CN118100693A - 伺服系统 - Google Patents

伺服系统 Download PDF

Info

Publication number
CN118100693A
CN118100693A CN202311569732.8A CN202311569732A CN118100693A CN 118100693 A CN118100693 A CN 118100693A CN 202311569732 A CN202311569732 A CN 202311569732A CN 118100693 A CN118100693 A CN 118100693A
Authority
CN
China
Prior art keywords
value
signal
voltage
motor
pwm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311569732.8A
Other languages
English (en)
Inventor
海田僧太
大野悌
福原仁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp filed Critical Omron Corp
Publication of CN118100693A publication Critical patent/CN118100693A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4155—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by programme execution, i.e. part programme or machine function execution, e.g. selection of a programme
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P5/00—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors
    • H02P5/74—Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of two or more electric motors controlling two or more ac dynamo-electric motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/50—Reduction of harmonics
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/34—Director, elements to supervisory
    • G05B2219/34013—Servocontroller

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Multiple Motors (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

本发明提供伺服系统，其包含控制装置和多个伺服驱动器，抑制由开关引起的噪声。伺服系统包含控制装置和多个伺服驱动器，该多个伺服驱动器分别构成为能够按照来自该控制装置的动作指令对多个马达进行同步控制，多个伺服驱动器各自具备伺服信号生成部、生成脉冲调制后的PWM控制信号的PWM运算部、以及逆变器。并且，PWM运算部构成为执行以下处理：第1处理，使用与伺服驱动器以及马达的电路结构相关联地设定的规定参数，生成在指令信号属于低电压区域的情况下针对与多个马达对应的每个控制轴而不同的叠加于指令信号的叠加信号；以及第2处理，将叠加信号与指令信号相加后与规定的载波信号进行比较，由此生成PWM控制信号。

Description

伺服系统
技术领域
本发明涉及伺服系统。
背景技术
在工厂等中使用的机器人、设备机械中组装有很多马达，用作各对象物的致动器。通常，在根据来自上级的控制装置的驱动指令生成马达的驱动电流的驱动器中，具备进行基于PWM控制方式的电力变换的逆变器。在PWM控制方式中，通过将在马达的各相(例如，在三相马达的情况下为U相、V相、W相)中流动的电流虚拟地控制为正弦波状，能够自如地控制从马达输出的转矩。但是，由于逆变器中的开关而产生各种噪声，要求该噪声的降低。
例如，在专利文献1中，采用了如下结构：在判断为马达处于低驱动状态时，对成为与驱动器中的载波信号的比较对象的指令信号，按每个控制轴叠加不同的信号。根据该结构，逆变器中的开关的定时按每个控制轴偏移，能够抑制在各轴产生的噪声的叠加。另外，在专利文献2中也公开了如下结构：在驱动器中，在使规定的信号叠加于指令信号之后，与载波信号进行比较。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许6528138号公报
专利文献2：日本特开2011-211777号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在包含控制装置和多个伺服驱动器(以下也简称为“驱动器”)的伺服系统中，有时对由各伺服驱动器驱动的马达进行同步控制。在进行该多个马达的同步控制的状态下，在与各控制轴对应的驱动器的逆变器(电力变换装置)中的开关的定时重叠或者成为极其接近的定时的情况下，由各开关控制引起的噪声可能变大。
