Method of operating an AC servomotor
EP 1139561 B1
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公开号 |
EP1139561 B1 |
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发布类型 |
授权 |
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专利申请号 |
EP20010302896 |
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公开日 |
2012年9月26日 |
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申请日期 |
2001年3月28日 |
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优先权日 |
2000年3月29日 |
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公告号 |
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发明者 |
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申请人 |
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导出引文 |
[0001]
The present invention relates to a method of operation an AC servo motor driving a cutting tool in a machine tool.
[0002]
Control methods for driving AC motors such as AC servo motor include PWM (pulse width modulation) method, variable frequency method, amplitude modulation method, etc.
[0003]
In the PWM method, a switching element of a three-phase inverter is controlled to be turned on and off by a PWM signal generated by the PWM method, and a voltage from a direct-current power source is applied to each phase of the motor to drive and control the motor. Fig. 1 shows a part (for one phase) of a three-phase inverter, and this threephase inverter has a combination of transistors T 1 and T2 for each phase as a switching element.
[0004]
Fig. 2 is an explanatory diagram of dead zone in PWM control for turning on and off the transistors of the inverter. A PWM command (voltage command) issued from current control loop or the like and a triangular wave (or sawtooth wave) are compared with each other. When the triangular wave is higher than the PWM command, a PWM signal is generated such that the transistor T1 is on while the transistor T2 is off.
[0005]
On the other hand, when the triangular wave is lower than the PWM command, the transistor T1 is off while the transistor T2 is on.
[0006]
However, if the combined transistors T1 and T2 are simultaneously turned on, then the control power source E is shortcircuited and an excessive current may flow. To avoid such phenomenon, for both transistors T1 and T2, simultaneous OFF time is provided as a dead zone delta; when on/off changeover is performed.
[0007]
The time width of the dead zone delta; is determined based on the switching speed of the transistor serving as a switching element, and it is usually about several microseconds. The dead zone delta; is provided by shortening the ON time of the transistors T1, T2. Further, upon every on/off of the PWM signal of rectangular wave for turning on and off the transistors T1, T2, a dead zone delta; of specific width is provided.
[0008]
Accordingly, when the on/off period of PWM signal becomes shorter, that is, when the period of the triangular wave (PWM period) becomes shorter, the number of times the dead zone delta; is provided within a specific time increases, and the duration of non-application time of voltage to the motor is increased (note that voltage is applied to the motor when one of the transistors T1 and T2 is on and the other is off).
[0009]
