CN105659491B

CN105659491B - 电动机控制装置

Info

Publication number: CN105659491B
Application number: CN201380080401.6A
Authority: CN
Inventors: 古谷真; 古谷真一; 佐野修也; 堀井启太; 竹居宽人; 稻妻哉; 稻妻一哉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2013-10-22
Publication date: 2018-09-07
Anticipated expiration: 2033-10-22
Also published as: CN105659491A; US20160233804A1; TWI535185B; KR20160071479A; JPWO2015059769A1; TW201517499A; WO2015059769A1; JP6017057B2

Abstract

为了得到即使是不具有凸极性的同步电动机，也能够在动作开始后迅速地对圆盘错位故障进行检测而对异常动作进行抑制的电动机控制装置，特征在于，具有：电动机速度检测部，其根据与作为同步电动机的电动机连接的编码器(位置传感器)的输出信号，对电动机检测速度进行检测并输出；电动机电角检测部，其根据编码器的输出信号，对电动机检测电角进行检测并输出；电动机电角推定部，其将电动机电压及电动机电流、和电动机检测速度作为输入，根据电动机电压及电动机电流，对电动机推定电角进行推定并输出；以及切换部，其将电动机检测电角及电动机推定电角作为输入，根据电动机检测电角及电动机推定电角，判定编码器是否正常动作，在编码器正常动作时将电动机检测电角输出，在编码器未正常动作时将电动机推定电角输出。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种电动机控制装置。

背景技术

当前，作为转子与定子的电流或电压的频率同步的同步电动机，已知永磁铁型同步电动机、绕组磁场型同步电动机及同步磁阻电动机。

例如，在专利文献1中公开了如下技术，即，基于电动机的感应电压进行电角的推定，使用基于电路模型的推定电角进行故障判别。通常，电动机速度越高，电动机的感应电压的振幅越大。反之，在电动机低速时，感应电压的振幅小，受到例如逆变器死区时间那样的电压干扰、开关噪声的影响，所推定的电角的精度显著下降。因此，在专利文献1所记载的技术中设为如下结构，即，在电动机加速后一段时间，在其速度变得大于或等于阈值后进行电角的推定。

专利文献1：日本特开2010－029031号公报

发明内容

但是，根据上述现有技术，从电动机加速至进行电角的推定需要时间。因此存在如下问题，即，圆盘错位故障的检测发生延迟。

圆盘错位故障有时在电动机控制装置启动前发生，如果不判别出在电动机开始动作时是否产生了圆盘错位，则在电动机启动的同时，电动机向意料外的方向进行旋转。在同步电动机被用作某机构(例如机器人或进给机构)的驱动力源的情况下，在上述故障时，机构由于意料外的旋转而进行异常动作，有时会破坏该机构自身或存在于该机构周边的其他物体，需要使电动机尽可能早地停止。

此外，在电动机低速时不利用电动机的感应电压而是利用凸极性对电动机的电角、电角频率进行推定的技术不适用于不具有凸极性的电动机(例如表面磁铁型永磁铁电动机)，该凸极性是指，从定子侧观察到的电感值根据电动机的旋转位置而变化。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种电动机控制装置，即使是不具有凸极性的同步电动机，也能够在动作开始后迅速地对圆盘错位故障进行检测而对异常动作进行抑制。

为了解决上述课题，实现目的，本发明是对不具有凸极性的同步电动机进行控制的电动机控制装置，其特征在于，具有：电动机速度检测部，其根据与作为同步电动机的电动机连接的编码器(位置传感器)的输出信号，对所述电动机的速度进行检测，将所述电动机的电动机检测速度输出；电动机电角检测部，其根据所述编码器的所述输出信号，对所述电动机的电角进行检测，将电动机检测电角输出；电动机电角推定部，其将所述电动机的电动机电压及电动机电流、和所述电动机检测速度作为输入，根据所述电动机电压及所述电动机电流，对所述电动机的电角进行推定，将电动机推定电角输出；以及切换部，其将所述电动机检测电角及所述电动机推定电角作为输入，根据所述电动机检测电角及所述电动机推定电角，判定所述编码器是否正常动作，在所述编码器正常动作时将所述电动机检测电角输出，在所述编码器未正常动作时将所述电动机推定电角输出。

