控制系统及该控制系统中使用的位置推定方法
【专利说明】
[0001 ] 本申请是发明名称为"电动机控制装置及电动机控制方法、控制系统及该控制系 统中使用的位置推定方法"、国际申请日为2011年8月6日、申请号为201180039104.8(国 际申请号为PCT/JP2011/067994)的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明涉及对使自动设备动作的电动机进行控制的电动机控制装置。此外，本发 明涉及对使自动设备动作的电动机进行控制的电动机控制方法。此外，本发明涉及能适用 于例如自动设备、数值控制装置等驱动系统、旋转系统的控制系统及该控制系统中使用的 位置推定方法。
【背景技术】
[0003] 以往，已知有对使自动设备动作的DC电动机（也包含直流电动机、DC无刷电动 机）进行控制的电动机控制装置（例如，参照专利文献1)。在专利文献1所记载的电动机 控制装置中，利用位置检测器来检测出电动机的旋转位置，利用速度检测器来检测出电动 机的转速。此外，利用减法器来计算出从位置指令减去位置检测器的输出后得到的位置偏 差，利用位置控制器，将位置偏差变换成速度指令，利用加减法器，将速度指令与来自前馈 控制器的输出进行相加并减去速度检测器的输出，利用PI控制器，将加减法器的输出变换 成转矩指令。此外，利用限制器对从PI控制器输出的转矩指令施加限制之后，电动机驱动 器基于该转矩指令来驱动电动机。
[0004] 此外，一般而言，在自动设备、数值控制装置等领域中，适用用于对它们进行驱动 的控制系统。例如，在使自动设备进行工件的传送、焊接等各种操作的情况下，控制系统 向对使自动设备的关节转动的电动机进行伺服控制的伺服控制器发出动作指令（位置指 令）。另一方面，自动设备的关节具有测定电动机的旋转角度的编码器，主机控制器经由伺 服控制器，参照从该编码器发送来的反馈的位置数据（旋转角度测定值等）进行采样，并识 别目标值与实测值的偏差，以进行伺服控制。
[0005] 此处，由于以规定的采样周期对上述反馈的位置数据进行采样，因此，无法知道在 采样周期以外的时刻的位置，采样周期成为位置分辨率的限制。然而，在进行高速/高精 度的位置控制的情况下，位置分辨率的高低成为重要因素，因此，为了提高位置分辨率的极 限，需要进行位置推定。
[0006] 在专利文献2所记载的自动设备控制装置中，即使绝对值编码器的测定周期与伺 服周期不同步，也可通过外插运算来推定与伺服周期同步的位置脉冲，提高位置分辨率。
[0007] 更具体地进行说明，在专利文献2所公开的自动设备控制装置中，首先，对反馈位 置X进行采样。然后，利用与最近的采样时刻的关系，计算采样时间间隔，计算反馈位置的 差分，并将反馈位置的差分除以采样时间间隔，来求出反馈位置的变化率（变化率A)。另一 方面，计算从采样时刻到伺服指令时刻的时间差（时间差B)。然后，在最后，将对变化率A 乘以时间差B后得到的值与上述反馈位置X进行相加，从而推定伺服指令时刻的位置。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本专利特开平10 - 309683号公报
[0011] 专利文献2 :日本专利特开平5 - 333931号公报
【发明内容】
[0012] 在由专利文献1所记载的电动机控制装置所控制的DC电动机中，能得到与流过驱 动用线圈的电流成比例的转矩。流过驱动用线圈的电流在静态下与施加于电动机驱动器 的电压成比例，因此，通过对施加于电动机驱动器的电压进行控制，从而能控制电动机的转 矩。此处，在施加于电动机驱动器的源电压下降的情况下，通过提高转矩指令，能防止转矩 的下降。然而，一般而言，由于电动机驱动器等的物理上的限制，无法将转矩指令提高到一 定值以上。因此，若施加于电动机驱动器的源电压大幅下降，则不仅无法使自动设备进行所 希望的动作，而且因 PI控制器等所具有的积分功能的影响而发生所谓饱和（Wind-up)现 象，自动设备有时会出现振动动作等不稳定的动作。
[0013] 因而，以往，例如，若发生源电压瞬间下降现象即瞬间下降（电压瞬间下降），则在 自动设备出现不稳定的动作之前强制停止电动机，确保安全性，并防止自动设备及工件的 损伤。然而，在发生了电压瞬间下降等时，若停止电动机以停止自动设备，则会花费用于使 自动设备重新起动的恢复时间，生产性下降。特别是在电源状况较差的工厂等使用自动设 备的情况下，若每次发生电压瞬间下降时，都使自动设备停止，则生产性大幅下降。
[0014] 因而，本发明的课题在于提供一种电动机控制装置，即使在发生电压瞬间下降等、 电源的电压下降的情况下，也能使自动设备适当地进行动作，而无需停止使自动设备动作 的电动机。此外，本发明的课题在于提供一种电动机控制方法，即使在发生电压瞬间下降 等、电源的电压下降的情况下，也能使自动设备适当地进行动作，而无需停止使自动设备动 作的电动机。
[0015] 此外，在专利文献2所记载的自动设备控制装置中，由于通过将反馈位置的差分 除以采样时间间隔来求出变化率A，仅通过单纯的外插运算进行位置推定，因此，存在不善 于应对电动机的速度变动的问题。在此情况下，虽然能通过缩小编码器的测定周期来提高 位置的推定精度，但需要加快通信周期和CPU的处理速度等，因此，存在成本增加的问题。
[0016] 因而，本发明是鉴于这些点而完成的，其课题在于提供一种能高精度地应对电动 机的速度变动等、而无需缩小采样周期的控制系统及该控制系统中使用的位置推定方法。
[0017] 为了解决上述课题，本发明的电动机控制装置对使自动设备动作的电动机进行控 制，其特征在于，包括：位置指令输出单元，该位置指令输出单元输出用于对电动机进行控 制的位置指令；第1减法单元，该第1减法单元基于旋转位置和位置指令来计算位置偏差并 输出，该旋转位置基于来自在电动机每旋转规定角度时产生脉冲信号的旋转检测单元的输 出而计算出；位置控制单元，该位置控制单元将位置偏差变换成速度指令并输出；第2减法 单元，该第2减法单元基于转速和速度指令来计算速度偏差并输出，该转速基于来自旋转 检测单元的输出来计算出；速度控制单元，该速度控制单元将速度偏差变换成转矩指令并 输出；限制器，该限制器在转矩指令的值为规定的限制值以下时，将转矩指令原样输出，并 且，在转矩指令的值超过限制值时，输出将限制值作为其值的转矩指令；电动机驱动单元， 该电动机驱动单元基于来自限制器的转矩指令来驱动电动机；及电压变动检测单元，该电 压变动检测单元检测对电动机驱动单元施加电压的电源的电压变动，在利用电压变动检测 单元检测出电源的电压为规定的基准值以下时，进行如下动作中的至少任一种：位置指令 输出单元使位置指令变动，以使电动机的转速下降；及位置控制单元限制所输出的速度指 令。
[0018] 在本发明的电动机控制装置中，若利用电压变动检测单元检测出电源的电压为规 定的基准值以下，则位置指令输出单元使位置指令变动，以使电动机的转速下降，并且，位 置控制单元限制所输出的速度指令。或者，在本发明中，若利用电压变动检测单元检测出电 源的电压为基准值以下，则位置指令输出单元使位置指令变动，以使电动机的转速下降，或 者，位置控制单元限制所输出的速度指令。
[0019] 因此，在本发明中，在发生电压瞬间下降等、电源的电压为基准值以下时，能抑制 速度指令的值的增加，从而抑制速度偏差的增加。因而，在本实施方式中，即使发生电压 瞬间下降等、电源的电压为基准值以下，通过使电动机的转速下降，从而也能适当控制电动 机，使自动设备进行所希望的动作，并且，能防止饱和现象的发生，并能防止自动设备呈现 不稳定的动作。其结果是，在本发明中，即使在发生电压瞬间下降等、电源的电压下降的情 况下，也能使自动设备适当地进行动作，而无需使电动机停止。
[0020] 此处，在发生电压瞬间下降等、电源的电压为基准值以下时，仅进行位置指令的变 动的情况下，能抑制从第1减法单元输出的位置偏差的增加，因此，能对电源的电压恢复到 超过基准值、将位置指令恢复到原来的状态时的速度指令的急剧变动进行抑制。另一方面， 由于位置指令的变动的影响有少许延迟地呈现在速度指令中，因此，在此情况下，在电源的 电压为基准值以下时，会发生难以在短时间内抑制速度指令的值的增加的状况。此外，在发 生电压瞬间下降等、电源的电压为基准值以下时，仅进行速度指令的限制的情况下，在电源 的电压为基准值以下时，能在短时间内抑制速度指令的值的增加，但由于从第1减法单元 输出的位置偏差有时会增加，因此，在电源的电压恢复到超过基准值、解除了对速度指令的 限制时，有可能速度指令的值急剧变大，电动机急剧加速，自动设备急剧动作。
[0021] 因此，在本发明中，优选为，若利用电压变动检测单元检测出电源的电压为基准值 以下，则位置指令输出单元使位置指令变动，以使电动机的转速下降，并且，位置控制单元 限制所输出的速度指令。若采用这种结构，则在发生电压瞬间下降