TW201826691A - 馬達控制裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之課題在於提供一種可以相對簡單之構成，適當地決定推定負載慣性等之推定部之有效及無效的馬達控制裝置。 於本發明之馬達控制裝置中，決定部決定推定負載慣性等之推定部之有效及無效。於決定部中，藉由對馬達之旋轉速度設定之第1閾值THv、與對馬達之旋轉加速度設定之第2閾值THa規定推定部之推定負載慣性等之推定啟動區間ON及推定停止區間OFF。此處，第1閾值THv為固定值。第2閾值THa係對應馬達之旋轉速度而變化之值，且設定為馬達之旋轉速度之一次函數。因此，可適當地決定推定部之有效及無效。

Description

馬達控制裝置
本發明係關於具有推定施加於馬達之負載慣性之功能的馬達控制裝置。
於具備馬達之工作機械等，於算出馬達之加減速指令之時間常數或速度控制之增益時，重要的是掌握施加於馬達之負載慣性等。因此，提出一種設置有推定負載慣性等之功能之馬達控制裝置。此時，根據馬達之動作狀態，由於負載慣性等之推定精度因齒槽效應轉矩等之影響而顯著降低，故提出一種於特定條件下將負載慣性等之推定設為無效之構成(參照專利文獻1、2、3)。於專利文獻1所記載之馬達控制裝置中，檢測出旋轉加速度之振動，且於振動超出閾值之情形時停止負載慣性之推定。於專利文獻2所記載之馬達控制裝置中，於反饋加速度推定值為閾值以下之情形、或反饋加速度推定值之振動超出閾值之情形時停止負載慣性之推定。於專利文獻3所記載之馬達控制裝置中，於旋轉速度為閾值以下時、或旋轉加速度為閾值以下時，停止負載慣性之推定。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利第3796261號公報 [專利文獻2]日本專利特開2009-131022號公報 [專利文獻3]日本專利特開2006-217729號公報
[發明所欲解決之問題] 於專利文獻1、2所記載之技術中，必須檢測旋轉加速度或反饋加速度推定值之振動。為了正確地檢測上述振動，需要高速之取樣，因此有運算成本高之問題點。 於專利文獻3所記載之技術中，如圖4所示，藉由旋轉速度v之第1閾值THv、及旋轉加速度a之第2閾值THa而規定推定啟動區間ON及推定停止區間OFF。此處，第1閾值THv及第2閾值THa為固定。因此，有於本次檢測出之旋轉加速度a之絕對值因齒槽效應轉矩等之影響而增大之情形時無法停止推定之問題點。 鑑於以上之問題點，本發明之課題在於提供一種可以相對簡單之構成適當地決定推定負載慣性等之推定部之有效及無效的馬達控制裝置。 [解決問題之技術手段] 為了解決上述課題，本發明之馬達控制裝置之特徵在於具有：速度檢測部，其檢測馬達之旋轉速度；速度控制部，其基於馬達之旋轉速度指令值及上述旋轉速度而產生轉矩指令值；加速度運算部，其基於由上述速度檢測部檢測出之上述旋轉速度算出馬達之旋轉加速度；推定部，其至少推定馬達之負載慣性；及決定部，其基於對馬達之旋轉速度設定之第1閾值與上述速度檢測部之上述旋轉速度之檢測結果的比較結果、及對馬達之旋轉加速度設定之第2閾值與上述加速度運算部之上述旋轉加速度之運算結果的比較結果，決定上述推定部之有效及無效；且上述第2閾值係對應馬達之旋轉速度而變化之值。 於本發明中，決定部藉由對馬達之旋轉速度設定之第1閾值與對馬達之旋轉加速度設定之第2閾值而規定推定部之推定負載慣性等之推定啟動區間及推定停止區間。此處，第2閾值係對應馬達之旋轉速度而變化之值。因此，於本次檢測出之加速度之絕對值因齒槽效應轉矩等之影響而增大之情形時，決定部可決定為應停止推定。因此，即便於旋轉加速度之檢測值因齒槽效應轉矩等之影響而上升之情形時，亦可以相對簡單之構成，適當地決定推定負載慣性等之推定部之有效及無效。 於本發明中，可採用上述第1閾值固定之態樣。 於本發明中，可採用上述第2閾值設定為馬達之旋轉速度之一次函數之態樣。根據上述態樣，易於第2閾值之設定，且於該情形時，亦可排除齒槽效應轉矩等之影響。 