專利名稱：電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種用于電機(jī)的控制系統(tǒng)，并且特別涉及一種具有測量電機(jī)的頻率特性的功能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。
近幾年來，人們廣泛地通過利用機(jī)械連接到電機(jī)上的負(fù)載獲得電機(jī)的頻率特性，以用于分析可能造成操作性能下降的機(jī)械共振、分析響應(yīng)特性和控制的穩(wěn)定性等等目的。在該描述中，應(yīng)當(dāng)指出，術(shù)語“頻率特性”是指在表示增益或相位與頻率之間的關(guān)系的圖中的特性。術(shù)語“頻率響應(yīng)特性”是指實(shí)際運(yùn)動(dòng)對驅(qū)動(dòng)指令的頻率特性，其中實(shí)際運(yùn)動(dòng)由控制對象根據(jù)輸入指令通過控制增益輸出，以形成一個(gè)反饋控制環(huán)路。術(shù)語“速度指令響應(yīng)特性”是指在輸入指令是一個(gè)速度指令的情況下的頻率響應(yīng)特性。
通常，為了在電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中測量電機(jī)的頻率特性，已經(jīng)采用例如

圖12中所示的反饋控制環(huán)路的結(jié)構(gòu)。參照圖12，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1接收一個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)控制指令信號(hào)(在下文中稱為“輸入指令信號(hào)”)，并在根據(jù)該輸入指令信號(hào)的控制下驅(qū)動(dòng)電機(jī)3和負(fù)載4。負(fù)載4由電機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸機(jī)械連接到該電機(jī)上。通常使用速度指令信號(hào)Vins和位置指令信號(hào)Pins作為一個(gè)輸入指令信號(hào)。在圖12的例子中，該常規(guī)結(jié)構(gòu)引用的是使用速度指令Vins的一種情況。
其中包括用于產(chǎn)生正弦波信號(hào)的振蕩器(未示出)的伺服分析器5被連接到電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1，使得伺服分析器5的正弦波信號(hào)輸出被提供到電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1，作為速度指令Vins。伺服分析器5還與附著在電機(jī)上用于檢測電機(jī)3的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度(在下文中稱為“實(shí)際電機(jī)速度”)的速度檢測器6相連接，使得伺服分析器5接收由該速度檢測器6所檢測的實(shí)際電機(jī)速度Vr。
通過這種結(jié)構(gòu)，伺服分析器5輸出一個(gè)正弦波信號(hào)作為速度指令Vins。電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1接收該速度指令Vins，并在根據(jù)該速度指令Vins的控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)3和負(fù)載4。因此，實(shí)際電機(jī)速度Vr是如圖13中所示的根據(jù)速度指令Vins以正弦波形式變動(dòng)。
在圖13中所示的波形比較中，伺服分析器5檢測一個(gè)作為速度指令Vins與實(shí)際電機(jī)速度Vr的幅度比值的增益和電機(jī)指令Vins與實(shí)際電機(jī)速度Vr之間的相位差。通過連續(xù)檢測該增益相位差，并逐步增加速度指令Vins的頻率，獲得從速度指令Vins到實(shí)際電機(jī)速度Vr范圍內(nèi)的頻率特性。該頻率特性的檢測結(jié)果通常被表示為伯德圖。
在上述這種常規(guī)結(jié)構(gòu)中，本質(zhì)上需要伺服分析器5作為一種用于測量電機(jī)的頻率特性的工具。因此，在連接到電機(jī)上的硬件負(fù)載4尺寸和重量太大而不能被移動(dòng)的情況下，伺服分析器5必須被移動(dòng)到負(fù)載4所安裝的位置。但是，通常伺服分析器5是一種缺乏便攜性的裝置，因此常規(guī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)非常不方便。
另外，由于速度指令Vins的頻率在所需測量帶寬的范圍內(nèi)從最低頻率逐步增加到最高頻率，所存在的問題是測量時(shí)間較長。同時(shí)，為了抑制噪聲等的影響提高頻率特性的測量精度，必須使速度指令Vins的幅度增加到某個(gè)所希望的程度。如果該測量時(shí)間較長，而該幅度保持較大，則作用在電機(jī)3和負(fù)載4上的負(fù)荷增加，這在某些情況中可能造成電機(jī)3的過熱損壞或者硬件負(fù)載4的損壞。
本發(fā)明被開發(fā)用于解決這些問題，并且具有提供一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的目的，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠在短時(shí)間之內(nèi)測量帶有連接到其上的負(fù)載的電機(jī)的頻率特性，而不需要象伺服分析器這樣的用于測量頻率特性的專用工具。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中一電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元接收輸入驅(qū)動(dòng)控制指令信號(hào)，以在該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制下驅(qū)動(dòng)一電機(jī)和連接到其上的負(fù)載。所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括產(chǎn)生白噪聲的白噪聲產(chǎn)生裝置；指令選擇裝置，用于選擇用于正常控制操作的輸入驅(qū)動(dòng)控制指令信號(hào)和由白噪聲產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的用于頻率特性運(yùn)算的白噪聲中的一個(gè)，作為一個(gè)控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)；
控制裝置，其利用所述指令選擇裝置輸出的控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；采樣裝置，其按照預(yù)定的采樣周期采樣表示電機(jī)和該負(fù)載中的一個(gè)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生采樣數(shù)據(jù)；第一傅利葉變換裝置，其用于把所述指令選擇裝置輸出的控制指令數(shù)據(jù)與由所述采樣裝置獲得的采樣數(shù)據(jù)一同進(jìn)行傅利葉變換；以及第一頻率特性運(yùn)算裝置，其用于根據(jù)所述第一傅利葉變換裝置的輸出數(shù)據(jù)計(jì)算在從控制指令數(shù)據(jù)到采樣數(shù)據(jù)的范圍內(nèi)的頻率特性。
通過上述結(jié)構(gòu)，由于該用于計(jì)算頻率特性的結(jié)構(gòu)被包含在電機(jī)控制單元中，因此不需要專用設(shè)備。另外，由于包含均勻的所有頻率成份的白噪聲被用作為該控制指令信號(hào)，因此不需要象常規(guī)系統(tǒng)中所要求的那樣逐步增加頻率，因此可以在短時(shí)間之內(nèi)完成頻率特性的測量。
