电机控制装置以及电机控制方法
【专利摘要】电机控制装置以及电机控制方法。本发明的电机控制装置具备：状态变量检测部，其输出与电机的状态变量相应的检测信号；振动检测部，其基于转矩指令和所述检测信号，检测所述电机的外部干扰振动成分，输出与该检测结果相应的振动成分信号；速度信号生成部，其基于从所述检测信号减去所述振动成分信号而得到的结果，生成速度信号；以及速度控制部，其基于速度指令和所述速度信号之间的偏差，生成所述转矩指令。
【专利说明】电机控制装置以及电机控制方法
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请基于2012年12月26日向日本特许厅提交的日本专利申请2012-282058号，因此将所述日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明涉及电机控制装置以及电机控制方法。
【背景技术】
[0004]以往，已知以连结有机械负载的电机为控制对象的电机控制装置。该电机控制装置的控制技术中，即使在控制对象的参数有变化的情况下，或在对控制对象作用外部干扰的情况下，也高响应地对控制对象进行控制。
[0005]例如，在日本特开平7-261843号公报中，公开了高响应地对控制对象进行控制的技术。该技术通过使用外部干扰观测器以及状态观测器，能够高精度地对负载侧的状态变量进行估计。将估计到的状态变量反馈至控制对象。
[0006]然而，上述文献记载的技术中，根据情况不同，有可能不能够充分地抑制振动，不能高响应地对控制对象进行控制。例如，在控制对象为3惯性系或者机台振动系的情况，或，因机械共振以外的原因而产生了转矩脉动的情况等。作为机械共振以外的产生转矩脉动的原因，有电机的齿槽效应，以及在电机为发电机的情况下产生的功率脉动等。
【发明内容】
[0007]本发明的一目的在于提供能够高响应地对控制对象进行控制的电机控制装置以及电机控制方法。
[0008]实施方式一形态的电机控制装置包括状态变量检测部、振动检测部、速度信号生成部、以及速度控制部。所述状态变量检测部输出与电机的状态变量相应的检测信号。所述振动检测部基于转矩指令和所述检测信号检测所述电机的外部干扰振动成分，输出与该检测结果相应的振动成分信号。所述速度信号生成部基于从所述检测信号减去所述振动成分信号而得到的结果，生成速度信号。所述速度控制部基于速度指令和所述速度信号之间的偏差，生成所述转矩指令。
[0009]根据实施方式的一形态，能够提供能够高响应地对控制对象进行控制的电机控制装置以及电机控制方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是表示第I实施方式的电机控制装置的构成的框图。
[0011]图2是表示图1所示的电机控制装置的控制部的具体构成的框图。
[0012]图3是表示在以往的电机控制装置中，在将电机加速然后减速的情况下的、由转矩指令控制的产生转矩(转矩指令的状态，即转矩特性)和与电机的输出轴连结的机械负载的位置(机械负载4的位置特性)之间的关系的曲线图。
[0013]图4是表示在第I实施方式的电机控制装置中，在将电机加速然后减速的情况下的、由转矩指令控制的产生转矩(转矩指令的状态，即转矩特性)和与电机的输出轴连结的机械负载的位置(机械负载4的位置特性)之间的关系的曲线图。
[0014]图5为将图3所示的机械负载的位置特性的一部分放大后的图。
[0015]图6为将图4所示的机械负载的位置特性的一部分放大后的图。
[0016]图7是表示第2实施方式的电机控制装置的构成的框图。
[0017]图8是表示第3实施方式的电机控制装置的构成的框图。
[0018]在下面的详细说明中，出于说明的目的，为了提供对所公开的实施方式的彻底的理解，提出了许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的前提下实施一个或更多的实施方式。在其它的情况下，为了简化制图，示意性地示出了公知的结构和装置。
【具体实施方式】
