控制系統(tǒng)及該控制系統(tǒng)中使用的位置推定方法
【專利說明】
[0001 ] 本申請是發(fā)明名稱為"電動機控制裝置及電動機控制方法、控制系統(tǒng)及該控制系 統(tǒng)中使用的位置推定方法"、國際申請日為2011年8月6日、申請?zhí)枮?01180039104.8(國 際申請?zhí)枮镻CT/JP2011/067994)的發(fā)明專利申請的分案申請。
技術領域
[0002] 本發(fā)明涉及對使自動設備動作的電動機進行控制的電動機控制裝置。此外，本發(fā) 明涉及對使自動設備動作的電動機進行控制的電動機控制方法。此外，本發(fā)明涉及能適用 于例如自動設備、數(shù)值控制裝置等驅動系統(tǒng)、旋轉系統(tǒng)的控制系統(tǒng)及該控制系統(tǒng)中使用的 位置推定方法。
【背景技術】
[0003] 以往，已知有對使自動設備動作的DC電動機（也包含直流電動機、DC無刷電動 機）進行控制的電動機控制裝置（例如，參照專利文獻1)。在專利文獻1所記載的電動機 控制裝置中，利用位置檢測器來檢測出電動機的旋轉位置，利用速度檢測器來檢測出電動 機的轉速。此外，利用減法器來計算出從位置指令減去位置檢測器的輸出后得到的位置偏 差，利用位置控制器，將位置偏差變換成速度指令，利用加減法器，將速度指令與來自前饋 控制器的輸出進行相加并減去速度檢測器的輸出，利用PI控制器，將加減法器的輸出變換 成轉矩指令。此外，利用限制器對從PI控制器輸出的轉矩指令施加限制之后，電動機驅動 器基于該轉矩指令來驅動電動機。
[0004] 此外，一般而言，在自動設備、數(shù)值控制裝置等領域中，適用用于對它們進行驅動 的控制系統(tǒng)。例如，在使自動設備進行工件的傳送、焊接等各種操作的情況下，控制系統(tǒng) 向對使自動設備的關節(jié)轉動的電動機進行伺服控制的伺服控制器發(fā)出動作指令（位置指 令）。另一方面，自動設備的關節(jié)具有測定電動機的旋轉角度的編碼器，主機控制器經(jīng)由伺 服控制器，參照從該編碼器發(fā)送來的反饋的位置數(shù)據(jù)（旋轉角度測定值等）進行采樣，并識 別目標值與實測值的偏差，以進行伺服控制。
[0005] 此處，由于以規(guī)定的采樣周期對上述反饋的位置數(shù)據(jù)進行采樣，因此，無法知道在 采樣周期以外的時刻的位置，采樣周期成為位置分辨率的限制。然而，在進行高速/高精 度的位置控制的情況下，位置分辨率的高低成為重要因素，因此，為了提高位置分辨率的極 限，需要進行位置推定。
[0006] 在專利文獻2所記載的自動設備控制裝置中，即使絕對值編碼器的測定周期與伺 服周期不同步，也可通過外插運算來推定與伺服周期同步的位置脈沖，提高位置分辨率。
[0007] 更具體地進行說明，在專利文獻2所公開的自動設備控制裝置中，首先，對反饋位 置X進行采樣。然后，利用與最近的采樣時刻的關系，計算采樣時間間隔，計算反饋位置的 差分，并將反饋位置的差分除以采樣時間間隔，來求出反饋位置的變化率（變化率A)。另一 方面，計算從采樣時刻到伺服指令時刻的時間差（時間差B)。然后，在最后，將對變化率A 乘以時間差B后得到的值與上述反饋位置X進行相加，從而推定伺服指令時刻的位置。
[0008] 現(xiàn)有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1 :日本專利特開平10 - 309683號公報
[0011] 專利文獻2 :日本專利特開平5 - 333931號公報

【發(fā)明內容】

[0012] 在由專利文獻1所記載的電動機控制裝置所控制的DC電動機中，能得到與流過驅 動用線圈的電流成比例的轉矩。流過驅動用線圈的電流在靜態(tài)下與施加于電動機驅動器 的電壓成比例，因此，通過對施加于電動機驅動器的電壓進行控制，從而能控制電動機的轉 矩。此處，在施加于電動機驅動器的源電壓下降的情況下，通過提高轉矩指令，能防止轉矩 的下降。然而，一般而言，由于電動機驅動器等的物理上的限制，無法將轉矩指令提高到一 定值以上。因此，若施加于電動機驅動器的源電壓大幅下降，則不僅無法使自動設備進行所 希望的動作，而且因 PI控制器等所具有的積分功能的影響而發(fā)生所謂飽和（Wind-up)現(xiàn) 象，自動設備有時會出現(xiàn)振動動作等不穩(wěn)定的動作。
[0013] 因而，以往，例如，若發(fā)生源電壓瞬間下降現(xiàn)象即瞬間下降（電壓瞬間下降），則在 自動設備出現(xiàn)不穩(wěn)定的動作之前強制停止電動機，確保安全性，并防止自動設備及工件的 損傷。然而，在發(fā)生了電壓瞬間下降等時，若停止電動機以停止自動設備，則會花費用于使 自動設備重新起動的恢復時間，生產(chǎn)性下降。特別是在電源狀況較差的工廠等使用自動設 備的情況下，若每次發(fā)生電壓瞬間下降時，都使自動設備停止，則生產(chǎn)性大幅下降。
