TW561325B - Motor control device and method for measuring a mechanical characteristic - Google Patents

Description

561325 五、發明說明（！） 【發明之技術領域』 本發明係關於執行馬 控制的馬達控制裝置，^ 自動機械、及工作機械等之 的頻率特性、以及由含有:^於以測定連接於馬達之機械 性為目的機械特性測定方^械部之慣量部所構成之機械特 【發明之先前技術】 以馬達控制裝置控制馬達、自動德Μ 時，因馬達上會連接機 自動機械、及工作機械等 機械部的頻率特性、以 定連接於馬達上之 性。 有機械部之慣量部的機械特 關於機械部之頻率特性的 高速掃描波當作轉矩指令輪 '，有如下方法··將 出且將馬達速度作為輸：：：定令作為輸 知方法)、以及將該速度指令作騎羊入；方逵法(：1種習 輸出來測定頻率回應之方法（第2種習知半…j逮度作為 首先，針對使用第1種習知方法 撫 方法。 之馬達控制裝置構造，以圖i來進行說明。械。卜頻率特性 此習知之馬達控制裝置係含有干 流控制部17、檢測器20、差分器26、及^率^部15、電 27，執行連結於機械部19之馬達18的頻率特定部 干擾信號產生器15會產生高速掃描波並'出1定番 制部17將干擾信號產生部15輸出之高速掃描波$兔ft $ 令並輸入，將此轉矩指令變換成電流指人， 馬轉矩才曰 扣7 並以實施電流 第6頁 561325

J 使對馬達18供應之電流和變換後之此電流指令一致， =仃馬達18之驅動。檢測器2〇因連結於馬達18之旋轉轴等 俨：Ϊ f方疋轉軸之旋轉位置。差分器26依檢測器20之輸出 算ί達速度。頻率回應測定部27會輸入干擾信鍊產 σ之輸出亦即轉矩指令、及差分器26計算之馬達速 度’並測定頻率回應。 其次，針對使用第2種習知方法測定機械部頻率特性 之馬達控制裝置構造，以圖2來進行說明。 此種習知之馬達控制裝置係由干擾信號產生部15、速

度=制部1 3、轉矩濾波部丨4、電流控制部丨7、檢測器2 〇、 差分器26、及頻率回應測定部27所構成，和圖i所示之馬 達控制裝置相同，測定連接於機械部丨9之馬達丨8的頻率特 ^圖2中，和圖1中之構成要素相同的構成要素採相同符 號，省略其說明。 速度控制部13將干擾信號產生部15之輸出作為速度指 令輸入，產生轉矩指令使差分器26計算之馬達速度和此速 度指令一致來執行速度控制。轉矩濾波部丨4係輸入來自 度控制部13之轉矩指令，以低通濾波器等執行溏波處理。 、此第2習知方法之電流控制部17，會輸入來自轉矩濾 ，部1 4之轉矩指令，將此轉矩指令變換成電流指令，並u以 實施電流控制使對馬達1 8供應之電流和變換後之此電 令一致，執行馬達18之驅動。 9 此第2習知方法之頻率回應測定部27，亦和圖j所示之 傳統馬達控制裝置相同，會輸入干擾信號產生部丨5之輸出

