專利名稱：電動機的控制方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及將電動機的轉子停止在固定位置上的電動機的控制方法和裝置。
背景技術：
關于使用于工作機械的主軸等的電動機的控制方法，存在將電動機的轉子定位停止在希望位置上的公知技術。在以往的控制方法中，在速度控制下將電動機運轉到固定的速度(定位速度)，將控制模式從速度控制切換到位置控制，根據指令停止位置來進行位置控制。圖6是表示了以往的電動機的控制裝置的結構的模塊圖。圖7是表示以往的電動機的控制裝置的動作的動作波形圖。電動機M的轉子的位置，通過編碼裝置等的位置傳感器S來檢測。位置傳感器S的輸出被輸入到速度檢測器SD中，速度檢測器SD根據位置傳感器S的輸出來檢測并輸出轉子的速度(與速度相當的信號)。在該以往的裝置中，在電動機 M在速度控制下進行旋轉的情況下，開關Sl位于a側。旋轉速度指令與轉子速度的偏差被輸入到速度控制器SC，速度控制器SC將轉矩指令輸出到轉矩控制器TC。轉矩控制器TC根據轉矩指令來輸出控制電動機M的電流指令，以使得電動機M的轉矩與轉矩指令一致。另外，在本例中，在轉矩控制器內安裝有按照電流指令來控制電動機電流的控制部。為了將電動機停止，而從上位控制器輸出了定位速度指令后，將開關Sl切換到b側，將開關S2切換到a側。其結果，電動機用定位速度指令來進行速度控制。由此，如圖7所示，電動機旋轉速度逐漸降低，在定位速度下旋轉。在位置控制系統中，取得表示使轉子停止在電動機一次旋轉內的哪個位置上的位置指令與由位置傳感器S檢測出的轉子的位置的位置偏差，并輸入到位置控制器PC中。位置控制器PC根據位置偏差，來計算來自位置環(huán)的速度指令。若來自位置環(huán)的速度指令為定位速度指令以下，則將開關S2切換到b側來進行位置控制。以后，根據來自位置控制器PC的速度指令，對電動機M進行位置控制，若電動機的轉子的位置成為指令停止位置，則電動機停止。若電動機M停止，則輸出定位完成信號，定位停止控制完成。在以往技術中，若想要縮短定位所需要的時間而增大位置控制器PC的增益，則轉矩飽和，電動機M的追蹤變得困難并產生過沖。因此，存在如下問題位置控制增益不得不被設定為不產生過沖的適度的值，無法縮短定位所需要的時間。在工作機械中，為了提高生產率，加工效率的提高不可缺少，強烈地尋求縮短轉子停止在定位置上為止的時間。作為縮短該定位所需要的時間的以往技術，存在JP特開平5-228794公報所示的方法。在該方法中，通過用平方根的函數來構成位置控制器的傳遞函數，縮短了定位所需要的時間。但是，在想要使用軟件在控制裝置中實現該技術的情況下，存在平方根的運算需要很多的處理時間，不現實的問題。作為縮短定位所需要的時間的另一以往技術，存在JP特開2007-172080公報所示的技術。在該技術中，根據由加速度檢測單元檢測出的加速度來作成加速度指令，并進行電動機的控制，以使得與移動指令關聯起來的加速度成為旋轉軸的加速度以下。但是，在JP特開2007-172080公報中，在具體應用該技術時，沒有明確記載如何計算移動指令。因此處于只看該文獻無法直接實施該技術的狀況。此外，在專利文獻2所記載的技術中，估計在處理運算中會花費相當多的時間。另一方面，作為電動機的定位控制的手法，存在滑動模式控制。將滑動模式控制應用于磁懸浮式鐵道用的線性電動機的定位的例子，記載于平成2年電氣學會全國大會738 題名為“使用了滑動模式的推動、懸浮共用式LIM的位置控制”的論文中。在該論文中，使用滑動模式控制來使受到一定的制動力而行駛中的車輛停止在固定位置上。在本例中，車輛的行駛狀態(tài)作為模型被設定為滑動曲線，按照該滑動曲線來使車輛停止。在控制系統中應用滑動模式控制，一般來說，能夠有望提高魯棒性等。但是，在前述論文所示的技術中，以滑動曲線的運算為中心組成了處理算法，沒有在表面(明示地)處理內部的物理變量。與此相對，在以往的電動機控制裝置中，在表面處理了控制各部的物理變量。