專利名稱：同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用限位開關(guān)進(jìn)行定位的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置。
背景技術(shù)：
在自動倉庫、搬運(yùn)機(jī)械和工作機(jī)械等裝置中，往往以電動機(jī)作為動力源使規(guī)定的物體定位于規(guī)定的位置。而且結(jié)構(gòu)上是，在定位時(shí)通常使用2個限位開關(guān)，用設(shè)置于減速開始位置的第1個限位開關(guān)的信號使其從所要的旋轉(zhuǎn)速度切換為低速旋轉(zhuǎn)速度(爬行速度)，以該減速狀態(tài)將物體移動到規(guī)定位置，如果到達(dá)規(guī)定位置，則用設(shè)置于停止動作開始位置的第2個限位開關(guān)的信號使電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)停止。
圖11示出例如在特開昭60-223486號公報(bào)揭示的已有的電動機(jī)減速電路中利用限位開關(guān)的簡易定位方法的各種波形，(a)為目標(biāo)速度的波形，(b)為充放電電路輸出電壓的波形，(c)為減速定時(shí)信號的波形，(d)為速度指令的波形。
圖中，a為設(shè)置于減速開始位置的第1個限位開關(guān)，b為設(shè)置于停止動作開始位置的第2個限位開關(guān)，v1為判斷減速定時(shí)用的電壓信號，t為減速指令輸入后至目標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度切換到低速的時(shí)間。
下面用圖11說明利用已有的電動機(jī)的減速電路的限位開關(guān)的簡易定位動作。
一旦物體以高速(或中速)移動時(shí)通過設(shè)置于減速開始位置的第1個限位開關(guān)a，充放電電路輸出電壓就根據(jù)限位開關(guān)a的信號，利用與所要的旋轉(zhuǎn)速度對應(yīng)的電壓信號依次放電。充放電電路輸出電壓下降，一旦降至電壓信號v1(圖中的b)，減速定時(shí)信號就從H變?yōu)長(圖中的(c))，將目標(biāo)速度從高速(或中速)切換為低速(圖中的(a))。
根據(jù)目標(biāo)速度的切換時(shí)刻，速度指令使減速開始，減速結(jié)果后以低速移動時(shí)一旦通過設(shè)置于停止動作開始位置的第2個限位開關(guān)b，就使速度指令為0，停止減速，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)動停止(圖中的(d))。
使用上述限位開關(guān)的簡易定位，由于存在“轉(zhuǎn)差率”，故通常在對不知道電動機(jī)實(shí)際位置信息的感應(yīng)電動機(jī)進(jìn)行控制的無傳感器控制裝置中加以實(shí)施。
而較感應(yīng)電動機(jī)更高效、小型且易于控制的，產(chǎn)業(yè)界普遍應(yīng)用的永磁同步電動機(jī)，為了進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，必須進(jìn)行相應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置的電流控制，通常使用編碼器和分解器等位置傳感器，使用這種位置傳感器進(jìn)行同步電動機(jī)的定位控制。
另一方面，由于如能去除位置傳感器，就能實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的小型、輕量、低價(jià)格化，同時(shí)還能夠改善環(huán)境適應(yīng)性、可靠性，故各種物位置傳感器的控制的研究一直在進(jìn)行著。
作為無位置傳感器控制的現(xiàn)有例子，有特表平8-505996號公報(bào)示出的永磁同步電動機(jī)的觀測者-基礎(chǔ)(observer base)的控制方法。這是一種以高分辨率控制多相無電刷永磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子速度的方法，并且是使用采用定子相電流的測定值推定的轉(zhuǎn)子的位置推定值和速度推定值，得到所要的轉(zhuǎn)子位置調(diào)整或速度調(diào)整，或者為了命令轉(zhuǎn)子遵照所要的位置軌跡或速度軌跡，求出對各定子相應(yīng)該施加的電壓量的方法。
又，在步同電動機(jī)的無傳感器控制情況下的位置推定是一種檢測電動機(jī)的電角度1周期內(nèi)的位置即磁極位置的方法，由于不知道電動機(jī)軸的機(jī)械位置(電動機(jī)機(jī)械角)(例如4極電動機(jī)的情況下，電動機(jī)1周、即機(jī)械角1周中電氣角發(fā)生2周)，為了控制機(jī)械位置需要下一些功夫。而且，在同步電動機(jī)的無傳感器控制情況下，由于利用流過電動機(jī)的電流來推定磁極位置，一旦停止時(shí)驅(qū)動電路停止工作，沒有電流流動，就不能推定磁極位置，這種狀況下一旦電動機(jī)軸轉(zhuǎn)動，就會丟失磁極位置。
如上所述，無傳感器的同步電動機(jī)位置控制是困難的，通常無傳感器的同步電動機(jī)驅(qū)動以速度控制來實(shí)施。
感應(yīng)電動機(jī)中通常用的使用限位開關(guān)的簡易定位，如上所述存在著這樣的問題，即需要減速開始用與停止動作開始用的2個限位開關(guān)，而且限位開關(guān)設(shè)置位置的調(diào)整頗為煩難。
又，在同步電動機(jī)中進(jìn)行定位控制的情況下，存在的問題是需要設(shè)置位置檢測裝置，加大了成本。
本發(fā)明為解決上述問題而作，其第1目的是，得到以無傳感器方式將同步電動機(jī)定位于規(guī)定的位置上的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置。