$ 7頁 561325 五、發明說明（3) --速度指令、及差分器26計# 應。 °τ异之馬達速度，測定頻率回 利用前面說明之第1及第2習知方法，可以測定連接於 馬達1 8之機械部1 9的頻率特性。 ^劂疋連接於 然而，該第1習知方法中， 迴路，故會受重力導致之+ ^ 、峪及逯度 之+播的影塑。田山 疋干擾力、機械摩擦特性導致 w ^4ir w f在測疋頻率特性之前後會發生 ;達>ί置彳4偏離’而必須採 位置返回初期位置之處理、或採取馬達位置偏= ϊ 必須t止頻率特性測定等之保護手段。料，位置 偏離置過大時’亦會發生超出機械之可動 置 該第2習知方法因具右埗疮、πm ^ 有速度迴路，大致可抑制位置值 離。然而，因轉矩指令已決定為^ 之古、Φ灿a ^疋為需和被作為速度指令輸入 之间速柃描波一致，故隨著速度指令之指令頻率提 矩指令亦會變大，而終發生轉轉 疋頻率回應，且馬達及機械有被破壞之可能性。 y 兄此問喊發生，但速度迴路 會使速度迴路之回應變，陵，而發生無法 機械頻率特性之問題。另外 ^ ^ 入& m J ^为外因將尚速掃描波當作速度於 用，會發生速度迴路之特性影響頻率回應而益 = 正確頻率特性的問題。 ’”、传到 關於確認慣量之方法，自以往，右 狴番丨、；认 u u 1 匕有以頻率特性測定 裝置以外之其他裝置來執行慣量確認之方法。 疋 如特開昭61 -8878〇號公報所示之裝置，以改變轉矩指

561325 五、發明說明（4) 令來變更旋轉速度，計算轉矩指令之積分量及旋轉速度之 變化幅度，利用（慣量）=(轉矩指令之積分量）/(旋轉速度 之變化幅度）之計算來確認慣量。另外，如特開平6-70 566 號公報所示之裝置，輸入具有斜率部之速度指令以p控制 (比例控制）執行速度迴路，以無負荷慣量狀態之固定速度 偏差、及有負荷慣量狀態之固定速度偏差的比來確認負荷 慣量。 此外’並採用以此方法確認之慣量來執行補正馬達慣 量之慣量補償。具體而言，慣量補償係預先對速度指令之 輸出乘以馬達慣量之倒數來執行。 【發明概述】 本發明之目的係提供一種馬達控制裝置及機 定方法’可於不發生位置偏離及轉矩飽和的情形下，^ 測定機械頻率回應。 羅 本發明之另一目的，係提供可同時執行頻率特性 及慣量確認之機械特性測定方法。 、疋 為解決該問題，本發明之馬達控制裝置具有： 檢測器，用以檢測馬達位置； 度 速

差分器，從利用該檢測器檢測之馬達位置計算馬達 指令產生部，用以輸出位置指+，於執行 定時，係將該位置指令以“在位置並ϋ機械特性測

561325 五、發明說明（5) 令，產生部之位置指 來執行位置控ί位置指令與該馬達位置-致之速度指令 A f度f制部，利用產生使該速度指令及該弓，t、㈠ 致之轉矩指令，而執行速度㈣丨 以馬達逮度- 2:ί :皮部’對該轉矩指令實施濾波處理； 加算』轉矩干擾並輪出； 擾信號產生部：轉矩指令，加算該干 為新轉矩指令；之轉矩干擾’並將所得之信號輪出作 將該換輸出之轉矩指令， 沒知p指令，並利用使供應給馬達之電 :動；m s亥電流指令一致的電流控制，執行該馬達之 令、用以輸入該加算器所輸出之轉矩指 定。〃盗斤冲算之馬達速纟，並執行頻率回應之測 士，明係在形成位置迴路及速度迴路之狀態下，對轉 ϊΐ2t轉矩干擾’並以測^承受轉矩干擾之轉矩指令 ㈣ίϊ的頻率回應，除可以在不發生位置偏離及轉矩 = 下測定頻率回應’並可在不受位置迴路及速度 迫路之衫響下正確測定頻率回應。 =發明之其他馬達控制裝置中，亦可以該轉矩干擾作 為南速掃描波或Μ系列信號。 第10頁 五、發明說明（6) 本發明之 以檢測馬達位 達位置計算馬 位置控制部， 以產生使該位 位置控制；速 速度一致之轉 轉矩指令實施 濾波部所輸出 令，且利用使 致的電流控制 機械特性的方 將該指令 步驟； 以對該轉 得之信號作為 輸入加入 算所得之馬達 本發明係 矩指令施加轉 及馬達速度的 飽和之情形下 迴路之影響下 採用本發 機械特性測定方法 置，差分器，用以 達速度；指令產生 用以輸入來自該指 置指令及該馬達位 度控制部，利用產 矩指令來執行速度 渡波處理；及電流 之轉矩指令，並將 供應給馬達之電产 來執行該馬達之驅 法，包含： 產生部所輸出之位 係利用 從利用 部，用 令產生 置一致 生使該 控制； 控制部 該轉矩 和已變 動的馬 具有： 該檢測 以輸出 部之位 之速度 速度指 轉矩渡 ，用以 指令變 換之該 達控制 檢測器，用 器檢測之馬 位置指令； 置指令，並 指令來執行 令及該馬達 波部，對該 輸入該轉矩 換成電流指 電流指令一 裝置來測定 矩濾波部所 新轉矩指令 該轉矩干擾 速度’並執 在形成位置 矩干擾，並 頻率回應， 測定頻率回 正確測定頻 明之其他機 輸出之 之步驟 之轉矩 行頻率 迴路及 以測定 除可以 應，並 率回應 械特性 置指令固定於現在位置之 轉矩指令加上轉矩干擾所 :及 指令、及利用該差分器計 特性測定之步驟。 速度迴路之狀態下，對轉 承受轉矩干擾之轉矩指令 在不發生位置偏離及轉矩 可在不受位置迴路及速度 〇 測定方法，亦可進一步具

