專利名稱：電動機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉M行定位控制的電動機(jī)控制裝置。
背景技術(shù)：
在測量審、監(jiān)視照相機(jī)、半導(dǎo)體的制造裝置、檢查裝置等中，需 要進(jìn)行高精度的定位控制。另外，作為社會背景，有使用電池的產(chǎn)品 增加的傾向，提高了對高效率運(yùn)轉(zhuǎn)和高精度的定位運(yùn)轉(zhuǎn)雙方的需求。
一般的定位控制裝置具備根據(jù)位置偏差，生成電動機(jī)的指令旋轉(zhuǎn)速 度的位置反俯循環(huán)；根據(jù)速度偏差，生成電動機(jī)的指令電流或指令電 壓的速度反醬循環(huán)。
在專利文獻(xiàn)l中，記栽了預(yù)先作成絕對位置定位控制用的修正數(shù) 據(jù)，將該修亞數(shù)據(jù)與目標(biāo)位置相加，生成對伺服電動機(jī)的指令值的定
位控制裝置.通過在每個(gè)規(guī)定的角度對伺服電動機(jī)進(jìn)行定位，用髙分 辨率編碼器鯛量進(jìn)行該定位時(shí)的絕對位置，根據(jù)該高分辨率編碼器的
位置數(shù)據(jù)和祠服電動機(jī)的編碼器的位置數(shù)據(jù)得到誤差角度數(shù)據(jù)，而作 成修正數(shù)據(jù).
專利文獻(xiàn)l:特開2005 - 292898號公報(bào)
在定位控制中，通過使用了處理器的數(shù)字控制對電動機(jī)進(jìn)行控 制。在該情況下，在處理器的硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)分辨率(數(shù) 據(jù)長度)和PWM控制電路中的信號波的分辨率存在上限，因此針對 對電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩的分辨率也產(chǎn)生上限。其結(jié)果是無論怎樣提高編 碼器等位置搶測裝置的分辦率，在現(xiàn)有的電動機(jī)控制裝置中，也難以 進(jìn)行例如秒(")級別的角度精度的定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鶬是鑒于上述問趙而提出的，其目的在于提供一種能夠 進(jìn)行高精度的定位控制的電動機(jī)控制裝置。
為了達(dá)到上述目的，權(quán)利要求1的電動機(jī)控制裝置的特征在于包 括檢測無刷DC電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置檢測單元；檢測上述 無刷DC電動機(jī)的電流的電流檢測單元；使用控制相位角對由該電流 檢測單元檢測出的電流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換，求出作為磁通方向成分的 d軸電流和作為與之正交的轉(zhuǎn)矩方向成分的q軸電流的座標(biāo)變換單 元；根據(jù)指令d軸電流與由上述電流檢測單元檢測出的d軸電流的
差，生成指令d軸電壓，根據(jù)指令q軸電流與由上述電流檢測單元 檢測出的q軸電流的差，生成指令q軸電壓的電流控制單元；使用 上述控制相位角對上述指令d軸電壓和上述指令q軸電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 座標(biāo)變換，生成3相指令電壓的座標(biāo)變換單元；根據(jù)上述3相指令電 壓，形成3相通電信號的通電信號形成單元；在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中，將上述 指令d軸電流保持為一定值，將上述指令q軸電流保持為0，與目標(biāo) 的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差對 應(yīng)地控制上迷控制相位角的位置控制單元(基于相位控制的定位控 制電流控制型)。
權(quán)利要求2記栽的電動機(jī)控制裝置的特征在于在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中， 將上述指令d軸電壓保持為一定值，將上述指令q軸電壓保持為0， 與上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn) 位置的差對應(yīng)地控制上述控制相位角的位置控制單元(基于相位控制 的定位控制電壓控制型)，
權(quán)利要求3記栽的電動機(jī)控制裝置的特征在于在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中， 將上述指令d軸電流保持為一定值，將上述指令q軸電流保持為0， 將上迷控制相位角保持為一定值，根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由 上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差，求出各相的電壓修正 值，根據(jù)該電壓修正值修正上述3相指令電壓的位置控制單元(基于 相電壓修正的定位控制電流控制型)。