其第2目的是，得到能減少限定開關(guān)的設(shè)置個數(shù)，而且限位開關(guān)的設(shè)置調(diào)整容易的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置具有檢測同步電動機(jī)的電流的電流檢測器；使用該電流檢測器得到的檢測電流，算出所述同步電動機(jī)的速度推定值和磁極位置推定值的位置·速度推定器；以及使用速度指令和所述速度推定值對所述同步電動機(jī)進(jìn)行速度控制的速度控制器，在不使用旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的情況下對同步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，該裝置具備輸出作為定位的計(jì)數(shù)基準(zhǔn)的基準(zhǔn)位置信號的基準(zhǔn)位置信號輸出手段；在輸入該基準(zhǔn)位置信號時(shí)將累計(jì)值置零，同時(shí)從所述位置·速度推定器取入磁極位置推定值作為基準(zhǔn)位置，并開始進(jìn)行累計(jì)的相對位置計(jì)數(shù)器；具有根據(jù)從基準(zhǔn)位置移動的移動量的指令值與所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值之間的偏差進(jìn)行位置控制的位置控制器，并輸出速度指令的速度指令發(fā)生器，因此能將不具有位置檢測器的同步電動機(jī)定位于規(guī)定的位置。而且能減少限位開關(guān)的設(shè)置個數(shù)，并且限位開關(guān)的設(shè)置調(diào)整容易的同步電動機(jī)的無傳感器的控制裝置。
又，由于所述速度指令發(fā)生器能夠設(shè)定減速開始位置和停止動作開始位置，并使在所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值達(dá)到所述減速開始位置時(shí)開始減速，在到達(dá)所述停止動作開始位置時(shí)開始停止動作，因此向來在定位控制中必要的減速開始用的限位開關(guān)和停止動作開始用的限位開關(guān)這兩個限位開關(guān)可用1個限位開關(guān)構(gòu)成。又由于停止位置的調(diào)整可通過變更減速開始位置、停止動作開始位置來方便地調(diào)整，因此也可以不必進(jìn)行像已往那樣重新設(shè)置限位開關(guān)并進(jìn)行調(diào)整的復(fù)雜作業(yè)。
而且，所述速度指令發(fā)生器至少能設(shè)定2組減速開始位置和停止動作開始位置，并能選擇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使用的減速開始位置和停止動作開始位置，使在所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值達(dá)到選出的減速開始位置時(shí)開始減速，在到達(dá)所述選出的停止動作開始位置時(shí)開始停止動作，因此可不增加限位開關(guān)的個數(shù)來實(shí)現(xiàn)2種以上模式的定位，而且在定位模式切換時(shí)也不需要調(diào)整限位開頭或變更減速開始位置的工作。
又，在同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置中具有檢測同步電動機(jī)電流的電流檢測器；使用該電流檢測器得到的檢測電流，算出所述同步電動機(jī)的速度推定值和磁極位置推定值的位置·速度推定器；以及使用速度指令和所述速度推定值對所述同步電動機(jī)進(jìn)行速度控制的速度控制器，在不使用旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的情況下對同步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，該裝置具備輸出作為定位計(jì)數(shù)基準(zhǔn)的基準(zhǔn)位置信號的基準(zhǔn)位置信號輸出手段；在輸入該基準(zhǔn)位置信號時(shí)將累計(jì)值置零，同時(shí)從所述位置·速度推定器取入磁極位置推定值并開始計(jì)數(shù)的相對位置計(jì)數(shù)器；輸出速度指令變更位置信號的速度指令變更位置信號輸出手段；具有根據(jù)從基準(zhǔn)位置移動的移動量的指令值與所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值之間的偏差進(jìn)行位置控制的位置控制器，并輸出速度指令的速度指令發(fā)生器，因此能將不具有位置檢測器的同步電動機(jī)定位于規(guī)定的位置。
又，由于所述速度指令發(fā)生器能夠設(shè)定減速開始位置，并且在所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值到達(dá)所述減速開始位置時(shí)開始減速，在所述速度指令變更位置信號輸出手段輸出速度指令變更位置信號時(shí)開始停止動作，因此通過在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸出基準(zhǔn)位置信號，可以提高將不具有位置檢測器的同步電動機(jī)定位于規(guī)定位置的停止精度。
又，由于所述速度指令發(fā)生器設(shè)定減速開始位置、第1動作變更相對位置以及第2動作變更相對位置，并在所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值到達(dá)所述第1動作變更相對位置或所述第2動作變更相對位置時(shí)變更速度指令，在所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值到達(dá)所述減速開始位置時(shí)開始減速，在所述速度指令變更位置信號輸出手段輸出速度指令變更位置信號時(shí)開始停止動作，
因此能將不具有位置檢測器的同步電動機(jī)定位于規(guī)定的位置，同時(shí)在運(yùn)送途中可以變更所述第1動作變更相對位置與所述第2動作變更相對位置之間的速度，使用于檢查等方面。


圖1示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1a的結(jié)構(gòu)圖。
圖2示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1a的速度指令發(fā)生器3的結(jié)構(gòu)圖。