特别是，由于具有在马达的驱动电压低的低驱动状态下开关的定时重叠的倾向，因此在现有技术中，在判断马达是否为低驱动状态的基础上，进行用于噪声抑制的信号叠加。但是，在经由这样的判断处理的情况下，判断处理需要某种程度的处理时间，因此有可能阻碍与马达的驱动状态的变化相应的顺畅的PWM控制。
本发明是鉴于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种在包含控制装置和多个伺服驱动器的伺服系统中实现抑制由开关引起的噪声的技术。
用于解决课题的手段
本申请公开的1个方面的伺服系统包含控制装置和多个伺服驱动器，该多个伺服驱动器分别构成为能够按照来自该控制装置的动作指令对多个马达进行同步控制。并且，所述多个伺服驱动器各自具备：伺服信号生成部，其基于所述动作指令，生成用于对应的所述马达的指令信号；PWM运算部，其基于由所述伺服信号生成部生成的所述指令信号，生成脉冲调制后的PWM控制信号；以及逆变器，其基于由所述PWM运算部生成的所述PWM控制信号对开关元件进行开关，由此生成驱动所述马达的驱动电压。并且，所述PWM运算部构成为执行以下处理：第1处理，使用与所述伺服驱动器以及所述马达的电路结构相关联地设定的规定参数，生成叠加于所述指令信号的叠加信号，该叠加信号在所述指令信号属于低电压区域的情况下针对与所述多个马达对应的每个控制轴而不同；以及第2处理，将所述叠加信号与所述指令信号相加后与规定的载波信号进行比较，由此生成所述PWM控制信号。
在这样构成的伺服系统中，在多个伺服驱动器各自中，由伺服信号生成部按照来自控制装置的动作指令生成用于驱动马达的指令信号，基于该指令信号由PWM运算部生成用于实际驱动该逆变器的PWM控制信号，基于该PWM控制信号生成用于逆变器驱动马达的驱动电压。并且，在该伺服系统中，能够通过这些多个伺服驱动器来执行对应的马达的同步控制。在同步控制中，特别是在各控制轴的马达的动作相同或者接近的低电压下的驱动状态下，逆变器中的开关的定时容易重叠，导致噪声增大的可能性变高。
因此，上述伺服系统中的伺服驱动器构成为通过PWM运算部进行第1处理和第2处理。在第1处理中，使用与基于伺服驱动器及马达的电路结构相关联地设定的规定参数，生成叠加于指令信号的叠加信号。该规定参数优选按照每个控制轴设定为不同的值，其结果，在指令信号属于低电压区域的情况下，该叠加信号也按每个控制轴而不同。此外，规定参数是考虑作为噪声产生的电气方面的原因的基于被提供马达的驱动电力的伺服驱动器和马达的电路结构而适当设定的。规定参数可以由用户设定为任意的值，也可以由伺服驱动器自动地设定。另一方面，在指令信号不属于低电压区域的情况下，噪声增大的可能性得到抑制，因此为了实现该叠加信号的本来的目的，优选叠加信号不针对每个控制轴而不同。接着，在第2处理中，对指令信号加上叠加信号，将该相加后的信号与规定的载波信号进行比较，由此生成用于驱动逆变器的PWM控制信号。
通过各伺服驱动器具有具备这样的结构的PWM运算部，即使在指令信号属于低电压区域而噪声容易增大的情况下，也能够适当地错开各控制轴中的逆变器中的开关的定时。其结果是，在以多个马达为控制对象的伺服系统中，能够实现由开关引起的噪声的适当的抑制。
在此，在上述伺服系统中，所述规定参数也可以是根据所述逆变器中的开关噪声的大小和持续时间来设定的。即，着眼于被提供马达的驱动电力的伺服驱动器和马达的电路结构与开关噪声的大小和持续时间具有某种程度的相关性，而设定与各控制轴对应的规定参数的值。
另外，在上述伺服系统中，也可以是，所述PWM运算部通过使所述叠加信号包含将与所述马达的各相对应的所述指令信号的值和所述规定参数的值的大小进行比较而提取出的与该指令信号的值和该规定参数的值中的任一个相关联的规定值，来执行所述第1处理。该规定值可以是通过上述大小的比较而提取出的值、即指令信号的值和该规定参数的值中的任意值本身，作为其他方法，也可以是对该提取出的值进一步实施了某种处理后的值。通过采用这样的结构，能够通过与规定参数的比较处理，根据指令信号是否属于低电压区域，对每个控制轴适当地设定叠加信号。
此外，更具体地说明PWM运算部的方式。在第1方式中，也可以是，所述马达是三相交流马达，所述PWM运算部在所述第1处理中，从与所述马达的各相对应的所述指令信号的值和所述规定参数的值中提取最大值和最小值中的至少一方，将与该提取出的值相关联的值作为所述规定值。
在第2方式中，也可以是，所述马达是三相交流马达，所述PWM运算部在所述第2处理中通过二相调制方式生成所述PWM控制信号，所述PWM运算部在所述第1处理中，基于与所述马达的各相对应的所述指令信号中的最大值和最小值各自的绝对值的大小，从与该马达的各相对应的该指令信号的值和该规定参数的值中提取最大值或者最小值，将与该提取出的值相关联的值作为所述规定值。而且，同样地，在第3方式中，也可以是，在所述PWM运算部所述第2处理中通过二相调制方式生成所述PWM控制信号的情况下，所述PWM运算部在所述第1处理中，基于与所述马达的各相对应的所述指令信号以及所述规定参数中的最大值和最小值各自的绝对值的大小，从与该马达的各相对应的该指令信号的值和该规定参数的值中提取最大值或者最小值，将与该提取出的值相关联的值作为所述规定值。
