DE102015001147A1

DE102015001147A1 - Motorsteuervorrichtung zur Korrektur eines Interpolationsfehlers einer Positionserfassungseinrichtung

Info

Publication number: DE102015001147A1
Application number: DE102015001147.2A
Authority: DE
Inventors: Ryoutarou TSUNEKI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2014-02-06
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2035-01-31
Also published as: DE102015001147B4; US20150220067A1; JP2015149836A; CN104836487B; CN104836487A; US9958837B2; JP5850960B2

Abstract

Eine Motorsteuervorrichtung 1 umfasst eine Positionserfassungseinrichtung 11 zur Erfassung der Position eines Rotors eines Motors 2, eine Geschwindigkeitserfassungseinheit 12 zur Berechnung eines Geschwindigkeitserfassungswerts auf der Grundlage eines Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung 11 erfasst ist, eine Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 13 zur Erzeugung einer Sollgeschwindigkeit, die eine Drehgeschwindigkeit des Rotors des Motors 2 anweist, eine Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 zur Berechnung eines Korrekturbetrags auf der Grundlage des Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung 11 erfasst ist, eine Korrekturverarbeitungseinheit 15 zur Korrektur des Geschwindigkeitserfassungswerts unter Verwendung des Korrekturbetrags, und eine Solldrehmomenterzeugungseinheit 16 zur Erzeugung eines Solldrehmoments, das ein Drehmoment des Motors 2 auf der Grundlage der Sollgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitserfassungswerts anweist, der durch die Korrekturverarbeitungseinheit 15 korrigiert ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung, die eine Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung der Position eines Rotors eines Motors umfasst.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Damit die Position eines Rotors eines Motors erfasst wird, wird eine Positionserfassungseinrichtung, wie ein Drehmessgeber oder eine lineare Skala, in einer Motorsteuervorrichtung zur Steuerung eines Drehantriebs des Motors vorgesehen. Ein Positionserfassungswert, der durch die Positionserfassungseinrichtung erfasst und rückgeführt wird, wird zur Erzeugung einer Sollgeschwindigkeit oder eines Solldrehmoments für einen Motor verwendet.
Eine Positionserfassungseinrichtung realisiert eine hohe Auflösungsleistung durch weiteres elektrisches Interpolieren (Unterteilen) einer physikalischen Skala. Die Interpolation weist jedoch einen Fehler auf, und der Fehler wird jedes Mal dann erzeugt, wenn sich ein Rotor eines Motors einmal dreht. Ein Positionserfassungsfehler, der durch einen Interpolationsfehler verursacht wird, tritt somit zyklisch in einer Ausgabe einer Positionserfassungseinrichtung auf. Durch den Positionserfassungsfehler tritt eine zyklische Oszillation einer Sollgeschwindigkeit oder eines Solldrehmoments auf, die oder das durch eine Motorsteuervorrichtung erzeugt wird. Im Ergebnis wird Rauschen aus einem Motor erzeugt, der durch die Motorsteuervorrichtung angetrieben und gesteuert wird, was zu Problemen führen kann. Ein Positionserfassungsfehler variiert abhängig von dem Prozess, der Struktur und den Eigenschaften einer Positionserfassungseinrichtung, und ist für die Positionserfassungseinrichtung spezifisch.
Die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 11-259110 beschreibt zum Beispiel eine Technik, in der für die Variation eines Positionserfassungsfehlers, der für eine Positionserfassungseinrichtung spezifisch ist, dessen Frequenz berechnet wird und ein Sperrfilter, das die Frequenz als die Mittelfrequenz umfasst, bei diesem angewendet wird, um den Positionserfassungsfehler zu korrigieren. Dadurch wird eine Oszillation verringert, die durch den Positionserfassungsfehler erzeugt und verursacht wird.
Eine Positionserfassungseinrichtung, die in einer Motorsteuervorrichtung vorgesehen ist, weist einen zyklischen Positionserfassungsfehler auf, der durch einen Interpolationsfehler verursacht wird. Unter den vorstehend beschriebenen Sollgrößen tritt eine zyklische Oszillation eines Solldrehmoments auf, das durch eine Motorsteuervorrichtung unter Verwendung eines Positionserfassungswerts erzeugt wird, der einen Positionserfassungsfehler umfasst. Deshalb wird Rauschen aus einem Motor verursacht, wenn ein Drehantrieb des Motors unter Verwendung eines derartigen Solldrehmoments gesteuert wird.
Die Erfindung, die in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 11-259110 beschrieben ist, weist eine Funktion zum Korrigieren eines Positionserfassungsfehlers in einer Positionserfassungseinrichtung auf. Jedoch muss eine existierende Positionserfassungseinrichtung, die keine derartige Korrekturfunktion in sich aufweist, mit der Korrekturfunktion in der Einrichtung derart versehen werden, dass die Korrekturfunktion physikalisch zu ihr hinzugefügt wird. Deshalb ist es in einigen Fällen schwierig, die Korrekturfunktion zu der Einrichtung hinzuzufügen oder es steigen die Kosten abhängig von der Struktur der Positionserfassungseinrichtung an, was zu Problemen führen kann.