作為產品的電動機控制裝置，由于限制速度，或者限制轉矩，或者設置與實際的機械系統一起抑制共振的濾波器，所以需要在表面處理該控制各部的物理變量。但是，在前述論文所記載的技術中，無法在表面處理控制各部的物理變量，難以將該技術應用于作為產品的電動機控制裝置中。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種以盡可能大的轉矩對電動機進行減速，而且定位時的過沖較小，能夠高速定位的電動機的控制方法和裝置。除了上述目的之外，本發(fā)明的另一目的在于，提供一種能夠使用滑動模式控制的電動機的控制方法和裝置，該滑動模式控制沿著使用用于定位控制的物理變量來規(guī)定的滑動曲線來控制轉子的位置和速度。本發(fā)明的電動機的控制方法，進行滑動模式控制來控制電動機并且使電動機的轉子停止的固定位置上。在速度控制中，將使旋轉速度指令所指示的指令速度與電動機的轉子的旋轉速度的偏差通過速度控制器而得到的轉矩指令提供給轉矩控制器，來對電動機的速度進行控制，以使得轉子的旋轉速度與旋轉速度指令一致。在定位控制中，若輸出了定位速度指令，則將使定位速度指令所指示的定位速度與電動機的速度的偏差通過速度控制器而得到的轉矩指令提供給轉矩控制器，來對轉子的速度進行控制，以使得轉子的旋轉速度成為定位速度。并且，在轉子的旋轉速度成為定位速度后，切換為滑動模式控制。在滑動模式控制中，取得由表示使轉子停止在轉子的一次旋轉內的哪個位置上的位置指令所指示的指令位置與轉子的位置的位置偏差。將使該位置偏差通過位置控制器而得到的位置環(huán)速度指令與將旋轉速度進行平方而編碼后的平方速度的偏差輸出到速度控制器，并將得到的轉矩指令輸入到轉矩控制器中。在本發(fā)明中，通過沿著使用用于定位控制的物理變量規(guī)定的滑動曲線，控制轉子的位置和速度，來進行使轉子停止在目標位置上的滑動模式控制。滑動曲線用于制作輸入到轉矩控制器中的轉矩指令，使用用于定位控制的物理變量來規(guī)定滑動曲線，使滑動模式控制成為可能。例如，在位置偏差大于預先規(guī)定的值時，使位置控制器的增益為與減速轉矩成正比并且與電動機和機械系統的慣性成反比的值。并且，將在轉矩指令上加上轉矩加法運算指令后的加法運算轉矩指令提供給轉矩控制器，該轉矩加法運算指令用于得到從電動機的最大轉矩中減去控制余裕部分后的值的轉矩。若位置偏差成為預先規(guī)定的值以下，則可以使轉矩加法運算指令為零或接近零的值，并規(guī)定位置控制器的增益為對穩(wěn)定偏差進行補償的值。這樣一來，能夠不大幅改變現有的電動機控制系統的結構地，將滑動模式控制應用于現有的電動機控制系統中。更具體來說，在滑動模式控制中，假設減速轉矩固定來設定滑動曲線。使提供給轉矩控制器的加法運算轉矩指令Tcmd為Tcmd = T+KS，其中T為轉矩加法運算指令，K為速度控制器的增益，S為由包含決定速度控制器的輸入的位置控制器的環(huán)內的物理變量構成的滑動曲線的函數。該函數S，在假設ν為旋轉速度，Δ χ為位置偏差，C為位置控制器的增益時，表示為S = CAx士 ν2。其中在該式中+為ν <0時，-為ν彡0時，在此，在假設&為預先規(guī)定的值，Tl為減速轉矩，J為電動機以及機械系統的慣性時，位置控制器的增益C，在 Δ χ > &時為C = 2 (T1/J)，在Δ χ < 時為C = Ctl。其中Ctl是用于穩(wěn)定偏差的補償的位置控制器的增益。像這樣具體化后，能夠使滑動模式控制內的變量，與位置控制器的增益、 位置偏差、轉矩合計等在以往的控制裝置中使用的參數對應。因此，能夠使用現有的電動機的控制裝置來進行滑動模式控制。另外，優(yōu)選使速度控制器在速度控制和定位控制中，進行比例積分控制，在滑動模式控制中，到轉子到達目標位置之前的規(guī)定時期為止，進行比例控制，以后進行比例積分控制。輸入到位置控制器中的位置指令的規(guī)定方法任意。但是若如下來規(guī)定位置指令， 則能夠在電動機的轉子一次旋轉內的位置上最短地進行定位。