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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung, die erfasst, ob eine irreversible Entmagnetisierung in einem Permanentmagneten eines Permanentmagnetsynchronmotors auftrat, oder nicht, der ein angetriebenes Objekt, wie eine Arbeit und ein Werkzeug, in einem Maschinenwerkzeug usw. betreibt.
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2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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Herkömmlicherweise wird ein Permanentmagnetsynchronmotor in verschiedenen Gebieten in breitem Maße verwendet, wie ein Drehservomotor, in dem ein Permanentmagnet in irgendeinem eines Stators und eines Rotors vorgesehen ist, ein linearer Servomotor, in dem ein Permanentmagnet in irgendeinem eines Stators und eines Gleiters vorgesehen ist, und ein Vibrationsservomotor, in dem ein Permanentmagnet in irgendeinem eines Stators und eines Schwingelements vorgesehen ist.
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In einem Permanentmagnetsynchronmotor liegt ein Fall vor, in dem eine irreversible Entmagnetisierung in einem Permanentmagneten des Permanentmagnetsynchronmotors aufgrund einer anormalen Temperaturerhöhung des Permanentmagneten des Permanentmagnetsynchronmotors, eines anormalen Ansteuerstroms, der durch die Windung des Permanentmagnetsynchronmotors fließt, usw. auftritt.
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In einem solchen Fall ist es für den Permanentmagnetsynchronmotor nicht möglich, ein vorbestimmtes Drehmoment zu erzeugen, und deshalb weicht die Ist-Spur der Bewegung eines angetriebenen Objekts, das durch den Permanentmagnetsynchronmotor betrieben wird, von der Spur der Bewegung des angetriebenen Objekts ab, die durch eine obere Steuervorrichtung angewiesen ist, wie eine CNC (numerische Computersteuerung, Computer Numerical Control), und es liegt eine Möglichkeit vor, dass die Spurgenauigkeit herabgemindert und dass das angetriebene Objekt unter bestimmten Umständen zerstört wird.
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Folglich ist es erforderlich, zu erfassen, ob die irreversible Entmagnetisierung in dem Permanentmagneten des Permanentmagnetsynchronmotors auftrat, oder nicht, um die Herabminderung der Spurgenauigkeit und den Bruch des angetriebenen Objekts unter bestimmten Umständen aufgrund der Verringerung der Beschleunigungs- und Abbremsungsleistung zu vermeiden, die durch die irreversible Entmagnetisierung in dem Permanentmagneten des Permanentmagnetsynchronmotors verursacht wird.
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Herkömmlicherweise wird eine Steuervorrichtung, die die Position des Permanentmagneten spezifiziert, in dem die irreversible Entmagnetisierung auftrat, durch Vergleichen der berechneten Trägheit des angetriebenen Objekts des Permanentmagnetsynchronmotors und einer vorbestimmten Trägheit des Permanentmagnetsynchronmotors in jeder Magnetpolposition, die auf der Grundlage eines Drehwinkels eines Rotors des Permanentmagnetsynchronmotors erfasst ist, um die irreversible Entmagnetisierung in dem Permanentmagneten des Permanentmagnetsynchronmotors zu erfassen, z. B. in dem
japanischen Patent Nr. 3857425 (
JP 3857425 B2 ) vorgeschlagen.
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Die herkömmliche Steuervorrichtung vergleicht jedoch die berechnete Trägheit und die vorbestimmte Trägheit in jeder Position des Permanentmagneten, und deshalb ist es erforderlich, den Rotor des Permanentmagnetsynchronmotors um zumindest einen elektrischen Winkel oder mehr zu drehen. Aufgrund dessen, wenn der Betriebsbereich der Antriebswelle des Permanentmagnetsynchronmotors begrenzt ist, z. B. falls das angetriebene Objekt entlang eines Bogens unter Verwendung des Permanentmagnetsynchronmotors in einem Maschinenwerkzeug usw. bewegt wird, und es deshalb nicht möglich ist, den Rotor des Permanentmagnetsynchronmotors um einen elektrischen Winkel oder mehr zu drehen, ist es somit nicht möglich, die Position der irreversiblen Entmagnetisierung in dem Permanentmagneten des Permanentmagnetsynchronmotors zu spezifizieren. Deshalb erfasst die herkömmliche Steuervorrichtung die Entmagnetisierung indirekt durch Schätzen der Trägheit. In diesem Fall wird eine Berechnung durchgeführt durch Dividieren des Produkts der Drehmomentkonstanten und des erfassten Stroms (Current) durch die erfasste Beschleunigung, jedoch ist im Allgemeinen die Beschleunigung aus einer Differenz in der Geschwindigkeit berechnet, und deshalb schließt sie wahrscheinlich Rauschen mit ein, und schließt ebenso einen Fehler aufgrund der Division mit ein. Ist die Beschleunigung klein, liegt deshalb ein Fall vor, in dem die Betriebsgenauigkeit beträchtlich herabgemindert wird.
