[发明专利]伺服电动机的控制装置及方法

说明书

本发明提供一种控制装置，在控制交流伺服电动机时，以小的运算负荷可靠地抑制减速开始时的电流过冲导致的过电流的产生，而不会过度地限制转矩。在通过d轴电流指令和q轴电流指令进行电动机的矢量控制时，对于关于电动机在d轴‑q轴坐标平面内规定的电压饱和圆，基于电动机的转速和输入到逆变器电路的主电路电源电压，求出电压饱和圆的半径表示的电流值，利用将该电流值乘以规定的修正值所得的值限制转矩指令，并作为q轴电流指令。

技术领域

本发明涉及控制交流伺服电动机的装置及方法。

背景技术

作为控制经由逆变器来驱动的交流伺服电动机的位置(旋转角)及速度(转速)的方法，近年来，对与转矩分量对应的q轴电流和与磁场分量对应的d轴电流双方进行控制，将q轴电流及d轴电流转换成三相电流来驱动电动机的、所谓的矢量控制成为主流。因为d轴电流相当于无效电流，所以在电动机中，在未产生电压饱和的区域，以尽可能减小d轴电流的方式进行控制。例如，在专利文献1中公开了一种技术，以如下方式进行控制：在转速N从转速零到第一转速的第一期间(加速区域)，将d轴电流设为零，在超过第一转速到第二转速的第二期间(高速区域)，使d轴电流逐渐增加。在专利文献1记载的技术中，就d轴电流在高速区域的增加形式而言，在将横轴作为转速、将纵轴作为d轴电流的坐标图中，是随着转速增大，d轴电流逐渐接近穿过原点的某线性函数直线。

在伺服电动机的控制中，有时期望不使电动机的加速特性(例如加速时间)和减速特性(例如减速时间)之间产生大的差。另外，有时也期望可以通过小容量的控制装置控制电动机、特别是期望可以减小再生控制需要的电路元件的电容。专利文献2中公开了一种技术，为了不使加速时间和减速时间之间产生大的差，且为了减小再生晶体管的电容，在再生时对动力运行时的最大转矩进行以折线近似后的转矩限制。在该方法中，速度越变高，转矩限制即q轴电流的限制值越降低。另外，在专利文献3中公开了一种技术，作为对电动汽车等由于将蓄电池作为电源而使得电源电压可能大幅变动的系统中的电动机的控制方法，无论动力运行时还是再生时，都以在高速侧与速度成反比的方式限制转矩，并且，动力运行时的转矩限制与电源电压也成正比。根据该方法，在动力运行时能够避免电压降低造成的逆变器输出电压的饱和，并且能够确保再生时的充电量(能量回收量)。

由d轴电流分量和q轴电流分量构成的矢量因伴随电动机的旋转的反电动势和电源电压而受到制约。专利文献4中公开了一种技术，在控制同步电动机时，考虑电动机的数学模型，在dq平面中，求出由逆变器或电动机限制的电流限制圆和表示电动机的反电动势造成的饱和的电压限制椭圆(电压饱和椭圆)的交点，基于交点位置生成电流指令。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-192473号公报

专利文献2：日本特许第3672883号公报

专利文献3：日本特许第4931105号公报

专利文献4：日本特开2016-226270号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

使高速旋转的伺服电动机减速时，在减速开始时电动机电流(q轴电流)增加。此时，电流产生过冲而超过规定值，由此会检测到过电流，有时产生电动机出现空转停止(逆变器输出的停止造成的电动机的惰性停止)的现象。在空转停止中，基于来自外部的位置指令或速度指令的电动机的控制完全不起作用。为了抑制空转停止的产生，认为电动机速度越高，即电动机转速越大，越降低转矩电流指令的限制值，但此时，在运用了专利文献2所记载的方法的情况下，产生如下问题等：(a)根据折线的坐标进行直线插补，求出转矩限制值，因此，运算负荷大；(b)虽然有每个电动机的调节自由度，但是调节耗费时间；(c)根据电动机不同，电动机电流的过冲往往依赖于主电路电源的直流部的电压，在主电路电源的电压足够高的情况下，即使不产生问题的情况，也会降低转矩指令的限制值，不能有效利用电动机的能力。