電動(dòng)機(jī)控制裝置、電動(dòng)機(jī)控制方法、縫紉機(jī)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明對(duì)無(wú)助于速度變化的修正的多余電流進(jìn)行抑制、使電動(dòng)機(jī)的有效電流降低。一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其對(duì)由于周期性的負(fù)載變動(dòng)而產(chǎn)生速度變化的伺服電動(dòng)機(jī)(3)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，該電動(dòng)機(jī)控制裝置具備：速度檢測(cè)部(12)，其對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度進(jìn)行檢測(cè)；速度偏差運(yùn)算器(13)，其基于伺服電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度生成指令電流；以及濾波器電路(14)，其將指令電流所包含的由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除，該電動(dòng)機(jī)控制裝置通過(guò)將變動(dòng)成分去除后的指令電流，對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
電動(dòng)機(jī)控制裝置、電動(dòng)機(jī)控制方法、縫紉機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及對(duì)與縫紉機(jī)的主軸連結(jié)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置、電 動(dòng)機(jī)控制方法、縫紉機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在負(fù)載裝置中，由于在電動(dòng)機(jī)的輸出端連結(jié)有各種負(fù)載，因此由于電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn) 一周中的周期性的負(fù)載變動(dòng)而產(chǎn)生速度變化。當(dāng)前，已知對(duì)負(fù)載裝置的電動(dòng)機(jī)的速度變化 進(jìn)行檢測(cè)，在電動(dòng)機(jī)控制上實(shí)施校正而減小速度變化的方法(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2)。在 專(zhuān)利文獻(xiàn)1的電動(dòng)機(jī)控制中，對(duì)由負(fù)載引起的速度變化進(jìn)行監(jiān)視，校正針對(duì)電動(dòng)機(jī)的指令 值，由此抑制電動(dòng)機(jī)的速度變化。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載的電動(dòng)機(jī)控制中，與周期性的負(fù)載狀 態(tài)相匹配地校正針對(duì)電動(dòng)機(jī)的輸出電流而控制旋轉(zhuǎn)速度，由此抑制負(fù)載裝置側(cè)的聲音、振 動(dòng)。
[0003] 專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2006 -109544號(hào)公報(bào) [0004] 專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2007 - 295673號(hào)公報(bào)
[0005] 在專(zhuān)利文獻(xiàn)1、2中記載的電動(dòng)機(jī)控制中，如果使用高性能的電動(dòng)機(jī)，則能夠抑制由 負(fù)載變動(dòng)引起的速度變化，但存在成本高的問(wèn)題。另一方面，在性能低、價(jià)格便宜的電動(dòng)機(jī) 中響應(yīng)性存在極限，即使增加電壓、電流，也無(wú)法抑制速度變化。在該情況下，盡管無(wú)法得到 所需的輸出，但為了進(jìn)行電動(dòng)機(jī)控制，增加電壓、電流而使額外的電流流過(guò)電動(dòng)機(jī)。由此，存 在下述問(wèn)題，即，有效電流增加，電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)降低，額外的電流對(duì)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱造成 影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于，提供一種能夠?qū)o(wú)助于速度變 化的修正的多余電流進(jìn)行抑制，使電動(dòng)機(jī)的有效電流降低的電動(dòng)機(jī)控制裝置、電動(dòng)機(jī)控制 方法、縫紉機(jī)。
[0007] 本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置，對(duì)由于周期性的負(fù)載變動(dòng)而產(chǎn)生速度變化的電動(dòng)機(jī)進(jìn) 行驅(qū)動(dòng)控制，該電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于，具備:速度檢測(cè)部，其對(duì)所述電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速 度進(jìn)行檢測(cè);指令電流生成部，其基于所述電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度生成指令電流；以及濾波器電 路，其將所述指令電流所包含的由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除，該電動(dòng)機(jī)控制裝置通過(guò) 將所述變動(dòng)成分去除后的指令電流，對(duì)所述電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