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Kurzfassung der Erfindung
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Die Erfindung sieht in einer Ausgestaltung eine Steuervorrichtung vor, die in der Lage ist, selbst dann geeignet zu erfassen, ob die irreversible Entmagnetisierung in einem Permanentmagneten eines Permanentmagnetsynchronmotors auftrat, oder nicht, falls der Betriebsbereich einer Antriebswelle des Permanentmagnetsynchronmotors begrenzt ist. Des Weiteren wird die Entmagnetisierung direkt durch Schätzen einer Drehmomentkonstante erfasst. In diesem Fall wird eine Berechnung durch Dividieren des Produkts der Trägheit und der erfassten Beschleunigung durch den erfassten Strom durchgeführt, und deshalb wird ein durch die Division verursachter Fehler wahrscheinlich nicht mit eingeschlossen, und infolge dessen ist es möglich, eine Steuervorrichtung mit hervorragender Genauigkeit vorzusehen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung eine Sinusbefehlssignalerzeugungseinheit, die konfiguriert ist, um ein Sinusbefehlssignal für irgendeines eines Positionsbefehlssignals, eines Geschwindigkeitsbefehlssignals und eines Drehmomentbefehlssignals zu erzeugen, die einem Permanentmagnetsynchronmotor zugeführt werden, eine Stromwertgewinnungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Stromwert eines durch den Permanentmagnetsynchronmotor fließenden Stroms zu gewinnen, eine Beschleunigungswertgewinnungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Beschleunigungswert des Permanentmagnetsynchronmotors zu gewinnen, eine Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Schätzdrehmomentkonstante in Bezug auf den Permanentmagnetsynchronmotor aus einem repräsentativen Stromwert und einem repräsentativen Beschleunigungswert, die aus einer Vielzahl von Stromwerten und einer Vielzahl von Beschleunigungswerten in dem gleichen Betriebszustand über eine Vielzahl von Perioden des Sinusbefehlssignals gewonnen sind, und einer vorbestimmten Trägheit in Bezug auf den Permanentmagnetsynchronmotor zu berechnen, und eine Entmagnetisierungserfassungseinheit, die konfiguriert ist, um zu erfassen, ob die irreversible Entmagnetisierung in einem Permanentmagneten des Permanentmagnetsynchronmotors auftrat, oder nicht, auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante und einer vorbestimmten Drehmomentkonstante in Bezug auf den Permanentmagnetsynchronmotor.
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Vorzugsweise umfasst gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung die Steuervorrichtung weiterhin eine Reibungsberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Reibung gemäß einem Geschwindigkeitswert oder einer Polarität der Geschwindigkeit des Permanentmagnetsynchronmotors zu berechnen, und eine Korrekturstromwerterzeugungseinheit, die konfiguriert ist, um einen korrigierten Stromwert zu erzeugen, der der gemäß der Reibung korrigierte Stromwert ist.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Steuervorrichtung weiterhin vorzugsweise eine Offset-Komponentenentfernungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Offset-Komponente des Stromwerts des durch den Permanentmagnetsynchronmotor fließenden Stroms zu entfernen.
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Die Entmagnetisierungserfassungseinheit vergleicht vorzugsweise die Differenz mit jedem einer Vielzahl von Entmagnetisierungspegeln und erzeugt einen Alarm, falls die irreversible Entmagnetisierung in dem Permanentmagneten des Permanentmagnetsynchronmotors auftritt, oder gibt Vergleichsergebnisse zwischen der Differenz und jeder der Vielzahl von Entmagnetisierungspegeln aus, um den Betrieb des Permanentmagnetsynchronmotors zu begrenzen.
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Die Entmagnetisierungserfassungseinheit weist vorzugsweise eine Einheit zur Verringerungsratenberechnung und Geschwindigkeitszuwachsänderung auf, die konfiguriert ist, um eine Verringerungsrate der Drehmomentkonstante des Permanentmagnetsynchronmotors auf der Grundlage der Schätzdrehmomentkonstante und der vorbestimmten Drehmomentkonstante zu berechnen, und um einen Geschwindigkeitszuwachs des Permanentmagnetsynchronmotors auf der Grundlage der Verringerungsrate zu ändern.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Schätzdrehmomentkonstante in Bezug auf den Permanentmagnetsynchronmotor aus dem repräsentativen Stromwert und dem repräsentativen Beschleunigungswert, die aus einer Vielzahl von Stromwerten und einer Vielzahl von Beschleunigungswerten in dem gleichen Betriebszustand über eine Vielzahl von Perioden des Sinusbefehlssignals gewonnen wurden, und der vorbestimmten Trägheit in Bezug auf den Permanentmagnetsynchronmotor berechnet, und es wird erfasst, ob die irreversible Entmagnetisierung in dem Permanentmagneten des Permanentmagnetsynchronmotors auftrat, oder nicht, auf der Grundlage der Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante und der vorbestimmten Drehmomentkonstante in Bezug auf den Permanentmagnetsynchronmotor. Aufgrund dessen führt der Permanentmagnetsynchronmotor einen periodischen Betrieb gemäß dem Sinusbefehlssignal für eine kurze Zeit zu der Zeit der Berechnung der Schätzdrehmomentkonstante aus, und deshalb ist es möglich, den Betriebsbereich des Permanentmagnetsynchronmotors zu der Zeit der Berechnung der Schätzdrehmomentkonstante zu begrenzen. Da es möglich ist, den Betriebsbereich des Permanentmagnetsynchronmotors wie vorstehend beschrieben zu verringern, ist es nicht länger erforderlich, den Rotor des Permanentmagnetsynchronmotors um einen elektrischen Winkel oder mehr zu drehen. Folglich ist es möglich, die irreversible Entmagnetisierung in dem Magneten des Rotors des Permanentmagnetsynchronmotors selbst dann geeignet zu erfassen, falls der Betriebsbereich der Antriebswelle des Permanentmagnetsynchronmotors begrenzt ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlicher. Es zeigen:
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1 eine Blockdarstellung eines Systems mit einer Steuervorrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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2 ein Ablaufdiagramm des Betriebs der Steuervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung;
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3 eine Blockdarstellung eines Systems mit einer Steuervorrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung; und
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4 eine Blockdarstellung eines Systems mit einer Steuervorrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung
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Ausführungsbeispiele der Steuervorrichtung gemäß der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist das gleiche Bezugszeichen an die gleiche Komponente angefügt.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 eine Blockdarstellung eines Systems mit einer Steuervorrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In 1 steuert eine Steuervorrichtung 1 die Position, die Geschwindigkeit, das Drehmoment usw. eines Permanentmagnetsynchronmotors 3 auf der Grundlage eines Befehlssignals gemäß einem Arbeitsprozess, der durch eine obere Steuervorrichtung 2 angewiesen ist, wie eine CNC (Computer Numerical Control), die mit der Steuervorrichtung 1 verbunden ist. Durch Steuern der Steuervorrichtung 1 führt ein angetriebenes Objekt 4, wie ein Tisch, der mit dem Permanentmagnetsynchronmotor 3 verbunden ist, ein Arm, der mit diesem verbunden ist, und eine Arbeit, die an diesen angefügt und von diesem gelöst wird, eine vorbestimmte Bewegung durch (z. B. eine Bogenbewegung).
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Damit die Steuervorrichtung 1 die Position, die Geschwindigkeit, das Drehmoment usw. des Permanentmagnetsynchronmotors 3 steuert, ist eine Erfassungseinrichtung 5 vorgesehen, die konfiguriert ist, um die Geschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) des Permanentmagnetsynchronmotors 3 zu erfassen, und um die erfasste Geschwindigkeit der Steuervorrichtung 1 zuzuführen. Zum Beispiel wird ein Messgeber als die Erfassungseinrichtung 5 verwendet, der konfiguriert ist, um einen Impuls proportional zu der Geschwindigkeit des Permanentmagnetsynchronmotors zu erzeugen.
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Der Permanentmagnetsynchronmotor 3 kann irgendein Motor sein, wie ein Motor zum Ändern der Position und der Lage eines Tisches, der eine Arbeit in einem Maschinenwerkzeug hält, ein Motor zum Drehen und Betreiben eines Armes eines Roboters usw. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Permanentmagnetsynchronmotor 3 ein Drehservomotor umfassend einen Rotor 32 mit einer Drehwelle 31, an die die Erfassungseinrichtung 5 angefügt ist, und einen Stator 33, der angeordnet ist, um den Rotor 32 zu umgeben.
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Der Rotor 32 weist vier Permanentmagneten 34a, 34b, 34c und 35d auf, die bei 90° Intervallen angeordnet sind. Die Permanentmagneten 34a, 34b, 34c und 34d sind derart angeordnet, dass deren Endabschnitte auf der Seite des Stators 33 um 90° voneinander in der Drehrichtung des Rotors 32 getrennt sind, und die Endabschnitte auf der Außenseite der Permanentmagnete 34a, 34b, 34c und 34d wechselweise der Nordpol, Südpol, Nordpol und Südpol sind.
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Der Stator 33 weist drei Spulen 35u, 35v und 35w auf, die bei 120°-Intervallen angeordnet sind, und denen jeweils ein U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Wechselstrom zugeführt wird. Folglich fungiert der Permanentmagnetsynchronmotor 3 als ein Dreiphasensynchronmotor.
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Gemäß der Erfindung, wie nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird, erfasst die Steuervorrichtung 1, ob die irreversible Entmagnetisierung in den Permanentmagneten 34a, 34b, 34c und 34d auftrat, oder nicht, und gibt das Erfassungsergebnis, ob die irreversible Entmagnetisierung auftragt, oder nicht, zu der oberen Steuervorrichtung 2 aus, und die obere Steuervorrichtung 2 erzeugt einen Alarm, falls die irreversible Entmagnetisierung in den Permanentmagneten 34a, 34b, 34c und 34d auftrat, oder begrenzt den Betrieb des Permanentmagnetsynchronmotors 3. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wie nachstehend ausführlicher beschrieben werden wird, lässt die obere Steuervorrichtung 2 des Weiteren eine Lampe 6, wie eine LED, aufleuchten, um einen Alarm zu erzeugen, und hält den Betrieb des Permanentmagnetsynchronmotors 3 an.
