伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)以及伺服馬達(dá)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種執(zhí)行作為作業(yè)機(jī)械或產(chǎn)業(yè)用機(jī)械等的機(jī)械裝置或機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)源而被使用的交流伺服馬達(dá)的電流控制的伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)以及伺服馬達(dá)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在交流(AC)伺服馬達(dá)的控制系統(tǒng)中，從位置指令中減去在編碼器等被檢出的位置反饋值以求出位置偏差，對(duì)該位置偏差乘以位置增益并執(zhí)行位置循環(huán)控制以求出速度指令，從該速度指令中減去速度反饋值以求出速度偏差，執(zhí)行比例?積分控制等的速度循環(huán)處理，求出轉(zhuǎn)矩指令(電流指令)。
接下來(lái)，從該轉(zhuǎn)矩指令中減去電流反饋值，并且執(zhí)行電流循環(huán)處理，求出各相(各軸)的電壓指令，進(jìn)行PWM控制等，從而控制AC伺服馬達(dá)。
[0003]在這樣的控制系統(tǒng)中，一種公知的交流電流控制方式是在三相AC伺服馬達(dá)中分別控制三相電流(U、V、W)。
在該交流電流控制方式中，在通過(guò)速度循環(huán)處理而求出的轉(zhuǎn)矩指令(電流指令)中，求出比在編碼器等檢出的伺服馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置，相對(duì)于U、V、W相分別錯(cuò)開2 31 /3的電氣角后的各相的電流指令，并按照該電流指令執(zhí)行電流控制。
[0004]但是，在交流電流控制方式中，如果馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度上升，則電流指令的頻率也上升，電流相位逐漸后移而使電流的無(wú)效分量增多，存在不能高效地產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的缺點(diǎn)。
[0005]DQ控制方式是改善這樣的交流電流控制方式的課題的公知的方式。
DQ控制方式是將三相電流進(jìn)行DQ變換(向轉(zhuǎn)子基準(zhǔn)坐標(biāo)變換)，以被稱為d相和q相兩相的d軸電流和q軸電流的直流分量進(jìn)行控制的方式。
在DQ控制方式中，電流指令的q軸分量相當(dāng)于是轉(zhuǎn)矩分量，d軸分量相當(dāng)于是交流電流控制中的無(wú)效電流，通過(guò)將d軸電流指令置為0(零)能夠抑制無(wú)效電流。
[0006]但是，在抑制該無(wú)效電流的電流控制方法中，存在由于逆電動(dòng)勢(shì)而引起電流控制系統(tǒng)不穩(wěn)定、控制性能降低的課題。
該控制性能的降低是由于與轉(zhuǎn)速成比例的逆電動(dòng)勢(shì)而引起可用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的電壓降低而產(chǎn)生的，不能一直穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)到高速范圍，其結(jié)果是不能以一定的轉(zhuǎn)速以上的速度(轉(zhuǎn)速)旋轉(zhuǎn)。
[0007]作為該課題的改善對(duì)策，一種公知的方法是通過(guò)使與馬達(dá)速度成比例的電流流入d軸分量，將電流相位向d軸方向偏移。利用該方法的控制被稱為弱勵(lì)磁控制。
但是，d軸分量的電流是無(wú)效電流，存在馬達(dá)相應(yīng)地容易發(fā)熱的問(wèn)題。
[0008]由此，提出一種一直到高速范圍、也能進(jìn)行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)的伺服馬達(dá)電流控制方法(參照專利文獻(xiàn)I)。
[0009]該方法中，在由伺服馬達(dá)的DQ變換進(jìn)行的電流控制中，通過(guò)僅在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)在d相流過(guò)無(wú)效電流，從而降低馬達(dá)的端子電壓。
無(wú)效電流的供給為:從產(chǎn)生電壓飽和時(shí)的速度附近開始，根據(jù)速度通過(guò)一次增加函數(shù)增加，在設(shè)定速度以上時(shí)固定為一定值。
由此，消除了高速旋轉(zhuǎn)時(shí)由逆電動(dòng)勢(shì)所引起的電流控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，并且減少在不產(chǎn)生電壓飽和的范圍內(nèi)的無(wú)效電流，從而抑制發(fā)熱。
[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[專利文獻(xiàn)]
[0010][專利文獻(xiàn)I]日本特開平9-84400號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]但是，在根據(jù)速度通過(guò)一次增加函數(shù)直線地增加上述的無(wú)效電流的供給的方法中，雖然能夠抑制由無(wú)效電流引起的發(fā)熱，但在希望的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)所能夠得到的最大轉(zhuǎn)矩存在極限。其結(jié)果是擴(kuò)大轉(zhuǎn)速控制范圍存在極限，存在難以充分體現(xiàn)由弱勵(lì)磁控制所得到的效果的缺點(diǎn)。
