專(zhuān)利名稱(chēng):電動(dòng)機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉M行定位控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
背景技術(shù):
在測(cè)量審、監(jiān)視照相機(jī)、半導(dǎo)體的制造裝置、檢查裝置等中,需 要進(jìn)行高精度的定位控制。另外,作為社會(huì)背景,有使用電池的產(chǎn)品 增加的傾向,提高了對(duì)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)和高精度的定位運(yùn)轉(zhuǎn)雙方的需求。
一般的定位控制裝置具備根據(jù)位置偏差,生成電動(dòng)機(jī)的指令旋轉(zhuǎn)速 度的位置反俯循環(huán);根據(jù)速度偏差,生成電動(dòng)機(jī)的指令電流或指令電 壓的速度反醬循環(huán)。
在專(zhuān)利文獻(xiàn)l中,記栽了預(yù)先作成絕對(duì)位置定位控制用的修正數(shù) 據(jù),將該修亞數(shù)據(jù)與目標(biāo)位置相加,生成對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的指令值的定
位控制裝置.通過(guò)在每個(gè)規(guī)定的角度對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行定位,用髙分 辨率編碼器鯛量進(jìn)行該定位時(shí)的絕對(duì)位置,根據(jù)該高分辨率編碼器的
位置數(shù)據(jù)和祠服電動(dòng)機(jī)的編碼器的位置數(shù)據(jù)得到誤差角度數(shù)據(jù),而作 成修正數(shù)據(jù).
專(zhuān)利文獻(xiàn)l:特開(kāi)2005 - 292898號(hào)公報(bào)
在定位控制中,通過(guò)使用了處理器的數(shù)字控制對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控 制。在該情況下,在處理器的硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,對(duì)數(shù)據(jù)分辨率(數(shù) 據(jù)長(zhǎng)度)和PWM控制電路中的信號(hào)波的分辨率存在上限,因此針對(duì) 對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的分辨率也產(chǎn)生上限。其結(jié)果是無(wú)論怎樣提高編 碼器等位置搶測(cè)裝置的分辦率,在現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)控制裝置中,也難以 進(jìn)行例如秒(")級(jí)別的角度精度的定位。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鶬是鑒于上述問(wèn)趙而提出的,其目的在于提供一種能夠 進(jìn)行高精度的定位控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
為了達(dá)到上述目的,權(quán)利要求1的電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于包 括檢測(cè)無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元;檢測(cè)上述 無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī)的電流的電流檢測(cè)單元;使用控制相位角對(duì)由該電流 檢測(cè)單元檢測(cè)出的電流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換,求出作為磁通方向成分的 d軸電流和作為與之正交的轉(zhuǎn)矩方向成分的q軸電流的座標(biāo)變換單 元;根據(jù)指令d軸電流與由上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的d軸電流的
差,生成指令d軸電壓,根據(jù)指令q軸電流與由上述電流檢測(cè)單元 檢測(cè)出的q軸電流的差,生成指令q軸電壓的電流控制單元;使用 上述控制相位角對(duì)上述指令d軸電壓和上述指令q軸電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 座標(biāo)變換,生成3相指令電壓的座標(biāo)變換單元;根據(jù)上述3相指令電 壓,形成3相通電信號(hào)的通電信號(hào)形成單元;在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中,將上述 指令d軸電流保持為一定值,將上述指令q軸電流保持為0,與目標(biāo) 的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差對(duì) 應(yīng)地控制上迷控制相位角的位置控制單元(基于相位控制的定位控 制電流控制型)。
權(quán)利要求2記栽的電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中, 將上述指令d軸電壓保持為一定值,將上述指令q軸電壓保持為0, 與上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn) 位置的差對(duì)應(yīng)地控制上述控制相位角的位置控制單元(基于相位控制 的定位控制電壓控制型),
權(quán)利要求3記栽的電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中, 將上述指令d軸電流保持為一定值,將上述指令q軸電流保持為0, 將上迷控制相位角保持為一定值,根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由 上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差,求出各相的電壓修正 值,根據(jù)該電壓修正值修正上述3相指令電壓的位置控制單元(基于 相電壓修正的定位控制電流控制型)。