[0014] 因而，本發(fā)明的課題在于提供一種電動機控制裝置，即使在發(fā)生電壓瞬間下降等、 電源的電壓下降的情況下，也能使自動設備適當?shù)剡M行動作，而無需停止使自動設備動作 的電動機。此外，本發(fā)明的課題在于提供一種電動機控制方法，即使在發(fā)生電壓瞬間下降 等、電源的電壓下降的情況下，也能使自動設備適當?shù)剡M行動作，而無需停止使自動設備動 作的電動機。
[0015] 此外，在專利文獻2所記載的自動設備控制裝置中，由于通過將反饋位置的差分 除以采樣時間間隔來求出變化率A，僅通過單純的外插運算進行位置推定，因此，存在不善 于應對電動機的速度變動的問題。在此情況下，雖然能通過縮小編碼器的測定周期來提高 位置的推定精度，但需要加快通信周期和CPU的處理速度等，因此，存在成本增加的問題。
[0016] 因而，本發(fā)明是鑒于這些點而完成的，其課題在于提供一種能高精度地應對電動 機的速度變動等、而無需縮小采樣周期的控制系統(tǒng)及該控制系統(tǒng)中使用的位置推定方法。
[0017] 為了解決上述課題，本發(fā)明的電動機控制裝置對使自動設備動作的電動機進行控 制，其特征在于，包括：位置指令輸出單元，該位置指令輸出單元輸出用于對電動機進行控 制的位置指令；第1減法單元，該第1減法單元基于旋轉位置和位置指令來計算位置偏差并 輸出，該旋轉位置基于來自在電動機每旋轉規(guī)定角度時產(chǎn)生脈沖信號的旋轉檢測單元的輸 出而計算出；位置控制單元，該位置控制單元將位置偏差變換成速度指令并輸出；第2減法 單元，該第2減法單元基于轉速和速度指令來計算速度偏差并輸出，該轉速基于來自旋轉 檢測單元的輸出來計算出；速度控制單元，該速度控制單元將速度偏差變換成轉矩指令并 輸出；限制器，該限制器在轉矩指令的值為規(guī)定的限制值以下時，將轉矩指令原樣輸出，并 且，在轉矩指令的值超過限制值時，輸出將限制值作為其值的轉矩指令；電動機驅動單元， 該電動機驅動單元基于來自限制器的轉矩指令來驅動電動機；及電壓變動檢測單元，該電 壓變動檢測單元檢測對電動機驅動單元施加電壓的電源的電壓變動，在利用電壓變動檢測 單元檢測出電源的電壓為規(guī)定的基準值以下時，進行如下動作中的至少任一種：位置指令 輸出單元使位置指令變動，以使電動機的轉速下降；及位置控制單元限制所輸出的速度指 令。
[0018] 在本發(fā)明的電動機控制裝置中，若利用電壓變動檢測單元檢測出電源的電壓為規(guī) 定的基準值以下，則位置指令輸出單元使位置指令變動，以使電動機的轉速下降，并且，位 置控制單元限制所輸出的速度指令?；蛘撸诒景l(fā)明中，若利用電壓變動檢測單元檢測出電 源的電壓為基準值以下，則位置指令輸出單元使位置指令變動，以使電動機的轉速下降，或 者，位置控制單元限制所輸出的速度指令。
[0019] 因此，在本發(fā)明中，在發(fā)生電壓瞬間下降等、電源的電壓為基準值以下時，能抑制 速度指令的值的增加，從而抑制速度偏差的增加。因而，在本實施方式中，即使發(fā)生電壓 瞬間下降等、電源的電壓為基準值以下，通過使電動機的轉速下降，從而也能適當控制電動 機，使自動設備進行所希望的動作，并且，能防止飽和現(xiàn)象的發(fā)生，并能防止自動設備呈現(xiàn) 不穩(wěn)定的動作。其結果是，在本發(fā)明中，即使在發(fā)生電壓瞬間下降等、電源的電壓下降的情 況下，也能使自動設備適當?shù)剡M行動作，而無需使電動機停止。
[0020] 此處，在發(fā)生電壓瞬間下降等、電源的電壓為基準值以下時，僅進行位置指令的變 動的情況下，能抑制從第1減法單元輸出的位置偏差的增加，因此，能對電源的電壓恢復到 超過基準值、將位置指令恢復到原來的狀態(tài)時的速度指令的急劇變動進行抑制。另一方面， 由于位置指令的變動的影響有少許延遲地呈現(xiàn)在速度指令中，因此，在此情況下，在電源的 電壓為基準值以下時，會發(fā)生難以在短時間內抑制速度指令的值的增加的狀況。此外，在發(fā) 生電壓瞬間下降等、電源的電壓為基準值以下時，僅進行速度指令的限制的情況下，在電源 的電壓為基準值以下時，能在短時間內抑制速度指令的值的增加，但由于從第1減法單元 輸出的位置偏差有時會增加，因此，在電源的電壓恢復到超過基準值、解除了對速度指令的 限制時，有可能速度指令的值急劇變大，電動機急劇加速，自動設備急劇動作。
[0021] 因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選為，若利用電壓變動檢測單元檢測出電源的電壓為基準值 以下，則位置指令輸出單元使位置指令變動，以使電動機的轉速下降，并且，位置控制單元 限制所輸出的速度指令。若采用這種結構，則在發(fā)生電壓瞬間下降