即，求出滿足下面兩個式子的最小的η，η≥((平方速度)/ (位置控制器的增益)+位置反饋-位置的位移量)Λ2 π X a)η < ((平方速度)/(位置控制器的增益)+位置反饋-位置的位移量)/ (2 31 Xa)+1其中，a 轉子每一次旋轉的轉子位置檢測器的分辨率。并且使用下式來決定位置指令“位置指令=ηΧ2π +位置的位移量”。實施本發(fā)明的電動機的控制方法的電動機的控制裝置具備速度檢測器、第1選擇部、位置檢測器、位置環(huán)、第2選擇部、速度控制器、加法運算部、轉矩控制器、和控制部。 速度檢測器，檢測電動機的轉子的旋轉速度，并輸出旋轉速度和將旋轉速度進行平方而編碼后的平方速度。第1選擇部，選擇速度檢測器的輸出。位置檢測器，檢測轉子的旋轉位置。 另外，速度檢測器和位置檢測器的檢測部(傳感器)也可以使用能夠通用的部件。位置環(huán)， 包含如下部件而構成位置偏差運算部，其求出由表示使轉子停止在轉子進行一次旋轉內的哪個位置上的位置指令所指示的指令位置，與旋轉位置的位置偏差；和位置控制器，其將位置偏差作為輸入來輸出位置環(huán)速度指令。第2選擇部，從由上位控制器所輸出的旋轉速度指令、指示定位速度的定位速度指令、以及位置環(huán)速度指令中，選擇一個速度指令。速度偏差運算部，求出由第2選擇部所選擇的一個速度指令所指示的指令速度、與由第1選擇部所選擇的旋轉速度或平方速度的速度偏差。速度控制器，將速度偏差運算部的輸出作為輸入來產生轉矩指令。加法運算部，在轉矩指令上加上轉矩加法運算指令來輸出加法運算轉矩指令。轉矩控制器，將加法運算轉矩指令作為輸入來輸出電流指令。并且控制部在穩(wěn)定控制運轉時，第1選擇部選擇旋轉速度并且第2選擇部選擇旋轉速度指令。并且控制部在輸入了定位指令時，第1選擇部選擇旋轉速度并且第2選擇部選擇定位速度指令，將使定位速度指令與旋轉速度的偏差通過速度控制器而得到的轉矩指令提供給轉矩控制器，來對轉子的速度進行控制，以使得轉子的旋轉速度成為定位速度。之后，在轉子的旋轉速度成為定位速度后，控制部通過第1選擇部選擇平方速度并且第2選擇部選擇位置環(huán)速度指令，將使位置環(huán)速度指令所指示的速度與平方速度的偏差通過速度控制器而得到的轉矩指令提供給轉矩控制器，并沿著使用用于定位控制的物理變量定義的滑動曲線對轉子的位置和速度進行控制，從而調整轉矩控制器的輸入，以實施使轉子停止在目標位置上的滑動模式控制。根據本發(fā)明的電動機的控制裝置，因為沿著使用用于定位控制的物理變量規(guī)定的滑動曲線來控制轉子的位置和速度，所以能夠使用與現有的電動機的控制裝置的結構相同的結構，來簡單地實現使用了滑動模式控制的停止動作。此時的滑動曲線，以如下方式構成在位置偏差大于預先規(guī)定的值時，在使位置控制器的增益為與減速轉矩成正比并且與電動機和機械系統的慣性成反比的值之后，將在轉矩指令上加上轉矩加法運算指令后的加法運算轉矩指令提供給轉矩控制器，該轉矩加法運算指令用于得到從電動機的最大轉矩中減去控制余裕部分后的值的轉矩，若位置偏差成為預先規(guī)定的值以下，則使轉矩加法運算指令為零或接近零的值，使位置控制器的增益為對穩(wěn)定偏差進行補償的值。


圖1是表示實施本發(fā)明的電動機的控制方法的電動機的控制裝置的結構的模塊圖。圖2是表示用于說明圖1的實施方式的動作狀態(tài)的動作波形的圖。圖3是用于說明滑動模式控制的圖。圖4(A)至(G)是表示用于說明圖1的實施方式的動作的定位置停止控制的模擬結果的時序圖。圖5(A)至(F)是表示通過以往的方法進行了定位置停止控制時的模擬結果的時序圖。圖6是表示以往的電動機的控制裝置的結構的一個例子的模塊圖。圖7是表示以往的電動機的控制裝置的動作的動作波形圖。