權(quán)利要求4記栽的電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中,
將上述指令d軸電壓保持為一定值,將上述指令q軸電壓保持為0, 將上述控制相位角保持為一定值,根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由 上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差,求出各相的電壓修正 值,根據(jù)該電壓修正值修正上述3相指令電壓的位置控制單元(基于 相電壓修正的定位控制電壓控制型)。
根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置,在使d軸的電流/電壓成分為一 定,q軸的電流/電壓成分為0的基礎(chǔ)上,根據(jù)位置偏差直接控制控 制相位,因此能夠?qū)⑽恢梅直媛侍岣叩脚c控制相位具有的高分辦率同 等的程度.另外,在使d軸的電流/電壓成分為一定,q軸的電流/電 壓成分為0,并使控制相位一定的基礎(chǔ)上,根據(jù)位置偏差修正并控制 各相的電壓,因此能夠得到與該各相的電壓修正狀態(tài)對(duì)應(yīng)的微小的旋 轉(zhuǎn)角,能夠提高位置分辦羋,
附困說(shuō)明
困1是本發(fā)明的實(shí)施例1的基于相位控制的定位控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
困2是基于速度控制的定位控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 困3是定位控制的流程圖。
困4是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的與圖l對(duì)應(yīng)的圖。 困5是與困2對(duì)應(yīng)的困,
困6是表示本發(fā)明的實(shí)施例3的與困l對(duì)應(yīng)的圖。 困7是與困3對(duì)應(yīng)的圍,
困8是表示相位角與修正的相電壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系的圖。 困9是用于導(dǎo)出困8所示的對(duì)應(yīng)關(guān)系的說(shuō)明圖。 困10是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的與困l對(duì)應(yīng)的圖。 困11是表示本發(fā)明的實(shí)施例5的與圖3對(duì)應(yīng)的圖。
具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1)以下,參考困1~困3,說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例l。
圖l和調(diào)2表示了電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)控制裝置l在 位置偏差A(yù)P大的情況下,通過(guò)與困2所示的現(xiàn)有技術(shù)一樣的結(jié)構(gòu), 采用與位置鎮(zhèn)差A(yù)P對(duì)應(yīng)地得到指令旋轉(zhuǎn)速度or的位置反饋循環(huán)作 為主循環(huán),采用與速度偏差A(yù)co對(duì)應(yīng)地得到指令電流的速度反饋循環(huán) 作為輔循環(huán)(以下稱(chēng)為基于速度控制的定位控制)。對(duì)此,如果位置 偏差A(yù)P小于等于規(guī)定值,則如圖l所示那樣,采用以下的位置反饋 循環(huán)(以下稱(chēng)為基于相位控制的定位控制),即在使速度反饋循環(huán)無(wú) 效而使指令電流成為一定值的基礎(chǔ)上,與位置偏差A(yù)P對(duì)應(yīng)地控制控 制相位角e (以下稱(chēng)為相位角e)。
首先,說(shuō)明困2所示的控制結(jié)構(gòu).作為控制對(duì)象的無(wú)刷DC電動(dòng) 機(jī)2 (以下稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)2)例如是24極中空型的無(wú)芯電動(dòng)機(jī),在激光 測(cè)量裝置中用于掃描激光光束的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等中。在該電動(dòng)機(jī)2中,安 裝有高分辦率(作為一個(gè)例子,為4194304脈沖/rev)的編碼器3, 該編碼器3的輸出信號(hào)SA、 SB、 SZ被提供給電動(dòng)機(jī)控制裝置1。另 外,在上述示例的編碼器3的情況下,每1脈沖的角度分辨率為約 0.3",
通過(guò)將6個(gè)開(kāi)關(guān)元件例如FET4ap、 4an......連接為3相橋的電路
形式而成的公知的電壓型反相器(inverter) 4來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)2。經(jīng)由 驅(qū)動(dòng)電路5向FET4ap、 4an......的各柵極提供從電動(dòng)機(jī)控制裝置1
輸出的換流信號(hào)(后述)。另外,在將反相器4和電動(dòng)機(jī)2的各相端 子連接起來(lái)的輸出線上分別設(shè)置有霍爾CT等的電流檢測(cè)器6a、 6b、 6c。
電動(dòng)機(jī)控制裝置1由CPU、存儲(chǔ)器等基本結(jié)構(gòu)、以及具備A/D 變換器、具有PWM計(jì)算功能的計(jì)時(shí)器等外圍電路的處理器構(gòu)成,通 過(guò)執(zhí)行存儲(chǔ)在快閃存儲(chǔ)器等非易失性存儲(chǔ)器中的控制程序,來(lái)控制電 動(dòng)機(jī)2。困1和困2通過(guò)框圖表示該電動(dòng)機(jī)控制裝置1執(zhí)行的處理內(nèi) 容。電動(dòng)機(jī)攄制裝置1以電動(dòng)機(jī)2的磁通軸方向?yàn)閐軸,以與之正交 的轉(zhuǎn)矩軸方向?yàn)閝軸,在這些dq座標(biāo)軸上執(zhí)行所謂的向量控制.