[0012]本發(fā)明的目的在于，提供一種伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)以及伺服馬達(dá)控制方法，在不產(chǎn)生電壓飽和的范圍內(nèi)減少無(wú)效電流從而抑制由無(wú)效電流引起的發(fā)熱，并且能夠增大在希望的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)范圍內(nèi)所能得到的最大轉(zhuǎn)矩，能夠擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制范圍，一直到高速范圍，都能夠進(jìn)行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。
[0013]本發(fā)明的第一方面的伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)，包括:多相交流伺服馬達(dá)；電力供給部，其將直流電壓的d軸指令電壓和q軸指令電壓變換為多相的交流電流，并將多相的所述交流電流提供給所述伺服馬達(dá)；DQ變換部，其根據(jù)所述伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)相位將所述伺服馬達(dá)的各相的電流進(jìn)行dq變換，生成d軸電流和q軸電流；指令生成部，生成對(duì)應(yīng)于所述伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的d軸電流指令和作為轉(zhuǎn)矩指令的q軸電流指令；d軸控制部，根據(jù)所述d軸電流指令以及在所述DQ變換部生成的所述d軸電流生成所述d軸指令電壓，并將該d軸指令電壓提供給所述電力供給部；及q軸控制部，根據(jù)所述q軸電流指令以及在所述DQ變換部生成的所述q軸電流生成所述q軸指令電壓，并將該q軸指令電壓提供給所述電力供給部，由所述d軸電流指令所指令的d軸電流在達(dá)到第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)為止為0，在超過(guò)所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)而到第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)為止以逐漸增加的方式流過(guò)，所述d軸電流的增加方式為以漸近從比所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)低的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到所述第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的一次函數(shù)的方式增加，在從所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到開始流過(guò)電流的附近范圍，朝所述漸近對(duì)象的一次函數(shù)側(cè)形成弧線且呈曲線狀地增加。
[0014]由此，在產(chǎn)生逆電動(dòng)勢(shì)的高速范圍，由于能夠通過(guò)d軸電流抑制逆電動(dòng)勢(shì)，因此，一直到高速范圍，都能夠穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。
并且，通過(guò)以漸近從比第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)低的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)起的一次函數(shù)的方式增加d軸電流，從而與直線地增加該d軸電流相比，能夠增大在規(guī)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩，其結(jié)果是擴(kuò)大了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、例如轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)速度等的可控范圍。
[0015]優(yōu)選的是，所述d軸電流在從所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到所述第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)以增加的方式流過(guò)，在該第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)以上的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)固定為一定值。
由此，在第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)以上時(shí)，由于d軸電流為固定的，因此能夠抑制由d軸電流(無(wú)效電流)引起的發(fā)熱的增大。
[0016]優(yōu)選的是，所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速不同。 從額定轉(zhuǎn)速起開始流過(guò)d軸電流時(shí)，在未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速以上的狀態(tài)，例如失去了轉(zhuǎn)速對(duì)轉(zhuǎn)矩的特性(N-T特性)上的線性關(guān)系，因此，轉(zhuǎn)矩夾著額定轉(zhuǎn)速產(chǎn)生變化。
對(duì)此，通過(guò)從與額定轉(zhuǎn)速不同的轉(zhuǎn)速起開始流過(guò)d軸電流，至少能防止在作為使用范圍的額定轉(zhuǎn)速的附近喪失線性關(guān)系。
[0017]優(yōu)選的是，所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)為達(dá)到轉(zhuǎn)矩界限、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)地達(dá)到一定時(shí)的轉(zhuǎn)速。