具體實施例方式以下，參照附圖來詳細地說明本發(fā)明的實施方式。圖1是表示實施本發(fā)明的電動機的控制方法的電動機的控制裝置1的結構的模塊圖。圖2是表示用于說明圖1的實施方式的動作狀態(tài)的動作波形的圖。圖3是用于說明滑動模式控制的圖，圖4(A)至(G)是表示用于說明圖1的實施方式的動作的定位置停止控制的模擬結果的時序圖。本實施方式的電動機的控制裝置1具備速度檢測器2、構成位置檢測器的編碼器3、速度控制器4、位置控制器5、轉矩控制器6、控制部7、第1選擇部SWl、第2選擇部SW2、位置偏差運算部SBl和速度偏差運算部SB2、以及加法運算部AD。速度檢測器2根據來自編碼器3的輸出來檢測電動機M的轉子的旋轉速度，并輸出旋轉速度ν和對旋轉速度進行平方而編碼后的平方速度 ν2 [參照圖4 (D)]。第1選擇部SWl根據來自后述控制部7的指令來選擇速度檢測器2的輸出。構成位置檢測器的編碼器3檢測電動機M的轉子的旋轉位置。在本實施方式中，編碼器3作為速度檢測器2的檢測部(傳感部)來使用。位置偏差運算部SBl求出由表示使轉子停止在轉子的一次旋轉內的哪個位置上的位置指令pc[參照圖4(B)]所指示的位置，與由編碼器3所輸出的旋轉位置ρ[參照圖4(C)]的位置偏差dl [參照圖4(G)]。該位置指令 pc從未作圖示的上位控制器被輸出。位置控制器5將該位置偏差dl作為輸入來輸出位置環(huán)速度指令vc。在本實施方式中，包含位置偏差運算部SBl和位置控制器5的環(huán)構成了位置環(huán)。第2選擇部SW2根據來自控制部7的切換指令來切換接點Sl和S2，并從由未作圖示的上位控制器所輸出的旋轉速度指令rsc [參照圖4 (E)]、指示定位速度的定位速度指令 QC [參照圖4 (A)]、以及位置環(huán)速度指令vc中，選擇一個速度指令。位置偏差運算部SB2求出由第2選擇部SW2所選擇的一個速度指令所指示的指令速度與由第1選擇部SWl所選擇的旋轉速度ν或平方速度ν2 [參照圖4 (D)]的速度偏差d2。速度控制器4將速度偏差運算部SB2的輸出(業(yè))作為輸入來產生轉矩指令tc。 加法運算部AD在轉矩指令tc上加上轉矩加法運算指令ac [參照圖4 (F)]來輸出加法運算轉矩指令ate。轉矩控制器6將加法運算轉矩指令ate作為輸入來輸出電流指令ic。電流指令ic被輸入到內置于電動機M中的電動機驅動部中，對電動機M進行驅動控制。在電動機M根據從未作圖示的上位控制器輸出的旋轉速度指令rsc來運轉的穩(wěn)定控制運轉時，控制部7對第1選擇部SWl輸出切換指令，以使得第1選擇部SWl的接點S3 選擇旋轉速度v，并對第2選擇部SW2輸出切換指令，以使得第2選擇部SW2的接點Sl選擇旋轉速度指令rsc。速度偏差運算部SB2將由旋轉速度指令rsc所指示的旋轉速度與從速度檢測器2輸出的旋轉速度ν的速度偏差d2輸出到速度控制器4。此時加法運算部AD不做任何加法運算地將從速度控制器4輸出的轉矩指令tc原樣輸出到轉矩控制器6。因此， 在穩(wěn)定控制運轉時，按照來自上位控制器的旋轉速度指令rsc來實施速度控制。然后，控制部7在使電動機M停止在固定位置上時，為了進行定位控制，而將第1 選擇部SWl的接點S3選擇旋轉速度V的切換指令輸出，將第2選擇部SW2的接點Sl和S2 選擇定位速度指令oc的切換指令輸出到第2選擇部SW2。速度偏差運算部SB2將由定位速度指令oc所指示的定位速度與從速度檢測器2輸出的旋轉速度ν的速度偏差d2輸出到速度控制部4。此時加法運算部AD不做任何加法運算地將從速度控制器4輸出的轉矩指令 tc原樣輸出到轉矩控制器6。因此，在定位控制時，使速度逐漸減少到由來自上位控制器的定位速度指令oc所指示的定位速度為止。之后，在轉子的旋轉速度成為定位速度后，控制部7將第1選擇部SWl的接點S3 選擇平方速度ν2的切換指令輸出到第1選擇部SW1，將第2選擇部SW2的接點Sl和S2選擇位置環(huán)速度指令vc的切換指令輸出到第2選擇部SW2。速度偏差運算部SB2將由位置環(huán)速度指令VC所指示的速度與從速度檢測器2輸出的平方速度ν2的偏差輸出到速度控制部 4。此時加法運算部AD在從速度控制器4輸出的轉矩指令tc上加上由控制部7決定的轉矩加法運算指令ac，并將得到的加法運算轉矩指令ate提供給轉矩控制器6。