[發明專利]馬達控制裝置

有效

• 申請號: 201110038501.5
• 申請日: 2011-02-14
• 公開（公告）號: CN102163952A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發明（設計）人: 井出勇治
• 申請（專利權）人: 山洋電氣株式會社
• 主分類號: H02P29/00
• 分類號: H02P29/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張遠

技術領域

本發明涉及驅動機械人等機械從而高速進行定位的馬達控制裝置。

背景技術

作為通過馬達控制裝置使機械高速定位的方法的一種，有模型追隨控制。模型追隨控制是構筑對實際控制系統進行模擬的模型控制系統，且按照追隨該模型控制系統的方式驅動反饋控制系統的控制方式。圖3示出日本特開昭62-217304號公報(專利文獻1)所示的利用了現有模型追隨控制的馬達控制裝置的結構。在現有裝置中，獲取位置指令與模型位置的偏差，通過模型位置控制器輸出模型速度指令。獲取模型速度指令與模型速度的偏差，并通過模型速度控制器輸出模型轉矩(torque)指令。通過馬達機械模型，由模型轉矩指令計算模型速度。通過積分器，由模型速度計算模型位置。獲取模型位置與由編碼器檢測出的馬達位置之差，通過位置控制器輸出速度指令。獲取速度指令和模型速度之和與速度檢測值的偏差，通過速度控制器輸出轉矩指令。將轉矩指令與模型轉矩指令相加，通過轉矩控制器驅動馬達，控制馬達的轉矩。

這里，設馬達側慣性為JM，負載側慣性為JL，則馬達機械模型表示為：

馬達機械模型＝1/{(JM+JL)S}。

如此，通過構成模型追隨控制，能夠獨立地控制指令響應特性和干擾響應特性。干擾響應因機械系統高頻諧振等而受到制約，不能高過某一程度以上，模型響應不受該影響，所以能夠提高模型響應。由此，能夠提高指令響應，實現機械的高速定位。

如上所述，在機械系統為剛體時，通過進行使馬達機械模型為剛體的模型追隨控制，能夠實現高速定位。但是，在實際機械系統中存在剛性低的部分，由此產生振動。如圖4所示，能夠將機器人等機械近似地看做是通過低的扭轉剛性耦合了馬達側慣性和負載側慣性的機械系統。在這樣的機械中，在驅動了馬達時，產生馬達側慣性和負載側慣性之間的剛性所引起的振動。

作為抑制這樣的2慣性系統振動，具有在位置指令的輸入部插入預濾器(pre-filter)的方法。圖5是通過預濾器抑制2慣性系統振動的框圖。例如，通過插入陷波濾波器作為預濾器，將其陷波頻率設定為振動頻率，從而能夠抑制振動。但是，在采用了預濾器的情況下，由于濾波器的延遲，具有不能使定位穩定時間足夠短的問題。

作為其他的控制2慣性系統振動的方法，在日本特開平8-168280號公報(專利文獻2)中示出了采用了模型追隨控制的馬達控制裝置。在專利文獻2的圖1中，示出了進行模型追隨控制的馬達控制裝置的結構。在該馬達控制裝置中，在第一控制系統(模型控制系統)中搭載了電動機模擬電路、負載機械模擬電路和轉矩傳達機構模擬電路。此外，馬達控制裝置具備補償轉矩運算單元，該補償轉矩運算單元將來自電動機模型的模擬速度指令與來自負載機械模型的模擬速度指令的偏差指令作為輸入，輸出補償轉矩信號。通過從來自第一速度控制單元的第一轉矩信號減去來自該補償轉矩運算單元的補償轉矩信號所得的偏差指令，來控制電動機模型或者轉矩控制單元。另外，該補償轉矩運算電路由比例積分控制器構成。

專利文獻1：日本特開昭62-217304號公報

專利文獻2：日本特開平8-168280號公報

在專利文獻2所示的現有馬達控制裝置中，建立了模型控制系統的特性方程式(characteristic?equation)。但是，為了高速地進行定位并且不產生振動，怎樣解該數式來設定控制參數，在專利文獻2中沒有明確記載。因此，利用專利文獻2來設定控制參數是不現實的。因此，實際上，在使用專利文獻2所示的結構時，需要反復試驗來調整各參數，具有調整上花費時間的問題。此外，發明人使用專利文獻2所示的結構，通過反復試驗來調整各參數，對于能否高速地進行定位并且不產生振動進行了仿真實驗，最終判明了如圖6(B)所示，從模型速度控制器(第一速度控制電路)輸出的模型轉矩指令成為比馬達能夠輸出的轉矩[以圖6(B)的縱軸的刻度表示±2以下的值]大的值[以圖6(B)的縱軸的刻度表示±7以上的值]。因此利用現有的馬達控制裝置高速地進行定位需要使模型速度控制器(第一速度控制電路)與過大的轉矩相對應。但是，與過大的轉矩相對應會導致運算精度降低、運算時間增加，所以希望盡可能抑制與過大的轉矩對應。另外，圖6(A)是位置指令(微分值)，圖6(C)是位置偏差。

發明內容

本發明的目的是提供一種馬達控制裝置，能夠簡單地調整模型控制系統的參數，而且從模型速度控制器輸出的轉矩指令不會過大，能夠更高速地實現沒有振動的定位。

除了上述目的，本發明的其他目的是提供一種能夠用一個參數簡單地調整模型控制系統的參數的馬達控制裝置。