发明的效果

本发明所涉及的电动机控制装置具有如下效果，即，能够得到一种电动机控制装置，即使是不具有凸极性的同步电动机，也能够在动作开始后迅速地对圆盘错位故障进行检测而对异常动作进行抑制。

附图说明

图1－1是表示实施方式1所涉及的电动机控制装置的一个结构例的图。

图1－2是表示作为对比例的电动机控制装置的结构的图。

图2－1是表示实施方式1所涉及的电动机控制装置的电角推定部的一个结构例的图。

图2－2是表示作为对比例的电动机控制装置的电角推定部的结构的图。

图2－3是表示实施方式3所涉及的电动机控制装置的电角推定部的一个结构例的图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明所涉及的电动机控制装置的实施方式进行详细说明。此外，本发明不限定于本实施方式。

实施方式1

图1－1是表示本发明所涉及的电动机控制装置的实施方式1的一个结构例的图。图1－1所示的同步电动机控制装置1与逆变器2、电流检测部3及编码器5(位置传感器)连接。逆变器2及编码器5与电动机4连接，电流检测部3配置于逆变器2和电动机4之间。此外，作为电动机4，使用例如永磁铁型同步电动机。

图1－1所示的同步电动机控制装置1具有速度指令部11、速度控制部13、电流控制部15、坐标变换部17、22、PWM处理部19、速度换算部7、电角换算部8、电角推定部24、和切换部26。

在这里，参照现有的电动机控制装置的结构。图1－2是表示对比例、即现有的电动机控制装置的结构的图。与图1－1所示的同步电动机控制装置1同样地，图1－2所示的同步电动机控制装置1a也与逆变器2、电流检测部3及编码器5连接，逆变器2及编码器5与电动机4连接，电流检测部3配置于逆变器2和电动机4之间。

同步电动机控制装置1a具有控制部、处理部、换算部以及变换部，它们呈将输出的值经由其他控制部、处理部、换算部或变换部而再次输入的结构。

编码器5将编码器信号6输出。编码器信号6相当于电动机4的转子位置(角度)信息。编码器信号6被输入至速度换算部7及电角换算部8。

速度换算部7对编码器信号6进行微分，或者取得差值，将电动机4的转子的旋转速度作为速度信号10而输出。速度信号10被输入至速度控制部13。

速度信号10及速度指令部11所输出的速度指令12被输入至速度控制部13。速度控制部13以使速度信号10和速度指令12一致的方式进行控制处理，将电流指令14输出。速度控制部13进行例如PI(比例积分)控制、前馈控制。

为了对同步电动机的速度进行控制而对同步电动机的扭矩进行控制，但在这里，在用作例子的永磁铁型同步电动机中，由于电动机扭矩和电动机电流成正比，因此速度控制部13的输出成为电流指令。该电流指令14被输入至电流控制部15。

由电流控制部15及坐标变换部17构成的电流控制***是在2轴正交旋转坐标(dq轴)上构建的。在大多数情况下，d轴被设定于电动机转子磁通方向，此时q轴电流成为产生电动机扭矩的电流，因此速度控制部13所输出的电流指令14相当于q轴电流指令。

电流控制部15进行PI控制、非干涉化控制，该非干涉化控制用于对电动机4的dq轴间的电磁干涉进行抑制。向电流控制部15输入电流指令14及旋转坐标上的检测电流信号23，电流控制部15进行控制处理而将电压指令16输出。

旋转坐标上的检测电流信号23是dq轴上的信号，检测电流信号23是通过将3相静止坐标上的检测电流信号21输入至坐标变换部22，根据下述式(1)进行计算的。此外，3相静止坐标上的检测电流信号21是从电流检测部3输出的。