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Die Steuervorrichtung 1 umfasst eine Positionssteuereinheit 11, eine Geschwindigkeitssteuereinheit 12, einen Addierer 13, eine Stromsteuereinheit 14, einen Verstärker 15, eine Sinusbefehlssignalfrequenzsetzeinheit 16, eine Sinusbefehlssignalerzeugungseinheit 17, eine Stromwertgewinnungseinheit 18, eine Geschwindigkeitswertgewinnungseinheit 19, eine Abtastdatenspeichereinheit 20, eine Beschleunigungsgewinnungseinheit 21, eine Speichereinheit 22 für vorbestimmte Daten, eine Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 und eine Entmagnetisierungserfassungseinheit 24.
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Jede Einheit der Steuervorrichtung 1 und der oberen Steuervorrichtung 2 ist um der Einfachheit Willen mit separaten Konfigurationen gezeigt, sie müssen aber nicht solche sein, die jeweils einem individuellen Stück an Hardware entsprechen, oder können durch Hardware oder Software implementiert werden, in der keine klare Trennung zwischen jeder Einheit vorliegt. Werden sie durch Software implementiert, kann es möglich sein, jede Einheit als einen individuellen Softwareteil zu konfigurieren, sie können jedoch durch Software implementiert werden, in der keine klare Trennung zwischen jeder Einheit vorliegt.
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Die Positionssteuereinheit 11 führt einen Betrieb gemäß einem Positionsbefehlssignal aus der oberen Steuervorrichtung 2 und einem Positionsrückkopplungssignal, das durch Integrieren eines Geschwindigkeitsrückkopplungssignals aus der Erfassungseinrichtung 5 erzeugt wurde, auf der Grundlage eines vorbestimmten Positionszuwachses durch. Die Geschwindigkeitssteuereinheit 12 führt einen Betrieb gemäß einem Geschwindigkeitsbefehlssignal aus der Positionssteuereinheit 11 und dem Geschwindigkeitsrückkopplungssignal aus der Erfassungseinrichtung 5 auf der Grundlage des vorbestimmten Geschwindigkeitszuwachses durch. Der Addierer 13 addiert ein Drehmomentbefehlssignal aus der Geschwindigkeitssteuereinheit 12, das einem der Eingabeteile eingegeben wird, und ein Sinusbefehlssignal, welches nachstehend beschrieben wird, das dem anderen Eingabeteil zugeführt wird, und führt ein Ausgabesignal des Addierers 13 der Stromsteuereinheit 14 zu.
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Die Stromsteuereinheit 14 führt einen Betrieb gemäß dem Ausgabesignal des Addierers 13 und einem Stromrückkopplungssignal aus dem Verstärker 15 durch. Der Verstärker 15 steuert dem Permanentmagnetsynchronmotor 3 zuzuführenden Strom (Power) gemäß einem Ausgabesignal der Stromsteuereinheit 14, das dem Verstärker 15 eingegeben wird. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel bedeutet das Stromrückkopplungssignal eine Q-Phasen-Stromrückkopplung, die ein Wirkstrom als ein Ergebnis des Abtastens der Drei-Phasen-Stromrückkopplung des Permanentmagnetsynchronmotors 3, der als ein Drei-Phasen-Synchronmotor fungiert, und einer dq-Wandlung aus dem Drei-Phasen-Wechselstromwert in einen Zwei-Phasen-Wechselstromwert unter Verwendung von Phaseninformationen ist, die durch die Erfassungseinrichtung 5 gewonnen sind.
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Die Sinusbefehlssignalfrequenzsetzeinheit 16 setzt die Frequenz eines Sinusbefehlssignals, das durch die Sinusbefehlssignalerzeugungseinheit 17 erzeugt ist, auf eine vorbestimmte Frequenz (z. B. 10 Hz). Die Sinusbefehlssignalerzeugungseinheit 17 führt ein Sinusbefehlssignal mit der durch die Sinusbefehlssignalfrequenzsetzeinheit 16 gesetzten Frequenz dem anderen Eingabeteil des Addierers 13 zu.
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Die Stromwertgewinnungseinheit 18 gewinnt das Stromrückkopplungssignal aus dem Verstärker 15 als einen Stromwert bei einer vorbestimmten Abtastperiode T (z. B. T = 10 Millisekunden) und speichert dieses als einen Stromrückkopplungswert in der Abtastdatenspeichereinheit 20. Die Geschwindigkeitswertgewinnungseinheit 19 gewinnt das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal aus der Erfassungseinrichtung 5 als einen Geschwindigkeitswert bei der vorbestimmten Abtastperiode T (z. B. T = 10 Millisekunden) und speichert dieses als einen Geschwindigkeitsrückkopplungswert in der Abtastdatenspeichereinheit 20.
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Die Beschleunigungswertgewinnungseinheit 21 berechnet einen Beschleunigungswert aus dem in der Abtastdatenspeichereinheit 20 gespeicherten Geschwindigkeitsrückkopplungswert und speichert den berechneten Beschleunigungswert in der Abtastdatenspeichereinheit 20. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel berechnet die Beschleunigungswertgewinnungseinheit 21 einen Beschleunigungswert a = (v(n) – v(n – 1))/T aus einer Differenz zwischen einem Geschwindigkeitsrückkopplungswert v(n) der durch eine momentane Abtastung gewonnen ist, und einem Geschwindigkeitsrückkopplungswert v(n – 1), der durch eine vorhergehende Abtastung gewonnen ist.
