TW201517499A - 馬達控制裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明為獲得一種馬達控制裝置，其係能夠即使為不具有凸極性之同步馬達，亦在動作開始後迅速地偵測圓盤偏離故障並抑制異常動作者，該馬達控制裝置係具備有：馬達電角度檢測部，由連接於屬於同步馬達之馬達之編碼器(位置感測器)之輸出信號檢測馬達檢測電角度並加以輸出；馬達電角度推定部，輸入馬達電壓及馬達電流，由馬達電壓及馬達電流推定馬達推定電角度並輸出；以及切換部，輸入馬達檢測電角度及馬達推定電角度，由馬達檢測電角度及馬達推定電角度加以判定編碼器是否正常動作，編碼器正常動作時輸出馬達檢測電角度，而編碼器非正常動作時輸出馬達推定電角度部。

Description

馬達控制裝置
本發明係有關於一種馬達控制裝置。
以往，就轉子同步於定子之電流或電壓之頻率的同步馬達而言，已知有永久磁鐵型同步馬達、繞線激磁式同步馬達、及同步磁阻馬達(synchronous reluctance motor)。
例如，在專利文獻1中揭示有根據馬達的感應電壓來進行電角度之推定，且採用根據電路模型(model)之推定電角度來進行故障判別之技術。一般而言，馬達之感應電壓係馬達速度愈高振幅愈大。反之馬達低速時則感應電壓之振幅變小，例如受到如反向換流器(inverter)無感時間(dead-time)之電壓干擾及/或開關雜訊(switching noise)之影響，用以推定電角度的精確度顯著降低。因此，在專利文獻1所記載之技術，係以自馬達加速起一段時間後，馬達速度為閾值以上起進行電角度之推定的方式構成。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2010-029031號公報
然而，根據前述習知之技術，自馬達加速起至進行電角度之推定為止必須耗費時間。因此，會有對圓盤偏離故障之偵測產生延遲之問題。
圓盤偏離故障，會發生在較馬達控制裝置起動之前，當於馬達之動作開始時未預先判別是否產生圓盤偏離時，則在與馬達之起動同時會使馬達朝非預期之方向旋轉。在採用同步馬達作為任何之機構(例如，機器人(robot)或饋給機構)之驅動力源之情形，會有受非預期之旋轉使機構異常動作，且導致破壞該機構本身或存在於該機構周邊之其他物體之疑慮，必須盡可能地盡快使馬達停止。
另外，在不利用馬達之感應電壓，而利用自定子側觀察電感(inductance)值依馬達之旋轉位置進行改變之凸極性而用以在馬達低速時推定馬達之電角度及/或電角度頻率之技術，對於不具有凸極性(saliency)之馬達(例如表面磁鐵型永久磁鐵馬達)無法適用。
本發明為有鑑於前述之問題點所開發者，目的在於獲得一種馬達控制裝置，其係即使為不具有凸極性之同步馬達，亦能夠在動作開始後迅速地偵測圓盤偏離故障來抑制異常動作。
為解決前述之課題並達成目的，本發明係 一種馬達控制裝置，用以控制不具有凸極性之同步馬達者，該達控制裝置係具備：馬達電角度檢測手段，由連接於屬於同步馬達之馬達之編碼器(encoder)(位置感測器(sensor))的輸出信號檢測前述馬達之電角度，並輸出馬達檢測電角度；馬達電角度推定手段，輸入前述馬達之馬達電壓及馬達電流，由前述馬達電壓及前述馬達電流推定前述馬達之電角度，並輸出馬達推定電角度；以及切換手段，輸入前述馬達檢測電角度及前述馬達推定電角度，由前述馬達檢測電角度及前述馬達推定電角度加以判定前述編碼器是否，前述編碼器正常動作時輸出前述馬達檢測電角度，而前述編碼器非正常動作時輸出前述馬達推定電角度。
