ES2216247T3 - Metodo de acionamiento de un servomotor. - Google Patents

Metodo de acionamiento de un servomotor.

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ES2216247T3 ES98307764T ES98307764T ES2216247T3 ES 2216247 T3 ES2216247 T3 ES 2216247T3 ES 98307764 T ES98307764 T ES 98307764T ES 98307764 T ES98307764 T ES 98307764T ES 2216247 T3 ES2216247 T3 ES 2216247T3
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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Abstract

UN PROCEDIMIENTO CONVENCIONAL PARA ACCIONAR UN SERVOMOTOR REALIZABA EL CONTROL POR MEDIO DE UN BUCLE DE REALIMENTACION DE CORRIENTE, USANDO UN SENSOR DE CORRIENTE Y UN CONVERTIDOR A/C. POR CONSIGUIENTE, EL NUMERO DE PIEZAS ERA ELEVADO, LA DISMINUCION DE COSTE DIFICIL, Y EXISTIAN IGUALMENTE DIFICULTADES PARA EVITAR ERRORES DE CONTROL PROVOCADOS POR ERRORES EN LA PRECISION DEL SENSOR DE CORRIENTE. LA PRESENTE INVENCION COMPRENDE UN PROCEDIMIENTO PARA ACCIONAR UN SERVOMOTOR POR DETECCION DE UNA TENSION DE POTENCIA (V) DE UN SERVOMOTOR (4), CONTROL DE UN MANDO DE TENSION (VCMD) A UN CONVERTIDOR DE POTENCIA (3), POR CALCULO NUMERICO, UTILIZANDO UN VALOR DETECTADO (VCC) DE ESTA TENSION DE POTENCIA (V), Y CONTROL DE LA POTENCIA DE UNA CORRIENTE DE ACCIONAMIENTO (LU, LV, LW).

