CN1269301C - 控制器 - Google Patents

Abstract

一种控制器，在用探测同步电机的移动部分(转子或移动构件)的位置和速度的传感器探测磁极位置时，监视操作状态和执行适当处理。如果不是串联控制，电机的PWM使得开始探测磁极位置的操作，这样基于位置的反馈探测操作异常。在串联控制包括两个位置探测器中，主、从动电机之一进入一个自由状态，另一个执行探测磁极位置的操作，从而基于位置的反馈探测操作异常。在串联控制包括一个位置探测器中，对于主、从动轴的电机的磁极位置间的相对位移要进行调整，并同时实施探测磁极的位置，从而基于位置反馈探测操作异常。可以探测出在探测磁极位置操作中出现的异常。同样在串联控制中，在探测磁极位置操作中正常地探测磁极位置可以防止机械的扭转和弯曲。

Description

控制器

技术领域

本发明涉及一种同步电机的控制器，尤其涉及一种能够探测同步电机的移动构件的磁极位置的控制器(转子是指旋转同步电机的情况下，线性移动构件是指线性同步电机的情况下)。

背景技术

在同步电机中，由于执行控制操作是通过探测移动构件的磁极的位置来确定所加电流的激励相位，所以需要探测移动构件的磁极位置。为了探测磁极位置，常常要用到精确的传感器如编码器、分解器以及霍尔元件来探测磁极位置。然而，探测磁极位置的精确传感器是十分昂贵的。此外，此类传感器需要进行传感器与电机磁极位置之间的布置，并且安装这种精确的传感器的工作也是十分困难的，从而导致了电机生产率的退化。

因此，近来已经研制出一种探测磁极位置的探测方法，这种方法通过使用一种传感器如位置探测器和速度探测器来探测转子的位置和速度，而不使用精确传感器来探测磁极的位置。这种方法包括如下步骤：将直流电提供到给定的激励相位上；在提供直流电时探测移动部件的移动方向；估计电机的磁极位置；基于预测的磁极位置探测下一个激励相，并将直流电提供到该激励相。重复以上操作来探测电机的磁极位置(见JP2001-78487A)。

根据利用同步线性电机的移动构件或转子的传感器来探测磁极位置的方法而不使用精确传感器探测磁极位置的方法，直流电流向预定的激励相，并且基于转子或移动构件的位移方向预测磁极的位置。然而，当提供直流电时，尽管转子应当在给定的范围内移动，但转子或移动构件的移动量很大，这偶尔会造成操作异常。

特别是在串联控制中，即，只是电机的其中之一安装了用于探测位置和速度的传感器，一个轴(即要被驱动的对象)通过两个或更多的电机驱动，当利用安装在一个电机上的传感器探测磁极位置时，由两个或更多的电机驱动的轴(要被驱动的对象)要发生扭曲或弯曲，这是因为安装传感器的电机的磁极位置与其它电机的磁极位置不一致所造成。所以探测一个精确的磁极位置是很困难的。

发明内容

本发明提供一种在通过一个探测同步电机的移动构件(转子或线性移动元件)的传感器来探测磁极位置时，能够监视运行状态和探测操作异常的控制器，该控制器也能够在串联控制的情况下探测磁极的精确位置。

本发明的控制器对一个具有移动构件和静止构件的同步电机进行控制，所述的移动构件和静止构件之一安装有磁极，另一个安装有激励线圈。控制器包括：电机控制部，用于驱动控制同步电机，并且通过在预定的激励相激发激励线圈，利用用于探测移动构件的位置或速度的传感器探测相对于激励线圈的磁极位置；数字控制部，用来通过向所述的电机控制部发布命令进行数字控制，其中，数字控制部将一个启动命令输出到电机控制部来启动所述电机控制部进行磁极位置的探测，所述的电机控制部响应启动命令启动磁极位置的探测，并且通知所述数字控制部磁极位置探测状态，并且所述的数字控制部基于所述电机控制部通知的探测状态，确定磁极位置的探测是正常完成或异常。