權(quán)利要求4記栽的電動機(jī)控制裝置的特征在于在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中，
將上述指令d軸電壓保持為一定值，將上述指令q軸電壓保持為0， 將上述控制相位角保持為一定值，根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由 上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差，求出各相的電壓修正 值，根據(jù)該電壓修正值修正上述3相指令電壓的位置控制單元(基于 相電壓修正的定位控制電壓控制型)。
根據(jù)本發(fā)明的電動機(jī)控制裝置，在使d軸的電流/電壓成分為一 定，q軸的電流/電壓成分為0的基礎(chǔ)上，根據(jù)位置偏差直接控制控 制相位，因此能夠?qū)⑽恢梅直媛侍岣叩脚c控制相位具有的高分辦率同 等的程度.另外，在使d軸的電流/電壓成分為一定，q軸的電流/電 壓成分為0，并使控制相位一定的基礎(chǔ)上，根據(jù)位置偏差修正并控制 各相的電壓，因此能夠得到與該各相的電壓修正狀態(tài)對應(yīng)的微小的旋 轉(zhuǎn)角，能夠提高位置分辦羋，
附困說明
困1是本發(fā)明的實(shí)施例1的基于相位控制的定位控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
困2是基于速度控制的定位控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 困3是定位控制的流程圖。
困4是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的與圖l對應(yīng)的圖。 困5是與困2對應(yīng)的困，
困6是表示本發(fā)明的實(shí)施例3的與困l對應(yīng)的圖。 困7是與困3對應(yīng)的圍，
困8是表示相位角與修正的相電壓的對應(yīng)關(guān)系的圖。 困9是用于導(dǎo)出困8所示的對應(yīng)關(guān)系的說明圖。 困10是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的與困l對應(yīng)的圖。 困11是表示本發(fā)明的實(shí)施例5的與圖3對應(yīng)的圖。
具體實(shí)施方式
(實(shí)施例1)以下，參考困1~困3，說明本發(fā)明的實(shí)施例l。
圖l和調(diào)2表示了電動機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。電動機(jī)控制裝置l在 位置偏差A(yù)P大的情況下，通過與困2所示的現(xiàn)有技術(shù)一樣的結(jié)構(gòu)， 采用與位置鎮(zhèn)差A(yù)P對應(yīng)地得到指令旋轉(zhuǎn)速度or的位置反饋循環(huán)作 為主循環(huán)，采用與速度偏差A(yù)co對應(yīng)地得到指令電流的速度反饋循環(huán) 作為輔循環(huán)(以下稱為基于速度控制的定位控制)。對此，如果位置 偏差A(yù)P小于等于規(guī)定值，則如圖l所示那樣，采用以下的位置反饋 循環(huán)(以下稱為基于相位控制的定位控制)，即在使速度反饋循環(huán)無 效而使指令電流成為一定值的基礎(chǔ)上，與位置偏差A(yù)P對應(yīng)地控制控 制相位角e (以下稱為相位角e)。
首先，說明困2所示的控制結(jié)構(gòu).作為控制對象的無刷DC電動 機(jī)2 (以下稱為電動機(jī)2)例如是24極中空型的無芯電動機(jī)，在激光 測量裝置中用于掃描激光光束的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等中。在該電動機(jī)2中，安 裝有高分辦率(作為一個(gè)例子，為4194304脈沖/rev)的編碼器3， 該編碼器3的輸出信號SA、 SB、 SZ被提供給電動機(jī)控制裝置1。另 外，在上述示例的編碼器3的情況下，每1脈沖的角度分辨率為約 0.3",
通過將6個(gè)開關(guān)元件例如FET4ap、 4an......連接為3相橋的電路
形式而成的公知的電壓型反相器(inverter) 4來驅(qū)動電動機(jī)2。經(jīng)由 驅(qū)動電路5向FET4ap、 4an......的各柵極提供從電動機(jī)控制裝置1
輸出的換流信號(后述)。另外，在將反相器4和電動機(jī)2的各相端 子連接起來的輸出線上分別設(shè)置有霍爾CT等的電流檢測器6a、 6b、 6c。
電動機(jī)控制裝置1由CPU、存儲器等基本結(jié)構(gòu)、以及具備A/D 變換器、具有PWM計(jì)算功能的計(jì)時(shí)器等外圍電路的處理器構(gòu)成，通 過執(zhí)行存儲在快閃存儲器等非易失性存儲器中的控制程序，來控制電 動機(jī)2。困1和困2通過框圖表示該電動機(jī)控制裝置1執(zhí)行的處理內(nèi) 容。電動機(jī)攄制裝置1以電動機(jī)2的磁通軸方向?yàn)閐軸，以與之正交 的轉(zhuǎn)矩軸方向?yàn)閝軸，在這些dq座標(biāo)軸上執(zhí)行所謂的向量控制.