位置檢糊部件7與上述編碼器3 —起構(gòu)成旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元8, 根據(jù)從編碼審3提供的輸出信號(hào)SA、 SB、 SZ,檢測(cè)作為電動(dòng)機(jī)2的 轉(zhuǎn)子的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度的位置P。相位角計(jì)算部件9 (相當(dāng)于控制相位 角生成單元)將電動(dòng)機(jī)2的極對(duì)數(shù)(對(duì)于上述的電動(dòng)機(jī)是12)乘以
該檢測(cè)位置P,得到作為電氣角的相位角e。
旋轉(zhuǎn)速虛檢測(cè)部件10 (相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元)根據(jù)檢測(cè)位置 P檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)速度co.位置控制部件11由減法器12和PI計(jì)算部件 13構(gòu)成,在從目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置Pr (以下稱(chēng)為指令位置Pr)減去 檢測(cè)位置P而得到位置偏差A(yù)P后進(jìn)行PI計(jì)算,生成指令旋轉(zhuǎn)速度 cor。在計(jì)算位里偏差A(yù)P時(shí),進(jìn)行用于防止溢出的限制處理。
減法器14從指令旋轉(zhuǎn)速度份r減去檢出旋轉(zhuǎn)速度co,求出速度偏 差A(yù)(d, PI計(jì)算部件15對(duì)速度偏差A(yù)(O執(zhí)行PI計(jì)算,生成指令q軸 電流Iqr。由這些減法器4和PI計(jì)算部件15構(gòu)成速度控制單元16。 另外,指令d軸電流Idr為一定值。
由A/D臾換器等構(gòu)成的電流檢測(cè)部件17與上述電流檢測(cè)器6a、 6b、 6c—起構(gòu)成電流檢測(cè)單元18,根據(jù)從電流檢測(cè)器6a、 6b、 6c輸 出的信號(hào),求出3相電流Ia、 Ib、 Ic。電流變換部件19 (相當(dāng)于座 標(biāo)變換單元)針對(duì)這些3相電流Ia、 Ib、 Ic,使用相位角0,進(jìn)行3 相- 2相變換和旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換,求出檢出d軸電流Id和檢出q軸電 流Iq。
減法審加從上述指令d軸電流Idr減去檢出d軸電流Id,求出 d軸電流偏差A(yù)M, PI計(jì)算部件21對(duì)該d軸電流偏差A(yù)id執(zhí)行PI計(jì) 算,生成指令d軸電壓Vd。同樣,減法器22從指令q軸電流Iqr減 去檢出q軸電流Iq,求出q軸電流偏差A(yù)Iq, PI計(jì)算部件23對(duì)該q 軸電流偏差A(yù)Iq執(zhí)行PI計(jì)算,生成指令q軸電壓Vq。由這些減法 器20、 22和PI計(jì)算部件21、 23構(gòu)成電流控制單元24。
電壓變換部件25 (相當(dāng)于座標(biāo)變換單元)針對(duì)這些d軸電壓Vd 和q軸電壓Vq,使用相位角0,進(jìn)行2相,3相變換和旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變 換,求出3相的電壓Va、 Vb、 Vc。 PWM控制部件26 (相當(dāng)于通電信號(hào)形成單無(wú))使用專(zhuān)用的計(jì)時(shí)器,對(duì)這些相電壓Va、 Vb、 Vc執(zhí) 行PWM計(jì)算,生成換流信號(hào)(相當(dāng)于3相通電信號(hào))。
另一方面,在困1所示的基于相位控制的定位控制中,旋轉(zhuǎn)速度 檢測(cè)部件10和速度控制單元16停止處理。另外,相位角計(jì)算部件9 停止上述極對(duì)數(shù)的乘法處理,維持并輸出從基于速度控制的定位控制 (圖2)切換到基于相位控制的定位控制(
圖1)時(shí)的相位角e。位 置控制部件11的PI計(jì)算部件13對(duì)位置偏差A(yù)P執(zhí)行PI計(jì)算,生成 修正角ep,加法器27將修正角ep加上從相位角計(jì)算部件9輸出的
切換時(shí)的相位角e,生成修正后的相位角e。由上述位置控制部件ii
和加法器27構(gòu)成位置控制單元28。
接著,參考困3所示的流程困,說(shuō)明本實(shí)施例的作用。
電動(dòng)機(jī)控制裝置1如果輸入了定位指令,則開(kāi)始困3所示的定位 控制.在該定位控制中,根據(jù)位置偏差A(yù)P,即從現(xiàn)在的位置P到達(dá) 指令位置Pr的剩余移動(dòng)量,切換控制方法。例如在為了進(jìn)行位置反 轉(zhuǎn)而將指令隹置Pr從定位控制開(kāi)始時(shí)的位置設(shè)置到180。的禽度位置 的情況下,電動(dòng)機(jī)控制裝置1判斷位置偏差A(yù)P (角度)是否小于等 于36"(步壤Sl),如果判斷為"NO",則通過(guò)圖2所示的結(jié)構(gòu),執(zhí) 行基于速度控制的定位控制(步驟S2:笫一控制形式).
