TWI513174B - 馬達控制裝置及馬達控制方法 - Google Patents

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TWI513174B TW103125451A TW103125451A TWI513174B TW I513174 B TWI513174 B TW I513174B TW 103125451 A TW103125451 A TW 103125451A TW 103125451 A TW103125451 A TW 103125451A TW I513174 B TWI513174 B TW I513174B
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Description

馬達控制裝置及馬達控制方法
本發明係關於一種馬達控制裝置及馬達控制方法。
已知有一種進行伺服馬達(servomotor)之動作控制的伺服放大器(servo amplifier)等之馬達控制裝置。在該種馬達控制裝置中，設定控制所需之電流迴圈(loop)等之增益(gain)的方法而言，已知有以下所述者。
專利文獻1係揭示一種伺服馬達控制裝置，將對於伺服馬達之驅動電路的指令信號與回授信號進行比較而控制伺服增益(servo gain)。該伺服馬達控制裝置係具備演算手段、檢測手段、及參數(parameter)設定手段。演算手段係逐次演算伺服增益，以決定對於驅動電路之操作指令。檢測手段係檢測伺服馬達之電源電壓。參數設定手段係依據所檢測出之電源電壓，來決定操作指令之控制參數的權重。
在專利文獻1中記載之技術的情況下，必須恆常地檢測電源電壓，且逐次演算伺服增益或操作指令等 之控制參數。結果，馬達控制變得複雑而不理想。
專利文獻2係揭示一種馬達控制裝置。該馬達控制裝置係具備變換手段、變頻器(inverter)主電路、設定手段、及補償手段。變換手段係將交流電壓變換為直流電壓。該直流電壓係輸入至變頻器主電路。變頻器主電路之輸出係連接在馬達。設定手段係設定使用環境之電源電壓值或相當值。補償手段係依據設定手段之設定值來變更馬達之控制增益。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開昭63-107486號公報
專利文獻2：日本特開平5-137367號公報
在專利文獻2中所述之技術的情況下，因非預期之電源電壓的變動，而有馬達控制不穩定之可能性。例如，當電源電壓降低下時，會有發生轉矩(torque)不足、或頻率響應之降低所造成之控制系統的延遲等之疑虞。並且，當電源電壓上升時，會有電流控制不穩定，且發生雜音或振動之疑虞。
本發明之一個目的係在於提供一種可實現相對於複數種類之電源電壓，進行穩定的馬達控制的技術。
在本發明之1個樣態中，提供一種馬達控制裝置。此馬達控制裝置係具備馬達控制電路、電壓異常檢測部、記憶體(memory)、基準電壓取得部、及選擇器(selector)。馬達控制電路係依據輸入電壓及控制參數來控制馬達之動作。電壓異常檢測部係藉由比較輸入電壓與容許電壓範圍而檢測出輸入電壓之異常。記憶體係記憶對應於複數個基準電壓之複數個容許電壓範圍候補、及對應於複數個基準電壓之複數個控制參數候補。基準電壓取得部係取得從複數個基準電壓中指定1個基準電壓的基準電壓資訊。選擇器係依據基準電壓資訊，從複數個容許電壓範圍候補中選擇對應於1個基準電壓者作為容許電壓範圍，且從複數個控制參數候補中選擇對應於1個基準電壓者作為控制參數。
在本發明之其他樣態中，提供一種馬達控制方法。此馬達控制方法係包含：依據輸入電壓與控制參數來控制馬達之動作的步驟(step)；及藉由比較輸入電壓與容許電壓範圍而檢測出輸入電壓之異常的步驟。對應於複數個基準電壓之複數個容許電壓範圍候補、及對應於複數個基準電壓之複數個控制參數候補係儲存於記憶體。馬達控制方法更包含：取得從複數個基準電壓中指定1個基準電壓之基準電壓資訊的步驟；及依據基準電壓資訊，從複數個容許電壓範圍候補中選擇對應於1個基準電壓者作為容許電壓範圍，且從複數個控制參數候補中選擇對應於1個基準電壓者作為控制參數之步驟。
依據本發明，可相對於複數種類之電源電壓，進行穩定的馬達控制。