通過下面參照附圖結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例的具體描述，將使本發(fā)明的這些和其它目的和特點(diǎn)更加易于理解，其中相同的部件用相同的參考標(biāo)號(hào)表示，其中圖1為示出根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的第一實(shí)施例的方框圖；圖2為示出根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的第二實(shí)施例的方框圖；圖3為示出根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的第三實(shí)施例的方框圖；圖4為示出根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的第四實(shí)施例的方框圖；圖5為示出該第四實(shí)施例中的操作的伯德圖；圖6為示出在第四實(shí)施例中的反饋控制環(huán)路的方框圖；圖7為示出在第五實(shí)施例中的反饋控制環(huán)路的方框圖；圖8A和8B為示出該第五實(shí)施例中的操作的伯德圖；圖9為示出根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的第六實(shí)施例的方框圖；圖10為示出根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的第七實(shí)施例的方框圖；圖11為示出在第八實(shí)施例中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明圖；圖12為示出常規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖；以及圖13為用于說明常規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的操作的視圖。
在進(jìn)行描述之前，應(yīng)當(dāng)指出，由于優(yōu)選實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)是共同的，因此在所有附圖中相同的部件由相同的參考標(biāo)號(hào)表示。
(實(shí)施例1)圖1示出根據(jù)本發(fā)明的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的第一實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，用于驅(qū)動(dòng)和控制電機(jī)3的電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1接收用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制的輸入指令信號(hào)。通常使用速度指令信號(hào)Vins和位置指令信號(hào)Pins作為一個(gè)輸入指令信號(hào)。在本實(shí)施例中，該結(jié)構(gòu)引用的是把速度指令信號(hào)Vins應(yīng)用于該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1的一種情況。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1包括產(chǎn)生白噪聲WN的白噪聲產(chǎn)生器8、速度指令切換單元9、包括具有已知特性的補(bǔ)償器用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的速度控制器10、以及用于檢測電機(jī)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度并采樣電機(jī)的所檢測速度的速度檢測單元13。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1還包括第一傅利葉變換器15和第一頻率特性運(yùn)算單元16。
在該結(jié)構(gòu)中，速度指令切換單元9被切換以在輸入到電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1的速度指令信號(hào)Vins與由該噪聲產(chǎn)生器8所產(chǎn)生的白噪聲信號(hào)WN之間選擇，使得所選擇的指令信號(hào)Vins或WN被用作為要被施加的速度控制器10上的控制速度指令Cins。由白噪聲產(chǎn)生器8所產(chǎn)生的白噪聲WN均勻地包括所有頻率成分。在該電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中，電機(jī)3通過由電機(jī)3所驅(qū)動(dòng)的電機(jī)軸和負(fù)載的耦聯(lián)機(jī)構(gòu)可運(yùn)轉(zhuǎn)地與硬件的負(fù)載4相連接。
例如，電機(jī)3被提供有帶有脈沖發(fā)生器等等的旋轉(zhuǎn)編碼器12，其作為用于檢測電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)位置并產(chǎn)生該電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置檢測信號(hào)Pd的旋轉(zhuǎn)位置檢測單元。根據(jù)由旋轉(zhuǎn)編碼器12所檢測的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置檢測信號(hào)Pd，該輸出檢測單元13通過包括如一個(gè)微分器(未示出)獲得電機(jī)3的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度Vr。另外，旋轉(zhuǎn)編碼器12可以包括一個(gè)微分器的功能，以產(chǎn)生實(shí)際電機(jī)速度Vr。速度檢測單元13還作為一個(gè)采樣實(shí)際電機(jī)速度的速度采樣裝置，并產(chǎn)生該電機(jī)的所采樣速度數(shù)據(jù)(在下文中稱為“電機(jī)速度Vm”)。在速度檢測單元13的采樣操作中，由于速度數(shù)據(jù)的采樣周期被縮短，因此可以獲得較高頻段中的頻率特性。
速度控制器10接收控制速度指令Cins和電機(jī)速度Vm，設(shè)置一個(gè)控制增益數(shù)值K以控制該電機(jī)3，使得控制速度指令Cins和電機(jī)速度Vm相互匹配。因此，速度控制器10、電機(jī)3、旋轉(zhuǎn)編碼器12和速度檢測單元13構(gòu)成一個(gè)速度反饋控制環(huán)路。
同時(shí)，由指令切換單元9所產(chǎn)生的速度指令Cins的數(shù)據(jù)和速度檢測單元13輸出的電機(jī)速度Vm被共同提供給第一傅利葉變換器15，并且其結(jié)果輸出被提供給第一頻率特性運(yùn)算單元16。
通常上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)電機(jī)3被正常控制時(shí)，指令切換單元9被切換以選擇要被用作為用于速度控制器10的控制器速度指令Cins的輸入速度指令Vins。這使得電機(jī)3和負(fù)載4將被根據(jù)輸入速率指令Vins而操作。
當(dāng)控制系統(tǒng)的操作模式被設(shè)置以測量電機(jī)的頻率特性時(shí)，在第一步驟中，指令切換單元9被切換以選擇由白噪聲產(chǎn)生器8所產(chǎn)生的白噪聲WN，使得白噪聲被用作為要被提供給速度控制器10的控制器速度指令Cins。這使得電機(jī)3和負(fù)載4將根據(jù)作為速度指令Cins的白噪聲WN而操作。
在該頻率特性測量操作中，在時(shí)域中的速度指令Cins和電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)被通過第一傅利葉變換器15變換為頻域中的數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)產(chǎn)生的頻域數(shù)據(jù)，第一頻率特性運(yùn)算單元16計(jì)算將被用于獲得在從速度指令Cins到電機(jī)速度Vm的范圍內(nèi)的頻率特性的增益和相位。換句話說，電機(jī)3的速度指令響應(yīng)特性是根據(jù)該增益和相位差而獲得的。
根據(jù)第一實(shí)施例，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1包括用于獲得電機(jī)的頻率特性的結(jié)構(gòu)，其消除如常規(guī)方法中所要求的對象伺服分析器(5)這樣的專用設(shè)備的需要。這使得可以明顯簡化對帶有機(jī)械連接到其上的硬件負(fù)載4的電機(jī)3的頻率特性的測量。
另外，由于均勻包含所有頻率成分的白噪聲WN被用作為控制速度指令，因此不需要如常規(guī)方法中所要求的那樣在所需測量帶寬的范圍內(nèi)從最低頻率到最高頻率增加速度指令Vins的頻率，因此電機(jī)的頻率特性的測量可以在短時(shí)間內(nèi)完成。因此，即使當(dāng)速度指令的幅度被增加以提高測量精度時(shí)，由于該測量在短時(shí)間內(nèi)完成，因此作用在電機(jī)3和負(fù)載4上的負(fù)荷可以被最小化。
另外，通過計(jì)算機(jī)的軟件可以容易地實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1的每個(gè)方框部件8、9、10、13、15和16。因此，有利的是，通過由軟件實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)，基本不需要從常規(guī)結(jié)構(gòu)增加成本。