該基于速度控制的定位控制如開(kāi)始說(shuō)明的那樣,使與位置偏差 AP對(duì)應(yīng)地生成指令旋轉(zhuǎn)速度cor的位置反饋循環(huán)、與速度偏差A(yù)(O對(duì) 應(yīng)地生成指令q軸電流Iqr的速度反饋循環(huán)有效。指令d軸電流Idr 為一定.由此,位里偏差A(yù)P越大則指令旋轉(zhuǎn)速度wr越大,與此同 時(shí),q軸電流Iq和q軸電壓Vq也變大。因此,能夠得到高轉(zhuǎn)矩, 響應(yīng)性好,能夠在短時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)到指令位置Pr附近。但是,處理器 的PWM控制部件26的電壓振幅的分辨率比較低,另外由于經(jīng)由速 度反饋循環(huán),所以有難以進(jìn)行高精度的定位的缺點(diǎn)。
對(duì)此,電動(dòng)機(jī)控制裝置1如果判斷出位置偏差A(yù)P (角度)小于 等于36" (YES),則通過(guò)困1所示的結(jié)構(gòu),執(zhí)行基于相位控制的定 位控制(步壤S3:笫二控制形式)。在該定位控制中,停止速度控
制,將指令d軸電流Idr原樣保持為一定,將指令q軸電流Iqr設(shè)置 為0。另外,相位角計(jì)算部件9保持切換到該定位控制時(shí)的相位角, 使與位置偏差A(yù)P對(duì)應(yīng)地修正并控制相位角e、的位置反饋循環(huán)有效。
在該情況下,作為位置控制部件11的減法器12的功能,處理器 為了防止以后的16比特乘法計(jì)算中的溢出,而執(zhí)行以下的限制處 理。在此,S—preSet—dev32是表示位置偏差A(yù)P的變量,S_temp是 臨時(shí)變量.
If (S_preSet—dev32>0x00007fff) S—temp=0x7fff
Else If (S—preSet_dev32<0xfffffi000) S一te啤一x8000
Else
S_tem>= S_preSet—dev32的低位16比特 接著,作為PI計(jì)算部件13的功能,處理器依照以下的公式,根 據(jù)16比特鯓位置偏差計(jì)算出修正角ep (變量S_phase_user)。 PhaKp、 Ph沐i分別是表示相位修正定位控制的比例增益、積分增 益,S_phase—user—I是表示積分項(xiàng)的變量,笫1個(gè)公式是積分計(jì)算的 公式,笫2個(gè)公式是將積分計(jì)算結(jié)果與比例計(jì)算結(jié)果相加的公式。另 外,依照憤例,(n)表示數(shù)字控制周期。
Sj)hase一nser一I (n) 88 S—phase一user一I ( n - 1) + PhaKixS—temp S_phase—aser ( n) 88 S—phase一user一I ( n ) + PhaKpxS_temp 處理器針對(duì)該計(jì)算出的變量S_phase—user實(shí)施修正角的限制。 另外,作為加法器27的功能,將切換到基于相位控制的定位控制時(shí) 的相位角e所對(duì)應(yīng)的變量作為S一theta一Lock,依照以下的公式計(jì)算 出相位角0 (變量R— ieta_com )。
R一theta jo加■= S—theta一Lock + S_phase—user 該基于相位控制的定位控制不經(jīng)由速度反饋循環(huán),由于指令d軸 電流Idr和推令q軸電流Iqr是固定的,所以難以由于因速度反饋循 環(huán)引起的電壓變動(dòng)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩變動(dòng)。相位角e的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的分辨率一
般可以比上述PWM控制部件26 (計(jì)時(shí)器)的電壓振幅的分辨率 高,進(jìn)而通過(guò)將q軸電流Iq控制為0而抑制產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,而更容易進(jìn) 行微小轉(zhuǎn)矩的控制。其結(jié)果是與上述基于速度控制的定位控制相比, 能夠進(jìn)行響應(yīng)性低但高精度的定位控制。
如果上逸步棵S2或S3的處理結(jié)束,則電動(dòng)機(jī)控制裝置1判斷現(xiàn) 在位置P是否到達(dá)指令位置Pr (反轉(zhuǎn)位置)。在此,如果判斷出不 一致(NO),則轉(zhuǎn)移到步驟Sl,如果判斷出一致(YES),則結(jié)束 定位控制,
如以上說(shuō)明的那樣,本實(shí)施例的電動(dòng)機(jī)控制裝置1如果位置偏差 AP小于等于規(guī)定值,則執(zhí)行與位置偏差A(yù)P對(duì)應(yīng)地直接控制相位角e 的基于相位控制的定位控制,因此在指令位置Pr的近旁能夠進(jìn)行高 精度的定位.另外,在位置偏差A(yù)P比規(guī)定值大的情況下,執(zhí)行基于 速度控制的定位控制,因此作為整體能夠提高響應(yīng)性和效率。 (實(shí)施僻2 )
接著,參考困4和困5,說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例2。
困4和圃5表示了電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),向與圖1和困2—樣 的部分附加相同的符號(hào)。電動(dòng)機(jī)控制裝置29不具備電流控制循環(huán)而 直接控制電壓,該結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l不同。
該電動(dòng)機(jī)控制裝置29在位置偏差A(yù)P大的情況下,如圖5所示那 樣,采用與位置偏差A(yù)P對(duì)應(yīng)地得到指令旋轉(zhuǎn)速度cor的位置反饋循 環(huán),同時(shí)采用與速度偏差A(yù)co對(duì)應(yīng)地得到q軸電壓Vq的速度反饋循 環(huán)(基于速度控制的定位控制)。PI計(jì)算部件30對(duì)速度偏差A(yù)份執(zhí) 行PI計(jì)算,生成指令q軸電壓Vq,因此與減法器14 一起構(gòu)成速度 控制單元31.另外,d軸電壓Vd為一定值.
