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Dokumentenidentifikation DE69823136T2 19.08.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000909016
Titel Verfahren zur Steuerung eines Servomotors
Anmelder Tamagawa Seiki K.K., Iida, Nagano, JP
Erfinder Yasui, Takaji, Iida-shi, Nagano-ken, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69823136
Vertragsstaaten BE, CH, DE, ES, FR, GB, IT, LI, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.09.1998
EP-Aktenzeichen 983077769
EP-Offenlegungsdatum 14.04.1999
EP date of grant 14.04.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.08.2004
IPC-Hauptklasse H02P 5/00
IPC-Nebenklasse H02P 7/62   

Beschreibung[de]

Die vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren und Gerät zum Antreiben eines Servomotors, und insbesondere eine neue Verbesserung zum Detektieren der Energieversorgungsspannung unter Verwendung einer Stromgegenkopplungsschleife, enthaltend einen Stromsensor und einen A/D-Umsetzer, der üblicherweise für eine Motorstromdetektion verwendet wird, und das Steuern des Stroms unter Verwendung dieses detektierten Werts, wodurch die Steuer- bzw. Regeleigenschaften verbessert und die Kosten abgesenkt werden.

Die 1 zeigt ein übliches Verfahren dieses Typs, das allgemein als ein Verfahren zum Antreiben eines Servomotors verwendet wurde.

D. h., ein Strombefehl Icmd wird bei einem Rechner 1 eingegeben. Die Ausgabe 1a des Rechners 1 wird über einen Proportional- und/oder Integrierregler 2 gesendet, und wird als ein Spannungsbefehl 2a bei eine Energieumsetzer 3 eingegeben, enthaltend eine bekannte Energieelement-Konfiguration. Der Energieumsetzer 3 bewirkt das Zuführen eins Drei-Phasen-Treiberstroms Iu, Iv und Iw zu dem Servomotor 4. Zwei Stromsensoren 5 detektieren einen Teil des Drei-Phasen-Treiberstroms Iu, Iv, Iw, und der detektiere Stromwert Ivcc wird bei einem Rechner 1 über einen A/D-Umsetzer 6 eingegeben, wodurch eine Stromgegenkopplungssteuerung bzw. Regelung gebildet wird.

Da das übliche Servomotor-Treiberverfahren die oben beschriebene Konfiguration aufweist, hat es Probleme dahingehend, wie sie folgend dargelegt sind.

D. h., es sind ein Stromsensor und ein teurer A/D-Umsetzer erforderlich, zum Bilden des Stromgegenkopplungssystems, unter Bildung eines beträchtlichen Hindernisses zum absenken der Kosten des Regelsystems.

EP-0419656 A1 beschreibt einen Geschwindigkeit-Controller zum Steuern der Geschwindigkeit eines Servomotors durch die PWM-Steuerung des Wechselrichters, wodurch die Energiezufuhr bzw. Versorgungsspannung des Wechselrichters zum Beibehalten einer konstanten Verstärkung des Verstärkers in der Stromschleife detektiert wird.

Die Veröffentlichung "Stromsensorfrei feldorientierte Steuerung eines synchronen Reluktanzmotors" durch Matsuo et al von der Konferenz-Aufzeichnung der Industrieanwendungs-Konferenz IAS, jährliches Treffen, Toronto, Oktober 3–6, 1993, Band Teil 1, Nr. der Sitzung 28, Seiten 672–678, beschreibt eine Regelstrategie für einen synchronen Reluktanzmotor, die die Anforderung für eine Stromsensor eliminiert. Das Regelschema enthält einen Spannungsreferenzrechner zum Erzeugen der erforderlichen Spannungsreferenzen anhand des Drehmomentbefehls und der Motorgeschwindigkeit.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Treiben eines Servomotors geschaffen, wie es in dem angefügten Anspruch 1 herausgestellt ist, sowie ein Gerät zum Treiben eines Servomotors, wie es in dem angefügten Anspruch 4 herausgestellt ist.

Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2, 3, 5 und 6 herausgestellt.

Die vorliegenden Erfindung wurde realisiert, um die obigen Probleme zu lösen, und sie zielt insbesondere auf die Bereitstellung eines Verfahrens zum Treiben eines Servomotors, wobei durch Detektion der Energieversorgungsspannung ohne Verfahren einer üblichen Stromgegenkopplungsschleife für die Motorstromdetektion und zum Steuern bzw. Regeln dieses detektierten Werts Regeleigenschaften verbessert und Kosten abgesenkt werden können.

Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben; es zeigen:

1 ein Blockschaltbild zum Darstellen eine üblichen Regelverfahrens;

2 ein Blockschaltbild zum Darstellen eines Servomotor-Treiberverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

3 ein Regelblockschaltbild zum Darstellen der Recheninhalte des Stromcontrollers nach 2;

4 ein Regelblockschaltbild zum Darstellen des normalen Regelzustands nach 3; und

5 ein Blockschaltbild zum Berechnen eines Spannungsbefehls des Stromcontrollers nach 2.

Nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsformen des Servomotor-Treiberverfahrens der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung detailliert. Gleiche und ähnliche Elemente, wie bei dem üblichen Beispiel, werden unter Verwendung gleicher Bezugszeichen erläutert.

Wie in 2 gezeigt, wird ein Strombefehl Icmd, der einen Strombefehlswert enthält, bei einem Stromcontroller 2A eingegeben, und ein Spannungsbefehl Vcmd von dem Stromcontroller 2A liegt bei einem bekannten Energiewandler 3 an. Eine Antriebsenergiequelle 6 zum Treiben der Energieelemente, in dem Diagramm nicht gezeigt, ist mit dem Energiewandler 3 verbunden. Der Energiewandler 3 bewirkt die Zuführung eines Drei-Phasen-Treiberstroms Iu, Iv, Iw zu dem Servomotor 4. Ferner werden ein detektierter Wert Vcc einer Energieversorgungsspannung V der Antriebsenergiequelle 6 und ein detektierter Wert Ivcc eines Energiestroms I der Antriebsenergiequelle 6 durch den Stromcontroller 2A erfasst.

Das in 2 gezeigte Regelsystem unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten üblichen Regelsystem im Hinblick auf die Tatsache, dass der Stromcontroller 2A das Anlegen eines Spannungsbefehehls 2a bewirkt, der unter Verwendung des detektierten Werts Vcc der Energieversorgungsspannung V gesteuert bzw. geregelt wird, sowie des detektierten Werts Ivcc des Energiestroms I der Antriebsquelle 6, zu dem Energiewandler 3. Dann wird der Servomotor antriebsgesteuert, durch den Drei-Phasen-Treiberstrom I7, Iv, Iw, erhalten von dem Energiewandler 3.

Als nächstes wird die Rechensteuerung bzw. Regelung des Stromcontrollers 2A spezifisch erläutert. Die 3 zeigt die Recheninhalte für den Servomotor 4 und den Stromcontroller 2A in Blockform. Der Strombefehl Icmd wird bei dem ersten Rechner 10 eingegeben, über ein Umkehrrechensystem (Ra + Las), das umgekehrt ist im Hinblick auf das Rechensystem (1/Ra + Las) des Servomotors 4. Die Ausgabe 10a von dem ersten Rechner 10 wird bei dem zweiten Rechner 11 eingegeben. Die Ausgabe 11a des zweiten Rechners 11 passiert über das Rechensystem (1/Ra + Las), ein Drehmomentenkonstante kt und einen Trägheitsmoment 1/Js, wodurch eine Motorgeschwindigkeit &ohgr; erhalten wird. Hier repräsentiert der oben erwähnte Ra den Motorwiderstandswert, Ra repräsentiert die Motorinduktivität und s repräsentiert einen Laplace Operator. Es wird jede induzierte Spannungskonstante KE, erhalten von der Motorgeschwindigkeit &ohgr;, bei den Rechnern 10 und 11 eingegeben.