圖3示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1b的結(jié)構(gòu)圖。
圖4示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)2的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1b的動作說明圖。
圖5示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1c的結(jié)構(gòu)圖。
圖6示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)3的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1c的由旋轉(zhuǎn)方向差異引起的動作的說明圖。
圖7示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)4的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1d的結(jié)構(gòu)圖。
圖8示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)4的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1d的動作說明圖。
圖9示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)5的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1e的結(jié)構(gòu)圖。
圖10示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)5的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1e的動作說明圖。
圖11示出例如特開昭60-223486號公報(bào)揭示的已有的電動機(jī)減速電路中利用限位開關(guān)的簡易定位方法的各種波形圖。
具體實(shí)施例實(shí)施形態(tài)1圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1a的結(jié)構(gòu)圖。圖中，1a是同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，2為無傳感器速度控制部，3為指令發(fā)生器，4為相對位置計(jì)數(shù)器，5為作為輸出成為定位計(jì)數(shù)的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)位置信號的基準(zhǔn)位置信號輸出手段的外圍設(shè)備，10為同步電動機(jī)。
20為計(jì)算速度指令發(fā)生器3輸出的速度指令與后述的位置·速度推定器27輸出的速度推定值的差值的減法器，21為根據(jù)減法器20的輸出而輸出電流指令的速度控制器，22為計(jì)算速度控制器21輸出的電流指令與后述的電流坐標(biāo)變換器26的輸出的差值的減法器，23為根據(jù)減法器22的輸出而輸出電壓的電流控制器，24為將電流控制器23的輸出坐標(biāo)變換為同步電動機(jī)10上施加的電壓的電壓坐標(biāo)變換器，25為電流檢測器，26為將電流檢測器25檢測出的輸出電流坐標(biāo)變換的電流坐標(biāo)變換器，27為利用電流坐標(biāo)變換器20輸出的電流值與電流控制器23輸出的電壓值來推定同步電動機(jī)10的位置和速度的位置·速度推定器。
無傳感器速度控制部2基本上是與作為“全速度范圍的無傳感器凸極形PM同步電動機(jī)控制”提出的全速度范圍可工作的同步電動機(jī)的無傳感器控制方式(平成12年電氣學(xué)會論文志D，120卷2號P.240-247)，或作為“按照適應(yīng)觀察者的無電刷DC電動機(jī)的無位置傳感器控制”(平成5年電氣學(xué)會論文志D，113卷5號P.579～586)提出的方式有相同的結(jié)構(gòu)。
下面對無傳感器速度控制部2的動作說明如下。
減法器20計(jì)算速度指令發(fā)生器3輸出的速度指令與位置·速度推定器27輸出的速度推定值的差值。
速度控制器21由例如比例元件與積分元件構(gòu)成，根據(jù)減法器20的輸出即速度偏差計(jì)算電流指令并輸出之。
減法器22計(jì)算速度控制器21輸出的電流指令與電流坐標(biāo)變換器26輸出的電流值的差值。
電流控制器23由例如比例元件與積分元件構(gòu)成，根據(jù)減法器20的輸出即電流偏差計(jì)算電壓指令并輸出之。
電壓坐標(biāo)變換器24使用位置·速度推定器27輸出的位置推定值將電流控制器23輸出的電壓指令變換為施加于同步電動機(jī)10的電壓。
電流坐標(biāo)變換器26使用位置·速度推定器27輸出的位置推定值來對同步電動機(jī)10的電流進(jìn)行坐標(biāo)變換。
位置·速度推定器27根據(jù)電流控制器23輸出的電壓值與電流坐標(biāo)變換器26輸出的電流值推定同步電動機(jī)10的位置與速度。
但是，實(shí)施形態(tài)1的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1a中，把無傳感器速度控制部2連接到相對位置計(jì)數(shù)器4，由位置·速度推定器27推定從外部設(shè)備輸入基準(zhǔn)位置信號的時(shí)刻的磁極位置(電動機(jī)的電氣角信息)，作為基準(zhǔn)磁極位置輸出到相對位置計(jì)數(shù)器4，同時(shí)每次通過作為基準(zhǔn)的磁極位置都輸出到相對位置計(jì)數(shù)器4。
圖2示出本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1a的速度指令發(fā)生器3的結(jié)構(gòu)圖。圖中，28為計(jì)算從基準(zhǔn)位置移動的移動量的指令值與來自作為相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出即相對于基準(zhǔn)位置的相對位置之間的差值的減法器，29為位置控制器。