如果位置偏差A(yù)P變小,則如圖4所示那樣,采用以下這樣的位 置反饋循環(huán)(基于相位控制的定位控制),即在使速度反饋循環(huán)無(wú) 效,使d軸電壓Vd為一定值,q軸電壓Vq為0的基礎(chǔ)上,與位置 偏差A(yù)P對(duì)應(yīng)地控制相位角G。在該情況下,由位置控制部件ll和加 法器27構(gòu)成鋃置控制單元32,
也依照與實(shí)施例1 一樣的處理執(zhí)行該使用了電動(dòng)機(jī)控制裝置29 的定位控制,能夠得到與實(shí)施例l一樣的作用和效果。另外,由于除 去了電流反錆循環(huán),所以因該循環(huán)造成的電壓變動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩變 動(dòng),與實(shí)施例l相比,能夠進(jìn)行更高精度的定位。 (實(shí)施例3)
接著,參考困6~困9,說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例3。
圖6表示了電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),向與圖l相同的部分附加相 同的符號(hào),電動(dòng)機(jī)控制裝置33在位置偏差A(yù)P大的情況下,通過(guò)與 困2 —樣的結(jié)構(gòu),執(zhí)行基于速度控制的定位控制,如果位置偏差A(yù)P 變小,則使用困6所示的結(jié)構(gòu),采用位置反饋循環(huán)(以下稱(chēng)為基于相 電壓修正的定位控制),即與位置偏差A(yù)P對(duì)應(yīng)地修正并控制相電壓 Va、 Vb、 Vc,
如果切換到基于相電壓修正的定位控制,則旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)部件10 和速度控制羊元16停止處理.另外,相位角計(jì)算部件9停止上述的
極對(duì)數(shù)的乘法處理,維持并輸出切換時(shí)的相位角e。位置控制部件ii
的PI計(jì)算部件13對(duì)位直偏差A(yù)P執(zhí)行PI計(jì)算,生成相電壓修正值 Vp。
選擇部件34根據(jù)相位角e,選擇進(jìn)行相電壓修正的相(a相、b 相、c相)和修正的方向(極性),對(duì)該選擇出的相,以規(guī)定的極性 輸出相電壓修正值Vp (參考困8)。加法器35a、 35b、 35c分別將 從電壓變換部件25輸出的相電壓Va、 Vb、 Vc和從選擇部件34輸 出的相電壓修正值Vp相加,由這些位置控制部件11、選擇部件34 和加法器35a、 35b、 35c構(gòu)成位置控制單元36。
困7是定位控制的流程圖,向與圖3所示的各處理步稞一樣的處 理步錄附加相同的步稞編號(hào),在為了位置反轉(zhuǎn)而將指令位置Pr從定 位控制開(kāi)始時(shí)的位置設(shè)置為180。的角度位置的情況下,電動(dòng)機(jī)控制 裝置33判斷位置偏差A(yù)P是否小于等于10"(步驟Sll),如果判斷 為"YES", JW執(zhí)行基于相電壓修正的定位控制(步驟S12:第二控制 形式)。在該定位控制中,如上所迷那樣停止速度控制,將指令d
軸電流Idr原樣保持為一定,使指令q軸電流Iqr為0。相位角計(jì)算 部件9使保持切換到該定位控制時(shí)的相位角e并與位置偏差A(yù)P對(duì)應(yīng) 地修正并控制任意的相電壓Va、 Vb、 Vc的位置反饋循環(huán)有效。
在該情況下,處理器執(zhí)行與實(shí)施例1 一樣的限制處理,作為PI 計(jì)算部件13的功能,根據(jù)16比特的位置偏差,依照以下的公式計(jì)算 出相電壓修正值Vp (變量S_phase_userM20 ) 。 PhaM20Kp 、 PhaM20Ki分別是表示相電壓修正定位控制的比例增益、積分增益, S_phase_userM20—I是表示積分項(xiàng)的變量,第1個(gè)公式是積分計(jì)算的 公式,第2個(gè)公式是將積分計(jì)算結(jié)果與比例計(jì)算結(jié)果相加的公式。
S—phase一userM20—I ( n ) 88 S_phaseuserM20—I ( n - 1 ) + PhaM20KixS一temp
S』hase一userM20 ( n ) = S_phase_userM20—I ( n ) + PhaM20Kpxg;一temp