另外，在第4方式中，也可以是，所述马达是三相交流马达，所述叠加信号是与所述马达的各相对应的所述指令信号的三次谐波，所述PWM运算部在所述第1处理中，从与所述马达的各相对应的所述指令信号的振幅值和所述规定参数的值中提取最大值，将与该提取出的值相关联的值作为所述三次谐波所包含的所述规定值。
此外，上述的4个方式只不过是例示，也可以以除此以外的方式实现PWM运算部。
在此，在上述伺服系统中，规定参数的值可以是随着时间经过而不变动的固定值，也可以是随着时间经过而变动的变动值。即，在本伺服系统中，能够灵活地进行规定参数的设定。另外，所述规定参数的值也可以是基于与所述控制装置连接的所述多个伺服驱动器以及所述多个马达的电路结构而自动地决定的。通过自动地设定规定参数，能够有效地实现噪声抑制并且大幅提高用户的便利性。
发明效果
在包含控制装置和多个伺服驱动器的伺服系统中，能够实现适当地抑制由开关引起的噪声。
附图说明
图1是表示本申请公开的伺服系统的概略结构的图。
图2是表示图1所示的伺服系统所包含的驱动器的电气结构的概略的图。
图3是表示本申请公开的驱动器具有的反馈系统的控制构造的图。
图4是表示本申请公开的驱动器具有的与电流控制有关的控制构造的图。
图5是用于说明驱动器中包含的逆变器中的相电压与线间电压的举动的图。
图6是表示向由驱动器驱动的马达的指令信号为低电压的情况和为高电压的情况下的逆变器中的相电压的推移和不同的2个控制轴中的中性点电压的推移的第1图。
图7是表示向由驱动器驱动的马达的指令信号为低电压的情况和为高电压的情况下的逆变器中的相电压的推移和不同的2个控制轴中的中性点电压的推移的第2图。
图8是表示在与图7对应的指令信号为低电压的情况下不同的2个控制轴中的逆变器中的各相的开关的举动的图。
图9是表示在与图7对应的指令信号为高电压的情况下不同的2个控制轴中的逆变器中的各相的开关的举动的图。
标号说明
5：PLC；10：驱动器；11：逆变器；12：控制部；20：马达；28：电流传感器；41：位置控制器；42：速度控制器；43：电流控制器；55：PWM运算部。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1表示本发明的1个实施方式的伺服系统的概略结构，图2表示伺服系统所包含的驱动器10的电气概略结构。
<第1实施方式>
如图1所示，本实施方式的伺服系统包含作为上级侧的控制装置的PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)5和多个驱动器10。各驱动器10连接有作为各自的控制对象的马达20，通过1个驱动器10和与其对应的1个马达20形成1个控制轴。在图1所示的伺服系统中，从PLC 5向各控制轴的驱动器10提供对应的动作指令，基于该动作指令生成用于各驱动器10驱动对应的马达20的驱动电压。
在该伺服系统中，利用电力供给路径35将直流电源装置30与多个驱动器10之间连接。直流电源装置30是输出规定的直流电压的电源，可以是将来自三相交流电源50的三相交流电变换为直流电压的单元，或者也可以是将单相交流电变换为直流电压的单元。另外，直流电源装置30可以是组合二极管而成的整流电路(例如全波整流电路)，也可以是使用了开关元件的AC-DC变换器(例如，电源再生变换器)。另外，也可以采用针对各控制轴的驱动器10连接对应的1个直流电源装置30的结构来代替图1所示的结构。并且，电力供给路径35也可以与二次电池连接。
在此，如图2所示，驱动器10具备逆变器11和控制部12。逆变器11是用于将经由电力供给路径35输入的来自直流电源装置30的直流电压变换为三相交流的电路。逆变器11具有在正侧的电力线与负侧的电力线之间并联连接有U相用的桥臂(leg)、V相用的桥臂以及W相用的桥臂的结构，在驱动器10设置有用于测定逆变器11的各桥臂的输出电流的电流传感器28。
控制部12是为了按照来自PLC 5的动作指令对马达20进行伺服控制而对逆变器11进行PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制的单元。控制部12由处理器(微控制器、CPU等)及其周边电路构成，控制部12被输入来自各电流传感器28的信号、来自安装于马达20的编码器21(绝对编码器、增量编码器，参照图3)的信号等。
如图1所示，电力供给路径35是以能够将来自直流电源装置30的电力(电流)分配供给至伺服系统内的各驱动器10的方式将多个电力线缆组合而成的供电路径。在电力供给路径35的与各驱动器10的连接部分(各驱动器10的电源端子间)，通常设置平滑电容器18。
在此，根据图2，如下那样定义本申请中的驱动器10或马达20中的相电压、线间电压、中性点电压。在此，中性点是具有三相绕组的马达20中的各相(U相、V相、W相)进行接线的连结点。并且，相电压是以中性点为基准的各相的电压，U相、V相、W相的相电压用Vu、Vv、Vw表示。线间电压是在2个相中以其他相为基准的该2个相间的电压，U相与V相间的线间电压、V相与W相间的线间电压、W相与U相间的线间电压用Vuv、Vvw、Vwu表示。中性点电压是以接地的负侧为基准的中性点的电压，由VNN表示。并且，以PN间电压Vpn来表示电力供给路径35中的正侧与负侧之间的电压。
在此，基于图3，对驱动器10的控制部12具有的反馈系统的控制构造进行说明。控制部12的反馈系统具备位置控制器41、速度控制器42、电流控制器43。该反馈系统相当于本申请公开的伺服信号生成部。位置控制器41例如进行比例控制(P控制)。具体而言，通过对来自PLC 5的位置指令P_ref与马达20的位置当前值P_act的偏差即位置偏差乘以规定的位置比例增益来计算速度指令V_ref。此外，位置当前值P_act是指编码器21的输出被输入到位置检测器45而得到的表示马达20的当前位置的参数。
