本發(fā)明涉及電動機的控制方法以及裝置，特別是涉及在作為致動器等驅(qū)動源使用的情況下能夠高精度地進行定位的電動機的控制方法以及裝置。
背景技術(shù)：
為了進行致動器等的動作的細(xì)微控制，要求高分辨率的定位精度。為了進行高分辨率的位置控制，在反饋控制中，需要具備高精度地檢測電動機的旋轉(zhuǎn)角度位置的高分辨率的編碼器。高分辨率的編碼器大多以串行通信發(fā)送數(shù)據(jù)，存在為了進行串行通信(串行數(shù)據(jù))而花費時間(例如幾十μ秒)的問題。
關(guān)于電動機控制，作為一例在專利文獻(xiàn)1中記載了步進電動機的反饋控制方法以及裝置。在該控制裝置中，將一個編碼器的輸出用作用于步進電動機的位置控制以及速度控制的反饋信號。在使用以高分辨率通過串行通信發(fā)送數(shù)據(jù)的編碼器的情況下，即使為了進行串行通信而花費幾十μ(微)秒的時間，對于位置控制，只要以m(毫)秒級別的控制周期進行反饋控制即可，因此不會產(chǎn)生大的問題。
在先技術(shù)文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1：日本特開2004-320847號公報
然而，對于速度控制，由于步進電動機的極對數(shù)多(例如50極對)因此每單位時間的電進角量大若不加快控制周期(例如幾十μ秒的級別)則無法適應(yīng)。因此，無法使用串行通信花費幾十μ秒的高分辨率編碼器。即，在為了實現(xiàn)高精度的定位控制而使用高分辨率編碼器的情況下，存在無法兼顧反饋位置控制與反饋速度控制的問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于，在能夠高精度地定位的電動機的反饋控制中兼顧位置控制與速度控制。
關(guān)于電動機控制裝置，本發(fā)明涉及一種電動機的控制裝置，用于進行包括位置控制以及速度控制的反饋控制，其特征在于，高分辨率編碼器，其用于為了進行位置控制而檢測電動機的旋轉(zhuǎn)位置；以及低分辨率編碼器，其用于為了進行速度控制而檢測電動機的轉(zhuǎn)速，速度控制周期比位置控制周期短。
另外，關(guān)于控制方法，本發(fā)明涉及一種電動機的控制方法，用于進行包括位置控制以及速度控制的反饋控制，其特征在于，設(shè)置高分辨率編碼器和低分辨率編碼器，所述高分辨率編碼器用于為了進行位置控制而檢測電動機的旋轉(zhuǎn)位置，所述低分辨率編碼器用于為了進行速度控制而檢測電動機的轉(zhuǎn)速，使速度控制周期比位置控制周期短。
在電動機控制裝置的更具體的實施方式中，本發(fā)明涉及一種電動機的控制裝置，用于進行包括位置控制以及速度控制的反饋控制，其特征在于，所述電動機的控制裝置包括：高分辨率編碼器，其用于為了進行位置控制而檢測電動機的旋轉(zhuǎn)位置；低分辨率編碼器，其用于為了進行速度控制而檢測電動機的轉(zhuǎn)速；位置控制單元，其根據(jù)給予的位置指令與基于所述高分辨率編碼器的輸出而得到的檢測位置之差來生成速度指令；以及速度控制單元，其根據(jù)所述速度指令與基于所述低分辨率編碼器的輸出而得到的檢測速度之差來生成驅(qū)動輸出指令(電流指令或電壓指令)，所述速度控制單元的速度控制周期比所述位置控制單元的位置控制周期短。
關(guān)于電動機控制方法的更具體的實施方式，本發(fā)明涉及一種電動機的控制方法，用于進行包括位置控制以及速度控制的反饋控制，其特征在于，設(shè)置高分辨率編碼器和低分辨率編碼器，所述高分辨率編碼器用于為了進行位置控制而檢測電動機的旋轉(zhuǎn)位置，所述低分辨率編碼器用于為了進行速度控制而檢測電動機的轉(zhuǎn)速，根據(jù)給予的位置指令與基于所述高分辨率編碼器的輸出而得到的檢測位置之差來生成速度指令，根據(jù)所述速度指令與基于所述低分辨率編碼器的輸出而得到的檢測速度之差來生成驅(qū)動輸出指令(電流指令或電壓指令)，使生成驅(qū)動輸出指令的速度控制的周期比生成速度指令的位置控制的周期短。
在上文中，高分辨率與低分辨率是相對的，作為基準(zhǔn)，具體而言，電動機每旋轉(zhuǎn)1圈，高分辨率編碼器產(chǎn)生大致8000至420萬個脈沖。電動機每旋轉(zhuǎn)1圈，低分辨率編碼器產(chǎn)生100至4000個脈沖。