[0008] 本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法，其對(duì)由于周期性的負(fù)載變動(dòng)而產(chǎn)生速度變化的電動(dòng)機(jī) 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，該電動(dòng)機(jī)控制方法的特征在于，具備:對(duì)所述電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度進(jìn)行檢測(cè)的 步驟;基于所述電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度生成指令電流的步驟；以及將所述指令電流所包含的由 負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除的步驟，該電動(dòng)機(jī)控制方法通過(guò)將所述變動(dòng)成分去除后的指 令電流，對(duì)所述電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
[0009] 根據(jù)這些結(jié)構(gòu)，從與電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度相對(duì)應(yīng)的指令電流將由負(fù)載變動(dòng)引起的變 動(dòng)成分去除。在使用響應(yīng)性存在極限、價(jià)格便宜的電動(dòng)機(jī)的情況下，如果應(yīng)用這些結(jié)構(gòu)，則 抑制無(wú)助于對(duì)由負(fù)載變動(dòng)引起的速度變化的修正的多余電流，電動(dòng)機(jī)的有效電流減少。由 此，能夠減少被電動(dòng)機(jī)多余地消耗的能量，改善電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。
[0010] 在上述的電動(dòng)機(jī)控制裝置中，在所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)一周中負(fù)載變動(dòng)發(fā)生η次的情 況下，所述濾波器電路將濾波器的中心頻率設(shè)定為表示所述電動(dòng)機(jī)的每單位時(shí)間的轉(zhuǎn)速的 速度頻率的η倍，從所述指令電流將由所述負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能 夠根據(jù)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)一周中產(chǎn)生的負(fù)載變動(dòng)的次數(shù)容易地求出變動(dòng)成分，能夠設(shè)定濾波器 的中心頻率以使得從指令電流將變動(dòng)成分去除。
[0011] 在上述的電動(dòng)機(jī)控制裝置中，所述速度頻率是根據(jù)設(shè)定速度而求出的，該設(shè)定速 度是基于針對(duì)所述電動(dòng)機(jī)的位置指令的設(shè)定速度。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)與針對(duì)電動(dòng)機(jī)的 位置指令相對(duì)應(yīng)的速度頻率而求出由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分。由于濾波器的中心頻率與 針對(duì)電動(dòng)機(jī)的位置指令相應(yīng)地可變，因此能夠適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)于設(shè)定速度發(fā)生變化的負(fù)載變 動(dòng)的變動(dòng)成分去除。
[0012] 在上述的電動(dòng)機(jī)控制裝置中，所述速度頻率是根據(jù)由所述速度檢測(cè)部檢測(cè)出的所 述電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度而求出的。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)與電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度相對(duì)應(yīng)的速度 頻率求出由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分。由于濾波器的中心頻率對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度可 變，因此能夠適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)于當(dāng)前速度發(fā)生變化的負(fù)載變動(dòng)的變動(dòng)成分去除。
[0013] 本發(fā)明的縫紉機(jī)的特征在于，具備上述的電動(dòng)機(jī)控制裝置；以及電動(dòng)機(jī)，其被電動(dòng) 機(jī)控制裝置驅(qū)動(dòng)控制。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠減少在縫紉機(jī)中所使用的電動(dòng)機(jī)的有效電流，改善 電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。