【算式1】

在式(1)中，I_d、I_q相当于旋转坐标上的检测电流信号23，I_u、I_v、I_w相当于3相静止坐标上的检测电流信号21。另外，在式(1)中，θe是检测电角，相当于电角9，是表示电动机转子磁通的角度的相位信号。此外，电角9是从被输入了编码器信号6的电角换算部8输出的，被输入至坐标变换部17及坐标变换部22。

式(1)中的系数(2/3)和2个矩阵(2行2列的矩阵和2行3列的矩阵)相当于从3相静止坐标向旋转坐标的变换系数。由于旋转坐标上的检测电流信号23被输入至电流控制部15，因此电流控制部15所输出的电压指令16成为旋转坐标(dq轴)上的信号。

坐标变换部17根据下述的式(2)，将被输入的电压指令16变换为3相静止坐标上的电压指令，作为电压指令18而输出。

【算式2】

在式(2)中，V_d﹡、V_q﹡相当于电压指令16，V_u﹡、V_v﹡、V_w﹡相当于电压指令18。

PWM处理部19将电压指令18变换为开关指令20而输出。被输入了开关指令20的逆变器2按照开关指令20进行动作，将依据电压指令18的电压输出至电动机4。

被输入至坐标变换部17及坐标变换部22的电角9由同步电动机的转子磁通相位决定。具体地说，以使转子磁通矢量方向为d轴的方式决定。

然而，在极数为P的电动机中，相对于电动机转子的一周的旋转，电角以其极对数倍即P/2进行旋转。以使编码器信号6的零相位与电角的零相位中的某一个一致的方式对编码器5进行调整而安装于电动机转子轴，其中，电角的零相位的个数与极对数相等。此时，如果将编码器信号6设为θ，将电角9设为θ_e，将电动机极数设为P，则电角9由下述的式(3)表示。

【算式3】

同样地，关于各自的微分值即速度信号10和电角频率，如果将速度信号10设为ω_r，将电角频率设为ω_re，则下述的式(4)的关系成立。

【算式4】

下面，对编码器5进行说明。编码器5由与电动机4的转子轴直接连结的圆盘和与定子连接的周边电路部构成。该圆盘与转子轴直接连结，因此与电动机4的旋转相应地进行旋转。例如，在编码器5是光学式编码器的情况下，在与转子轴直接连结的圆盘设置有与圆盘内的角度相应的狭缝及反射构造，将光照射至该圆盘，根据其反射或透射的有无，与定子连接的周边电路部对圆盘内的角度进行读取。由于该圆盘以确定的位置关系与电动机转子轴连接，因此根据圆盘内的角度而对电动机转子轴的位置进行换算是容易的，利用与定子连接的周边电路部进行处理，将电动机4的转子位置输出。

此外，在这里，对编码器5是光学式编码器的例子进行了说明，但不限定于此，也可以使用其他方式的编码器。作为其他方式的编码器，能够举出例如利用磁性而对圆盘内的角度进行读取的方式的编码器。

如上所述，编码器5是如下方式即可，即，针对与电动机转子轴相应地进行旋转、记载了自身的角度信息的物体，从外部以非接触的方式对圆盘内的角度进行读取，作为位置信号而输出。

然而，以上述方式使用的编码器5有时会发生故障。作为上述故障模式，能够举出例如传感器线缆的断线，电动机或周围的热量、或者自身发热导致的周边电路部的焊料裂纹。在上述故障中，针对称为圆盘错位的故障进行检测是困难的。

此外，所谓圆盘错位，是电动机的转子轴和圆盘由于例如冲击而暂时脱离后重新固定所引起的现象，且是指重新固定位置从原本的连接位置错开的情况。

如上所述，如果电动机的转子轴和圆盘被固定于从原本的连接位置错开后的位置，则来自编码器5的旋转角度信息相对于真实的电动机转子位置具有偏移误差。圆盘错位与传感器线缆的断线或焊料裂纹不同，进行电气检测是困难的。另外，对于圆盘错位，由于初看起来编码器信号是被正常地输出的，因此也难以基于编码处理来检测，该编码处理是指，例如进行信号数据的奇偶校验。