1‧‧‧馬達控制裝置
2‧‧‧馬達
3‧‧‧交流電源
4‧‧‧位置檢測器
10‧‧‧整流器
20‧‧‧平滑電容器
30‧‧‧馬達控制電路
40‧‧‧電壓檢測器
50‧‧‧電壓異常檢測部
60‧‧‧記憶體
70‧‧‧基準電壓取得部
71‧‧‧切換開關
80‧‧‧選擇器
100‧‧‧上位控制器
110‧‧‧指令演算部
120‧‧‧基準電壓決定部
CP‧‧‧控制參數
CP1至CPn‧‧‧控制參數候補
RG‧‧‧容許電壓範圍
RG1至RGn‧‧‧容許電壓範圍候補
SEL‧‧‧基準電壓資訊(選擇信號)
VI‧‧‧輸入電壓
VL‧‧‧下限值
VR‧‧‧基準電壓
VR1至VRn‧‧‧基準電壓
VU‧‧‧上限值
第1圖係顯示本發明實施形態1之包含馬達控制裝置之系統(system)構成例的方塊(block)圖。
第2圖係用以說明容許電壓範圍(電壓異常位準(level))之概念圖。
第3圖係顯示基準電壓、容許電壓範圍、及控制參數之對應關係的概念圖。
第4圖係顯示本發明實施形態2之包含馬達控制裝置之系統構成例的方塊圖。
第5圖係顯示本發明實施形態3之包含馬達控制裝置之系統構成例的方塊圖。
第6圖係顯示本發明實施形態3之系統構成例的方塊圖。
第7圖係顯示本發明實施形態4之包含馬達控制裝置之系統構成例的方塊圖。
參照圖式說明本發明之實施形態。
實施形態1
第1圖係顯示本發明實施形態1之包含馬達控制裝置1之系統構成例的方塊圖。馬達控制裝置1係進行馬達2 之動作控制。例如，馬達2為伺服馬達，馬達控制裝置1為伺服放大器。
在第1圖所示之例中，馬達控制裝置1係連接在馬達2與交流電源3之間。再者，馬達控制裝置1係連接在上位控制器(controller)100。上位控制器100係具備算出位置指令或速度指令等指令之指令演算部110。馬達控制裝置1係從上位控制器100接受指令，且依據該指令進行馬達2之動作控制。典型而言，藉由安裝在馬達2之編碼器(encoder)等之位置檢測器4，將所檢測之位置資訊回授(feedback)於馬達控制裝置1，依據該位置資訊與指令而進行回授控制。
更詳細而言，馬達控制裝置1係具備整流器10、平滑電容器(capacitor)20、馬達控制電路30、電壓檢測器40、電壓異常檢測部50、記憶體60、基準電壓取得部70、及選擇器80。
整流器10中係輸入從交流電源3供給之交流電壓。整流器10之輸出係連接在P側電力線與N側電力線，且在該等P側電力線與N側電力線之間連接有平滑電容器20。藉由該等整流器10與平滑電容器20，將交流電壓變換為直流電壓。所得之直流電壓係輸入至馬達控制電路30。輸入至馬達控制電路30之直流電壓，以下係稱為「輸入電壓VI」。
馬達控制電路30係連接在馬達2，且依據輸入電壓VI來控制馬達2之動作。典型而言，馬達控制電 路30係包含藉由PWM控制而將輸入電壓VI變換為三相之交流電壓的變頻器，藉由將該三相之交流電壓供給至馬達2而進行馬達2之動作控制。在該動作控制中，馬達控制電路30係接收從上位控制器100(指令演算部110)輸出之位置指令或速度指令等指令，且接收從位置檢測器4回授之馬達2相關之位置資訊。再者，馬達控制電路30係依據該等指令與位置資訊來進行回授控制。
在此，就馬達控制電路30之馬達2的動作控制所需之參數而言，可列舉控制迴圈(電流迴圈或速度迴圈)之控制增益(積分增益或比例增益)。就其他參數而言，可列舉馬達2之最大電流或最大速度。以下，該等參數係稱為「控制參數CP」。亦即，控制參數CP係包含馬達控制電路30之控制迴圈的控制增益、馬達2之最大電流、馬達2之最大速度中的至少一者。由馬達控制電路30進行之馬達2的動作控制亦可謂依據該控制參數CP而進行。如後述之說明，依據本實施形態，可切換該控制參數CP。
電壓檢測器40係設置在平滑電容器20與馬達控制電路30之間，以檢測輸入至馬達控制電路30之輸入電壓VI。
在此，輸入電壓VI並非固定，亦需留意會有受到非預期之變動的情形。以下，規格上預定之輸入電壓VI的值係稱為「基準電壓VR」。亦即，輸入電壓VI未必與基準電壓VR一致。然而，輸入電壓VI與基準電壓VR之間的變動係使得馬達2之動作控制變得不穩定。例 如，當輸入電壓VI比基準電壓VR大幅減少時，會有發生轉矩不足、或因頻率響應之降低所造成之控制系統的延遲等之疑虞。並且，當輸入電壓VI比基準電壓VR大幅上升時，會有電流控制不穩定、發生雜音或振動之疑虞。