位置檢糊部件7與上述編碼器3 —起構(gòu)成旋轉(zhuǎn)位置檢測單元8， 根據(jù)從編碼審3提供的輸出信號SA、 SB、 SZ，檢測作為電動機(jī)2的 轉(zhuǎn)子的絕對旋轉(zhuǎn)角度的位置P。相位角計(jì)算部件9 (相當(dāng)于控制相位 角生成單元)將電動機(jī)2的極對數(shù)(對于上述的電動機(jī)是12)乘以
該檢測位置P，得到作為電氣角的相位角e。
旋轉(zhuǎn)速虛檢測部件10 (相當(dāng)于旋轉(zhuǎn)速度檢測單元)根據(jù)檢測位置 P檢測出旋轉(zhuǎn)速度co.位置控制部件11由減法器12和PI計(jì)算部件 13構(gòu)成，在從目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置Pr (以下稱為指令位置Pr)減去 檢測位置P而得到位置偏差A(yù)P后進(jìn)行PI計(jì)算，生成指令旋轉(zhuǎn)速度 cor。在計(jì)算位里偏差A(yù)P時(shí)，進(jìn)行用于防止溢出的限制處理。
減法器14從指令旋轉(zhuǎn)速度份r減去檢出旋轉(zhuǎn)速度co，求出速度偏 差A(yù)(d， PI計(jì)算部件15對速度偏差A(yù)(O執(zhí)行PI計(jì)算，生成指令q軸 電流Iqr。由這些減法器4和PI計(jì)算部件15構(gòu)成速度控制單元16。 另外，指令d軸電流Idr為一定值。
由A/D臾換器等構(gòu)成的電流檢測部件17與上述電流檢測器6a、 6b、 6c—起構(gòu)成電流檢測單元18，根據(jù)從電流檢測器6a、 6b、 6c輸 出的信號，求出3相電流Ia、 Ib、 Ic。電流變換部件19 (相當(dāng)于座 標(biāo)變換單元)針對這些3相電流Ia、 Ib、 Ic，使用相位角0，進(jìn)行3 相- 2相變換和旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換，求出檢出d軸電流Id和檢出q軸電 流Iq。
減法審加從上述指令d軸電流Idr減去檢出d軸電流Id，求出 d軸電流偏差A(yù)M， PI計(jì)算部件21對該d軸電流偏差A(yù)id執(zhí)行PI計(jì) 算，生成指令d軸電壓Vd。同樣，減法器22從指令q軸電流Iqr減 去檢出q軸電流Iq,求出q軸電流偏差A(yù)Iq, PI計(jì)算部件23對該q 軸電流偏差A(yù)Iq執(zhí)行PI計(jì)算，生成指令q軸電壓Vq。由這些減法 器20、 22和PI計(jì)算部件21、 23構(gòu)成電流控制單元24。
電壓變換部件25 (相當(dāng)于座標(biāo)變換單元)針對這些d軸電壓Vd 和q軸電壓Vq，使用相位角0，進(jìn)行2相，3相變換和旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變 換，求出3相的電壓Va、 Vb、 Vc。 PWM控制部件26 (相當(dāng)于通電信號形成單無)使用專用的計(jì)時(shí)器，對這些相電壓Va、 Vb、 Vc執(zhí) 行PWM計(jì)算，生成換流信號(相當(dāng)于3相通電信號)。
另一方面，在困1所示的基于相位控制的定位控制中，旋轉(zhuǎn)速度 檢測部件10和速度控制單元16停止處理。另外，相位角計(jì)算部件9 停止上述極對數(shù)的乘法處理，維持并輸出從基于速度控制的定位控制 (圖2)切換到基于相位控制的定位控制(

圖1)時(shí)的相位角e。位 置控制部件11的PI計(jì)算部件13對位置偏差A(yù)P執(zhí)行PI計(jì)算，生成 修正角ep，加法器27將修正角ep加上從相位角計(jì)算部件9輸出的
切換時(shí)的相位角e，生成修正后的相位角e。由上述位置控制部件ii
和加法器27構(gòu)成位置控制單元28。
接著，參考困3所示的流程困，說明本實(shí)施例的作用。
電動機(jī)控制裝置1如果輸入了定位指令，則開始困3所示的定位 控制.在該定位控制中，根據(jù)位置偏差A(yù)P，即從現(xiàn)在的位置P到達(dá) 指令位置Pr的剩余移動量，切換控制方法。例如在為了進(jìn)行位置反 轉(zhuǎn)而將指令隹置Pr從定位控制開始時(shí)的位置設(shè)置到180。的禽度位置 的情況下，電動機(jī)控制裝置1判斷位置偏差A(yù)P (角度)是否小于等 于36"(步壤Sl)，如果判斷為"NO"，則通過圖2所示的結(jié)構(gòu)，執(zhí) 行基于速度控制的定位控制(步驟S2:笫一控制形式).
該基于速度控制的定位控制如開始說明的那樣，使與位置偏差 AP對應(yīng)地生成指令旋轉(zhuǎn)速度cor的位置反饋循環(huán)、與速度偏差A(yù)(O對 應(yīng)地生成指令q軸電流Iqr的速度反饋循環(huán)有效。指令d軸電流Idr 為一定.由此，位里偏差A(yù)P越大則指令旋轉(zhuǎn)速度wr越大，與此同 時(shí)，q軸電流Iq和q軸電壓Vq也變大。因此，能夠得到高轉(zhuǎn)矩， 響應(yīng)性好，能夠在短時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)到指令位置Pr附近。但是，處理器 的PWM控制部件26的電壓振幅的分辨率比較低，另外由于經(jīng)由速 度反饋循環(huán)，所以有難以進(jìn)行高精度的定位的缺點(diǎn)。
對此，電動機(jī)控制裝置1如果判斷出位置偏差A(yù)P (角度)小于 等于36" (YES)，則通過困1所示的結(jié)構(gòu)，執(zhí)行基于相位控制的定 位控制(步壤S3:笫二控制形式)。在該定位控制中，停止速度控
制，將指令d軸電流Idr原樣保持為一定，將指令q軸電流Iqr設(shè)置 為0。另外，相位角計(jì)算部件9保持切換到該定位控制時(shí)的相位角， 使與位置偏差A(yù)P對應(yīng)地修正并控制相位角e、的位置反饋循環(huán)有效。
在該情況下，作為位置控制部件11的減法器12的功能，處理器 為了防止以后的16比特乘法計(jì)算中的溢出，而執(zhí)行以下的限制處 理。在此，S—preSet—dev32是表示位置偏差A(yù)P的變量，S_temp是 臨時(shí)變量.