Als nächstes, wenn die Rechenregelung mit der Konfiguration nach 3 normal funktioniert, erreicht sie den in 4 gezeigten Rechensteuerzustand, wobei die Antwort der Stromantwortschleife des Servomotors 4 den Wert 1 hat, und das Stromregelsystem folgt akurat dem Stromsollwert. Jedoch muss in dem in 4 gezeigten Stromregelsystem 4, damit direkt Schwankungen der Energieversorgungsspannung V empfangen werden, ein detektierter Wert Vcc der Energieversorgungsspannung V detektiert werden, und der Spannungsbefehl Vcmd muss entsprechend korrigiert werden.

Zum Ausführen der obigen Korrektur erfolgt eine Regelung mittels einer numerischen Berechnung unter Verwendung eines Rechenregelsystems mit den in 5 gezeigten Rechenregelblöcken. Zunächst wird der Strombefehl Icmg bei dem zweiten Rechner 10 von dem ersten Rechner 10A über eine erste Schleife 20 eingegeben, wobei die Antwort von der Stromregelschleife von dem Motorwiderstandswert R 1 ist, und einer zweite Schleife 21 (&tgr;es, einem Produkt der elektrischen Zeitkonstante &tgr;e und dess Laplace Operators s, wobei &tgr;e gleich La [Motorinduktanz] ist/Ra [Motorwiderstandswert]), in derselben Weise wie bereits in 3 dargelegt. Ein Spannungsrechner 21A steuert die Ausgabe 11a des zweiten Rechners 11 durch numerische Berechnung von Vcom/Vcc (wobei Vcom ein projizierter Wert der Energieversorgungsspannung V ist, und Vcc ist der detektierte Wert der Energieversorgungsspannung V). Dann liegt der Spannungsbefehl Vcmd, der nun in Übereinstimmung mit der Schwankung der Energiespannung V korrigiert ist, an dem Energiewandler 3 an. Die Programmabfolge zum Berechnen des Spannungsbefehls Vcmd in 5 wird anhand der Gleichung (1) in dem folgenden Ausdruck ausgedrückt:

[Beispiel 1]

Vcmd = {Ra(Ik – &tgr;e/T[Ik – Ik – 1]) + kE·&ohgr;k}Vcom/Vcc Ik – Strombefehl bei Abtastung bei k

Ik – 1 – Strombefehl bei Abtastung bei (k – 1)

&ohgr;k – Motorgeschwindigkeit bei Abtatung bei k

T – Abtastzeit

Ra – Motorwiderstandswert

&tgr;e – Elektrische Zeitkonstante = La/Ra

La – Motorinduktivität

kE – Konstante der induzierten Spannung

Vcom – Projizierter Wert der Energiespannung

Vcc – Detektierter Wert der Energiespannung

Vcmd – Spannungsbefehl

Ferner wird während der normalen Rechenregelung eine Gleichheit erzielt, wobei gilt K·Icmd × kt × &ohgr; = Vcc × Ivcc (wobei k eine Proportionalitätskosntent ist, Icmd ein Motordstrombefehlist, kt die Drehmomentkonstante ist, &ohgr; die Motorgeschwindigkeit ist, Vcc der detektierte Wert der Energieversorgungsspannung ist, und Ivcc der detektierte Wert des Energieversorgungsstroms ist). Demnach wird ein Fall, wo die obige Gleichung nicht erzielt wird, als ein Zustand eines Motorüberstroms bestimmt, insbesondere als eine Regelunregelmäßigkeit.

Das Servomotor-Treiberverfahren der vorliegenden Erfindung hat die oben beschriebene Konfiguration, und es erzielt demnach die folgenden vorteilhaften Wirkungen. D. h., da sich das Gesamtsystem mittels einer numerischen offenen Rechenschleife regeln lässt, gibt es keine Anforderung für ein Stromgegenkopplungssystem unter Verwendung eines Stromsensors und eines A/D-Umsetzers, die üblicherweise eingesetzt wurden. Die konsequente Reduktion der Teile ermöglicht die Reduzierung der Kosten.

