電機控制器的製作方法
2023-05-06 18:49:01 1
專利名稱：電機控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及控制直流電機、感應電機、同步電機、直線電機等電機的電機控制器，所述電機用於驅動工具機工作檯或機器人手臂等負載裝置。
圖1為表明現有技術電機控制器的結構框圖。圖1中電機控制器為用於控制機器系統6的兩自由度控制器，所述控制器包括前饋信號處理電路25和進行反饋控制的b控制電路23，所述機器系統6包括負載裝置1、傳動裝置2、電機3、電源轉換電路4和實測單元5。
響應扭矩指令T，電源轉換電路4驅動電機3，電機3的旋轉力通過傳動裝置2傳送到負載裝置1使其工作。實測單元5是一個用於檢測電機3轉速ω和轉角θ的轉動檢測器。
前饋信號處理電路25包括一個雙慣性系統模擬電路24和a控制電路22，所述系統模擬電路24對機器系統6進行逼近和模型化，所述a控制電路22用於對電路24進行控制。雙慣性系統模擬電路24接收a控制電路的扭矩信號TMR，進行包括至少兩個積分在內的預定函數運算，以提供模擬轉角信號θMR和模擬轉速信號ωMR。根據指令指令發生器7所提供的指令轉速信號ωRef和雙慣性系統模擬電路24所提供的模擬轉角信號θMR和模擬轉速信號ωMR，a控制電路22產生一個供給雙慣性系統模擬電路24的模擬扭矩信號TMR。
b控制電路23包括一個位置控制電路(未畫出)和一個速度控制電路(未畫出)。位置控制電路根據模擬轉角信號θMR和實測單元5所檢測的實測轉角信號θ之差進行計算並提供一個速度指令，速度控制電路根據位置控制電路提供的速度指令與實測速度信號ω之差進行計算並向電源轉換電路4提供一個扭矩指令信號。藉助上述的位置控制電路和速度控制電路，b控制電路23可進行高速度的位置控制。
一般在上述的這種電機控制器中，控制的高速響應和穩定性取決於a控制電路22和雙慣性系統模擬電路24等所設定的控制參數。在這種電機控制器中，當僅要求控制響應的速度較高或僅滿足控制響應的穩定性時，相對較容易設定控制系統的控制參數。但通常要求電機控制器的控制響應既要高速又要具有較高的穩定性。在這種情況下，a控制電路22和雙慣性系統模擬電路24的控制參數設定必須同時滿足控制響應的高速和穩定性要求。
然而對這種電機控制器的操作人員來說，調節控制參數以滿足控制響應的高速和穩定性要求是件相當困難和耗時費力的工作。
特別是在機器系統的設定條件出現問題時，例如認為機器系統6為一個理想的剛性系統而實際上它卻包括一些彈性時，對機器系統6進行模型化的雙慣性系統模擬電路24將涉及四次或更高次控制，為調節a控制電路22和雙慣性系統模擬電路24的控制參數以滿足控制響應的高速和穩定要求，電機控制必須要解出四次方程的根，這將使控制參數的調節非常困難和耗時。
如上所述，在電機控制器中，控制響應的速度和穩定性變化取決於控制電路中設定的控制參數。一般在這種電機控制器中，當僅要求控制響應的速度較高或僅滿足控制響應的較高穩定性時，相對較容易設定控制系統的控制參數。但通常要求電機控制器的控制響應既要高速又要具有較高的穩定性。在這種情況下，控制電路的控制參數設定必須同時滿足控制響應的高速和高穩定性要求。現有技術的電機控制器存在這方面的問題，即對這種電機控制器的操作人員來說，調節控制參數以滿足控制響應的高速和高穩定性要求是件相當困難和耗時費力的工作。
發明內容
因此，本發明的目標是提供一種易於實現高速和高穩定控制響應的電機控制器。
為實現上述目標，按本發明的電機控制器包括兩個部件第一模擬控制部件和作為前饋控制手段向實控單元輸送指令以實施反饋控制的第二模擬控制部件。這樣，通過設定第一模擬控制部件的控制參數來提高控制響應的速度，通過設定第二模擬控制部件的控制參數來提高控制響應的穩定性，可使總的前饋控制手段設計同時滿足控制響應高速度和高穩定性的要求。對於每個模擬控制部件來說，容易設定其控制參數以滿足控制響應高速度或高穩定性的要求，因此本發明電機控制器易於實現控制響應的高速度和高穩定性的兩方面要求。
圖2為按本發明第一實施例的電機控制器的結構框圖。
圖3為按本發明第二實施例的電機控制器中第一模擬控制單元28的結構框圖。
圖4為按本發明第三實施例的電機控制器中第一模擬控制單元38的結構框圖。
圖5為按本發明第四實施例的電機控制器中第一模擬控制單元48的結構框圖。
圖6為按本發明第五實施例的電機控制器中第一模擬控制單元58的結構框圖。
圖7為按本發明第六實施例的電機控制器中第一模擬控制單元68a的結構框圖。
圖8為按本發明第七實施例的電機控制器中第一模擬控制單元78a的結構框圖。
圖9為按本發明第八實施例的電機控制器中第一模擬控制單元88a和98a的結構框圖。
圖10為按本發明第九實施例的電機控制器中第一模擬位置控制單元8a12的結構框圖。
圖11為按本發明第十實施例的電機控制器中第一模擬速度控制單元8a22的結構框圖。
圖12為按本發明第十一實施例的電機控制器中第一模擬位置控制單元8a32的結構框圖。
圖13為按本發明第十二實施例的電機控制器中第一模擬速度控制單元8a4的結構框圖。
圖14為按本發明第十三實施例的電機控制器中第一數模138b的結構框圖。
圖15為按本發明第十四實施例的電機控制器中第一數模148I的結構框圖。
圖16為按本發明第十五實施例的電機控制器中第二模擬控制單元19的結構框圖。
圖17為按本發明第十六實施例的電機控制器中第二模擬控制單元29的結構框圖。
圖18為按本發明第十七實施例的電機控制器中第二數模179b的結構框圖。
圖19為按本發明第十八實施例的電機控制器中第二模擬控制單元19a的結構框圖。
圖20為按本發明第十九實施例的電機控制器中第二模擬控制單元29a的結構框圖。
圖21為按本發明第二十實施例的電機控制器中第二模擬控制單元19c的結構框圖。
圖22為按本發明第二十一實施例的電機控制器中第二模擬控制單元39的結構框圖。
圖23為按本發明第二十二實施例的電機控制器中第二模擬控制單元19d的結構框圖。
圖24為第二模擬位置控制單元9d2的結構框圖。
圖25為第二模擬速度控制單元9d6的結構框圖。
圖26為第二模擬扭轉位置補償器9d10的結構框圖。
圖27為第二模擬扭轉速度補償器9d8的結構框圖。
圖28為按本發明第二十三實施例的電機控制器中第二模擬控制單元29d的結構框圖。
圖29為按本發明第二十四實施例的電機控制器中第二數模19e的結構框圖。
圖30為彈性數模9e2的結構框圖。
圖31為按本發明第二十五實施例的電機控制器中實控單元10的結構框圖。
圖32為按本發明第二十六實施例的電機控制器中實控單元11的結構框圖。
圖33為按本發明第二十七實施例的電機控制器中實控單元12的結構框圖。
圖34為按本發明第二十八實施例的電機控制器的結構框圖。
圖35曲線表明按本發明第二十八實施例的電機控制器的模擬結果。
圖36為按本發明第二十九實施例的電機控制器的結構框圖。
圖37曲線表明按本發明第二十九實施例的電機控制器的模擬結果。
圖38為按本發明第三十實施例的電機控制器的結構框圖。
最佳實施例第一實施例首先說明按本發明第一實施例的電機控制器。圖2為按本實施例的電機控制器結構框圖。
如圖2所示，按本實施例的電機控制器包括第一模擬控制單元8、第二模擬控制單元9和實控單元10，用於根據指令發生器7發出的指令轉角信號θref來控制機器系統6的運作。
第一模擬控制單元8接收指令發生器7的指令轉角信號θref，根據指令轉角信號θref和第一控制參數計算第一模擬位置信號θm1、第一模擬速度信號ωm1和第一模擬加速信號αm1，並將計算結果信號輸出。第一模擬控制單元8按下述方程(1)-(3)計算第一模擬位置信號θm1、第一模擬速度信號ωm1和第一模擬加速信號αm1θm1＝1/(T1XS+1)2Xθref(1)ωm1＝S/(T1XS+1)2Xθref(2)αm1＝S2/(T1XS+1)2Xθref(3)式中T1為時間常數，是第一控制參數；S為差分算子。
第二模擬控制單元9根據第一模擬位置信號θm1、第一模擬速度信號ωm1、第一模擬加速信號αm1和第二控制參數計算第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2、第二模擬加速信號αm2和模擬扭矩信號Tm2，並將計算結果信號輸出。
第二模擬控制單元9按下述方程(4)-(7)計算第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2、第二模擬加速信號αm2和模擬扭矩信號Tm2θm2＝θm1/(T2XS+1)(4)ωm2＝ωm1/(T2XS+1)(5)αm2＝αm1/(T2XS+1)(6)Tm2＝αm2XJ (7)式中T2為時間常數，是第二控制參數；S為差分算子；J為機器系統6的慣量。
實控單元10接收第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2、第二模擬加速信號αm2和模擬扭矩信號Tm2，為進行反饋控制計算和提供扭矩指令T。
按本實施例的電機控制器包括一對作為前饋控制手段的第二模擬控制單元9和第一模擬控制單元8，它們向實控單元10發出指令以實現反饋控制。這樣，第一模擬控制單元8的控制參數設定可提高控制響應的高速性，而第二模擬控制單元9的控制參數設定可改善控制響應的穩定性，從而可使總的前饋控制手段的設計同時滿足控制響應高速性和穩定性的要求。由於易於設定模擬控制單元8和9各自的控制參數以分別滿足控制響應高速性或穩定性的要求，按本發明的電機控制器可同時滿足控制響應高速性和穩定性的兩方面要求。
此外，即使在指令發生器7輸出非連續指令轉角信號的情況下，按本實施例的電機控制器也可產生平穩地第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2和第二模擬加速信號αm2，並將其供給實控單元10。第二實施例以下，將說明按本發明第二實施例的電機控制器。在本實施例及第三到第十四實施例中，對本發明電機控制器中第一模擬控制單元的各種實施例進行了說明；在第十五到第二十七實施例中所述的控制器適用於本實施例電機控制器中的第二模擬控制單元和實控單元等。