When the motor accelerates or decelerates steeply, the duration of one of the transistors being off and the other being on becomes longer. However, as a dead zone delta; exists, ON time becomes shorter by the time width of this dead zone delta;, and voltage is not applied to the motor for the time corresponding to the dead zone, thereby undesirably decreasing the output torque of the motor during a steep acceleration or deceleration.
[0010]
Generally, as current control period becomes shorter, PWM period (period of triangular wave) becomes shorter, too. If the period becomes shorter, error can be detected and corrected quickly, and improvement of control precision (operation precision, machining precision, moving track precision, etc.) is realised. However, as the number of times of PWM period within a specific time increases, the number of times of appearance of dead zone also increases, which results in a decline of torque.
[0011]
There is known from the prior art, in particular US-A-4 691 269 , US-A-5,744,927 and US-A-5,068,777 a motor control device comprising a numerical controller for issuing a move command, and a servo controller for driving and controlling an AC servomotor through a servoamplifier operable in accordance with a PWM method in dependence upon a move command issued by the numerical controller, the servoamplifier comprising switching elements for applying voltage to each phase of the AC servomotor under PWM control, the numerical controller comprising PWM period change instructing means for instructing change of the PWM period, and the servo controller comprising PWM period changing means for changing the PWM period cor
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交流伺服电机的操作方法
EP 1139561 B1
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公开号 |
EP1139561 B1 |
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发布类型 |
授权 |
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专利申请号 |
EP20010302896 |
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公开日 |
2012年9月26日 |
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申请日期 |
2001年3月28日 |
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优先权日 |
2000年3月29日 |
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公告号 |
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发明者 |
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申请人 |
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[0001]
本发明涉及交流伺服电机驱动机床的切削工具的一种操作方法。
[0002]
用于驱动交流电动机，例如交流伺服电机的控制方法包括PWM（脉宽调制）方法，变频方法，幅度调制方法等。
[0003]
在PWM方法中，三相逆变器的开关元件的控制通过由PWM方法产生的PWM信号接通和断开，并由直流电源的电压施加到电动机的各相来驱动和控制电动机。图1表示一个三相逆变器的一部分（一相），该三相逆变器具有用于各相作为开关元件的晶体管T1和T2的一个组合。
[0004]
图2是PWM用于接通和关断逆变器晶体管的控制死区示意图。从电流控制环发出的一个PWM命令（电压指令）或类似的指令与三角波（或锯齿波）相互比较。当三角波大于PWM命令更高时，产生的PWM信号让晶体管T1接通，晶体管T2关断。
[0005]
另一方面，当三角波大于PWM命令下，晶体管T1关断，而晶体管T2接通。
[0006]
但是，如果组合的晶体管T1和T2同时导通，则控制电源E短路并且流过过大的电流。为了避免这种现象，当开/关切换执行时，这两个晶体管T1和T2同时关断的时间由死区delta;提供。
[0007]
死区delta;的时间宽度是根据作为开关元件的晶体管的开关速度决定，通常为大约几微秒。死区delta;由晶体管T1，T2的接通时间缩短提供。此外，在每一个通/断矩形波的PWM信号用于接通和关断晶体管T1，T2时，特定宽度的死区delta;已经设置好了。
[0008]
因此，当PWM信号的开/关周期变短，即当三角波的周期（PWM周期）变短，死区delta;的次数在一个特定的时间内增加，并且非应用电压通过电动机的持续时间增加（请注意，电压被施加到马达时，晶体管T1和T2中的一个接通，而另一个是关闭的）。
[0009]
当马达瞬间加速或减速时，晶体管一个断开和另一个接通的持续时间变长。然而，因为死区delta;的存在，接通的时间因为这个死区delta;的时间宽度变短，并且电压在死区的对应时间内不施加到马达，因此在加速或减速时非意愿地减小了电机的输出转矩。
