电机驱动系统以及电机控制装置的制造方法_2

文档序号:8491980阅读:来源:国知局
以将d轴电流指令rd与经由三相/dq坐标转换器55输入的d轴电流值的偏差设为零的方式对d轴电压指令进行调整。被输出的d轴电压指令利用加法器66与d轴补偿电压Vdff进行合成,并输入到PMW控制器44的dq坐标转换部53。
[0046]ACRq52根据来自位置/速度控制部42的q轴电流指令Γ,和从三相/dq坐标转换器55输出的q轴电流值Iq,对q轴电压指令进行调整并输出。被输出的q轴电压指令利用加法器67与q轴补偿电压Vqff进行合成,并输入到PMW控制器44的dq坐标转换部53。
[0047]位置/速度控制部42具备:对速度指令ω*与作为来自推定部43的机械角速度的推定机械角速度ω ^进行比较而获取偏差的减法器68 ;向电流控制部41的ACR q52输出q轴电流指令的ASR(自动速度调整装置)56。
[0048]在此,图3所示的形态为电机控制装置4对电机2进行速度控制的情况。另一方面,电机控制装置4对电机2进行位置控制的情况如图4所示那样,进而也可以设为具备积分器71、减法器72以及APR (自动位置调整装置)73的结构。积分器71对作为来自推定部43的机械角速度的推定机械角速度ω π进行积分而输出推定机械角P m。减法器72对位置指令P*与推定机械角P ^进行比较而获取偏差。APR (自动位置调整装置)73向ASR (自动速度调整装置)56输出速度指令ω'另外,图4是表示电机控制装置的变形例的说明图,除了具备积分器71、减法器72以及APR(自动位置调整装置)73以外均与图3所示的结构相同。另外,积分器71也可以设置在推定部43内。由此,推定部43能够对电机的速度以及位置中的至少一方进行推定。
[0049]推定部43具备:BPF (带通滤波器)57 ;乘法器64 ;LPF (低通滤波器)58,63 ;减法器59 ;PI控制器60 ;积分器61 ;机械角运算部62。
[0050]乘法器64对从转矩传感器3反馈的转矩检测信号Tfb和从高频电流指令器45输入的高频电流指令Idhfi进行相乘。此时的转矩检测信号T 为利用BPF57抽取了的转矩的振动成分,将其输入到乘法器64。高频电流指令Idhfi为叠加于电机2的d轴的指令,BPF57作为对将高频电流指令Idhfi叠加于d轴时的转矩的振动成分进行抽取的振动成分抽取部来发挥功能。
[0051]由乘法器64相乘了的频率成为利用LPF58施加平均化处理而表示相位误差的信息。将其输入到减法器59,并以其振幅成为零的方式对电角速度进行调整。然后,通过PI控制器60导出推定电角速度ω \,由积分器61对其进行积分而获得推定电角度Θ -所获得的推定电角度Θ \向电流控制部41的三相/dq坐标转换器55输出,转换为旋转坐标上的d轴电流值Id以及q轴电流值Iq并向ACRd 51以及ACRq52输出。
[0052]另一方面,推定电角速度c/e在利用LPF63除去噪音之后,被输入到机械角运算部62并除以极数而导出推定机械角速度ω m。然后,将该推定机械角速度ω m输出到位置/速度控制部42的减法器68。
[0053]这样,本实施方式所涉及的电机控制装置4能够直接地推定电机2的推定机械角速度ω m°另外,如果对该推定机械角速度ω 111进行积分,则能够获得推定机械角P m,其结果是,能够推定电机2的速度或者位置的至少任一方。显然,也能够求出电机2的速度以及位置。
[0054]在此,参照图5以及图6,对由推定部43实现的速度推定或者位置推定的原理进行说明。图5以及图6是表示由电机控制装置4所具有的推定部43实现的推定功能的原理的说明图。
[0055]如图5所示,在向q轴输入有q轴(转矩)电流指令Γ,时,将作为高频电流指令的检波用的高频电流指令Idhfi叠加于d轴。如果推定电角度Θ e中不存在误差,则如(b)所示那样,转矩表示正确的波形。但是,当推定电角度θ ε中存在误差时,由于d轴的振动成分叠加于转矩,故如(a)所示那样,转矩发生振动。如此,当推定电角度0 e发生偏移时,利用转矩的振动,由BPF57(参照图3以及图4)对其振动成分进行抽取。
[0056]另外,作为推定电角度Θ\的偏移和转矩的振动的关系,在推定电角度Θ』带后的情况下,如图6(a)所示,d轴电流和转矩的振动成为反相位。另一方面,在推定电角度Θ \提前的情况下,如图6(b)所示,d轴电流和转矩的振动成为同相位。