本發明之馬達控制裝置係達成可獲得能夠即使為不具有凸極性之同步馬達，亦在動作開始後迅速地偵測圓盤偏離故障並抑制異常動作之馬達控制裝置的效果。
1、1a‧‧‧同步馬達控制裝置
2‧‧‧變流器
3‧‧‧電流檢測部
4‧‧‧馬達
5‧‧‧編碼器
6‧‧‧編碼器信號
7‧‧‧速度換算部
8‧‧‧電角度換算部
9‧‧‧電角度
10‧‧‧速度信號
11‧‧‧速度指令部
12‧‧‧速度指令
13‧‧‧速度控制部
14‧‧‧電流指令
15‧‧‧電流控制部
16、18、110‧‧‧電壓指令
17、22、108、109‧‧‧座標轉換部
19‧‧‧PWM處理部
20‧‧‧開關指令
21、23‧‧‧檢測電流信號
24、24a‧‧‧電角度推定部
25‧‧‧推定電角度
26‧‧‧切換部
27‧‧‧座標轉換電角度
100‧‧‧電流推定誤差演算部
101‧‧‧電流推定誤差
102‧‧‧適應性識別部
103‧‧‧推定電角度頻率
104‧‧‧軸偏離補償部
105‧‧‧補償信號
106‧‧‧補償後推定電角度頻率
107‧‧‧積分部
111‧‧‧檢測電流信號
112‧‧‧增益部
113‧‧‧電角度頻率
114‧‧‧判定部
115‧‧‧指示信號
116‧‧‧電角度頻率切換部
117‧‧‧電角度推定演算用電角度頻率
第1-1圖係顯示實施形態1之馬達控制裝置的一構成例之圖。
第1-2圖係顯示作為比較例之馬達控制裝置的構成之圖。
第2-1圖係顯示實施形態1之馬達控制裝置之電角度推定部的一構成例之圖。
第2-2圖係顯示作為比較例之馬達控制裝置之電角度推定部的構成之圖。
第2-3圖係顯示實施形態3之馬達控制裝置之電角度推定部的一構成例之圖。
以下，根據圖式詳細說明本發明之馬達控制裝置的實施形態。另外，本發明不應受該實施形態所限制。
實施形態1
第1-1圖係顯示本發明之馬達控制裝置之實施形態1的一構成例之圖。於第1-1圖所示之同步馬達控制裝置1係連接於變流器(inverter)2、電流檢測部3、及編碼器5(位置感測器)。變流器2及編碼器5係連接於馬達4，而在變流器2和馬達4之間配置有電流檢測部3。另外，就馬達4而言，例如採用永久磁鐵型同步馬達。
於第1-1圖所示之同步馬達控制裝置1係具備有：速度指令部11、速度控制部13、電流控制部15、座標轉換部17,22、PWM處理部19、速度換算部7、電角度換算部8、電角度推定部24、以及切換部26。
在此，參照習知之馬達控制裝置之構成。第1-2圖係顯示屬於比較例之習知之馬達控制裝置的構成之圖。與於第1-1圖所示之同步馬達控制裝置1同樣地，於第1-2圖所示之同步馬達控制裝置1a亦連接於變流器2、電流檢測部3、及編碼器5，而變流器2及編碼器5係 連接於馬達4，且在變流器2和馬達4之間配置有電流檢測部3。
雖然同步馬達控制裝置1a具備有控制部、處理部、換算部、及轉換部，惟該等係屬於輸出值經介其他之控制部、處理部、換算部或轉換部而再度輸入之構成。
編碼器5係輸出編碼器信號6。編碼器信號6係相當於馬達4之轉子位置(角度)資訊。編碼器信號6係輸入於速度換算部7、及電角度換算部8。
速度換算部7係用以對編碼器信號6進行微分、或取差分，而將馬達4之轉子之旋轉速度作為速度信號10並加以輸出。速度信號10係輸入於速度控制部13。
於速度控制部13係被輸入有速度信號10、及速度指令部11所輸出之速度指令12。速度控制部13係以使速度信號10和速度指令12一致之方式進行控制處理並輸出電流指令14。速度控制部13係例如進行PI(比例積分)控制、前饋(feed-forward)控制。
雖為了控制同步馬達之速度而加以控制同步馬達之轉矩(torque)，惟在此例中所使用之永久磁鐵型同步馬達，由於馬達轉矩和馬達電流成正比，故速度控制部13之輸出係成為電流指令。該電流指令14係輸入於電流控制部15。