If (S_preSet—dev32>0x00007fff) S—temp=0x7fff
Else If (S—preSet_dev32<0xfffffi000) S一te啤一x8000
Else
S_tem>= S_preSet—dev32的低位16比特 接著，作為PI計(jì)算部件13的功能，處理器依照以下的公式，根 據(jù)16比特鯓位置偏差計(jì)算出修正角ep (變量S_phase_user)。 PhaKp、 Ph沐i分別是表示相位修正定位控制的比例增益、積分增 益，S_phase—user—I是表示積分項(xiàng)的變量，笫1個(gè)公式是積分計(jì)算的 公式，笫2個(gè)公式是將積分計(jì)算結(jié)果與比例計(jì)算結(jié)果相加的公式。另 外，依照憤例，(n)表示數(shù)字控制周期。
Sj)hase一nser一I (n) 88 S—phase一user一I ( n - 1) + PhaKixS—temp S_phase—aser ( n) 88 S—phase一user一I ( n ) + PhaKpxS_temp 處理器針對該計(jì)算出的變量S_phase—user實(shí)施修正角的限制。 另外，作為加法器27的功能，將切換到基于相位控制的定位控制時(shí) 的相位角e所對應(yīng)的變量作為S一theta一Lock，依照以下的公式計(jì)算 出相位角0 (變量R— ieta_com )。
R一theta jo加■= S—theta一Lock + S_phase—user 該基于相位控制的定位控制不經(jīng)由速度反饋循環(huán)，由于指令d軸 電流Idr和推令q軸電流Iqr是固定的，所以難以由于因速度反饋循 環(huán)引起的電壓變動而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩變動。相位角e的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的分辨率一
般可以比上述PWM控制部件26 (計(jì)時(shí)器)的電壓振幅的分辨率 高，進(jìn)而通過將q軸電流Iq控制為0而抑制產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而更容易進(jìn) 行微小轉(zhuǎn)矩的控制。其結(jié)果是與上述基于速度控制的定位控制相比， 能夠進(jìn)行響應(yīng)性低但高精度的定位控制。
如果上逸步棵S2或S3的處理結(jié)束，則電動機(jī)控制裝置1判斷現(xiàn) 在位置P是否到達(dá)指令位置Pr (反轉(zhuǎn)位置)。在此，如果判斷出不 一致(NO)，則轉(zhuǎn)移到步驟Sl，如果判斷出一致(YES)，則結(jié)束 定位控制，
如以上說明的那樣，本實(shí)施例的電動機(jī)控制裝置1如果位置偏差 AP小于等于規(guī)定值，則執(zhí)行與位置偏差A(yù)P對應(yīng)地直接控制相位角e 的基于相位控制的定位控制，因此在指令位置Pr的近旁能夠進(jìn)行高 精度的定位.另外，在位置偏差A(yù)P比規(guī)定值大的情況下，執(zhí)行基于 速度控制的定位控制，因此作為整體能夠提高響應(yīng)性和效率。 (實(shí)施僻2 )
接著，參考困4和困5，說明本發(fā)明的實(shí)施例2。
困4和圃5表示了電動機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，向與圖1和困2—樣 的部分附加相同的符號。電動機(jī)控制裝置29不具備電流控制循環(huán)而 直接控制電壓，該結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l不同。
該電動機(jī)控制裝置29在位置偏差A(yù)P大的情況下，如圖5所示那 樣，采用與位置偏差A(yù)P對應(yīng)地得到指令旋轉(zhuǎn)速度cor的位置反饋循 環(huán)，同時(shí)采用與速度偏差A(yù)co對應(yīng)地得到q軸電壓Vq的速度反饋循 環(huán)(基于速度控制的定位控制)。PI計(jì)算部件30對速度偏差A(yù)份執(zhí) 行PI計(jì)算，生成指令q軸電壓Vq，因此與減法器14 一起構(gòu)成速度 控制單元31.另外，d軸電壓Vd為一定值.