[0014] 另外，通過(guò)將使電動(dòng)機(jī)控制裝置執(zhí)行上述的電動(dòng)機(jī)控制方法的各步驟的程序安裝 于電動(dòng)機(jī)控制裝置，從而能夠在電動(dòng)機(jī)控制裝置中追加下述功能，即，從指令電流將由負(fù)載 變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除。
[0015] 發(fā)明的效果
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)從與電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度相對(duì)應(yīng)的指令電流將由負(fù)載變動(dòng)引起的 變動(dòng)成分去除，從而對(duì)無(wú)助于速度變化的修正的多余電流進(jìn)行抑制、使電動(dòng)機(jī)的有效電流 降低。由此，能夠改善電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的框圖。
[0018] 圖2是一般的電動(dòng)機(jī)控制的說(shuō)明圖。
[0019] 圖3是電動(dòng)機(jī)控制裝置的控制環(huán)圖。
[0020] 圖4是無(wú)濾波器及有濾波器的電動(dòng)機(jī)控制的說(shuō)明圖。
[0021 ]圖5是表示無(wú)濾波器的有效電流波形及速度變動(dòng)波形的圖。
[0022]圖6是表示有濾波器的有效電流波形及速度變動(dòng)波形的圖。
[0023] 標(biāo)號(hào)的說(shuō)明
[0024] 1主電源
[0025] 2整流器
[0026] 3伺服電動(dòng)機(jī)(電動(dòng)機(jī)）
[0027] 4逆變器電橋電路
[0028] 5電動(dòng)機(jī)控制裝置
[0029] 6平滑電容器
[0030] 7主電源電路部
[0031] 8半電橋電路
[0032] 9電流傳感器
[0033] 10編碼器
[0034] 11位置偏差運(yùn)算器
[0035] 12速度檢測(cè)部
[0036] 13速度偏差運(yùn)算器(指令電流生成部）
[0037] 14濾波器電路
[0038] 15微分器
[0039] 16頻率運(yùn)算器
[0040] 17電流偏差運(yùn)算器
[00411 18電流放大器
【具體實(shí)施方式】
[0042]下面，參照附圖，對(duì)本實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行說(shuō)明。圖1是電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)裝置的框圖。此外，本實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置并不限定于圖1所示的結(jié)構(gòu)， 能夠適當(dāng)變更。下面，對(duì)縫紉機(jī)的電動(dòng)機(jī)控制裝置進(jìn)行說(shuō)明，但關(guān)于縫紉機(jī)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)省略 說(shuō)明。
[0043]如圖1所示，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置具備:整流器2,其將來(lái)自三相交流或單相交流的主電 源1的交流變換為直流;逆變器電橋電路4，其將來(lái)自整流器2的直流變換為交流并輸出至伺 服電動(dòng)機(jī)（電動(dòng)機(jī))3;以及電動(dòng)機(jī)控制裝置5,其對(duì)逆變器電橋電路4進(jìn)行P麗控制。整流器2 處并聯(lián)連接有使整流器2的輸出（直流電壓)平滑的平滑電容器6。由整流器2、平滑電容器6 構(gòu)成主電源電路部7。逆變器電橋電路4具有相對(duì)于整流器2的輸出端彼此并聯(lián)連接的三相 的半電橋電路8u - 8w。
[0044] 在U相的半電橋電路8u中，一對(duì)開(kāi)關(guān)元件T1、T4串聯(lián)連接，相對(duì)于開(kāi)關(guān)元件T1、T4分 別并聯(lián)連接續(xù)流二極管D1、D4。同樣地，在V相的半電橋電路8ν中，一對(duì)開(kāi)關(guān)元件Τ2、Τ5串聯(lián) 連接，相對(duì)于開(kāi)關(guān)元件Τ2、Τ5分別并聯(lián)連接續(xù)流二極管D2、D5。在W相的半電橋電路8w中，一 對(duì)開(kāi)關(guān)元件T3、T6串聯(lián)連接，相對(duì)于開(kāi)關(guān)元件T3、T6分別并聯(lián)連接續(xù)流二極管D3、D6。
[0045] 另外，U相的開(kāi)關(guān)元件T1、T4的連接點(diǎn)、V相的開(kāi)關(guān)元件T2、T5的連接點(diǎn)、W相的開(kāi)關(guān) 元件Τ3、Τ6的連接點(diǎn)，分別經(jīng)由伺服電動(dòng)機(jī)3的未圖示的三相的勵(lì)磁線圈、電阻而相互連接。 從電動(dòng)機(jī)控制裝置5將PWM信號(hào)輸入至三相的半電橋電路8u - 8w。開(kāi)關(guān)元件Τ1 一 Τ6的柵極處 連接來(lái)自電動(dòng)機(jī)控制裝置5的輸入線，通過(guò)從電動(dòng)機(jī)控制裝置5將PWM信號(hào)施加至開(kāi)關(guān)元件 T1 一 T6，從而能夠?qū)油顟B(tài)和斷開(kāi)狀態(tài)進(jìn)行切換。