利用電流控制部15及座標轉換部17所構成之電流控制系統，係建構於2軸正交旋轉座標(dq軸)上。大多數的情形，d軸係設定為馬達轉子磁通方向，此時由 於q軸電流係成為令馬達轉矩產生之電流，故速度控制部13所輸出之電流指令14係相當於q軸電流指令。
電流控制部15係進行用以抑制PI控制、馬達4之dq軸間之電磁干擾之無相互作用控制。電流控制部15係輸入有電流指令14及旋轉座標上之檢測電流信號23，且進行控制處理並輸出電壓指令16。
雖然旋轉座標上之檢測電流信號23屬於dq軸上之信號，惟係使3相靜止座標上之檢測電流信號21輸入至座標轉換部22並藉由下述之數式(1)所計算。另外，3相靜止座標上之檢測電流信號21係自電流檢測部3所輸出。
在數式(1)中，Id,Iq係相當於旋轉座標上之檢測電流信號23，而Iu,Iv,Iw係相當於3相靜止座標上之檢測電流信號21。此外，在數式(1)中，θ e為檢測電角度，相當於電角度9，屬於顯示馬達轉子磁通之角度的相位信號。另外，電角度9係由輸入有編碼器信號6之電角度換算部8所輸出，且輸入於座標轉換部17及座標轉換部22。
數式(1)之係數√(2/3)與兩個矩陣(2列2行之矩陣與2列3行之矩陣)係相當於用於自3相靜止座標往旋轉座標之轉換係數。由於旋轉座標上之檢測電流信號 23係輸入於電流控制部15，故電流控制部15所輸出之電壓指令16係成為旋轉座標(dq軸)上之信號。
座標轉換部17係藉由下述之數式(2)將輸入之電壓指令16予以轉換成3相靜止座標上之電壓指令以作為電壓指令18並輸出。
在數式(2)中，Vd *,Vq *係相當於電壓指令16，而Vu *,Vv *,Vw *係相當於電壓指令18。
PWM處理部19係將電壓指令18轉換成開關(switching)指令20並輸出。輸入有開關指令20之變流器2係根據開關指令20而動作，且將根據電壓指令18之電壓輸出給馬達4。
輸入於座標轉換部17及座標轉換部22之電角度9係根據同步馬達之轉子磁通相位所決定。具體而言，以令轉子磁通向量(vector)方向成為d軸之方式加以決定。
然而，在極數P之馬達中，相對於馬達轉子一旋轉的電角度為旋轉之極對數倍，亦即P/2旋轉。編碼器5係以令編碼器信號6之零(zero)相位、與極對數個存在之電角度之零相位中任一個一致之方式調整，而且安裝 於馬達轉子軸。此時，令編碼器信號6為θ、電角度9為θ e、馬達極數為P，則電角度9係以下述之數式(3)所表示。
同樣地，針對屬於各自之微分值之速度信號10和電角度頻率，令速度信號10為ω r、電角度頻率為ω re，則使下述之數式(4)之關係成立。
以下，針對編碼器5加以說明。編碼器5係藉由與馬達4之轉子軸直接耦合之圓盤、及連接於定子之周邊電路部所構成。該圓盤，由於與轉子軸直接耦合，故與馬達4之旋轉相對應進行旋轉。例如，編碼器5為光學式編碼器之情形，於與轉子直接耦合之圓盤中設置有與圓盤內之角度相對應之狹縫(slit)及/或反射構造，將光照射在該圓盤而根據圓盤之反射或透過之有無，使連接於定子之周邊電路部讀取圓盤內之角度。由於該圓盤係以相對於馬達轉子軸固定之位置關係之方式連接，故容易自圓盤內之角度換算馬達轉子軸之位置，且在連接於定子之周邊電路部進行處理並輸出馬達4之轉子位置。
另外，在此，雖針對編碼器5為光學式編碼器之例而加以說明，惟編碼器5不侷限於此，亦可採用其 他方式之編碼器。就其他方式之編碼器而言，例如茲舉利用磁性讀取圓盤內之角度之方式的編碼器。
如此，編碼器5只要以與馬達轉子相對應旋轉，對於已記載本身之角度資訊之物體，自外部以非接觸方式讀取圓盤內之角度，而作為位置信號並輸出之方式即可。