如果位置偏差A(yù)P變小，則如圖4所示那樣，采用以下這樣的位 置反饋循環(huán)(基于相位控制的定位控制)，即在使速度反饋循環(huán)無 效，使d軸電壓Vd為一定值，q軸電壓Vq為0的基礎(chǔ)上，與位置 偏差A(yù)P對應(yīng)地控制相位角G。在該情況下，由位置控制部件ll和加 法器27構(gòu)成鋃置控制單元32,
也依照與實(shí)施例1 一樣的處理執(zhí)行該使用了電動機(jī)控制裝置29 的定位控制，能夠得到與實(shí)施例l一樣的作用和效果。另外，由于除 去了電流反錆循環(huán)，所以因該循環(huán)造成的電壓變動不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩變 動，與實(shí)施例l相比，能夠進(jìn)行更高精度的定位。 (實(shí)施例3)
接著，參考困6~困9，說明本發(fā)明的實(shí)施例3。
圖6表示了電動機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，向與圖l相同的部分附加相 同的符號，電動機(jī)控制裝置33在位置偏差A(yù)P大的情況下，通過與 困2 —樣的結(jié)構(gòu)，執(zhí)行基于速度控制的定位控制，如果位置偏差A(yù)P 變小，則使用困6所示的結(jié)構(gòu)，采用位置反饋循環(huán)(以下稱為基于相 電壓修正的定位控制)，即與位置偏差A(yù)P對應(yīng)地修正并控制相電壓 Va、 Vb、 Vc,
如果切換到基于相電壓修正的定位控制，則旋轉(zhuǎn)速度檢測部件10 和速度控制羊元16停止處理.另外，相位角計(jì)算部件9停止上述的
極對數(shù)的乘法處理，維持并輸出切換時(shí)的相位角e。位置控制部件ii
的PI計(jì)算部件13對位直偏差A(yù)P執(zhí)行PI計(jì)算，生成相電壓修正值 Vp。
選擇部件34根據(jù)相位角e，選擇進(jìn)行相電壓修正的相(a相、b 相、c相)和修正的方向(極性)，對該選擇出的相，以規(guī)定的極性 輸出相電壓修正值Vp (參考困8)。加法器35a、 35b、 35c分別將 從電壓變換部件25輸出的相電壓Va、 Vb、 Vc和從選擇部件34輸 出的相電壓修正值Vp相加，由這些位置控制部件11、選擇部件34 和加法器35a、 35b、 35c構(gòu)成位置控制單元36。
困7是定位控制的流程圖，向與圖3所示的各處理步稞一樣的處 理步錄附加相同的步稞編號，在為了位置反轉(zhuǎn)而將指令位置Pr從定 位控制開始時(shí)的位置設(shè)置為180。的角度位置的情況下，電動機(jī)控制 裝置33判斷位置偏差A(yù)P是否小于等于10"(步驟Sll),如果判斷 為"YES"， JW執(zhí)行基于相電壓修正的定位控制(步驟S12:第二控制 形式)。在該定位控制中，如上所迷那樣停止速度控制，將指令d
軸電流Idr原樣保持為一定，使指令q軸電流Iqr為0。相位角計(jì)算 部件9使保持切換到該定位控制時(shí)的相位角e并與位置偏差A(yù)P對應(yīng) 地修正并控制任意的相電壓Va、 Vb、 Vc的位置反饋循環(huán)有效。
在該情況下，處理器執(zhí)行與實(shí)施例1 一樣的限制處理，作為PI 計(jì)算部件13的功能，根據(jù)16比特的位置偏差，依照以下的公式計(jì)算 出相電壓修正值Vp (變量S_phase_userM20 ) 。 PhaM20Kp 、 PhaM20Ki分別是表示相電壓修正定位控制的比例增益、積分增益， S_phase_userM20—I是表示積分項(xiàng)的變量，第1個(gè)公式是積分計(jì)算的 公式，第2個(gè)公式是將積分計(jì)算結(jié)果與比例計(jì)算結(jié)果相加的公式。
S—phase一userM20—I ( n ) 88 S_phaseuserM20—I ( n - 1 ) + PhaM20KixS一temp
S』hase一userM20 ( n ) = S_phase_userM20—I ( n ) + PhaM20Kpxg;一temp