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V_ref与马达20的速度当前值V_act的偏差即速度偏差的积分量乘以规定的速度积分增益，对该计算结果与该速度偏差之和乘以规定的速度比例增益，由此计算转矩指令τ_ref。另外，速度控制器42也可以代替PI控制而进行P控制。此外，速度当前值V_act是指位置检测器45的输出被输入到速度检测器46而得到的表示马达20的当前速度的参数。
电流控制器43基于由速度控制器42计算出的转矩指令τ_ref、马达20的位置当前值P_act及速度当前值V_act、从逆变器11向马达20供给的驱动电流来生成电流指令，基于该电流指令将与三相交流马达的各相对应的电压指令(PWM控制信号)输出到逆变器11。接收到该电压指令的逆变器11通过PWM控制向马达20的各相(U相、V相、W相)施加驱动电压来对马达20进行驱动控制。此外，向马达20供给的驱动电流由电流传感器28检测。在图3中，简化记载了与马达20的各相对应的结构，但实际上电流传感器28检测在马达20的各相的绕组中流动的电流，将该各相的电流的值返回到电流控制器43。电流控制器43也可以包含与转矩指令有关的滤波器(一阶低通滤波器)、1个或多个陷波滤波器。
接着，基于图4，对包含电流控制器43在内的与电流控制有关的控制构造进行说明。在电流控制器43中进行矢量控制。因此，输入到电流控制器43的转矩指令τ_ref首先被输入到电流指令运算器51。还向电流指令运算器51输入马达20的速度当前值V_act，生成d轴电流指令Id_ref和q轴电流指令Iq_ref。并且，d轴电流指令Id_ref与当前马达20中流动的d轴电流Id的偏差被输入到d轴电流控制器52，q轴电流指令Iq_ref与当前马达20中流动的q轴电流Iq的偏差被输入到q轴电流控制器53。此外，当前马达20中流动的d轴电流Id和q轴电流Iq是通过将由电流传感器28检测出的在马达20的U相、V相、W相中流动的电流Iu、Iv、Iw输入到电流坐标变换器56并在此实施dq变换处理而计算出的。
d轴电流控制器52考虑马达20的物性参数，根据所输入的d轴电流的偏差来计算与d轴有关的电压指令Vd，同样地，q轴电流控制器53考虑马达20的物性参数，根据所输入的q轴电流的偏差来计算与q轴有关的电压指令Vq。计算出的电压指令Vd、Vq被输入到电压坐标变换器54。电压坐标变换器54对所输入的与d轴有关的电压指令和与q轴有关的电压指令实施从dq轴向三相的变换处理，生成对马达20的各相施加的电压的电压指令Vu、Vv、Vw。这些电压指令被交接给PWM运算部55。PWM运算部55按照该电压指令生成作为对逆变器11的指令的脉冲调制后的PWM控制信号，发送给逆变器11。
PWM运算部55进行如下的第1处理：为了提高马达20的驱动效率，而为了有效利用PN间电压Vpn而以使中性点电压变动的方式进行重新定义，进行生成包含该重新定义后的中性点电压VNN的叠加信号。并且，进行如下的第2处理：将通过第1处理生成的叠加信号与上述电压指令相加，并与逆变器11中的规定的载波信号进行比较，由此生成用于使逆变器11的各相的桥臂工作的PWM控制信号。
在第1处理中，重新定义后的中性点电压VNN由以下的式1表示。
VNN＝1/2{max(Vu，Vv，Vw)+min(Vu，Vv，Vw)}
…(式1)
此外，式1中的函数max是提取多个自变量中的最大值的函数，函数min是提取多个自变量中的最小值的函数。通过使用这些函数进行重新定义，中性点电压VNN发生变动。另外，上述各相电压Vu、Vv、Vw是由电流控制器43计算出的与各相对应的电压指令的信号值(参照图4)。以下，有时也简称为“指令信号”或“电压指令”。
然后，将由式1表示的中性点电压VNN和PN间电压Vpn组合并作为叠加信号，并且，对各相的电压指令Vu、Vv、Vw加上该叠加信号，作为各相的新的电压指令VsuN、VsvN、VswN。具体而言，从各相的电压指令中减去重新定义后的中性点电压VNN，并且加上PN间电压Vpn的中央值，生成新的电压指令。该新的电压指令由下式2表示。
在此，基于图5，关于第1处理中的叠加信号的生成，对逆变器11中的相电压与线间电压的举动进行说明。图5中的上段的相电压与线间电压的推移对应于重新定义中性点电压之前的状态、即中性点电压被固定的状态。在该状态下，虽然各相的相电压的振幅W1成为PN间电压Vpn的振幅量的电压指令，但关于线间电压的振幅W10，不成为与PN间电压Vpn的振幅量对应的振幅W11。
接着，在图5的中段示出与如上述式2所示那样新生成的电压指令对应的相电压和线间电压的推移。在该情况下，虽然各相的相电压的振幅W2比上述的振幅W1小，但是线间电压的振幅与上段的振幅W10相同，因此与上段同样地不成为与PN间电压Vpn的振幅量对应的振幅W11。因此，若以使各相的相电压的振幅W2成为W1的方式将振幅放大规定倍(具体而言为2/sqrt(3)倍)，则如图5的下段所示，各相的相电压的振幅成为与PN间电压Vpn的振幅量相当的W1，并且线间电压成为与PN间电压Vpn的振幅量对应的振幅W11。其结果，在图5的下段所示的状态下，有效地利用PN间电压，通过逆变器11实现用于驱动马达20的驱动电压的生成。