如上所述，难以检测的圆盘错位对同步电动机控制装置1内的信号产生影响。首先，对速度信号10的计算没有大影响。其理由在于，关于速度信号10，是针对编码器信号6进行相当于微分的处理，因此即使在编码器信号6中含有偏移误差，在速度信号10中也不会含有偏移误差。但是，在设置于速度控制***内侧的电流控制***中，该圆盘错位会产生强烈的影响，导致难以进行正常的动作，其结果，速度控制***也难以进行正常动作。

通常，由于相对于电动机的一周的旋转，电动机的电角以极对数倍进行旋转，因此在电角换算过程中，圆盘错位导致的偏移误差被数倍地增大而表现出来。例如，在8极的永磁铁型同步电动机中，在由于圆盘错位故障，相对于电动机转子轴位置而从编码器5在赋予30度的偏移误差后输出的情况下，在电角方面，放大为8/2＝4倍，偏移误差为30×4＝120度。

在电角的误差小于90度的情况下，由于取代I_q而流过I_d，因此电动机的扭矩由于流过电动机的真实的I_q减小而下降，或者由于I_d的增加导致的强磁通而发生电压饱和，发生电流控制响应的下降。另外，有时在电动机中存在电枢反作用，通过电压饱和自身还会抑制电动机电流，电动机扭矩减小。即，在电角的误差小于90度时，电动机的扭矩特性下降。这种情况随着电角的误差变得越大而变得越显著。

如果电角的误差超过90度，则流过电动机的真实的I_q和控制装置中的I_q的极性发生反转。例如，如果电角的误差的值达到180度(π[rad])，则坐标变换的式子成为下述的式(5)。

【算式5】

在这里，θ_eE是包含误差的电角。

根据式(1)和式(5)的比较可知，如果电角的误差为180度，则坐标变换后的电流的极性反转。这意味着，即使例如在控制装置上试图为了使同步电动机加速而使扭矩电流I_q流过，但实际上同步电动机的I_q也会成为减速方向的电流分量，不能加速，或者电动机向意料外的方向进行旋转。

针对上述圆盘错位，以电动机的电角推定为基础的方法是有效的。首先，在控制装置内构建电动机的电路模型，输入电动机的电压信号和电流信号。然后，使用这些信号和电路模型，对电动机的感应电压进行计算，据此对电角进行推定。该感应电压是由于电动机转子磁通的旋转而产生的，成为相对于转子磁通提前90度的分量。如果能够计算出该感应电压的相位，则还能够对转子磁通的相位进行计算。该转子磁通的相位相当于电角。通过以上述方式根据感应电压而对电角进行推定，进行与从编码器5得到的检测电角的比较，从而能够对编码器5的圆盘错位故障进行判别。

因此，在本发明中，使用能够进行电角的推定的、图1－1所示的同步电动机控制装置1。图1－1所示的同步电动机控制装置1相对于图1－2所示的现有的同步电动机控制装置1a，在设置有电角推定部24和切换部26这一点上不同。

关于电动机控制方式，电角推定部24通常应用无传感器控制这一已知的方式，电角推定部24主要具有根据永磁铁同步电动机的电路方程而导出的磁通观测器以及对电角频率进行推定的结构。在这里，对使用了磁通观测器的通常的无传感器控制进行说明。

在磁通观测器的运算中使用电动机的电角频率，但在这里，由于是无传感器控制，因此不知道真实的电角频率，使用推定出的电角频率。上述的无传感器控制方式根据由磁通观测器推定出的推定磁通而对永磁铁同步电动机的推定电流进行计算。对于推定电流和检测电流之间的误差，基于假定在磁通观测器运算中使用的推定电角频率存在误差的、自适应辨识的构思，进行推定电角频率的反馈修正。由于电动机的电角频率是电动机的转子速度的极对数倍，因此将推定出的电角频率除以极对数所得到的值成为电动机的转子速度的推定值。另外，推定电角能够通过对推定电角频率进行积分而得到。