由此，在達(dá)到轉(zhuǎn)矩界限的轉(zhuǎn)速下開始流過(guò)d軸電流，例如，不會(huì)喪失轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的特性(N-T特性)上的線性關(guān)系。也就是，由于達(dá)到轉(zhuǎn)矩界限的范圍已經(jīng)是不存在線性關(guān)系的范圍，所以能夠保證在轉(zhuǎn)矩界限范圍外的線性關(guān)系。
[0018]優(yōu)選的是，所述d軸電流的增加方式是以漸近從轉(zhuǎn)速O到所述第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的一次函數(shù)的方式增加。
如此，通過(guò)使d軸電流以漸近從轉(zhuǎn)速O開始的一次函數(shù)的方式增加，從而與使其直線增加相比，能夠增大在規(guī)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩，其結(jié)果是，可以擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、例如轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)速度的可控范圍。
[0019]本發(fā)明第二方面的伺服馬達(dá)控制方法，包括:指令生成步驟，生成對(duì)應(yīng)于伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的d軸電流指令和作為轉(zhuǎn)矩指令的q軸電流指令；電力供給步驟，將直流電壓的d軸指令電壓和q軸指令電壓變換為多相的交流電，將多相的所述交流電提供給所述伺服馬達(dá)；DQ變換步驟，根據(jù)所述伺服馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)相位將提供給所述伺服馬達(dá)的各相電流進(jìn)行dq變換，生成d軸電流和q軸電流；d軸控制步驟，根據(jù)所述d軸電流指令和在所述DQ變換步驟生成的所述d軸電流，生成所述d軸指令電壓并供給所述電力供給步驟；及Q軸控制步驟，根據(jù)所述q軸電流指令和在所述DQ變換步驟生成的所述q軸電流，生成所述q軸指令電壓并供給所述電力供給步驟，由所述d軸電流指令所指令的d軸電流在達(dá)到第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)為止為0，在超過(guò)所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)而到第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)為止以逐漸增加的方式流過(guò)，所述d軸電流的增加方式是以漸近從比所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)低的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到所述第2旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的一次函數(shù)的方式增加，在從所述第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)到開始流過(guò)電流的附近范圍，朝所述漸近對(duì)象的一次函數(shù)側(cè)形成弧線且呈曲線狀地增加。
[0020]由此，在產(chǎn)生逆電動(dòng)勢(shì)的高速范圍，由于能夠通過(guò)d軸電流抑制逆電動(dòng)勢(shì)，因此，一直到高速范圍，也能夠穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。
并且，通過(guò)以漸近從比第I旋轉(zhuǎn)狀態(tài)低的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)起的一次函數(shù)的方式增加d軸電流，從而與直線地增加該d軸電流相比，能夠增大在規(guī)定旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩，其結(jié)果是擴(kuò)大了旋轉(zhuǎn)狀態(tài)、例如轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)速度等的可控范圍。
[0021]根據(jù)本發(fā)明，在不產(chǎn)生電壓飽和的范圍，減少無(wú)效電流，抑制由無(wú)效電流引起的發(fā)熱，并且，能夠增大在希望的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)范圍內(nèi)所能得到的最大轉(zhuǎn)矩，能夠擴(kuò)大旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的控制范圍，一直到高速范圍，也能夠進(jìn)行穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的伺服馬達(dá)控制系統(tǒng)的構(gòu)成例的方框圖。
圖2是用于說(shuō)明本實(shí)施方式的利用指令生成部的d軸電流指令的d軸電流的控制方式的圖。 圖3是表示通過(guò)SQRT函數(shù)形成朝漸近對(duì)象的一次函數(shù)直線側(cè)形成弧線且呈曲線狀地增加的增加方式的一個(gè)示例的圖。
圖4是表示本實(shí)施方式所涉及的d軸控制部、q軸控制部、馬達(dá)側(cè)的功能構(gòu)成例的方框圖。
圖5是用于說(shuō)明本實(shí)施方式的圖，是表示使d軸電流指令CId為O時(shí)的加速中的d軸和q軸的電壓狀態(tài)的圖。
圖6是將d軸電流指令CId為O時(shí)且逆電動(dòng)勢(shì)和DC聯(lián)動(dòng)電壓一致的情況下的d相和q相的電壓狀態(tài)作為比較例來(lái)示出的圖。
圖7是用于說(shuō)明本實(shí)施方式的圖，是表示在高速范圍輸入d軸電流指令CId和q軸電流指令CIq時(shí)的d軸和q軸的電壓狀態(tài)的圖。