在上文中，位置控制周期與速度控制周期的大小關(guān)系也是相對的，作為基準(zhǔn)，具體而言，位置控制周期大致是0.5至3毫秒，速度控制周期大致是10至300微秒。
根據(jù)本發(fā)明，對于需要以高速的控制周期進行反饋的速度控制，使用低分辨率的編碼器，對于能夠以低速的控制周期進行反饋的位置控制(位置響應(yīng))，使用高分辨率的編碼器。而且，即使從高分辨率編碼器輸出串行數(shù)據(jù)而花費通信時間，在位置控制中也可以為低速的控制周期，因此能夠使電動機的位置控制高分辨率化。由于低分辨率編碼器生成與旋轉(zhuǎn)量相應(yīng)的頻率的脈沖(不輸出串行數(shù)據(jù))，因此能夠?qū)崿F(xiàn)控制周期的高速化。
這樣，根據(jù)本發(fā)明，能夠兼顧高精度的位置控制與高速的速度控制。
附圖說明
圖1是表示本發(fā)明的實施例的步進電動機的檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及驅(qū)動系統(tǒng)的功能框圖。
具體實施方式
在該實施例中，將本發(fā)明應(yīng)用于步進電動機。
圖1是包含步進電動機的驅(qū)動電路以及控制電路(控制裝置)的檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及驅(qū)動系統(tǒng)的功能框圖。該圖中示出的控制電路的一部分或全部，例如減法運算器13、位置控制器14、減法運算器23、速度控制器24、磁場削弱補償器31、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器32等不僅可以通過各個硬件電路來實現(xiàn)，也可以通過計算機(處理器)以及計算機中裝入的軟件來實現(xiàn)。并且檢測系統(tǒng)以及驅(qū)動系統(tǒng)的一部分，例如位置檢測器12、速度檢測器22、減法運算器33、34、電流控制器35、36的一部分或全部也可以通過各個硬件電路或計算機與計算機中裝入的軟件來實現(xiàn)。
2相步進電動機10由A相(以及A的反轉(zhuǎn)相)及B相(以及B的反轉(zhuǎn)相)的驅(qū)動電流(電動機電流)驅(qū)動。在步進電動機10中設(shè)有兩種編碼器，即位置控制用的高分辨率編碼器11與速度控制用的低分辨率編碼器21，來檢測步進電動機10的旋轉(zhuǎn)量(旋轉(zhuǎn)角度位置、轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)速等)。
優(yōu)選高分辨率編碼器1是輸出具有8千(即8000)～420萬P/rev(脈沖/轉(zhuǎn))左右的分辨率的信號的編碼器，作為一例，是13比特(8192分割/轉(zhuǎn))或15比特(32768分割/轉(zhuǎn))絕對式編碼器。優(yōu)選低分辨率編碼器21是輸出具有100～4000P/rev左右的分辨率的信號的編碼器，作為一例，是200脈沖/轉(zhuǎn)的增量式編碼器。
高分辨率編碼器11的輸出信號經(jīng)由位置檢測器12作為表示檢測位置(旋轉(zhuǎn)角度位置)的信號(位置響應(yīng))向減法運算器13給予。位置檢測器12是例如接收從高分辨率編碼器11輸出的13比特或15比特串行信號并將其轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)的串行接口。按照如何控制電動機10其本身的驅(qū)動、或由電動機10驅(qū)動的致動器的移動的程序(例如，圓運動，直線運動等)，由上位的計算機(省略圖示)作成對于步進電動機10的位置指令，向減法運算器13給予。減法運算器13求出所給予的位置指令與檢測位置之差，將該差向位置控制器14給予。位置控制器14根據(jù)所輸入的差信號作成對于步進電動機10的速度指令。
低分辨率編碼器21的輸出信號(例如A、B相脈沖信號)向速度檢測器22給予。速度檢測器22例如包括計數(shù)器，對所輸入的A、B相脈沖進行計數(shù)并輸出檢測速度信號(速度響應(yīng))(編碼器21是低分辨率的編碼器，而速度控制是高速的，因此速度檢測器22例如通過求取移動平均的方法等實現(xiàn)平滑化而生成表示速度的信號)。減法運算器23求出從位置控制器14輸出的速度指令與從速度檢測器22輸出的檢測速度之差，并向速度控制器24給予。速度控制器24根據(jù)所輸入的速度之差分而生成并輸出電流指令(根據(jù)電動機的種類也可以是電壓指令)。