图2－2是表示使用磁通观测器而对电角频率进行推定的电角推定部的结构的一个例子的图。图2－2所示的电角推定部具有电流推定误差运算部100、自适应辨识部102、轴错位校正部104、积分部107以及坐标变换部108、109。电流推定误差运算部100以上述方式对q轴电流的推定误差进行计算。

电流推定误差运算部100进行下述的式(6)～(8)的计算。磁通观测器为式(6)。

【算式6】

【算式7】

【算式8】

在这里，Φ_{ds_est}是d轴定子推定磁通，Φ_{qs_est}是q轴定子推定磁通，Φ_{dr_est}是d轴转子推定磁通。R是绕组电阻，L_d是d轴电感，L_q是q轴电感。另外，ω_{_est}是校正后推定电角频率106，ω_{re_est}是推定电角频率103。V_ds、V_qs是电压指令110(V_ds是d轴电压，V_qs是q轴电压)。h₁₁、h₁₂、h₂₁、h₂₂、h₃₁、h₃₂是反馈增益。ΔI_ds、ΔI_qs是电流推定误差101(ΔI_ds是d轴电流推定误差，ΔI_qs是q轴电流推定误差)。I_{ds_est}是d轴电流的推定值，I_{qs_est}是q轴电流的推定值。I_ds、I_qs是检测电流信号111(I_ds是d轴电流，I_qs是q轴电流)。

自适应辨识部102对被输入的电流推定误差101进行处理，将推定电角频率103输出。自适应辨识部102进行PI控制，进行下述的式(9)的运算。

【算式9】

ω_{re_est}＝K₁·ΔI_qs+K₂·∫ΔI_qs，dt …(9)

在这里，K1是自适应比例增益，K2是自适应积分增益。

轴错位校正部104以使上述无传感器控制***进行动作时所处的2轴正交旋转坐标的d轴与电动机转子磁通对齐的方式进行推定电角频率103的校正，根据下述的式(10)进行ω_cmp的运算，将校正信号105输出。

【算式10】

在这里，h₄₁、h₄₂是反馈增益。推定电角25是通过利用积分部107对推定电角频率103和校正信号105进行积分处理而得到的。

在电流推定误差运算部100的计算中，如上述的式子所示，需要电动机电压及电动机电流，是根据检测电流信号21以及电压指令18，使用推定电角25通过坐标变换而进行计算的。

如果以上述方式将电角推定部设为不使用编码器信号6的信息的结构，则能够在编码器故障时，将推定电角25作为电角9的替代进行使用。

在磁通观测器的计算中使用电动机的电压，但在大多数情况下，取而代之地使用电压指令18。但是，在电压指令18和实际上施加于电动机的电压之间，存在由逆变器的死区时间、功率模块的正向电压降导致的误差。另外，在电动机的感应电压小的低速运转区域，电压误差的灵敏度相对地变高，电角频率及电角的推定精度显著下降。因此，只有在电动机加速后一段时间，才能够利用推定出的电角、电角频率。

因此，在本发明中，利用编码器圆盘错位故障的仅能够利用速度信息这一性质，取代对电角频率进行推定，而使用从编码器信号6得到的电角频率对电角进行推定。即，采用图2－1所示的电角推定部24。

图2－1示出电角推定部24的结构的一个例子。图2－1所示的电角推定部24中取代自适应辨识部102而具有增益112。速度信号10被输入至增益112。被输入了速度信号10的增益112将电角频率113输出。增益112是极对数，相当于式(4)的计算。取代图2－2中的推定电角频率103而将所输出的电角频率113用于推定电角25的计算。

如果将电角推定部24设为图2－1所示的结构，则无需等待电动机旋转速度上升，从电动机启动时起在低速运转区域也能够得到推定电角25。

因此，如上所述，针对在电动机启动时已发生的圆盘错位故障，能够在时间上尽早供给推定电角信号，能够提高圆盘错位故障的检测的响应特性。

并且，由于在电动机的低速运转区域也能够在检测出编码器故障后继续进行电动机的电流控制，因此随着故障检测的响应特性的提高，与以往相比能够对编码器故障时的电动机的异常动作进行抑制。因此，能够消除异常动作，还防止将电动机作为驱动源的机构以及存在于该机构周边的物体的破坏。