由于在某種程度上難以獲得理想的白噪聲，因此可以利用作為通常使用的偽隨機(jī)信號(hào)的M-序列信號(hào)取代該白噪聲，使得可以簡化白噪聲產(chǎn)生器8的結(jié)構(gòu)。如果包含在白噪聲的頻率成分的一致性足夠高，則速度指令Cins的增益特性為與頻率無關(guān)的常量。因此，在這種情況下，僅僅根據(jù)電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)的傅利葉變換結(jié)果可以獲得該頻率特性，而與速度指令Cins的頻率無關(guān)。
另外，在圖1中所示的實(shí)施例中，電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)速度是由附著設(shè)置到電機(jī)3上的旋轉(zhuǎn)編碼器12檢測的。另外，負(fù)載4的運(yùn)轉(zhuǎn)速度可以通過把速度傳感器等附著到負(fù)載4上而檢測。通過這種結(jié)構(gòu)，可以直接獲得響應(yīng)輸入速度指令Vins的負(fù)載4的頻率響應(yīng)特性。因?yàn)榧词巩?dāng)由于在電機(jī)3和負(fù)載4之間的耦聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能使得電機(jī)3和負(fù)載4的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)之間出現(xiàn)差異時(shí)也可以獲得負(fù)載4的實(shí)際狀態(tài)，因此該結(jié)構(gòu)是有效的。
另外，要由第一傅利葉變換器15所變換的數(shù)據(jù)數(shù)目可以是等于2的任何次冪的一個(gè)數(shù)值。這使得可以采用通常已知的高速傅利葉變換算法，從而提高一系列處理的速度。所獲得頻率特性的最高頻率被根據(jù)電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)的采樣周期而確定。相應(yīng)地，通過改變采樣周期而測量的頻率特性的一些結(jié)果可以被累加，以獲得寬頻帶中的結(jié)果。
(實(shí)施例2)圖2示出本發(fā)明第二實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)，說明在獲得要被用于圖1中所示的傅利葉變換的速度指令Cins和電機(jī)速度Vm之后的處理。為了簡化描述，除了第一傅利葉變換器15和第一頻率特性運(yùn)算單元16被保留以用于理解該描述之外，與圖1中相同的由參考標(biāo)號(hào)1-4、8-10和13所表示的類似部件在該圖中被省略。
在第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，與第一實(shí)施例不同之處在于電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1還包括速度偏差運(yùn)算單元17、第二傅利葉變換器19、第二頻率特性運(yùn)算單元20和第三頻率特性運(yùn)算單元21。
速度偏差運(yùn)算單元17計(jì)算速度指令Cins和電機(jī)速度Vm之間的差別，以輸出一個(gè)速度偏差Vd。該速度指令Cins和速度偏差Vd被共同通過第二傅利葉變換器19提供給第二頻率特性運(yùn)算單元20。然后，第一頻率特性運(yùn)算單元16的輸出和第二頻率特性運(yùn)算單元20的輸出被共同提供給第三頻率特性運(yùn)算單元21。
通過上述結(jié)構(gòu)，在該操作中當(dāng)電機(jī)的頻率特性要被測量時(shí)，該過程與第一實(shí)施例相同之處在于，利用白噪聲WN作為控制速度指令Cins驅(qū)動(dòng)電機(jī)3和負(fù)載4，以及第一頻率特性運(yùn)算單元16在從速度指令Cins到電機(jī)速度Vm的范圍內(nèi)計(jì)算頻率特性。
在該第二實(shí)施例中，除了第一實(shí)施例的處理之外，在時(shí)域中的速度指令Cins和速度偏差Vd的數(shù)據(jù)被通過第二傅利葉變換器19變換為頻域中的數(shù)據(jù)。然后，基于在頻域中的該產(chǎn)生的變換數(shù)據(jù)，第二頻率特性運(yùn)算單元20計(jì)算被用于獲得從速度指令Cins到速度偏差Vd的范圍內(nèi)的頻率特性的增益和相位。
第三頻率特性運(yùn)算單元21通過用由第一頻率特性運(yùn)算單元16所獲得的增益除以由第二頻率特性運(yùn)算單元20所獲得的增益計(jì)算從速度偏差Vd到電機(jī)速度Vm范圍內(nèi)的增益特性，即，在速度控制下的環(huán)路傳遞函數(shù)的增益特性。
類似地，第三頻率特性運(yùn)算單元21通過計(jì)算由第一頻率特性運(yùn)算單元16所獲得的相位與第二頻率特性運(yùn)算單元20所獲得的相位之間的差值，獲得在速度控制下的環(huán)路傳遞函數(shù)的相位特性。
根據(jù)第二實(shí)施例，在速度控制下的環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性可以通過僅僅把速度偏差運(yùn)算單元17、第二傅利葉變換器19、第二頻率特性運(yùn)算單元20和第三頻率特性運(yùn)算單元21的部件添加到第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中而獲得。該環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性可以被用于確定由速度控制器10所執(zhí)行的速度反饋控制的穩(wěn)定性。
另外，由于包含在速度控制器10中的補(bǔ)償器的特性是已知的，因此電機(jī)3和負(fù)載4的傳遞函數(shù)可以容易地從該環(huán)路傳遞函數(shù)中獲得，這使得可以具體檢驗(yàn)負(fù)載4等的共振特性。通常，當(dāng)嘗試檢驗(yàn)負(fù)載4的傳遞特性時(shí)，通常采用一種方法，其中速度是通過發(fā)出一個(gè)用于施加到電機(jī)3上的轉(zhuǎn)矩而檢測的。但是，在這種情況下，由于電機(jī)3和負(fù)載4不被控制，因此它們的速度是不固定的，這造成穩(wěn)定性上的問題。相反，在本實(shí)施例中，由于傳遞特性的測量是在速度控制狀態(tài)中執(zhí)行的，因此可以保證高度的穩(wěn)定性。
在該實(shí)施例中，應(yīng)當(dāng)指出，盡管該描述是對于使用速度控制指令信號(hào)的情況而作出的，但是通過采用位置偏差運(yùn)算單元取代速度偏差運(yùn)算單元17使得它等同于使用位置控制指令信號(hào)的情況。在這種情況下，可以獲得在位置控制下的環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性。
(實(shí)施例3)圖3示出本發(fā)明第三實(shí)施例的方框圖，說明在獲得圖1中所示的速度指令Cins和電機(jī)速度Vm之后的處理。與圖1共同由參考標(biāo)號(hào)1-4、8-10和13所表示的類似部件被在該圖中省略以便于簡潔。速度偏差運(yùn)算單元17計(jì)算速度指令Cins和電機(jī)速度Vm之間的差別，以輸出一個(gè)速度偏差Vd，這與第二實(shí)施例相類似。在這種情況下，速度偏差Vd和電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)被共同通過第三傅利葉變換器22而不是通過第一傅利葉變換器15和第一頻率特性運(yùn)算單元16提供給第四頻率特性運(yùn)算單元23。
通過上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)頻率特性要被計(jì)算時(shí)，利用被選擇作為速度指令Cins的白噪聲WN運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)3和負(fù)載4。同時(shí)，在時(shí)域中的速度偏差Vd和電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)被第三傅利葉變換器22變換為頻域中的數(shù)據(jù)，另外，根據(jù)在頻域中上述變換的數(shù)據(jù)，第四頻率特性運(yùn)算單元23計(jì)算從速度偏差Vd到電機(jī)速度Vm范圍內(nèi)的頻率特性。換句話說，獲得一個(gè)在速度控制下的環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性。
根據(jù)本實(shí)施例，通過比第二實(shí)施例更簡單的結(jié)構(gòu)可以獲得環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性。
應(yīng)當(dāng)指出，在該實(shí)施例中，盡管該描述是在使用速度控制指令信號(hào)的情況中作出的，但是通過采用位置偏差運(yùn)算單元取代速度偏差運(yùn)算單元17使得它等同于使用位置控制指令信號(hào)的情況。在這種情況下，可以獲得在位置控制下的環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性。