在本實施方式中，調整轉矩控制器6的輸入，以實施滑動模式控制。在本實施方式中，通過沿著使用用于定位控制的物理變量來規(guī)定的滑動曲線來控制轉子的位置和速度， 從而使轉子停止在目標位置上。在此，由于滑動曲線用于制作輸入到轉矩控制器6中的轉矩指令，因此使用在定位控制中使用的物理變量來規(guī)定滑動曲線，使滑動模式控制成為可能。在本實施方式中，在用于得到和從速度控制器4輸出的轉矩指令tc相加的轉矩加法運算指令ac的函數內使用了滑動曲線。此時的滑動曲線以滿足如下兩個條件的方式規(guī)定。第1條件為，在位置偏差dl大于預先規(guī)定的值時，位置控制器5的增益C采用與減速轉矩T成正比并且與電動機的慣性J成反比的值。并且，將為了得到從電動機M的最大轉矩中減去控制余裕部分后的值的轉矩的轉矩加法運算指令ac加到轉矩指令tc上后的加法運算轉矩指令ate提供給轉矩控制器6。第2條件為，若位置偏差dl成為預先規(guī)定的值以下，則轉矩加法運算指令ac采用零或者接近零的值[參照圖4 (F)]，位置控制器5的增益C 采用對穩(wěn)定偏差進行補償的值。對在本實施方式中使用了的具體的滑動模式控制詳細地進行說明。在本實施方式中使用的滑動模式控制中，假設減速轉矩固定來設定滑動曲線，并以追蹤該曲線的方式來控制電動機的位置和速度。在假設固定的減速轉矩為-Tl時，減速中的電動機的運動方程式可以如下來表示。J ‘ dAv/dt-Tl = 0............(1)其中，在上式(1)中，J是電動機的慣性，Δν是速度偏差。若假設位置偏差為Δχ， 則Δν = dAx/dt，因此上式(1)成為下式這樣。Cl Δ χ-Δ ν2 = 0............(2)其中，在上式O)中，Cl = 2(T1/J)。因此，滑動曲線S可以如下來表示。S = CA χ士 ν2............(3)在上式(3)中，“ + ”是ν < 0的情況，“_”是ν≥0的情況。此外，在上式(3)中，在Δχ > 的情況下，C = 2(T1/J)，在Δχ≤x0的情況下， C = Cc^在此，Xtl[參照圖4(A)]是與接近目標位置的位置對應的預先規(guī)定的值。Ctl是用于穩(wěn)定偏差的補償的微小值。直到位置偏差Δχ接近與靠近目標位置的預先規(guī)定的位置對應的值^附近為止，以減速轉矩-Tl為中心進行滑動模式控制，若Δ χ成為預先規(guī)定的值以下則減速轉矩=0，因此計算上的C的值變?yōu)?。但是在本實施方式中，作為穩(wěn)定偏差的補償，將C設定為微小值Q。因此，加法運算轉矩指令可以如下來表示。Tcmd = T+KS ............(4)即，Tcmd = T+KS = Τ+Κ (C Δ χ 士 ν2)。在上式(4)中，在Δχ > χ0的情況下，T = -Tl，在Δχ≤ 的情況下，T = 0。并且K為常數。圖3表示在本實施方式的控制中使用了的滑動曲線。圖3所示的相位面軌跡是將電動機從任意位置移動到目標位置時的位置偏差和速度的軌跡。如圖3所示，若實施了滑動模式控制，則電動機的轉子沿著滑動曲線向停止位置移動。在本實施方式中，將滑動模式控制系統與以往的電動機控制系統相比較，如下將兩者的物理變量對應起來。因此，能夠不大幅改變現有的電動機控制系統的結構地，將滑動模式控制應用于現有的電動機控制系統中。 變量T為轉矩合計量