本實施例電機控制器不同於圖2所示電機控制器之處在於，用第一模擬控制單元28取代了第一模擬控制單元8。圖3為按本實施例電機控制器中第一模擬控制單元28的結構框圖。如圖3所示，第一模擬控制單元28包括第一模擬控制器8a和第一數模8a。
第一模擬控制器8a接收指令發生器的指令轉角信號θref、第一模擬位置信號θm1和第一模擬速度信號ωm1，輸出第一模擬扭矩信號Tm1。第一數模8b接收第一模擬控制器8a提供的第一模擬扭矩信號Tm1，和輸出第一模擬位置信號θm1、第一模擬速度信號ωm1和第一模擬加速信號αm1。
第一模擬控制器8a按方程式(8)計算第一扭矩信號Tm1Tm1＝Jm1X{K1X(θref-θm1)-K2Xωm1}(8)這裡，Jm1代表第一數模8b的慣量，K2和K2為控制增益。
之後，第一數模8b將第一模擬扭矩信號Tm1除以慣量Jm1計算出第一模擬加速信號αm1，再由αm1計算第一模擬速度信號ωm1和由ωm1進一步計算出第一模擬位置信號θm1。也就是說，第一模擬加速信號αm1、第一模擬速度信號ωm1和第一模擬位置信號θm1分別按方程式(9)-(11)計算αm1＝Tm1/Jm1(9)ωm1＝αm1/S(10)θm1＝ωm1/S(11)通過由第一模擬控制器8a和第一數模8b組成第一模擬控制單元28，按本實施例的電機控制器可提供平穩的第一模擬加速信號αm1，同時可加速第一模擬位置信號θm1對指令轉角信號θref的響應性能，因為第一模擬控制器8a進行的反饋控制可減少第一模擬位置信號θm1相對於指令轉角信號θref間的誤差。第三實施例以下，將說明按本發明第三實施例的電機控制器。本實施例電機控制器與圖2所示電機控制器不同之處在於，用第一模擬控制單元38取代了第一模擬控制單元8。圖4為第一模擬控制單元38的結構框圖。如圖4所示，第一模擬控制單元38包括第一指令處理器8c、第一模擬信號處理器8d和第二模擬信號處理器8e。
第一指令處理器8c接收指令轉角信號θref，通過前述方程(2)計算第一模擬速度信號ωm1並將其輸出。第一模擬信號處理器8d對第一模擬速度信號ωm1進行積分並將積分值作為第一模擬位置信號θm1輸出。第二模擬信號處理器8e對第一模擬速度信號ωm1進行微分並將微分值作為第一模擬加速信號αm1輸出。
與第二實施例中的電機控制器比較起來，本實施例電機控制器可通過較少的處理計算出第一模擬位置信號θm1、第一模擬速度信號ωm1和第一模擬加速信號αm1。第四實施例以下，將說明按本發明第四實施例的電機控制器。本實施例電機控制器與圖2所示電機控制器不同之處在於，用第一模擬控制單元48取代了第一模擬控制單元8。
圖5為第一模擬控制單元48的結構框圖。如圖5所示，第一模擬控制單元48包括第二指令處理器8f、第三模擬信號處理器8g和第四模擬信號處理器8h。
第二指令處理器8f接收指令轉角信號θref，通過上述方程式(1)計算第一模擬位置信號θm1並將其輸出。第三模擬信號處理器8g對第一模擬位置信號θm1進行微分以提供第一模擬速度信號ωm1。第四模擬信號處理器8h對第一模擬速度信號ωm1進行微分以提供第一模擬加速信號αm1。
與第二實施例中的電機控制器比較起來，本實施例電機控制器可通過較少的處理計算出第一模擬位置信號θm1、第一模擬速度信號ωm1和第一模擬加速信號αm1，同時可減少穩態下第一模擬位置信號θm1相對於指令轉角信號θref間的誤差，因為第一模擬控制單元48中不包括反饋元件。第五實施例圖6為本實施例電機控制器中第一模擬控制單元58的結構框圖。本實施例電機控制器與圖2所示電機控制器不同之處在於，用第一模擬控制單元58取代了第一模擬控制單元8。
如圖6所示，除圖3第一模擬控制單元28中的第一模擬控制器8a外，第一模擬控制單元58還包括第一數模8i和第五模擬信號處理器8j。
第一數模8i接收第一模擬扭矩信號Tm1，按下述方程(12)所示，將第一模擬扭矩信號Tm1除以慣量Jm1並對結果進行積分，然後將積分值作為第一模擬速度信號ωm1輸出；按方程(13)所示，對第一模擬速度信號ωm1進行積分並將積分信號作為第一模擬位置信號θm1輸出。
ωm1＝Tm1/(SXJm1) (12)θm1＝ωm1/S (13)如下述方程(14)所示，第五模擬信號處理器8j對接收第一模擬速度信號ωm1的一次過濾器的輸出值進行微分，並將微分值作為第一模擬加速信號αm1輸出。
αm1＝SXωm1/(T3XS+1) (14)其中，T3為一次過濾器的時間常數。
在配置第五模擬信號處理器8J的情況下，本發明電機控制器可調節第一模擬加速信號αm1的幅度和相位。第六實施例以下，將說明按本發明第六實施例的電機控制器。在第一模擬控制單元的結構上，本實施例與圖3所示第一模擬控制單元28和圖6所示第一模擬控制單元58大體類同，其第一模擬控制單元與28和58的不同之處在於用第一模擬控制器68a取代了第一模擬控制器8a。
圖7為按本實施例電機控制器中第一模擬控制單元68a的結構框圖。如圖7所示，第一模擬控制單元68a包括第一模擬位置控制單元8a1和第一模擬速度控制單元8a2。
第一模擬位置控制單元8a1接收指令轉角信號θref和第一模擬位置信號θm1，解下述方程(15)計算和提供第一模擬速度指令信號ωrefωref＝Kp1X(θref-θm1)(15)這裡，Kp1為位置比例控制增益。
第一模擬速度控制單元8a2接收第一模擬速度指令信號ωref和第一模擬速度信號ωm1，解下述方程(16)以計算和輸出第一模擬扭矩信號Tm1Tm1＝Kv1*(ωref-ωref) (16)這裡，Kv1為速度比例控制增益。
配置有包括第一模擬位置控制單元和第一模擬速度控制單元的第一模擬控制器，即使其第一模擬位置控制單元的增益小於第二和第五實施例中的K1和K2，按本實施例的電機控制器也能具有與第二和第五實施例相似的響應性能。第七實施例以下，將說明按本發明第二實施例的電機控制器。
本實施例電機控制器與第六實施例電機控制器不同之處在於，用第一模擬控制單元78a取代了第一模擬控制單元68a。
圖8為按本實施例電機控制器中第一模擬控制單元78a的結構框圖。如圖8所示，第一模擬控制單元78a包括第一模擬位置控制單元8a3、第一模擬速度控制單元8a4和加法器8a5。
第一模擬位置控制單元8a3接收指令轉角信號θref和第一模擬位置信號θm1，解下述方程(17)以提供第一模擬扭矩指令信號TXM1TXM1＝KP1*X(θref-θm1) (17)這裡，KP1為位置比例控制增益。
第一模擬速度控制單元8a4接收指令轉角信號θref和第一模擬速度信號ωm1，解下述方程(18)以提供第二模擬扭矩指令信號TVM1TVM1＝KV1*X(θref/S-ωm1)(18)這裡，KV1為速度比例控制增益。
加法器8a5對第一模擬扭矩指令信號TXM1和第二模擬扭矩指令信號TVM1進行相加，並將相加的和作為第一模擬扭矩信號Tm1輸出。
按本實施例的電機控制器可實現位置控制模式與速度控制模式間的轉換，因為作為位置控制器的第一模擬位置控制單元8a3與作為速度控制器的第一模擬速度控制單元8a4並行配置。第八實施例以下，將說明按本發明第二實施例的電機控制器。本實施例電機控制器基本與第六和第七實施例相同，不同之處在於用圖9a和9b中的第一模擬控制單元88a和98a取代了圖7和8中的第一模擬控制單元68a和78a。
圖9a為按本實施例電機控制器中第一模擬控制單元88a的結構框圖，圖9b為第一模擬控制單元98a的結構框圖。
如圖9a和9b所示，第一模擬控制單元88a和98a與圖7和圖8中第一模擬控制單元68a和78a的不同之處在於分別配置了第一模擬限制器8a6和8a7。
第一模擬限制器8a6和8a7對第一模擬扭矩信號Tm1的值進行限制，使第一模擬扭矩信號Tm1的值處於電機3的預定扭矩範圍之內。增加配置了第一模擬限制器8a6和8a7，本實施例電機控制器可根據電機的最大驅動扭矩預先產生一個第一模擬扭矩信號Tm1。第九實施例以下，將說明按本發明第二實施例的電機控制器。
在按本實施例的電機控制器中，用第一模擬位置控制單元8a12取代了圖7和圖9第一模擬控制單元中的第一模擬位置控制單元8a1。
圖10為第一模擬位置控制單元8a12的結構框圖。如圖10所示，第一模擬位置控制單元8a12包括減法器8a1a、係數倍增器8a1b和8a1c、積分器8a1d和加法器8a1e。
減法器8a1a由指令轉角信號θref中減去第一模擬位置信號θm1，以提供第一模擬位置誤差信號eXM1。
係數倍增器8a1b使第一模擬位置誤差信號eXM1乘以KP1，並將乘積信號作為第十模擬信號SI10進行輸出。係數倍增器8a1c使第一模擬位置誤差信號eXM1乘以KI1，並將乘積信號作為第十一模擬信號SI11進行輸出。積分器8a1d對第十一模擬信號SI11進行積分，並將積分值作為第十二模擬信號SI12進行輸出。
加法器8a1e對第十模擬信號SI10和第十二模擬信號SI12進行相加，並將其和作為第一模擬速度指令信號ωRef進行輸出。
由於積分器8a1d增加到第一模擬位置控制單元8a12中，因此可以實現比例和積分控制，即使在出現處理誤差時，本實施例電機控制器也可減少第一模擬位置信號θm1與指令轉角信號θref間的誤差。第十實施例以下，將參閱圖11說明按本發明第十實施例的電機控制器。在按本實施例的電機控制器中，用第一模擬速度控制單元8a22取代了圖7和圖9所示第一模擬控制單元68a和88a中的第一模擬速度控制單元8a1。
圖11為第一模擬速度控制單元8a22的結構框圖。如圖11所示，第一模擬速度控制單元8a22包括減法器8a2a、係數倍增器8a2b和8a2c、積分器8a2d和加法器8a2e。
減法器8a2a由第一模擬速度指令信號ωref中減去第一模擬速度信號ωm1，並將其差值作為第一模擬速度誤差信號eVM1。
係數倍增器8a2b使第一模擬位置誤差信號eVM1乘以KV1，並將乘積信號作為第十三模擬信號SI13進行輸出。係數倍增器8a2c使第一模擬速度誤差信號eVM1乘以KI1，並將乘積信號作為第十四模擬信號SI14進行輸出。
積分器8a2d對第十四模擬信號SI14進行積分，並將積分值作為第十五模擬信號SI15進行輸出。
加法器8a2e對第十三模擬信號SI13和第十五模擬信號SI15進行相加，並將其和作為第一模擬扭矩指令信號TM1a進行輸出。
