校正量。

5.一种马达控制方法，其特征在于，具备如下步骤：

由控制部执行的基准速度指令生成步骤，生成产生旋转动力的马达的基准速度指令；以及

由处理周期比所述控制部中的处理周期更短的驱动部执行的如下步骤，即，生成针对所述基准速度指令的速度校正量的速度校正量生成步骤、对基于所述速度校正量进行了校正的所述基准速度指令及所测定出的所述马达的速度进行减法运算从而计算出速度偏差的速度减法运算步骤、将所述速度偏差转换为所述马达的基准转矩指令的速度偏差转换步骤、生成针对所述基准转矩指令的转矩校正量的转矩校正量生成步骤、对基于所述转矩校正量进行了校正的所述基准转矩指令及所测定出的所述马达的转矩进行减法运算从而计算出转矩偏差的转矩减法运算步骤及将所述转矩偏差转换为所述马达的施加电力的转矩偏差转换步骤。

6.一种存储介质，其存储有马达控制程序，其特征在于，

所述马达控制程序被计算机执行以执行如下步骤：

由控制部执行的基准速度指令生成步骤，生成产生旋转动力的马达的基准速度指令；以及

由处理周期比所述控制部中的处理周期更短的驱动部执行的如下步骤，即，生成针对所述基准速度指令的速度校正量的速度校正量生成步骤、对基于所述速度校正量进行了校正的所述基准速度指令及所测定出的所述马达的速度进行减法运算从而计算出速度偏差的速度减法运算步骤、将所述速度偏差转换为所述马达的基准转矩指令的速度偏差转换步骤、生成针对所述基准转矩指令的转矩校正量的转矩校正量生成步骤、对基于所述转矩校正量进行了校正的所述基准转矩指令及所测定出的所述马达的转矩进行减法运算从而计算出转矩偏差的转矩减法运算步骤及将所述转矩偏差转换为所述马达的施加电力的转矩偏差转换步骤。

7.一种马达控制装置，其特征在于，具备：

控制部，其具备生成产生旋转动力的马达的基准速度指令的基准速度指令生成部；以及

驱动部，其处理周期比所述控制部中的处理周期更短，并且能够对马达的速度及转矩进行控制。