此外，在图2－2中，由于是将推定电角频率103反馈至磁通观测器的结构，因此推定电角频率103相对于真实的电角频率产生时间延迟。但是，如果设为图2－1的结构，则推定电角25的响应特性也提高，其结果，还能够与以往相比对编码器故障时电动机的异常动作进行抑制。

下面，对切换部26进行说明。切换部26是如下部件，即，进行推定电角25和电角9的比较，如果判断为编码器的动作正常，则将电角9分配为坐标变换电角27。以上述方式，即使在发生了圆盘错位故障的情况下，也能够继续进行同步电动机电流控制。

特别地，在使电动机紧急停止的情况下，由于能够通过利用推定电角25从而使减速方向的扭矩电流流过电动机，因此与将电动机电源线短路而进行制动的情况相比，能够在极短的时间使电动机停止。

在利用切换部26进行故障检测时，如上所述利用推定电角25和电角9之间的误差为恒定值(偏移值)这一情况，在该误差大于或等于阈值、且该状态持续了大于或等于所设定的时间的情况下，判断为发生了圆盘错位故障。能够通过设为上述结构，从而防止异常判定的误判定。

在上述磁通观测器中，替代电动机电压而使用电压指令，但由于逆变器的死区时间及功率模块的正向电压降或者其他噪声，电流控制***进行意图将其影响消除的动作，因此大多会向电压指令流入基于它们的振动分量。因此，由磁通观测器得到的推定电角25有时也进行脉动，有时会暂态地超过相位推定误差的阈值。如上所述，通过等待所设定的时间，虽然会在直至检测出故障为止产生若干的时间上的损失，但能够抑制故障检测的误检测的发生，能够提高装置的可靠性。

如以上说明所述，根据本实施方式，通过在电动机的电角的推定中使用编码器速度信息，从而在发生编码器的圆盘错位故障时，从电动机启动时起，即使在低速运转区域也能够进行电动机的电角的推定。另外，由于还能够提高电动机的电角的推定响应性，因此能够缩短直至检测出故障为止的时间，对电动机的异常动作进行抑制。

实施方式2

在实施方式1中，电角推定部24设为基于磁通观测器的结构，但在本实施方式中，设为根据电动机电压及电动机电流求出感应电压而对电角进行推定的结构。永磁铁同步电动机的电路方程由下述的式(11)表示。此外，该式(11)是旋转坐标上的式子。

【算式11】

在这里，将下标设为dd、qq，这是为了区分于电动机转子磁通与d轴对齐的、通常的2轴正交旋转坐标。即，dd轴和qq轴是2轴正交旋转坐标的轴，但是，是与d轴、q轴存在相位差的坐标轴。另外，R是电动机的绕组电阻，L是电感，ω_re是电角频率，p是微分运算符。电压指令18和检测电流信号21位于3相静止坐标上，如果根据推定电角并应用式(1)所示的坐标变换，则得到V_dd、V_qq、I_dd、I_qq。如果将其代入式(11)，则得到感应电压E_dd、E_qq。

在电动机转子磁通与d轴对齐的情况下，感应电压仅出现于q轴。即，如果dd轴的感应电压值为零，则可以说dd轴和d轴对齐。因此，利用通过下述的式(12)计算的相位校正项θc，对坐标变换用相位进行校正。

【算式12】

如果将对根据编码器信号计算出的电角单纯地进行积分而得到的相位设为θ_B，则θ_B由式(13)表示。

【算式13】

θ_B＝∫ω_re·dt …(13)

并且，能够利用式(14)得到电动机正转时的电动机推定电角θ_{e_est}，能够利用式(15)得到电动机反转时的电动机推定电角θ_{e_est}。

【算式14】

【算式15】

在实施方式1中说明的利用磁通观测器而实现的电角的推定方式需要在各增益的设定时进行调整，但基于该电动机电路方程的对电角进行推定的结构取消了调整要素，能够容易地构成电角推定部24。对于编码器圆盘错位故障检测的实质作用与实施方式1相同，能够得到相同的效果。