Kurzfassung der Erfindung
In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Motorsteuervorrichtung, die stabil einen Motor selbst dann steuern kann, wenn ein Positionserfassungsfehler variiert, der für eine Positionserfassungseinrichtung spezifisch ist.
Damit die vorstehend beschriebene Aufgabe gelöst wird, umfasst in einer ersten Ausgestaltung eine Motorsteuervorrichtung eine Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung der Position eines Rotors eines Motors, eine Geschwindigkeitserfassungseinheit zur Berechnung eines Geschwindigkeitserfassungswerts auf der Grundlage eines Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung erfasst ist, eine Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit zur Erzeugung einer Sollgeschwindigkeit, die eine Drehgeschwindigkeit des Rotors des Motors anweist; eine Korrekturbetragsberechnungseinheit zur Berechnung eines Korrekturbetrags auf der Grundlage des Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung erfasst ist, eine Korrekturverarbeitungseinheit zur Korrektur des Geschwindigkeitserfassungswerts unter Verwendung des Korrekturbetrags, und eine Solldrehmomenterzeugungseinheit zur Erzeugung eines Solldrehmoments, das ein Drehmoment des Motors auf der Grundlage der Sollgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitserfassungswerts anweist, der durch die Korrekturverarbeitungseinheit korrigiert ist.
In einer zweiten Ausgestaltung umfasst eine Motorsteuervorrichtung eine Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung der Position eines Rotors eines Motors; eine Geschwindigkeitserfassungseinheit zur Berechnung eines Geschwindigkeitserfassungswerts auf der Grundlage eines Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung erfasst ist, eine Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit zur Erzeugung einer Sollgeschwindigkeit, die eine Drehgeschwindigkeit des Rotors des Motors anweist, eine Solldrehmomenterzeugungseinheit zur Erzeugung eines Solldrehmoments, das ein Drehmoment des Motors auf der Grundlage der Sollgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitserfassungswerts anweist, eine Korrekturbetragsberechnungseinheit zur Berechnung eines Korrekturbetrags auf der Grundlage des Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung erfasst ist, und eine Korrekturverarbeitungseinheit zur Korrektur des Solldrehmoments unter Verwendung des Korrekturbetrags.
In der ersten und zweiten Ausgestaltung kann die Korrekturbetragsberechnungseinheit eingerichtet sein, um den Korrekturbetrag zu berechnen, indem eine Vielzahl von. Sinussignalverläufen synthetisiert wird, von denen jeder eine spezifische Frequenzkomponente, eine Amplitudenkomponente und eine initiale Phase aufweist.
In der ersten und der zweiten Ausgestaltung kann jede der Sinusfrequenzkomponenten eingerichtet sein, einen Wert aufzuweisen, der eine natürliche Zahl mal einer Grundfrequenz ist, die durch eine Drehfrequenz des Motors und eine physikalische Skalenzahl der Positionserfassungseinrichtung bestimmt ist.
In der ersten und der zweiten Ausgestaltung kann die Korrekturbetragsberechnungseinheit eingerichtet sein, um jeden Sinussignalverlauf zu bestimmen, der in der Berechnungsverarbeitung eines Korrekturbetrags synthetisiert ist, so dass die Differenz zwischen einem Fehler, der durch einen Interpolationsfehler für eine einzelne Umdrehung des Rotors verursacht wird, der die Positionserfassungseinrichtung enthält und der vorab gemessen ist, und dem Korrekturbetrag sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird klarer verständlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine Blockdarstellung, die eine Motorsteuervorrichtung eines ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
2 eine Darstellung, die Betriebe einer Korrekturbetragsberechnungseinheit und einer Korrekturverarbeitungseinheit beschreibt;
3 ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf einer Motorsteuervorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels zeigt;
4 eine Blockdarstellung, die eine Motorsteuervorrichtung eines zweiten Ausführungsbeispiels zeigt;
5 eine Darstellung, die Betriebe einer Korrekturbetragsberechnungseinheit und einer Korrekturverarbeitungseinheit zeigt; und
6 ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf einer Motorsteuervorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Eine Motorsteuervorrichtung zur Korrektur eines Interpolationsfehlers einer Positionserfassungseinrichtung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung jedoch nicht auf die Zeichnungen und die nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist.