處理器鐘對(duì)該計(jì)算出的S_phase—userM20實(shí)施相電壓修正量的限 制。另外,逸擇部件34如困8所示那樣,將電氣角的360。區(qū)分為每 60°的6個(gè)角度區(qū)域,并與相位角e (變量R_theta_com)所屬的角 度區(qū)域?qū)?yīng)地修正規(guī)定的一個(gè)相電壓,圖9是用于導(dǎo)出圖8所示的對(duì) 應(yīng)關(guān)系的說(shuō)明困。例如在相位角e位于從120°到180。的角度區(qū)域的 情況下,在進(jìn)行電動(dòng)機(jī)2的正旋轉(zhuǎn),即增加相位角e的同時(shí),c相 電壓Vc増加。因此,a相電壓和b相電壓Vb保持為從電壓變換部 件25輸出的值,用正極性的相電壓修正值Vp (變量 S_phase_userM20)修正c相電壓Vc。其結(jié)果是電動(dòng)機(jī)2向正旋轉(zhuǎn) 的方向只旋轉(zhuǎn)與相電壓修正值Vp對(duì)應(yīng)的微小的角度。對(duì)于其他角度 區(qū)域也一樣。
該基于相電壓修正的定位控制不經(jīng)由速度反饋循環(huán),指令d軸電 流Idr和指令q軸電流Iqr是固定的,因此因速度反饋循環(huán)造成的電
壓變動(dòng)難以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩變動(dòng)。另外,由于直接修正規(guī)定相的相電壓,所 以能夠?qū)κ┘拥诫妱?dòng)機(jī)2的三相交流進(jìn)行只產(chǎn)生微小失真的微小角度 的旋轉(zhuǎn)控制,與基于速度控制的定位控制相比,能夠進(jìn)行高精度的定
位控制。另外,在位置偏差A(yù)P比規(guī)定值大的情況下,執(zhí)行基于速度 控制的定位控制,因此作為整體能夠提髙響應(yīng)性和效率。 (實(shí)施例4) 接著,參考困IO,說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例4。
困10表示了電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),不具備電流控制循環(huán),在 該結(jié)構(gòu)上與圃6所示的實(shí)施例3不同。
該電動(dòng)機(jī)控制裝置37在位置偏差A(yù)P大的情況下,通過(guò)圖5所示 的結(jié)構(gòu)執(zhí)行基于速度控制的定位控制,如果位置偏差A(yù)P變小,則如 圖10所示那樣,使速度反饋循環(huán)無(wú)效,在使d軸電壓Vd為一定 值,使q軸電壓Vq為0的基礎(chǔ)上,執(zhí)行以下的基于相電壓修正的定 位控制,即與位置偏差A(yù)P對(duì)應(yīng)地修正并控制相電壓Va、 Vb、 Vc。
也依照與實(shí)施例3 —樣的處理執(zhí)行使用了該電動(dòng)機(jī)控制裝置37 的定位控制,能夠得到與實(shí)施例3相同的作用和效果。另外,由于除 去了電流反俯循環(huán),所以因該循環(huán)造成的電壓變動(dòng)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩變動(dòng), 與實(shí)施例3相比,能夠進(jìn)行更高精度的定位。 (實(shí)施例5)
本實(shí)施銅的電動(dòng)機(jī)控制裝置在具有電流反饋循環(huán)的形式的情況 下, 一邊與位置偏差A(yù)P的大小對(duì)應(yīng)地切換困2、圖1、圖6所示的 第一、第二、笫三控制形式, 一邊進(jìn)行定位,在不具備電流反饋循環(huán) 的形式的情況下, 一邊與位置偏差A(yù)P的大小對(duì)應(yīng)地切換圖5、圖 4、困10所示的笫一、笫二、第三控制形式,, 一邊進(jìn)行定位。
困11是可以共通地適用于上述任意的形式的定位控制的流程 圖,向與困3和困7所示的各處理步驟一樣的處理步驟附加相同的步 驟編號(hào)。即,在位置偏差A(yù)P大于作為第一閾值的36"的情況下,執(zhí) 行圖2或困5所示的基于速度控制的定位控制。如果位置偏差A(yù)P變 得大于IO"而小于等于36",則執(zhí)行圖1或困4所示的基于相位控制 的定位控制,進(jìn)而,如果位置偏差A(yù)P變得小于等于10",則執(zhí)行圖 6或閨IO所承的基于相電壓修正的定位控制。
根據(jù)本實(shí)施例,隨著位置偏差A(yù)P變小,順序地切換到能夠進(jìn)行
更微小角度的定位的定位控制,因此能夠進(jìn)行高響應(yīng)性并且高精度的 定位控制.