因此，依據本實施形態，為了檢測輸入電壓VI之異常而設置有電壓異常檢測部50。電壓異常檢測部50係藉由電壓檢測器40來監視(monitor)要檢測之輸入電壓VI，以檢測出輸入電壓VI之異常。為了進行該輸入電壓VI之異常檢測，在本實施之形態中，導入「容許電壓範圍RG(電壓異常位準)」之概念。
參照第2圖，說明容許電壓範圍RG(電壓異常位準)。容許電壓範圍RG為從控制穩定性之觀點來看，對於某基準電壓VR可容許之輸入電壓VI的範圍，規定為包含該基準電壓VR之一定範圍。更詳細而言，如第2圖所示，容許電壓範圍RG係規定為比基準電壓VR高之上限值VU與比基準電壓VR低之下限值VL之間的範圍。容許電壓範圍RG之上限值VU與下限值VL亦可謂電壓異常位準。
電壓異常檢測部50係藉由比較輸入電壓VI與容許電壓範圍RG(亦即，上限值VU、下限值VL)，而檢測出輸入電壓VI之異常。輸入電壓VI脫離了容許電壓範圍RG時，亦即輸入電壓VI高於上限值VU時、或低於下限值VL時，電壓異常檢測部50係判定輸入電壓VI為異常。當檢測出輸入電壓VI之異常時，電壓異常檢測部50 係將警示(alarm)信號輸出至馬達控制電路30。
接收到警示信號之馬達控制電路30係例如停止馬達2之動作控制。藉此，防止馬達控制電路30或馬達2等之損壞。或者，當警示信號顯示為「輸入電壓VI低於下限值VL」時，馬達控制電路30亦可實施再生動作。藉此，平滑電容器20之電壓、亦即，輸入電壓VI會上升，而期待馬達2之動作控制的穩定化。
再者，本實施形態之馬達控制裝置1係構成為可對應於複數種類之電源電壓。具體而言，馬達控制裝置1係搭載有以下功能：依據電源電壓(基準電壓VR)，將上述控制參數CP及容許電壓範圍RG自動地切換為適當者。藉此，可對應於複數種類電源電壓進行穩定的馬達控制。以下，說明有關於控制參數CP及容許電壓範圍RG之切換的構成。
如第3圖所示，在本實施形態中，可假設複數種類之基準電壓VR(例如100V、200V、400V．．．)。以下，該等複數個基準電壓VR係稱為基準電壓VR1至VRn。此外，n為2以上之整數。並且，對應於複數個基準電壓VR1至VRn之各者，預先準備適當之容許電壓範圍RG及控制參數CP。
以下，對應於複數個基準電壓VR1至VRn之各者所準備之容許電壓範圍RG，係稱為容許電壓範圍候補RG1至RGn。亦即，複數個基準電壓VR1至VRn與複數個容許電壓範圍候補RG1至RGn係彼此相對應。各容許 電壓範圍候補RGi(i=1至n)係對於對應之基準電壓VRi，如第2圖所示適當地設計。
同樣地，以下，對應於複數個基準電壓VR1至VRn之各者所準備之控制參數CP，係稱為控制參數候補CP1至CPn。亦即，複數個基準電壓VR1至VRn與複數個控制參數候補CP1至CPn係彼此相對應。各控制參數候補CPi(i=1至n)係對與對應之基準電壓VRi相對應的容許電壓範圍候補RGi予以最適化。亦即，各控制參數候補CPi(i=1至n)係以在容許電壓範圍候補RGi內實現最適當之馬達控制之方式而設定。亦可謂複數個控制參數候補CP1至CPn與複數個容許電壓範圍候補RG1至RGn係彼此相對應。
再度參照第1圖，記憶體60係記憶上述之複數個容許電壓範圍候補RG1至RGn及複數個控制參數候補CP1至CPn。此外，記憶(儲存)於記憶體60之複數個容許電壓範圍候補RG1至RGn及複數個控制參數候補CP1至CPn亦可進行改寫。
基準電壓取得部70係取得用以從複數個基準電壓VR1至VRn中指定1個基準電壓VRs的基準電壓資訊SEL。就基準電壓資訊SEL之取得方法而言，如後述實施形態例示，可考慮各式各樣者。
選擇器80係從基準電壓取得部70接收基準電壓資訊SEL。再者，依據所接收到之基準電壓資訊SEL，選擇器80係自動地選擇(切換)馬達2之動作控制所使用之 容許電壓範圍RG及控制參數CP。基準電壓資訊SEL係可謂用以選擇容許電壓範圍RG及控制參數CP之選擇(select)信號。
更詳細而言，選擇器80係從儲存於記憶體60之複數個容許電壓範圍候補RG1至RGn之中，選擇與由基準電壓資訊SEL所指定之1個基準電壓VRs相對應之1個容許電壓範圍候補RGs，且將所選擇之容許電壓範圍候補RGs作為容許電壓範圍RG，輸出至電壓異常檢測部50。電壓異常檢測部50係利用由選擇器80所選擇之容許電壓範圍RG，進行輸入電壓VI之異常檢測。