1 zeigt eine Blockdarstellung, die wiederum eine Motorsteuervorrichtung des ersten Ausführungsbeispiels zeigt. Hierbei wird ein Bespiel beschrieben werden, in dem ein Motor 2 durch eine Motorsteuervorrichtung 1 drehgetrieben wird. Ein Antriebsstrom des Motors 2 wird durch einen Stromwandler 3 erzeugt. Der Stromwandler 3 wird durch eine (nicht gezeigte) Wandlerschaltung gebildet, die in sich ein Schaltelement aufweist, wie einen PWM-Inverter. Der Stromwandler 3 wandelt einen Gleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Drehtreiben eines Motors 2 um, indem einem Schaltelement, das in dem Wandler vorgesehen ist, die Durchführung eines Schaltvorgangs auf der Grundlage eines Solldrehmoments ermöglicht wird, das durch die Motorsteuervorrichtung 1 erzeugt ist. Der Motor 2 operiert auf der Grundlage eines zugeführten spannungsvariablen und frequenzvariablen Dreiphasenwechselstroms.
Die Motorsteuervorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels umfasst: eine Positionserfassungseinrichtung 11 zur Erfassung der Position eines Rotors des Motors 2; eine Geschwindigkeitserfassungseinheit 12 zur Berechnung eines Geschwindigkeitserfassungswerts auf der Grundlage eines Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung 11 erfasst ist; eine Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 13 zur Erzeugung einer Sollgeschwindigkeit, die eine Drehgeschwindigkeit des Rotors des Motors 2 anweist; eine Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 zur Berechnung eines Korrekturbetrags auf der Grundlage des Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung 11 erfasst ist; eine Korrekturverarbeitungseinheit 15 zur Korrektur des Geschwindigkeitserfassungswerts unter Verwendung des Korrekturbetrags; und eine Solldrehmomenterzeugungseinheit 16 zur Erzeugung eines Solldrehmoments, das ein Drehmoment des Motors auf der Grundlage der Sollgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitserfassungswerts anweist, der durch die Korrekturverarbeitungseinheit 15 korrigiert ist. Spezifische Bespiele der Positionserfassungseinrichtung 11 umfassen einen Drehmessgeber oder eine lineare Skala.
2 zeigt eine Darstellung, die Betriebe einer Korrekturbetragsberechnungseinheit und einer Korrekturverarbeitungseinheit beschreibt. Als ein Bespiel werden nachstehend Betriebe der Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 und der Korrekturverarbeitungseinheit 15 in Fällen gezeigt, in denen ein Geschwindigkeitserfassungsfehler, der durch einen Interpolationsfehler der Positionserfassungseinrichtung 11 verursacht wird und wiederholt in einem Zyklus von λ erzeugt ist.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der Positionserfassungseinrichtung 11, die in der Motorsteuervorrichtung 1 vorgesehen ist, ein Positionserfassungsfehler zyklisch erzeugt, der durch einen Interpolationsfehler verursacht wird. Da die Geschwindigkeitserfassungseinheit 12 einen Geschwindigkeitserfassungswert erzeugt, indem ein Positionserfassungswert differenziert wird, der einen Positionserfassungsfehler umfasst, wird ein Geschwindigkeitserfassungsfehler ebenso in dem Geschwindigkeitserfassungswert zyklisch erzeugt. Demgemäß wird in dem ersten Ausführungsbeispiel ein Geschwindigkeitserfassungsfehler, der zyklisch erzeugt wird, durch Synthetisieren (Überlagern) einer Vielzahl von Sinussignalverläufen modelliert, von denen jeder eine spezifische Frequenzkomponente, eine Amplitudenkomponente und eine initiale Phase aufweist. Des Weiteren wird der modellierte Wert als ein Korrekturbetrag zur Beseitigung eines Geschwindigkeitserfassungsfehlers verwendet, der in dem Geschwindigkeitserfassungswert umfasst ist.
Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 berechnet einen Korrekturbetrag durch Synthetisieren einer Vielzahl von Sinussignalverläufen, von denen jeder eine spezifische Frequenzkomponente, eine Amplitudenkomponente und eine initiale Phase aufweist. Jede dieser Sinusfrequenzkomponenten weist einen Wert auf, der eine natürliche Zahl mal einer Grundfrequenz ist, die durch eine Drehfrequenz eines Motors und eine physikalische Skalenzahl (die physikalische Skalenzahl ist zum Beispiel die Anzahl von Schlitzen, wenn die Positionserfassungseinrichtung 11 ein Drehmessgeber ist) der Positionserfassungseinrichtung 11 bestimmt ist. Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 bestimmt jeden Sinussignalverlauf, der synthetisiert ist, in der Berechnungsverarbeitung eines Korrekturbetrags derart, dass die Differenz zwischen einem Geschwindigkeitserfassungsfehler, der durch einen Interpolationsfehler verursacht wird, der wiederum wiederholt in einem Zyklus von λ wie in 2 gezeigt erzeugt wird, und dem Korrekturbetrag sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs findet. Der Korrekturbetrag, der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 berechnet wird, wird durch die folgende Gleichung 1 dargestellt:
wobei m, n jeweils eine natürliche Zahl ist (es gilt 1 ≤ n ≤ m), g_n eine Amplitudenkomponente einer n-ten Harmonischen ist, dθ/dt eine Grundfrequenz ist und Ψ_n eine initiale Phase der n-ten Harmonischen ist.