Description

Método de accionamiento de un servomotor.
La presente invención se refiere a un método para accionar un servomotor y, más concretamente, a una nueva mejora para detectar tensión de fuente de alimentación sin usar un circuito de realimentación de corriente, que comprenda un sensor de corriente y un convertidor A/D (analógico/digital), que se usa, convencionalmente, para detectar intensidad de corriente en el motor y controlar la intensidad de corriente usando este valor detectado, mejorando así las propiedades de control cuando aumenta la temperatura del motor y reduciendo el coste.
La figura 1 ilustra un método convencional de este tipo que ha sido usado, en general, como método para accionar un servomotor.
Es decir, se introduce una instrucción I_{cmd} de intensidad de corriente en un calculador 1. La salida 1a del calculador se emite a través de un regulador 2 proporcional y/o integral y es introducida como instrucción 2a de tensión en un convertidor 3 de potencia, que comprende una configuración de elemento de potencia conocida. El convertidor 3 de potencia alimenta una corriente trifásica de activación con intensidades I_{u}, I_{v}, I_{w} a un servomotor 4. Sensores 5 de intensidad de corriente detectan dos partes de la corriente trifásica de activación I_{u}, I_{v}, I_{w}, y el valor de intensidad de corriente detectado I_{vcc} se introduce en el calculador 1 a través de un convertidor A/D, formándose, de ese modo, un control por realimentación de corriente.
Puesto que el método convencional de accionamiento de servomotor tiene la configuración anteriormente descrita, presenta problemas, tales como los que siguen.
Es decir, se requieren dos sensores de corriente y un costoso convertidor de A/D para formar el sistema de realimentación de corriente, lo que constituye un obstáculo considerable para reducir el coste del sistema de control.
La patente norteamericana 4.764.711 describe una técnica de control de motor para corregir las variaciones de la resistencia del motor debidas a las fluctuaciones de temperatura. Un circuito adaptativo de resistencia de motor proporciona una entrada a un sensor de fuerza contraelectromotriz que resta la señal de resistencia del motor y la señal de inductancia del motor de la tensión aplicada en el motor para calcular la fuerza contraelectromotriz.
El documento "Control por campo orientado, sin sensor, de la intensidad de corriente en un motor de reluctancia síncrono" de Matsuo et al., publicado en las páginas 672-678 del volumen 1, parte 1, reunión nº 28, del informe de la reunión anual de la IAS (Conferencia de Aplicaciones Industriales), celebrada del 3 al 6 de octubre de 1993 en Toronto (Canadá), describe una estrategia de control para un motor de reluctancia síncrono que elimina la necesidad de un sensor de intensidad de corriente. El esquema de control incluye un calculador de referencia de tensión que genera las referencias de tensión requeridas a partir de la instrucción de par y la velocidad del motor.
La presente invención ha sido realizada para resolver los problemas antedichos y se dirige, en particular, a proporcionar un método para accionar un servomotor, en el que, detectando tensión de fuente de alimentación, sin usar un circuito convencional de realimentación de corriente para detectar la corriente del motor, y controlando la corriente mediante el uso de este valor detectado, puedan mejorarse las propiedades de control y reducirse el coste, y, además, pueda mejorarse el comportamiento del control cuando aumente la temperatura del motor.
En consecuencia, un primer aspecto de la invención proporciona un método para accionar un servomotor basado en una instrucción de intensidad de corriente, como se expone en la reivindicación 1. En la reivindicación 2 se exponen particularidades preferidas de este aspecto de la invención.
La invención proporciona, también, un aparato para accionar un servomotor como se expone en la reivindicación 3. En la reivindicación 4 se exponen particularidades preferidas de este aspecto de la invención.
La presente invención se describirá ahora, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
- la figura 1 es un diagrama de bloques que muestra un método de control convencional;
- la figura 2 es un diagrama de bloques que muestra un método de accionamiento de servomotor según la presente invención;
- la figura 3 es un diagrama de bloques de control que muestra contenidos de cálculo del regulador de intensidad de corriente de la figura 2;
- la figura 4 es un diagrama de bloques de control que muestra el estado normal de control de la figura 3; y,
- la figura 5 es un diagrama de bloques para calcular una instrucción de tensión del regulador de intensidad de corriente de la figura 2.
Se detallará en lo que sigue la realización preferida del método de accionamiento de servomotor de la presente invención, con referencia a los dibujos adjuntos. Miembros iguales y similares a los del ejemplo convencional se explican usando caracteres de referencia similares.
Como se muestra en la figura 2, la instrucción I_{cmd} de intensidad de corriente, que comprende un valor de instrucción de intensidad de corriente, se introduce en un regulador 2A de intensidad de corriente, y una instrucción V_{cmd} de tensión, procedente del regulador 2A de intensidad de corriente, se aplica a un convertidor 3 de potencia conocido. Una fuente 6 de alimentación para accionamiento, para activar elementos de potencia no mostrados en el diagrama, está conectada con el convertidor 3 de potencia. El convertidor 3 de potencia alimenta a un servomotor 4 una corriente trifásica I_{u}, I_{v}, I_{w} de accionamiento. Además, un valor detectado V_{cc} de una tensión V de fuente de alimentación de la fuente 6 de alimentación para accionamiento y un valor detectado I_{vcc} de una corriente I de la fuente 6 de alimentación para accionamiento son capturados por el regulador 2A de corriente.
El sistema de control mostrado en la figura 2 difiere del sistema de control convencional de la figura 1 en lo que se refiere al hecho de que el regulador 2A de corriente aplica una instrucción V_{cmd} de tensión, que se controla usando el valor detectado V_{cc} de la tensión V de fuente de alimentación y el valor detectado I_{vcc} de la intensidad de corriente I de fuente de alimentación de la fuente 6 para accionamiento, al convertidor 3 de potencia. Entonces, el servomotor 4 es controlado en accionamiento por las intensidades I_{u}, I_{v}, I_{w} de corriente trifásica de accionamiento obtenidas a partir del convertidor 3 de potencia.