於本發明中，可採用以下態樣：上述決定部基於將上述速度檢測部之上述旋轉速度之檢測結果代入上述一次函數而獲得之馬達之旋轉加速度之算出結果與上述加速度運算部之上述旋轉加速度之檢測結果的比較結果，決定上述推定部之有效及無效。 於本發明中，可採用以下態樣：上述決定部基於對馬達之旋轉速度之各值規定上述第2閾值之查找表而決定上述推定部之有效及無效。 於本發明中，可採用以下態樣：上述推定部基於上述轉矩指令值、上述旋轉速度、及上述旋轉加速度，推定上述負載慣性及黏性摩擦係數，上述轉矩指令值係經由第1低通濾波器輸入至上述推定部，上述旋轉速度係經由第2低通濾波器輸入至上述推定部、上述決定部及上述加速度運算部。根據上述態樣，可將因齒槽效應轉矩等引起之雜訊自轉矩指令值及旋轉速度去除。 [發明之效果] 於本發明中，決定部藉由對馬達之旋轉速度設定之第1閾值與對馬達之旋轉加速度設定之第2閾值，規定推定部之推定負載慣性等之推定啟動區間及推定停止區間。此處，第2閾值係對應馬達之旋轉速度而變化之值。因此，於本次檢測出之加速度之絕對值因齒槽效應轉矩等之影響而增大之情形時，決定部可決定為應停止推定。因此，即便於旋轉加速度之檢測值因齒槽效應轉矩等之影響而上升之情形時，亦可以相對簡單之構成，適當地決定推定負載慣性等之推定部之有效及無效。
於以下，參照圖式，說明應用本發明之馬達控制裝置。另，於以下之說明中，為了易於理解與參照圖4說明之構成之對應，對於對應之部分標註同一符號進行說明。又，於以下之說明中，關於藉由檢測或運算求出之旋轉速度及旋轉加速度，根據需要設為旋轉速度v0及旋轉加速度a0，以此區別閾值設定等時所使用之一般意義之旋轉速度v及旋轉加速度a。 (馬達控制裝置之基本構成) 圖1係顯示應用本發明之馬達控制裝置1之一例之方塊圖。如圖1所示，馬達控制裝置1具有：加減法器11、速度控制部12、加減法器13、電流控制部14、包含編碼器之位置/速度檢測器15(速度檢測部)，位置/速度檢測器15檢測馬達M之旋轉軸之旋轉位置或旋轉速度，並輸出旋轉速度v0。加減法器11自藉由位置控制部(未圖示)算出之旋轉速度指令值p減去旋轉速度v0而求出速度偏差。速度控制部12基於速度偏差進行PI (Proportional Integral)控制(比例積分控制)等之速度迴路控制，並求出轉矩指令值t0(電流指令值)。加減法器13自轉矩指令值t0減去自設置於放大器(未圖示)之電流檢測器(未圖示)反饋之電流值i0而求出電流偏差。電流控制部14基於電流偏差進行電流迴路控制，並經由放大器(未圖示)驅動控制馬達M。 馬達控制裝置1具有：推定部10，其基於旋轉速度v0等，推定施加於馬達M之負載慣性或黏性摩擦係數；及決定部20，其基於旋轉速度v0及旋轉加速度a0，決定推定部10之有效及無效。馬達控制裝置1具有將旋轉速度v0微分而求出旋轉加速度a0之加速度運算部30。 推定部10基於例如轉矩指令值t0、旋轉速度v0、及旋轉加速度a0，算出負載慣性推定值f1及黏性摩擦推定值f2並輸出。此時，為了自輸入至推定部10之轉矩指令值t0、旋轉速度v0、及旋轉加速度a0排除因齒槽效應轉矩等引起之雜訊，轉矩指令值t0係經由第1低通濾波器41輸入至推定部10，旋轉速度v0係經由第2低通濾波器42輸入至推定部10、決定部20及加速度運算部30。 於決定部20決定推定部10無效時，可採用使向推定部10之轉矩指令值t0、旋轉速度v0、及旋轉加速度a0之輸入停止之態樣、或停止自推定部10輸出負載慣性推定值f1及黏性摩擦推定值f2之輸出之態樣等。於本形態中，於推定部10之前段設置開關部50。因此，於決定部20進行將推定部10設為有效之決定時，將開關部50設為接通，而允許向推定部10輸入轉矩指令值t0、旋轉速度v0、及旋轉加速度a0。相對於此，於決定部20進行將推定部10設為無效之決定時，將開關部50斷開，而阻止向推定部10輸入轉矩指令值t0、旋轉速度v0、及旋轉加速度a0。 (閾值之構成) 圖2係圖1所示之馬達控制裝置1之推定負載慣性之推定啟動區間ON及推定停止區間OFF之說明圖。如圖2所示，於決定部20中，藉由旋轉速度v之第1閾值THv、及旋轉加速度a之第2閾值THa規定推定啟動區間ON及推定停止區間OFF。