(實(shí)施例4)圖4示出本發(fā)明第四實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)，說明由圖1中所示的第一頻率特性運(yùn)算單元16所作的處理之后的處理過程。在該實(shí)施例中，響應(yīng)頻率檢測裝置24和慣量推測裝置26被添加到第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中。其它部分與圖1中所示的第一實(shí)施例相同，并且為了簡潔起見在此省略。
在該結(jié)構(gòu)中，由第一頻率特性運(yùn)算單元16所獲得的頻率特性Fc被提供給響應(yīng)頻率檢測單元24，以檢測響應(yīng)頻率Rf。然后，所檢測的響應(yīng)頻率以及由速度控制器10所產(chǎn)生的控制增益數(shù)值K被提供給慣量推測單元26。
根據(jù)由第一頻率特性運(yùn)算單元16所獲得的電機(jī)3的速度指令響應(yīng)特性Fc，該響應(yīng)頻率檢測單元24檢測如圖5中所示的增益特性降低3分貝的頻率，以用作為響應(yīng)頻率Rf。該慣量推測單元根據(jù)響應(yīng)頻率Rf和控制增益數(shù)值K計(jì)算電機(jī)3的慣量和負(fù)載4的慣量。
圖6示出包括速度控制器10等等的速度反饋控制環(huán)路的方框結(jié)構(gòu)，其中K表示控制增益數(shù)值，J表示電機(jī)3和負(fù)載4的慣量的總數(shù)值，并且s表示拉普拉斯算符。在從速度指令Cins到該方框圖的電機(jī)速度Vm范圍內(nèi)的傳遞函數(shù)表示具有J/K的時(shí)間常數(shù)的主延遲特性。因此，響應(yīng)頻率Rf可以由作為該時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)的K/J所表示。在這種關(guān)系中，慣量J可以通過把控制增益數(shù)值K除以響應(yīng)頻率Rf而獲得。慣量推測單元26通過執(zhí)行該運(yùn)算推測電機(jī)3和負(fù)載4的慣量的總數(shù)值。
根據(jù)上述第4實(shí)施例，可以容易地推測作為該控制系統(tǒng)中的重要參數(shù)的電機(jī)3的慣量和負(fù)載4的慣量。通過推測該慣量數(shù)值，可以確定用于獲得所需響應(yīng)特性的控制增益數(shù)值。因此可以自動(dòng)地設(shè)置速度控制器10的控制增益K。
(實(shí)施例5)圖7示出本發(fā)明的第五實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)，說明由速度控制器10等等所構(gòu)成的速度反饋控制環(huán)路，其不同于圖6中所示的第四實(shí)施例。該實(shí)施例示出用于電機(jī)3和負(fù)載4的耦聯(lián)機(jī)構(gòu)具有產(chǎn)生共振的較低剛度的情況。
在圖7中，頻率特性Fc表示由第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)所獲得的速度指令響應(yīng)特性，或者由第二和第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)所獲得的在速度控制之下的環(huán)路傳遞特性。該頻率特性Fc被提供給共振頻率檢測單元28，以檢測共振頻率Fres，然后所檢測的共振頻率Fres被提供給陷波濾波器特性設(shè)置單元30。
在這種結(jié)構(gòu)中，Jm表示電機(jī)3的慣量，J1表示負(fù)載4的慣量，Kf表示彈簧常數(shù)，Cf表示耦聯(lián)機(jī)構(gòu)的粘滯摩擦系數(shù)，并且s表示拉普拉斯算符。陷波濾波器31被插入在這一控制數(shù)值K的方框部件的下游，并且陷波濾波器31的特性由陷波濾波器特性設(shè)置單元30所設(shè)置，其中ωn表示陷波頻率，并且α表示用于確定陷波寬度的參數(shù)。
共振頻率檢測單元28檢測一峰值頻率作為共振頻率Fres，如圖8A中所示，在此處增益特性的傾角突然從正變?yōu)樨?fù)。陷波濾波器特性設(shè)置單元30設(shè)置陷波濾波器31的特性，使得陷波頻率ωn基本上與共振頻率Fres相匹配，如圖8B中所示。這消除可能從驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的轉(zhuǎn)矩激發(fā)共振的頻率成分，導(dǎo)致對該共振的抑制。
根據(jù)該實(shí)施例，通過自動(dòng)地設(shè)置陷波濾波器的特性使得與電機(jī)3和負(fù)載4的所檢測共振特性相匹配，從而可以抑制共振。
另外，共振頻率Fres可以通過利用相位特性的突然改變而檢測。另外，共振抑制效果不但可以通過設(shè)置陷波頻率而加強(qiáng)，而且還可以通過設(shè)置陷波濾波器31的特性的陷波寬度使其與所獲得的共振特性相匹配而增強(qiáng)共振抑制效果。
(實(shí)施例6)圖9示出本發(fā)明第六實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1接收一個(gè)輸入位置指令信號(hào)Pins，取代在第一實(shí)施例中所用的速度指令信號(hào)Vins。電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1包括一個(gè)位置指令切換單元33、位置控制器34、以及用于檢測電機(jī)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)位置的位置檢測單元36，并且還包括第四傅利葉變換器38和第五頻率特性運(yùn)算單元39。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1的其它結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例相類似。
在該結(jié)構(gòu)中，指令切換單元33選擇位置指令信號(hào)Pins和由白噪聲產(chǎn)生器8所產(chǎn)生的白噪聲信號(hào)WN中的一個(gè)，使得所選的指令信號(hào)Pins或WN被用作為要被提供給位置控制器34的控制器速度指令Cins。根據(jù)由旋轉(zhuǎn)編碼器12所檢測的電機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置檢測信號(hào)Pd，位置檢測單元36采用電機(jī)3的實(shí)際旋轉(zhuǎn)位置Pm(在下文中稱為“電機(jī)位置Pm”)。位置控制器34控制電機(jī)3，使得控制器位置指令Cins和電機(jī)位置Pm相互匹配。因此，位置控制器34、電機(jī)3、旋轉(zhuǎn)編碼器12和位置檢測單元36構(gòu)成一個(gè)位置反饋控制環(huán)路。
同時(shí)，由指令切換單元33所選擇的位置指令Cins和位置檢測單元36輸出的電機(jī)位置Pm的輸出數(shù)據(jù)被共同提供給第四傅利葉變換器38，并且其產(chǎn)生的輸出結(jié)果被提供給第五頻率特性運(yùn)算單元39。
當(dāng)電機(jī)3被正?？刂茣r(shí)，指令切換單元33還被切換以選擇要被用作為用于位置控制器34的控制器位置指令Cins的輸入位置指令Pins。這使得電機(jī)3和負(fù)載4要被根據(jù)輸入位置指令Pins而運(yùn)轉(zhuǎn)。
在第一步驟中，當(dāng)控制系統(tǒng)的操作模式被設(shè)置以獲得電機(jī)的頻率特性時(shí)，指令切換單元33被切換以選擇由白噪聲產(chǎn)生器8所產(chǎn)生的白噪聲WN，使得白噪聲被用作為要被提供給位置控制器34的控制器位置指令Cins。這使得電機(jī)3和負(fù)載4要被根據(jù)作為位置指令Cins的白噪聲WN而運(yùn)轉(zhuǎn)。
在該頻率特性測量操作中，在時(shí)域中的位置指令Cins上和電機(jī)位置Pm的數(shù)據(jù)被通過第四傅利葉變換器38變換為頻域中的數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)產(chǎn)生的頻域數(shù)據(jù)，第五頻率特性運(yùn)算單元39計(jì)算被用于獲得在從位置指令Cins到電機(jī)位置Pm的范圍內(nèi)的頻率特性的增益和相位。換句話說，電機(jī)3的位置指令響應(yīng)特性是根據(jù)該增益和相位差而獲得的。
根據(jù)第六實(shí)施例，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1包括用于獲得電機(jī)的頻率特性的結(jié)構(gòu)，其消除了象在常規(guī)方法中所要求的那樣對象伺服分析器(5)這樣的專用工具的需要。這使得可以大大簡化機(jī)械連接有硬件負(fù)載4的電機(jī)3的頻率特性的測量。