由於積分器8a2d增加到第一模擬速度控制單元8a22中，因此即使在位置控制模式和速度控制模式進行雙向轉換的情況下，也可以實現比例和積分控制，從而按本實施例的電機控制器在穩態下可減少第一模擬位置信號θm1與指令轉角信號θref間的誤差。第十一實施例以下，將祥述按本發明第十一實施例的電機控制器。在按本實施例的電機控制器中，用第一模擬位置控制單元8a32取代了圖8和圖9所示第一模擬控制單元78a和98a中的第一模擬位置控制單元8a3。
圖12為第一模擬位置控制單元8a32的結構框圖。如圖12所示，第一模擬位置控制單元8a32包括減法器8a3a、係數倍增器8a3b和8a3c、積分器8a3d和加法器8a3e。
減法器8a3a由第一模擬位置指令信號θref中減去第一模擬位置信號θm1，並將其差值作為第一模擬位置誤差信號eXM1輸出。係數倍增器8a3b使第一模擬位置誤差信號eXM1乘以KP1，並將乘積信號作為第十六模擬信號SI16進行輸出。係數倍增器8a3c使第一模擬位置誤差信號eXM1乘以KI1，並將乘積信號作為第十七模擬信號SI17進行輸出。積分器8a3d對第十七模擬信號SI17進行積分，並將積分值作為第十八模擬信號SI18進行輸出。
加法器8a3e對第十六模擬信號SI16和第十八模擬信號SI18進行相加，並將其和作為第一模擬扭矩指令信號TXM1進行輸出。
由於積分器8a3d增加到第一模擬位置控制單元8a32中，因此可以實現比例和積分控制，從而按本實施例的電機控制器即使在出現計算誤差時也可減少第一模擬位置信號θm1與指令轉角信號θref間的誤差。第十二實施例以下，將說明按本發明第十二實施例的電機控制器。在按本實施例的電機控制器中，用第一模擬速度控制單元8a42取代了圖8和圖9所示第一模擬控制單元78a和98a中的第一模擬速度控制單元8a4。
圖13為第一模擬速度控制單元8a42的結構框圖。如圖13所示，第一模擬速度控制單元8a42包括微分器8a4a、減法器8a4b、係數倍增器8a4c和8a4f、積分器8a4d和加法器8a4e。
微分器8a4a對指令轉角信號θref進行微分以提供第十九模擬信號SI19。減法器8a4b由第一模擬速度指令信號ωm1中減去第十九模擬信號SI19以提供第一模擬速度誤差信號eVM1。係數倍增器8a4c使第一模擬速度誤差信號eVM1乘以KI1，並將乘積信號作為第二十模擬信號SI20進行輸出。係數倍增器8a4f使第一模擬速度誤差信號eVM1乘以KV1，並將乘積信號作為第二十一模擬信號SI21進行輸出。積分器8a4d對第二十模擬信號SI20進行積分，並將積分值作為第二十二模擬信號SI22進行輸出。加法器8a4e對第二十一模擬信號SI21和第二十二模擬信號SI22進行相加，並將其和作為第二模擬扭矩指令信號TVM1進行輸出。
由於第一模擬速度控制單元8a42中包括積分器8a4d，因此可實現比例和積分控制，即使在位置控制模式和速度控制模式相互轉換時，按本實施例的電機控制器在穩態下也可減少第一模擬位置信號θm1與指令轉角信號θref間的誤差。第十三實施例以下，將說明按本發明第十三實施例的電機控制器。
在按本實施例的電機控制器中，用第一數模138b取代了圖3所示第一模擬控制單元28中的數模8b。
圖14為第一數模138b的結構框圖。如圖14所示，第一數模138b包括係數倍增器8b1、積分器8b2和積分器8b3。
係數倍增器8b1接收第一模擬扭矩信號Tm1，按下述方程(19)計算和提供第一模擬加速信號αm1。積分器8b2按下述方程(20)對第一模擬加速信號αm1進行積分，並將積分值作為第一模擬速度信號ωm1輸出。積分器8b3對按下述方程(21)表示的第一模擬速度信號ωm1進行積分，並將積分值作為第一模擬位置信號θm1輸出。
αm1＝Tm1/J (19)ωm1＝αm1/S(20)θm1＝θm1/S(21)像第二實施例一樣，通過將數模138b引入剛體模型，本實施例電機控制器可按要求的響應特性，方便地設定第一模擬控制單元8a、68a、78a、88a和98a的控制參數，例如控制增益K1和K2等。第十四實施例以下，將說明按本發明第十四實施例的電機控制器。
在按本實施例的電機控制器中，用第一數模148I取代了圖6所示第一模擬控制單元58中的數模8I。
圖15為第一數模148I的結構框圖。如圖15所示，第一數模148I包括係數倍增器8I1、積分器8I2和積分器8I3。
係數倍增器8I1接收第一模擬扭矩信號Tm1，按方程(19)計算和提供信號SI16。積分器8I2按方程(20)對信號SI16進行積分，以提供第一模擬速度信號ωm1。積分器8I3對按方程(21)表示的第一模擬速度信號ωm1進行積分，以提供第一模擬位置信號θm1。
與第一數模8I的引入類似，通過將數模148I引入剛體模型，本實施例電機控制器可按所要求的響應特性，方便地設定第一模擬控制單元的控制參數，例如控制增益K1和K2等。第十五實施例以下，將祥述按本發明第十五實施例的電機控制器。在本實施例及第十六到第二十四實施例中，將對本發明電機控制器中第二模擬控制單元的各種實施例進行了說明；在第一到第十四及第二十一到第二十七實施例中所述的控制器適用於作為第一模擬控制單元和實控單元等。
圖16為第一模擬控制單元19的結構框圖。如圖16所示，第二模擬控制單元19包括第二模擬控制器9a和第二數模9b。
第二模擬控制器9a接收第一模擬位置信號θm1、第一模擬速度信號ωm1、第一模擬加速信號αm1、第二模擬位置信號θm2和第二模擬速度信號ωm2，按下述方程(22)計算和提供第二模擬扭矩信號Tm2。
Tm2＝Jm2*αm1+Jm3*{K3(θm1-θm2)-K4(ωm1-ωm2)}(22)這裡，Jm2和Jm3代表第二數模的慣量，K3和K4代表控制增益。
第二數模9b接收第二模擬扭矩信號Tm2，按下述方程(23)-(25)計算和提供第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2和第二模擬加速信號αm2αm2＝Tm2/Jm3(23)ωm2＝Tm2/(S*Jm3) (24)θm2＝Tm2/(S2*Jm3) (25)由於第二控制單元9a利用第一模擬加速信號αm1、第一模擬位置信號θm1、第一模擬速度信號ωm1、第二模擬位置信號θm2和第二模擬速度信號ωm2實施控制，在不使增益K3和K4的值增加到電機控制器失去控制穩定性的情況下，按本實施例的電機控制器可使第二模擬位置信號θm2和第二模擬速度信號ωm2的響應特性接近第一模擬位置信號θm1和第一模擬速度信號ωm1的響應特性。
同時，與第一模擬加速信號αm2、模擬位置信號θm1和第一模擬速度信號ωm1的響應特性比較起來，按本發明的電機控制器可提供更為平穩的第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2和第二模擬加速信號αm2的響應特性。
此外，當機器系統6為一剛體系統時，通過將第二數模9b引入剛體模型，按本實施例的電機控制器可按指令轉角信號θref控制機器系統6的運行。
如上所述，通過形成第二模擬控制器9a的第二模擬控制單元19和第二數模9b，按本實施例的電機控制器可根據所要求的響應速度和平穩度很方便地提供適當的第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2、第二模擬加速信號αm2和模擬扭矩信號T。第十六實施例以下，將說明按本發明第十六實施例的電機控制器。
本實施例電機控制器與第十五實施例電機控制器的不同之處在於，用第二模擬控制單元29取代了圖16所示的第二模擬控制單元19。
圖17為第二模擬控制單元29的結構框圖。如圖17所示，第二模擬控制單元29與第二控制單元19的不同之處在於，用第二模擬控制器9c取代了第二模擬控制器9a。
第二模擬控制器9c接收第一模擬位置信號θm1、第一模擬速度信號ωm1、第一模擬加速信號αm1、第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2和第二模擬加速信號αm2，按下述方程(26)計算和提供第二模擬扭矩信號Tm2Tm2＝Jm2*αm1-Jm4*αm2+Jm3{K3(θm1-θm2)-K4(ωm1-ωm2)} (26)與圖16所示第二模擬控制器9a比較起來，通過將第二模擬加速信號αm2反饋到第二模擬控制器9c，按本實施例的電機控制器可減少第二模擬速度信號ωm2的過調量。第十七實施例以下，將說明按本發明第十七實施例的電機控制器。
在按本實施例的電機控制器中，採用了第二數模179b，它是第十五和十六實施例電機控制器中第二數模9b的另一實施例。
圖18為按本實施例電機控制器中第二數模179b的結構框圖。如圖18所示，第二數模179b包括係數倍增器9b1、積分器9b2和積分器9b3。
係數倍增器9b1將第二模擬扭矩信號Tm2乘以一個係數以提供第二模一擬加速信號αm2。積分器9b2對第二模擬加速信號αm2進行積分以提供第二模擬速度信號ωm2。積分器9b3對第二模擬速度信號ωm2進行積分以提供第二位置信號θm2。
通過將第二數模179b引入剛體模型，當機器系統6為一剛體系統時，按本實施例的電機控制器可進一步減低機器系統6指令轉角信號θref和實際位置信號θ之間的誤差，同時還能降低實際扭矩指令T中包含的高頻成分。第十八實施例以下，將說明按本發明第十八實施例的電機控制器。
在按本實施例的電機控制器中，採用了第二模擬控制器19a，它是第十五實施例電機控制器中第二模擬控制器9a的另一實施例。
圖19為第二模擬控制器19a的結構框圖。如圖19所示，第二模擬控制器19a包括減法器9a1、第二模擬位置控制單元9a2、減法器9a3、第二模擬速度控制單元9a6、係數倍增器9a5和加法器9a4。
減法器9a1由第一模擬位置信號θm1減去第二模擬位置信號θm2以提供第十七模擬信號SI17。第二模擬位置控制單元9a2按下述方程(27)將第十七模擬信號乘以KP2，以產生第十八模擬信號SI18SI18＝KP2*SI17(27)這裡，KP2為第二模擬位置控制單元9a2的位置比例控制增益。
加法器/減法器9a3由第十八模擬信號SI18和第一模擬速度信號ωm1之和中減去第二模擬速度信號ωm2，並將其差值作為第十九模擬信號SI19輸出。