因此，若處於位置/速度檢測器15檢測出之旋轉速度v0之絕對值為第1閾值THv以上，且加速度運算部30檢測出之旋轉加速度a0之絕對值為第2閾值THa以上之推定啟動區間ON，則決定部20將推定部10設為有效，而允許推定部10之負載慣性推定值f1及黏性摩擦推定值f2之算出及輸出。相對於此，若處於位置/速度檢測器15檢測出之旋轉速度v0之絕對值未達第1閾值THv，或加速度運算部30檢測出之旋轉加速度a0之絕對值未達第2閾值THa之推定停止區間OFF，則決定部20將推定部10設為無效，而停止推定部10之負載慣性推定值f1及黏性摩擦推定值f2之算出及輸出。 此處，旋轉速度v之第1閾值THv係無關於旋轉加速度a之值而為固定。第1閾值THv係例如50 rpm。 相對於此，旋轉加速度a之第2閾值THa係根據旋轉速度v而變化。於本形態中，第2閾值THa設定為旋轉速度v之一次函數。更具體而言，第2閾值THa係連結旋轉速度v(圖2之橫軸)之第1截距vi與旋轉加速度a(圖2之縱軸)之第2截距ai之斜率m之直線，且由以下之式表示。 m=-ai/vi THa=v×m+ai 第1截距vi係例如300 rpm，第2截距ai係例如2000 rpm。 (決定部20之判定處理) 圖3係顯示圖1所示之馬達控制裝置1之決定部20之判定電路21之一例的方塊圖。如圖3所示，於決定部20構成有判定電路21。判定電路21具有：絕對值算出器211、第1比較器212及AND電路213。因此，自第2低通濾波器42輸出之旋轉速度v0由絕對值算出器211轉換為絕對值後，藉由第1比較器212與第1閾值THv比較，其結果用作AND電路213之輸入。如此，進行本次檢測出之旋轉速度v0與第1閾值THv之比較，且於旋轉速度v0為第1閾值THv以上之情形時，向AND電路213之第1端子213a輸入高位準(H)信號。相對於此，於旋轉速度v0未達第1閾值THv之情形時，向AND電路213之第1端子213a輸入低位準(L)信號。 又，判定電路21具有：絕對值算出器218、乘法器214、加減法器215、限制器216、及第2比較器217。因此，自絕對值算出器211輸出之旋轉速度v0藉由乘法器214乘以斜率m後，藉由加減法器215加上第2截距ai。藉由上述運算，獲得對應於本次檢測出之旋轉速度v0之第2閾值THa。其中，藉由限制器216將第2閾值THa限制為0以上之值。且，藉由第2比較器217比較本次檢測出之旋轉加速度a0與第2閾值THa。此時，自加速度運算部30輸出之旋轉加速度a0藉由絕對值算出器218轉換為絕對值。且，第2比較器217之比較結果利用作為AND電路213之輸入。如此，進行向規定第2閾值THa之一次函數代入本次檢測出之旋轉速度v0而獲得之旋轉加速度a之算出結果(第2閾值THa)、與加速度運算部30之旋轉加速度a0之算出結果的比較。且，於旋轉加速度a0為第2閾值THa以上之情形時，向AND電路213之第2端子213b輸入高位準(H)信號。相對於此，於旋轉加速度a0未達第2閾值THa之情形時，向AND電路213之第2端子213b輸入低位準(L)信號。 其結果，於AND電路213中，若輸入至第1端子213a及第2端子213b兩者之信號之位準為高位準(H)，則自AND電路213輸出高位準(H)信號(真偽值為「真」之信號)，因此，決定部20將推定部10決定為有效(啟動)。相對於此，於AND電路213中，若輸入至第1端子213a及第2端子213b之至少一端子之信號之位準為低位準(L)，則自AND電路213輸出低位準(L)信號(真偽值為「偽」之信號)，因此，決定部20將推定部10決定為無效(停止)。 (本形態之主要效果) 如以上說明般，於本形態之馬達控制裝置1中，決定部20藉由對馬達M之旋轉速度(旋轉速度v0)設定之第1閾值THv與對馬達M之旋轉加速度(旋轉加速度a0)設定之第2閾值THa而規定推定部10之推定負載慣性等之推定啟動區間ON及推定停止區間OFF。此處，第2閾值THa係對應於馬達M之旋轉速度而變化之值。因此，於本次檢測出之加速度之絕對值因齒槽效應轉矩等之影響而增大之情形時，決定部20可決定為應停止推定。