Da im Allgemeinen ein Interpolationsfehler einer Positionserfassungseinrichtung für jede Positionserfassungseinrichtung spezifisch ist, wird ein Geschwindigkeitserfassungsfehler, der durch den Interpolationsfehler verursacht wird, vorab für die Positionserfassungseinrichtung 11 gemessen, die in der Motorsteuervorrichtung 1 vorgesehen ist, vor der Berechnungsverarbeitung eines Korrekturbetrags durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 14. Es wird zum Beispiel eine Sollgeschwindigkeit übermittelt, die dem Motor 2 ermöglicht, sich mit einer konstanten Geschwindigkeit zu drehen. Des Weiteren wird die Differenz zwischen einer Messposition, die aus der Positionserfassungseinrichtung 11 ausgegeben ist, und einer Position gemessen, die unter der Annahme erlangt wird, dass sich der Motor bei einer konstanten Geschwindigkeit bewegt. g_n und ϕ_n werden bestimmt, die den gemessen Geschwindigkeitserfassungsfehler wiedergeben. Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 erstellt einen Korrekturbetrag unter Verwendung von g_n und ϕ_n. In der Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 wird die Anzahl von Sinussignalverläufen erhöht, die überlagert werden können, bis die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitserfassungsfehler und dem Korrekturbetrag sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet. Genauer gesagt, indem die natürliche Zahl n in Gleichung 1 erhöht wird, bis die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitserfassungsfehler und dem Korrekturbetrag sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet, werden Sinussignalverläufe in der Gleichung 1 bestimmt und werden Sinussignalverläufe überlagert, um den Korrekturbetrag zu berechnen.
Die Korrekturverarbeitungseinheit 15 korrigiert einen Geschwindigkeitserfassungswert unter Verwendung eines Korrekturbetrags, der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 berechnet ist. Die Korrekturverarbeitungseinheit 15 verringert zum Bespiel einen Geschwindigkeitserfassungsfehler durch Subtrahieren, in dem Beispiel, das in 2 gezeigt ist, eines Korrekturbetrags, der durch Überlagern einer Vielzahl von Sinussignalverläufen erstellt ist, von dem Geschwindigkeitserfassungsfehler, der durch einen Interpolationsfehler verursacht wird, der wiederum wiederholt in einem Zyklus von λ erzeugt wird.
Die Geschwindigkeitserfassungseinheit 12, die Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 13, die Korrekturbetragsberechnungseinheit 14, die Korrekturverarbeitungseinheit 15 und die Solldrehmomenterzeugungseinheit 16 können zum Beispiel in einem Softwareprogrammformat aufgebaut sein, oder können in einer Kombination einer Vielfalt elektronischer Schaltungen und eines Softwareprogramms aufgebaut sein. Wenn zum Bespiel die Geschwindigkeitserfassungseinheit 12, die Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 13, die Korrekturbetragsberechnungseinheit 14, die Korrekturverarbeitungseinheit 15 und die Solldrehmomenterzeugungseinheit 16 in einem Softwareprogrammformat aufgebaut sind, dann realisieren arithmetische Verarbeitungseinheiten in der Motorsteuervorrichtung 1 Funktionen der vorstehend beschriebenen Geschwindigkeitserfassungseinheit 12, der Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 13, der Korrekturbetragsberechnungseinheit 14, der Korrekturverarbeitungseinheit 15 und der Solldrehmomenterzeugungseinheit 16, indem ein Betrieb gemäß dem Software Programm stattfindet. Die vorliegende Erfindung kann deshalb ebenso bei einer Motorsteuervorrichtung angewendet werden, die eine existierende Positionserfassungseinrichtung umfasst, indem zusätzlich Softwareprogramme der vorstehend beschriebenen Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 und der Korrekturverarbeitungseinheit 15 bei der Motorsteuervorrichtung installiert werden.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf einer Motorsteuervorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels zeigt.
Zuerst erfasst in Schritt S101 die Positionserfassungseinrichtung 11 die Position des Rotors des Motors 2, der auf der Grundlage eines Antriebsstroms drehgetrieben wird, der aus dem Stromwandler 3 zugeführt wird.
Als nächstes erzeugt in einem Schritt S102 die Geschwindigkeitserfassungseinheit 12 einen Geschwindigkeitserfassungswert, indem ein Positionserfassungswert differenziert wird, der durch die Positionserfassungseinrichtung 11 erfasst wird. In einem Schritt S103 erzeugt die Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 13 eine Sollgeschwindigkeit, die eine Drehgeschwindigkeit des Rotors des Motors 2 anweist. Der Schritt S103, der Schritt S101 und der Schritt S102 können ebenso in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden.