[0057]在推定电角度Θ \或滞后或提前的情况均能够通过对作为叠加于d轴的检波信号的高频电流指令Idhf1、和由BPF57(参照图3)抽取出的振动成分进行相乘而判别。即,由检波信号与转矩振动的相乘结果所示的相位误差如图所示那样,表现为向正或者负的方向偏置的状态。
[0058]如前述那样,在导出推定电角速度ω e的情况下,以相位误差的振幅成为零的方式来对电角速度进行调整,但在该调整之际,在相位滞后的情况下提高电角速度、反之在相位提前的情况下降低电角速度即可。
[0059]这样,以相位误差的振幅成为零的方式调整好的推定电角速度ω \为在利用LPF63除去噪音之后被输入到机械角运算部62并除以极数的、图3以及图4所示的推定机械角速度ω π,如果对其进行积分的话,则能够获得推定机械角P m(图4)。
[0060](另一实施方式)
[0061]在此,对电机驱动系统的另一实施方式进行说明。图7是表示另一实施方式所涉及的电机驱动系统的说明图。
[0062]如图所示,在该实施方式所涉及的电机驱动系统中,除了转矩传感器3以外,还具备作为对电机2的位置进行检测的位置检测器的编码器6,并且电机控制装置4具备对编码器6是否为通常驱动进行判定的判定部7。
[0063]即,判定部7 —边监视编码器6的动作,一边输入来自编码器6的位置检测信号和根据来自位置/速度控制部42的转矩检测信号Tfb推定运算出的推定机械角P m。然后,判定部7对来自编码器6的检测信号和来自位置/速度控制部42的推定机械角P m进行比较,在产生规定值以上的差异的情况下,能够判定为编码器异常。
[0064]在编码器6的动作没有异常的情况下,位置/速度控制部42能够将来自编码器6的位置检测信号作为位置反馈信号来利用,并且将来自转矩传感器3的转矩检测信号Tfb作为转矩补偿信号来利用。另一方面,在判定出编码器6的异常的情况下,位置/速度控制部42能够将推定机械角P m作为位置反馈信号来利用。
[0065]采用这样的结构,电机控制装置4在通常驱动时,根据编码器6的检测信号来控制电机2的驱动,根据转矩传感器3的转矩检测信号Tfb来进行转矩补偿,而在编码器6异常时,能够使推定部43根据转矩传感器3的转矩检测信号Tfb来推定电机2的速度以及位置中的至少一方。
[0066]通过设为这样的结构,即便用于电机控制的编码器6产生不正常状况,也能够实现基于转矩传感器3的电机控制。因而,能够以低成本实现电机驱动系统中的失效保护功能。另外,能够始终进行对由电机构造、减速器发生的转矩脉动进行直接检测并加以抑制这样的转矩补偿,故能够期待提高电机驱动系统的动作性能。
[0067]接着,对上述电机驱动系统所具备的转矩传感器3的具体结构进行说明。图7A是转矩传感器3的主视观察下的说明图,图SB是图8A的1-1线的剖视图。另外,图9A是表示应变计Al?A4、B1?B4的向转矩传感器3的安装状态的一例的说明图,图9B是表示由上述应变计Al?A4、B1?B4组装而成的电桥电路的说明图。
[0068]如图8A以及图SB所示,转矩传感器3呈现具有规定的厚度和直径的大致圆板状的外观。并且,具备多个延伸体31,该多个延伸体31能够安装应变计Al?A4、B1?B4,且相对于电机2的输出轴(未图不)或者与电机2连动连结的减速器5的输出轴(未图不)而向外方延伸。
[0069]S卩,如图所示,多个(在此为12根)延伸体31的基端分别隔开一定间隔地设置在内侧环状体34的周方向上,并从圆孔30的中心30a呈放射状延伸,由该内侧环状体34形成供电机2或者减速器5的输出轴嵌入安装的圆孔30。并且,延伸体31的前端彼此分别与外侧环状体32连结。另外,外侧环状体32即便没有也可以,但通过使延伸体31与外侧环状体32连结,能够构成更加坚固的转矩传感器3。
[0070]应变计Al?A4、B1?B4均为相同的结构,如图9A所示那样,分别设置在相隔180度而相互呈轴对称的两组延伸体31的两侧。即,在一个延伸体31的两侧配置有成对的应变计Al、A2,在与其对置的延伸体31的两侧配置有一对应变计A3、A4。并且,在另一组延伸体31、31同样地配置有应变计BI?B4。如此,应变计Al?A4、BI?B4分别呈所谓的正交配置。
[0071]通过构成图9B所示那样的电桥电路的应变计Al?A4和应变计BI?B4,能够
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