当确定探测异常时，数字控制部可以停止磁极位置的探测并发出警告。

可以提供多个电机控制部分别驱动控制多个同步电机来共同驱动一个驱动元件。在这种情况下，数字控制部可以向多个电机控制部之一输出一个启动命令来启动磁极位置的探测，从而能够进行与所述多个电机控制部之一相关联的同步电机的磁极位置的探测，并且向其它电机控制部发布命令来停止对与其它的所述电机控制部相关联的同步电机的激励来消除对上述那个输入启动命令的电机控制部进行磁极位置探测的干扰。可替代地，数字控制部可以向多个电机控制部发布用于启动磁极位置探测的启动命令以使与所述多个电极控制部相关联的同步电机的磁极位置探测同步进行。在这种情况下，控制器可以进一步包括一个存储装置，用于存储多个同步电机磁极位置之间相对位移，并且多个电机控制部可以利用存储在存储装置的磁极位置之间的相对位移来进行磁极位置探测。

同步电机可以包括一个线性同步电机，该线性同步电机中，移动构件和静止构件之一可以安装磁极，另一个可以安装激励线圈。可替代地，同步电机可以包括一个安装有转子和定子旋转同步电机，转子作为安装磁极的移动构件，定子作为安装激励线圈的静止构件。

附图说明

图1是一个显示本发明实施例的方框图；

图2是一个显示管理和监视探测磁极位置操作过程的流程图，这在实施例中是通过数字控制部进行的。

具体实施方式

图1是一个显示本发明实施例的方框图。根据这个实施例，在通过两个同步线性电机驱动作为驱动目标的一个平台的串联控制中，磁极的位置利用探测位置和速度的线性标度尺来探测的，该标度尺安装到每个同步线性电机上。

本实施例包括一个数字控制部1，该数字控制部1包括：一个数字控制器；一个构成电机控制部的主控制部2m，用于在主轴的同步线性电机4m上执行驱动控制；一个构成电机控制部的从动控制器2s，用于在从动轴上的同步线性电机4s上执行驱动控制；一个主放大器3m以及一个从动放大器3s。主轴的同步线性马达4m包括一个定子5m和一个移动构件6m，其中，从动轴的同步线性电机4s包括一个定子5s和一个移动构件6s。定子5m或移动构件6m之一，和定子5s或移动构件6s之一分别安装有磁极，其余的安装有激励线圈。根据图1说明的实施例，定子5m和5s各自安装有磁极，并且移动构件6m和6s各自安装有激励线圈。

此外，用于探测移动构件6m和6s的线性标度尺7m和7s分别固定在主轴和从动轴上。由线性标度尺7m和7s探测的位置和速度分别被反馈到主控制部2m和从动控制部2s上。另外，平台8作为被驱动对象被固定到移动构件6m和6s上。

数字控制部1向主控制部2m和从动控制部2s输出移动命令。基于该移动命令，主控制部2m和从动控制部2s分别通过主放大器3m和从动放大器3s对同步线性电机4m和4s执行驱动控制，并且与固定在移动构件6m和6s上的平台8执行驱动控制实现同步。

特别在本发明中，数字控制部1将用于磁极位置探测的磁极探测启动信号以及使PWM信号到达主放大器3m和从动放大器3s的能动信号输出到主控制部2m和从动控制部2s。主控制部2m和从动控制部2s将显示磁极位置探测在进行中的信号，将显示磁极位置探测完成的信号，甚至将从线性标度尺7m和7s反馈的位置反馈信息输出到数字控制部1。

通过将磁极探测启动信号和能动信号输出到主控制部2m和从动控制部2s，数字控制部1控制由主控制部2m和从动控制部2s执行的探测磁极位置的过程。此外，基于主控制部2m和从动控制部2s送回的“探测在进行中”的信号以及位置反馈信号，数字控制部1在“磁极位置探测完成”信号被送回之前，监视探测磁极位置的操作，并且当确定操作异常时停止探测磁极位置的操作并且输出一个类似的警告。

