伺服馬達控制系統(tǒng)以及伺服馬達控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種執(zhí)行作為作業(yè)機械或產(chǎn)業(yè)用機械等的機械裝置或機器人的驅(qū)動源而被使用的交流伺服馬達的電流控制的伺服馬達控制系統(tǒng)以及伺服馬達控制方法。
【背景技術】
[0002]在交流(AC)伺服馬達的控制系統(tǒng)中，從位置指令中減去在編碼器等被檢出的位置反饋值以求出位置偏差，對該位置偏差乘以位置增益并執(zhí)行位置循環(huán)控制以求出速度指令，從該速度指令中減去速度反饋值以求出速度偏差，執(zhí)行比例?積分控制等的速度循環(huán)處理，求出轉(zhuǎn)矩指令(電流指令)。
接下來，從該轉(zhuǎn)矩指令中減去電流反饋值，并且執(zhí)行電流循環(huán)處理，求出各相(各軸)的電壓指令，進行PWM控制等，從而控制AC伺服馬達。
[0003]在這樣的控制系統(tǒng)中，一種公知的交流電流控制方式是在三相AC伺服馬達中分別控制三相電流(U、V、W)。
在該交流電流控制方式中，在通過速度循環(huán)處理而求出的轉(zhuǎn)矩指令(電流指令)中，求出比在編碼器等檢出的伺服馬達的轉(zhuǎn)子位置，相對于U、V、W相分別錯開2 31 /3的電氣角后的各相的電流指令，并按照該電流指令執(zhí)行電流控制。
[0004]但是，在交流電流控制方式中，如果馬達的旋轉(zhuǎn)速度上升，則電流指令的頻率也上升，電流相位逐漸后移而使電流的無效分量增多，存在不能高效地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的缺點。
[0005]DQ控制方式是改善這樣的交流電流控制方式的課題的公知的方式。
DQ控制方式是將三相電流進行DQ變換(向轉(zhuǎn)子基準坐標變換)，以被稱為d相和q相兩相的d軸電流和q軸電流的直流分量進行控制的方式。
在DQ控制方式中，電流指令的q軸分量相當于是轉(zhuǎn)矩分量，d軸分量相當于是交流電流控制中的無效電流，通過將d軸電流指令置為0(零)能夠抑制無效電流。
[0006]但是，在抑制該無效電流的電流控制方法中，存在由于逆電動勢而引起電流控制系統(tǒng)不穩(wěn)定、控制性能降低的課題。
該控制性能的降低是由于與轉(zhuǎn)速成比例的逆電動勢而引起可用于馬達驅(qū)動的電壓降低而產(chǎn)生的，不能一直穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)到高速范圍，其結果是不能以一定的轉(zhuǎn)速以上的速度(轉(zhuǎn)速)旋轉(zhuǎn)。
[0007]作為該課題的改善對策，一種公知的方法是通過使與馬達速度成比例的電流流入d軸分量，將電流相位向d軸方向偏移。利用該方法的控制被稱為弱勵磁控制。
但是，d軸分量的電流是無效電流，存在馬達相應地容易發(fā)熱的問題。
[0008]由此，提出一種一直到高速范圍、也能進行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)的伺服馬達電流控制方法(參照專利文獻I)。
[0009]該方法中，在由伺服馬達的DQ變換進行的電流控制中，通過僅在高速旋轉(zhuǎn)時在d相流過無效電流，從而降低馬達的端子電壓。
無效電流的供給為:從產(chǎn)生電壓飽和時的速度附近開始，根據(jù)速度通過一次增加函數(shù)增加，在設定速度以上時固定為一定值。
由此，消除了高速旋轉(zhuǎn)時由逆電動勢所引起的電流控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，并且減少在不產(chǎn)生電壓飽和的范圍內(nèi)的無效電流，從而抑制發(fā)熱。
[現(xiàn)有技術文獻]
[專利文獻]
[0010][專利文獻I]日本特開平9-84400號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0011]但是，在根據(jù)速度通過一次增加函數(shù)直線地增加上述的無效電流的供給的方法中，雖然能夠抑制由無效電流引起的發(fā)熱，但在希望的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)所能夠得到的最大轉(zhuǎn)矩存在極限。其結果是擴大轉(zhuǎn)速控制范圍存在極限，存在難以充分體現(xiàn)由弱勵磁控制所得到的效果的缺點。
[0012]本發(fā)明的目的在于，提供一種伺服馬達控制系統(tǒng)以及伺服馬達控制方法，在不產(chǎn)生電壓飽和的范圍內(nèi)減少無效電流從而抑制由無效電流引起的發(fā)熱，并且能夠增大在希望的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)范圍內(nèi)所能得到的最大轉(zhuǎn)矩，能夠擴大旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制范圍，一直到高速范圍，都能夠進行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。
[0013]本發(fā)明的第一方面的伺服馬達控制系統(tǒng)，包括:多相交流伺服馬達；電力供給部，其將直流電壓的d軸指令電壓和q軸指令電壓變換為多相的交流電流，并將多相的所述交流電流提供給所述伺服馬達；DQ變換部，其根據(jù)所述伺服馬達的旋轉(zhuǎn)相位將所述伺服馬達的各相的電流進行dq變換，生成d軸電流和q軸電流；指令生成部，生成對應于所述伺服馬達的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的d軸電流指令和作為轉(zhuǎn)矩指令的q軸電流指令；d軸控制部，根據(jù)所述d軸電流指令以及在所述DQ變換部生成的所述d軸電流生成所述d軸指令電壓，并將該d軸指令電壓提供給所述電力供給部；及q軸控制部，根據(jù)所述q軸電流指令以及在所述DQ變換部生成的所述q軸電流生成所述q軸指令電壓，并將該q軸指令電壓提供給所述電力供給部，由所述d軸電流指令所指令的d軸電流在達到第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)為止為0，在超過所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)而到第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)為止以逐漸增加的方式流過，所述d軸電流的增加方式為以漸近從比所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)低的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到所述第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的一次函數(shù)的方式增加，在從所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到開始流過電流的附近范圍，朝所述漸近對象的一次函數(shù)側(cè)形成弧線且呈曲線狀地增加。
[0014]由此，在產(chǎn)生逆電動勢的高速范圍，由于能夠通過d軸電流抑制逆電動勢，因此，一直到高速范圍，都能夠穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。
并且，通過以漸近從比第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)低的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)起的一次函數(shù)的方式增加d軸電流，從而與直線地增加該d軸電流相比，能夠增大在規(guī)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩，其結果是擴大了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、例如轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)速度等的可控范圍。
