伺服马达控制系统以及伺服马达控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种执行作为作业机械或产业用机械等的机械装置或机器人的驱动源而被使用的交流伺服马达的电流控制的伺服马达控制系统以及伺服马达控制方法。
【背景技术】
[0002]在交流(AC)伺服马达的控制系统中，从位置指令中减去在编码器等被检出的位置反馈值以求出位置偏差，对该位置偏差乘以位置增益并执行位置循环控制以求出速度指令，从该速度指令中减去速度反馈值以求出速度偏差，执行比例?积分控制等的速度循环处理，求出转矩指令(电流指令)。
接下来，从该转矩指令中减去电流反馈值，并且执行电流循环处理，求出各相(各轴)的电压指令，进行PWM控制等，从而控制AC伺服马达。
[0003]在这样的控制系统中，一种公知的交流电流控制方式是在三相AC伺服马达中分别控制三相电流(U、V、W)。
在该交流电流控制方式中，在通过速度循环处理而求出的转矩指令(电流指令)中，求出比在编码器等检出的伺服马达的转子位置，相对于U、V、W相分别错开2 31 /3的电气角后的各相的电流指令，并按照该电流指令执行电流控制。
[0004]但是，在交流电流控制方式中，如果马达的旋转速度上升，则电流指令的频率也上升，电流相位逐渐后移而使电流的无效分量增多，存在不能高效地产生转矩的缺点。
[0005]DQ控制方式是改善这样的交流电流控制方式的课题的公知的方式。
DQ控制方式是将三相电流进行DQ变换(向转子基准坐标变换)，以被称为d相和q相两相的d轴电流和q轴电流的直流分量进行控制的方式。
在DQ控制方式中，电流指令的q轴分量相当于是转矩分量，d轴分量相当于是交流电流控制中的无效电流，通过将d轴电流指令置为0(零)能够抑制无效电流。
[0006]但是，在抑制该无效电流的电流控制方法中，存在由于逆电动势而引起电流控制系统不稳定、控制性能降低的课题。
该控制性能的降低是由于与转速成比例的逆电动势而引起可用于马达驱动的电压降低而产生的，不能一直稳定地旋转到高速范围，其结果是不能以一定的转速以上的速度(转速)旋转。
[0007]作为该课题的改善对策，一种公知的方法是通过使与马达速度成比例的电流流入d轴分量，将电流相位向d轴方向偏移。利用该方法的控制被称为弱励磁控制。
但是，d轴分量的电流是无效电流，存在马达相应地容易发热的问题。
[0008]由此，提出一种一直到高速范围、也能进行稳定的旋转的伺服马达电流控制方法(参照专利文献I)。
[0009]该方法中，在由伺服马达的DQ变换进行的电流控制中，通过仅在高速旋转时在d相流过无效电流，从而降低马达的端子电压。
无效电流的供给为:从产生电压饱和时的速度附近开始，根据速度通过一次增加函数增加，在设定速度以上时固定为一定值。
由此，消除了高速旋转时由逆电动势所引起的电流控制系统的不稳定，并且减少在不产生电压饱和的范围内的无效电流，从而抑制发热。
[现有技术文献]
[专利文献]
[0010][专利文献I]日本特开平9-84400号公报
【发明内容】
[0011]但是，在根据速度通过一次增加函数直线地增加上述的无效电流的供给的方法中，虽然能够抑制由无效电流引起的发热，但在希望的转速范围内所能够得到的最大转矩存在极限。其结果是扩大转速控制范围存在极限，存在难以充分体现由弱励磁控制所得到的效果的缺点。
[0012]本发明的目的在于，提供一种伺服马达控制系统以及伺服马达控制方法，在不产生电压饱和的范围内减少无效电流从而抑制由无效电流引起的发热，并且能够增大在希望的旋转状态范围内所能得到的最大转矩，能够扩大旋转状态的控制范围，一直到高速范围，都能够进行稳定的旋转。
[0013]本发明的第一方面的伺服马达控制系统，包括:多相交流伺服马达；电力供给部，其将直流电压的d轴指令电压和q轴指令电压变换为多相的交流电流，并将多相的所述交流电流提供给所述伺服马达；DQ变换部，其根据所述伺服马达的旋转相位将所述伺服马达的各相的电流进行dq变换，生成d轴电流和q轴电流；指令生成部，生成对应于所述伺服马达的旋转状态的d轴电流指令和作为转矩指令的q轴电流指令；d轴控制部，根据所述d轴电流指令以及在所述DQ变换部生成的所述d轴电流生成所述d轴指令电压，并将该d轴指令电压提供给所述电力供给部；及q轴控制部，根据所述q轴电流指令以及在所述DQ变换部生成的所述q轴电流生成所述q轴指令电压，并将该q轴指令电压提供给所述电力供给部，由所述d轴电流指令所指令的d轴电流在达到第I旋转状态为止为0，在超过所述第I旋转状态而到第2旋转状态为止以逐渐增加的方式流过，所述d轴电流的增加方式为以渐近从比所述第I旋转状态低的旋转状态到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加，在从所述第I旋转状态到开始流过电流的附近范围，朝所述渐近对象的一次函数侧形成弧线且呈曲线状地增加。