但是，在这样生成新的电压指令的情况下，在各相的电压指令能够视为大致相同的那样的电压指令小的情况下(例如，设为马达20的输出轴通过伺服控制而停止的状态的伺服锁定状态等)，逆变器11的各相的桥臂中的开关的定时重叠或者极其接近。并且，在图1所示的伺服系统所包含的控制轴间进行同步控制的情况下，在该控制轴间，各个逆变器11的各相的桥臂中的开关的定时也重叠或者极其接近。在图6中，将当初的电压指令低的低电压驱动时的情况下的各相的相电压的推移和进行同步控制的2个控制轴中的中性点电压VNN排列表示在上段(a)，将当初的电压指令高的高电压驱动时的情况下的各相的相电压的推移和进行同步控制的2个控制轴中的中性点电压VNN排列表示在下段(b)。根据这些图可以理解，在进行同步控制的2个控制轴中，各自的中性点电压的举动大致一致，因此，根据式2，新生成的电压指令的举动也大致一致。其结果，因各个开关而产生的噪声彼此叠加，其影响增大，因此是不优选的。
因此，在本申请公开中，对与当初的电压指令叠加的叠加信号的生成进行了进一步的研究。在该研究中，着眼于上述的开关的重叠在电压指令相对较小的情况下容易产生这一点。即，进行了关于叠加信号的生成的研究，使得在低电压驱动时，在进行同步控制的各控制轴处中性点电压VNN的举动不同，在高电压驱动时，在该各控制轴处中性点电压VNN的举动大致一致。以下，对其详细情况进行说明。
在本实施方式中，PWM运算部55进行的PWM控制信号的生成按照公知的三相调制方式来实施。而且，在进一步的研究中，代替上述的式1，按照以下的式3来表示中性点电压VNN的重新定义。
VNN＝1/2{max(Vu，Vv，Vw，C+)+min(Vu，Vv，Vw，C-)}
…(式3)
式3所表示的中性点电压VNN与式1所表示的中性点电压的不同点在于，式内包含与基于驱动器10以及马达20的电路结构、即反映了成为由驱动器10内的逆变器11中的开关引起的噪声的原因的电气要素的电路结构密切关联的规定参数C+(C-)。C+是指由函数max设定的规定参数，C-是指由函数min设定的规定参数。两规定参数在技术上如上述那样是考虑基于开关的噪声而设定的，具体而言，根据逆变器11中的开关噪声的大小和持续时间来设定。如后所述，根据规定参数C+(C-)的值，中性点电压VNN的举动根据电压指令的大小而变化，优选的是适当地进行设定，以尽可能地避免设想的开关噪声在控制轴间叠加。此外，规定参数C+和C-在技术上具有同质的意义，但根据两函数的性质而通常具有不同的值。并且，在控制轴间，规定参数C+与C-也优选彼此不同。
在此，若详细研究式3，则关于函数max，是从电压指令Vu、Vv、Vw、C+这4个要素中提取出示出最大值的要素，关于函数min，是从该4个要素中提取出示出最小值的要素。并且，在电压指令相对地属于低电压区域的情况下(即，上述的低电压驱动时的情况下)，与电压指令关联的Vu、Vv、Vw的振幅值相对较小，因此在正侧，规定参数C+相对地大于其他要素Vu、Vv、Vw，并且，在负侧，规定参数C-相对地小于其他要素Vu、Vv、Vw。因此，函数max提取出规定参数C+，函数min提取出规定参数C-。另一方面，在电压指令相对地属于高电压区域的情况下(即，上述的高电压驱动时的情况下)，与电压指令相关联的Vu、Vv、Vw的振幅值相对较大，因此在正侧，相对地大于规定参数C+，并且，在负侧，相对地小于规定参数C-。因此，函数min提取出Vu、Vv、Vw中的任1个正侧的振幅值，函数min提取出Vu、Vv、Vw中的任1个的负侧的振幅值。
在此，关于在伺服系统中进行同步控制的2个控制轴，在图7中示出了进行了由式3表示的中性点电压VNN的计算的情况下的电压指令以及中性点电压VNN的推移。在图7的上段(a)中，排列示出当初的电压指令低的低电压驱动时的情况下的各相的相电压的推移和进行同步控制的2个控制轴中的中性点电压VNN，在下段(b)中排列示出当初的电压指令高的高电压驱动时的情况下的各相的相电压的推移和进行同步控制的2个控制轴中的中性点电压VNN。另外，一方的控制轴中的规定参数C+、C-的值分别为2、-1，另一方的控制轴中的规定参数C+、C-的值分别为1、-2。根据这些图可以理解，在低电压驱动时的情况下，在进行同步控制的2个控制轴中，各自的中性点电压的举动不同，另一方面，在高电压驱动时的情况下，在进行同步控制的2个控制轴中，各自的中性点电压的举动大致一致。
其结果，在低电压驱动时，由于中性点电压VNN针对每个控制轴而不同，因此与当初的电压指令叠加的叠加信号的推移也在控制轴间不同，因此，由式2表示的新的电压指令在控制轴间不同。图8表示该结果得到的2个控制轴中的逆变器11的PWM控制信号的各相的电压推移。在低电压驱动时，例如伺服锁定时，各控制轴中的各相的开关的定时重叠。但是，在控制轴间，由于如图7的上段(a)所示那样中性点电压VNN针对每个控制轴而不同，因此能够使控制轴间的开关的定时错开ΔT1。该ΔT1是能够适当地避免各轴中产生的噪声在轴间叠加而产生的影响的时间，如上述那样是通过规定参数C+、C-的设定而得到的。
此外，在高电压驱动时，中性点电压VNN不按每个控制轴而不同，而是大致一致，因此由式2表示的新的电压指令也在控制轴间大致一致。图9表示该结果得到的2个控制轴中的逆变器11的PWM控制信号的各相的电压推移。在高电压驱动时，马达以某种程度的速度旋转，各控制轴中的各相的开关的定时如图9所示那样错开ΔT2。因此，即使在控制轴间新的电压指令大致一致，伺服系统中的逆变器11的开关的定时也在某种程度上分散，因此能够避免开关噪声叠加而产生的影响。