[0046] 通過(guò)開(kāi)關(guān)元件T1 一 T6的接通斷開(kāi)，將直流變換為交流而對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)3所需的電 力供給進(jìn)行控制。在U相的開(kāi)關(guān)元件T1、T4的連接點(diǎn)及W相的開(kāi)關(guān)元件T3、T6的連接點(diǎn)和電動(dòng) 機(jī)3的各端子之間，設(shè)置有將各相電流反饋至電動(dòng)機(jī)控制裝置5的電流傳感器9u、9w。在伺服 電動(dòng)機(jī)3處設(shè)置有對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)3的位置、速度進(jìn)行檢測(cè)的編碼器10。將由編碼器10檢測(cè)出 的位置、速度輸出至電動(dòng)機(jī)控制裝置5,通過(guò)電動(dòng)機(jī)控制裝置5對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)3進(jìn)行伺服控 制。
[0047]此外，開(kāi)關(guān)元件T1 一 T6是電流電壓控制元件即可，并不限定于功率晶體管，也可以 是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)nM0SFET(Metal-〇xide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、雙極晶體管。另外，續(xù)流二極管D1 - D6是構(gòu)成再生電流的路徑 的元件即可，也能夠使用內(nèi)置于功率晶體管的寄生二極管。而且，在這里對(duì)利用電流傳感器 9進(jìn)行Iu、Iw的2相的電流檢測(cè)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了例示，但也可以利用電流傳感器9進(jìn)行Iu、Iv、Iw 的3相的電流檢測(cè)。
[0048] 此外，本實(shí)施方式所涉及的縫紉機(jī)關(guān)于縫紉機(jī)的各部的詳細(xì)結(jié)構(gòu)省略了說(shuō)明，但 例如作為傳遞機(jī)構(gòu)具備主軸、針棒曲柄桿、天秤、天秤曲柄、大擺動(dòng)軸曲柄桿、大擺動(dòng)軸、下 軸等通常的縫紉機(jī)的結(jié)構(gòu)。
[0049] 按照上述方式構(gòu)成的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置被使用于伺服電動(dòng)機(jī)3的控制，該伺服電動(dòng) 機(jī)3與作為負(fù)載裝置的縫紉機(jī)(未圖示）的主軸連結(jié)。在該情況下，縫紉機(jī)的主軸處連結(jié)有將 伺服電動(dòng)機(jī)3的旋轉(zhuǎn)變換為各種動(dòng)作并進(jìn)行傳遞的傳遞機(jī)構(gòu)，該傳遞機(jī)構(gòu)成為對(duì)伺服電動(dòng) 機(jī)3的負(fù)載。如果由伺服電動(dòng)機(jī)3使縫紉機(jī)的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則在從伺服電動(dòng)機(jī)3觀察時(shí)與主軸連 結(jié)的負(fù)載的慣量會(huì)發(fā)生變化。因此，由于伺服電動(dòng)機(jī)3的旋轉(zhuǎn)一周中的周期性的負(fù)載變動(dòng)而 使旋轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。
[0050] 在現(xiàn)有技術(shù)中，為了消除由負(fù)載變動(dòng)引起的速度變化，優(yōu)選對(duì)流過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)3的 電流進(jìn)行控制。但是，在性能低的伺服電動(dòng)機(jī)3中電流控制的響應(yīng)性存在極限，即使將增益 (位置增益、速度增益)進(jìn)行增減而控制電流，也無(wú)法充分地抑制速度變化。在由負(fù)載變動(dòng)引 起的一定量的速度變化不成為問(wèn)題的情況下，盡管不會(huì)對(duì)作為縫紉機(jī)的功能造成影響，但 試圖消除速度變化的電流會(huì)流過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)3。因此，無(wú)助于速度變化的修正的多余的電流 流過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)3而使有效電流增加。
[0051] 在這里，參照?qǐng)D2,關(guān)于使用性能低的伺服電動(dòng)機(jī)時(shí)的增益調(diào)整和當(dāng)前速度的速度 變化，簡(jiǎn)單地進(jìn)行說(shuō)明。圖2是一般的電動(dòng)機(jī)控制的說(shuō)明圖。此外，在圖2中，由實(shí)線表示當(dāng)前 速度，由虛線表示指令速度，由單點(diǎn)劃線表示指令電流。
[0052] 如圖2A所示，在性能低的伺服電動(dòng)機(jī)3(參照?qǐng)D1)中，通過(guò)提高增益而能夠抑制加 速時(shí)的過(guò)沖，能夠增加功率(縫紉機(jī)的貫通力）。但是，無(wú)論如何提高增益，伺服電動(dòng)機(jī)3的響 應(yīng)性也存在極限，無(wú)法抑制由負(fù)載變動(dòng)引起的當(dāng)前速度的速度變化。伺服電動(dòng)機(jī)3的速度變 化沒(méi)有被修正，指令電流的振幅變大，向伺服電動(dòng)機(jī)3額外地流過(guò)電流，功率因數(shù)降低，對(duì)電 動(dòng)機(jī)的發(fā)熱造成影響。因此，也能夠想到在由負(fù)載變動(dòng)引起的速度變化不成為問(wèn)題的情況 下，降低響應(yīng)性而使伺服電動(dòng)機(jī)3不追隨速度變化。