處理器鐘對該計(jì)算出的S_phase—userM20實(shí)施相電壓修正量的限 制。另外，逸擇部件34如困8所示那樣，將電氣角的360。區(qū)分為每 60°的6個(gè)角度區(qū)域，并與相位角e (變量R_theta_com)所屬的角 度區(qū)域?qū)?yīng)地修正規(guī)定的一個(gè)相電壓，圖9是用于導(dǎo)出圖8所示的對 應(yīng)關(guān)系的說明困。例如在相位角e位于從120°到180。的角度區(qū)域的 情況下，在進(jìn)行電動機(jī)2的正旋轉(zhuǎn)，即增加相位角e的同時(shí)，c相 電壓Vc増加。因此，a相電壓和b相電壓Vb保持為從電壓變換部 件25輸出的值，用正極性的相電壓修正值Vp (變量 S_phase_userM20)修正c相電壓Vc。其結(jié)果是電動機(jī)2向正旋轉(zhuǎn) 的方向只旋轉(zhuǎn)與相電壓修正值Vp對應(yīng)的微小的角度。對于其他角度 區(qū)域也一樣。
該基于相電壓修正的定位控制不經(jīng)由速度反饋循環(huán)，指令d軸電 流Idr和指令q軸電流Iqr是固定的，因此因速度反饋循環(huán)造成的電
壓變動難以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩變動。另外，由于直接修正規(guī)定相的相電壓，所 以能夠?qū)κ┘拥诫妱訖C(jī)2的三相交流進(jìn)行只產(chǎn)生微小失真的微小角度 的旋轉(zhuǎn)控制，與基于速度控制的定位控制相比，能夠進(jìn)行高精度的定
位控制。另外，在位置偏差A(yù)P比規(guī)定值大的情況下，執(zhí)行基于速度 控制的定位控制，因此作為整體能夠提髙響應(yīng)性和效率。 (實(shí)施例4) 接著，參考困IO，說明本發(fā)明的實(shí)施例4。
困10表示了電動機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，不具備電流控制循環(huán)，在 該結(jié)構(gòu)上與圃6所示的實(shí)施例3不同。
該電動機(jī)控制裝置37在位置偏差A(yù)P大的情況下，通過圖5所示 的結(jié)構(gòu)執(zhí)行基于速度控制的定位控制，如果位置偏差A(yù)P變小，則如 圖10所示那樣，使速度反饋循環(huán)無效，在使d軸電壓Vd為一定 值，使q軸電壓Vq為0的基礎(chǔ)上，執(zhí)行以下的基于相電壓修正的定 位控制，即與位置偏差A(yù)P對應(yīng)地修正并控制相電壓Va、 Vb、 Vc。
也依照與實(shí)施例3 —樣的處理執(zhí)行使用了該電動機(jī)控制裝置37 的定位控制，能夠得到與實(shí)施例3相同的作用和效果。另外，由于除 去了電流反俯循環(huán)，所以因該循環(huán)造成的電壓變動不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩變動， 與實(shí)施例3相比，能夠進(jìn)行更高精度的定位。 (實(shí)施例5)
本實(shí)施銅的電動機(jī)控制裝置在具有電流反饋循環(huán)的形式的情況 下， 一邊與位置偏差A(yù)P的大小對應(yīng)地切換困2、圖1、圖6所示的 第一、第二、笫三控制形式， 一邊進(jìn)行定位，在不具備電流反饋循環(huán) 的形式的情況下， 一邊與位置偏差A(yù)P的大小對應(yīng)地切換圖5、圖 4、困10所示的笫一、笫二、第三控制形式，， 一邊進(jìn)行定位。
困11是可以共通地適用于上述任意的形式的定位控制的流程 圖，向與困3和困7所示的各處理步驟一樣的處理步驟附加相同的步 驟編號。即，在位置偏差A(yù)P大于作為第一閾值的36"的情況下，執(zhí) 行圖2或困5所示的基于速度控制的定位控制。如果位置偏差A(yù)P變 得大于IO"而小于等于36"，則執(zhí)行圖1或困4所示的基于相位控制 的定位控制，進(jìn)而，如果位置偏差A(yù)P變得小于等于10"，則執(zhí)行圖 6或閨IO所承的基于相電壓修正的定位控制。
根據(jù)本實(shí)施例，隨著位置偏差A(yù)P變小，順序地切換到能夠進(jìn)行
更微小角度的定位的定位控制，因此能夠進(jìn)行高響應(yīng)性并且高精度的 定位控制.