第二模擬速度控制單元9a6按下述方程(28)將第十九模擬信號SI19乘以KV2以提供第二十模擬信號SI20SI20＝KV2*SI19(28)這裡，KV2為第二模擬速度控制單元9a6的速度比例控制增益。
係數倍增器9a5接受第一模擬加速信號αm1，按下述方程(29)計算和提供第二十一模擬信號SI21SI21＝JM2*αm1(29)加法器9a4對第二十模擬信號SI20和第二十一模擬信號SI21進行相加，以提供第二模擬扭矩信號Tm2。
在按本實施例的電機控制器中，通過將上述方程(22)或(26)等所表示的控制操作分解到第二模擬位置控制單元9a2、第二模擬速度控制單元9a6和係數倍增器9a5，可採用一個電子電路來實施第二模擬控制器19a。
通過將產生SI20等模擬信號分解到第二模擬位置控制單元9a2和第二模擬速度控制單元9a6，在按本實施例的電機控制器中，可為第二模擬位置控制單元9a2設定較小的增益值，以保持電機控制器的穩定性。第十九實施例以下，將說明按本發明第十九實施例的電機控制器。
在按本實施例的電機控制器中，採用了第二模擬控制器29a，它是第十五實施例電機控制器中第二模擬控制器9a的另一實施例。
圖20為第二模擬控制器29a的結構框圖。如圖20所示，除了圖19第二模擬控制器19a所包括的部件外，本實施例第二模擬控制器29a還包括一個另外的微分器9a7、減法器9a8和第二模擬加速控制單元9a9。
微分器9a7對第二模擬速度信號ωm2進行微分以提供第二十二模擬信號SI22。減法器9a8由第一模擬加速信號αm1中減去第二十二模擬信號SI22，以提供第二十三模擬信號SI23。第二模擬加速控制單元9a9接收第二十三模擬信號SI23，按下述方程(30)計算和輸出第二十四模擬信號SI24SI24＝Ka2*SI23(30)這裡，Ka2為加速比例控制增益。
加法器將獲得的第二十四模擬信號SI24與第二十模擬信號SI20和二十一模擬信號SI21的和進行相加，以產生第二模擬扭矩信號Tm2。
通過引入第二模擬加速控制單元9a9，按本實施例的電機控制器可使第二模擬加速信號αm2的響應特性接近於第一模擬加速信號αm1的響應特性，更急劇地提升第二模擬位置信號θm2和第二模擬速度信號ωm2。第二十實施例以下，將說明按本發明第二十實施例的電機控制器。
在按本實施例的電機控制器中，採用了第二模擬控制器19c，它是第十六實施例中第二模擬控制器9c的另一實施例。
圖21為第二模擬控制器19c的結構框圖。如圖21所示，第二模擬控制器19c與圖19所示的第二模擬控制器19a類似，包括減法器9a1、第二模擬位置控制單元9a2、加法器/加法器9a3、加法器9a4、係數倍增器9a5和第二模擬速度控制單元9a6，此外還包括減法器9c7和第二模擬位置控制單元9c2。
減法器9c7由第二模擬加速信號αm2中減去第一模擬加速信號αm1，以產生第二十五模擬信號SI25。第二模擬加速控制單元9c8使第二十五模擬信號SI25乘以一個係數，以提供第二十六模擬信號SI26。第二十一模擬信號SI21送至加法器9a4，加法器9a4使它與第二十六模擬信號SI26和第二十模擬信號SI20進行相加，以提供第二模擬扭矩信號Tm2。
與僅實施位置控制而將產生第二十模擬信號SI20的工作分離到第二模擬位置控制單元9a2和第二模擬速度控制單元9a6的情況比較起來，按本實施例的電機控制器可為第二模擬位置控制單元9a2設定更小的控制增益KP2值。第二十一實施例以下，將說明按本發明第二十一實施例的電機控制器。本實施例電機控制器與第十五實施例電機控制器的不同之處在於，用第二模擬控制單元39取代了圖16所示的第二模擬控制單元19。圖22為第二模擬控制單元39的結構框圖。如圖22所示，第二模擬控制單元39包括第二模擬控制器9d和第二數模9e。
第二模擬控制器9d接收第一模擬位置信號θm1、第一模擬速度信號ωm1、第一模擬加速信號αm1、第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2、第二模擬加速信號αm2、第三模擬位置信號θ12和第三模擬速度信號ω12，按下述方程(31)計算和提供第二扭矩信號Tm2Tm1＝Jm2αm1-Jm4αm2+Jm3{K3(θm1-θm2)-K4(ωm1-ωm2)}-K5θL2-K6ωL2(31)第二數模9e接收第二模擬扭矩信號Tm2，解下述方程(32)-(37)以提供第二模擬加速信號αm2、第二模擬速度信號ωm2、第二模擬位置信號θm2、第三模擬位置信號θL2和第三模擬速度信號ωL2αm2＝(Tm2-TK)/(Jm5) (32)ωm2＝(Tm2-TK)/(Jm5*S) (33)θm2＝(Tm2-TK)/(Jm5*S2) (34)θL2＝TK/(Jm6*S2)(35)θL2＝TK/(Jm6*S) (36)TK＝Kc*(θm2-θL2) (37)這裡，Jm5、Jm6為慣量，Kc為控制增益，TK為模擬扭轉扭矩信號。
第二模擬控制器9d應用第二數模9e的第三模擬位置信號θ12和第三模擬速度信號ω12實施反饋控制，而數模9e為雙慣性系統模型，因此，即使在機器系統6為一個雙慣性系統的情況下，按本實施例的電機控制器也可給出適當的第二模擬扭矩信號Tm2、第二模擬加速信號αm2、第二模擬速度信號ωm2和第二模擬位置信號θm2。第二十二實施例以下，將說明按本發明第二十二實施例的電機控制器。在按本實施例的電機控制器中，採用第二模擬控制器19d取代了第二十一實施例電機控制器中的第二模擬控制器9d。圖23為第二模擬控制器19d的結構框圖。如圖23所示，第二模擬控制器19d包括減法器9d1、第二模擬位置控制器9d2、加法/減法器9d4、係數倍增器9d5、第二模擬速度控制器9d6、減法器9d7和9d9、第二模擬扭轉位置補償器9d10和第二模擬扭轉速度補償器9d8。
加法器9d1由第一模擬位置信號θm1中減去第三模擬速度信號ωL1，以提供第二十七模擬信號SI27。第二模擬位置控制單元9d2根據第二十七模擬信號SI27提供第二十八模擬信號SI28。圖24表明第二模擬維持控制單元9d2的結構。第二模擬維持控制單元9d2包括係數倍增器9d2a。係數倍增器9d2a使第二十七模擬信號SI27乘以KP2，以提供第二十八模擬信號SI28。
加法/減法器9d3由第二十八模擬信號SI28與第一模擬速度信號ωm1的和中減去第三模擬速度信號ωL2，以提供第二十九模擬信號SI29。第二模擬速度控制單元9d6根據第二十九模擬信號SI29提供第三十模擬信號SI30。圖25表明第二模擬速度控制單元9d6的結構。第二模擬速度控制單元9d6包括係數倍增器9d6a。係數倍增器9d6a使第二十九模擬信號SI29乘以一個係數，以提供第三十模擬信號SI30。
減法器9d9由第二模擬位置信號θm2中減去上述第三模擬位置信號θ12，以提供第三十一模擬信號SI31。
第二模擬扭轉位置補償器9d10根據第三十一模擬信號SI31提供第三十二模擬信號SI32。圖26表明第二模擬扭轉位置補償器9d10的結構。第二模擬扭轉位置補償器9d10包括係數倍增器9d10a。係數倍增器9d10a按下述方程(38)計算和提供第三十二模擬信號SI32SI32＝KP3*SI31(38)這裡，KP3為位置比例控制增益。
減法器9d7由第二模擬速度信號ωm2中減去第三模擬速度信號ω12，以提供第三十三模擬信號SI33。
第二模擬扭轉速度補償器9d8接收第三十三模擬信號SI33以提供第三十四模擬信號SI34。圖27表明第二模擬扭轉速度補償器9d8的結構。第二模擬扭轉速度補償器9d8包括係數倍增器9d8a。係數倍增器9d8a按下述方程(39)由第三十三模擬信號SI33計算和提供第三十四模擬信號SI34SI34＝KV3*SI33(39)這裡，KV3為速度比例控制增益。
係數倍增器9d5使第一模擬加速信號αm1乘以一個係數，以提供第三十五模擬信號SI35。加法器9d4使第三十模擬信號SI30、第三十二模擬信號SI32、第三十四模擬信號SI34和第三十五模擬信號SI35相加，以提供第二模擬扭矩信號Tm2。
由於增加配置了第二模擬扭轉位置補償器9d10和第二模擬扭轉速度補償器9d8，即使在機器系統6為一個雙慣性系統時，按本實施例的電機控制器也能給出適當的第二模擬扭矩信號Tm2。
同時，與單獨採用位置控制而將產生第三十模擬信號SI30分離到第二模擬位置控制單元9d2和第二模擬速度控制單元9d6的情況比較起來，按本實施例的電機控制器可為第二模擬位置控制單元9d2設定更小的控制增益KP2值。第二十三實施例以下，將說明按本發明第二十三實施例的電機控制器。
在按本實施例的電機控制器中採用了第二模擬控制器29d，它是第二十二實施例電機控制器中第二模擬控制器9d的另一實施例。
圖28為第二模擬控制單元29a的結構框圖。如圖28所示，除了圖23所示第二模擬控制單元19d所含部件外，第二模擬控制單元29a還包括另外一個微分器9d11、減法器9d12和第二模擬加速控制單元9d13。
微分器9d11對第三模擬速度信號ω12進行微分以提供第三十六模擬信號SI36。減法器9d12由第一模擬加速信號αm1中減去第三十六模擬信號SI36，以提供第三十七模擬信號SI37。
第二模擬加速控制單元9d13接收第三十七模擬信號SI37，按下述方程(40)計算和提供第三十八模擬信號SI38SI38＝Ka3*SI37(40)這裡，Ka3為加速比例控制增益。
加法器9d4對第三十模擬信號SI30、第三十二模擬信號SI32、第三十四模擬信號SI34、第三十五模擬信號SI35和和第三十八模擬信號SI38進行相加，以提供第二模擬扭矩信號Tm2。
由於增加配置了第二模擬加速控制單元9d13，即使在機器系統6為一個雙慣性系統的情況下，按本實施例的電機控制器也可給出適當的第而模擬扭矩信號Tm2，使第三模擬速度信號ω12的響應特性接近於第一模擬速度信號ωm1的響應特性，可平穩加速機器系統6的控制響應。第二十四實施例以下，將說明按本發明第二十四實施例的電機控制器。
在按本實施例的電機控制器中，採用第二數模19e以取代第二十一實施例電機控制器中的第二數模9e。圖29為第二數模19e的結構框圖。如圖29所示，第二數模19e包括第一慣性系統數模9e1、彈性數模9e2和第二慣性系統數模9e3。