561325 五、發明說明（7) 有預先求取馬逵單體> ^ 以對該= 特性的步驟、以及 進订比較來計算含機械部在内之慣量人：：：：頻率特性 採用本發明之機械特性::值的步驟。 定於現在位置並執行慣量，益因係將位置指令固 實施慣量確認。另外，λ二 二\變更馬達位置即可 量確認，^無需以確認慣：：目：2 Ϊ f性可容易執行慣 本發明之並釙撒从為的之早獨裝置。 ^他機械特性測定方法中，舛管兮掛 值之步驟亦可為由下列步驟所構成， 计异该慣量合計 將該馬達單體之頻率 之頻率特性的複數頻率擗κ八別 增益、及該測得 各頻率，增益差的步；刀別進仃比較，並分別計算該 计算測得之各頻率的增益差平 以計算所得之該平均值為基礎及 慣量合計值為馬達單體之慣量的倍數確； 值之步驟。 "卞异别述慣量合計 又’該馬達單體之頻率特性亦 置之控制裝置模型來測定，或在馬達控制f 下測定該馬達控制裝置之頻率特性。 示* W之犬心 【實施發明之最佳形態】 :將參照附錄圖面，詳細說明本發明之實施形態。 的的：VI以本發明一實施形態之機械特性測定方法為目 的的馬達控制裝置構造方塊圖。 第12頁 561325 五、發明說明（8) "" ''—— 本實施形態之馬達控制裝置如圖3所示，含有指令產 生部11、位置控制部12、速度控制部13、轉矩濾波部714、 干擾信號產生部1 5、加算器1 6、及電流控制部1 7，測定連 接於機械部19之馬達18的頻率特性。圖3之構成要素和圖1 及圖2之構成要素相同者，附與相同符號並省略其說明γ 指令產生部11輸出位置指令，測定機械特性時則將位 置指令固定於現在位置並輸出。位置控制部丨2輸出來自指 令產生部11之位置指令、及檢測器2〇測得之馬達18的馬^ 位置，並以產生此2位置一致之速度指令來執行位置… 制。 速度控制部1 3輸入來自位置控制部1 2之速度指令、 差分器26計算之馬達18的馬達速度，並以產生使來自位 控制部1 2之速度指令、及差分器26計算之馬達丨8的馬達 度形成一致之轉矩指令來執行馬達丨8之速度控制。加算器 1 6在來自轉矩濾波部1 4之轉矩指令上以轉矩干擾方式加^ 干擾信號產生部1 5產生之高速掃描波，並將所得到之^ 作為新轉矩指令執行輸出。 石說 本實施形態之電流控制部17將加算器16輸出之轉矩 令變換成電流指令，執行電流控制使檢測到之馬達電流= 此電流指令一致，並對馬達18供應電流。頻率回應測^ ; 21輸入加算器16輸出之轉矩指令、及差分器26計算之 速度，測定頻率回應。 ”、、運 圖4係採用本實施形態之機械特性測定方法、第丨習知 方法、及第2習知方法來模擬頻率回應之結果。圖&中係以