另外，由于均勻包含所有頻率成分的白噪聲WN被用作為控制速度指令，因此電機(jī)的頻率特性的測量可以在短時(shí)間內(nèi)完成，這類似于第一實(shí)施例。因此即使當(dāng)速度指令的振幅被增加以提高測量精度，由于該測量是在短時(shí)間之內(nèi)完成的，所以作用在電機(jī)3和負(fù)載4上的負(fù)荷也可以被最小化。
另外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1的每個(gè)方框部件可以容易地通過計(jì)算機(jī)軟件而實(shí)現(xiàn)。因此，有利的是，通過軟件實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)基本上不需要在常規(guī)結(jié)構(gòu)上增加成本。
另外，負(fù)載4的運(yùn)轉(zhuǎn)位置可以通過把位置傳感器等附著到負(fù)載4上而檢測。通過這種結(jié)構(gòu)，響應(yīng)輸入位置指令Pins的負(fù)載4的頻率特性可以直接獲得。因?yàn)榧词巩?dāng)由于在電機(jī)3和負(fù)載4之間的耦聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能使得電機(jī)3和負(fù)載4的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)之間出現(xiàn)差異時(shí)也可以獲得負(fù)載4的實(shí)際狀態(tài)，因此該結(jié)構(gòu)是有效的。
(實(shí)施例7)圖10示出本發(fā)明的第七實(shí)施例的方框結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基本上與圖1中所示的第一實(shí)施例相同，只是在電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1中號(hào)設(shè)置有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40，同時(shí)第一傅利葉變換器15和第一頻率特性運(yùn)算單元16被置于外部處理單元42中。該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1和外部處理單元42是通過數(shù)據(jù)傳輸總線41所連接的。
在該方案中，速度指令Cins和電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)被暫時(shí)地存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40中，此后從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40讀出的數(shù)據(jù)被通過數(shù)據(jù)傳輸總線41提供給第一傅利葉變換器15，并且第一傅利葉變換器15被提供給外部處理單元42中的第一頻率特性運(yùn)算單元16。在該實(shí)施例中，類似于第一實(shí)施例，該白噪聲產(chǎn)生器8、速度指令切換單元9、速度控制器10、速度檢測單元13也被置于電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1內(nèi)。
通過上述結(jié)構(gòu)，在測量電機(jī)的頻率特性的操作模式中，白噪聲WN被選擇用作為速度指令Cins，然后速度指令Cins和電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)都被暫時(shí)地存儲(chǔ)在象RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)這樣的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40中。在這種結(jié)構(gòu)中，速度指令Cins被在該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40中采樣，并且所得采樣數(shù)據(jù)被同時(shí)存儲(chǔ)在其中。在頻率特性的測量結(jié)束之后，速度指令Cins和電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)被從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40中取得并通過數(shù)據(jù)傳輸總線41提供給第一傅利葉變換器15。其它操作與第一實(shí)施例相同，并且為了簡潔起見在此省略對其它操作的說明。
如已經(jīng)描述的那樣，由于速度指令Cins和電機(jī)速度Vm的采樣周期被縮短，可以獲得在較高頻帶中的頻率特性。通常，傅利葉變換是耗時(shí)間的算術(shù)過程。因此，如果需要獲得高頻帶中的頻率特性，則傅利葉變換處理不能被及時(shí)地執(zhí)行。例如，為了獲得高達(dá)1KHz的頻率特性，該采樣周期是對應(yīng)于該頻率1KHz周期(即，1毫秒)的四分之一，即至少需要250微秒的采樣周期。然而，該傅利葉變換處理時(shí)間在量級(jí)上比該采樣周期長得多。
但是在該實(shí)施例中，即使采樣周期被按照需要地縮短，為了獲得較高頻帶，通過在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40中暫時(shí)存儲(chǔ)速度指令Cins和電機(jī)速度Vm可以吸收在處理時(shí)間中的差別。
另外，由于傅利葉變換和頻率特性運(yùn)算是在象個(gè)人計(jì)算機(jī)這樣獨(dú)立于電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1的外部處理單元42中執(zhí)行的，因此可以減少電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1的處理。通過象伯德圖這樣的圖形表示可以容易地識(shí)別頻率特性，另外如果該圖受到平滑處理以消除噪聲成份，則可以更加容易地分析。但是由于處理能力不足并且缺少指示器，因此電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1難以執(zhí)行這種處理。相反，該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)可以容易地實(shí)現(xiàn)該處理，其中可以由外部處理單元42執(zhí)行圖形表示處理。
該實(shí)施例結(jié)構(gòu)還可以應(yīng)用于在第二和第三實(shí)施例中描述的在速度控制之下的環(huán)路傳遞特性的測量，以及通過把由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40和數(shù)據(jù)傳輸總線41所處理的數(shù)據(jù)改變?yōu)槲恢弥噶顢?shù)據(jù)、速度偏差等等，該結(jié)構(gòu)還可以應(yīng)用于在第六實(shí)施例中描述在位置控制之下的響應(yīng)特性的測量。
(實(shí)施例8)圖11示出在本發(fā)明的第八實(shí)施例中由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40和數(shù)據(jù)傳輸總線41所處理的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且本實(shí)施例的其它結(jié)構(gòu)基本上與圖10中所示的第七實(shí)施例相同。
在該實(shí)施例中，二進(jìn)制數(shù)據(jù)的M-序列信號(hào)被作用為由白噪聲產(chǎn)生器8所產(chǎn)生的白噪聲信號(hào)。相應(yīng)地，假設(shè)當(dāng)測量頻率特性時(shí)W表示被用作為速度指令Cins的白噪聲，使用為0或1的基準(zhǔn)信號(hào)數(shù)據(jù)REF，白噪聲W的振幅AMP和偏移量OFS，白噪聲W可以表示為等式W＝(2×REF-1)×AMP+OFS。在該等式中，由于振幅AMP和偏移量OFS為常量，當(dāng)在測量頻率特性的操作中采樣速度指令Cins時(shí)，通過僅僅在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40中存儲(chǔ)速度指令Cins的基準(zhǔn)信號(hào)數(shù)據(jù)REF，被作為速度指令Cins的白噪聲W可以被再現(xiàn)。