下面利用圖1與圖2說明實(shí)施形態(tài)1的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1a的動作。在不使用檢測絕對位置的傳感器的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1a中，以基淮位置信號輸入時(shí)刻的位置作為基準(zhǔn)位置，求相對于該基準(zhǔn)位置的相對位置，以此算出絕對位置。
一旦從外部設(shè)備5輸入基準(zhǔn)位置信號，相對位置計(jì)數(shù)器4就將累計(jì)值置零，同時(shí)從無傳感器速度控制部2輸入基準(zhǔn)位置信號輸入時(shí)刻的位置作為基準(zhǔn)位置，開始磁極位置的累計(jì)。
相對位置計(jì)數(shù)器4通過把每次通過作為計(jì)數(shù)基準(zhǔn)的磁極位置都進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值和電氣角1周期內(nèi)的偏離基準(zhǔn)磁極位置的偏移量相加，求出相對于基準(zhǔn)位置的相對位置。
又，速度指令發(fā)生器3能夠根據(jù)減法器28求出的從基準(zhǔn)位置移動的移動量的指令值與從相對位置計(jì)數(shù)器4輸出的相對于基準(zhǔn)位置的相對位置之間的差值，用位置控制器29作成速度指令，因此速度指令發(fā)生器3能夠按照相對位置計(jì)數(shù)器4輸出的相對位置信息改變速度指令，進(jìn)行位置控制。
實(shí)施形態(tài)1的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置中，相對位置計(jì)數(shù)器4以基準(zhǔn)位置信號被輸入的時(shí)刻的推定磁極位置(電動機(jī)的電氣角信息)作為基準(zhǔn)，將每次通過作為基準(zhǔn)的磁極位置都進(jìn)行計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)值電氣角1周期內(nèi)的偏離基準(zhǔn)磁極位置的偏移量相加，以此求得相對于基準(zhǔn)位置的相對位置，因此不具有位置檢測器的同步電動機(jī)可停止在相對于基準(zhǔn)位置的相對的位置上。又，已有的同步電動機(jī)進(jìn)行定位時(shí)采用了位置檢測器，但即使不使用位置檢測器也能用同步電動機(jī)上定位，因此可降低費(fèi)用和提高系統(tǒng)的可靠性。
實(shí)施形態(tài)2圖3示出本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1b的結(jié)構(gòu)圖。圖中，2、4、10與圖1相同，其說明從略、又，1b為同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，6為將基準(zhǔn)位置信號輸出到相對位置計(jì)數(shù)器4的限位開關(guān)，7a為根據(jù)來自相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出改變速度指令的速度指令發(fā)生器。又，X1、X2為預(yù)先設(shè)定于速度指令發(fā)生器7a上的基準(zhǔn)值。這里，X1相當(dāng)于圖11中設(shè)置于減速開始位置的第1個限位開關(guān)a，是從限位開關(guān)6產(chǎn)生的基準(zhǔn)位置信號輸出位置至減速開始位置的距離，X2相當(dāng)于圖11中設(shè)置于停止動作開始位置的第2個限位開關(guān)b，是從限位開關(guān)b產(chǎn)生的基準(zhǔn)位置信號輸出位置至停止動作開始位置的距離。
圖4示出本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1b的動作說明圖，(a)為搬送裝置的結(jié)構(gòu)例，(b)為速度指令發(fā)生器7a輸出的速度指令，(c)為相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出，(d)為速度。圖中，1b為可輸入限位開關(guān)6的信號的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，10為同步電動機(jī)，11為同步電動機(jī)軸，12為連接于同步電動機(jī)軸并移動的傳送帶，13為固定于帶上并移動的物體，14a為擋塊。
下面利用圖3和圖4說明實(shí)施形態(tài)2的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1b的動作。
從圖4(a)的左端向右移動中的物體13在移動中通過限位開關(guān)6時(shí)，限位開關(guān)6輸出基準(zhǔn)位置信號。
相對位置計(jì)數(shù)器4一旦輸入由限位開關(guān)6輸出的基準(zhǔn)位置信號，就將累計(jì)值置零，同時(shí)輸入來自無傳感器速度控制部2的基準(zhǔn)位置信號輸入時(shí)刻的位置作為基準(zhǔn)位置，開始磁極位置的累計(jì)。
相對位置計(jì)數(shù)器4將每次通過作為計(jì)數(shù)基準(zhǔn)的磁極位置都計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器值與在電氣角1周期內(nèi)偏離基準(zhǔn)磁極位置的偏移量相加，求出相對于基準(zhǔn)位置的相對位置。相對位置計(jì)數(shù)器4的累計(jì)值如圖4(c)所示增加。
速度指令發(fā)生器7a在相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)值如圖4(c)所示，達(dá)到預(yù)先設(shè)定的減速開始位置X1時(shí)，使速度指令如圖4(b)所示那樣改變，開始減速，又，在相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)值到達(dá)停止動作開始位置X2時(shí)，使停止動作開始并改變速度指令。