561325 五、發明說明（9) 由增益線圖及位相圖所構成之包德圖來表示頻率特性。圖 4中’①為利用本實施形態之機械特性方法所獲得之頻率 特=的圖形、②為利用第1習知方法所獲得之頻率特性的 ③為利用第2習知方法所獲得之頻率特性的圖形。 何種4方因①及②之圖形大致相同’故重昼在一起。無論 性一致反共振頻率及共振頻率都和預先設定之機械特 ，用本實施形態之機械特性測定方法，因形成位 ，：測定頻率回應而不會發生位置 作為轉矩干擾並執行輸入，不Π生；和因：：速掃描波 實施形態之機械特性測定方法，可在不發生κ =用本 矩飽和的情形下測定頻率特性。 置偏離及轉 利用本實施形態會構成速度迴路會 作為轉矩干擾而非速 一會將円速知描波 ，輸出之轉矩指令追加矩y用在速度迴 ί度來測定頻率特性，故速度迴路之特性不0:二：及馬達 應。因此，可得到正確之頻率特性特陡不會衫響頻率回 ，其:丄對法來確 明。 貝篁；涊方法進行說 本實施形態之機械特性測定方 控制裝置模型來求取馬達單體之頻率特夺性首j次預= 561325 五、發明說明（ίο) 達單體之頻率特性、及以實際馬達控制裝置測定之頻率特 性進行比較，執行慣量之確認。 此時，控制裝置模型係模擬實際馬達控制裝置。控制 裝置模型將機械部作為剛體。利用圖5來說明此控制裝置 模型之構造。 控制裝置模型係包含模型位置控制部51、模型速度控 制部52、模型轉矩濾波部53、干擾信號產生部54、加算器 5 5、模型電流控制部5 6、以馬達單體代表之馬達模型5 7、 差分器5 8、及模型頻率回應測定部5 9。 回到原 制部5 2 差分器 制。模 矩指令 掃描波 加 算來自 矩指令 指令變 指令_ 定部59 定頻率 型位置控 點之速度 係以產生 58輸出之 型轉矩濾 來執行濾 並輸出。 算器5 5會 干擾信號 輸出。模 換成電流 致的電流 會輸入加 回應。 式速度控 指令、及 速度控 部5 2之轉 產生高速 矩指令加 作為新轉 出之轉矩 流和電流 率回應、:日.丨 制部51係以產生使馬達模型5 7之 指令並輸出來執行位置控制。模 使模型位置控制部5 1輸出之速度 速度信號一致的轉矩指令來執行 波部5 3係輸入來自模型速度控制 波處理。干擾信號產生部54則會 針對來自模型轉矩濾波部5 3之轉 產生部5 4之高速掃描波，並將其 型電流控制部56會將加算器55輸 指令，以執行使檢測到之馬達電 控制來驅動馬達模型57。模型頻 算1§55輸出之轉矩指令、及馬達 接著，利用此控制裝置模式，求取馬達單體之頻率特