图2是一个显示管理和监视通过数字控制部1的处理器完成探测磁极位置操作过程的流程图。

图2说明的例子可以应用于利用数字控制部1的各种系统，并且也可以设计为能够管理和监视磁极位置的探测，这种探测可以利用也可以不利用用于探测磁极位置的装置(传感器)，甚至在多个同步电机被相互连接的串联控制的情况下。

一旦探测磁极位置的命令被输入数字控制部1，数字控制部1的处理器首先确定是否连接到数字控制部1的同步电机具有用于探测磁极位置的精确传感器(步骤100)。如果同步电机具有精确传感器，因为不需要进行探测磁极位置，从而终止处理过程。相反，如果同步电机没有安装探测磁极位置的精确传感器，处理器确定是否利用了多个同步电机驱动一个对象来执行驱动控制的串联控制(步骤101)。

在图1显示的实施例中，处理器确定利用了串联控制，这是因为平台8是作为由两个线性电机4m和4s同步驱动要被驱动的对象，然后处理器确定是否利用一个标度尺或多个标度尺来探测位置(步骤102)。因为在图1说明的实施例中有两个标度尺，所以处理程序前进到步骤110。首先，主控制部2m接收到一个为ON的能动信号，而从动控制部2s接收到一个为OFF的能动信号。相应地，主控制部2m使得送到驱动同步线性电机4m的主放大器3m的PWM信号进入一个ON状态，而从动控制部2s使得送到从动放大器3m的PWM信号进入一个OFF状态。结果，主轴的同步线性电机4s的激励被释放了，这使得同步线性电机4s成为允许自由移动的自由状态。

数字控制部1的处理器将一个启动探测磁极位置的命令输出到主控制部2m(步骤111)。响应启动探测磁极位置的命令，主控制部2m的处理器开始探测样极位置的操作过程，这些已在JP2001-78487A等中公开了。

数字控制部1的处理器在从主控制部2m接收到“磁极位置的探测在进行中”的信号前，处于待命状态(步骤112)。根据收到的“磁极位置的探测在进行中”的信号，数字控制部1的处理器监视从主控制部2m发送的位置反馈信号并且重复确定其是否在给定的时间间隔内为给定值或给定值范围内，是否移动超出了给定的值，这意味着操作异常，并且确定是否收到探测完成信号(步骤113到115)，从而监视探测磁极位置的操作。

如图1所示，尽管主轴的同步线性电机4m的移动构件6m和从动轴的同步线性电机4s的移动构件6s连接到平台8，但是在主轴和从动轴以及平台8的驱动传送结构中也不会产生扭转或弯曲。这是因为当用于驱动主轴的同步线性电机4m的移动构件6m移动进行探测磁极位置的操作时，由于用于驱动主轴的同步线性电机4s响应PWM信号的OFF状态，即不能执行状态的激励中释放出来，平台8和从动轴的同步线性电机4s的移动构件6s也一起移动。

在探测磁极位置通过重复进行步骤113到115的处理被监视期间，基于位置反馈信号，如果确定了移动构件6m的移动超出了给定的值，并发生了操作异常，过程前进到将能动OFF输出到主控制部2m并通过显示装置等在探测磁极位置中显示操作异常的警告的警示。此外，收到能动OFF的主控制部2m使得PWM信号进入不能执行状态，将移动构件6m变成允许自由移动的自由状态，并终止探测磁极位置的处理。

相反，如果没有探测到异常，并且从主控制部2m发送出“探测磁极位置的完成”信号时，数字控制部1的处理器将一个能动信号为OFF的命令给了主控制部2m并且将一个能动信号为ON的命令给了从动控制部2s。相应地，主控制部2m使得PWM信号进入OFF状态(不能执行状态)，并且使得主轴的同步线性电机4m的移动构件6m进入允许自由移动的自由状态。从动控制部2s使得从动放大器3s的PWM信号变成ON状态，从而的能够探测主轴的同步线性电机4s的磁极位置(步骤116)。