第一慣性數模9e1接收第二模擬扭矩信號Tm2，按下述方程(41)-(43)計算和提供第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2和第二模擬加速信號αm2αm2＝(Tm2-TK)/(Jm5)(41)ωm2＝αm2/S (42)θm2＝ωm2/S (43)彈性數模9e2，其結構如圖30所示，接收第二模擬位置信號θm2和第三模擬位置信號θ12，解下述方程(44)以提供模擬扭矩信號TKTK＝Kc*(θm2-θL2) (44)第二慣性系統數模9e3根據模擬扭矩信號TK，按下述方程(45)-(46)計算和提供第三模擬位置信號θ12和第三模擬速度信號ω12
ωL2＝TK/(JM6*S)(45)θL2＝ωL2/S (46)此外，第一慣性系統數模9e1可按下述方程(47)為第二扭矩信號Tm2設置限制Tm2＝TMaX(Tm2大於或等於TMaX)Tm2＝-TMaX(Tm2-＜TMaX)(47)這裡，TMaX為電機的最大扭矩。
如上所述，按本實施例的電機控制器可給出適當的第二模擬扭矩信號Tm2。
如上所述，通過形成包括雙慣性系統數模和彈性數模的第二數模，在機器系統6可用雙慣性彈性震動系統進行近似時，按本實施例的電機控制器可使第二數模的響應類似於機器系統的響應，可減少扭矩指令T中包含的高頻成分。第二十五實施例以下，將說明按本發明第二十五實施例的電機控制器。
本實施例將對本發明電機控制器中的實控手段進行說明，而在本實施例及第二十六到第二十七實施例的電機控制器中，已在第一到第二十四實施例中所述的控制器適用於作為第一模擬控制、第二模擬控制等手段。
圖31為按本實施例電機控制器中實控單元10的結構框圖。如圖31所示，實控單元10包括減法器10a、實際位置控制單元10b、微分器10d、減法器10c、實際速度控制單元10f、微分器10e、減法器10g、第一實際加速控制單元10h和加法器10I。
減法器10a由第二模擬位置信號θm2中減去實際轉角信號θ，並將兩者之差作為第三十九模擬信號SI39輸出。實際位置控制單元10b接收第三十九模擬信號SI39，實施位置控制和提供第四十模擬信號SI40。
微分器10d根據實際轉角信號θ提供第四十三模擬信號SI43。加法/減法器10c由第二模擬速度信號ωm2與第四十模擬信號SI40的和中減去第四十三模擬信號SI43，以產生和提供第四十一模擬信號SI41。實際速度控制單元10f對第四十一模擬信號SI41進行微分，並將微分結果作為第四十二模擬信號SI42輸出。
微分器10e對第四十三模擬信號SI43進行微分，並將微分信號作為第四十四模擬信號SI44輸出。減法器10g由第二模擬加速信號αm2中減去減去第四十四模擬信號SI44，以產生和提供第四十五模擬信號SI45。
第一實際加速控制單元10h接收第四十五模擬信號SI45，解下述方程(48)以提供第四十六模擬信號SI46SI46＝Ka*SI45(48)這裡，Ka為加速比例控制增益。
加法器10I使第四十二模擬信號SI42、第四十六模擬信號SI46和第而模擬扭矩信號Tm2相加，並將它們之和作為扭矩指令T進行提供。
在按本實施例的電機控制器中，由於增加配置了第一實際加速控制單元10h，即使在第二數模與機器系統6之間存在少許誤差時，也可使實際轉角信號具有接近於第二模擬位置信號θm2的特性。
由於在實控單元10中增加了第一實際加速控制單元，按本實施例的電機控制器可進一步減少機器系統6與第二數模之間的響應誤差。第二十六實施例以下，將說明按本發明第二十六實施例的電機控制器。
圖32為按本實施例電機控制器中實控單元11的結構框圖。如圖32所示，除圖31所示實控單元10的結構外，實控單元11還包括一個過濾器10J。過濾器10J接收實際轉角信號θ，解下述方程(49)以輸出提供給減法器10a和微分器10d的第四十七模擬信號SI47SI47＝θ/(T4*S+1)(49)這裡，T4為時間常數。
由於包括過濾器10J，當實際轉角信號θ中包含燥聲和離散誤差時，按本實施例的電機控制器可減少它對實際扭矩信號T響應特性產生的不良影響。第二十七實施例以下，將說明按本發明第二十七實施例的電機控制器。圖33為實控單元12的結構框圖。如圖33所示，實控單元12用虛擬微分器10K取代了圖31實控單元10中的微分器10d。虛擬微分器10K接收實際轉角信號θ，解下述方程(50)以提供第四十三模擬信號SI43SI43＝θ/(T5*S+1)(50)這裡，T5為時間常數。
一般而言，實際轉角信號θ中包含的燥聲小於微分實際轉角信號θ中包含的燥聲，因此，實際轉角信號θ中包含的燥聲僅對實際扭矩信號T產生微小影響。反之，實際轉角信號θ還常常受到實際轉角信號θ過濾中相位延遲的影響，從而產生對實際扭矩信號T響應特性的嚴重影響。
因此，在按本實施例的電機控制器中，實際轉角信號θ不經過濾而直接供給實際位置控制單元10b，只對微分實際轉角信號θ進行過濾，從而可減少微分實際轉角信號θ中包含的燥聲和離散對實際扭矩信號T所產生的不良影響，防止實際轉角信號θ過濾中可能產生的相位延遲。
這樣，在不對實際位置信號進行處理的情況下，按本實施例的電機控制器可改善位置控制的相位特性。
在按第一到第二十七實施例的電機控制器中，實控單元、第一模擬控制單元和第二模擬控制單元還可包括一些處理器，在其運行軟體的配合下實施相應操作。當配置一些處理器時，按上述各實施例的電機控制器可大大減少控制處理時間。第二十八實施例如上所述，按第一到第二十七實施例的電機控制器包括另個部件第一模擬控制單元和作為前饋控制手段、向實施反饋控制的實控單元提供指令的第二模擬控制單元。在這種結構安排下，通過設定第一模擬控制單元的控制參數來提高控制響應的速度特性和設定第二模擬控制單元的控制參數來改善控制響應的穩定性，可使整個前饋控制設備的設計同時滿足控制響應高速性和高穩性的兩方面要求。
然而，按第一到第二十七實施例的電機控制器也存在一個問題由於第二模擬位置信號θM2相對於指令轉角信號θref的滯後，所以電機3的調整時間較長。為此，以下將對本發明的第二十八到第三十實施例如何解決這一問題予以說明。
以下，將說明按本發明第二十八實施例的電機控制器。圖34為按本實施例電機控制器中的結構框圖。如圖34所示，本實施例電機控制器與圖2所示電機控制器結構上的不同支出在於，採用第一模擬控制單元68、第二模擬控制單元49和實控單元13取代了第一模擬控制單元8、第二模擬控制單元9和實控單元10。
第一模擬控制單元68根據指令發生器7的指令轉角信號θref和第一控制參數，計算和提供第一模擬速度信號ωm1和第一模擬扭矩信號Tm1。第一模擬控制單元68按下述方程(51)-(52)計算和提供第一模擬速度信號ωm1和第一模擬扭矩信號Tm1ωm1＝S/(T1*S+1)2*θref(51)Tm1＝J*S2/(T1*S+1)2*θref(52)這裡，T1為時間常數，是第一控制參數；S為微分算子；J為機器系統6的慣量。
第二模擬控制單元49根據指令轉角信號θref與第一模擬位置信號θm1之間的差值實施比例控制並獲得一個值，根據根據指令轉角信號θref與第二模擬位置信號θm2之間的差值實施積分控制並獲得一個值，根據第一模擬速度信號ωm1和第二模擬速度信號ωm2之間的差值實施比例控制並獲得一個值，使上述獲得的各值與第一模擬扭矩信號Tm1相加，將得到的和值作為第二模擬扭矩信號Tm2提供。此外，第二模擬控制單元49對第二模擬扭矩信號Tm2進行一次積分並將積分值作為第二模擬速度信號ωm2輸出，對第二模擬速度信號ωm2進行一次積分並將積分值作為第二模擬位置信號θm2輸出。第二模擬控制單元49按下述方程(53)-(55)計算和輸出第二模擬位置信號θm2第一模擬速度信號ωm2和第二模擬扭矩信號Tm2θm2＝ωm2/S(53)ωm2＝Tm2/S (54)Tm2＝KP(θref-θm2)+KV(ωm1-ωm2)+Tm1+KI(θref-θm2)/S(55)這裡，KP為第一比例控制增益，KV為第二比例控制增益，KI為積分控制增益，S為微分算子。
圖35曲線表明本實施例電機控制器的模擬結果。圖35表明本實施例電機控制器第二模擬位置信號θm2、指令轉角信號θref和圖2電機控制器θm2的變化情況。
如圖35所示，在按本實施例的電機控制器中，第二模擬位置信號θm2基本沒有滯後而與指令轉角信號θref同步，儘管在指令轉角信號θref達到1時有輕微振蕩，而在圖2所示的電機控制器中，第二模擬位置信號θm2滯後於指令轉角信號θref。
如上所述，由於第二模擬控制單元49根據指令轉角信號θref和第二模擬位置信號θm2進行位置控制，按本實施例的電機控制器可減少電機3的實際調整時間，因為第二模擬位置信號θm2相對於指令轉角信號θref的滯後得到減少。第二十九實施例以下，將說明按本發明第二十九實施例的電機控制器。圖36為本實施例電機控制器的結構框圖。如圖36所示，本實施例電機控制器與圖34所示電機控制器的不同之處在於增加配置了信號開關31。此外，指令發生器17在發出指令轉角信號θref的同時還發出指令完成信號S。當指令轉角信號θref提供或脈動時，指令完成信號S取其第一值，當指令轉角信號θref剛剛提供或停止脈動時，指令完成信號S取第二值，當指令轉角信號θref沒有提供或沒有脈動時，指令完成信號取第三值。上述第一值滿足S小於0，第二值為0，第三值滿足S大於0。
當指令完成信號S取第一值(如S＝-1)時，信號開關31將第一模擬控制單元68的第一模擬速度信號ωm1和第一模擬扭矩信號Tm1如數供給第二模擬控制單元59；當指令完成信號S取第二值(S＝0)或第三值(例如S＝1)時，將供給第二模擬控制單元59的第一模擬速度信號ωm1和第一模擬扭矩信號Tm1的值設定為0。
第二模擬控制單元59接收指令完成信號S，當指令完成信號S取第一值(S小於0)或第三值(S大於0)時，按上述方程(53)-(55)計算和提供第二模擬位置信號θm2、第二模擬速度信號ωm2和第一模擬扭矩信號Tm2。而當指令完成信號S取第二值(S＝0)時，第二模擬控制單元59使方程(55)中的「KI*(θref-θm2)/S」一項為0，然後再按方程計算第二模擬扭矩信號Tm2。