这样，通过按照式3重新定义中性点电压VNN，不进行基于电压指令的电压区域的判定、即是否为容易出现由开关噪声的叠加产生的影响的低电压驱动的判定，而是进行与驱动电压的高低相对应的叠加信号的生成以及加上该叠加信号的新的指令信号的生成，在伺服系统中，能够实现适当地抑制了多个逆变器11的开关噪声的马达20的同步控制。此外，如根据图5说明的那样，还实现了有效利用了PN间电压Vpn的向马达20的电压施加。
在此，上述各控制轴中的规定参数C+、C-可以是随着时间经过而不变动的固定值，作为其他方法，也可以是随着时间经过而变动的变动值。最优选的是，从抑制开关噪声的观点出发，以在控制轴间规定参数C+、C-完全不一致或者一致的期间尽可能短的方式设定各参数。另外，各控制轴中的规定参数C+、C-也可以构成为：基于伺服系统中的多个驱动器10以及多个马达20的电路结构，例如由PLC 5自动地计算，并发送至各驱动器10的控制部12。如果是这样的结构，则伺服系统自身的构建变得容易，用户的便利性提高。
<第2实施方式>
以下，对与中性点电压VNN的重新定义有关的第2实施方式进行说明。此外，在本实施方式中，PWM运算部55进行的PWM控制信号的生成是按照公知的二相调制方式(特别是上下方式)来实施的。通过采用二相调制方式，能够抑制逆变器11中的开关次数，降低开关损耗。而且，在第2实施方式中，代替上述的式1，按照以下的式4来表示中性点电压VNN的重新定义。
|max(Vu，Vv，Vw)|≥|min(Vu，Vv，Vw)|时
VNN＝1-max(Vu，Vv，，Vw，C)
|max(Vu，Vv，Vw)|＜|min(Vu，Vv，，Vw)|时
VNN＝-1-min(Vv，Vv，Vw，-C)
…(式4)
在式4所表示的中性点电压VNN中，也与式3的情况同样地，在式内包含与基于驱动器10以及马达20的电路结构、即反映了成为由驱动器10内的逆变器11中的开关引起的噪声的原因的电气要素的电路结构密切关联的规定参数C。该规定参数C也是根据逆变器11中的开关噪声的大小和持续时间来设定的。此外，在本实施方式中，规定参数具有正值(C＞0)，并且在控制轴间为不同的值。
在此，根据式4，将各相的电压指令的最大值的绝对值与各相的电压指令的最小值的绝对值进行比较，在前者较大或两者相等的情况下，将从PN间电压Vpn的正侧的振幅值(在式4的情况下为“1”)减去通过max函数提取出的电压指令Vu、Vv、Vw、C这4个要素中的最大值而得到的值作为中性点电压VNN。另一方面，在上述比较中后者较大的情况下，从PN间电压Vpn的负侧的振幅值(在式4的情况下为“-1”)减去通过min函数提取出的电压指令Vu、Vv、Vw、-C这4个要素中的最小值而得到的值作为中性点电压VNN。即使进行这样的中性点电压VNN的重新定义，也与按照式3的情况相同，在低电压驱动时，由于中性点电压VNN针对每个控制轴而不同，因此与当初的电压指令叠加的叠加信号的推移也在控制轴间不同，因此，由式2表示的新的电压指令在控制轴间不同。另外，在高电压驱动时，与按照式3的情况相同，能够在控制轴间使新的电压指令大致一致，因此能够享受基于二相调制方式的马达驱动的本来的优点。
<第3实施方式>
以下说明关于中性点电压VNN的重新定义的第3实施方式。此外，在本实施方式中，PWM运算部55进行的PWM控制信号的生成也按照公知的二相调制方式(特别是上下方式)来实施。而且，在第3实施方式中，代替上述的式1，按照以下的式5来表示中性点电压VNN的重新定义。
|max(Vu，Vv，Vw，C)|≥|min(Vu，Vu，Vw，C)|时
VNN＝1-max(Vu，Vv，Vw，C)
|max(Vu，Vv，Vw，C)|<|min(Vu，Vv，Vw，C)|时
VNN＝-1-min(Vu，Vu，Vw，C)
…(式5)
在由式5表示的中性点电压VNN中，也与式3的情况同样地，在式内包含与基于驱动器10及马达20的电路结构、即反映了成为由驱动器10内的逆变器11中的开关引起的噪声的原因的电气要素的电路结构密切关联的规定参数C。该规定参数C也是根据逆变器11中的开关噪声的大小和持续时间来设定的。此外，在本实施方式中，规定参数具有正值(C>0)，并且在控制轴间为不同的值。
在此，根据式5，对各相的电压指令和规定参数C的最大值的绝对值与各相的电压指令和规定参数C的最小值的绝对值进行比较，在前者较大或两者相等的情况下，将从PN间电压Vpn的正侧的振幅值(在式5的情况下为“1”)减去通过max函数提取出的电压指令Vu、Vv、Vw、C这4个要素中的最大值而得到的值作为中性点电压VNN。另一方面，在上述比较中后者较大的情况下，将从PN间电压Vpn的负侧的振幅值(在式5的情况下为“-1”)减去通过min函数提取出的电压指令Vu、Vv、Vw、C这4个要素中的最小值而得到的值作为中性点电压VNN。即使进行这样的中性点电压VNN的重新定义，也与按照式3的情况相同，在低电压驱动时，由于中性点电压VNN针对每个控制轴而不同，因此与当初的电压指令叠加的叠加信号的推移也在控制轴间不同，因此，由式2表示的新的电压指令在控制轴间不同。另外，在高电压驱动时，与按照式3的情况相同，能够在控制轴间使新的电压指令大致一致，因此能够享受基于二相调制方式的马达驱动的本来的优点。
<第4实施方式>
以下说明关于中性点电压VNN的重新定义的第4实施方式。此外，在本实施方式中，PWM运算部55进行的PWM控制信号的生成也按照公知的三相调制方式来实施。并且，在第4实施方式中，代替上述式1，按照以下的式6来表示中性点电压VNN的重新定义。