物體13的移動速度的變化如圖4(d)所示，物體13通過限位開關(guān)6(t0)，相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)值到達(dá)減速開始位置X1時(shí)開始減速(t1)，而在相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)值達(dá)到停止動作開始位置X2時(shí)開始停止動作(t2)。
實(shí)施形態(tài)2的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1b中，預(yù)先設(shè)定減速開始位置X1和停止動作開始位置X2，在通過限位開關(guān)6時(shí)，開始計(jì)數(shù)的相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)值到達(dá)減速開始位置X1時(shí)開始減速，在到達(dá)停止動作開始位置X2時(shí)開始停止動作，因此以往定位控制所需要的減速開始用的限位開關(guān)和停止動作開始用的限位開關(guān)這兩個限位開關(guān)可用1個限位開關(guān)構(gòu)成。限位開關(guān)個數(shù)減少，使得從限位開關(guān)至控制裝置的接線減少，布線工作也變得容易。
又，停止位置的調(diào)整可通過變更停止動作開始位置X2而方便地進(jìn)行調(diào)整，因此不必進(jìn)行像已往那樣重新設(shè)置并調(diào)整限位開關(guān)的復(fù)雜工作。
實(shí)施形態(tài)3圖5示出本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1c的結(jié)構(gòu)圖。圖中，2、4、10與圖1相同，其說明從略。又，1c為同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，6為將基準(zhǔn)位置信號輸出至相對位置計(jì)數(shù)器4的限位開關(guān)，7b為根據(jù)相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出改變速度指令的速度指令發(fā)生器。又，X1、X2、X3、X4為預(yù)先設(shè)定于速度指令發(fā)生器7b的基準(zhǔn)值，X1為正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的減速開始位置，X2為正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的停止動作開始位置，X3為逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的減速開始位置，X4為逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的停止動作開始位置。
圖6為示出本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1c的旋轉(zhuǎn)方向的差異引起的動作的說明圖，(a)為搬送裝置的結(jié)構(gòu)例，(b)為正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的速度指令，(c)為正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出，(d)為正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的速度，(e)為逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的速度指令，(f)為逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出，(g)為逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的速度。圖中，14a、14b是檔塊。
下面以圖面上從左向右的移動作為正向運(yùn)轉(zhuǎn)，從右向左的移動作為逆向運(yùn)轉(zhuǎn)來進(jìn)行說明。
速度指令發(fā)生器7b在正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)值到達(dá)預(yù)先設(shè)定的減速開始位置X1時(shí)(t1)，速度指令發(fā)生器7b使速度指令改變，開始減速，當(dāng)?shù)竭_(dá)停止動作開始位置X2時(shí)(t2)，使停止動作開始，并改變速度指令。又，在逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)值到達(dá)預(yù)先設(shè)定的減速開始置X3時(shí)(t11)，速度指令發(fā)生器7b使速度指令改變，開始減速。當(dāng)?shù)竭_(dá)停止動作開始位置X4時(shí)(t12)，使停止動作開始并改變速度指令。
在上述實(shí)施形態(tài)2的圖4中示出了在相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出到達(dá)減速開始位置X1時(shí)減速開始，到達(dá)停止動作開始位置X2時(shí)停止動作開始的例子，但在變更移動方向進(jìn)行定位(例如從在正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定位變更為在逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定位)的情況下，有必要進(jìn)行在正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)與逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)調(diào)整限位開關(guān)位置的工作，或者進(jìn)行變更減速開始位置X1、停止動作開始位置X2的工作。而且在進(jìn)行正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)和逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)兩種情況下進(jìn)行定位時(shí)，需要正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的限位開關(guān)和逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的限位開關(guān)，還必須根據(jù)移動方向判斷2個限位開關(guān)的有效·無效。