由於第二模擬控制單元49根據指令轉角信號θref與第二模擬位置信號θm2間的差值來實施位置控制，本實施例電機控制器可減少奠基3的實際調整時間，因為第二模擬位置信號θm2相對於指令轉角信號θref的滯後可以降低。
此外，本實施例電機控制器可使位置控制積分器的輸出更為乾淨，以減少指令轉角信號θref停止脈動時可能出現的第二模擬位置信號θm2的過調和振蕩，而在指令轉角信號θref沒有脈動時，可使第一模擬扭矩信號Tm1和速度控制的輸出更為乾淨。這樣，本實施例電機控制器可限制第二模擬位置信號θm2在指令轉角信號θref停止脈動時可能產生的過調和振蕩。
圖37曲線表明本實施例電機控制器的模擬結果。圖37表明指令轉角信號θref、本實施例第二模擬位置信號θm2和圖2所示實施例電機控制器第二模擬位置信號θm2的變化情況。
如圖37所示，本實施例電機控制器的第二模擬位置信號θm2基本與指令轉角信號0ref同步而沒有滯後，而且與第二十八實施例比較起來，當指令轉角信號θref達到1後也沒有出現圖35曲線所示的振蕩。第三十實施例圖38為本實施例電機控制器的結構框圖。如圖38所示，本實施例電機控制器與圖36電機控制器的不同之處在於額外配置了指令完成檢查器32。
指令完成檢測器32接收指令發生器7的指令轉角信號θref，輸出指令完成信號S。當指令轉角信號θref的微分值非零即指令轉角信號θref脈動時，指令完成檢測器32置定指令完成信號S具有第一值(S小於0，如S＝-1)。當指令轉角信號θref的微分值為0而其二次微分非0-即指令轉角信號θref停止脈動時，指令完成檢測器32置定指令完成信號S取第二值(S＝0)。當指令轉角信號θref的一次微分和二次微分值均為0-即指令轉角信號θref沒有脈動時，指令完成檢測器32置定指令完成信號S取第三值(S大於0，如S＝1)。信號開關31和第二模擬控制單元59接受指令完成檢測器32提供的指令完成信號S，實施類似於第二十九實施例所述的操作。
如上所述，由於增加了指令完成檢測器32，按本實施例的電機控制器可自動創立指令完成信號S，以限制第二模擬位置信號θm2出現過調和振蕩。
在按第二十八到第三十實施例的電機控制器中，實控單元、第一模擬控制單元和第二模擬控制單元可包括一些處理器，所述處理器與其運行軟體配合以實施相應運作。當包括有一些處理器時，按上述實施例的電機控制器可大大減少控制處理時間。而控制處理時間的減少將減少第二模擬位置信號θm2相對於指令轉角信號θref的滯後和降低第二模擬位置信號θm2出現過調和振蕩的可能性。
以下，將對圖1-38中所用代碼予以說明。1負載裝置2傳動裝置3電機4電源轉換電路5實測單元6機器系統7，17指令發生器8，28，38，48，58，68第一模擬控制單元8a，68a，78a，88a，98a第一模擬控制器8a1，8a12第一a模擬位置控制單元8a1a減法器8a1b，8a1c係數倍增器8a1d積分器8a1e加法器8a2，8a22第一a模擬速度控制單元8a2a減法器8a2b，8a2c係數倍增器8a2d積分器8a2e加法器8a3，8a32第一b模擬位置控制單元8a3a減法器8a3b，8a3c係數倍增器8a3d積分器8a3e加法器8a4，8a42第一b模擬速度控制單元8a4a微分器8a4b減法器8a4c，8a4f係數倍增器8a4d積分器8a4e，8a5加法器8a6第一a模擬限制器8a7第一b模擬限制器8b，138b第一a數模8b1係數倍增器8b2，8b3積分器8c第一指令處理器8d第一模擬信號處理器8e第二模擬信號處理器8f第二指令處理器8g第三模擬信號處理器8h第四模擬信號處理器8I，148I第一b數模8I1係數倍增器8I2，8I3積分器8J第五模擬信號處理器9，19，29，39，49，59第二模擬控制單元9a，29a第二a模擬控制器9a1減法器9a2第二a模擬位置控制單元9a3減法器9a4加法器9a5係數倍增器9a6第二a模擬速度控制單元9a7微分器9a8減法器9a9第二a模擬加速控制單元9b，179b第二數模9b1係數倍增器9b2，9b3積分器9c，19c第二b模擬控制器9c7減法器9c8第二b模擬加速控制單元9d，29d第二c模擬控制器9d1減法器9d2第二a模擬位置控制單元9d2a 係數倍增器9d3減法器9d4加法器9d5係數倍增器9d6第二a模擬速度控制單元9d6a 係數倍增器9d 減法器9d8第二a模擬扭轉速度補償器9d9減法器9d10 第二a模擬扭轉位置補償器9d10a 係數倍增器9d11微分器9d12減法器9d13第二b模擬加速控制單元9e，19e 第二b數模9e1 第一慣性數模9e2 彈性數模9e2a減法器9e2b係數倍增器9e3 第二慣性數模10，11，12，13 實控單元10a 減法器10b 實際位置控制單元10c 減法器10d，10e 微分器10f 實際速度控制單元10g 減法器10h 第一實際加速控制單元10I 加法器10J 過濾器10K 虛擬微分器21 電機轉角指令信號發生器電路22 a控制電路23 b控制電路24 雙慣性系統模擬電路25 前饋信號處理電路31 信號開關32 指令完成檢測器
權利要求
1.一種用於控制包括電源轉換電路和實測單元的機器系統的電機控制器，所述電源轉換電路響應扭矩指令驅動通過傳動裝置與負載裝置相聯的電機運轉，所述實測單元提供所述電機的實際轉角信號和實際速度信號，所述電機控制器的特徵在於包括第一模擬控制裝置，它根據上級裝置提供的指令轉角信號和至少一個第一控制參數，計算第一模擬位置信號、第一模擬速度信號和第一模擬加速信號並提供計算信號；第二模擬控制裝置，它根據所述第一模擬位置信號、第一模擬速度信號和第一模擬加速信號及至少一個第二控制參數，計算第二模擬位置信號、第二模擬速度信號、第二模擬加速信號和模擬扭矩信號並提供計算的信號；以及實控裝置，它根據所述第二模擬位置信號、第二模擬速度信號和第二模擬加速信號及所述模擬扭矩信號計算和提供所述扭矩指令。
2.根據權利要求1所述的電機控制器，其特徵在於其中所述第一模擬控制裝置提供一個具有第一時間常數的雙級一次滯後過濾器的輸出，它接受所述指令轉角信號並將其作為所述第一模擬位置信號；提供一個所述雙級一次滯後過濾器輸出的微分信號並將其作為所述第一模擬速度信號；和提供一個所述雙級一次滯後過濾器輸出的微分信號並將其作為第一模擬速度信號；以及所述第二模擬控制裝置提供一個具有第二時間常數的一次滯後過濾器的輸出，它接受所述第一模擬位置信號並將其作為第二模擬位置信號；提供一個具有第二時間常數的一次滯後過濾器輸出，它接受所述第一模擬速度信號並將其作為所述第二模擬速度信號；和提供一個具有第二時間常數的一次滯後過濾器的輸出，它接受所述第一模擬加速信號並將其作為第二模擬加速信號。
3.根據權利要求1所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬控制裝置包括一個第一指令處理器，用於提供一個具有第一時間常數的雙級一次滯後過濾器的輸出，它接受所述指令轉角信號並將其作為第一模擬位置信號；一個第一模擬信號處理器，用於提供所述第一模擬速度信號的積分信號並將其作為所述第一模擬位置信號；以及一個第二模擬信號處理器，用於提供所述第一模擬速度信號的微分信號並將其作為所述第一模擬加速信號。
4.根據權利要求1所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬控制裝置包括一個第二指令處理器，用於提供一個具有第一時間常數的雙級一次滯後過濾器的輸出，它接受所述指令轉角信號並將其作為第一模擬位置信號；一個第三模擬信號處理器，用於對所述第一模擬位置信號進行微分以提供所述第一模擬速度信號；以及一個第四模擬信號處理器，用於對所述第一模擬速度信號進行微分以提供所述第一模擬加速信號。
5.根據權利要求1所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬控制裝置包括一個第一模擬控制器，用於根據所述指令轉角信號與所述第一模擬位置信號間的差值和所述第一模擬速度信號計算第一模擬扭矩信號；和一個第一數模，用於根據所述第一模擬扭矩信號計算所述第一模擬加速信號、第一模擬速度信號和第一模擬位置信號。
6.根據權利要求5所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬控制器使所述指令轉角信號與所述第一模擬位置信號之間的差值乘以第一控制增益以產生第一信號，使所述第一模擬速度信號乘以第二控制增益以產生第二信號，使所述第一信號與第二信號之間的差值乘以第一慣量並將乘積信號作為所述第一模擬扭矩信號提供；以及所述第一數模由所述第一模擬扭矩信號中減去所述第一慣量，以產生和提供所述第一模擬加速信號，對所述第一模擬速度信號進行積分以產生和提供所述第一模擬速度信號，對所述第一模擬速度信號進行積分以產生和提供所述第一模擬位置信號。
7.根據權利要求6所述的電機控制器，其特徵在於所述第一數模包括一個係數倍增器器，用於由所述第一模擬扭矩信號中進去一個慣量並將差值作為所述第一模擬加速信號提供。一個積分器，用於對所述第一模擬加速信號進行積分並將積分信號作為所述第一模擬速度信號提供；以及一個積分器，用於對所述第一模擬速度信號進行積分並將積分信號作為所述第一模擬位置信號提供。
8.根據權利要求1所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬控制裝置包括一個第一模擬控制器，用於根據所述指令轉角信號與所述第一模擬位置信號之間的差值計算第一模擬扭矩信號和所述第一模擬速度信號；一個第一數模，用於根據所述第一模擬扭矩信號計算所述第一模擬速度信號和所述第一模擬位置信號；以及一個第五模擬信號處理器，用於對一個具有第三時間常數的一次過濾器的輸出進行微分，它接受所述第一模擬速度信號並將微分信號作為第一模擬加速信號提供。
9.根據權利要求8所述的電機控制器，其特徵在於其中所述第一模擬控制器使所述指令轉角信號與所述第一模擬位置信號間的差值乘以第一控制增益以產生第一信號，使所述第一模擬速度信號乘以第二控制增益以產生第二信號，使所述第一信號與第二信號之間的差值乘以第一慣量並將乘積作為所述第一模擬扭矩信號提供；以及所述第一數模使所述第一模擬扭矩信號除以所述第一慣量，對商信號進行積分並將積分信號作為所述第一模擬速度信號提供，以及對所述第一模擬速度信號進行積分並將積分信號作為所述第一模擬位置信號提供。