In einem Schritt S104 berechnet die Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 einen Korrekturbetrag auf der Grundlage eines Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung 11 erfasst wird.
Als nächstes korrigiert in einem Schritt S105 die Korrekturverarbeitungseinheit 15 einen Geschwindigkeitserfassungswert, indem der Korrekturbetrag von dem Geschwindigkeitserfassungswert subtrahiert wird. Dadurch wird ein Geschwindigkeitserfassungsfehler verringert.
Als nächstes erzeugt in einem Schritt S106 die Solldrehmomenterzeugungseinheit 16 ein Drehmoment, das ein Drehmoment des Motors auf der Grundlage einer Sollgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitserfassungswerts anweist, der durch die Korrekturverarbeitungseinheit 15 korrigiert ist. Da das Solldrehmoment unter Verwendung eines Geschwindigkeitserfassungswerts nach der Korrektur erstellt wird, in der ein Geschwindigkeitserfassungsfehler verringert wird, wird dementsprechend ein Solldrehmomentfehler verringert. Da demgemäß der Motor 2 durch einen Antriebsstrom drehen kann, die durch den Stromwandler 3 ausgegeben wird, in dem ein Stromwandlungsvorgang durch das Solldrehmoment gesteuert wird, wird kein Rauschen des Motors erzeugt, das herkömmlicherweise durch einen Interpolationsfehler der Phasenerfassungseinrichtung 11 verursacht wird.
Nachfolgend wird das zweite Ausführungsbeispiel beschrieben werden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Solldrehmoment anstelle der Korrektur eines Geschwindigkeitserfassungswerts in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel korrigiert. 4 zeigt eine Blockdarstellung, die eine Motorsteuervorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt. Ebenso für das zweite Ausführungsbeispiel wird in einer ähnlichen Weise wie in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel ein Beispiel beschrieben werden, in dem ein Drehantrieb des Motors 2 durch die Motorsteuervorrichtung 1 gesteuert wird. Es wird mit anderen Worten ein Antriebsstrom des Motors 2 durch den Stromwandler 3 erzeugt, der durch eine (nicht gezeigte) Wandlerschaltung gebildet wird, die in sich ein Schaltelement umfasst, wie einen PWM-Inverter. Der Stromwandler 3 wandelt einen Gleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom mit einer gewünschten Spannung und einer gewünschten Frequenz zum Antreiben eines Motors 2 um, indem einem Schaltelement ermöglicht wird, das in dem Wandler vorgesehen ist, einen Schaltvorgang auf der Grundlage eines Solldrehmoments durchzuführen, das durch die Motorsteuervorrichtung 1 erzeugt ist. Der Motor 2 operiert auf der Grundlage eines zugeführten spannungsvariablen und frequenzvariablen Dreiphasenwechselstroms.
Die Motorsteuervorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels umfasst: Eine Positionserfassungseinrichtung 11 zur Erfassung der Position eines Rotors eines Motors 2; eine Geschwindigkeitserfassungseinheit 12 zur Berechnung eines Geschwindigkeitserfassungswerts auf der Grundlage eines Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung 11 erfasst ist; eine Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 13 zur Erzeugung einer Sollgeschwindigkeit, die eine Drehgeschwindigkeit des Rotors des Motors 2 anweist; eine Solldrehmomenterzeugungseinheit 21 zur Erzeugung eines Drehmoments, das ein Drehmoment des Motors auf der Grundlage der Sollgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitserfassungswerts anweist; eine Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 zur Berechnung eines Korrekturbetrags auf der Grundlage des Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinheit 11 erfasst ist; und eine Korrekturverarbeitungseinheit 23 zur Korrektur eines Solldrehmoments unter Verwendung des Korrekturbetrags. Spezifische Beispiele der Positionserfassungseinrichtung 11 umfassen einen Drehmessgeber oder eine lineare Skala.
5 zeigt eine Darstellung, die Betriebe einer Korrekturbetragsberechnungseinheit und einer Korrekturverarbeitungseinheit beschreibt. Als ein Beispiel werden nachstehend Betriebe der Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 und der Korrekturverarbeitungseinheit 23 in Fällen beschrieben, in denen ein Solldrehmomentfehler, der durch einen Interpolationsfehler der Positionserfassungseinrichtung 11 verursacht ist, wiederholt in einem Zyklus von A erzeugt wird.