在式6中，ω是电压指令Vu、Vv、Vw的各频率，k是该电压指令的振幅。
式6所示的中性点电压VNN是使电压指令Vu、Vv、Vw的三次谐波变形而成的。这样，通过使与三次谐波关联的中性点电压VNN叠加于当初的电压指令，能够进行有效地利用了PN间电压Vpn的电压施加。在该中性点电压VNN中，也与式3的情况同样地，在式内包含与基于驱动器10以及马达20的电路结构、即反映了成为由驱动器10内的逆变器11中的开关引起的噪声的原因的电气要素的电路结构密切关联的规定参数C。该规定参数C也是根据逆变器11中的开关噪声的大小和持续时间来设定的。此外，在本实施方式中，规定参数具有正值(C＞0)，并且在控制轴间为不同的值。
在此，根据式6，叠加的叠加信号的振幅受到函数max的提取结果的影响。式6的函数max是提取电压指令的振幅k和规定参数C中的具有最大值的一方的函数。因此，即使在按照式6的情况下，也与按照式3的情况相同，在低电压驱动时，中性点电压VNN针对每个控制轴而不同，从而与当初的电压指令叠加的叠加信号的推移也在控制轴间不同，因此，由式2表示的新的电压指令在控制轴间不同。另外，在高电压驱动时，与按照式3的情况相同，能够在控制轴间使新的电压指令大致一致，由此能够享受基于三次谐波叠加的马达驱动的本来的优点。
<附记1>
一种伺服系统，其包含控制装置(5)和多个伺服驱动器(10)，该多个伺服驱动器(10)分别构成为能够按照来自该控制装置(5)的动作指令对多个马达(20)进行同步控制，在所述伺服系统中，所述多个伺服驱动器(10)各自具备：伺服信号生成部，其基于所述动作指令，生成用于对应的所述马达(20)的指令信号；PWM运算部(55)，其基于由所述伺服信号生成部生成的所述指令信号，生成脉冲调制后的PWM控制信号；以及逆变器(11)，其基于由所述PWM运算部(55)生成的所述PWM控制信号对开关元件进行开关，由此生成驱动所述马达的驱动电压，所述PWM运算部(55)构成为执行以下处理：第1处理，使用与所述伺服驱动器(10)以及所述马达(20)的电路结构相关联地设定的规定参数(C+、C-、C)，生成在所述指令信号属于低电压区域的情况下针对与所述多个马达对应的每个控制轴而不同的叠加于所述指令信号的叠加信号；以及第2处理，通过将所述叠加信号与所述指令信号相加后与规定的载波信号进行比较，生成所述PWM控制信号。

Claims (11)

1.一种伺服系统，其包含控制装置和多个伺服驱动器，该多个伺服驱动器分别构成为能够按照来自该控制装置的动作指令对多个马达进行同步控制，在所述伺服系统中，
所述多个伺服驱动器各自具备：
伺服信号生成部，其基于所述动作指令，生成用于对应的所述马达的指令信号；
PWM运算部，其基于由所述伺服信号生成部生成的所述指令信号，生成脉冲调制后的PWM控制信号；以及
逆变器，其基于由所述PWM运算部生成的所述PWM控制信号对开关元件进行开关，由此生成驱动所述马达的驱动电压，
所述PWM运算部构成为执行以下处理：
第1处理，使用与所述伺服驱动器以及所述马达的电路结构相关联地设定的规定参数，生成叠加于所述指令信号的叠加信号，该叠加信号在所述指令信号属于低电压区域的情况下针对与所述多个马达对应的每个控制轴而不同；以及
第2处理，将所述叠加信号与所述指令信号相加后与规定的载波信号进行比较，由此生成所述PWM控制信号。
2.根据权利要求1所述的伺服系统，其中，
所述规定参数是根据所述逆变器中的开关噪声的大小和持续时间来设定的。
3.根据权利要求1所述的伺服系统，其中，
所述规定参数针对与所述多个马达对应的每个控制轴设定不同的值。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的伺服系统，其中，
所述PWM运算部通过使所述叠加信号包含将与所述马达的各相对应的所述指令信号的值和所述规定参数的值的大小进行比较而提取出的与该指令信号的值和该规定参数的值中的任一个相关联的规定值，来执行所述第1处理。
5.根据权利要求4所述的伺服系统，其中，
所述马达是三相交流马达，
所述PWM运算部在所述第1处理中，从与所述马达的各相对应的所述指令信号的值和所述规定参数的值中提取最大值和最小值中的至少一方，将与该提取出的值相关联的值作为所述规定值。
6.根据权利要求4所述的伺服系统，其中，
所述马达是三相交流马达，
所述PWM运算部在所述第2处理中通过二相调制方式生成所述PWM控制信号，
所述PWM运算部在所述第1处理中，基于与所述马达的各相对应的所述指令信号中的最大值和最小值各自的绝对值的大小，从与该马达的各相对应的该指令信号的值和该规定参数的值中提取最大值或者最小值，将与该提取出的值相关联的值作为所述规定值。
7.根据权利要求4所述的伺服系统，其中，
所述马达是三相交流马达，
所述PWM运算部在所述第2处理中通过二相调制方式生成所述PWM控制信号，
所述PWM运算部在所述第1处理中，基于与所述马达的各相对应的所述指令信号以及所述规定参数中的最大值和最小值各自的绝对值的大小，从与该马达的各相对应的该指令信号的值和该规定参数的值中提取最大值或者最小值，将与该提取出的值相关联的值作为所述规定值。
8.根据权利要求4所述的伺服系统，其中，
所述马达是三相交流马达，
所述叠加信号是与所述马达的各相对应的所述指令信号的三次谐波，
所述PWM运算部在所述第1处理中，从与所述马达的各相对应的所述指令信号的振幅值和所述规定参数的值中提取最大值，将与该提取出的值相关联的值作为所述三次谐波所包含的所述规定值。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的伺服系统，其中，