El control del cálculo del regulador 2A de corriente se explicará de modo más específico a continuación. La figura 3 muestra el contenido del cálculo del servomotor 4 y del regulador 2A de corriente como bloques. La instrucción I_{cmd} de intensidad de corriente se introduce en un primer calculador 10A a través de un sistema (R_{a}) de cálculo inverso, que es inverso en relación con el sistema de cálculo (1/R_{a}+L_{a}s) del servomotor 4, un circuito 30 de respuesta de corriente y una constante de tiempo eléctrica \tau_{e}s. La salida 10Aa del primer calculador 10A se introduce en un segundo calculador 10. La salida V_{cmd} del segundo calculador 10 pasa a través de un tercer calculador 11 y a través de un sistema de cálculo (1/R_{a}+L_{a}s), una constante de par k_{t} y una inercia 1/J_{s}, de modo que se obtenga una velocidad \omega de motor. En este caso, R_{a} representa la resistencia del motor, L_{a} representa la inductancia del motor y s representa el operador de Laplace. Cada constante K_{E} de tensión inducida obtenida a partir de la velocidad \omega del motor es introducida en los calculadores 10 y 11.
Además, la instrucción I_{cmd} de intensidad de corriente se introduce en un restador 41, que resta una potencia W_{cmd} de instrucción, que comprende la constante de par k_{t}, un multiplicador 40 y una constante k, de una potencia de salida W_{salida} alimentada por la fuente 6 de alimentación de accionamiento, que es el producto de la tensión V de la fuente de alimentación por la corriente I de la fuente de alimentación. La resistencia R_{a} del motor se corrige introduciendo en ella el valor estimado R_{al} del aumento de la resistencia del motor obtenido del restador 41. Es decir, esta corrección mejora el comportamiento del control al aumentar la temperatura, mediante cambios de ajuste de la resistencia cuando la temperatura del servomotor 4 aumente.
A continuación, cuando el control de cálculo de la configuración de la figura 3 esté funcionando normalmente, se logra el estado de control de cálculo mostrado en la figura 4, en el que la respuesta del circuito 30 de respuesta de intensidad de corriente del servomotor 4 es 1, y el sistema de control de corriente sigue de modo preciso el valor de intensidad de corriente objetivo. Sin embargo, en el sistema de control de corriente mostrado en la figura 4, para recibir directamente fluctuaciones de la tensión V de la fuente de alimentación, debe detectarse un valor V_{cc} de la tensión V de la fuente de alimentación, y la instrucción V_{cmd} de tensión debe corregirse en consecuencia.
Para llevar a la práctica la corrección anterior, el control se lleva a cabo mediante un cálculo numérico que usa un sistema de control de cálculo que comprende los bloques de control de cálculo mostrados en la figura 5. En primer lugar, la instrucción I_{cmd} de intensidad de corriente se introduce en el segundo calculador 10, a partir del primer calculador 10A, a través de un primer circuito 30, en el que la respuesta del circuito de respuesta de intensidad de corriente de la resistencia R del motor es 1, y un segundo circuito 21 (\tau_{e}s, un producto de la constante de tiempo eléctrica \tau_{e} y el operador de Laplace s, en el que \tau_{e} es igual a L_{a} [inductancia del motor]/R_{a} [resistencia del motor]), del mismo modo en que se ha representado ya en la figura 3. Un calculador 21A de tensión controla la salida 11a del segundo calculador 11, mediante el cálculo numérico de V_{com}/V_{cc} (donde V_{com} es un valor proyectado de la tensión V de alimentación y V_{cc} es el valor detectado de la tensión V de alimentación). Entonces, la instrucción V_{cmd} de tensión, que ha sido corregida ahora de acuerdo con las fluctuaciones de la tensión V de la fuente de alimentación, es aplicada al convertidor 3 de potencia. La secuencia de programa para calcular la instrucción V_{cmd} de tensión de la figura 5 se expresa mediante la ecuación (1) de la expresión siguiente:
[Exp. 1]
V_{cmd} = \{R_{a}(I_{k} - \tau _{e}/ T[I_{k} - I_{k-1}])+ k_{E} \cdot w_{k} \} V_{com}/V_{cc}
siendo:
\newpage
I_{k} instrucción de intensidad de corriente del muestreo k
I_{k-1} instrucción de intensidad de corriente del muestreo k-1
w_{k} velocidad del motor del muestreo k
T duración del muestreo
R_{a} resistencia del motor
\tau_{e} constante de tiempo eléctrica = L_{a}/R_{a}
L_{a} inductancia del motor
k_{E} constante de tensión inducida
V_{com} valor proyectado de tensión de alimentación
V_{cc} valor detectado de tensión de alimentación
V_{cmd} instrucción de tensión
Por otra parte, durante el control de cálculo normal, se obtiene una igualdad por la que
\hbox{K  \cdot 
I _{cmd}  x k _{t}  x w = V _{cc}  x  I _{vcc} }
(siendo k una constante de proporcionalidad e I_{cmd} una instrucción de intensidad de corriente del motor, k_{t} es la constante de par, \omega es la velocidad del motor, V_{cc} es el valor detectado de tensión de fuente de alimentación e I_{vcc} es el valor detectado de intensidad de corriente de fuente de alimentación). Por lo tanto, en caso de que no se alcance la igualdad anterior se considera que hay un estado de sobreintensidad en el motor, es decir, una irregularidad de control.
El método de accionamiento de servomotor de la presente invención tiene la configuración descrita en lo que antecede y, por lo tanto, obtiene los efectos ventajosos siguientes. A saber, puesto que el sistema completo puede controlarse mediante un circuito abierto de cálculo numérico, no hay necesidad de que el sistema de realimentación de corriente use un sensor de corriente y un convertidor A/D, que han sido utilizados de modo convencional. La consecuente reducción de componentes permite que se reduzca el coste. Además, puede evitarse el deterioro de la precisión del control provocado por el ruido del sensor de corriente. Por otra parte, como se corrigen los cambios de resistencia debidos al aumento de la temperatura del servomotor, pueden obtenerse propiedades de rotación del servomotor que no son dependientes de la temperatura, mejorándose el comportamiento del control.
Aunque se han descrito las que actualmente se consideran realizaciones preferidas de la invención, se entenderá que pueden hacerse distintas modificaciones en ellas, y está previsto que las reivindicaciones adjuntas cubran todas las modificaciones de este tipo que pertenezcan al ámbito de la invención.