然而，在如前述所採用之編碼器5，會有發生故障之情形。作為如此之故障模式(mode)，例如茲舉感測纜線(sensor cable)之斷線、起因於馬達或周圍之熱、或者自我發熱之周邊電路部的焊接破裂(solder crack)。在如前述之故障中，難以針對稱為圓盤偏離之故障加以檢測。
另外，所謂圓盤偏離，意指馬達之轉子軸與圓盤，例如起因於因受衝擊而暫時脫離且再次固定所產生之現象，導致再固定位置自本來之連接位置偏離。
如此，當馬達之轉子軸與圓盤自本來之連接位置固定在偏離之位置時，來自編碼器5之旋轉角度資訊係相對於實際之馬達轉子位置具有偏移(offset)誤差。圓盤偏離係與感測纜線之斷線或者焊接破裂不同，難以進行電性之檢測。此外，在圓盤偏離下由於編碼器信號看似正常地輸出，故亦難以例如根據進行信號資料(data)之同位核對(parity check)之編碼處理之檢測。
如此，難以檢測之圓盤偏離係對同步馬達控制裝置1內之信號產生影響。首先，對速度信號10之計算未有太大之影響。此乃因速度信號10係對於編碼器信號 6進行等效於微分之處理之故，故即使於編碼器信號6含有偏移誤差，於速度信號10中亦不會含有偏移誤差。然而，在設置於速度控制系統之內側的電流控制系統，受該圓盤偏離之強烈影響作用而難以正常動作，結果導致速度控制系統亦難以正常動作。
一般而言，由於馬達之電角度對於馬達之一旋轉係極對數倍旋轉，故受圓盤偏離之偏移誤差係會以電角度換算被放大成數倍呈現。例如，在8極之永久磁鐵型同步馬達中，當因圓盤偏離故障而使編碼器5相對於馬達轉子軸位置附加30度之偏移誤差而輸出時，在電角度上係被放大成8/2=4倍，而偏移誤差係成為30×4=120度。
當電角度之誤差未滿90度時，因形成供應Id取代Iq，故藉由流通於馬達之實際Iq的減少使馬達之轉矩降低，或藉由受Id之增加之增強磁通而發生電壓飽和並發生電流控制應答的降低。此外，馬達亦會有具電樞反應即使受自身電壓飽和，亦抑制馬達電流並使馬達轉矩減少之情形。換言之，在電角度之誤差未滿90度，會使馬達之轉矩特性降低。該情形當電角度之誤差愈大會愈加顯著。
當電角度之誤差超越90度時，會產生流通於馬達之實際Iq與在控制裝置之Iq之極性的反相。例如，當電角度之誤差之值到達至180度(π[rad])時，座標轉換之數式為下述之數式(5)。
在此，θ eE係含有誤差之電角度。
從數式(1)與數式(5)之比較可知，當電角度之誤差為180度時，座標轉換後之電流會使極性反相。此乃因例如即使為了在控制裝置上使同步馬達加速而試著供應轉矩電流Iq，實際上亦會應同步馬達之Iq成為減速方向之電流成分而無法加速，或者導致馬達朝非預期方向旋轉。
對於如前述之圓盤偏離，根據馬達之電角度推定的方法為有效。首先，在控制裝置內建構馬達之電路模型並輸入馬達之電壓信號與電流信號。接著，採用諸該信號與電路模型來計算馬達之感應電壓，且自其中推定電角度。該感應電壓，係藉由馬達轉子磁通之旋轉所發生者並相對於轉子磁通為超前90度成分。如該感應電壓之相位可加以計算，則轉子磁通之相位亦可加以計算。該轉子磁通之相位係相當於電角度。如此，藉由從感應電壓推定電角度，且進行與從編碼器5所獲得之檢測電角度之比 較，從而能夠判別編碼器5之圓盤偏離故障。
因此，在本發明中係採用於第1-1圖所示之同步馬達控制裝置1，其係能夠進行電角度之推定。於第1-1圖所示之同步馬達控制裝置1係相對於在第1-2圖所示之習知之同步馬達控制裝置1a設置有電角度推定部24、及切換部26之點相異。
電角度推定部24係應用在馬達控制方式中眾所周知的一般的無感測器(sensorless)控制之方式，且具備有：主要藉由永久磁鐵同步馬達之電路方程式所導出之磁通觀測器(observer)、以及推定電角度頻率的構成。在此，針對採用磁通觀測器之一般性的無感測器控制加以說明。