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In der Speichereinheit 22 für vorbestimmte Daten werden gespeichert: zumindest ein Entmagnetisierungspegel, der als eine Referenz dient, die verwendet wird, um zu erfassen, ob die irreversible Entmagnetisierung in den Permanentmagneten 34a, 34b, 34c und 34d auftrat oder nicht, eine vorbestimmte Drehmomentkonstante, die auf den Permanentmagnetsynchronmotor 3 bezogen ist, d. h. eine Ist-Drehmomentkonstante des Permanentmagnetsynchronmotors 3 oder die Ist-Drehmomentkonstante des Permanentmagnetsynchronmotors 3, an den das angetriebene Objekt 4 angefügt ist, und eine vorbestimmte Trägheit in Bezug auf den Permanentmagnetsynchronmotor 3, d. h. eine Ist-Trägheit des Permanentmagnetsynchronmotors 3 oder eine Trägheit entsprechend der Summe der Ist-Trägheit des Permanentmagnetsynchronmotors 3 und der Ist-Trägheit des angetriebenen Objekts 4.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden in der Speichereinheit 22 für vorbestimmte Daten gespeichert: ein Entmagnetisierungspegel 1, ein Entmagnetisierungspegel 2 kleiner dem Entmagnetisierungspegel 1, eine Ist-Drehmomentkonstante Kt des Permanentmagnetsynchronmotors 3, an den das angetriebene Objekt 4 angefügt ist, und eine Trägheit 3 entsprechend der Summe der Ist-Trägheit des Permanentmagnetsynchronmotors 3 und der Ist-Trägheit des angetriebenen Objekts 4.
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Die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 entnimmt den Maximalwert und den Minimalwert des Stromrückkopplungswerts, die in der Abtastdatenspeichereinheit 20 für mehrere Perioden (z. B. 20 Perioden) des Sinusbefehlssignalverlaufs gespeichert sind, der durch die Sinusbefehlssignalerzeugungseinheit 17 erzeugt ist. Das heißt, durch periodisches Variieren des Drehmomentbefehlssignalwerts gemäß dem Sinusbefehlssignal erscheinen der maximale Spitzenwert und der minimale Spitzenwert in dem Stromrückkopplungswert in jeder Periode des Sinusbefehlssignals, und dann entnimmt die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 den Wert des maximalen Spitzenwerts und den Wert des minimalen Spitzenwerts.
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Nach der Entnahme des Maximalwerts und des Minimalwerts des Stromrückkopplungswerts berechnet die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 einen Mittelwert Imax, der der Mittelwert der Maximalwerte der Stromrückkopplungswerte ist, und einen Mittelwert Imin, der der Mittelwert der Minimalwerte der Stromrückkopplungswerte ist. Dann berechnet die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 einen mittleren Strom I als einen repräsentativen Stromwert, der der Mittelwert des Betragswerts des Maximalwerts des Stromrückkopplungswerts und des Betragswerts des Minimalwerts des Stromrückkopplungswerts ist. Folglich wird der mittlere Strom I dargestellt durch: (|Mittelwert Imax| + |Mittelwert Imin|)/2.
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In ähnlicher Weise entnimmt die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 den Maximalwert und den Minimalwert der Beschleunigungswerte, die in der Abtastdatenspeichereinheit 20 für mehrere Perioden (z. B. 20 Perioden) des Sinusbefehlssignalverlaufs gespeichert sind, der durch die Sinusbefehlssignalerzeugungseinheit 17 erzeugt ist. Das heißt, durch periodisches Variieren des Drehmomentbefehlssignalwerts gemäß dem Sinusbefehlssignal erscheinen der maximale Spitzenwert und der minimale Spitzenwert in dem Beschleunigungswert in jeder Periode des Sinusbefehlssignals, und dann entnimmt die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 den Wert des maximalen Spitzenwerts und den Wert des minimalen Spitzenwerts.
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Nach der Entnahme des Maximalwerts und des Minimalwerts des Beschleunigungswerts berechnet die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 einen Mittelwert Amax, der der Mittelwert der Maximalwerte der Beschleunigungswerte ist, und einen Mittelwert Amin, der der Mittelwert der Minimalwerte der Beschleunigungswerte ist. Dann berechnet die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 eine mittlere Beschleunigung a als einen repräsentativen Beschleunigungswert, der der Mittelwert des Betragswerts des Maximalwerts des Beschleunigungswerts und des Betragswerts des Minimalwerts des Beschleunigungswerts ist. Folglich wird die mittlere Beschleunigung a dargestellt durch: (|Mittelwert Amax| + |Mittelwert Amin|)/2.
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Da der Stromrückkopplungswert und der Beschleunigungswert gemäß dem Sinusbefehlssignal entnommen werden, falls das aus der Geschwindigkeitssteuereinheit 12 ausgegebene Drehmomentbefehlssignal nicht null beträgt, korrigiert die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 die Werte um einen Betrag, der dem Einfluss entspricht.