所述规定参数的值是随着时间经过而不变动的固定值。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的伺服系统，其中，
所述规定参数的值是随着时间经过而变动的变动值。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的伺服系统，其中，
所述规定参数的值是基于与所述控制装置连接的所述多个伺服驱动器以及所述多个马达的电路结构而自动地决定的。
CN202311569732.8A 2022-11-25 2023-11-22 伺服系统 Pending CN118100693A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022188550A JP2024076788A (ja) 2022-11-25 2022-11-25 サーボシステム
JP2022-188550 2022-11-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118100693A true CN118100693A (zh) 2024-05-28

Family

ID=88965371

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311569732.8A Pending CN118100693A (zh) 2022-11-25 2023-11-22 伺服系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240176331A1 (zh)
EP (1) EP4376287A3 (zh)
JP (1) JP2024076788A (zh)
CN (1) CN118100693A (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3497995B2 (ja) * 1998-10-01 2004-02-16 富士電機機器制御株式会社 Ｐｗｍ電力変換装置
JP4496410B2 (ja) * 2004-01-07 2010-07-07 三菱電機株式会社 モータ制御装置
JP2011211777A (ja) 2010-03-29 2011-10-20 Fuji Electric Co Ltd 電力変換装置及び車両用補助電源装置
CN106575932B (zh) 2014-09-30 2019-09-06 松下知识产权经营株式会社 电动机控制装置、电动机控制方法以及电动机控制系统

Also Published As

Publication number Publication date
EP4376287A3 (en) 2024-07-10
EP4376287A2 (en) 2024-05-29
JP2024076788A (ja) 2024-06-06
US20240176331A1 (en) 2024-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10008970B2 (en) Control apparatus for AC motor
CN106464185B (zh) 交流旋转电机控制装置以及具备其的电动助力转向装置
JP6593242B2 (ja) 交流電動機の制御装置
JP5505042B2 (ja) 中性点昇圧方式の直流−三相変換装置
JP6390489B2 (ja) インバータの制御装置
CN109874397B (zh) 电力转换器的控制装置
US20170310265A1 (en) Synchronous machine controller
US20160352269A1 (en) Apparatus for controlling rotary electric machine
JP2010119268A (ja) インバータの異常検出装置および異常検出方法
US20190222158A1 (en) Inverter control device and motor drive system
JP6984399B2 (ja) 電力変換器制御装置
JP2015109777A (ja) モータ制御装置
JP5351390B2 (ja) 電力変換装置
JP2010183702A (ja) インバータの制御装置
JP6733579B2 (ja) モータ駆動装置
CN118100693A (zh) 伺服系统
JP6740842B2 (ja) 多相回転機の制御装置
JP6700954B2 (ja) 回転電機の制御装置
JP6384355B2 (ja) Ｓｒモータの制御装置
WO2022018841A1 (ja) 電力変換装置および電動パワーステアリング装置
JP2007082325A (ja) 多相モータ
JP2013172550A (ja) モータ制御装置及びモータの３相電圧指令生成方法
JP6544204B2 (ja) モータの制御装置
JP6520799B2 (ja) 回転電機の制御装置
JP2010063335A (ja) 回転機の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination