专利名称：电动机控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有模型控制系统来进行模型跟踪控制的电动机控制装置。
背景技术：
当驱动芯片安装器等机械来高速地进行位置决定时，作为通过电动机 控制装置对机械进行高速位置决定的方法之一，有模型跟踪控制法。在模 型跟踪控制中，构建模拟了实际的反馈控制系统的模型控制系统。而且，
以跟踪该模型控制系统的方式驱动反馈控制系统。图6是表示采用了在 JP特开昭62-217304号公报[专利文献l]中所表示的现有的模型跟踪控制 法的电动机控制装置的结构。在该控制装置中，取得位置指令与模型位置 的偏差，通过模型位置控制器来获取模型速度指令。然后取得模型速度指 令与模型速度的偏差，通过模型速度控制器获取模型扭矩指令。此外，将 模型扭矩指令通过电动机机械模型计算出模型速度。并且将模型速度通过 积分器计算出模型位置。取得模型位置与由编码器检测出的电动机位置之 差，通过位置控制器输出速度指令。还取得对速度指令和模型速度相加后 的值与速度检测值的偏差，将该偏差通过速度控制器获取扭矩指令。将扭 矩指令与模型扭矩指令相加，通过扭矩控制器驱动电动机，并控制电动机 的扭矩。在此，电动机机械模型，将电动机惯量(inertia)设为JM，将 负载惯量设为JL，则表示为电动机机械模型-1/KJM+JL) S}。如此，通 过构成模型跟踪控制，可独立地控制指令响应特性和抗干扰特性。抗干扰 特性由于机械系统的高频谐振等而受到制约。为此，抗干扰特性不能高至 某种程度。模型响应特性由于不受机械系统的高频谐振等的制约，所以能 够提高。由此，提高指令响应特性，就可实现机械的高速位置决定。
但是，模型跟踪控制与只有现有的反馈控制系统的情况进行 较，模型控制系统是需要的。为此，通过软件来实现时的运算量很大，需要高速
的CPU。作为减轻该CPU的负担的方法，有将模型控制系统的控制取样
速度设定得比反馈控制系统的取样速度慢的方法。但是，若模型控制系统 的控制取样速度比反馈控制系统的取样速度慢，则由于起因于控制取样速 度的误差，而会有产生过冲、位置决定稳定时间延迟的问题。
改善了这些的电动机控制装置，在JP特开2002-58270号公报"专利 文献2"中公开了。在该电动机控制装置中，将在模型控制系统中使用的 取样周期设定得比在反馈控制系统的取样周期长，通过运算进行补偿，从 而抑制由于模型控制系统的取样速度与反馈控制系统的取样速度的不同 而引起的误差。 JP特开昭62-217304号公报 [专利文献2] JP特开2002-58270号公报
但是，在专利文献2中所示的在现有的技术中所采用的运算，存在 运算量大，运算装置的负担增加的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在将模型控制系统的取样速度设定得 比反馈控制系统慢时，能以比以往少的运算量来抑制由反馈控制系统的取 样速度与模型控制系统的取样速度之差而引起的影响，来实施模型跟踪控 制的电动机控制装置。
本发明的电动机控制装置，由反馈控制系统和模型控制系统构成。反
馈控制系统，由位置传感器、位置控制器、速度控制器、扭矩控制器组成。
位置传感器，检侧机台上所安装的电动机的可动部的位置。位置控制器，
其根据由位置传感器所检测出的位置信息和位置指令来输出速度指令。速 度控制器，其根据速度指令和从位置传感器的输出而得到的速度信息来输
出扭矩指令。扭矩控制器，其根据扭矩指令来控制电动机的扭矩。
在本发明中，速度控制器包括具有相当于模型控制系统的取样速度 的延迟的传递函数的低通滤波器、积分控制系统、比例控制系统。积分控 制系统，包括对向低通滤波器输入速度信息而得到的延迟速度信息与速度 指令的速度偏差进行积分的速度积分器。此外，比例控制系统，其输出与速度指令和电动机的速度信息之差成比例的指令。速度控制器还具有加法 部，其将积分控制系统的输出和比例控制系统的输出相加。此外，速度控 制器还具有速度比例增益乘法部，其将加法部的输出乘以速度比例增益后 得到扭矩指令。
此外模型控制系统，具有模型位置控制器、模型速度控制器、电动机 机械模型、模型积分器、第一以及第二反馈控制部。模型位置控制器将位 置控制器进行模型化后输出模型速度指令。模型速度控制器将速度控制器 进行模型化后输出模型扭矩指令。此外，电动机机械模型将模型扭矩指令 作为输入，将电动机进行模型化后输出电动机的模型速度信息。模型积分 器将模型速度信息进行积分后输出电动机的模型位置信息。第一反馈部将 模型位置信息作为向反馈控制系统的模型位置指令反馈给模型位置控制 器。此外，第二反馈部将模型速度信息作为向反馈控制系统的模型速度指 令反馈给模型速度控制器。在模型控制系统中，将模型扭矩指令与扭矩控 制器所输入的扭矩指令进行相加，将向反馈控制系统的模型位置指令作为 位置指令提供给位置控制器，将向所述反馈控制系统的模型速度指令与向 速度控制器输入的速度指令相加，并且比反馈控制系统的取样速度慢。
而且，作为反馈控制系统的速度控制器，也可采用以下结构，即包括 所述积分控制系统；比例控制系统，其输出将加上模型速度指令后的速度 指令和电动机的速度信息之差与速度比例增益相乘后的指令；和加法部， 其将积分控制系统的输出和比例控制系统的输出相加。
如本发明所述，若将从具有相当于模型控制系统的取样速度的延迟的 传递函数的低通滤波器得到的延迟速度信息与速度指令的速度偏差由速 度积分器进行积分，则能够减小使速度积分器的积存量增大的成分，该成 分包含在对具有相当于模型控制系统延迟的延迟的速度指令与由低通滤 波器使速度反馈的速度信息延迟而得到的延迟速度信息的速度偏差中。其 结果，通过简单的结构，即使减慢了模型控制系统的取样速度时，也能够 抑制由于模型控制系统的取样速度与反馈控制系统的取样速度之差而产 生的影响。因此，根据本发明，可减少实际地执行运算的CPU等的运算 装置的负担，来实现模型跟踪控制。
而且，根据本发明，能够将模型控制系统的取样速度设定为小于等于反馈控制系统的取样速度的1/2倍。
根据本发明，能够减小使速度积分器的积存量增大的成分，该成分包 含在对具有相当于模型控制系统延迟的延迟的速度指令与由低通滤波器 使速度反馈的速度信息延迟而得到的延迟速度信息的速度偏差中，所以通 过仅设置低通滤波器的简单的结构，即使在减慢了模型控制系统的取样速 度时，也能够得到抑制由于模型控制系统的取样速度与反馈控制系统的取 样速度之差而产生的影响的优点。
图1是表示本发明的电动机控制装置的结构的方框图。
图2是表示反馈控制系统的主要部分的具体的结构的示意图。
图3是表示为了速度积分器的反馈而未设置低通滤波器时的位置决
定的模拟结果的示意图。
图4是表示为了速度积分器的反馈而设置了低通滤波器时的位置决
定的模拟结果的示意图。
图5是表示可使用的速度控制器的不同的结构的示意图。
图6是表示进行模型跟踪控制的现有的电动机控制装置的结构的示意图。
图中101 —电动机控制装置，103 —反馈控制系统，105 —模型控制 系统，109—位置传感器，lll一位置控制器，113 —低通滤波器，115 — 速度控制器，117—速度积分器，119一可动部模型，121—扭矩控制器， 123 —模型位置控制器，125 —模型速度控制器，127—电动机机械模型， 129 —模型积分器，131—第一反馈部，133—第二反馈部，M—电动机。
具体实施例方式
以下，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。图1是表示本发明 的电动机控制装置的结构的方框图。图2是表示反馈控制系统103的主要 部分的具体的结构的示意图。本实施方式的电动机控制装置101，由反馈 控制系统103和模型控制系统105构成。反馈控制系统103具有位置传感器109，其由检测电动机M的移动的旋转位置的编码器构成；位置控 制器1U;速度检测部U0;速度控制器115;扭矩控制器121。位置传感 器109的输出(位置信息)被反馈给位置控制器lll，此外，位置传感器 109的输出(位置信息)在速度检测部110中被微分而作为速度信息，在 低通滤波器113中被滤波处理后，反馈给速度积分器117。向位置控制器 111输入在减法部SP1中对由位置传感器109所检测出的位置信息与来自 模型控制系统105的位置指令的差分进行计算后的结果。在本实施方式 中，位置控制器111中所输入的位置指令，是从模型控制系统105输出给 反馈控制系统的模型位置指令。而且，位置控制器111根据向反馈控制系 统的模型位置指令与来自位置传感器109的位置信息的差分，向速度控制 器115输出速度指令。在减法部SP3中求出由加法部SP2将速度指令 与从模型控制系统105输出给反馈控制系统的模型速度指令进行相加后 的结果，与在速度检测部110中对位置传感器109的输出进行微分而得到 的速度信息的差分。
本实施方式的速度控制器115，如图2所示，包括低通滤波器113， 其具有相当于模型控制系统105的取样速度的延迟的传递函数;积分控制
系统116，其包括速度积分器117;比例控制器118;速度比例增益乘法
部119。积分控制系统116，将从由加法部SP2所相加的速度指令与模型 速度指令进行合计后的指令中由减法部SP4减去从低通滤波器113所输 出的延迟速度信息后的指令输入给速度积分器117。速度积分器117具有 速度增益乘法部117A和速度积分单元117B。速度增益乘法部117A，对 从由加法部SP2所相加的速度指令与模型速度指令相加后的指令中由减 法部SP4减去从低通滤波器113所输出的延迟速度信息后的指令，乘以 积分增益(1/Tvi)。而且，速度积分单元117B对速度增益乘法部117A的 输出进行积分。此外，比例控制系统118，由减法部SP3获取速度指令与 从速度检测部110所输出的电动机M的速度信息之差，输出与此差为比 例的指令。速度控制器115还具有加法部SP5，加法部SP5将速度积分器 117 (速度积分单元117B)的输出与比例控制器118的输出进行相加。此 外，速度控制器115具有速度比例增益乘法部119，速度比例增益乘法部 119将加法部SP5的输出乘以速度比例增益KVP而获取扭矩指令。扭矩指令，在加法部SP6中与模型扭矩指令相加后被输入到扭矩控制 器121中。扭矩控制器121，根据相加了模型扭矩指令后的扭矩指令来控 制电动机M的扭矩。
如图1所示，模型控制系统105具有模型位置控制器123、模型速度 控制器125、电动机机械模型127、模型积分器129、第一以及第二减法 部SP1以及SP12，和第一以及第二反馈控制部13以及133。电动机机 械模型127，将电动机M的动作进行模型化后输出模型速度信息。在此， 电动机机械模型127，将电动机惯量(inertia)设为JM，将负载惯量设为 JL，则表示为电动机机械模型=1/ {(JM+JL) SK模型积分器129，对模 型速度信息进行积分来输出电动机的模型位置信息。第一反馈控制部 131，将从模型积分器129所输出的模型位置信息作为"向反馈控制系统 的模型位置指令"，经由第一减法部SP11反馈给模型位置控制器123。此 外，第二反馈控制部133，将模型速度信息作为"向反馈控制系统的模型 速度指令"，经由第二减法部SP12反馈给模型速度控制器125。模型位置 控制器123，将位置控制器lll进行模型化后输出模型速度指令。模型速 度控制器125，将速度控制器115进行模型化后输出模型扭矩指令。而且， 为了不对模型加入干扰，模型速度控制器由比例控制器构成。
模型控制系统105，将由从模型积分器129所输出的模型位置信息构 成的"向反馈控制系统的模型位置指令"作为位置指令经由第一反馈部 131提供给位置控制器111。此外，将从电动机机械模型127所输出的"向 反馈控制系统的模型速度指令"，与经由第二反馈部133以及加法部SP2 从位置控制器111输入给速度控制器115的速度指令进行相加。
在本实施方式中，模型控制系统105，以反馈控制系统103的两倍的 取样周期(反馈控制系统103的1/2倍的取样速度)进行工作。而且，作 为反馈控制系统103的速度积分器117的反馈输入，使用了低通滤波器 113的输出。该低通滤波器113，具有相当于模型控制系统105的取样速 度的延迟的传递函数[1/(l+STFB)]。在本实施方式中，将与从具有相当 于模型控制系统105的取样速度的延迟的传递函数的低通滤波器113获取 到的延迟速度信息与模型速度指令所相加后的速度指令的速度偏差，在速 度积分器117中进行积分。如此，能够减小使速度积分器117的积存量增
10大的成分，该成分包括在加上模型速度指令而具有相当于模型控制系统
105的延迟的延迟速度指令与由低通滤波器113使从速度检测部110所输 出的速度反馈的速度信息延迟后而得到的延迟速度信息的速度偏差中。其
结果，通过设置低通滤波器in这样简单的结构，即使在放慢模型控制系
统105的取样速度时,也能够抑制起因于模型控制系统105的取样速度与 反馈控制系统的取样速度之差的影响。即根据本发明，通过使速度积分器 117的积存量减少到合适的量，抑制由于速度积分器117的积存量而产生 的过冲，从而实现了高速位置决定。图3是为了速度积分器117的反馈而 未设置低通滤波器113时的位置决定的模拟结果。此外，图4是为了速度 积分器117的反馈而设置了低通滤波器113时的位置决定的模拟结果。在 图3以及图4中，"差分位置指令"是减法部SP1的输出。此外，"速度 积分补偿量"是速度积分器117的输出。并且"位置偏差"是由电动机M 所驱动的负载的位置相对于目标位置的偏差。对图3以及图4进行比较可 见，通过设置低通滤波器113，速度积分器117的积存量成为合适的量， 抑制了过冲。因此，根据本实施方式，在模型跟踪控制中，当作为运算装 置而使用CPU时，可减轻CPU的负担。此外，即使将模型控制系统105 的取样速度放慢到低于反馈控制系统103的取样速度，也可通过设置低通 滤波器113，抑制由该取样速度的不同所导致的速度积分器117的积存量 的增加。
图5表示了反馈控制系统103的速度控制器115'的其它的结构例。 在该速度控制器115'中，使用与前述积分控制系统116相同的积分控制 系统。而且，作为比例控制系统118'，采用以下结构，即输出将加上了 从加法部SP2所输出的模型速度指令的速度指令与从速度检测部110所输 出的电动机M的速度信息之差乘以速度比例增益KVP后的指令。此夕卜，速 度控制器115'，使用对积分控制系统116的输出与比例控制系统118' 的输出进行相加的加法部SP5。使用这种速度控制器115'，也可得到与 上述实施方式相同的效果。
此外，本发明也同样适用于在电动机机械模型127中搭载振动模型， 进行减振控制的情况。
权利要求
1.一种电动机控制装置，由反馈控制系统和模型控制系统构成，所述反馈控制系统，具有位置传感器，其对电动机的位置进行检测；位置控制器，其根据由所述位置传感器所检测出的位置信息和位置指令来输出速度指令；速度控制器，其根据所述速度指令和从所述位置传感器的输出而得到的速度信息来输出扭矩指令；以及扭矩控制器，其根据所述扭矩指令来控制所述电动机的扭矩，所述速度控制器，包括低通滤波器，其具有传递函数，该传递函数相当于模型控制系统的取样速度的延迟；积分控制系统，其包括对向所述低通滤波器输入所述速度信息而得到的延迟速度信息与所述速度指令的速度偏差进行积分的速度积分器；比例控制系统，其输出与所述速度指令和所述电动机的速度信息之差成比例的指令；加法部，其将所述积分控制系统