因此，即便於旋轉加速度之檢測值因齒槽效應轉矩等之影響而上升之情形時，亦可以相對簡單之構成，適當地決定推定負載慣性等之推定部10之有效及無效。 又，由於第2閾值THa設定為馬達之旋轉速度之一次函數，故第2閾值THa之設定較為容易。於該情形時，亦可排除齒槽效應轉矩等之影響。又，推定部10基於轉矩指令值t0、旋轉速度、及旋轉加速度推定負載慣性及黏性摩擦係數。對應上述構成，轉矩指令值t0係經由第1低通濾波器41輸入至推定部10，旋轉速度係經由第2低通濾波器42輸入至推定部10、決定部20及加速度運算部30。因此，可將因齒槽效應轉矩等引起之雜訊自轉矩指令值t0、旋轉速度及旋轉加速度去除。 (其他實施形態) 於上述實施形態中，由參照圖3說明之判定電路21構成決定部20，但亦可於決定部20採用以下態樣：基於對馬達之旋轉速度之各值規定第2閾值THa之查找表而決定推定部10之有效及無效。
1‧‧‧馬達控制裝置
10‧‧‧推定部
11‧‧‧加減法器
12‧‧‧速度控制部
13‧‧‧加減法器
14‧‧‧電流控制部
15‧‧‧位置、速度檢測器(速度檢測部)
20‧‧‧決定部
21‧‧‧判定電路
30‧‧‧加速度運算部
41‧‧‧第1低通濾波器
42‧‧‧第2低通濾波器
50‧‧‧開關部
211‧‧‧絕對值算出器
212‧‧‧第1比較器
213‧‧‧AND電路
213a‧‧‧第1端子
213b‧‧‧第2端子
214‧‧‧乘法器
215‧‧‧加減法器
216‧‧‧限制器
217‧‧‧第2比較器
218‧‧‧ABS
a‧‧‧旋轉加速度
a0‧‧‧旋轉加速度
ai‧‧‧第2截距
f1‧‧‧負載慣性推定值
f2‧‧‧黏性摩擦推定值
i0‧‧‧電流值
M‧‧‧馬達
ON‧‧‧推定啟動區間
OFF‧‧‧推定停止區間
p‧‧‧旋轉速度指令值
THv‧‧‧第1閾值
THa‧‧‧第2閾值
t0‧‧‧轉矩指令值
v‧‧‧旋轉速度
v0‧‧‧旋轉速度
vi‧‧‧第1截距
圖1係顯示應用本發明之馬達控制裝置之一例之方塊圖。 圖2係圖1所示之馬達控制裝置之推定負載慣性之推定啟動區間ON及推定停止區間OFF的說明圖。 圖3係顯示圖1所示之馬達控制裝置之決定部之判定電路之一例的方塊圖。 圖4係先前之馬達控制裝置之推定負載慣性之推定啟動區間ON及推定停止區間OFF的說明圖。

Claims (7)

  1. 一種馬達控制裝置，其特徵在於具有： 速度檢測部，其檢測馬達之旋轉速度； 速度控制部，其基於馬達之旋轉速度指令值及上述旋轉速度而產生轉矩指令值； 加速度運算部，其基於由上述速度檢測部檢測出之上述旋轉速度而算出馬達之旋轉加速度； 推定部，其至少推定馬達之負載慣性；及 決定部，其基於對馬達之旋轉速度設定之第1閾值與上述速度檢測部之上述旋轉速度之檢測結果的比較結果、及對馬達之旋轉加速度設定之第2閾值與上述加速度運算部之上述旋轉加速度之運算結果的比較結果，決定上述推定部之有效及無效；且 上述第2閾值係對應馬達之旋轉速度而變化之值。
  2. 如請求項1之馬達控制裝置，其中上述第1閾值為固定。
  3. 如請求項1之馬達控制裝置，其中上述第2閾值設定為馬達之旋轉速度之一次函數。
  4. 如請求項2之馬達控制裝置，其中上述第2閾值設定為馬達之旋轉速度之一次函數。
  5. 如請求項4之馬達控制裝置，其中上述決定部基於將上述速度檢測部之上述旋轉速度之檢測結果代入上述一次函數而獲得之馬達之旋轉加速度之算出結果與上述加速度運算部之上述旋轉加速度之檢測結果的比較結果，決定上述推定部之有效及無效。
  6. 如請求項1至4中任一項之馬達控制裝置，其中上述決定部基於對馬達之旋轉速度之各值規定上述第2閾值之查找表而決定上述推定部之有效及無效。
  7. 如請求項1至5中任一項之馬達控制裝置，其中上述推定部基於上述轉矩指令值、上述旋轉速度、及上述旋轉加速度，推定上述負載慣性及黏性摩擦係數， 上述轉矩指令值係經由第1低通濾波器輸入至上述推定部， 上述旋轉速度係經由第2低通濾波器輸入至上述推定部、上述決定部及上述加速度運算部。
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