[0010]
一般来说，当当前控制周期变短，PWM周期（三角波的周期）也变短了。如果周期变得更短，能迅速检测到的错误，并纠正，还有控制精度（操作精度，加工精度，运动轨迹精度等）的改进能迅速实现。然而，当PWM周期在特定时间内增加次数，死区出现的次数也增加，这会导致扭矩的衰弱。
[0011]
从现有技术所知，特别是US-A-4 691 269，US-A-5744927和US-A-5068777，电动机控制装置包括一个用来发出移动指令的数值控制器，和一个通过根据依赖于数值控制器发出的移动指令的PWM方法来操作的伺服放大器来驱动和控制交流伺服电机的伺服控制器，伺服放大器包括用于将电压施加到PWM控制下的AC伺服电机的开关元件，数值控制器包括：PWM周期变更指示装置，用于指示所述PWM周期的变化，所述的伺服控制器包括PWM周期改变装置，用于根据相应的PWM周期变更命令改变PWM周期。
[0012]
本发明的目的是提供一种能够在电动机由于在PWM控制下电压没有施加到电动机造成的死区持续导致输出转矩的下降的问题的电动机控制的方法。
[0013]
本发明提供了列在权利要求1中操作一个交流伺服马达的方法。
[0014]
在本发明中，考虑到电动机的输出转矩的考虑下降是由于在电压未施加于PWM控制电动机死区时间的影响，PWM周期的变化可以根据高转矩或高控制精度是否是必需的，并且可以在需要高转矩时防止转矩的下降，而当需要控制精度时控制精度可以提高，而不是更高的扭矩。
[0015]
本发明的原理通过参照图3来说明。通常，为了提高控制精度（操作精度，加工精度，移动track~precision等），该操作在模式B中，其中电流控制周期和PWM周期设置较短。当周期较短，控制精度提高。另一方面，在高加速或减速时需要高的扭矩，例如，操作设置在模式A当电流控制周期和PWM周期都较长，或至少PWM周期较长。因此，死区delta;的时间在指定时间内的速度被降低。其结果是，可最佳地抑制由于死区产生的转矩的减少。
[0016]
在本发明中，在电动机控制装置的数值控制装置，PWM周期变更指示装置意味着可以指示PWM周期变化。另外，在电机控制装置的伺服控制器，PWM周期的改变意味着有用于改变对应于PWM周期的改变PWM周期命令提供。因此，为了应付是否需要高控制精度或高转矩，数值控制器必须发出命令，并控制电动机切换到模式B或模式A
[0017]
PWM周期变更指示装置意味着可以根据来自数值控制装置发出的移动指令的类型或根据由移动命令指示的操作精度，运行速度或速度的程度来改变一个PWM周期，如模式B或模式A。
[0018]
而且，在由三角波产生的PWM周期中，PWM周期改变装置改变通过改变三角波的频率来改变PWM周期。进而，当PWM周期改变时，伺服控制器里的PWM周期，当前环路增益，速度控制增益和/或位置环增益也都改变了。
[0019]
为了更好地理解本发明,来展示同样的方法怎么生效,现在通过举例子的方式说明,在相应的图纸：
图1是描述逆变器的一部分的图。
图2是在PWM控制电压没有施加到电动机死区时间的说明图
图3是本发明的原理的说明图。
图4是本发明一个具体化的马达控制装置的框图。
图5是通过伺服控制器的实施例中的处理器来执行PWM周期设定处理的流程图。
图6是表示当电流控制周期和PWM周期延长电动机输出转矩的测量试验的结果的图。
图7是表示当电流控制周期和PWM周期被缩短（图6的1/2周期）电动机输出转矩的测量试验的结果的图。
图8是表示当电流控制周期是与图的电动机输出转矩的测量结果的图 7和PWM周期的两倍长，如图7（和图6）。
图4是一个用交流伺服电机作电动机驱动进给轴或主轴的各种工业机械的马达控制装置的框图，例如，机床，机器人，注塑机，放电加工机和电动压力机。在该框图中，电机控制装置与传统的电机控制装置基本相同。
[0020]
数值控制器1根据程序或类似的其他写入伺服电动机5的移动指令和各种用于驱动机器各轴的信息到一个共享RAM 2，并把它们转移到一个伺服控制器3的处理器。另一方面，伺服控制装置3的处理器读取被写入共享RAM 2中来自数值控制器1的移动指令和各种信息，并写入要传送至数值控制器1的信息到共享RAM。
[0021]
伺服控制器3包括处理器，ROM，RAM，接口，和其它，并进行位置控制、速度控制和电流控制。该伺服控制器3接收来由伺服电机驱动的安装在伺服电动机5或可动单元（未示出）的位置/速度检测器（未示出）发出的位置/速度反馈信号，以及一个电流反馈信号用于检测流动的电流在伺服电机5。自检测器从
[0022]
在此伺服控制器3，PWM指令（电压指令）由位置，速度和电流反馈控制获得，并且所获得的PWM指令是发给伺服放大器4的。在伺服放大器4内，如上所述，基于接收到的PWM指令以及从三角波发生装置发出的三角波生成PWM信号。伺服电机5被在基于该PWM信号的伺服放大器里的逆变器的开关元件T1，T2，...的开/关控制驱动。
[0023]
在本发明中，除了上述结构，n数值控制器1包括PWM周期变更指示装置，用于通过共享RAM 2发出模式A或方式B的模式信号。此外，伺服控制器3包括PWM周期改变装置，它接收对应于所接收的模式（模式A或模式B）的模式信号去改变伺服增益（位置环增益，速度环增益，电流环增益），发出PWM周期的命令到伺服放大器4，并且使三角波发生装置产生相应于PWM周期的指令模式的频率。
[0024]
模式A或方式B的选择是通过将模式命令放入程序中，如NC程序和教学程序确定要被送入数值控制装置1。也就是说，模式B的命令要放入处具有控制精度高的程序位置，如加工精度及操作精密的操作，而模式A的命令要放在高扭矩的指示的程序位置，而不是控制精度高的指示位置。此外，数字控制器1包括PWM周期变化的指示装置，用于根据从程序读出的模式命令发出一个PWM周期变化的命令。。
[0025]
在程序中编写模式A或模式B的设计是非常简单的。但是，在许多情况下，作为一个要考虑控制精度的程序，包括如切削进给和快速进给，即使模式A或模式B的指定不被写入在程序，指示PWM周期变更的数值控制装置1可以根据从程序中读取的指令类型辨别高控制精度要求和高转矩要求的指令，其结果是模式A或模式B可被自动地选择，并发出相应命令类型的命令。
[0026]
例如，它可以设定选择基于移动指令的类型（或者基于在机床情况下的G代码）的模式，从而在轮廓控制下的切削进给的情况下发布模式B去允许高控制精度，或在快速进给的情况下发布模式A去授权产生更高的扭矩
[0027]
通常，在旋转的马达在一个很高的速度的时候，要求一个大的输出转矩，而不是高的控制精度。因此，该模式可以基于速度指令的幅度来选择（例如，在速度指令比预定速度高的情况下选择模式A去产生高扭矩，而在比预定速度低的情况下选择模式B）。
[0028]
通常，当速度变化很大的时候，也就是说，在高加速或高减速的情况下，需要高转矩。因此，通过比较本速度命令和下一速度指令的差，当该差值大于该预定值，当中加速或减速是比较大时应切换到模式A，而当该差值小于预定值时切换到模式B。
[0029]
另一方面，服控制器3的PWM周期改变装置，在接收到模式切换指令，发出一个PWM周期命令用于转换伺服放大器
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资料编号：[152883]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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