Wie vorstehend beschrieben, wird in der Positionserfassungseinrichtung 11, die in der Motorsteuervorrichtung 1 vorgesehen ist, ein Positionserfassungsfehler zyklisch erzeugt, der durch einen Interpolationsfehler verursacht wird. Da die Geschwindigkeitserfassungseinheit 12 einen Geschwindigkeitserfassungswert erzeugt, indem ein Positionserfassungswert differenziert wird, der einen Positionserfassungsfehler umfasst, wird ein Geschwindigkeitserfassungsfehler ebenso in dem Geschwindigkeitserfassungswert zyklisch erzeugt. Da die Solldrehmomenterzeugungseinheit 21 ein Solldrehmoment erzeugt, das ein Drehmoment des Motors anweist, auf der Grundlage der Sollgeschwindigkeit und eines Geschwindigkeitserfassungswerts, der einen Geschwindigkeitserfassungsfehler umfasst, wird ebenso in dem Solldrehmoment ein Solldrehmomentfehler zyklisch erzeugt. Da mit anderen Worten ein Positionserfassungswert, der einen Positionserfassungsfehler umfasst, zum Erstellen des Solldrehmoments verwendet wird, enthält das Solldrehmoment einen Solldrehmomentfehler, der durch den Interpolationsfehler verursacht wird. Demgemäß wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Solldrehmomentfehler, der zyklisch erzeugt wird, durch Synthetisieren (Überlagern) einer Vielzahl von Sinussignalverläufen modelliert, von denen jeder eine spezifische Frequenzkomponente, eine Amplitudenkomponente und eine initiale Phase aufweist. Des Weiteren wird der modellierte Wert als ein Korrekturbetrag zur Beseitigung eines Solldrehmomentfehlers verwendet, der in dem Solldrehmoment enthalten ist.
Auf ähnliche Weise wie in dem Fall der Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel berechnet die Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 einen Korrekturbetrag durch Synthetisieren einer Vielzahl von Sinussignalverläufen, von denen jeder eine spezifische Frequenzkomponente, eine Amplitudenkomponente und eine initiale Phase aufweist. Jede dieser Sinusfrequenzkomponenten weist einen Wert auf, der eine natürliche Zahl mal eine Grundfrequenz ist, die durch eine Drehfrequenz eines Motors und eine physikalische Skalenzahl der Positionserfassungseinrichtung 11 bestimmt ist. Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 bestimmt jeden Sinussignalverlauf, der synthetisiert wird, in der Berechnungsverarbeitung eines Korrekturbetrags derart, dass die Differenz zwischen einem Solldrehmomentfehler, der durch einen Interpolationsfehler verursacht wird und der wiederholt in einem Zyklus von λ wie in 5 gezeigt erzeugt wird, und dem Korrekturbetrag sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet. Auf eine ähnliche Weise wie in dem Fall der Korrekturbetragsberechnungseinheit 14 in dem vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel wird der Korrekturbetrag, der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 erzeugt wird, durch Gleichung 1 dargestellt.
Da im Allgemeinen ein Interpolationsfehler einer Positionserfassungseinrichtung für jede Positionserfassungseinrichtung spezifisch ist, wird ein Solldrehmomentfehler, der durch den Interpolationsfehler verursacht wird, vorab für die Positionserfassungseinrichtung 11 gemessen, die in der Motorsteuervorrichtung 1 vorgesehen ist, vor der Berechnungsverarbeitung eines Korrekturbetrags durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 22. Obwohl zum Beispiel ein Solldrehmoment, das durch die Solldrehmomenterzeugungseinheit 21 erzeugt ist, in einem idealen Zustand keine Schwingung enthält, in dem kein Positionserfassungsfehler in der Positionserfassungseinrichtung 11 erzeugt wird, wenn sich der Motor 2 tatsächlich drehen kann, indem eine Sollgeschwindigkeit zur Drehung bei einer konstanten Geschwindigkeit übermittelt wird, tritt eine Schwingung in einem Interpolationsfehler der Positionserfassungseinrichtung 11 oder ein Solldrehmomentfehler in einem Solldrehmoment auf, das aus der Solldrehmomenterzeugungseinheit 21 ausgegeben ist. g_n und ϕ_n werden bestimmt, die einen gemessenen Geschwindigkeitserfassungsfehler wiedergeben (Gleichung 1). Die Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 erstellt einen Korrekturbetrag unter Verwendung von g_n und ϕ_n. In der Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 wird die Anzahl von Sinussignalverläufen erhöht, die überlagert werden können, bis die Differenz zwischen dem Solldrehmomentfehler und dem Korrekturbetrag sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet. Genauer gesagt, indem die natürliche Zahl n in Gleichung 1 erhöht wird, bis die Differenz zwischen dem Solldrehmomentfehler und dem Korrekturbetrag sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet, werden Sinussignalverläufe in der Gleichung 1 bestimmt und werden die Sinussignalverläufe überlagert, um den Korrekturbetrag zu berechnen.