然后，命令启动探测磁极位置的信号被输出到从动控制部2s(步骤117)。响应启动探测磁极位置的信号的命令，从动控制部2s开始探测磁极位置的操作过程。数字控制部1的处理器收到“从动控制部2s”发送的“探测在进行中”的信号(步骤120)，并且重复执行与步骤112到115的异常探测处理步骤121到124，一直到收到来自从动控制部2s的“磁极探测完成”信号为止。如上所述，基于收到的位置反馈信号，如果移动构件6s在给定的时间间隔内的移动量大时，可以确定在探测磁极位置的处理中发生操作异常，并且将能动OFF同步输出到从动控制部从而使探测磁极位置的操作不能执行。

如果探测到异常时，并且“磁极位置探测完成”信号从从动控制部2s发送时，管理和监视探测磁极位置的处理被确定了。同时，在探测用于驱使动从动轴的线性电机4s的磁极位置的操作时期，主轴的线性电机4m的移动构件6m因为主轴的线性电机4m从响应PWM的OFF状态的激励中释放处在自由移动状态中，这样在如平台8之类的机械中，既不产生扭转也不产生弯曲。

以上描述了图1说明的根据本发明执行串联控制的实施例中管理和监视探测磁极位置的操作的处理操作。

相反，当没使用串联控制时，由于电机独立地驱动要被驱动的对象，以使得没有必要考虑与其它同步电机的关系。首先在这种情况下，能动信号被调为ON以使得送到用于探测同步电机的放大器的PWM信号进入ON状态(步骤118)，以及命令启动探测磁极位置的信号调为ON来促使用于对同步电机执行驱动控制的控制部开始探测磁极位置的处理操作(步骤119)。数字控制部1的处理器执行前述在步骤119的处理，从而监视探测磁极位置的操作。

在确定数字控制部1执行了串联控制并且有一个标度尺(步骤102)的情况下，尽管是多个同步电机同步驱动要驱动的对象，只有一种用于探测位置和速度的探测器。前述的例子应当是图1显示的实施例的改进例，在改进例中，只有主轴安装了线性标度尺7m，而从动轴没有安装线性标度尺7s。下面将要描述线性标度尺仅被固定到主轴的情况。

首先，能动信号ON被输出到主控制部2m和从动控制部2s。在响应中，主控制部2m和从动控制部2s使得PWM信号进入能动状态，从而促使主轴和从动轴的同步线性电机为可操作的(步骤103)。

接下来，命令启动探测磁极位置的信号被输出到主控制部2m和从动控制部2s(步骤104)。“探测在进行中”信号被期望从主控制部2m和从动控制部2s发送出，并且一旦信号被按收到(步骤105)，步骤106到109中涉及探测磁极位置的操作的监视处理和异常探测根据主轴和从动轴二者来实施。步骤106到109中涉及探测磁极位置的操作的监视处理和异常探测等同于步骤113到115以及步骤121到124的处理步骤。然而，也存在着一点差别，这就是，当在主控制部2m或从动控制部2s中探测到操作异常时，能动OFF被输出到主控制部2m和从动控制部2s。这样一来，PWM信号被设定为不可执行的，并且同步线性电机4m和4s两个进入一个自由状态，停止了探测磁极的操作。此外，输出警告信号从而宣布在探测磁极位置的操作中发生了异常。