再者，選擇器80係從儲存於記憶體60之複數個控制參數候補CP1至CPn之中，選擇與由基準電壓資訊SEL所指定之1個基準電壓VRs相對應之1個控制參數候補CPs，且將所選擇之控制參數候補CPs作為控制參數CP，輸出至馬達控制電路30。馬達控制電路30係利用由選擇器80所選擇之控制參數CP，進行馬達2之動作控制。
如以上所說明，依據本實施形態，電壓異常檢測部50係檢測出輸入至馬達控制電路30之輸入電壓VI的異常。具體而言，對應於基準電壓VR設定容許電壓範圍RG，且進行輸入電壓VI是否落在該容許電壓範圍RG以內之判定。若輸入電壓VI為容許電壓範圍RG以內，則可進行馬達2之穩定的動作控制。另一方面，當輸入電壓VI脫離了容許電壓範圍RG時，藉由施行適當之處置，即可避免轉矩不足或雜音、振動。
此外，依據本實施形態，對於複數種類之基準電壓VR1至VRn之各者準備適當之容許電壓範圍候補RG1至RGn。並且，選擇器80係自動地選擇與所指定之基準電壓VRs相對應的容許電壓範圍候補RGs，且將所選擇之容許電壓範圍候補RGs作為容許電壓範圍RG，輸出至電壓異常檢測部50。藉此，可相對於複數種類之電源電壓(基準電壓VR1至VRn)進行穩定的馬達控制。
再者，依據本實施形態，亦對應於複數種類之基準電壓VR1至VRn之各者準備適當之控制參數候補CP1至CPn。並且，選擇器80係自動地選擇與所指定之基準電壓VRs相對應的控制參數候補CPs，且將所選擇之控制參數候補CPs作為控制參數CP，輸出至馬達控制電路30。藉此，可相對於複數種類之電源電壓(基準電壓VR1至VRn)進行最適當的馬達控制。再者，由於無須依據輸入電壓VI之變動逐次演算控制參數CP，因此減輕演算負荷。
本實施形態之馬達控制裝置1係可謂依據電源電壓(基準電壓VR)而自動地將控制參數CP及容許電壓範圍RG切換為適當者。無須依不同之電源電壓來準備不同之馬達控制裝置，從成本(cost)的觀點來看較為理想。
實施形態2
第4圖係顯示本發明實施形態2之包含馬達控制裝置1之系統構成例的方塊圖。與上述實施形態1重複之說明係適當地予以省略。
在本實施形態中，在馬達控制裝置1之電源投入時，基準電壓取得部70係接收由電壓檢測器40所檢測之輸入電壓VI。然後，基準電壓取得部70係自動地判定(算出)與電源投入時之輸入電壓VI相應之1個基準電壓VRs。如此，基準電壓取得部70係可自動地取得適當之基準電壓資訊SEL。
實施形態3
第5圖係顯示本發明實施形態3之包含馬達控制裝置1之系統構成例的方塊圖。與上述實施形態1重複之說明係適當地予以省略。
在本實施形態中，上位控制器100之基準電壓決定部120係決定1個基準電壓VRs。並且，基準電壓決定部120係將指定該基準電壓VRs之基準電壓資訊SEL輸出(通知)至馬達控制裝置1。馬達控制裝置1之基準電壓取得部70係從上位控制器100接收基準電壓資訊SEL。就基準電壓資訊SEL從上位控制器100發送至基準電壓取得部70之發送時間點(timing)而言，可考慮馬達控制裝置1與上位控制器100最初連接之時間點。
依據本實施形態，可對於複數個馬達控制裝置1一併設定基準電壓資訊SEL。例如，在第6圖所示之例中，馬達控制裝置1-1、1-2、1-3係分別進行馬達2-1、2-2、2-3之動作控制。此時，共通連接於馬達控制裝置1-1、1-2、1-3之上位控制器100係對於馬達控制裝置1-1、1-2、1-3一併地發送基準電壓資訊SEL。藉此，可總括地管理複 數軸。
就變化例而言，亦可考慮將記憶體60、基準電壓取得部70及選擇器80之功能搭載在上位控制器100。此時，上位控制器100係選擇與1個基準電壓VRs相應之適當的控制參數CP及容許電壓範圍RG，並將所選擇之控制參數CP及容許電壓範圍RG通知馬達控制裝置1。
實施形態4
第7圖係顯示本發明實施形態4之包含馬達控制裝置1之系統構成例的方塊圖。與上述實施形態1重複之說明係適當地予以省略。