[0015]優(yōu)選的是，所述d軸電流在從所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到所述第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)以增加的方式流過，在該第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)以上的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時固定為一定值。
由此，在第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)以上時，由于d軸電流為固定的，因此能夠抑制由d軸電流(無效電流)引起的發(fā)熱的增大。
[0016]優(yōu)選的是，所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速不同。 從額定轉(zhuǎn)速起開始流過d軸電流時，在未達到額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速以上的狀態(tài)，例如失去了轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)矩的特性(N-T特性)上的線性關系，因此，轉(zhuǎn)矩夾著額定轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化。
對此，通過從與額定轉(zhuǎn)速不同的轉(zhuǎn)速起開始流過d軸電流，至少能防止在作為使用范圍的額定轉(zhuǎn)速的附近喪失線性關系。
[0017]優(yōu)選的是，所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)為達到轉(zhuǎn)矩界限、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關地達到一定時的轉(zhuǎn)速。
由此，在達到轉(zhuǎn)矩界限的轉(zhuǎn)速下開始流過d軸電流，例如，不會喪失轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的特性(N-T特性)上的線性關系。也就是，由于達到轉(zhuǎn)矩界限的范圍已經(jīng)是不存在線性關系的范圍，所以能夠保證在轉(zhuǎn)矩界限范圍外的線性關系。
[0018]優(yōu)選的是，所述d軸電流的增加方式是以漸近從轉(zhuǎn)速O到所述第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的一次函數(shù)的方式增加。
如此，通過使d軸電流以漸近從轉(zhuǎn)速O開始的一次函數(shù)的方式增加，從而與使其直線增加相比，能夠增大在規(guī)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩，其結果是，可以擴大旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、例如轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)速度的可控范圍。
[0019]本發(fā)明第二方面的伺服馬達控制方法，包括:指令生成步驟，生成對應于伺服馬達的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的d軸電流指令和作為轉(zhuǎn)矩指令的q軸電流指令；電力供給步驟，將直流電壓的d軸指令電壓和q軸指令電壓變換為多相的交流電，將多相的所述交流電提供給所述伺服馬達；DQ變換步驟，根據(jù)所述伺服馬達的旋轉(zhuǎn)相位將提供給所述伺服馬達的各相電流進行dq變換，生成d軸電流和q軸電流；d軸控制步驟，根據(jù)所述d軸電流指令和在所述DQ變換步驟生成的所述d軸電流，生成所述d軸指令電壓并供給所述電力供給步驟；及Q軸控制步驟，根據(jù)所述q軸電流指令和在所述DQ變換步驟生成的所述q軸電流，生成所述q軸指令電壓并供給所述電力供給步驟，由所述d軸電流指令所指令的d軸電流在達到第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)為止為0，在超過所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)而到第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)為止以逐漸增加的方式流過，所述d軸電流的增加方式是以漸近從比所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)低的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到所述第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的一次函數(shù)的方式增加，在從所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到開始流過電流的附近范圍，朝所述漸近對象的一次函數(shù)側(cè)形成弧線且呈曲線狀地增加。
[0020]由此，在產(chǎn)生逆電動勢的高速范圍，由于能夠通過d軸電流抑制逆電動勢，因此，一直到高速范圍，也能夠穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。
并且，通過以漸近從比第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)低的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)起的一次函數(shù)的方式增加d軸電流，從而與直線地增加該d軸電流相比，能夠增大在規(guī)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩，其結果是擴大了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、例如轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)速度等的可控范圍。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，在不產(chǎn)生電壓飽和的范圍，減少無效電流，抑制由無效電流引起的發(fā)熱，并且，能夠增大在希望的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)范圍內(nèi)所能得到的最大轉(zhuǎn)矩，能夠擴大旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制范圍，一直到高速范圍，也能夠進行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。
【附圖說明】
[0022]圖1是表示本發(fā)明的實施方式所涉及的伺服馬達控制系統(tǒng)的構成例的方框圖。
圖2是用于說明本實施方式的利用指令生成部的d軸電流指令的d軸電流的控制方式的圖。 圖3是表示通過SQRT函數(shù)形成朝漸近對象的一次函數(shù)直線側(cè)形成弧線且呈曲線狀地增加的增加方式的一個示例的圖。
圖4是表示本實施方式所涉及的d軸控制部、q軸控制部、馬達側(cè)的功能構成例的方框圖。
圖5是用于說明本實施方式的圖，是表示使d軸電流指令CId為O時的加速中的d軸和q軸的電壓狀態(tài)的圖。
圖6是將d軸電流指令CId為O時且逆電動勢和DC聯(lián)動電壓一致的情況下的d相和q相的電壓狀態(tài)作為比較例來示出的圖。
圖7是用于說明本實施方式的圖，是表示在高速范圍輸入d軸電流指令CId和q軸電流指令CIq時的d軸和q軸的電壓狀態(tài)的圖。