如果没有探测到异常，并且“完成探测磁极位置”信号从主控制部2m和从动控制部2s发送出，管理和监视探测磁极位置的操作的处理就终止了。在仅利用一个标度尺的串联控制中，如上所述，探测磁极位置的处理通过同步驱动主轴和从动轴的同步电机(同步线性电机)来执行。因此，需要进行校正以使在主轴和从动轴的同步电机的磁极位置(同步线性电机)之间不发生位移。没有相对位移，主轴和从动轴的同步电机(同步线性电机)4m和4s在探测磁极位置的时期内同步操作将顺利进行。然而，如果在主轴和从动轴的同步电机(同步线性电机)4m和4s的磁极位置之间存在着相对位移，就要先对相对位移进行测量，并将其存储在数字控制部1的存储装置之类中。当探测磁极位置的操作开始时，上述位移被读入并将其发送到主控制部2m和从动控制部2s来进行校正，从而执行探测磁极位置的操作。

虽然在上述实施例中，基于从电机控制部(主控制部2m和从动控制部2s)发送的位置反馈信号，在探测磁极位置的操作中的异常可以被探测到，但是在探测磁极位置的操作中的异常可以通过利用速度反馈信号代替位置反馈信号探测到。此外，虽然在上述实施例中描述了通过利用同步线性电机执行串联控制的例子，但本发明也可以应用到通用的旋转同步电机中。

当磁极位置利用用于探测同步电机中转子和移动构件的位置和速度的传感器来探测，而不利用用于探测磁极位置的传感器时，本发明能够监视探测操作并且能够探测操作异常。此外，甚至在执行串联控制的情况下，本发明能够正常地实施探测磁极位置的操作，而不会在机械中产生扭转和弯曲。

Claims (7)

1.一种控制器，用于控制具有移动构件和静止构件的同步电机，所述的移动构件和静止构件之一安装有磁极，另一构件则安装有激励线圈，所述的控制器包括：

电机控制部，用于驱动控制同步电机并且通过在预定的激励相激发激励线圈，利用用于探测移动构件的位置或速度的传感器探测相对于激励线圈的磁极位置；

数字控制部，用来通过向所述的电机控制部发布命令进行数字控制，

其中，所述的数字控制部将一个启动命令输出到所述的电机控制部来启动所述电机控制部进行磁极位置的探测，所述的电机控制部响应启动命令启动磁极位置的探测，并且通知所述数字控制部磁极位置探测状态，并且所述的数字控制部基于所述电机控制部通知的探测状态，确定磁极位置的探测是正常完成或异常。

2.根据权利要求1所述的控制器，其中当确定了探测异常时，所述数字控制部停止磁极位置的探测并发出一个警告。

3.根据权利要求1所述的控制器，其中多个电机控制部用来分别驱动控制多个同步电机从而共同驱动一个驱动元件，并且所述的数字控制部可以向所述多个电机控制部之一输出一个启动命令来启动磁极位置的探测，从而能够进行与所述多个电机控制部之一相关联的同步电机的磁极位置的探测，并且向其它的所述电机控制部发布命令来停止对与其它的所述电机控制部相关联的同步电机的激励，从而消除对上述那个输入启动命令的电机控制部进行磁极位置探测的干扰。

4.根据权利要求1所述的控制器，其中多个电机控制部用来分别驱动控制多个同步电机从而共同驱动一个驱动元件，并且所述的数字控制部可以向所述多个电机控制部发出启动命令来启动磁极位置的探测，从而能够同时进行与所述多个电机控制部相关联的同步电机的磁极位置的探测。

5.根据权利要求4所述的控制器，进一步包括一个存储装置，用于存储多个同步电机磁极位置之间的相对位移，并且多个电机控制部可以利用存储在存储装置的磁极位置之间的相对位移来进行磁极位置探测。

6.根据权利要求1-5任何一项所述的控制器，其中同步电机可以包括一个线性同步电机，该线性同步电机中移动构件和静止构件之一安装有磁极，另一个安装有激励线圈。

7.根据权利要求1-5任何一项所述的控制器，其中同步电机包括一个安装有转子和定子旋转同步电机，转子作为安装磁极的移动构件，定子作为安装激励线圈的静止构件。