[0014]由此，在产生逆电动势的高速范围，由于能够通过d轴电流抑制逆电动势，因此，一直到高速范围，都能够稳定地旋转。
并且，通过以渐近从比第I旋转状态低的旋转状态起的一次函数的方式增加d轴电流，从而与直线地增加该d轴电流相比，能够增大在规定旋转状态下的转矩，其结果是扩大了旋转状态、例如转速或旋转速度等的可控范围。
[0015]优选的是，所述d轴电流在从所述第I旋转状态到所述第2旋转状态以增加的方式流过，在该第2旋转状态以上的旋转状态时固定为一定值。
由此，在第2旋转状态以上时，由于d轴电流为固定的，因此能够抑制由d轴电流(无效电流)引起的发热的增大。
[0016]优选的是，所述第I旋转状态的转速与额定转速不同。 从额定转速起开始流过d轴电流时，在未达到额定转速和额定转速以上的状态，例如失去了转速对转矩的特性(N-T特性)上的线性关系，因此，转矩夹着额定转速产生变化。
对此，通过从与额定转速不同的转速起开始流过d轴电流，至少能防止在作为使用范围的额定转速的附近丧失线性关系。
[0017]优选的是，所述第I旋转状态为达到转矩界限、转矩与转速无关地达到一定时的转速。
由此，在达到转矩界限的转速下开始流过d轴电流，例如，不会丧失转速与转矩的特性(N-T特性)上的线性关系。也就是，由于达到转矩界限的范围已经是不存在线性关系的范围，所以能够保证在转矩界限范围外的线性关系。
[0018]优选的是，所述d轴电流的增加方式是以渐近从转速O到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加。
如此，通过使d轴电流以渐近从转速O开始的一次函数的方式增加，从而与使其直线增加相比，能够增大在规定旋转状态下的转矩，其结果是，可以扩大旋转状态、例如转速或旋转速度的可控范围。
[0019]本发明第二方面的伺服马达控制方法，包括:指令生成步骤，生成对应于伺服马达的旋转状态的d轴电流指令和作为转矩指令的q轴电流指令；电力供给步骤，将直流电压的d轴指令电压和q轴指令电压变换为多相的交流电，将多相的所述交流电提供给所述伺服马达；DQ变换步骤，根据所述伺服马达的旋转相位将提供给所述伺服马达的各相电流进行dq变换，生成d轴电流和q轴电流；d轴控制步骤，根据所述d轴电流指令和在所述DQ变换步骤生成的所述d轴电流，生成所述d轴指令电压并供给所述电力供给步骤；及Q轴控制步骤，根据所述q轴电流指令和在所述DQ变换步骤生成的所述q轴电流，生成所述q轴指令电压并供给所述电力供给步骤，由所述d轴电流指令所指令的d轴电流在达到第I旋转状态为止为0，在超过所述第I旋转状态而到第2旋转状态为止以逐渐增加的方式流过，所述d轴电流的增加方式是以渐近从比所述第I旋转状态低的旋转状态到所述第2旋转状态的一次函数的方式增加，在从所述第I旋转状态到开始流过电流的附近范围，朝所述渐近对象的一次函数侧形成弧线且呈曲线状地增加。
[0020]由此，在产生逆电动势的高速范围，由于能够通过d轴电流抑制逆电动势，因此，一直到高速范围，也能够稳定地旋转。
并且，通过以渐近从比第I旋转状态低的旋转状态起的一次函数的方式增加d轴电流，从而与直线地增加该d轴电流相比，能够增大在规定旋转状态下的转矩，其结果是扩大了旋转状态、例如转速或旋转速度等的可控范围。
[0021]根据本发明，在不产生电压饱和的范围，减少无效电流，抑制由无效电流引起的发热，并且，能够增大在希望的旋转状态范围内所能得到的最大转矩，能够扩大旋转状态的控制范围，一直到高速范围，也能够进行稳定的旋转。
【附图说明】
[0022]图1是表示本发明的实施方式所涉及的伺服马达控制系统的构成例的方框图。
图2是用于说明本实施方式的利用指令生成部的d轴电流指令的d轴电流的控制方式的图。 图3是表示通过SQRT函数形成朝渐近对象的一次函数直线侧形成弧线且呈曲线状地增加的增加方式的一个示例的图。
图4是表示本实施方式所涉及的d轴控制部、q轴控制部、马达侧的功能构成例的方框图。
图5是用于说明本实施方式的图，是表示使d轴电流指令CId为O时的加速中的d轴和q轴的电压状态的图。
图6是将d轴电流指令CId为O时且逆电动势和DC联动电压一致的情况下的d相和q相的电压状态作为比较例来示出的图。
图7是用于说明本实施方式的图，是表示在高速范围输入d轴电流指令CId和q轴电流指令CIq时的d轴和q轴的电压状态的图。