雖於磁通觀測器之演算中使用馬達之電角度頻率，惟在此因無感測器控制而實際之電角度頻率係為不明，故採用經推定之電角度頻率。前述之無感測器控制方式係藉由從磁通觀測器所推定之推定磁通來計算永久磁鐵同步馬達之推定電流。推定電流與檢測電流之誤差，係根據於令於磁通觀測器演算所採用之推定電角度頻率有誤差之適應性識別之觀點，來進行推定電角度頻率之反饋(feedback)修正。因馬達之電角度頻率為馬達之轉子速度之極對數倍，故以經推定之電角度頻率除以極對數之值作為馬達之轉子速度的推定值。此外，推定電角度係能夠以對推定電角度頻率進行積分之方式加以獲得。
第2-2圖係顯示採用磁通觀測器來推定電 角度頻率之電角度推定部之構成之一例之圖。於第2-2圖所示之電角度推定部係具備有：電流推定誤差演算部100、適應性識別部102、軸偏離補償部104、積分部107、及座標轉換部108,109。電流推定誤差演算部100係如前述用以計算q軸電流之推定誤差。
電流推定誤差演算部100係進行下述之數式(6)至數式(8)之計算。磁通觀測器係數式(6)。
在此，Φds_est係d軸定子推定磁通，Φqs_est係q軸定子推定磁通，而Φdr_est係d軸轉子推定磁通。R係繞線阻抗，Ld係d軸電感，而Lq係q軸電感。此外，ω _est係補償後推定電角度頻率106，而ω re_est係推定電角度頻率103。Vds,Vqs係電壓指令110(Vds係d軸電壓、而Vqs 係q軸電壓)。h11．h12．h21．h22．h31．h32係反饋增益(feedback gain)。△Ids,△Iqs係電流推定誤差101(△Ids係d軸電流推定誤差、而△Iqs係q軸電流推定誤差)。Ids_est係d軸電流之推定值，而Iqs_est係q軸電流之推定值。Ids,Iqs係檢測電流信號111(Ids係d軸電流、而Iqs係q軸電流)。
適應性識別部102係對輸入之電流推定誤差101進行處理，且輸出推定電角度頻率103。適應性識別部102係進行PI控制，且進行下述之數式(9)之演算演算。
[數式9]ωre_est=K1．△Iqs+K2．ʃ△Iqs．dt…(9)
在此，K1係適應性比例增益(gain)，而K2係適應性積分增益。
軸偏離補償部104係為了以使諸該無感測器控制系統所作動之2軸正交旋轉座標之d軸與馬達轉子磁通一致之方式進行推定電角度頻率103之補償，藉由下述之數式(10)進行ω cmp之演算並輸出補償信號105。
在此，h41,h42係反饋增益。推定電角度25係藉由在積分部107以對於推定電角度頻率103與補償信號105進行積分處理之方式所獲得。
在電流推定誤差演算部100之計算中，如前 述之數式所示必須有馬達電壓及馬達電流，惟從檢測電流信號21及電壓指令18採用推定電角度25並以座標轉換加以計算。
當如前述令電角度推定部未採用編碼器信號6之資訊之構成時，即可在編碼器故障時採用推定電角度25作為代替電角度9。
雖在磁通觀測器之計算採用馬達之電壓，大多數的情形，藉由電壓指令18以替代之。然而，電壓指令18與實際施加於馬達之電壓中存在有起因於變流器之無感時間(dead time)及/或電力模組(power module)之順向電壓降低之誤差。此外，在馬達之感應電壓弱之低速度運轉區域中，相對地電壓誤差之靈敏度提升，使電角度頻率及/或電角度之推定精確度顯著降低。因此，只可在使馬達加速起一段時間後，利用經推定之電角度及/或電角度頻率。
因此，在本發明中，利用僅有速度資訊能夠利用之編碼器圓盤偏離故障之性質，以採用從編碼器信號6所獲得之電角度頻率取代電角度頻率之方式來推定電角度。亦即，採用於第2-1圖所示之電角度推定部24。