但是，在實(shí)施形態(tài)3的同步電動機(jī)無傳感器控制裝置1c中，設(shè)置正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的減速開始位置X1和停止動作開始位置X2以及逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的減速開始位置X3和停止動作開始位置X4，使正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)與逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可分別設(shè)定，因此，可不增加限位開關(guān)的個數(shù)實(shí)現(xiàn)正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的定位和逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的定位，而且在定位的移動方向切換(從正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定位變更到逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定位，或者從逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定位變更到正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)定位)時(shí)也不要進(jìn)行限位開關(guān)的調(diào)整或變更減速開始位置X1、X2的工作。
上面的敘述中說明了這樣的例子，即以預(yù)先設(shè)定于速度指令發(fā)生器7b的2組基準(zhǔn)值作為正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的減速開始位置X1、停止動作開始位置X2與逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的減速開始位置X3、停止動作開始位置X4，判別是正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還是逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，使用正向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的減速開始位置X1和停止動作開始位置X2、逆向運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的減速開始位置X3和停止動作開始位置X4的例子，但也可以選擇以同方向移動運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使用的減速開始位置和停止動作開始位置。
實(shí)施形態(tài)4圖7示出本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1d的結(jié)構(gòu)圖。圖中，2、4、10與圖1相同，其說明從略。1d為同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，7c為根據(jù)相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出使速度指令改變的速度指令發(fā)生器，15為將基準(zhǔn)位置信號輸出到相對位置計(jì)數(shù)器4的限位開關(guān)，16為停止動作開始用限位開關(guān)。又，X1為預(yù)先設(shè)定于速度指令發(fā)生器7c的基準(zhǔn)值，是從限位開關(guān)15產(chǎn)生的基準(zhǔn)位置信號輸出位置至減速開始位置的距離。
圖8為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1d的動作說明圖，(a)為傳送裝置的結(jié)構(gòu)例，(b)為速度指令，(c)為相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出，(d)為速度。
圖中，10～13、14a與圖4相同，其說明從略。1d為同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，15為將基準(zhǔn)位置信號輸出到相對位置計(jì)數(shù)器4的限位開關(guān)，1b為停止動作開始限位開關(guān)。
下面利用圖7和圖8說明實(shí)施形態(tài)4的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1d的動作。
物體13開始移動并從圖(a)的左端向右的方向以低速度指令fL移動。
低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在物體13通過限位開關(guān)15的時(shí)刻(t20)，相對位置計(jì)數(shù)器4復(fù)位并開始計(jì)數(shù)。而在物體13通過限位開關(guān)15的時(shí)刻(t20)，速度指令發(fā)生器7c切換到高速度指令fH。
高速動轉(zhuǎn)中，在相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)到達(dá)減速開始位置X1時(shí)(t21)，速度指令發(fā)生器7c將速度指令切換到低速度指令fL。
開始速度并以規(guī)定的低旋轉(zhuǎn)速度移動，在通過限位開關(guān)16的時(shí)刻(t22)開始停止動作。