Claims (4)

1. Un método para accionar un servomotor (4) basado en una instrucción (I_{cmd}) de intensidad de corriente, que comprende los pasos de:
detectar la tensión (V) de una fuente (6) de alimentación de accionamiento para accionar el servomotor (4) citado;
regular la intensidad de la corriente (I_{u}, I_{v}, I_{w}) de accionamiento del servomotor (4) citado, usando un valor detectado (V_{cc}) de dicha tensión (V) de fuente de alimentación y un valor de resistencia (R_{a}) del motor; y,
corregir cambios del valor de resistencia (R_{a}) del motor provocados por un aumento de temperatura del servomotor (4) citado, cuyo valor de resistencia (R_{a}) es usado en un cálculo numérico de dicha regulación de intensidad de corriente; caracterizado porque
la corrección se lleva a la práctica usando un valor estimado del aumento del valor de resistencia (R_{a}) del motor obtenido usando una potencia (W_{cmd}) de instrucción y una potencia (W_{salida}) alimentada por la fuente (6) de alimentación citada, en la que la potencia (W_{cmd}) de instrucción citada se basa en el producto de la instrucción (I_{cmd}) de intensidad de corriente citada por la velocidad (\omega) del motor, y la potencia (W_{salida}) alimentada por la fuente (6) de alimentación de accionamiento es el producto de dicha tensión (V) de fuente de alimentación por una corriente (I) de la fuente (6) de alimentación de accionamiento citada.
2. Un método según la reivindicación 1, en el que la corrección de los cambios de valor de la resistencia del motor incluye, además, restar la potencia (W_{cmd}) de instrucción, que comprende la constante de par (k_{t}) y la velocidad (\omega) de motor, de la potencia (W_{salida}) alimentada por la fuente (6) de alimentación de accionamiento.
3. Aparato para accionar un servomotor (4) en respuesta a una instrucción (I_{cmd}) de intensidad de corriente, que comprende:
medios para detectar una tensión (V) de una fuente (6) de alimentación de accionamiento para accionar el servomotor (4) citado;
medios (2A) para regular la intensidad de una corriente (I_{u}, I_{v}, I_{w}) de accionamiento del servomotor (4) citado usando un valor (V_{cc}) detectado de dicha tensión (V) de fuente de alimentación y un valor de resistencia (R_{a}) de motor; y,
medios para corregir cambios del valor de resistencia (R_{a}) del motor causados por un aumento de temperatura de dicho servomotor (4), cuyo valor de resistencia (R_{a}) es usado en un cálculo numérico por los medios (2A) de regulación de intensidad de corriente citados; caracterizado porque los medios citados para corregir cambios de valor (R_{a}) de resistencia del motor llevan a la práctica la corrección usando un valor estimado de aumento de resistencia (R_{a}) de motor obtenido usando una potencia (W_{cmd}) de instrucción y una potencia alimentada por la fuente (6) de alimentación de accionamiento, en el que la potencia (W_{cmd}) de instrucción se basa en el producto de dicha instrucción (I_{cmd}) de intensidad de corriente por la velocidad (\omega) del motor, y la potencia alimentada por la fuente (6) de alimentación de accionamiento es el producto de dicha tensión (V) de fuente de alimentación por la intensidad de corriente de la fuente (6) de alimentación de accionamiento citada.
4. Aparato según la reivindicación 3, en el que los medios para corregir cambios del valor (R_{a}) de la resistencia del motor incluyen, además, medios para restar la potencia (W_{cmd}) de instrucción, que comprende la constante (k_{t}) de par y la velocidad (\omega) del motor, de la potencia alimentada por la fuente (6) de alimentación de accionamiento.
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