利用這一事實(shí)，由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40和數(shù)據(jù)傳輸總線41所處理的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)被構(gòu)成如圖11中所示的復(fù)合數(shù)據(jù)，其中數(shù)位0(即，最低有效位)被分配給速度指令Cins的基準(zhǔn)信號(hào)數(shù)據(jù)REF，并且剩余的較高有效位可以分配給電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)。該復(fù)合數(shù)據(jù)由外部處理單元42所接收，然后被分離以再現(xiàn)作為速度指令Cins的白噪聲W。
根據(jù)本實(shí)施例，由于速度指令Cins和電機(jī)速度Vm的兩個(gè)不同數(shù)據(jù)被合并為一個(gè)復(fù)合數(shù)據(jù)，因此可以使數(shù)據(jù)量減半。這使得可以使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元40的存儲(chǔ)容量減半，從而明顯地減少把數(shù)據(jù)從電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元1傳送到外部處理單元42所需的時(shí)間。
在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，最低有效位被分配給速度指令Cins的基準(zhǔn)信號(hào)數(shù)據(jù)REF，并且剩余的較高有效位可以分配給電機(jī)速度Vm。這是因?yàn)榛鶞?zhǔn)信號(hào)數(shù)據(jù)REF可以通過掩蔽該較高有效位而獲得，并且電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)可以通過算術(shù)右移而獲得，這可以容易地執(zhí)行而不破壞電機(jī)速度Vm的數(shù)據(jù)的代碼。但是，該分配不特別限制于上述結(jié)構(gòu)。另外，白噪聲還可以是任何除了M-序列信號(hào)之外的任何二進(jìn)制信號(hào)。通過用位置數(shù)據(jù)取代速度數(shù)據(jù)，該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)還可以應(yīng)用于在位置控制之下的頻率特性的測量。
從上述實(shí)施例顯然可以看出，根據(jù)本發(fā)明第一方面，一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中一電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(1)接收輸入驅(qū)動(dòng)控制指令信號(hào)(Vins，Pins)，以在該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制下驅(qū)動(dòng)一電機(jī)(3)和連接到其上的負(fù)載(4)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括產(chǎn)生白噪聲(WN)的白噪聲產(chǎn)生裝置(8)；指令選擇裝置(9，33)，用于選擇正常控制操作輸入驅(qū)動(dòng)控制指令信號(hào)和由白噪聲產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的用于頻率特性運(yùn)算的白噪聲中的一個(gè)，作為一個(gè)控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)(Cins)；控制裝置(10，34)，其利用所述指令選擇裝置(9，33)輸出的控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)(Cins)控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；采樣裝置(13，36)，其按照預(yù)定的采樣周期采樣表示電機(jī)和該負(fù)載中的一個(gè)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)；第一傅利葉變換裝置(15，22，38)，其用于把所述指令選擇裝置(9，33)輸出的控制指令數(shù)據(jù)(Cins)與由所述采樣裝置(13，36)獲得的采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)一同進(jìn)行傅利葉變換；以及第一頻率特性運(yùn)算裝置(16，23，39)，其用于根據(jù)所述第一傅利葉變換裝置的輸出數(shù)據(jù)計(jì)算在從控制指令數(shù)據(jù)(Cins)到采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)的范圍內(nèi)的頻率特性。
在這種結(jié)構(gòu)中，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(1)接收一個(gè)速度指令信號(hào)(Vins)作為輸入驅(qū)動(dòng)控制指令信號(hào)，并且控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)(Cins)是一個(gè)速度控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)，并且所述采樣裝置(13)采樣該電機(jī)和負(fù)載中的一個(gè)的實(shí)際速度，以產(chǎn)生采樣速度數(shù)據(jù)(Vm)，從而該速度控制指令數(shù)據(jù)和采樣速度數(shù)據(jù)(Vm)通過所述第一傅利葉變換裝置(15，22)被提供給所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(16，23)。
按照這種方案，由于用于計(jì)算頻率特性的結(jié)構(gòu)包含在電機(jī)控制單元中，因此帶有連接到其上的負(fù)載的電機(jī)的頻率特性可以簡單地獲得，而不需要象伺服分析器這樣的專用設(shè)備。另外，由于均勻包含所有頻率成分的白噪聲被用作為該速度指令，因此可以在短時(shí)間內(nèi)執(zhí)行頻率特性的測量，從而作用在電機(jī)和負(fù)載上的負(fù)荷可以被最小化。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該電機(jī)控制系統(tǒng)還包括速度偏差運(yùn)算裝置(17)，用于計(jì)算速度控制指令數(shù)據(jù)(Cins)和采樣電機(jī)速度數(shù)據(jù)(Vm)之間差值，以產(chǎn)生一個(gè)速度偏差(Vd)；第二傅利葉變換裝置(19)，用于把速度控制指令數(shù)據(jù)(Cins)和由所述速度偏差運(yùn)算裝置所獲得的速度偏差(Vd)進(jìn)行傅利葉變換；第二頻率特性運(yùn)算裝置(20)，用于根據(jù)所述第二傅利葉變換裝置的輸出數(shù)據(jù)計(jì)算在從速度控制指令數(shù)據(jù)(Cins)到該速度偏差(Vd)之間的范圍內(nèi)的頻率特性；以及第三頻率特性運(yùn)算裝置(21)，用于根據(jù)所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(16)和第二頻率特性運(yùn)算裝置(20)的輸出結(jié)果，計(jì)算在速度控制下的環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性。
按照這種方案，僅僅通過把少量部件添加到第一方面的結(jié)構(gòu)中，可以在速度控制狀態(tài)下獲得環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性，并且因此可以被用于確定控制的穩(wěn)定性，以及具體檢驗(yàn)負(fù)載等的共振特性。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，該電機(jī)控制系統(tǒng)還包括偏差運(yùn)算裝置(17)，其用于計(jì)算控制指令數(shù)據(jù)(Cins)與采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)之間的差值，以產(chǎn)生偏差數(shù)據(jù)(Vd)，并且所述第一傅利葉變換裝置(22)把由所述偏差運(yùn)算裝置(17)所獲得的偏差數(shù)據(jù)(Vd)和由所述采樣裝置(13)所獲得的采樣數(shù)據(jù)(Vm)進(jìn)行傅利葉變換，并且所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(23)根據(jù)所述第一傅利葉變換裝置(22)的輸出數(shù)據(jù)，在從該偏差數(shù)據(jù)(Vd)到采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)的范圍內(nèi)計(jì)算環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性。