Eine Korrekturverarbeitungseinheit 23 korrigiert einen Geschwindigkeitserfassungswert unter Verwendung eines Korrekturbetrags, der durch die Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 berechnet ist. Wie zum Beispiel in 5 gezeigt, verringert die Korrekturverarbeitungseinheit 23 den Solldrehmomentfehler, indem ein Korrekturbetrag, der durch Überlagern einer Vielzahl von Sinussignalverläufen erstellt ist, von einem Solldrehmomentfehler subtrahiert wird, der durch einen Interpolationsfehler verursacht wird, der wiederholt in einem Zyklus von λ erzeugt wird.
Die Geschwindigkeitserfassungseinheit 12, die Sollgeschwndigkeitserzeugungseinheit 13, die Solldrehmomenterzeugungseinheit 21, die Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 und die Korrekturverarbeitungseinheit 23 können zum Bespiel in einem Softwareprogrammformat aufgebaut werden, oder können in einer Kombination einer Vielfalt elektronischer Schaltungen und eines Softwareprogramms aufgebaut werden. Wenn zum Beispiel die Geschwindigkeitserfassungseinheit 12, die Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 13, die Solldrehmomenterzeugungseinheit 21, die Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 und die Korrekturverarbeitungseinheit 23 in einem Softwareprogrammformat aufgebaut sind, realisieren arithmetische Verarbeitungseinheiten in der Motorsteuervorrichtung 1 Funktionen der vorstehend beschriebenen Geschwindigkeitserfassungseinheit 12, der Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 13, der Solldrehmomenterzeugungseinheit 21, der Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 und der Korrekturverarbeitungseinheit 23 durch einen Betrieb gemäß dem Softwareprogramm. Die vorliegende Erfindung kann deshalb ebenso bei einer Motorsteuervorrichtung angewendet werden, die eine existierende Positionserfassungseinrichtung umfasst, indem zusätzliche Softwareprogramme der vorstehend beschriebenen Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 und der Korrekturverarbeitungseinheit 23 zu der Motorsteuervorrichtung hinzugefügt werden.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm, das einen Betriebsablauf der Motorsteuervorrichtung 1 des zweiten Ausführungsbeispiels zeigt.
Zuerst erfasst in einem Schritt S201 die Positionserfassungseinrichtung 11 die Position des Rotors des Motors 2, der auf der Grundlage eines Antriebsstroms drehgetrieben wird, der aus dem Stromwandler 3 zugeführt wird.
Als nächstes erzeugt in einem Schritt S202 die Geschwindigkeitserfassungseinheit 12 einen Geschwindigkeitserfassungswert, indem ein Positionserfassungswert differenziert wird, der durch die Positionserfassungseinrichtung 11 erfasst wird.
In einem Schritt S203 erzeugt die Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit 13 eine Sollgeschwindigkeit, die eine Drehgeschwindigkeit des Rotors des Motors 2 anweist.
Der Schritt S203, der Schritt S201 sowie der Schritt S202 können ebenso in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden.
In einem Schritt S204 berechnet die Korrekturbetragsberechnungseinheit 22 einen Korrekturbetrag auf der Grundlage eines Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung 11 erfasst wird.
In einem Schritt S205 erzeugt die Solldrehmomenterzeugungseinheit 21 ein Solldrehmoment, das ein Drehmoment eines Motors auf der Grundlage der Sollgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitserfassungswerts anweist. Der Schritt S205 und der Schritt S204 können ebenso in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden.
Als nächstes korrigiert in einem Schritt S206 die Korrekturverarbeitungseinheit 23 das Solldrehmoment, indem der Korrekturbetrag von dem Solldrehmoment subtrahiert wird. Dadurch wird der Solldrehmomentfehler verringert. Da der Motor 2 sich durch einen Antriebsstrom drehen kann, der durch den Stromwandler 3 ausgegeben wird, in dem ein Stromwandlungsvorgang durch das Solldrehmoment nach der Korrektur gesteuert wird, wird kein Rauschen des Motors erzeugt, das herkömmlicherweise durch einen Interpolationsfehler verursacht wird.