[0019]以下，参照附图，对本发明的电机控制装置以及电机控制方法的实施方式详细地进行说明。此外，该电机控制装置以及电机控制方法不限于以下所示的实施方式。此外，在本说明书，术语“电机控制”是指本领域技术人员所周知的电机控制，例如，包括对电机内流动的电流进行控制来控制电机的产生转矩的转矩控制、根据速度指令电压无级地改变速度的速度控制、通过位置指令对电机的旋转角度(位置)和旋转速度(移动速度)进行控制的位置控制。
[0020](第I实施方式)
[0021]图1是表示第I实施方式的电机控制装置I的构成的框图。如图1所示，第I实施方式的电机控制装置I具备有驱动部10和控制部11。驱动部10具有电力变换器12和PWM信号生成器13。电力变换器12与外部的直流电源2连接。PWM信号生成器13将对电压进行控制的信号发送至电力变换器12。此外，PWM信号生成器13是在控制部11的控制之下的。从而，该电机控制装置I使用电力变换器12，将从直流电源2供给的直流电变换为具有所希望的频率以及电压的三相交流电。通过利用PWM信号生成器13进行的公知的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制进行该变换。将变换后的电力输出至三相交流电机3 (以下，记载为电机3)。
[0022]电机3例如是永磁同步电机。在该电机3的输出轴连结有机械负载4。此外，电机3例如也可以是线性电机。另外，电机3不限于具有驱动功能的电机。电机3也可以是具有发电功能的电动发电机或发电机。例如，电机3也可以是与风车的转子等连接的发电机。
[0023]位置检测器6 (状态变量检测部的一例)对电机3的位置(电机3的构成部件的旋转位置)进行检测。位置检测器6输出与检测位置相应的检测信号xm(以下，记载为电机位置信号xm)。位置检测器6例如与电机3的输出轴连结。在这种情况下，位置检测器6例如对电机3的输出轴的旋转位置进行检测。
[0024]如图1所示，电力变换器12连接于直流电源2与电机3之间。电力变换器12将来自直流电源2的电流以及电压，根据从PWM信号生成器13供给的PWM信号进行变换，并供给至电机3。电力变换器12例如是包含连接成三相桥的6个开关元件的三相逆变器电路。PWM信号生成器13基于控制部11的控制信号,生成使构成电力变换器12的开关兀件导通/截止的PWM信号。将该PWM信号输出至电力变换器12。
[0025]此外，直流电源2也可以具有将交流电变换为直流电并输出的构成。例如，直流电源2也可以具有将利用二极管的整流电路以及平滑用电容器组合而得到的构成。在这种情况下，交流电源与整流电路的输入侧连接。
[0026]控制部11生成基于位置检测器6的电机位置信号xm的转矩指令Tref。控制部11将与该转矩指令Tref相应的控制信号输出至驱动部10。
[0027]控制部11从用于反馈控制的电机位置信号xm中除去作用于电机3的外部干扰的振动成分。根据该构成，控制部11能够提高速度控制的反馈增益。由此，控制部11能够高响应地对包括电机3以及机械负载4的控制对象5进行控制。以下，具体地对控制部11的构成进行说明。
[0028]参照图2对控制部11的构成更详细地进行说明。图2是表示控制部11的具体构成的框图。如图2所示，控制部11具备位置控制部21、设置于该位置控制部21的上游以及下游侧的减法器20以及22、速度控制部23、振动检测部24、以及速度信号生成部25。此外，为了方便说明，在图2中，省略了控制部11的一部份构成(例如，根据转矩指令Tref生成针对驱动部10的控制信号的电流控制器)。
[0029]在图2所示的例子中，将控制对象5表示为机械共振模型。该机械共振模型中，反共振频率coa例如是30 X 2 [rad/s]。另外，共振频率ω h例如是40X2 π [rad/s]。另外，惯性 Jl 例如是 2.0X 10_5[kg.m2]。
[0030]减法器20从位置指令xref减去电机位置信号xm，并将其结果输出至位置控制部21。位置控制部21具有比例控制增益Kp。位置控制部21以使位置指令xref和电机位置信号xm之间的偏差为零的方式，通过使用了比例控制增益Kp的P控制(比例控制)，生成速度指令vref并输出至减法器22。减法器22从速度指令vref减去电机速度估计信号v~ (速度信号的一例)，并将其结果输出至速度控制部23。