(其他實(shí)施例)
另外，本發(fā)明并不只限于上述和附圖所示的各實(shí)施例，例如可以 如下這樣進(jìn)衧變形或擴(kuò)展。
各實(shí)施鑭構(gòu)成為進(jìn)行與基于速度控制的定位控制的切換，但也可 以不進(jìn)行該切換，而只使用基于相位控制的定位控制或基于相電壓修 正的定位控制來執(zhí)行定位。另外，也可以切換基于相位控制的定位控
制和基于相電壓修正的定位控制，而進(jìn)行定位，
在基于相位控制的定位控制和基于相電壓修正的定位控制中，將
指令q軸電統(tǒng)Iqr或指令q軸電壓Vq設(shè)置為0，但也可以根據(jù)與定 位精度的關(guān) 在產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩降低到能夠進(jìn)行微小轉(zhuǎn)矩控制的程度的設(shè)置 范圍內(nèi)設(shè)置為不是O的一定值。
權(quán)利要求
1.一種電動機(jī)控制裝置，其特征在于包括檢測無刷DC電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置檢測單元；檢測上述無刷DC電動機(jī)的電流的電流檢測單元；使用控制相位角對由該電流檢測單元檢測出的電流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換，求出作為磁通方向成分的d軸電流和作為與之正交的轉(zhuǎn)矩方向成分的q軸電流的座標(biāo)變換單元；根據(jù)指令d軸電流與由上述電流檢測單元檢測出的d軸電流的差，生成指令d軸電壓，根據(jù)指令q軸電流與由上述電流檢測單元檢測出的q軸電流的差，生成指令q軸電壓的電流控制單元；使用上述控制相位角對上述指令d軸電壓和上述指令q軸電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換，生成3相指令電壓的座標(biāo)變換單元；根據(jù)上述3相指令電壓，形成3相通電信號的通電信號形成單元；在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中，將上述指令d軸電流保持為一定值，將上述指令q軸電流保持為0，與目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差對應(yīng)地控制上述控制相位角的位置控制單元。
2. —種電動機(jī)控制裝置，其特征在于包括檢測無劇lie電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置檢測單元；使用控制相位角對作為磁通方向成分的指令d軸電壓和作為與之正交的轉(zhuǎn)矩方向成分的指令q軸電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換，生成3相指令電壓的座標(biāo)變換單元；根據(jù)上迷3相指令電壓，形成3相通電信號的通電信號形成單元；在定位逮轉(zhuǎn)中，將上述指令d軸電壓保持為一定值，將上迷指令q軸電壓保持為0,與目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的徒轉(zhuǎn)位置的差對應(yīng)地控制上述控制相位角的位置控制單 元，
3. —種電動機(jī)控制裝置，其特征在于包括 檢測無劇DC電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置檢測單元； 檢測上逋無刷DC電動機(jī)的電流的電流檢測單元；使用控制相位角對由該電流檢測單元檢測出的電流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo) 變換，求出作為磁通方向成分的d軸電流和作為與之正交的轉(zhuǎn)矩方 向成分的q釉電流的座標(biāo)變換單元；根據(jù)指令d軸電流與由上述電流檢測單元檢測出的d軸電流的 差，生成指令d軸電壓，根據(jù)指令q軸電流與由上述電流檢測單元 檢測出的q柚電流的差，生成指令q軸電壓的電流控制單元；使用上逸控制相位角對上述指令d軸電壓和上述指令q軸電壓進(jìn) 行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換，生成3相指令電壓的座標(biāo)變換單元；根據(jù)上迷3相指令電壓，形成3相通電信號的通電信號形成單元；在定位逸轉(zhuǎn)中，將上述指令d軸電流保持為一定值，將上述指令q軸電流保持為0，將上述控制相位角保持為一定值，根據(jù)目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差，求出各相的電壓修正值，根椐該電壓修正值修正上述3相指令電壓的位置 控制單元.
4. 一種電動機(jī)控制裝置，其特征在于包括 檢測無剩DC電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的旋轉(zhuǎn)位置檢測單元； 使用控鐲相位角對作為磁通方向成分的指令d軸電壓和作為與之正交的轉(zhuǎn)矩方向成分的指令q軸電壓進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換，生成3相指 令電壓的座標(biāo)變換單元；根據(jù)上迷3相指令電壓，形成3相通電信號的通電信號形成單元5在定位逸轉(zhuǎn)中，將上述指令d軸電壓保持為一定值，將上述指令 q軸電壓保持為0，將上述控制相位角保持為一定值，根據(jù)目標(biāo)的停 止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差，求出 各相的電壓修正值，根據(jù)該電壓修正值修正上述3相指令電壓的位置 控制單元.
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于還包括生成與由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置對應(yīng)的控制相 位角的控制相位角生成單元；根據(jù)由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置，檢測出旋轉(zhuǎn)速 度的旋轉(zhuǎn)速度檢測單元；根據(jù)指令旋轉(zhuǎn)速度與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)速度 的差，生成柵令q軸電流的速度控制單元，其中上述位置控制單元構(gòu)成為能夠在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中切換以下的控制形 式使上述桂制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測單元和速度控制單元 有效，根椐上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測單元檢測 出的旋轉(zhuǎn)位置的差，生成上述指令旋轉(zhuǎn)速度的第一控制形式；使上述 控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測單元和速度控制單元無效，將上 述指令d軸電流保持為一定值，將上述指令q軸電流保持為0，與上 述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置 的差對應(yīng)地，控制上述控制相位角的第二控制形式。