·變量C為位置控制器5的增益 變量Δ χ為位置偏差·變量K為速度控制器4的增益·變量士ν2為速度的平方速度。由此，能夠將用于滑動模式控制的變量，與位置控制器5的增益、位置偏差、轉矩合計等在以往的控制裝置中使用的物理變量對應起來，來進行控制。另外，在電動機的轉子的位置不在目標位置附近的情況下，優(yōu)選使轉矩合計量Tl 成為Tl =電動機的最大轉矩X 90%，使位置控制器5的增益C成為C = 2(T1/J)。其中，J是電動機和機械系統的慣性，K是速度控制器4的增益。轉矩合計量Tl采用最大轉矩的90%，以使得能夠在確保了控制余裕10%的基礎上，盡可能地在較大的轉矩下運轉。此外，速度控制器4以進行比例控制的方式構成，使得能夠進行沿著滑動曲線的運轉。該速度控制增益K，也可以通過實驗等來求出最合適的值。此外，在位置偏差變小，成為目標位置附近的值&的情況下，使轉矩合計量T為T = 0，使位置控制器5的增益C為C = C。，使速度控制器4的增益K為K = K。。其中，Ctl和Ktl是通過實驗事先規(guī)定了的、為了抑制穩(wěn)定偏差并使得不出現定位誤差所需要的值。另外，在此情況下，優(yōu)選用比例積分控制來構成速度控制器4。以該設定能夠根據來自控制部7的指令來進行的方式預先規(guī)定速度控制器4的結構即可。另外，在用軟件來實現控制系統的情況下，能夠用程序容易地實現該變更。這樣一來，能夠抑制穩(wěn)定偏差，使得不出現定位誤差，來進行定位置停止控制。此外，如圖2所示，在切換為滑動模式控制后，將速度指令限制在來自上位控制器的速度限制指令值以下，而且，從達到定位速度的稍前開始到切換為滑動模式控制為止，將轉矩指令限制為90%。此時，速度控制器4進行比例積分控制。然后，從切換為滑動模式控制后開始到目標值附近為止，將加速方向的轉矩指令限制為0 %，使減速方向的轉矩指令為 100%，來使得電動機速度不從定位速度上升。此時速度控制器4進行比例控制。此外，從停止的稍前開始將轉矩限制設回100%，速度控制器4進行比例積分控制。通過像這樣對速度指令和轉矩指令進行限制，能夠使滑動模式控制的動作流暢。在電動機停止后，輸出定位完成信號Cp0另外，切換為滑動模式控制時的位置指令pc如下來計算。首先，求出滿足下面兩個式子的最小的η。η彡((平方速度)/ (位置控制器的增益)+位置反饋-位置的位移量)Λ2 π X a)η < ((平方速度)/(位置控制器的增益)+位置反饋-位置的位移量)/ (2 31 Xa)+1其中，a是轉子每一次旋轉的編碼器脈沖分辨率。并且，如下來規(guī)定位置指令pc。位置指令pc = nX 2 π +位置的位移量通過像這樣提供位置指令，能夠在電動機一次旋轉內的位置上，最短地對轉子進行定位。按照上式，位置指令PC從未作圖示的上位控制器被輸出。圖5(A)至(F)是表示通過以往的方法進行了定位置停止控制時的模擬結果的時序圖。對比圖4(G)的位置偏差信號dl和圖5(F)的位置偏差信號dl可知，本實施方式的位置偏差dl更早地變?yōu)? (停止在固定位置)。當然，上述實施方式的主要部分全部能夠通過軟件實現。在上述實施方式中，控制部7優(yōu)選具有在定位控制時計算加速度，并根據加速度的最大值來決定位置控制器5的增益C的自動調諧功能。若控制部7具有這種自動調諧功能，則能夠實現能夠高速地檢測出電動機M的負載慣性發(fā)生了變化，并且即使在電動機M的負載慣性發(fā)生了變化的情況下也能夠高速地進行定位置停止控制的電動機的控制裝置。根據本發(fā)明，使滑動模式控制時的控制各部的物理變量(參數)與現有的電動機控制系統的物理變量(參數)對應來處理。因此，根據本發(fā)明，能夠恰當地進行控制系統的物理變量(參數)的定義，并能夠將滑動模式控制應用于定位置停止控制。此外，根據本發(fā)明，也能夠直接利用以往的電動機控制系統中的穩(wěn)定偏差的抑制功能。并且，根據本發(fā)明， 因為使轉子的位置的軌道作為滑動曲線使其包含于電動機控制裝置的控制系統中，所以即使在提供固定的目標位置作為位置指令，來進行電動機的定位的情況下，也能夠抑制過沖， 并實現高速的定位置停止控制。此外，位置指令也可以以能夠在電動機一次旋轉內的位置上最短地對轉子進行定位的方式來計算，例如，在將本發(fā)明應用于主軸電動機的控制中的情況下，能夠大幅縮短定位停止所需要的時間。
權利要求