第2-1圖係顯示電角度推定部24之構成之一例。於第2-1圖所示之電角度推定部24係具備增益部112以取代適應性識別部102。增益部112係輸入有速度信號10。輸入有速度信號10之增益部112係輸出電角度頻率113。增益部112係極對數，相當於數式(4)之計算。輸出 之電角度頻率113係使用於推定電角度25之計算，以取代第2-2圖之推定電角度頻率103。
當令電角度推定部24為於第2-1圖所示之構成時，不等待馬達旋轉速度之上昇，即自馬達啟動時起即使在低速運轉區域亦能夠獲得推定電角度25。
因此，如前述之方式，對於在馬達啟動時既已發生之圓盤偏離故障，能夠時間上較快地供給推定電角度信號，且能夠提升圓盤偏離故障之偵測之應答特性。
再者，由於即使在馬達之低速運轉區域亦能夠持續編碼器故障偵測後之馬達之電流控制，故與故障偵測之應答特性之提升相輔相成，形成較習知還能夠抑制編碼器故障時之馬達異常動作。因此，可消除異常動作，且亦能夠防止存在於作為馬達驅動源之機構及該機構周邊之物體的破壞。
然而，在第2-2圖中為將推定電角度頻率103予以反饋給磁通觀測器之構成，故推定電角度頻率103係形成相對於實際之電角度頻率產生時間延遲。然而，當設為第2-1圖之構成時，推定電角度25之應答特性亦提升，結果，亦能夠較習知還抑制編碼器故障時之馬達的異常動作。
接著，針對切換部26加以說明。切換部26係進行推定電角度25與電角度9之比較，當判斷編碼器之動作為正常時，即為將電角度9分配給座標轉換電角度27。如此一來，即便產生圓盤偏離故障時，亦能夠持續同 步馬達電流控制。
特別是，在使馬達緊急停止時，因藉由推定電角度25之利用能夠將減速方向之轉矩電流供應至馬達，故與將馬達電源線短路並進行制動之情形比較，能夠以極短時間使馬達予以停止。
在利用切換部26加以偵測故障時，如前述利用使推定電角度25與電角度9之誤差為一定值(偏移值)，判斷當該誤差為閾值以上，並且該狀態持續設定時間以上時發生圓盤偏離故障。藉由設為如此構成，從而能夠防止異常判定之誤判定。
在前述之磁通觀測器中，雖替代馬達電壓採用了電壓指令，惟變流器係受無感時間及/或電力模組之順向電壓降或者其他雜訊(noise)，為使電流控制系統用以抵消(cancel)無感時間及/或電力模組之順向電壓降或者其他雜訊之影響之動作，在電壓指令中大多流入有根據諸該之振動成分。因此，藉由磁通觀測器之推定電角度25亦有脈動，會有暫時性地超過相位推定誤差之閾值的情形。如前述，藉由等待達設定時間，雖至偵測為止會產生些許時間性損失(loss)，惟從而能夠抑制故障檢測之誤偵測產生，且能夠提升裝置之穩定性。
如以上說明，根據本實施形態，在馬達之電角度之推定中藉由採用編碼器速度資訊，從而在編碼器之圓盤偏離故障發生時，從馬達啟動時起即使在低速運轉區域亦能夠進行馬達之電角度之推定。此外，因亦能夠使 馬達之電角度之推定應答性提升，故能夠縮短至故障偵測為此之時間，並抑制馬達之異常動作。
實施形態2
在實施形態1中，雖然電角度推定部24係設為根據磁通觀測器之構成，然在本實施形態中，設為以下構成：以自馬達電壓及/或馬達電流求得感應電壓之方式，推定電角度。永久磁鐵同步馬達之電路方程式，係顯示在下述之數式(11)。另外，該數式(11)係旋轉座標上之數式。
在此，雖設下標dd、qq，此係為用以和馬達轉子磁通與d軸呈一致之一般性之2軸旋轉正交座標加以區別。亦即，雖dd軸與qq軸係2軸正交旋轉座標之軸，但係與d軸，q軸有相位差之座標軸。此外，R係馬達之繞線阻抗，L係電感，ω re係電角度頻率，而p係微分演算子。電壓指令18與檢測電流信號21係在3相靜止座標上，當藉由推定電角度應用於數式(1)所示之座標轉換時，獲得Vdd,Vqq,Idd,Iqq。將此代入數式(11)，則獲得感應電壓Edd,Eqq。