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Nach Berechnung des mittleren Stroms I und der mittleren Beschleunigung a' berechnet die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 einen Schätzdrehmomentkonstante Ks gemäß dem Ausdruck Ks = J·a'/I. Dann berechnet die Endmagnetisierungserfassungseinheit 24 eine Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt und bestimmt, ob die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt größer als der Entmagnetisierungspegel 1 ist, oder nicht, oder ob die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt größer als der Entmagnetisierungspegel 2 ist, oder nicht.
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Ist die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt größer als der Entmagnetisierungspegel 1, dann führt die Entmagnetisierungserfassungseinheit 24 die Information, dass die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt größer als der Entmagnetisierungspegel 1 ist, als das Vergleichsergebnis der oberen Steuervorrichtung 2 zu, und die obere Steuervorrichtung 2 begrenzt den Betrieb des Permanentmagnetsynchronmotors 3. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, falls die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Kt und der Ist-Drehmomentkonstante Kt größer als der Entmagnetisierungspegel 1 ist, schaltet die obere Steuervorrichtung 2 die Stromquelle des Verstärkers 15 ab und hält den Betrieb des Permanentmagnetsynchronmotors 3 an.
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Ist die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt kleiner als der Entmagnetisierungspegel 1 und größer als der Entmagnetisierungspegel 2, dann führt die Entmagnetisierungserfassungseinheit 24 die Information, dass die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt kleiner als der Entmagnetisierungspegel 1 und größer als der Entmagnetisierungspegel 2 ist, als das Vergleichsergebnis zu der oberen Steuervorrichtung 2 zu, und die obere Steuervorrichtung 2 erzeugt einen Alarm. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, falls die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt kleiner als der Entmagnetisierungspegel 1 und größer als der Entmagnetisierungspegel 2 ist, lässt die obere Steuervorrichtung 2 die Lampe 6 aufleuchten.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm des Betriebs der Steuervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dieses Ablaufdiagramm wird durchgeführt, nachdem die Steuervorrichtung 1 das Befehlssignal zum Beginnen einer Entmagnetisierungserfassungsverarbeitung aus der oberen Steuervorrichtung 2 empfängt.
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In Schritt S1 erzeugt die Sinusbefehlssignalerzeugungseinheit 17 ein Sinusbefehlssignal. Als nächstes gewinnt in Schritt S2 die Stromwertgewinnungseinheit 18 das Stromrückkopplungssignal als den Stromwert, und gewinnt die Geschwindigkeitswertgewinnungseinheit 19 das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal als den Geschwindigkeitswert.
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Als nächstes bestimmt in Schritt S3 die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23, ob die spezifizierte Periode T abgelaufen ist, oder nicht. Ist die spezifizierte Periode T noch nicht abgelaufen, dann kehrt die Prozedur zu Schritt S2 zurück. Demgegenüber, wenn die spezifizierte Periode T abgelaufen ist, gewinnt in Schritt S4 die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 den mittleren Strom I als den repräsentativen Stromwert und die mittlere Beschleunigung a' als den repräsentativen Beschleunigungswert, die aus der Vielzahl von Stromwerten und der Vielzahl von Beschleunigungswerten in dem gleichen Betriebszustand (z. B. in der Bogenbewegung des angetriebenen Objekts 4) über die Periode T als eine Vielzahl von Perioden des Sinusbefehlssignals gewonnen sind.
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Als nächstes berechnet in Schritt S5 die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 die Schätzdrehmomentkonstante Ks gemäß dem Ausdruck Ks = J·a'/I. Als nächstes bestimmt in Schritt S6 die Entmagnetisierungserfassungseinheit 24, ob die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt größer als der Entmagnetisierungspegel 1 ist, oder nicht.
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Ist die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt größer als der Entmagnetisierungspegel 1, dann führt in Schritt S7 die Entmagnetisierungserfassungseinheit 24 die Information, dass die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt größer als der Entmagnetisierungspegel 1 ist, als das Vergleichsergebnis der oberen Steuervorrichtung 2 zu, und die obere Steuervorrichtung 2 schaltet die Stromquelle des Verstärkers 15 ab, hält den Betrieb des Permanentmagnetsynchronmotors 3 an und verlässt die Verarbeitung.
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Ist die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt kleiner oder gleich dem Entmagnetisierungspegel 1, dann bestimmt in Schritt S8 die Entmagnetisierungserfassungseinheit 24, ob die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt größer als der Entmagnetisierungspegel 2 ist, oder nicht. Ist die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt größer als der Entmagnetisierungspegel 2, dann führt in Schritt S9 die Entmagnetisierungserfassungseinheit 24 die Information, dass die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt kleiner als der Entmagnetisierungspegel 1 und größer als der Entmagnetisierungspegel 2 ist, als das Vergleichsergebnis zu der oberen Steuervorrichtung 2 zu, und die obere Steuervorrichtung 2 lässt die Lampe 6 aufleuchten und verlässt die Verarbeitung. Ist die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt kleiner oder gleich dem Entmagnetisierungspegel 2, dann verlässt die obere Steuervorrichtung 2 die Verarbeitung ohne Durchführung eines Vorgangs.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel führt der Permanentmagnetsynchronmotor 3 den periodischen Betrieb gemäß dem Sinusbefehlssignal für eine kurze Zeit zu der Zeit der Berechnung der Schätzdrehmomentkonstante durch, und deshalb ist es möglich, den Betriebsbereich des Permanentmagnetsynchronmotors 3 zu der Zeit der Berechnung der Schätzdrehmomentkonstante zu verringern. Da es möglich ist, den Betriebsbereich des Permanentmagnetsynchronmotors 3 wie vorstehend beschrieben zu verringern, ist es nicht länger erforderlich, den Rotor 32 um einen elektrischen Winkel oder mehr zu drehen. Folglich ist es möglich, die irreversible Entmagnetisierung in den Magneten 34a, 34b, 34c und 34d selbst dann geeignet zu erfassen, falls der Betriebsbereich der Antriebswelle 31 begrenzt ist, so wie in der Bogenbewegung.