[0053]在該情況下，如圖2B所示，通過(guò)降低增益而降低響應(yīng)性，從而能夠抑制伺服電動(dòng)機(jī) 3對(duì)負(fù)載變動(dòng)的追隨。由此，指令電流的振幅變小，能夠減少流過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)3的電流而改善 功率因數(shù)。但是，如果降低增益，則存在無(wú)法抑制加速時(shí)的過(guò)沖，而且無(wú)法得到目標(biāo)的功率 (縫紉機(jī)的貫通力）的問(wèn)題。這樣，如果提高增益，則功率因數(shù)降低，如果降低增益，則產(chǎn)生過(guò) 沖等的問(wèn)題，因此無(wú)法僅通過(guò)增益調(diào)整而適當(dāng)?shù)乜刂扑欧妱?dòng)機(jī)3。
[0054]因此，在本實(shí)施方式中，通過(guò)濾波器將指令電流所包含的由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng) 成分去除，減小指令電流的振幅。由此，能夠抑制伺服電動(dòng)機(jī)3對(duì)負(fù)載變動(dòng)的追隨，而不降低 增益。由此，能夠消除無(wú)助于由負(fù)載變動(dòng)引起的速度變化的修正的多余電流，減小有效電流 而改善伺服電動(dòng)機(jī)3的功率因數(shù)。而且，即使提高增益，指令電流的振幅也小，因此能夠抑制 加速時(shí)的過(guò)沖，而且能夠得到目標(biāo)的功率。
[0055] 下面，參照?qǐng)D3,對(duì)電動(dòng)機(jī)控制裝置的控制環(huán)進(jìn)行說(shuō)明。圖3是電動(dòng)機(jī)控制裝置的控 制環(huán)圖。此外，電動(dòng)機(jī)控制裝置的控制環(huán)是利用濾波器電路從指令電流將由負(fù)載變動(dòng)引起 的變動(dòng)成分去除的結(jié)構(gòu)即可，并不限定于圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0056] 如圖3所示，在相減要素 el中，將從編碼器10反饋的伺服電動(dòng)機(jī)3的當(dāng)前位置和目 標(biāo)的位置指令相減而計(jì)算位置偏差。位置偏差在位置偏差運(yùn)算器11中與位置增益相乘而作 為速度指令輸出至相減要素 e2。在相減要素 e2中，將從編碼器10反饋的伺服電動(dòng)機(jī)3的當(dāng)前 速度和來(lái)自位置偏差運(yùn)算器11的速度指令相減而計(jì)算速度偏差。伺服電動(dòng)機(jī)3的當(dāng)前速度， 是在速度檢測(cè)部12中將控制環(huán)中的伺服電動(dòng)機(jī)3的當(dāng)前位置和前1周期的位置之間的差值 除以控制環(huán)的運(yùn)算周期而檢測(cè)出的(對(duì)當(dāng)前速度進(jìn)行檢測(cè)的步驟）。
[0057]速度偏差在速度偏差運(yùn)算器13中與速度增益相乘，作為指令電流(扭矩指令)而輸 出至濾波器電路14(生成指令電流的步驟）。即，速度偏差運(yùn)算器13作為根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)3的 當(dāng)前速度而生成指令電流的指令電流生成部起作用。在濾波器電路14中，利用濾波器將扭 矩指令所包含的由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除(將變動(dòng)成分去除的步驟）。濾波器的中心 頻率是基于在微分器15中對(duì)位置指令進(jìn)行微分后的設(shè)定速度而在頻率運(yùn)算器16中計(jì)算出 的。在濾波器電路14中針對(duì)由頻率運(yùn)算器16計(jì)算出的中心頻率而設(shè)定濾波器。
[0058] 具體地說(shuō)，首先，根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)3的設(shè)定速度求出速度頻率。在將速度頻率設(shè)為 f〇[Hz]、將設(shè)定速度設(shè)為N[rpm]時(shí)，按照式（1)所示能夠求出速度頻率fo。由此，能夠求出伺 服電動(dòng)機(jī)3的每單位時(shí)間的轉(zhuǎn)速(頻率）。
[0059] (1)
[0060] f〇 = N/60
[0061] 然后，根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)3的速度頻率和在伺服電動(dòng)機(jī)3的旋轉(zhuǎn)一周中發(fā)生負(fù)載變動(dòng) 的次數(shù)，能夠求出濾波器的中心頻率。在將中心頻率設(shè)為fdHz]、將伺服電動(dòng)機(jī)3的旋轉(zhuǎn)一 周中負(fù)載變動(dòng)的次數(shù)設(shè)為η時(shí)，按照式(2)所示能夠求出中心頻率fi。由此，能夠求出伺服電 動(dòng)機(jī)3的每單位時(shí)間的負(fù)載變動(dòng)數(shù)(頻率)。
[0062] (2)
[0063] fi = n · fo