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于還包括生成與由上迷旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置對應(yīng)的控制相 位角的控制相位角生成羊元；根據(jù)由上述旋轉(zhuǎn)位里檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置，檢測出旋轉(zhuǎn)速 度的旋轉(zhuǎn)速度檢測單元；根據(jù)指令旋轉(zhuǎn)速度與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)速度 的差，生成指令q軸電壓的速度控制單元，其中上述位置控制單元構(gòu)成為能夠在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中切換以下的控制形 式使上迷撞制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測單元和速度控制單元 有效，根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測單元檢測 出的旋轉(zhuǎn)位置的差，生成上述指令旋轉(zhuǎn)速度的第一控制形式；使上迷 控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測單元和速度控制單元無效，將上述指令d軸電壓保持為一定值，將上述指令q軸電壓保持為0，與上 述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置和由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置 的差對應(yīng)地，控制上述控制相位角的笫二控制形式。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于還包括生成與由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置對應(yīng)的控制相 位角的控制相位角生成單元；根據(jù)由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置，檢測出旋轉(zhuǎn)速 度的旋轉(zhuǎn)速度檢測單元；根據(jù)指令旋轉(zhuǎn)速度與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)速度的差，生成指令q軸電流的速度控制單元，其中上述位置控制單元構(gòu)成為能夠在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中切換以下的控制形 式使上述控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測單元和速度控制單元 有效，根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測單元檢測 出的旋轉(zhuǎn)位里的差，生成上述指令旋轉(zhuǎn)速度的第一控制形式；使上述 控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測單元和速度控制單元無效，將上 述指令d軸電流保持為一定值，將上述指令q軸電流保持為0，將上 迷控制相位角保持為一定值，根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述 旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差，求出各相的電壓修正值， 根據(jù)該電壓修正值修正上述3相指令電壓的第二控制形式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于還包括生成與由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置對應(yīng)的控制相 位角的控制相位角生成單元；根據(jù)由上述旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置，檢測出旋轉(zhuǎn)速 度的旋轉(zhuǎn)速度檢測羊元；根據(jù)指令旋轉(zhuǎn)速度與由上迷旋轉(zhuǎn)速度檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)速度 的差，生成插令q軸電流的速度控制單元，其中上述位置控制單元構(gòu)成為能夠在定位運(yùn)轉(zhuǎn)中切換以下的控制形 式使上述控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測單元和速度控制單元 有效，根據(jù)上迷目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)速度檢測單元檢測 出的旋轉(zhuǎn)位置的差，生成上述指令旋轉(zhuǎn)速度的第一控制形式；使上述 控制相位角生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測單元和速度控制單元無效，將上 述指令d軸電壓保持為一定值，將上述指令q軸電壓保持為0，將上 述控制相位角保持為一定值，根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述 旋轉(zhuǎn)位置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差，求出各相的電壓修正值， 根據(jù)該電壓修正值修正上述3相指令電壓的笫二控制形式。
9. 根據(jù)杈利要求5所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于 上述位置控制單元構(gòu)成為除了上述第一、第二控制形式以外，還能夠在定位逸轉(zhuǎn)中切換到以下的第三控制形式，即使上述控制相位角 生成單元、旋轉(zhuǎn)速度檢測單元和速度控制單元無效，將上述指令d 軸電流保持為一定值，將上述指令q軸電流保持為0，將上述控制相 位角保持為一定值，根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位置 檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差，求出各相的電壓修正值，根據(jù)該電 壓修正值修正上述3相指令電壓。
10. 根槺權(quán)利要求6所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于 上述位置控制單元構(gòu)成為除了上述第一、第二控制形式以外，還能夠在定位遨轉(zhuǎn)中切換到以下的第三控制形式，即使上述控制相位角 生成單元、徒轉(zhuǎn)速度檢測單元和速度控制單元無效，將上述指令d 軸電壓保持為一定值，將上述指令q軸電壓保持為0,將上述控制相 位角保持為一定值，根據(jù)上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位置 檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差，求出各相的電壓修正值，根據(jù)該電 壓修正值修正上述3相指令電壓。
11. 根柵權(quán)利要求5~8中的任意一個(gè)所述的電動機(jī)控制裝置， 其特征在于上述位置控制單元在上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位置 檢測單元檢瀾出的旋轉(zhuǎn)位置的差小于等于規(guī)定值的情況下，從上述笫 一控制形式切換到上述笫二控制形式，進(jìn)行定位。
12.根播權(quán)利要求9或10所述的電動機(jī)控制裝置，其特征在于上述位置控制單元隨著上述目標(biāo)的停止旋轉(zhuǎn)位置與由上述旋轉(zhuǎn)位 置檢測單元檢測出的旋轉(zhuǎn)位置的差變小，以上述第一控制形式、第二 控制形式、第三控制形式的順序進(jìn)行切換而進(jìn)行定位。
全文摘要
本發(fā)明的電動機(jī)控制裝置進(jìn)行高精度的定位。在位置偏差(ΔP)大于規(guī)定值的情況下，使速度反饋循環(huán)有效，執(zhí)行基于速度控制的定位控制。如果位置偏差(ΔP)變得小于等于規(guī)定值，則使速度反饋循環(huán)無效，執(zhí)行基于相位控制的定位控制。在基于相位控制的定位控制中，使指令q軸電流(Iqr)為0，由PI計(jì)算部件(13)根據(jù)位置偏差(ΔP)生成修正角(θp)，利用加法器(27)將修正角(θp)加上切換時(shí)的相位角(θ)。電流變換部件(19)和電壓變換部件(25)使用修正后的相位角(θ)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)座標(biāo)變換。
文檔編號G05D3/20GK101097438SQ20071008587
公開日2008年1月2日 申請日期2007年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者大村直起, 小湊真一, 永井一信, 粟津稔, 長谷川幸久 申請人:株式會社東芝