[0031]速度控制部23具备比例控制器30、积分控制器31、加法器32、乘法器33。速度控制部23进行追加积分控制(I控制)后的P控制即PI控制。即，速度控制部23以使速度指令vref和电机速度估计信号之间的偏差为零的方式，通过PI控制(比例积分控制)生成转矩指令Tref。
[0032]比例控制器30具有比例增益Kv。例如将该比例增益Kv设定为Kp X 2 Ji。积分控制器31具有积分增益Ki。例如将积分增益Ki设定为Kv/2 Ji。乘法器33将转动惯量标称值Jn作为系数乘以加法器32的输出。转动惯量标称值Jn例如是Jl X ω h2/ω a2 [kg -m2]。
[0033]振动检测部24基于转矩指令Tref与电机位置信号xm，检测电机3的外部干扰振动成分。将检测结果作为振动成分位置信号XdiSt输出。振动成分位置信号XdiSt为将围绕电机3输出轴的外部干扰转矩所包含的振动成分使用电机3的位置的振动成分进行表达的信号。
[0034]振动检测部24具备外部干扰观测器40、滤波器41、以及模型42。外部干扰观测器40基于转矩指令Tref和电机位置信号xm，估计围绕电机3的输出轴而起作用的外部干扰转矩。将估计结果作为外部干扰转矩估计信号0-输出至滤波器41。例如，外部干扰观测器40能够基于下述式(I)，计算外部干扰转矩估计信号0-，并输出至滤波器41。
[0035]数式I
【权利要求】
1.一种电机控制装置，具备: 状态变量检测部，其输出与电机的状态变量相应的检测信号； 振动检测部，其基于转矩指令和所述检测信号，检测所述电机的外部干扰振动成分，输出与该检测结果相应的振动成分信号； 速度信号生成部，其基于从所述检测信号减去所述振动成分信号而得到的结果，生成速度信号；以及 速度控制部，其基于速度指令和所述速度信号之间的偏差，生成所述转矩指令。
2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，基于所述转矩指令对所述电机进行控制。
3.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，所述电机的状态变量为电机的位置或速度。
4.根据权利要求1所述的电机控制装置，其中，所述速度信号生成部具备: 减法器，其从所述检测信号减去所述振动成分信号；以及 状态估计观测器，其基于所述减法器的减法运算结果和所述转矩指令计算所述速度信号。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的电机控制装置，其中， 所述振动检测部具备外部干扰观测器，该外部干扰观测器基于所述转矩指令和所述检测信号，对所述电机的外部干扰转矩进行估计，输出与该估计结果相应的外部干扰转矩估计信号， 所述振动检测部根据所述外部干扰转矩估计信号生成所述振动成分信号。
6.根据权利要求5所述的电机控制装置，其中， 所述振动检测部具备从所述外部干扰转矩估计信号中提取所述外部干扰转矩的振动成分的滤波器， 所述振动检测部使用规定的模型，根据所述外部干扰转矩的振动成分生成所述振动成分信号。
7.根据权利要求6所述的电机控制装置，其中， 所述滤波器具备高通滤波器或带通滤波器。
8.根据权利要求5所述的电机控制装置，其中， 在所述外部干扰转矩的振动成分小于规定值的情况下，所述速度信号生成部不从所述检测信号减去所述振动成分信号，来生成所述速度信号， 在所述外部干扰转矩的振动成分为规定值以上的情况下，所述速度信号生成部从所述检测信号减去所述振动成分信号后，生成所述速度信号。
9.一种电机控制方法,包括: 检测电机的状态变量的步骤； 基于转矩指令和所述状态变量，检测所述电机的外部干扰振动成分的步骤； 基于从所述状态变量减去所述外部干扰振动成分而得到的结果，生成速度信号的步骤； 基于速度指令和所述速度信号之间的偏差，生成所述转矩指令的步骤；以及 基于所述转矩指令，对所述电机进行控制的步骤。
10.根据权利要求9所述的电机控制方法，其中，所述电机的状态变量为电机的位置或速度。
【文档编号】H02P23/14GK103904976SQ201310726732
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2012年12月26日
【发明者】萩原淳 申请人:株式会社安川电机