第15頁 561325 五、發明說明（π) 性、以及以模擬馬；金士替界丨c， 认 倍、4倍、及8倍時^^慣^^馬達單體之慣量為2 、f之頻率特性。圖Θ為此模擬之結果。 系辦I a 一H馬達單體時之包德圖。圖6中之②以2慣量 ==馬達+機械部，係馬達+機械部之慣量合計值為 :達：俨：4 2 1的包德圖，而圖6中之③係慣量合計值為 體之4:Ϊ的包德圖，圖6中之@則係慣量合計值為 馬違皁體之4倍時的包德圖。 。 參照圖6可知，在增益圖之低頻區人 增益會比馬達單體時降刪二 單體之頻^日降低i8dB。由以上之結果可知，將馬達 進行比較，很容易即可確認馬達+機械部之慣量合計值特/ i i f益下降及慣量之關係可以增益下降量=2〇 logi〇(慣 里曰汁值/馬達單體之慣量）（dB)來計算即可。 計值言’以下述方法來實施馬達+機械部之慣量合 將=制5置模型所得之馬達單體頻率特性的複數頻率 二ΐί:ΐ實機頻率特性的複數頻率增益進行比較， “ί平均值為.，則可判斷慣量合計值為馬 體之慣量的2倍’而若其平均值為]2dB，則可 =5計值為馬達單體之慣量的4倍。亦即，以計算所得之 平均值為基礎，利用明定含機械部在内之慣量合計值為 561325 五、發明說明（12) 達單體之慣量的倍數，可計算慣量合計值。 又，執行慣量確認時之基準的馬達單體頻率特 一定要利用模型控制裝置來進行測定，而可以對拆除拖$ 部之馬達單體狀態下的實際馬達控制裝置進行測定1 且，實施增益比較之低頻區域，只要低於共振頻率 反共振頻率之頻率區域即可，具體而言，可以利用如5〇 以下之頻率區域。 因本實施形態之慣量確認方法係將位置指令固定於現 在位置，故可在不變更馬達位置之情形下實施慣量之確 認。又，因可以很容易依所得之頻率特性實施慣量之確 認’而無需以確認慣量為目的之單獨裝置。 本實施形態係以利用两速掃描波產生轉矩干擾的情形 來進行說明，但本發明並不限於此情形，亦可以Μ系列 (Maximum length code:最長符號系列）信號等來產生。 如以上之說明所示，利用本實施形態，因為可以在不 發生位置偏離、及轉矩指令飽和之狀態下測定頻率回應， 可以較高精度測定頻率回應，且利用和測定頻率回應之控 制系統相同的控制裝置模型，亦可利用模型之頻率回應及 實際之頻率回應的比較來執行慣量之確認。

第17頁 561325 圖式簡單說明 【圖示之簡單說明】 圖1係採用第1習知方法之馬達控制裝置的構造方塊圖。 圖2係採用第2習知方法之馬達控制裝置的構造方塊圖。 圖3係以本發明一實施形態之機械特性測定方法為目的 的馬達控制裝置構造方塊圖。 圖4係藉由模擬進行之頻率回應測定結果圖。 圖5係用以說明控制裝置模型之構造的方塊圖。 圖6係利用頻率回應測定結果之慣量確認方法的說明 圖。 , 【符號之說明】 11^ ‘指 令 產 生 部 1 2〜位 置 控 制 部 13 - -速 度 控 制 部 14〜轉 矩 濾 波 部 15 - 一干 擾 信 號 產 生 部 17 - -電 流 控 制 部 18 - -馬 達 19 - ^機 械 部 20 - w檢 測 器 26〜差 分 器 27 - 、頻 率 回 應 測 定 部 51 - 、模 型 位 置 控 制 部 52 - 一模 型 速 度 控 制 部

第18頁 561325 圖式簡單說明 53〜轉矩濾波部 54〜干擾信號產生部 5 6〜模型電流控制部 5 9〜模型頻率回應測定部 第19頁

Claims (1)

1. 561325

   、一種馬達控制裝置，其特徵為包含： 檢測器，用以檢測馬達位置； 差分器，從利用該檢測器檢測之馬達位置計算馬達速 指令^生部’用以輸出位置指令，於執行機械特性測定 時’係將該位置指令固定於現在位置並輸出； 、位置控制部，用以輸入來自該指令產生部之位置指令， ί:ί i ΐ該位置指令與該馬達位置一致之速度指令來執 仃位置控制； 速度控制部，利用產生使該速度指令及該馬達速度一致 之轉矩指令，而執行速度控制； 、 轉矩濾波部，對該轉矩指令實施濾波處理； 干擾信號產生部，用以產生轉矩干擾並輸出； 加算器，用以對該轉矩濾波部之轉矩指令，加算該干 ϊϊίΐ:所產生之轉矩干擾，並將所得之信號輸出作為 新轉矩指令； 電流控制部，用以輸入該加算器所輸出之轉矩指令，將 該轉矩指令變換成電流指令，並利用使供應給馬達2電流 和已變換之該電流指令一致的電流控制，執行該馬達之ς 動；以及 頻率回應測定部，用以輸入該加算器所輸出之轉矩指 =、及該差分器所計算之馬達速度，並執行頻率回應^測 定。 、 2、如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，其中，