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Da des Weiteren das Stromrückkopplungswertsignal und das Geschwindigkeitsrückkopplungssignal über eine Vielzahl von Perioden verwendet werden, ist es möglich, den Einfluss von Rauschen durch Mittelwertbildung über die Vielzahl von Perioden zu verringern. Des Weiteren ist es durch Setzen einer Vielzahl von Entmagnetisierungspegeln möglich, Maßnahmen gemäß dem Entmagnetisierungspegel zu ergreifen, und deshalb wird die Sicherheit verbessert.
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3 zeigt eine Blockdarstellung eines Systems mit einer Steuervorrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In 3 umfasst eine Steuereinheit 1' weiterhin eine Reibungsberechnungseinheit 25, eine Korrekturstromwerterzeugungseinheit 26 und eine Offsetkomponentenentfernungseinheit 27 zusätzlich zu den Komponenten der Steuereinheit gemäß 1.
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Die Reibungsberechnungseinheit 25 berechnet eine Reibung (viskose Reibung und Coulomb-Reibung) gemäß dem Geschwindigkeitswert oder der Polarität der Geschwindigkeit, die in der Geschwindigkeitswertgewinnungseinheit 19 gewonnen sind. Die Korrekturstromwerterzeugungseinheit 26 korrigiert den Stromwert, der in der Stromwertgewinnungseinheit 18 gewonnen ist, gemäß der in der Reibungsberechnungseinheit 25 berechneten Reibung und erzeugt einen korrigierten Stromwert. Die Offsetkomponentenentfernungseinheit 27 entfernt eine Offsetkomponente des korrigierten Stromwerts, die in der Korrekturstromwerterzeugungseinheit 26 erzeugt ist. Die Offsetkomponentenentfernungseinheit 27 umfasst z. B. ein Hochpassfilter.
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Die Berechnung der Reibung durch die Reibungsberechnungseinheit 25, die Erzeugung des Korrekturstromwerts durch die Korrekturstromwerterzeugungseinheit 26 und die Entfernung der Offsetkomponente des Korrekturstromwerts durch die Offsetkomponentenentfernungseinheit 27 werden in Schritt S4 des Ablaufdiagramms gemäß 2 durchgeführt.
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Wirkt eine konstante Kraft, wie eine Gravitationskraft, auf den Permanentmagnetsynchronmotor 3, tritt eine Offsetkomponente in dem Stromwert eines durch den Permanentmagnetsynchronmotor 3 fließenden Stroms auf, es wird jedoch gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Entfernen der Offsetkomponente des Stromwerts durch die Offsetkomponentenentfernungseinheit 27 die Genauigkeit der Berechnung der Schätzdrehmomentkonstante Ks durch die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 verbessert. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird des Weiteren der in der Stromwertgewinnungseinheit 18 gewonnenen Stromwert gemäß der in der Reibungsberechnungseinheit 25 berechneten Reibung korrigiert, und deshalb wird die Genauigkeit der Berechnung der Schätzdrehmomentkonstante Ks durch die Schätzdrehmomentkonstantenberechnungseinheit 23 weiter verbessert.
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4 zeigt eine Blockdarstellung eines Systems mit einer Steuervorrichtung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In 4 umfasst eine Steuervorrichtung 1'' weiterhin eine Einheit 28 zur Verringerungsratenberechnung und Geschwindigkeitszuwachsänderung zusätzlich zu den Komponenten der Steuervorrichtung 1 gemäß 1.
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Die Einheit 28 zur Verringerungsratenberechnung und Geschwindigkeitszuwachsänderung berechnet eine Verringerungsrate σ gemäß dem Ausdruck σ = Ks/Kt und ändert den Geschwindigkeitszuwachs des Permanentmagnetsynchronmotors 3 auf der Grundlage der Verringerungsrate σ. Zum Beispiel ändert die Einheit 28 zur Verringerungsratenberechnung und Geschwindigkeitszuwachsänderung einen integralen Geschwindigkeitszuwachs K1 und einen proportionalen Geschwindigkeitszuwachs K2 jeweils gemäß den Ausdrücken K1 = K1/σ und K2 = K2/σ.
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Die Berechnung der Verringerungsrate σ und die Änderung des Geschwindigkeitszuwachses durch die Einheit 28 zur Verringerungsratenberechnung und Geschwindigkeitszuwachsänderung werden in Schritt S9 des Ablaufdiagramms gemäß 2 durchgeführt.