1.一種電動機的控制方法，其特征在于，將使旋轉速度指令所指示的指令速度與電動機的轉子的旋轉速度的偏差通過速度控制器而得到的轉矩指令提供給轉矩控制器，來對所述轉子的所述轉動速度進行速度控制， 以使得所述轉子的所述旋轉速度與所述旋轉速度指令一致，若輸出了定位速度指令，則將使定位速度指令所指示的定位速度與所述轉子的速度的偏差通過所述速度控制器而得到的轉矩指令提供給所述轉矩控制器，對所述轉子的速度進行定位控制，以使得所述轉子的所述旋轉速度成為所述定位速度，若所述轉子的所述旋轉速度成為定位速度，則取得由表示停止在所述轉子進行一次旋轉內的哪個位置上的位置指令所指示的指令位置、與所述轉子的位置的位置偏差，并將使所述位置偏差通過位置控制器而得到的位置環(huán)速度指令、與將所述旋轉速度進行平方而編碼后得到的平方速度的偏差輸出到所述速度控制器，且將由此得到的轉矩指令輸入到所述轉矩控制器中，通過沿著使用用于定位控制的物理變量規(guī)定的滑動曲線，控制所述轉子的位置和速度，來調整所述轉矩控制器的輸入，以實施使所述轉子停止在目標位置上的滑動模式控制。
2.根據權利要求1所述的電動機的控制方法，其特征在于，在所述滑動模式控制中，在所述位置偏差大于預先規(guī)定的值時，在使所述位置控制器的增益為與減速轉矩成正比并且與所述電動機的慣性成反比的值的基礎上，將在所述轉矩指令上加上轉矩加法運算指令后得到的加法運算轉矩指令提供給所述轉矩控制器，所述轉矩加法運算指令用于取得從所述電動機的最大轉矩中減去控制余裕部分后得到的值的轉矩，若所述位置偏差成為預先規(guī)定的值以下，則使所述轉矩加法運算指令為零或接近零的值，使所述位置控制器的增益為對穩(wěn)定偏差進行補償的值。
3.根據權利要求2所述的電動機的控制方法，其特征在于，在所述滑動模式控制中，假設減速轉矩固定來設定所述滑動曲線，使提供給所述轉矩控制器的所述加法運算轉矩指令Tcmd為Tcmd = T+KS，其中T為所述轉矩加法運算指令，K為所述速度控制器的增益，所述S為由包含決定所述速度控制器的輸入的位置控制器在內的環(huán)內的物理變量構成的滑動曲線的函數，所述函數S，在假設ν為所述旋轉速度，Δ χ為所述位置偏差，C為所述位置控制器的增益時，表示為S =〇八叉士7，其中+為乂 <0時，-為ν彡 時，在假設^為所述預先規(guī)定的值，Tl為減速轉矩，J為所述電動機的慣性時，所述增益C， 在Δ χ >、時C = 2 (Tl/J)，在Δ χ彡時，C = Ctl，其中Ctl是用于對穩(wěn)定偏差進行補償的所述位置控制器的增益。
4.根據權利要求1所述的電動機的控制方法，其特征在于，所述速度控制器在所述速度控制和所述定位控制中，進行比例積分控制，在所述滑動模式控制中，到所述轉子到達所述目標位置之前的規(guī)定時期為止，進行比例控制，以后進行比例積分控制。
5.根據權利要求1、2或3所述的電動機的控制方法，其特征在于，求出滿足下面兩個式子的最小的η，η≥((平方速度)/ (位置控制器的增益)+位置反饋-位置的位移量)Λ2 π X a)η < ((平方速度)/ (位置控制器的增益)+位置反饋-位置的位移量)Λ2 π X a) +1 其中，a 轉子每一次旋轉的轉子位置檢測器的分辨率， 如下來規(guī)定所述位置指令， 位置指令=ηΧ2π +位置的位移量。
6.一種電動機的控制裝置，其特征在于，具備速度檢測器，其檢測電動機的所述轉子的旋轉速度，并輸出所述旋轉速度和將所述旋轉速度進行平方而編碼后得到的平方速度；第1選擇部，其選擇所述速度檢測器的輸出； 位置檢測器，其檢測所述轉子的旋轉位置；位置環(huán)，其包含位置偏差運算部，其求出由表示使所述轉子停止在所述轉子進行一次旋轉內的哪個位置上的位置指令所指示的位置、與所述旋轉位置的位置偏差；和位置控制器，其將所述位置偏差作為輸入來輸出位置環(huán)速度指令；第2選擇部，其從由上位控制器所輸出的旋轉速度指令、指示定位速度的定位速度指令、以及所述位置環(huán)速度指令中，選擇一個速度指令；速度偏差運算部，其求出由所述第2選擇部選擇出的所述一個速度指令所指示的指令速度、與由所述第1選擇部選擇出的所述旋轉速度或所述平方速度的速度偏差； 