   第20頁 561325 六、申請專利範圍 該轉矩干擾係高速掃描波。 3如申明專利範圍第1項之馬達控制裝置其中 該一轉矩干擾係Μ系列信號。 U其中 4换《牲種：械特性測定方法，用以測定-馬達控制裝置的 馬達控制裝置具有：檢測器，用以檢測馬達 .刀器，用以從利用該檢測器檢測之馬達位置計算 二，田夜，指令產生部，用以輸出位置指令；位置控制 二仞醤^ ^入來自該指令產生部之位置指令，並以產生使 : ^及該馬達位置一致之速度指令來執行位置控 ϊ二i控制部，利用產生使該速度指令及該馬達速度一 ^ ί扣令來執行速度控制；轉矩濾波部，對該轉矩指 :彡濾波處理；及電流控制部，用以輸入該轉矩濾波部 :之轉矩指令’並將該轉矩指令變換成電流指令，且 二缺L Γ應給馬達之電流和已變換之該電流指令-致的電 ^控制來執行該馬達之驅動； 該機械特性測定方法之特徵為包含： 將·。玄指令產生部所輸出之位置指令固定於現在位置之步 驟， 之波部所輸出之轉矩指令加上轉矩干擾所得 之"icr 5虎作為新轉矩指令之步驟及 將加入該轉矩干播$ —此> χ f ^ > & j β 2^硬之轉矩指令、及利用該差分器計算得 ς ^ ^ ^ 以/入，而執行頻率特性測定之步驟。 古：：專利範圍第4項之機械特性測定方法，其中更具 有如下步驟：

   561325 六、申請專利範圍 預先求取馬達單體之頻率特性的 ，較該馬達單體之頻率特性及㈡之J皇 算包含機械部在内之慣量合計值的步驟。，率特性，來計 6、如申請專利範圍第5項之機械特性定 該計算慣量合計值之步驟係由如下以U中’ 將該馬達單體之頻率特性的複數驟所構成： 測得之頻率特性的複數個頻率之辦κ八羊之增皿、與該 別計算該各頻率之增益差的步驟;…別進行比較，並分 計算所/獲得之各頻率的增益差之 依據計算所得之該平均值， 勺值的步驟；及 值為馬達單體之慣量的倍數在内之慣量合計 值之步驟。 藉此方式而計算該慣量合計 7、 ·如申請專利範圍第5項之機械特性 該馬達單體之頻率特性儀利爾扮 、 / 其中， 制裝置模型來實施測定。’、 、擬該馬達控制裝置之控 8、 如申請專利範圍第6項之 該馬達單體之頻率特性係 法，其中’ 制裝置模型來實施測定。』用模擬该馬達控制裝置之控 9、 如申請專利範圍第R百 拖 該馬達單體之頻率特性測定方法’其中， 機械部由馬達拆除之狀能’隹一由於忒馬達控制裝置中將 10、 如中請專利範圍^項之機仃頻率特性之測定而獲得。 該馬達單體之頻率^ 測定方法’其中’ 機械部由馬達拆d，由於該馬達控制裝置中將 狀態下進仃頻率特性之測定而獲得。 mm 第22頁 561325 六、申請專利範圍 11、如申請專利範圍第4項之機械特性測定方法，其中， 該轉矩干擾係為高速掃描波。 1 2、如申請專利範圍第4項之機械特性測定方法，其中， 該轉矩干擾係為Μ系列信號。

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