[0064] 這樣，在伺服電動(dòng)機(jī)3的旋轉(zhuǎn)一周中負(fù)載變動(dòng)發(fā)生η次的情況下，在濾波器電路14 中，將伺服電動(dòng)機(jī)的速度頻率的η倍設(shè)定為濾波器的中心頻率。由此，濾波器的中心頻率與 負(fù)載變動(dòng)的變動(dòng)頻率相匹配，從指令電流將由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除。此外，作為濾 波器而使用去除頻帶窄的陷波濾波器，從指令電流中僅將由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分的頻 帶衰減至低電平。另外，濾波器的中心頻率與針對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)3的位置指令相應(yīng)地可變，因 此能夠適當(dāng)?shù)貙?duì)應(yīng)于設(shè)定速度發(fā)生變化的變動(dòng)成分去除。
[0065] 從濾波器電路14濾波后的指令電流被輸出至相減要素 e3。在相減要素 e3中，由電 流傳感器9檢測(cè)出的電流和來(lái)自濾波器電路14的指令電流相減而計(jì)算電流偏差（扭矩偏 差）。電流偏差在電流偏差運(yùn)算器17中與電流增益相乘而輸出至電流放大器18。然后，在電 流放大器18中生成PWM信號(hào)，通過(guò)逆變器電橋電路4(參照?qǐng)D1)將電動(dòng)機(jī)電流輸出至伺服電 動(dòng)機(jī)3。通過(guò)重復(fù)進(jìn)行上面的動(dòng)作，從而實(shí)施對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)3的伺服控制。
[0066]此外，電動(dòng)機(jī)控制裝置5由執(zhí)行各種處理的處理器、存儲(chǔ)器等構(gòu)成。存儲(chǔ)器根據(jù)用 途而由R〇M(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)而構(gòu) 成。在電動(dòng)機(jī)控制裝置5中存儲(chǔ)有執(zhí)行電動(dòng)機(jī)控制的程序。
[0067]下面，參照?qǐng)D4至圖6,對(duì)無(wú)濾波器的電動(dòng)機(jī)控制裝置及有濾波器的電動(dòng)機(jī)控制裝 置的速度變動(dòng)進(jìn)行說(shuō)明。圖4是無(wú)濾波器及有濾波器的電動(dòng)機(jī)控制的說(shuō)明圖。圖5表示無(wú)濾 波器的有效電流波形及速度變動(dòng)波形。圖6表示有濾波器的有效電流波形及速度變動(dòng)波形。 此外，在圖4中，由實(shí)線表示當(dāng)前速度，由虛線表示指令速度，由單點(diǎn)劃線表示指令電流，由 雙點(diǎn)劃線表示U相電流。另外，在圖5及圖6中，由實(shí)線表示速度變動(dòng)波形，由單點(diǎn)劃線表示U 相電流，由雙點(diǎn)劃線表示W(wǎng)相電流，由虛線表示Z相信號(hào)(編碼器信號(hào)）。此外，在圖5及圖6中， 為了便于說(shuō)明，省略了V相電流。
[0068]如圖4A所示，在無(wú)濾波器的電動(dòng)機(jī)控制中，指令電流發(fā)生變化以抑制負(fù)載變動(dòng)的 速度變化，因此指令電流的振幅變大。另一方面，如圖4B所示，在有濾波器的電動(dòng)機(jī)控制中， 利用濾波器從指令電流將由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除，因此指令電流的振幅變小。因 此，能夠減小指令電流的振幅而不進(jìn)行增益調(diào)整，使伺服電動(dòng)機(jī)3(參照?qǐng)D3)的有效電流減 少。另外，由于無(wú)需變更增益，因此也不會(huì)產(chǎn)生過(guò)沖等問(wèn)題。
[0069]接下來(lái)，對(duì)濾波器的設(shè)定例進(jìn)行說(shuō)明。如圖5A所示，如果不設(shè)置濾波器而驅(qū)動(dòng)伺服 電動(dòng)機(jī)3(參照?qǐng)D3)，則在Z相信號(hào)的高-低的1周期中速度變動(dòng)產(chǎn)生2周期。這表示在伺服電 動(dòng)機(jī)3旋轉(zhuǎn)1周的期間負(fù)載變動(dòng)引起2次的情況。由此，在設(shè)定速度為2800 [ rpm]的情況下，根 據(jù)上述的式（1)、（2)，能夠求出93[Hz]作為負(fù)載變動(dòng)的變動(dòng)頻率。在伺服電動(dòng)機(jī)3中為了消 除該負(fù)載變動(dòng)而流過(guò)電流，但由于伺服電動(dòng)機(jī)3的響應(yīng)性存在極限，因此無(wú)法充分地抑制速 度變動(dòng)。
[0070] 如圖5B及圖5(：所示，在設(shè)定速度為2000[rpm]、1500[rpm]的情況下，根據(jù)上述的式 (1 )、（ 2 )，能夠分別求出67 [Hz ]、50 [Hz ]作為負(fù)載變動(dòng)的變動(dòng)頻率。在伺服電動(dòng)機(jī)3中為了消 除該負(fù)載變動(dòng)而流過(guò)電流，但由于伺服電動(dòng)機(jī)3的響應(yīng)性存在極限，因此無(wú)法充分地抑制速 度變動(dòng)。如上所述，在無(wú)濾波器的情況下向伺服電動(dòng)機(jī)3流過(guò)由負(fù)載變動(dòng)引起的額外的電 流，與此相應(yīng)地，U相電流及W相電流的振幅變大，伺服電動(dòng)機(jī)3的有效電流增加。
[0071] 如圖6A所示，在設(shè)置有濾波器的伺服電動(dòng)機(jī)3(參照?qǐng)D3)中，在設(shè)定速度為2800 [rpm]的情況下，濾波器的中心頻率與負(fù)載變動(dòng)的變動(dòng)頻率即93 [Hz ]相匹配。由此，從指令 電流將由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除，因此防止為了消除負(fù)載變動(dòng)而流過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)3 的電流。同樣地，如圖6B及圖6(：所示，在設(shè)定速度為2000[rpm]、1500[rpm]的情況下，濾波器 的中心頻率分別與67[Hz]、50[Hz]相匹配，從指令電流將由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除。