10.根據權利要求9所述的電機控制器，其特徵在於所述第一數模包括一個係數倍增器，用於由所述第一模擬扭矩信號中減去慣量並將其差值作為第十六模擬信號提供；一個積分器，用於對所述第十六模擬信號進行積分並將積分信號作為所述第一模擬速度信號提供；以及一個積分器，用於對所述第一模擬速度信號進行積分並將積分信號作為所述第一模擬位置信號提供。
11.根據權利要求5所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬控制器包括一個第一模擬位置控制單元，用於根據所述指令轉角信號與所述第一模擬位置信號之間的差值提供所述第一模擬速度指令信號；和一個第一模擬速度控制單元，用於根據所述第一模擬速度指令信號與所述第一模擬速度信號之間的差值提供所述第一模擬扭矩信號。
12.根據權利要求11所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬位置控制單元使所述指令轉角信號與所述第一模擬位置信號間的差值乘以第一位置比例控制增益，並將乘積信號作為所述第一模擬速度指令信號提供；和所述第一模擬速度控制單元使所述第一模擬速度指令信號與所述第一模擬速度信號間的差值乘以第一速度比例控制增益並將乘積信號作為所述所述第一模擬扭矩信號提供。
13.根據權利要求11所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬位置控制單元包括一個減法器，用於由所述指令轉角信號中減去所述第一模擬位置信號並將差信號作為所述第一模擬位置誤差信號提供；一個係數倍增器，用於使所述第一模擬位置誤差信號乘以第一位置積分控制增益，並將放大後信號作為第十模擬信號提供；一個係數倍增器，用於使所述第一模擬位置誤差信號乘以第一位置積分控制增益，並將放大後信號作為第十一模擬信號提供；一個積分器，用於對所述第十一模擬信號進行積分並將積分值作為第十二模擬信號提供；以及一個加法器，用於使所述第十模擬信號和第十二模擬信號相加，並將其和作為所述第一模擬速度指令信號提供。
14.根據權利要求11或13所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬速度控制單元包括一個減法器，用於由所述第一模擬速度指令信號中減去所述第一模擬速度信號，並將其差值作為第一模擬速度誤差信號提供；一個係數倍增器，用於使所述第一模擬速度誤差信號乘以第一速度比例控制增益，並將放大後信號作為第十三模擬信號提供；一個係數倍增器，用於使所述第一模擬速度誤差信號乘以第一速度比例控制增益，並將放大後信號作為第十四模擬信號提供；一個積分器，用於對所述第十四模擬信號進行積分，並將積分信號作為第十五模擬信號提供；以及一個加法器，用於使所述第十三模擬信號與第十五模擬信號相加，並將和信號作為所述第一模擬扭矩指令信號提供。
15.根據權利要求5所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬控制器包括一個第一模擬位置控制單元，用於根據所述指令轉角信號與所述第一模擬位置信號之間的差值提供第一模擬扭矩指令信號；一個第一模擬速度控制單元，用於根據指令轉角信號與第一模擬速度信號間的差值提供第二模擬扭矩指令信號；以及一個加法器，用於使所述第一模擬扭矩指令信號與所述第二模擬扭矩指令信號相加，並將其和作為所述第一模擬扭矩信號提供。
16.根據權利要求15所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬位置控制單元使所述指令轉角信號與所述第一模擬位置信號之間的差值乘以第一位置比例控制增益，並將乘積信號作為所述第一模擬扭矩指令型號提供；所述第一模擬速度控制單元使所述指令轉角信號與所述第一模擬速度信號之間的差值乘以第一速度比例控制增益，並將乘積作為所述第二模擬扭矩指令信號提供。
17.根據權利要求15所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬位置控制單元包括一個減法器，用於由所述指令轉角信號中減去所述第一模擬位置信號，並將其差值作為所述第一模擬位置誤差信號提供；一個係數倍增器，用於使所述第一模擬位置誤差信號乘以第一位置比例控制增益，並將放大後信號作為第十六模擬信號提供；一個係數倍增器，用於使所述第一模擬位置誤差信號乘以第一位置積分控制增益，並將放大後信號作為第十七模擬信號提供；一個積分器，用於對所述第十七模擬信號進行積分，並將積分信號作為第十八模擬信號提供；以及一個加法器，用於使所述第十六和第十八模擬信號彼此相加，並將和信號作為第一模擬扭矩指令信號提供。
18.根據權利要求15或17所述的電機控制器，其特徵在於所述第一模擬速度控制單元包括一個微分器，用於對所述指令轉角信號進行微分並將微分信號作為第十九模擬信號提供；一個減法器，用於由所述第一模擬速度信號中減去所述第十九模擬信號以提供第一模擬速度誤差信號；一個係數倍增器，用於使所述第一模擬速度誤差信號乘以第一速度積分控制增益，並將放大後信號作為第二十模擬信號；一個係數倍增器，用於使所述第一模擬速度誤差信號乘以第一速度比例控制增益，並將放大後信號作為第二十一模擬信號提供；一個積分器，用於對所述第二十模擬信號進行積分以提供第二十二模擬信號；以及一個加法器，用於使所述第二十一模擬信號與所述第二十二相加，並將其和作為所述第二模擬扭矩指令信號提供。
19.根據權利要求5-18所述任何一種電機控制器，其特徵在於所述第一模擬控制器進一步包括一個用於限制所述第一模擬扭矩信號的第一模擬限制器，使所述第一模擬扭矩信號處在所述電機的預定範圍之內。
20.根據權利要求1-3所述任何一種電機控制器，其特徵在於所述第二模擬控制裝置包括一個第二模擬控制器，用於根據所述第一模擬位置信號與所述第二模擬位置信號之差、所述第一模擬速度信號與所述第二模擬速度信號之差及所述第一模擬加速信號計算和提供所述模擬扭矩信號；以及一個第二數模，用於根據所述第二模擬扭矩信號計算所述第二模擬加速信號、所述第二模擬速度信號和所述模擬位置信號並提供所計算的信號。
21.根據權利要求20所述的電機控制器，其特徵在於所述第二模擬控制器使所述第一模擬位置信號與所述第二模擬位置信號之差乘以第三控制增益以產生第一信號，使所述第一模擬速度信號與所述第二模擬速度信號之差乘以第四控制增益以產生第二信號，由所述第一信號中減去所述第二信號並使其差值乘以第三慣量以產生第三信號，使所述第一模擬加速信號乘以第二慣量以產生第四信號，使所述第三信號與第四信號相加並將其和作為第二模擬扭矩信號提供；以及所述第二數模使所述第二模擬扭矩信號除以所述第三慣量並將其商作為所述第二模擬加速信號提供，對所述第二模擬加速信號進行積分並將積分信號作為所述第二模擬速度信號提供，對所述第二模擬速度信號進行積分並將積分信號作為所述第二模擬位置信號提供。
22.根據權利要求20所述的電機控制器，其特徵在於所述第二模擬控制器包括一個減法器，用於由所述第一模擬位置信號中減去所述第二模擬位置信號以提供第十七模擬信號；一個第二模擬位置控制單元，用於使所述第十七模擬信號乘以第二位置比例控制增益以提供第十八模擬信號；一個加法/減法器，用於由所述第十八模擬信號與所述第一模擬速度信號之和中減去所述第二模擬速度信號，並將差信號作為第十九模擬信號提供；一個第二模擬速度控制單元，用於使所述第十九模擬信號乘以第二速度比例控制增益以提供第二十模擬信號；一個係數倍增器，用於使第一模擬加速信號乘以第二慣量並將乘積作為第二十一模擬信號提供；以及一個加法器，用於使所述第二十模擬信號與所述第二十一模擬信號相加，並將其和作為所述第二模擬扭矩信號提供。
23.根據權利要求22所述的電機控制器，其特徵在於所述第二模擬控制器進一步包括一個微分器，用於對所述第二模擬速度信號進行微分以提供第二十二模擬信號；一個減法器，用於由所述第一模擬加速信號中減去所述第二十二模擬信號以提供第二十三模擬信號；一個第二模擬加速控制單元，用於使第二十三模擬信號乘以加速比例控制增益，並將放大後信號作為第二十四模擬信號提供；以及一個加法器，用於使第二十四模擬信號、第二十模擬信號和第二十一模擬信號相加，並將其和作為所述第二模擬扭矩信號提供。
24.根據權利要求1、3-19所述任何一種電機控制器，其特徵在於所述第二模擬控制裝置包括一個第二模擬控制器，用於根據所述第一模擬位置信號與所述第二模擬位置信號之差、所述第一模擬速度信號與所述第二模擬速度信號之差和所述第一模擬加速信號與所述第二模擬加速信號之差計算和提供所述第二模擬扭矩信號；以及一個第二數模，用於根據所述第二模擬扭矩信號計算所述第二模擬加速信號、第二模擬速度信號和第二模擬位置信號並提供所計算的信號。
25.根據權利要求22所述的電機控制器，其特徵在於其中所述第二模擬控制器使所述第一模擬位置信號與所述第二模擬位置信號之差乘以第三控制增益以產生第一信號，使所述第一模擬速度信號與所述第二模擬速度信號之差乘以第四控制增益以產生第二信號，由所述第一信號中減去所述第二信號並使其差乘以第三慣量以產生第三信號，使所述第一模擬加速信號乘以第二慣量以產生第四信號，使所述第二模擬加速信號乘以第四慣量以產生第五信號，由所述第四和第三信號之和中減去所述第五信號並將其差作為所述第二模擬扭矩信號提供；以及所述第二數模使所述第二模擬扭矩信號除以第三慣量並將其商作為所述地二模擬加速信號提供，對所述第二模擬加速信號進行積分並將積分信號作為所述第二模擬速度信號提供，對所述第二模擬速度信號進行積分並將積分信號作為所述第二模擬位置信號提供。