Es ist zu erkennen, dass obgleich das, was beschrieben wurde, momentan als die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung angesehen wird, zahlreiche Modifikationen hierbei ausgeführt werden können, und es wird beabsichtigt, dass die angefügten Ansprüche sämtliche derartige Modifikationen abdecken, wie sie in den wahren Sinngehalt und Schutzbereich der Erfindung fallen.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zum Treiben eines Servomotors (4) auf der Grundlage eines Strombefehls, enthaltend die Schritte:

    Detektieren eines Werts einer Energieversorgungsspannung zum Treiben des Servomotors (4); und

    Strom steuern bzw. regeln eines Treiberstroms des Servomotors (4) unter Verwendung des detektierten Werts der Energieversorgungsspannung; wobei das Verfahren charakterisiert ist durch

    Bestimmen eines Falls, wo die Gleichung K·Icmd × kt × &ohgr; = Vcc × Ivcc nicht erzielt wird, als Zustand eines Motorüberstroms, mit K als Proportionalitätskonstante, Icmd als Motorstrombefehl, kt als Drehmomentkonstante, &ohgr; als Motorgeschwindigkeit, Vcc als detektierter Wert der Energieversorgungsspannung und Ivcc als detektierter Wert des Energieversorgungsstroms.
  2. Verfahren zum Treiben eines Servomotors (4) nach Anspruch 1, wobei die Stromsteuerung das Ausführen einer numerischen Berechnung enthält, unter Verfahren eines Motorwiderstandswerts (Ra), einer Motorinduktivität (La), einer Konstanten einer induzierten Spannung (kE) und einer Drehmomentkonstante (kt) des Servomotors (4).
  3. Verfahren zum Treiben eines Servomotors (4) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stromsteuerung ausgeführt wird unter Verfahren eines Umkehrrechensystems Ra + Las, das umgekehrt ist im Hinblick auf das Rechensystem des Servomotors (4), mit Ra als Motorwiderstandswert, La als Motorinduktivitätswert und s als Laplace Operator.
  4. Gerät zum Treiben eines Servomotors in Ansprechen auf einen Strombefehl, enthaltend:

    eine Vorrichtung zum Detektieren einer Energieversorgungsspannung zum Treiben des Servomotors (4); und

    eine Vorrichtung zum Stromsteuern eines Treiberstroms des Servomotors (4) in Ansprechen auf einen detektierten Wert der Energieversorgungsspannung; dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät enthält:

    eine Vorrichtung zum Bestimmung eines Falls, wo die Gleichung K·Icmd × kt × &ohgr; = Vcc × Ivcc nicht erzielt wird, als ein Zustand eines Motorüberstroms, mit K als Proportionalitätskonstante, Icmd als Motorstrombefehl, kt als die Drehmomentkonstante, &ohgr; als die Motorgeschwindigkeit, Vcc als detektierter Wert der Energieversorgungsspannung und Ivcc als detektierter Wert des Energieversorgungsstroms.
  5. Gerät zum Treiben eines Servomotors (4) nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung zum Stromsteuern eine Vorrichtung enthält zum Ausführen einer numerischen Berechnung unter Verwendung eines Motorwiderstandswerts (Ra), einer Motorinduktivität (La), einer Konstanten einer induzierten Spannung (kE) und einer Drehmomentkonstanten (kt) des Servomotors (4).
  6. Gerät zum Treiben eines Servomotors (4) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Stromsteuerung ausgeführt wird unter Verwendung eines Umkehrrechensystems Ra + Las, das umgekehrt ist in Hinblick auf das Rechensystem des Servomotors (4), mit Ra als Motorwiderstandswert, La als Motorinduktivität und s als Laplace Operator.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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