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