[0072] 如上所述，在有濾波器的情況下，由負(fù)載變動(dòng)引起的額外的電流不會(huì)流過(guò)伺服電 動(dòng)機(jī)3，因此U相電流及W相電流的振幅變小、有效電流降低。由此，在由負(fù)載變動(dòng)引起的一定 量的速度變化不成為問(wèn)題的情況下，能夠使用性能低的伺服電動(dòng)機(jī)3而削減成本。
[0073] 在這里，本案發(fā)明人等對(duì)無(wú)濾波器的電動(dòng)機(jī)控制和有濾波器的電動(dòng)機(jī)控制的有效 電流[A]和速度脈動(dòng)[rpm]進(jìn)行了測(cè)定，得到了由表1所示的結(jié)果。
[0074] 【表1】
[0076] 如表1所示，即使在任意的設(shè)定速度下，在有濾波器的電動(dòng)機(jī)控制中，能夠確認(rèn)到 與無(wú)濾波器的電動(dòng)機(jī)控制相比，速度脈動(dòng)變小，有效電流降低。
[0077] 如上所述，本實(shí)施方式所涉及的電動(dòng)機(jī)控制裝置，從與伺服電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度相 應(yīng)的指令電流將由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除。由此，不會(huì)為了消除由負(fù)載變動(dòng)引起的 速度變化而向伺服電動(dòng)機(jī)流過(guò)額外的電流。在使用響應(yīng)性存在極限、價(jià)格便宜的伺服電動(dòng) 機(jī)的情況下，抑制無(wú)助于速度變化的修正的多余電流，伺服電動(dòng)機(jī)的有效電流減少。由此， 能夠減少被伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)用地消耗的能量，改善伺服電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。
[0078] 此外，本發(fā)明并不限定于上述實(shí)施方式，能夠進(jìn)行各種變更并實(shí)施。在上述實(shí)施方 式中，關(guān)于附圖中圖示出的大小、形狀等，并不限定于此，能夠在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的效果的范圍 內(nèi)進(jìn)行適當(dāng)變更。除此之外，只要不脫離本發(fā)明的目的的范圍，能夠適當(dāng)變更并實(shí)施。
[0079] 例如，在本實(shí)施方式中，對(duì)在縫紉機(jī)中使用的電動(dòng)機(jī)控制裝置進(jìn)行了例示并說(shuō)明， 但并不限定于該結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)控制裝置如果是在會(huì)產(chǎn)生周期性的負(fù)載變動(dòng)的負(fù)載裝置中被 使用的結(jié)構(gòu)，則也可以是貼片機(jī)、打印機(jī)等其他負(fù)載裝置。
[0080] 另外，在本實(shí)施方式中，設(shè)為濾波器電路14根據(jù)從速度偏差運(yùn)算器13輸出的指令 電流(扭矩指令)將由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除的結(jié)構(gòu)，但并不限定于該結(jié)構(gòu)。指令電 流是包含電流偏差(扭矩偏差)在內(nèi)的概念，濾波器電路14也可以是從電流偏差將由負(fù)載變 動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除的結(jié)構(gòu)。因此，濾波器電路14例如在圖3中，也可以設(shè)置在相減要素 e3和電流偏差運(yùn)算器17之間、電流偏差運(yùn)算器17和電流放大器18之間。
[0081] 另外，在本實(shí)施方式中，作為電動(dòng)機(jī)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)3進(jìn)行了例示并說(shuō)明，但并不限 定于該結(jié)構(gòu)。電動(dòng)機(jī)只要是能夠進(jìn)行電流控制的電動(dòng)機(jī)即可，例如也可以是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
[0082] 另外，在本實(shí)施方式中，控制環(huán)如圖3所示，設(shè)為具有多個(gè)反饋環(huán)的結(jié)構(gòu)，但并不限 定于該結(jié)構(gòu)?？刂骗h(huán)如果是包含反饋環(huán)的結(jié)構(gòu)，則無(wú)論如果構(gòu)成均可。
[0083] 另外，在本實(shí)施方式中，速度檢測(cè)部12設(shè)為從編碼器10取得伺服電動(dòng)機(jī)3的當(dāng)前位 置和前1周期的位置而計(jì)算伺服電動(dòng)機(jī)3的當(dāng)前速度的結(jié)構(gòu)，但并不限定于該結(jié)構(gòu)。速度檢 測(cè)部12并不限定于通過(guò)計(jì)算處理對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)3的當(dāng)前速度進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)構(gòu)，也可以是通 過(guò)速度傳感器等直接檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)3的當(dāng)前速度的結(jié)構(gòu)。