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Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, wenn die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt vergleichsweise klein ist, wenn z. B. die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt kleiner als der Entmagnetisierungspegel 1 und größer als der Entmagnetisierungspegel 2 sind, ist es durch Ändern des Geschwindigkeitszuwachses möglich, den Betrieb des Permanentmagnetsynchronmotors 3 zu stabilisieren. Der Geschwindigkeitszuwachs ist umgekehrt proportional zu der Ist-Drehmomentkonstante Kt, und deshalb ist es möglich, den Betrieb des Permanentmagnetsynchronmotors 3 zu stabilisieren, wenn die Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt vergleichsweise klein ist, durch Erhöhen des Geschwindigkeitszuwachses, um umgekehrt proportional zu der Differenz zwischen der Schätzdrehmomentkonstante Ks und der Ist-Drehmomentkonstante Kt zu sein.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt, und es kann eine Anzahl von Abänderungen und Modifikationen vorliegen. Zum Beispiel wird in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Fall beschrieben, in dem der Drehservomotor, in dem die Permanentmagneten 34a, 34b, 34c und 34d in dem Rotor 32 vorgesehen sind, als der Permanentmagnetsynchronmotor 3 verwendet, es ist jedoch möglich, einen Drehservomotor, in dem Permanentmagneten in dem Stator vorgesehen sind, einen linearen Servomotor, in dem Permanentmagneten in irgendeinem eines Stators und eines Gleiters vorgesehen sind, einen Vibrationsservomotor, in dem Permanentmagneten in irgendeinem eines Stators und eines Schwingelements vorgesehen sind, usw. als der Permanentmagnetsynchronmotor 3 zu verwenden.
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Des Weiteren ist in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fall beschrieben, in dem das Sinusbefehlssignal zu dem Drehmomentbefehlssignal addiert wird, es ist jedoch möglich, das Sinusbefehlssignal zu dem Positionsbefehlssignal oder dem Geschwindigkeitsbefehlssignal anstelle des Addierens zu dem Drehmomentbefehlssignal zu addieren. Ist die Steifigkeit des angetriebenen Objekts einschließlich des Permanentmagnetsynchronmotors 3 hoch, dann ist es bevorzugt, das Sinusbefehlssignal zu dem Drehmomentsignal zu addieren, und in diesem Fall ist es möglich, die Frequenz des Drehmomentbefehlssignals zu erhöhen. Kann die Frequenz erhöht werden, ist es möglich, eine große Beschleunigung zu gewinnen, und deshalb wird die Genauigkeit verbessert und kann der Drehwinkel des Rotors verringert werden, und ist es weiterhin möglich, die Schätzzeit zu verringern. Ist die Steifigkeit demgegenüber gering, dann wird die Schätzungsgenauigkeit aufgrund eines Einflusses der Rückwirkung, der verlorenen Bewegung einer Feder usw. herabgemindert. Deshalb ist es erforderlich, die Signalfrequenz zu verringern, wird jedoch die Signalfrequenz verringert, ist es nicht länger möglich, eine hinreichende Beschleunigung aufgrund des Einflusses der Geschwindigkeitssteuerung und der Positionssteuerung zu gewinnen. In diesem Fall ist es bevorzugt, das Sinusbefehlssignal zu dem Positionsbefehlssignal oder dem Geschwindigkeitsbefehlssignal zu addieren.
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In den vorstehenden beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Fall beschrieben, in dem der mittlere Strom I als der repräsentative Stromwert berechnet wird, der durch Mittelwertbilden bei dem Betragswert des Maximalwerts des Stromrückkopplungswerts und des Betragswerts des Minimalwerts des Stromrückkopplungswerts in jeder Periode des Sinusbefehlssignals über die Vielzahl von Perioden berechnet wird, und die mittlere Beschleunigung a' als der repräsentative Beschleunigungswert berechnet wird, der durch Mittelwertbilden bei dem Betragswert des Maximalwerts des Beschleunigungswerts und bei dem Betragswert des Minimalwerts des Beschleunigungswerts in jeder Periode über die Vielzahl von Perioden gewonnen wird, jedoch sind der repräsentative Stromwert und der repräsentative Beschleunigungswert nicht auf die vorstehende Beschreibung eingeschränkt. Es ist zum Beispiel ebenso möglich, die Summe der Betragswerte der Stromrückkopplungswerte über eine Vielzahl von Perioden des Sinusbefehlssignals als den repräsentativen Stromwert zu berechnen, und die Summe der Betragswerte der Beschleunigungsrückkopplungswerte über eine Vielzahl von Perioden des Sinusbefehlssignals als den repräsentativen Beschleunigungswert zu berechnen.
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Des Weiteren ist der Fall beschrieben, in dem die Lampe 6 verwendet wird, um einen Alarm zu erzeugen, es ist jedoch ebenso möglich, eine Flüssigkristallanzeige (LED), einen Summer usw. zu verwenden, um einen Alarm zu erzeugen.
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Wie vorstehend beschrieben, wurde die Erfindung in Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben, jedoch ist für den Fachmann ersichtlich, dass eine Vielzahl von Abänderungen und Modifikationen vorliegen kann, ohne von dem Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen, die nachstehend beschrieben sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 3857425 [0006]
- JP 3857425 B2 [0006]