速度控制器，其將所述速度偏差運算部的輸出作為輸入來產生轉矩指令； 加法運算部，其在所述轉矩指令上加上轉矩加法運算指令來輸出加法運算轉矩指令； 轉矩控制器，其將所述加法運算指令作為輸入來輸出電流指令；和控制部，其在穩(wěn)定控制運轉時，所述第1選擇單元選擇所述旋轉速度并且所述第2選擇單元選擇所述旋轉速度指令，來對所述轉子的所述轉動速度進行速度控制，以使得所述旋轉速度與所述旋轉速度指令一致，在輸入了定位指令時，所述第1選擇部選擇所述旋轉速度并且所述第2選擇部選擇所述定位速度指令，將使所述定位速度指令與所述旋轉速度的偏差通過所述速度控制器而得到的轉矩指令提供給所述轉矩控制器，來對所述轉子的所述旋轉速度進行定位控制，以使得所述轉子的所述旋轉速度成為所述定位速度，之后，在所述轉子的所述旋轉速度成為所述定位速度后，通過所述第1選擇部選擇所述平方速度并且所述第2選擇部選擇所述位置環(huán)速度指令，將使所述位置環(huán)速度指令所指示的速度與所述平方速度的偏差通過所述速度控制器而得到的轉矩指令提供給所述轉矩控制器，并沿著使用用于定位控制的物理變量規(guī)定的滑動曲線對所述轉子的位置和速度進行控制，從而調整所述轉矩控制器的輸入，以實施使所述轉子停止在目標位置上的滑動模式控制。
7.根據權利要求6所述的電動機的控制裝置，其特征在于， 以如下方式構成在所述滑動模式控制中，在所述位置偏差大于預先規(guī)定的值時，在使所述位置控制器的增益為與減速轉矩成正比并且與所述電動機的慣性成反比的值之后，將在所述轉矩指令上加上所述轉矩加法運算指令后得到的加法運算轉矩指令提供給所述轉矩控制器，所述轉矩加法運算指令用于取得從所述電動機的最大轉矩中減去控制余裕部分后得到的值的轉矩，若所述位置偏差成為預先規(guī)定的值以下，則使所述轉矩加法運算指令為零或接近零的值，使所述位置控制器的增益為對穩(wěn)定偏差進行補償的值。
8.根據權利要求7所述的電動機的控制裝置，其特征在于，在所述滑動模式控制中，假設減速轉矩固定，將提供給所述轉矩控制器的所述加法運算轉矩指令Tcmd規(guī)定為Tcmd = T+KS，其中T為所述轉矩加法運算指令，K為所述速度控制器的增益，所述S為由包含所述位置控制器和所述速度控制器的環(huán)構成的滑動曲線的函數，所述函數S，在假設ν為所述旋轉速度，Δ χ為所述位置偏差，C為所述位置控制器的增益時，表示為S =〇厶叉士7，其中+為乂 <0時，-為ν彡 時，在假設^為所述預先規(guī)定的值，Tl為減速轉矩，J為所述電動機的慣性時，所述增益C， 在八乂>&時0 = 2 (T1/J)，在Δ χ彡時C = Ctl，其中Ctl是用于對穩(wěn)定偏差進行補償的所述位置控制器的增益。
9.根據權利要求6所述的電動機的控制裝置，其特征在于，所述控制部以如下方式構成在所述速度控制器中，在所述速度控制和所述定位控制中，進行比例積分控制，在所述滑動模式控制中，到所述轉子到達所述目標位置之前的規(guī)定時期為止，進行比例控制，以后進行比例積分控制。
全文摘要
本發(fā)明實現一種定位置停止控制裝置，其以盡可能大的轉矩對電動機的輸出進行減速，并且，定位時的過沖較小，能夠高速定位。在電動機(M)的轉子的旋轉速度成為定位速度后，控制部(7)將位置環(huán)速度指令(vc)所指示的速度與平方速度(V2)的偏差提供給速度控制器(4)。將用加法運算部(AD)在從速度控制器4輸出的轉矩指令tc上加上控制部7所決定的轉矩加法運算指令(ac)而得到的加法運算轉矩指令(atc)提供給轉矩控制器(6)。通過沿著使用用于定位控制的物理變量規(guī)定的滑動曲線來控制轉子的位置和速度，從而通過使轉子停止在目標位置上的滑動模式控制來調整轉矩控制器的輸入。
文檔編號H02P3/06GK102163943SQ20111004859
公開日2011年8月24日 申請日期2011年2月23日 優(yōu)先權日2010年2月23日
發(fā)明者井出勇治 申請人:山洋電氣株式會社