(其他實(shí)施例)
另外,本發(fā)明并不只限于上述和附圖所示的各實(shí)施例,例如可以 如下這樣進(jìn)衧變形或擴(kuò)展。
各實(shí)施鑭構(gòu)成為進(jìn)行與基于速度控制的定位控制的切換,但也可 以不進(jìn)行該切換,而只使用基于相位控制的定位控制或基于相電壓修 正的定位控制來(lái)執(zhí)行定位。另外,也可以切換基于相位控制的定位控
制和基于相電壓修正的定位控制,而進(jìn)行定位,
在基于相位控制的定位控制和基于相電壓修正的定位控制中,將
指令q軸電統(tǒng)Iqr或指令q軸電壓Vq設(shè)置為0,但也可以根據(jù)與定 位精度的關(guān) 在產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩降低到能夠進(jìn)行微小轉(zhuǎn)矩控制的程度的設(shè)置 范圍內(nèi)設(shè)置為不是O的一定值。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于包括檢測(cè)無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元;檢測(cè)上述無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī)的電流的電流檢測(cè)單元;使用控制相位角對(duì)由該電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的電流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換,求出作為磁通方向成分的d軸電流和作為與之正交的轉(zhuǎn)矩方向成分的q軸電流的座標(biāo)變換單元;根據(jù)指令d軸電流與由上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的d軸電流的差,生成指令d軸電壓,根據(jù)指令q軸電流與由上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的q軸電流的差,生成指令q軸電壓的電流控制單元;使用上述控制相位角對(duì)上述指令d軸電壓和上述指令q軸電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換,生成3相指令電壓的座標(biāo)變換單元;根據(jù)上述3相指令電壓,形成3相通電信號(hào)的通電信號(hào)形成單元;在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中,將上述指令d軸電流保持為一定值,將上述指令q軸電流保持為0,與目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差對(duì)應(yīng)地控制上述控制相位角的位置控制單元。
2. —種電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于包括檢測(cè)無(wú)劇lie電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元;使用控制相位角對(duì)作為磁通方向成分的指令d軸電壓和作為與之正交的轉(zhuǎn)矩方向成分的指令q軸電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換,生成3相指令電壓的座標(biāo)變換單元;根據(jù)上迷3相指令電壓,形成3相通電信號(hào)的通電信號(hào)形成單元;在定位逮轉(zhuǎn)中,將上述指令d軸電壓保持為一定值,將上迷指令q軸電壓保持為0,與目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的徒轉(zhuǎn)位置的差對(duì)應(yīng)地控制上述控制相位角的位置控制單 元,
3. —種電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于包括 檢測(cè)無(wú)劇DC電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元; 檢測(cè)上逋無(wú)刷DC電動(dòng)機(jī)的電流的電流檢測(cè)單元;使用控制相位角對(duì)由該電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的電流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo) 變換,求出作為磁通方向成分的d軸電流和作為與之正交的轉(zhuǎn)矩方 向成分的q釉電流的座標(biāo)變換單元;根據(jù)指令d軸電流與由上述電流檢測(cè)單元檢測(cè)出的d軸電流的 差,生成指令d軸電壓,根據(jù)指令q軸電流與由上述電流檢測(cè)單元 檢測(cè)出的q柚電流的差,生成指令q軸電壓的電流控制單元;使用上逸控制相位角對(duì)上述指令d軸電壓和上述指令q軸電壓進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換,生成3相指令電壓的座標(biāo)變換單元;根據(jù)上迷3相指令電壓,形成3相通電信號(hào)的通電信號(hào)形成單元;在定位逸轉(zhuǎn)中,將上述指令d軸電流保持為一定值,將上述指令q軸電流保持為0,將上述控制相位角保持為一定值,根據(jù)目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差,求出各相的電壓修正值,根椐該電壓修正值修正上述3相指令電壓的位置 控制單元.
4. 一種電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于包括 檢測(cè)無(wú)剩DC電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元; 使用控鐲相位角對(duì)作為磁通方向成分的指令d軸電壓和作為與之正交的轉(zhuǎn)矩方向成分的指令q軸電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換,生成3相指 令電壓的座標(biāo)變換單元;根據(jù)上迷3相指令電壓,形成3相通電信號(hào)的通電信號(hào)形成單元5在定位逸轉(zhuǎn)中,將上述指令d軸電壓保持為一定值,將上述指令 q軸電壓保持為0,將上述控制相位角保持為一定值,根據(jù)目標(biāo)的停 止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差,求出 各相的電壓修正值,根據(jù)該電壓修正值修正上述3相指令電壓的位置 控制單元.