26.根據權利要求22所述的電機控制器，其特徵在於所述第二模擬控制器包括一個減法器，用於由所述第一模擬位置信號中減去所述第二模擬位置信號以提供第十七模擬信號；一個第二模擬位置控制單元，用於使所述第十七模擬信號乘以第二位置比例控制增益以提供第十八模擬信號；一個加法/減法器，用於由所述第十八模擬信號與所述第一模擬速度信號之和中減去所述第二模擬速度信號，並將其差信號作為第十九模擬信號提供；一個第二模擬速度控制單元，用於使所述第十九模擬信號乘以第二速度比例控制增益，以提供第二十模擬信號；一個係數倍增器，用於使所述第一模擬加速信號乘以第二慣量，並將其乘積作為第二十一模擬信號提供；一個減法器，用於由所述第二模擬加速信號中減去所述第一模擬加速信號以提供第二十五模擬信號；一個第二模擬加速控制單元，用於使所述第二十五模擬信號乘以加速比例控制增益以提供第二十六模擬信號；以及一個加法器，用於使所述第二十一模擬信號、第二十六模擬信號和第二十模擬信號相加，並將其和信號作為第二扭矩信號提供。
27.根據權利要求20-26所述任何一種電機控制器，其特徵在於所述第二數模包括一個係數倍增器，用於使所述第二乘以第三慣量的倒數以提供所述第二模擬加速信號；一個積分器，用於對所述第二模擬加速信號進行積分並將積分信號作為所述第二模擬速度信號提供；以及一個積分器，用於對所述第二模擬速度信號進行積分並將積分信號作為所述第二模擬位置信號提供。
28.根據權利要求1、3-19所述任何一種電機控制器，其特徵在於所述第二模擬控制裝置包括一個第二數模，用於根據所述第二模擬扭矩信號提供所述第二模擬位置信號、第二模擬速度信號、第二模擬加速信號、第三模擬位置信號和第三模擬速度信號；以及一個第二模擬控制器，用於根據第二模擬位置信號、第二模擬速度信號、第二模擬加速信號、第三模擬位置信號和第三模擬速度信號計算第二扭矩信號。
29.根據權利要求28所述的電機控制器，其特徵在於其中所述第二模擬控制器使所述第一模擬位置信號與所述第二模擬位置信號之差乘以第三控制增益以產生第一信號，使所述第一模擬速度信號與所述第二模擬速度信號之差乘以第四控制增益以產生第二信號，由所述第一信號中減去所述第二信號並使其差乘以第三慣量以產生第三信號，使所述第一模擬加速信號乘以第二慣量產生第四信號，使所述第二模擬加速信號乘以第四慣量以產生第五信號，使所述第三模擬位置信號乘以第五控制增益以產生第六信號，使所述第三模擬速度信號乘以第六控制增益以產生第七信號，由所述第四信號與第三信號之和中減去所述第五、第六和第七信號並將其差作為所述第二模擬扭矩信號提供；以及所述第二數模接收所述第二模擬扭矩信號，使所述第二模擬位置信號與所述第三模擬位置信號之差乘以一個彈性係數以產生模擬扭轉扭矩信號，使所述扭轉扭矩信號除以第六慣量並對其商信號進行積分以提供第三模擬速度信號，使所述模擬扭轉扭矩信號除以所述所述第六慣量並對其商信號進行兩次積分以提供所述第三模擬位置信號，使所述第二模擬扭矩信號與所述模擬扭轉扭矩信號之差除以第五慣量並對其商信號進行積分以提供所述第二模擬加速信號，使所述第二模擬扭矩信號與所述模擬扭轉扭矩信號之差除以所述第五慣量並對其商信號進行積分以提供所述第二模擬速度信號，使所述第二模擬扭矩信號與所述模擬扭轉扭矩信號之差除以所述第五慣量並對其商信號進行兩次積分以提供兩次所述第二模擬速度信號的積分信號。
30.根據權利要求28所述的電機控制器，其特徵在於所述第二模擬控制器包括一個減法器，用於由所述第一模擬位置信號中減去所述第三模擬位置信號以提供第二十七模擬信號；一個第二模擬位置控制單元，用於使所述第二十七模擬信號乘以第二位置比例控制增益以提供第二十八模擬信號；一個加法/減法器，用於由所述第二十八模擬信號與所述第一模擬速度信號之和中減去所述第三模擬速度信號並將其差作為第二十九模擬信號提供；一個第二模擬速度控制單元，用於使所述第二十九模擬信號乘以第二速度比例控制增益並將乘積信號作為第三十模擬信號提供；一個減法器，用於由所述第二模擬位置信號中減去所述第三模擬位置信號，並將其差信號作為第三十一模擬信號提供；一個第二模擬扭轉位置補償器，用於使所述第三十一模擬信號乘以第三位置比例控制增益，並將其乘積信號作為第三十二模擬信號提供；一個減法器，用於由所述第二模擬速度信號中減去所述第三模擬速度信號，並將其差信號作為第三十三模擬信號；一個第二模擬扭轉速度補償器，用於使所述第三十三模擬信號乘以第三速度比例控制增益，並將乘積信號作為第三十四模擬信號提供；一個係數倍增器，用於使所述第一模擬加速信號乘以第二加速比例控制增益，並將乘積信號作為第三十五模擬信號提供；以及一個加法器，用於使所述第三十模擬信號、第三十二模擬信號、第三十四模擬信號、第三十五模擬信號相加，並將它們的和信號作為所述第二模擬扭矩信號提供。
31.根據權利要求30所述的電機控制器，其特徵在於所述第二模擬控制器進一步包括一個微分器，用於對所述第三模擬速度信號進行微分以提供第三十六模擬信號；一個減法器，用於由所述第一模擬加速信號中減去所述第三十六模擬信號以提供第三十七模擬信號；一個第二模擬加速控制單元，用於使所述第三十七模擬信號乘以第三加速比例控制增益，並將乘積信號作為第三十八模擬信號提供；一個加法器，用於使所述第三十模擬信號、第三十二模擬信號、第三十四模擬信號、第三十五模擬信號和第三十八模擬信號相加，並將其和作為所述第二模擬扭矩信號提供。
32.根據權利要求28-31所述任何一種電機控制器，其特徵在於所述第二數模包括一個彈性數模，用於使所述第二模擬位置信號與所述第三模擬位置信號之差乘以一個彈性係數，並將乘積信號作為模擬扭轉扭矩信號提供；一個第一慣性系統數模，用於使所述第二模擬扭矩信號與所述模擬扭轉扭矩信號之差除以第五慣量，並將其商信號作為所述第二模擬加速信號提供，對所述第二模擬加速信號進行積分並將積分信號作為所述第二模擬速度信號提供，對所述第二模擬速度信號進行積分並將積分信號作為第二模擬位置信號提供；以及一個第二慣性系統數模，用於使所述模擬扭轉扭矩信號除以第六慣量，對其商信號進行積分並將積分信號作為所述第三模擬速度信號，對所述第三模擬速度信號進行積分並將積分信號作為所述第三模擬位置信號提供。
33.根據權利要求1-32所述任何一種電機控制器，其特徵在於所述實控裝置包括一個減法器，用於由所述第二模擬位置信號中減去所述實際轉角信號，並將其差信號作為第三十九模擬信號提供；一個實際位置控制器，用於接受所述第三十九模擬信號以實施位置控制和提供第四十模擬信號；一個微分器，用於對所述實際轉角信號進行微分以提供第四十三模擬信號；一個減法器，用於由所述第二模擬速度信號與所述第四十模擬信號之和中減去所述第四十三模擬信號，以提供第四十一模擬信號；一個實際速度控制器，用於對所述第四十一模擬信號進行微分，並將微分信號作為第四十二模擬信號提供；一個微分器，用於對所述第四十三模擬信號進行微分並將微分信號作為第四十四模擬信號提供；一個減法器，用於由所述第二模擬加速信號中減去所述第四十四模擬信號，並將其差信號作為第四十五模擬信號提供；一個第一實際加速度控制器，用於接受所述第四十五模擬信號，使所述第四十五模擬信號乘以第一加速度比例控制增益，並將放大後信號作為第四十六模擬信號提供；以及一個加法器，用於使所述第四十二和第四十六模擬信號與所述第二模擬扭矩信號相加，並將其和信號作為實際扭矩指令提供。
34.根據權利要求33所述的電機控制器，其特徵在於其中所採用的實際轉角信號通過一個具有第四時間常數的一次過濾器。
35.根據權利要求33所述的電機控制器，其特徵在於其中所述用於對所述實際轉角信號進行微分以提供第四十三模擬信號的微分器為一個虛擬微分器，它包括具有第五時間常數的一次過濾器。
36.一種用於控制包含電源轉換電路和實測單元的機器系統的電機控制器，所述電源轉換電路響應扭矩指令驅動通過傳動裝置與負載裝置相聯的電機，所述實測單元提供所述電機的實際響應信號，所述電機控制器的特徵在於包括第一模擬控制裝置，用於根據上級裝置提供的指令轉角信號和至少一個控制參數計算第一模擬速度信號和第一模擬扭矩信號，以提供所述第一模擬速度信號和所述第一模擬扭矩信號；第二模擬控制裝置，用於根據所述指令轉角信號與所述第二模擬位置信號之差實施比例控制以計算一個值，根據所述指令轉角信號與第二模擬位置信號之差進行積分控制以計算一個值，根據所述第一模擬速度信號與第二模擬速度信號之差實施比例控制以計算一個值，使上述計算值與第一模擬扭矩相加並將它們的和作為第二模擬扭矩信號提供；對所述第二模擬扭矩信號進行一次積分並將積分信號作為第二模擬速度信號提供；並對所述第二模擬速度信號進行一次積分並將積分信號作為第二模擬位置信號提供；以及實控裝置，用於根據所述第二模擬位置信號、第二模擬速度信號和第二模擬扭矩信號計算和提供的扭矩指令進行反饋控制以計算和提供所述扭矩命令。
37.根據權利要求36所述的電機控制器，其特徵在於其中所述第二模擬控制裝置接受一個指令完成信號，所述指令完成信號在所述指令轉角信號脈動時取第一值，在所述指令轉角信號停止脈動時取第二值，當指令轉角信號沒有脈動時取第三值，當所述指令轉角信號取第二值時，置定通過積分控制計算的值為0。
38.根據權利要求37所述的電機控制器，其特徵在於進一步包括一個信號開關，用於在所述指令完成信號取所述第一值時，將所述第一模擬控制裝置所提供的所述第一模擬速度信號和第一扭矩信號如實提供給所述第二模擬控制裝置；而當所述指令完成信號取所述第二或第三值時，將供給所述第二模擬控制裝置的所述第一模擬速度信號和所述第一模擬扭矩信號的值置定為0。
39.根據權利要求38所述的電機控制器，其特徵在於進一步包括一個指令完成檢測器，用於在所述指令轉角信號的微分值為非0時，置定所述指令完成信號的值取所述第一值；當所述指令轉角信號的微分值為0但其二次微分值非0時，置定所述指令完成信號的值取所述第二值；當所述指令轉角信號的微分和二次微分值均為0時，置定所述指令完成信號的值取所述第三值。
40.根據權利要求1-39所述任何一種電機控制器，其特徵在於進一步包括可與多種處理器配合運行的軟體。
全文摘要
本申請公開了一種包括第一模擬控制單元(8)和第二模擬控制單元(9)的電機控制器，所述第二模擬控制單元(9)作為前饋控制手段輸入指令給實控單元(10)以實施反饋控制，使所述第一模擬控制單元(8)的控制參數設定可提高控制響應的速度特性，使所述第二模擬控制單元(9)的控制參數設定可改善控制響應的穩定性，從而使整個前饋控制裝置的設計同時滿足控制響應高速性和高穩定性的要求。
文檔編號G05B11/36GK1466811SQ01816345
公開日2004年1月7日 申請日期2001年9月25日 優先權日2000年9月26日
發明者郭雙暉, 小黑龍一, 本田英己, 一, 己 申請人:株式會社安川電機