的输出和所述比例控制系统的输出进行相加；以及速度比例增益乘法部，其将所述加法部的输出乘以速度比例增益后得到所述扭矩指令，所述模型控制系统，具有模型位置控制器，其将所述位置控制器进行模型化后输出模型速度指令；模型速度控制器，其将所述速度控制器进行模型化后输出模型扭矩指令；电动机机械模型，其将所述模型扭矩指令作为输入，将所述电动机进行模型化后输出所述电动机的模型速度信息；模型积分器，其将所述模型速度信息进行积分后输出所述电动机的模型位置信息；第一反馈部，其将所述模型位置信息作为向反馈控制系统的模型位置指令反馈给所述模型位置控制器；以及第二反馈部，其将所述模型速度信息作为向反馈控制系统的模型速度指令反馈给所述模型速度控制器，所述模型控制系统，将所述模型扭矩指令与向所述扭矩控制器输入的所述扭矩指令相加，将向所述反馈控制系统的模型位置指令作为所述位置指令提供给所述位置控制器，将向所述反馈控制系统的模型速度指令与向所述速度控制器输入的所述速度指令相加，并且比所述反馈控制系统的取样速度慢。
2. —种电动机控制装置，由反馈控制系统和模型控制系统构成，所述反馈控制系统，具有位置传感器，其对电动机的位置进行检测；位置控制器，其根据由所述位置传感器所检测出的位置信息和位置指 令来输出速度指令；速度控制器，其根据所述速度指令和从所述位置传感器的输出而得到 的速度信息来输出扭矩指令；以及扭矩控制器，其根据所述扭矩指令来控制所述电动机的扭矩，所述速度控制器，包括-低通滤波器，其具有传递函数，该传递函数相当于模型控制系统的取 样速度的延迟；积分控制系统，其包括对向所述低通滤波器输入所述速度信息而得到 的延迟速度信息与所述速度指令的速度偏差进行积分的速度积分器；比例控制系统，其输出对所述速度指令和所述电动机的速度信息之差 乘以速度比例增益后的指令；以及加法部，其将所述积分控制系统的输出和所述比例控制系统的输出相加；所述模型控制系统，具有模型位置控制器，其将所述位置控制器进行模型化后输出模型速度指模型速度控制器，其将所述速度控制器进行模型化后输出模型扭矩指令；电动机机械模型，其将所述模型扭矩指令作为输入将所述电动机进行 模型化后输出所述电动机的模型速度信息；模型积分器，其将所述模型速度信息进行积分后输出所述电动机的模 型位置信息；第一反馈部，其将所述模型位置信息作为向反馈控制系统的模型位置 指令反馈给所述模型位置控制器；以及第二反馈部，其将所述模型速度信息作为向反馈控制系统的模型速度 指令反馈给所述模型速度控制器，所述模型控制系统，将所述模型扭矩指令与向所述扭矩控制器输入的 所述扭矩指令相加，将向所述反馈控制系统的模型位置指令作为所述位置 指令提供给所述位置控制器，将向所述反馈控制系统的模型速度指令与向 所述速度控制器输入的所述速度指令相加，并且比所述反馈控制系统的取 样速度慢。
3.根据权利要求1或2所述电动机控制装置，其特征在于， 所述模型控制系统的取样速度，小于等于所述反馈控制系统的取样速 度的1/2倍。
全文摘要
本发明提供一种能以比以往少的运算量对起因于反馈控制系统的取样速度与模型控制系统的取样速度之差产生的影响进行抑制，来实施模型跟踪控制的电动机控制装置。速度控制器(115)包括低通滤波器(113)，其具有相当于模型控制系统(105)的取样速度的延迟的传递函数；包括速度积分器(117)的积分控制系统(116)；比例控制系统(118)；速度比例增益乘法部(119)。积分控制系统(116)，将从由加法部(SP2)所相加的速度指令与模型速度指令进行合计后的指令中由减法部(SP4)减去从低通滤波器(113)所输出的延迟速度信息后的指令输入给速度积分器(117)。
文档编号H02P23/14GK101656507SQ20091016735
公开日2010年2月24日 申请日期2009年8月21日 优先权日2008年8月22日
发明者井出勇治 申请人:山洋电气株式会社