在上述實(shí)施形態(tài)2中示出了這樣的例子，即相對位置計(jì)數(shù)器4在高速運(yùn)轉(zhuǎn)中輸入限位開關(guān)6的輸出作為基準(zhǔn)位置信號后開始計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)到達(dá)減速開始位置X1時(shí)，速度指令發(fā)生器7a開始減速，在計(jì)數(shù)到達(dá)停止動作開始位置X2開始停止動作的例子，但在實(shí)施形態(tài)4中，相對位置計(jì)數(shù)器4在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)輸入限位開關(guān)15的輸出作為基準(zhǔn)位置信號后開始計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)到達(dá)減速開始位置X1時(shí)，速度指令發(fā)生器7c開始減速，并在通過停止動作開始用限位開關(guān)16的時(shí)刻開始停止動作。
實(shí)施形態(tài)4中，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)讀入限位開關(guān)15的信號，故能抑制因信號讀入滯后而產(chǎn)生的減速開始位置的誤差。而且，在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過停止動作開始限位開關(guān)16，故能更加提高停止精度。
上面所述中，作為預(yù)先設(shè)定的移動量，舉出了減速開始位置X1的例子，但也可以也設(shè)定從低速運(yùn)轉(zhuǎn)向高速運(yùn)轉(zhuǎn)切換用的移動量、停止動作開始用的移動量，用于限位開關(guān)15、限位開關(guān)16通過時(shí)的動作。
實(shí)施形態(tài)5圖9示出本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1e的結(jié)構(gòu)。圖中，2、4、10與圖1相同，其說明從略。1e為同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，7b為根據(jù)相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出使速度指令改變的速度指令發(fā)生器。15為將基準(zhǔn)位置信號輸出到相對位置計(jì)數(shù)器4的限位開關(guān)，16為限位開關(guān)。
圖10為示出本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1e的動作的說明圖，(a)為傳送裝置的結(jié)構(gòu)例，(b)為速度指令，(c)為相對位置計(jì)數(shù)器4的輸出，(d)為速度。圖中，10～13、14a與圖4相同，其說明從略。1e為同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，15、16為限位開關(guān)。fL為低旋轉(zhuǎn)速度指令，fM為從高速度指令暫時(shí)下降的速度指令，fH為高速度指令。
下面利用圖9和圖10說明實(shí)施形態(tài)5的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置1d的動作。
物體13開始移動并以從圖中(a)的左端向右的方向以低旋轉(zhuǎn)速度指令fL移動。
加速前的低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，在物體13通過限位開關(guān)15的時(shí)刻(t20)，相對位置計(jì)數(shù)器4復(fù)位，計(jì)數(shù)開始。又，在物體13通過限位開關(guān)15的時(shí)刻(t20)，速度指令發(fā)生器7d切換為高速度指令fH。
高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)到達(dá)移動量X5時(shí)(t23)，速度指令發(fā)生器7d暫時(shí)將速度指令切換為低的速度指令fM。
低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)達(dá)到移動量X6時(shí)(t24)，速度指令發(fā)生器7d將速度指令切換為高速度指令fH。
高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，相對位置計(jì)數(shù)器4的計(jì)數(shù)達(dá)到移動量X1時(shí)(t21)，速度指令發(fā)生器7d將速度指令切換為低速度指令fL。
開始減速度并以規(guī)定的低旋轉(zhuǎn)速度移動時(shí)，在通過限位開關(guān)16的時(shí)刻(t22)，開始停止動作。
實(shí)施形態(tài)5中，可設(shè)定動作變更相對位置X5、X6，當(dāng)物體13到達(dá)預(yù)先設(shè)定的動作變更相對位置X5時(shí)，使速度指令暫時(shí)下降，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的動作變更相對位置X6時(shí)，再次升高速度，因此，在速度范圍內(nèi)包含機(jī)械共振的運(yùn)轉(zhuǎn)模式中使用時(shí)，或在中途需要檢查的運(yùn)轉(zhuǎn)模式中使用時(shí)，可以以X5、X6指定其間降低速度通過，或以可檢查的低速進(jìn)行驅(qū)動。
產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用如上所述，本發(fā)明的同步電動機(jī)無傳感器控制裝置由于能將不具有位置檢測器的同步電動機(jī)定位于規(guī)定的位置上，因此在無電刷DC電動機(jī)、嵌入磁鐵型同步電動機(jī)(IPM)、開關(guān)磁阻電動機(jī)(SRM)、同步磁阻電動機(jī)(SyRM)等所有同步電動機(jī)中適用于不使用位置檢測器進(jìn)行定位的用途。
權(quán)利要求