[0084] 另外，在本實(shí)施方式中，濾波器電路14設(shè)為利用單獨(dú)的濾波器從指令電流將變動(dòng) 成分去除的結(jié)構(gòu)，但也可以是利用多個(gè)濾波器從指令電流將變動(dòng)成分去除的結(jié)構(gòu)。
[0085] 另外，在本實(shí)施方式中，設(shè)為能夠根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)3的設(shè)定速度求出速度頻率的結(jié) 構(gòu)，但并不限定于該結(jié)構(gòu)。也可以是能夠根據(jù)由速度檢測(cè)部12檢測(cè)出的伺服電動(dòng)機(jī)3的當(dāng)前 速度求出速度頻率的結(jié)構(gòu)。在該情況下，頻率運(yùn)算器16根據(jù)伺服電動(dòng)機(jī)3的當(dāng)前速度對(duì)濾波 器的中心頻率進(jìn)行計(jì)算。
[0086] 工業(yè)實(shí)用性
[0087]如以上說(shuō)明所述，本發(fā)明具有能夠抑制無(wú)助于速度變化的修正的多余電流、使電 動(dòng)機(jī)的有效電流降低的效果，特別是在對(duì)與縫紉機(jī)的主軸連結(jié)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的電 動(dòng)機(jī)控制裝置、電動(dòng)機(jī)控制方法中有效。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其對(duì)由于周期性的負(fù)載變動(dòng)而產(chǎn)生速度變化的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)控制， 該電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征在于，具備： 速度檢測(cè)部，其對(duì)所述電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度進(jìn)行檢測(cè)； 指令電流生成部，其基于所述電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度生成指令電流；以及 濾波器電路，其將所述指令電流所包含的由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除， 該電動(dòng)機(jī)控制裝置通過(guò)將由所述負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除后的指令電流，對(duì)所述 電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 在所述電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)一周中負(fù)載變動(dòng)發(fā)生η次的情況下，所述濾波器電路將濾波器的 中心頻率設(shè)定為表示所述電動(dòng)機(jī)的每單位時(shí)間的轉(zhuǎn)速的速度頻率的η倍，從所述指令電流 將由所述負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述速度頻率是根據(jù)設(shè)定速度而求出的，該設(shè)定速度是基于針對(duì)所述電動(dòng)機(jī)的位置指 令的設(shè)定速度。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于， 所述速度頻率是根據(jù)由所述速度檢測(cè)部檢測(cè)出的所述電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度而求出的。5. -種縫紉機(jī)，其特征在于，具備： 權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置；以及 電動(dòng)機(jī)，其被所述電動(dòng)機(jī)控制裝置驅(qū)動(dòng)控制。6. -種電動(dòng)機(jī)控制方法，其對(duì)由于周期性的負(fù)載變動(dòng)而產(chǎn)生速度變化的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū) 動(dòng)控制， 該電動(dòng)機(jī)控制方法的特征在于，具備： 對(duì)所述電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度進(jìn)行檢測(cè)的步驟； 基于所述電動(dòng)機(jī)的當(dāng)前速度生成指令電流的步驟；以及 將所述指令電流所包含的由負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除的步驟， 該電動(dòng)機(jī)控制方法通過(guò)將由所述負(fù)載變動(dòng)引起的變動(dòng)成分去除后的指令電流，對(duì)所述 電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
【文檔編號(hào)】H02P6/10GK106026799SQ201610192708
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】丸山剛志, 伊久美啟
【申請(qǐng)人】Juki株式會(huì)社