在本實施形態中，基準電壓取得部70係包含切換開關(switch)71。切換開關71係為了切換基準電壓VRs而由使用者(user)所操作之硬體開關(hardware switch)。使用者係藉由操作切換開關71而可從複數個基準電壓VR1至VRn中指定1個基準電壓VRs。此時，基準電壓取得部70係依據切換開關71之指定，從複數個基準電壓VR1至VRn中選擇1個基準電壓VRs，以產生基準電壓資訊SEL。
以上，已參照附圖說明了本發明之實施形態。然而，本發明並非限定於上述實施形態，在未脫離要旨之範圍，可內由相關業者進行適當之變更。
1‧‧‧馬達控制裝置
2‧‧‧馬達
3‧‧‧交流電源
4‧‧‧位置檢測器
10‧‧‧整流器
20‧‧‧平滑電容器
30‧‧‧馬達控制電路
40‧‧‧電壓檢測器
50‧‧‧電壓異常檢測部
60‧‧‧記憶體
70‧‧‧基準電壓取得部
80‧‧‧選擇器
100‧‧‧上位控制器
110‧‧‧指令演算部
CP‧‧‧控制參數
CP1至CPn‧‧‧控制參數候補
RG‧‧‧容許電壓範圍
RG1至RGn‧‧‧容許電壓範圍候補
SEL‧‧‧基準電壓資訊(選擇信號)
VI‧‧‧輸入電壓

Claims (9)

  1. 一種馬達控制裝置，係具備：馬達控制電路，係依據輸入電壓及控制參數來控制馬達之動作；電壓異常檢測部，係藉由比較前述輸入電壓與容許電壓範圍而檢測出前述輸入電壓之異常；記憶體，係記憶對應於複數個基準電壓之複數個容許電壓範圍候補、及對應於前述複數個基準電壓之複數個控制參數候補；基準電壓取得部，係取得從前述複數個基準電壓中指定1個基準電壓的基準電壓資訊；以及選擇器，係依據前述基準電壓資訊，從前述複數個容許電壓範圍候補中，選擇對應於前述1個基準電壓者作為前述容許電壓範圍，且從前述複數個控制參數候補中，選擇對應於前述1個基準電壓者作為前述控制參數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，前述基準電壓取得部係依據電源投入時之前述輸入電壓來算出前述1個基準電壓，藉此產生前述基準電壓資訊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，前述基準電壓取得部係從上位控制器接收前述基準電壓資訊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中， 前述基準電壓取得部係包含由使用者所操作之切換開關，依據前述切換開關之指定，從前述複數個基準電壓選擇前述1個基準電壓，藉此產生前述基準電壓資訊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制裝置，其中，前述容許電壓範圍係由顯示前述容許電壓範圍之上限值與下限值的電壓異常位準所規定，當前述輸入電壓高於前述上限值時，或低於前述下限值時，前述電壓異常檢測部係判定前述輸入電壓為異常。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之馬達控制裝置，其中，當前述輸入電壓高於前述上限值時，前述馬達控制電路係停止前述馬達之動作的控制。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之馬達控制裝置，其中，當前述輸入電壓低於前述下限值時，前述馬達控制電路係停止前述馬達之動作的控制，或實施再生動作。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述之馬達控制裝置，其中，前述控制參數係包含前述馬達控制電路之控制迴圈的控制增益、前述馬達之最大電流、前述馬達之最大速度中之至少一者。
  9. 一種馬達控制方法，係包含：依據輸入電壓與控制參數來控制馬達之動作的步驟；以及藉由比較前述輸入電壓與容許電壓範圍而檢測出 前述輸入電壓之異常的步驟；其中，對應於複數個基準電壓之複數個容許電壓範圍候補、及對應於前述複數個基準電壓之複數個控制參數候補係儲存於記憶體；且包含：取得從前述複數個基準電壓中指定1個基準電壓之基準電壓資訊的步驟；以及依據前述基準電壓資訊，從前述複數個容許電壓範圍候補中，選擇對應於前述1個基準電壓者作為前述容許電壓範圍，且從前述複數個控制參數候補中，選擇對應於前述1個基準電壓者作為前述控制參數之步驟。
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