該電流指令向磁場削弱補償器31給予。來自速度檢測器22的速度信號也輸入至磁場削弱補償器31。在上述的專利文獻(xiàn)1中詳細(xì)地記載了磁場削弱補償。當(dāng)步進電動機的旋轉(zhuǎn)提高時因轉(zhuǎn)子磁體的磁通而產(chǎn)生的反電動勢增加。因此，將使電流在定子線圈中流通以產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子磁體的磁通反向的磁通(不僅在產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的q軸上流通有電流，也在d軸上也流通有電流)由此通過使磁通抵消來抑制反電動勢的產(chǎn)生的方法稱為磁場削弱補償。該磁場削弱補償在電流指令值與轉(zhuǎn)速(檢測速度)的積超過規(guī)定閾值時進行(不進行磁場削弱補償時，所輸入的電流指令(q軸的電流指令值)直接輸出)。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器32將從磁場削弱補償器31輸出的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的q軸、d軸的電流值(Iq、Id)(在不進行磁場削弱補償時，Id＝0)轉(zhuǎn)換成靜止坐標(biāo)系的相電流IA、IB作為相電流指令輸出。通過電流檢測器(省略圖示)檢測出在電動機10中流動的A相、B相的電流，在減法運算器33、34中分別計算出相電流指令與檢測相電流之差，將該差向電流控制器35、36給予。電流控制器35、36根據(jù)所輸入的差信號，生成控制逆變器(例如PWM(Pulse Width Modulation)逆變器)的信號，來控制逆變器37。并且，通過逆變器37來驅(qū)動步進電動機10。
在上文中，位置控制(反饋控制)主要通過高分辨率編碼器11、位置檢測器12、減法運算器13、位置控制器14(包含生成位置指令的上位計算機)來進行。為了應(yīng)對高精度的定位要求，使用高分辨率編碼器11作為位置控制用的編碼器。在這種情況下，即便位置控制的控制周期不快也是足夠的(由于通過電動機驅(qū)動的致動器的動作慢)，而可以是毫秒級別(0.5～3m秒左右)。作為一例，位置控制周期為1m秒。因此，即使高分辨率編碼器11的輸出信號的串行通信花費幾十μ(微)秒的時間也不存在問題。作為高分辨率編碼器，可以使用輸出串行數(shù)據(jù)的高分辨率編碼器。
速度控制(反饋控制)主要通過低分辨率編碼器21、速度檢測器22、減法運算器23、速度控制器24來進行。在步進電動機的情況下，極對數(shù)多(例如50極對)，因此必須加快控制周期(數(shù)十微秒的級別，例如10～300μ秒)。作為一例，可以是50μ秒。由于使用低分辨率的編碼器21，因此能夠加快速度控制周期。即，低分辨率的編碼器輸出如A、B相的脈沖信號那樣與電動機的旋轉(zhuǎn)量成比例的(相應(yīng)的)頻率的脈沖信號(不輸出串行數(shù)據(jù))(無需進行串行通信)，因此用于其傳輸?shù)臅r間極短，因而能夠?qū)崿F(xiàn)控制周期的高速化。
如以上那樣設(shè)置，對于需要以高速的控制周期進行反饋的速度控制(速度響應(yīng))，使用低分辨率的編碼器，對于能夠以低速的控制周期進行反饋的位置控制(位置響應(yīng))，使用高分辨率的編碼器。而且，即使從高分辨率編碼器輸出串行數(shù)據(jù)而花費通信時間，由于在位置控制(位置響應(yīng)反饋)中可以為低速的控制周期，因此能夠使步進電動機的位置控制高分辨率化。
上述實施例涉及步進電動機的反饋控制，特別是本發(fā)明在步進電動機的控制中發(fā)揮作用，但本發(fā)明顯然也可以應(yīng)用于其他類型的電動機，例如AC伺服電動機。
附圖標(biāo)記說明
10 步進電動機
11 高分辨率編碼器
12 位置檢測器
13、23 減法運算器
14 位置控制器
21 低分辨率編碼器
22 速度檢測器
24 速度控制器