當馬達轉子磁通與d軸呈一致時，感應電壓係僅顯現在q軸。亦即，如dd軸之感應電壓值成為零，則可稱dd軸與d軸係呈一致。因此，以下述之數式(12)計算之相位補償項θ c來補償座標轉換用之相位。
當令將自編碼器信號所計算之電角度經單純積分之相位為θ B時，則θ B以數式(13)表示。
[數式13]θB=ʃωre．dt…(13)
並且，馬達正轉時之馬達推定電角度θ e_est係可以數式(14)獲得，而馬達逆轉時之馬達推定電角度θ e_est係可以數式(15)獲得。
雖然在實施形態1所說明之藉由磁通觀測器之電角度之推定方式係在各增益之設定中必須調整，惟根據該馬達電路方程式之推定電角度之構成係摒除調整要素，且能夠容易地構成電角度推定部24。對於編碼器圓盤偏離故障偵測之本質性之作用與實施形態1相同，可獲得同樣之效果。
實施形態3
在本實施形態中，係針對取代實施形態1,2之電角度推定部24而具備有電角度推定部24a之馬達控制裝置加以說明。在電角度推定部24a中，能夠切換電角度推定部中是否使用來自編碼器之速度信號10。另外，惟具備有電角度推定部24a以取代電角度推定部24之外，與實施形態1,2為相同構成。
第2-3圖係顯示電角度推定部24a之構成之圖。於第2-3圖所示之電角度推定部24a係具備有判定部114、及電角度頻率切換部116之點與實施形態1,2之電角度推定部24相異。
判定部114係計算電角度頻率之絕對值，以當該絕對值為閾值以上時將推定電角度頻率103分配給電角度推定演算用電角度頻率117、而當該絕對值為未滿閾值時將電角度頻率113分配給電角度推定演算用電角度頻率117之方式，輸出指示信號115。藉由前述之構成，從而能夠擴充馬達高速運轉時之異常判定範圍。
電角度頻率切換部116係根據指示信號115而進行切換動作。
當不採用來自編碼器5之速度信號10而進行電角度之推定時，如前述電角度之推定的精確度係當馬達旋轉速度上昇時則提升。因此，若馬達旋轉速度之絕對值為閾值以上，則成為足以用於編碼器5之圓盤偏離故障偵測之使用的精確度。而即使馬達之旋轉速度上昇，亦可仍繼續使用來自編碼器5之速度信號10。
然而，當對電角度之推定採用編碼器資訊時，無法對應於編碼器5受其他之故障模式(例如，感測纜線之斷線)而故障之情形。
因此，在本實施形態中，根據自編碼器5所獲得之檢測速度之絕對值，進行使用於電角度之推定之電角度頻率之切換。當電角度頻率之絕對值為未滿閾值時，以將電角度頻率113分配給電角度推定演算用電角度頻率117之方式進行切換，將來自編碼器5之電角度頻率使用於電角度之推定。當電角度頻率之絕對值為閾值以上時，以將推定電角度頻率103分配給電角度推定演算用電角度頻率117之方式，藉由不使用來自編碼器5之電角度頻率即進行電角度頻率之推定，從而推定電角度。
藉由設為電角度推定部24a之構成，允許包含馬達啟動時之低速時之編碼器圓盤偏離故障之偵測，形成亦允許於馬達高速運轉時編碼器圓盤偏離故障以外之故障(例如，編碼器信號中斷之感測纜線之斷線)之偵測，形成能夠擴充電角度推定部及/或切換部之運用範圍。
進行編碼器圓盤偏離以外之故障模式之偵測之方法，雖根據編碼器故障時之編碼器信號6之波形形狀而不同，惟在保持有故障發生之瞬間之值之情形，有根據傅利葉(Fourier)分析之原理，進行下述之數式(16)至數式(19)之計算之方法。電角度之推定誤差△θ e，雖然在編碼器5正常動作時為近似零之值，當編碼器5故障時，形成與電角度頻率相同週期之鋸齒波狀之信號。因此，根據藉 由推定電角度所計算之正弦波信號為基底之傅利葉分析計算，能夠取出鋸齒波狀之信號之振幅SR。當該振幅SR為閾值以上，則判斷為編碼器產生故障。另外，在數式(16)至數式(19)所示之計算中由於主要計算為積分，故提高對高頻干擾之耐性而減少誤偵測。