1.一種同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，具有檢測同步電動機(jī)的電流的電流檢測器；使用該電流檢測器得到的檢測電流，算出所述同步電動機(jī)的速度推定值和磁極位置推定值的位置·速度推定器；以及使用速度指令和所述速度推定值對所述同步電動機(jī)進(jìn)行速度控制的速度控制器，在不使用旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的情況下對同步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，其特征在于，具備輸出作為定位計(jì)數(shù)基準(zhǔn)的基準(zhǔn)位置信號的基準(zhǔn)位置信號輸出手段；在輸入該基準(zhǔn)位置信號時(shí)將累計(jì)值置零，同時(shí)從所述位置·速度推定器取入磁極位置推定值作為基準(zhǔn)位置，并開始進(jìn)行累計(jì)的相對位置計(jì)數(shù)器；以及具有根據(jù)從基準(zhǔn)位置移動的移動量的指令值與所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值之間的偏差，進(jìn)行位置控制的位置控制器，并輸出速度指令的速度指令發(fā)生器。
2.如權(quán)利要求1所述的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，其特征在于，所述速度指令發(fā)生器做成能夠設(shè)定減速開始位置和停止動作開始位置的結(jié)構(gòu)，并能夠在所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值達(dá)到所述減速開始位置時(shí)開始減速，在達(dá)到所述停止動作開始位置時(shí)開始停止動作。
3.如權(quán)利要求1所述的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，其特征在于，所述速度指令發(fā)生器至少能設(shè)定2組減速開始位置和停止動作開始位置，并能選擇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)使用的減速開始位置和停止動作開始位置，使在所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值達(dá)到所述選擇的減速開始位置時(shí)開始減速，在達(dá)到所述選擇的停止動作開始位置時(shí)開始停止動作。
4.一種同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，具有檢測同步電動機(jī)的電流的電流檢測器；使用該電流檢測器得到的檢測電流，算出所述同步電動機(jī)的速度推定值和磁極位置推定值的位置·速度推定器；以及使用速度指令和所述速度推定值對所述同步電動機(jī)進(jìn)行速度控制的速度控制器，在不使用旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的情況下對同步電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，其特征在于，具備輸出作為定位計(jì)數(shù)基準(zhǔn)的基準(zhǔn)位置信號的基準(zhǔn)位置信號輸出手段；在輸入該基準(zhǔn)位置信號時(shí)將累計(jì)值置零，同時(shí)從所述位置·速度推定器取入磁極位置推定值，并開始進(jìn)行計(jì)數(shù)的相對位置計(jì)數(shù)器；輸出速度指令變更位置信號的速度指令變更位置信號輸出手段；以及具有根據(jù)從基準(zhǔn)位置移動的移動量的指令值與所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值之間的偏差進(jìn)行位置控制的位置控制器，輸出速度指令的速度指令發(fā)生器。
5.如權(quán)利要求4所述的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，其特征在于，所述速度指令發(fā)生器能夠設(shè)定減速開始位置，并且在所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值達(dá)到所述減速開始位置時(shí)開始減速，在所述速度指令變更位置信號輸出手段輸出速度指令變更位置信號時(shí)開始停止動作。
6.如權(quán)利要求4所述的同步電動機(jī)的無傳感器控制裝置，其特征在于，所述速度指令發(fā)生器能夠設(shè)定減速開始位置、第1動作變更相對位置以及第2動作變更相對位置，并且能在所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值達(dá)到所述第1動作變更相對位置或所述第2動作變更相對位置時(shí)變更速度指令，在所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值達(dá)到所述減速開始位置時(shí)開始減速，在所述速度指令變更位置信號輸出手段輸出速度指令變更位置信號時(shí)開始停止動作。
全文摘要
本發(fā)明是在不使用旋轉(zhuǎn)位置檢測裝置的情況下驅(qū)動同步電動機(jī)的同步電動機(jī)無傳感器控制裝置，所述裝置具備相對位置計(jì)數(shù)器(4)與速度指令發(fā)生器(3)，前者在輸入作為定位計(jì)數(shù)的基準(zhǔn)的基準(zhǔn)位置信號時(shí)使累計(jì)值置零，同時(shí)從所述位置·速度推定器取入磁極位置推定值作為基準(zhǔn)位置，開始進(jìn)行累計(jì)；后者具有根據(jù)從基準(zhǔn)位置移動的移動量指令值與所述相對位置計(jì)數(shù)器輸出作為相對位置的累計(jì)值之間的偏差，進(jìn)行位置控制的位置控制器29，輸出速度指令，從而得到能將不具有位置檢測器的同步電動機(jī)定位于規(guī)定位置的同步電動機(jī)無傳感器控制裝置。
文檔編號G05B11/01GK1473290SQ01818470
公開日2004年2月4日 申請日期2001年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月27日
發(fā)明者貝谷敏之, 谷敏之 申請人:三菱電機(jī)株式會社