按照這種方案，利用比第二方面更加簡單的結(jié)構(gòu)可以獲得在速度控制下的環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括響應(yīng)頻率檢測裝置(24)，其根據(jù)由所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(16，23，39)所獲得的頻率特性檢測一響應(yīng)頻率(Rf)；以及慣量推測裝置(26)，其根據(jù)所述控制裝置(10，24)的控制增益數(shù)值(K)和由所述響應(yīng)頻率檢測裝置(24)所獲得的響應(yīng)頻率(Rf)進(jìn)行慣量的推測。
通過這種方案，由于電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元具有響應(yīng)頻率檢測單元，因此可以從慣量、控制增益數(shù)值、和響應(yīng)頻率之間的關(guān)系推測電機(jī)的慣量和負(fù)載的慣量。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)還包括共振頻率檢測裝置(28)，其用于根據(jù)由所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(16，23，39)所獲得的頻率特性檢測一共振頻率；以及陷波濾波器特性設(shè)置裝置(30)，其用于根據(jù)由所述共振頻率檢測裝置(28)所獲得的共振頻率設(shè)置陷波濾波器(31)的特性。
通過這種方案，該陷波濾波器的特性被自動(dòng)設(shè)置使得陷波頻率與所檢測頻率相匹配，能夠激發(fā)共振的頻率成分被從驅(qū)動(dòng)該電機(jī)的轉(zhuǎn)矩中消除，從而抑制共振。
根據(jù)本發(fā)明第六方面，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(1)接收一個(gè)位置指令信號(hào)(Pins)作為輸入驅(qū)動(dòng)控制指令信號(hào)，并且控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)(Cins)是一個(gè)位置控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)，并且所述采樣裝置(13)采樣該電機(jī)和負(fù)載中的一個(gè)的實(shí)際位置數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生采樣位置數(shù)據(jù)(Pm)，從而該位置控制指令數(shù)據(jù)和采樣位置數(shù)據(jù)(Vm)被通過所述第一傅利葉變換裝置(38)提供給所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(39)。
通過這種方案，連接有負(fù)載的電機(jī)的位置指令響應(yīng)特性可以被簡單地測量而不需要專用設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明第七方面，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(1)還包括一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(40)，其用于暫時(shí)地與由所述采樣裝置(13，36)所獲得的采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)一同存儲(chǔ)所述指令選擇裝置(9，33)輸出的控制指令數(shù)據(jù)(Cins)，其中所述第一傅利葉變換裝置(15，22，38)和所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(16，23，39)被置于一個(gè)獨(dú)立于該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的外部處理單元(42)內(nèi)，并且該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和外部處理單元被通過數(shù)據(jù)傳輸總線裝置(41)相連接。
通過暫時(shí)地在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，即使當(dāng)速度數(shù)據(jù)的采樣周期被縮短時(shí)，也可以及時(shí)地執(zhí)行傅利葉變換的處理。但是，電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的處理可以通過該結(jié)構(gòu)而減少，其中傅利葉變換和頻率特性運(yùn)算被在獨(dú)立于該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的外部處理單元中執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明第八方面，所述白噪聲產(chǎn)生裝置(8)輸出的白噪聲是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)，并且存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(40)中的數(shù)據(jù)和由所述數(shù)據(jù)傳輸總線裝置(41)所發(fā)送的數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)是一種復(fù)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中該數(shù)據(jù)的一個(gè)位被分配用于控制指令數(shù)據(jù)(Cins)，并且剩余位被分配用于由所述采樣裝置(13，36)所獲得的采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，由于速度指令和采樣速度這兩個(gè)數(shù)據(jù)或位置指令和采樣位置個(gè)兩個(gè)數(shù)據(jù)被合并為一個(gè)復(fù)合數(shù)據(jù)，因此可以使數(shù)據(jù)量減半，這使得可以把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)容量減半，從而減小從電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元到外部處理單元的數(shù)據(jù)傳送時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其中一電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(1)接收輸入驅(qū)動(dòng)控制指令信號(hào)(Vins，Pins)，以在該電機(jī)驅(qū)動(dòng)的控制下驅(qū)動(dòng)一電機(jī)(3)和連接到其上的負(fù)載(4)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括產(chǎn)生白噪聲(WN)的白噪聲產(chǎn)生裝置(8)；指令選擇裝置(9，33)，用于選擇用于正?？刂撇僮鞯妮斎腧?qū)動(dòng)控制指令信號(hào)和由白噪聲產(chǎn)生裝置所產(chǎn)生的用于頻率特性運(yùn)算的白噪聲中的一個(gè)，作為一個(gè)控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)(Cins)；控制裝置(10，34)，其利用所述指令選擇裝置(9，33)輸出的控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)(Cins)控制電機(jī)的驅(qū)動(dòng)；采樣裝置(13，36)，其按照預(yù)定的采樣周期采樣表示電機(jī)和該負(fù)載中的一個(gè)的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)；第一傅利葉變換裝置(15，22，38)，其用于把所述指令選擇裝置(9，33)輸出的控制指令數(shù)據(jù)(Cins)與由所述采樣裝置(13，36)獲得的采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)一同進(jìn)行傅利葉變換；以及第一頻率特性運(yùn)算裝置(16，23，39)，其用于根據(jù)所述第一傅利葉變換裝置的輸出數(shù)據(jù)計(jì)算在從控制指令數(shù)據(jù)(Cins)到采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