[數式16]△θe=θe-θe_est…(16)
[數式17]SA=ʃ△θe．cos(θe_est)．dt…(17)
[數式18]SB=ʃ△θe．sin(θe_est)．dt…(18)
另外，在第2-3圖之構成中，雖然設為電角度頻率113輸入於判定部114之構成，惟代換成輸入推定電角度頻率103亦可獲得同樣之效果。
當電角度頻率113輸入於判定部114之情形，在圓盤偏離以外之編碼器故障下編碼器信號6保持為故障時之值時，無法檢測馬達速度而將輸出零速度。此時，在判定部114中，無法進行自電角度頻率113至推定電角度頻率103之切換處理，而產生卡住。
因此，當設為對判定部114輸入推定電角度頻率103之構成時，能夠避免如前述之卡住。
如以上說明，藉由設能夠以推定電角度頻 率103與自編碼器信號6所計算之電角度頻率113切換使用於電角度推定之電角度頻率之構成，即使在產生圓盤偏離以外之故障時亦能夠持續電角度之推定，且能夠進行故障之偵測。
(產業上之可利用性)
本發明之馬達控制裝置係有利於控制同步馬達之馬達控制裝置，特別是，適用於作為機器人或饋給機構之驅動力源而加以採用之馬達控制裝置。
1‧‧‧同步馬達控制裝置
2‧‧‧變流器
3‧‧‧電流檢測部
4‧‧‧馬達
5‧‧‧編碼器
6‧‧‧編碼器信號
7‧‧‧速度換算部
8‧‧‧電角度換算部
9‧‧‧電角度
10‧‧‧速度信號
11‧‧‧速度指令部
12‧‧‧速度指令
13‧‧‧速度控制部
14‧‧‧電流指令
15‧‧‧電流控制部
16、18‧‧‧電壓指令
17、22‧‧‧座標轉換部
19‧‧‧PWM處理部
20‧‧‧開關指令
21、23‧‧‧檢測電流信號
24‧‧‧電角度推定部
25‧‧‧推定電角度
26‧‧‧切換部
27‧‧‧座標轉換電角度

Claims (3)

  1. 一種馬達控制裝置，係用以控制不具有凸極性之同步馬達，該馬達控制裝置係具備：馬達電角度檢測手段，由連接於屬於同步馬達之馬達之編碼器的輸出信號檢測前述馬達之電角度，並輸出馬達檢測電角度；馬達電角度推定手段，輸入前述馬達之馬達電壓及馬達電流，由前述馬達電壓及前述馬達電流推定前述馬達之電角度，並輸出馬達推定電角度；以及切換手段，輸入前述馬達檢測電角度及前述馬達推定電角度，由前述馬達檢測電角度及前述馬達推定電角度加以判定前述編碼器是否正常動作，前述編碼器正常動作時輸出前述馬達檢測電角度，而前述編碼器非正常動作時輸出前述馬達推定電角度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，前述切換手段係前述馬達檢測電角度與前述馬達推定電角度之誤差為閾值以上，且當前述馬達檢測電角度與前述馬達推定電角度之前述誤差為閾值以上之狀態持續閾值時間以上時，判定為前述編碼器未正常動作。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，具備有馬達速度檢測手段，係由前述編碼器之輸出信號檢測前述馬達之速度，並輸出前述馬達之馬達檢測速度；並且前述馬達電角度推定手段，係輸入前述馬達檢測速度，當前述馬達檢測電角度之頻率或前述馬達推定電角 度之頻率之絕對值為未滿閾值時，採用前述馬達檢測速度並輸出前述馬達推定電角度。
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