Die vorliegende Erfindung kann bei einer Motorsteuervorrichtung angewendet werden, die eine Positionserfassungseinrichtung zur Erfassung der Position eines Rotors eines Motors umfasst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Motorsteuervorrichtung realisiert werden, die stabil einen Motor steuern kann, selbst wenn ein Positionserfassungsfehler variiert, der für eine Positionserfassungseinrichtung spezifisch ist.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Geschwindigkeitserfassungswert verringert, der durch einen Interpolationsfehler eines Positionserfassungswerts verursacht wird, indem ein Geschwindigkeitserfassungswert eines Motors korrigiert wird. Deshalb wird eine Schwingung, die durch einen Interpolationsfehler einer Phasenerfassungseinrichtung verursacht wird, in einem Solldrehmoment verringert, das unter Verwendung des Geschwindigkeitserfassungswerts nach der Korrektur erzeugt wird. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, indem ein Solldrehmoment hinsichtlich eines Motors korrigiert wird, wird eine Schwingung, die durch einen Interpolationsfehler einer Phasenerfassungseinrichtung verursacht wird, in dem Solldrehmoment nach der Korrektur verringert. Folglich kann in dem ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiel ein Motor sich gemäß einem Solldrehmoment drehen, indem eine Schwingung verringert wird, die durch einen Interpolationsfehler verursacht wird. Deshalb wird kein Rauschen eines Motors erzeugt, das herkömmlicherweise durch einen Interpolationsfehler einer Phasenerfassungseinrichtung verursacht wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Korrekturbetragsberechnungseinheit und eine Korrekturverarbeitungseinheit mit Funktionen betreffend eine Korrektur eines Geschwindigkeitserfassungswerts eines Motors oder eine Korrektur eines Solldrehmoments für einen Motor in einem Softwareprogrammformat aufgebaut werden. Deshalb kann die vorliegende Erfindung bei einer Motorsteuervorrichtung angewendet werden, die eine existierende Positionserfassungseinrichtung umfasst, indem lediglich Softwareprogramme der vorstehend beschriebenen Korrekturbetragsberechnungseinheit und der Korrekturverarbeitungseinheit zu der Motorsteuervorrichtung hinzugefügt werden, ohne dass ein existierende Positionserfassungseinrichtung neu modelliert werden müsste.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 11-259110 [0004, 0006]

Claims

Motorsteuervorrichtung (1), umfassend: eine Positionserfassungseinrichtung (11) zur Erfassung der Position eines Rotors eines Motors (2); eine Geschwindigkeitserfassungseinheit (12) zur Berechnung eines Geschwindigkeitserfassungswerts auf der Grundlage eines Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung (11) erfasst ist; eine Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit (13) zur Erzeugung einer Sollgeschwindigkeit, die eine Drehgeschwindigkeit des Rotors des Motors (2) anweist; eine Korrekturbetragsberechnungseinheit (14) zur Berechnung eines Korrekturbetrags auf der Grundlage des Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung (11) erfasst ist; eine Korrekturverarbeitungseinheit (15) zur Korrektur des Geschwindigkeitserfassungswerts unter Verwendung des Korrekturbetrags; und eine Solldrehmomenterzeugungseinheit (16) zur Erzeugung eines Solldrehmoments, das ein Drehmoment des Motors (2) auf der Grundlage der Sollgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitserfassungswerts anweist, der durch die Korrekturverarbeitungseinheit (15) korrigiert ist.
Motorsteuervorrichtung, umfassend: eine Positionserfassungseinrichtung (11) zur Erfassung der Position eines Rotors eines Motors (2); eine Geschwindigkeitserfassungseinheit (12) zur Berechnung eines Geschwindigkeitserfassungswerts auf der Grundlage eines Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung (11) erfasst ist; eine Sollgeschwindigkeitserzeugungseinheit (13) zur Erzeugung einer Sollgeschwindigkeit, die eine Drehgeschwindigkeit des Rotors des Motors (2) anweist; eine Solldrehmomenterzeugungseinheit (21) zur Erzeugung eines Solldrehmoments, das ein Drehmoment des Motors (2) auf der Grundlage der Sollgeschwindigkeit und des Geschwindigkeitserfassungswerts anweist; eine Korrekturbetragsberechnungseinheit (22) zur Berechnung eines Korrekturbetrags auf der Grundlage des Positionserfassungswerts, der durch die Positionserfassungseinrichtung (11) erfasst ist; und eine Korrekturverarbeitungseinheit (23) zur Korrektur des Solldrehmoments unter Verwendung des Korrekturbetrags.
Motorsteuervorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Korrekturbetragsberechnungseinheit (14, 22) den Korrekturbetrag durch Synthetisieren einer Vielzahl von Sinussignalverläufen berechnet, von denen jeder eine spezifische Frequenzkomponente, eine Amplitudenkomponente und eine initiale Phase aufweist.
Motorsteuervorrichtung (1) gemäß Anspruch 3, wobei jede der Sinusfrequenzkomponenten einen Wert aufweist, der eine natürliche Zahl mal eine Grundfrequenz ist, die durch eine Drehfrequenz des Motors (2) und eine physikalische Skalenzahl der Positionserfassungseinrichtung (11) bestimmt ist.
Motorsteuervorrichtung (1) gemäß Anspruch 4, wobei die Korrekturbetragsberechnungseinheit (14, 22) jeden der Sinussignalverläufe, die synthetisiert sind, in der Berechnungsverarbeitung eines Korrekturbetrags derart bestimmt, dass die Differenz zwischen einem Fehler, der durch einen Interpolationsfehler für eine einzelne Umdrehung des Rotors verursacht wird, der die Positionserfassungseinrichtung (11) umfasst, und der vorab gemessen ist, und dem Korrekturbetrag sich innerhalb eines vorbestimmten Bereichs befindet.