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于還包括生成與由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)的控制相 位角的控制相位角生成單元;根據(jù)由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置,檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)速 度的旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元;根據(jù)指令旋轉(zhuǎn)速度與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)速度 的差,生成柵令q軸電流的速度控制單元,其中上述位置控制單元構(gòu)成為能夠在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中切換以下的控制形 式使上述桂制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元和速度控制單元 有效,根椐上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè) 出的旋轉(zhuǎn)位置的差,生成上述指令旋轉(zhuǎn)速度的第一控制形式;使上述 控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元和速度控制單元無(wú)效,將上 述指令d軸電流保持為一定值,將上述指令q軸電流保持為0,與上 述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置 的差對(duì)應(yīng)地,控制上述控制相位角的第二控制形式。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于還包括生成與由上迷旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)的控制相 位角的控制相位角生成羊元;根據(jù)由上述旋轉(zhuǎn)位里檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置,檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)速 度的旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元;根據(jù)指令旋轉(zhuǎn)速度與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)速度 的差,生成指令q軸電壓的速度控制單元,其中上述位置控制單元構(gòu)成為能夠在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中切換以下的控制形 式使上迷撞制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元和速度控制單元 有效,根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè) 出的旋轉(zhuǎn)位置的差,生成上述指令旋轉(zhuǎn)速度的第一控制形式;使上迷 控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元和速度控制單元無(wú)效,將上述指令d軸電壓保持為一定值,將上述指令q軸電壓保持為0,與上 述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置 的差對(duì)應(yīng)地,控制上述控制相位角的笫二控制形式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于還包括生成與由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)的控制相 位角的控制相位角生成單元;根據(jù)由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置,檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)速 度的旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元;根據(jù)指令旋轉(zhuǎn)速度與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)速度的差,生成指令q軸電流的速度控制單元,其中上述位置控制單元構(gòu)成為能夠在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中切換以下的控制形 式使上述控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元和速度控制單元 有效,根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè) 出的旋轉(zhuǎn)位里的差,生成上述指令旋轉(zhuǎn)速度的第一控制形式;使上述 控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元和速度控制單元無(wú)效,將上 述指令d軸電流保持為一定值,將上述指令q軸電流保持為0,將上 迷控制相位角保持為一定值,根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述 旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差,求出各相的電壓修正值, 根據(jù)該電壓修正值修正上述3相指令電壓的第二控制形式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于還包括生成與由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置對(duì)應(yīng)的控制相 位角的控制相位角生成單元;根據(jù)由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置,檢測(cè)出旋轉(zhuǎn)速 度的旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)羊元;根據(jù)指令旋轉(zhuǎn)速度與由上迷旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)速度 的差,生成插令q軸電流的速度控制單元,其中上述位置控制單元構(gòu)成為能夠在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中切換以下的控制形 式使上述控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元和速度控制單元 有效,根據(jù)上迷目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元檢測(cè) 出的旋轉(zhuǎn)位置的差,生成上述指令旋轉(zhuǎn)速度的第一控制形式;使上述 控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元和速度控制單元無(wú)效,將上 述指令d軸電壓保持為一定值,將上述指令q軸電壓保持為0,將上 述控制相位角保持為一定值,根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述 旋轉(zhuǎn)位置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差,求出各相的電壓修正值, 根據(jù)該電壓修正值修正上述3相指令電壓的笫二控制形式。
9. 根據(jù)杈利要求5所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于 上述位置控制單元構(gòu)成為除了上述第一、第二控制形式以外,還能夠在定位逸轉(zhuǎn)中切換到以下的第三控制形式,即使上述控制相位角 生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元和速度控制單元無(wú)效,將上述指令d 軸電流保持為一定值,將上述指令q軸電流保持為0,將上述控制相 位角保持為一定值,根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位置 檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差,求出各相的電壓修正值,根據(jù)該電 壓修正值修正上述3相指令電壓。
10. 根槺權(quán)利要求6所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于 上述位置控制單元構(gòu)成為除了上述第一、第二控制形式以外,還能夠在定位遨轉(zhuǎn)中切換到以下的第三控制形式,即使上述控制相位角 生成單元、徒轉(zhuǎn)速度檢測(cè)單元和速度控制單元無(wú)效,將上述指令d 軸電壓保持為一定值,將上述指令q軸電壓保持為0,將上述控制相 位角保持為一定值,根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位置 檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差,求出各相的電壓修正值,根據(jù)該電 壓修正值修正上述3相指令電壓。
11. 根柵權(quán)利要求5~8中的任意一個(gè)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置, 其特征在于上述位置控制單元在上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位置 檢測(cè)單元檢瀾出的旋轉(zhuǎn)位置的差小于等于規(guī)定值的情況下,從上述笫 一控制形式切換到上述笫二控制形式,進(jìn)行定位。
12.根播權(quán)利要求9或10所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置,其特征在于上述位置控制單元隨著上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位 置檢測(cè)單元檢測(cè)出的旋轉(zhuǎn)位置的差變小,以上述第一控制形式、第二 控制形式、第三控制形式的順序進(jìn)行切換而進(jìn)行定位。
全文摘要
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置進(jìn)行高精度的定位。在位置偏差(ΔP)大于規(guī)定值的情況下,使速度反饋循環(huán)有效,執(zhí)行基于速度控制的定位控制。如果位置偏差(ΔP)變得小于等于規(guī)定值,則使速度反饋循環(huán)無(wú)效,執(zhí)行基于相位控制的定位控制。在基于相位控制的定位控制中,使指令q軸電流(Iqr)為0,由PI計(jì)算部件(13)根據(jù)位置偏差(ΔP)生成修正角(θp),利用加法器(27)將修正角(θp)加上切換時(shí)的相位角(θ)。電流變換部件(19)和電壓變換部件(25)使用修正后的相位角(θ)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換。
文檔編號(hào)G05D3/20GK101097438SQ20071008587
公開(kāi)日2008年1月2日 申請(qǐng)日期2007年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者大村直起, 小湊真一, 永井一信, 粟津稔, 長(zhǎng)谷川幸久 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