)的范圍內(nèi)的頻率特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(1)接收一個(gè)速度指令信號(hào)(Vins)作為輸入驅(qū)動(dòng)控制指令信號(hào)，并且控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)(Cins)是一個(gè)速度控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)，并且所述采樣裝置(13)采樣該電機(jī)和負(fù)載中的一個(gè)的實(shí)際速度，以產(chǎn)生采樣速度數(shù)據(jù)(Vm)，從而該速度控制指令數(shù)據(jù)和采樣速度數(shù)據(jù)(Vm)被通過所述第一傅利葉變換裝置(15，22)提供給所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(16，23)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括速度偏差運(yùn)算裝置(17)，用于計(jì)算速度控制指令數(shù)據(jù)(Cins)和采樣電機(jī)速度數(shù)據(jù)(Vm)之間差值，以產(chǎn)生一個(gè)速度偏差(Vd)；第二傅利葉變換裝置(19)，用于把速度控制指令數(shù)據(jù)(Cins)和由所述速度偏差運(yùn)算裝置所獲得的速度偏差(Vd)進(jìn)行傅利葉變換；第二頻率特性運(yùn)算裝置(20)，用于根據(jù)所述第二傅利葉變換裝置的輸出數(shù)據(jù)計(jì)算在從速度控制指令數(shù)據(jù)(Cins)到該速度偏差(Vd)之間的范圍內(nèi)的頻率特性；以及第三頻率特性運(yùn)算裝置(21)，用于根據(jù)所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(16)和第二頻率特性運(yùn)算裝置(20)的輸出結(jié)果，計(jì)算在速度控制下的環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括偏差運(yùn)算裝置(17)，其用于計(jì)算控制指令數(shù)據(jù)(Cins)與采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)之間的差值，以產(chǎn)生偏差數(shù)據(jù)(Vd)，并且所述第一傅利葉變換裝置(22)把由所述偏差運(yùn)算裝置(17)所獲得的偏差數(shù)據(jù)(Vd)和由所述采樣裝置(13)所獲得的采樣數(shù)據(jù)(Vm)進(jìn)行傅利葉變換，并且所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(23)根據(jù)所述第一傅利葉變換裝置(22)的輸出數(shù)據(jù)，在從該偏差數(shù)據(jù)(Vd)到采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)的范圍內(nèi)計(jì)算環(huán)路傳遞函數(shù)的頻率特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括響應(yīng)頻率檢測裝置(24)，其根據(jù)由所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(16，23，39)所獲得的頻率特性檢測一響應(yīng)頻率；以及慣量推測裝置(26)，其根據(jù)所述控制裝置(10，24)的控制增益數(shù)值(K)和由所述響應(yīng)頻率檢測裝置(24)所獲得的響應(yīng)頻率(Rf)進(jìn)行慣量的推測。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任何一個(gè)所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括共振頻率檢測裝置(28)，其用于根據(jù)由所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(16，23，39)所獲得的頻率特性檢測一共振頻率；以及陷波濾波器特性設(shè)置裝置(30)，其用于根據(jù)由所述共振頻率檢測裝置(28)所獲得的共振頻率設(shè)置包括在所述控制裝置(10，34)中的陷波濾波器(31)的特性。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(1)接收一個(gè)位置指令信號(hào)(Pins)作為輸入驅(qū)動(dòng)控制指令信號(hào)，并且控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)(Cins)是一個(gè)位置控制指令數(shù)據(jù)信號(hào)，并且所述采樣裝置(13)采樣該電機(jī)和負(fù)載中的一個(gè)的實(shí)際位置數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生采樣位置數(shù)據(jù)(Pm)，從而該位置控制指令數(shù)據(jù)和采樣位置數(shù)據(jù)(Vm)被通過所述第一傅利葉變換裝置(38)提供給所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(39)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一個(gè)所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元(1)還包括一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(40)，其用于暫時(shí)地將由所述采樣裝置(13，36)所獲得的采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)與所述指令選擇裝置(9，33)輸出的控制指令數(shù)據(jù)(Cins)一起存儲(chǔ)，其中所述第一傅利葉變換裝置(15，22，38)和所述第一頻率特性運(yùn)算裝置(16，23，39)被置于一個(gè)獨(dú)立于該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的外部處理單元(42)內(nèi)，并且該電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元和外部處理單元被通過數(shù)據(jù)傳輸總線裝置(41)相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述白噪聲產(chǎn)生裝置(8)輸出的白噪聲是一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)，并且存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(40)中的數(shù)據(jù)和由所述數(shù)據(jù)傳輸總線裝置(41)所發(fā)送的數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)是一種復(fù)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中該數(shù)據(jù)的一個(gè)位被分配用于控制指令數(shù)據(jù)(Cins)，并且剩余位被分配用于由所述采樣裝置(13，36)所獲得的采樣數(shù)據(jù)(Vm，Pm)。
全文摘要
一種電機(jī)控制單元(1)包括白噪聲產(chǎn)生器(8)、指令轉(zhuǎn)換器(9)、用于反饋控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)速度的控制器(10)、用于以預(yù)定的周期檢測和采樣電機(jī)或負(fù)載的實(shí)際速度的檢測單元(13)、用于把控制指令數(shù)據(jù)(Cins)與采樣速度數(shù)據(jù)(Vm)一同進(jìn)行傅利葉變換的第一傅利葉變換器(15)、以及用于計(jì)算在從控制指令數(shù)據(jù)(Cins)到采樣數(shù)據(jù)(Vm)的范圍內(nèi)的頻率特性的第一頻率特性運(yùn)算裝置(16),因此可以在短時(shí)間內(nèi)獲得頻率特性而不需要伺服分析器。
文檔編號(hào)H02P6/14GK1267953SQ9912669
公開日2000年9月27日 申請日期1999年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月23日
發(fā)明者藤崎好洋, 江村真一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社