实施方式3

在本实施方式中，对取代实施方式1、2中的电角推定部24而具有电角推定部24a的电动机控制装置进行说明。利用电角推定部24a，能够对是否使用来自电角推定部的编码器的速度信号10进行切换。此外，除了取代电角推定部24而具有电角推定部24a以外，是与实施方式1、2相同的结构。

图2－3是表示电角推定部24a的结构的图。图2－3所示的电角推定部24a在具有判定部114和电角频率切换部116这一点上与实施方式1、2的电角推定部24不同。

判定部114对电角频率的绝对值进行计算，将指示信号115输出，以在该绝对值大于或等于阈值时，将推定电角频率103分配为电角推定运算用电角频率117，在该绝对值小于阈值时，将电角频率113分配为电角推定运算用电角频率117。通过设为上述结构，从而能够扩展电动机高速运转时的异常判定范围。

电角频率切换部116按照指示信号115进行切换动作。

在不使用来自编码器5的速度信号10而进行电角的推定的情况下，如上所述，如果电动机旋转速度上升，则电角的推定的精度提高。因此，如果电动机旋转速度的绝对值大于或等于阈值，则成为对于编码器5的圆盘错位故障检测这一用途来说足够的精度。也可以构成为，即使电动机的旋转速度上升，也继续使用来自编码器5的速度信号10。

但是，如果在电角的推定中使用编码器信息，则在编码器5由于其他故障模式(例如传感器线缆的断线)等而发生了故障的情况下不能进行应对。

因此，在本实施方式中，基于从编码器5得到的检测速度的绝对值，进行在电角的推定中使用的电角频率的切换。在电角频率的绝对值小于阈值时，以将电角频率113分配为电角推定运算用电角频率117的方式进行切换，将来自编码器5的电角频率用于电角的推定。在电角频率的绝对值大于或等于阈值时，以将推定电角频率103分配为电角推定运算用电角频率117的方式进行切换，在不使用来自编码器5的电角频率的状态下进行电角频率的推定，从而对电角进行推定。

通过设为电角推定部24a的结构，从而在包含电动机启动时在内的低速时，能够进行编码器圆盘错位故障的检测，在电动机高速运转时，还能够进行除编码器圆盘错位故障以外的故障(例如，编码器信号中断的、传感器线缆的断线)的检测，能够扩大电角推定部及切换部的利用范围。

进行除编码器圆盘错位以外的故障模式的检测的方法根据编码器故障时的编码器信号6的波形形状而不同，在故障发生瞬间的值得到保持的情况下，存在基于傅立叶解析的原理而进行下述的式(16)～(19)的计算的方法。关于电角的推定误差Δθe，在编码器5正常动作的情况下成为接近于零的值，但如果编码器5发生故障，则成为与电角频率相同周期的锯齿波状的信号。因此，能够通过将正弦波信号作为基底的傅立叶解析计算，提取出其振幅SR，该正弦波信号是根据推定电角而计算得到的。如果该振幅SR大于或等于阈值，则判断为发生了编码器故障。此外，在式(16)～(19)所示的计算中，由于主要的计算是积分，因此抗高频干扰能力强，误检测少。

【算式16】

Δθ_e＝θ_e-θ_{e_est} …(16)

【算式17】

SA＝∫Δθ_e·cos(θ_{e_est})dt …(17)

【算式18】

SB＝∫Δθ_e·sin(θ_{e_est})·dt …(18)

【算式19】

此外，在图2－3的结构中，设为将电角频率113输入至判定部114的结构，但即使取代电角频率113而将推定电角频率103输入，也能够得到相同的效果。

在将电角频率113输入至判定部114的情况下，在由于除圆盘错位以外的编码器故障而将编码器信号6保持为故障时的值之际，不能对电动机速度进行检测，而是输出零速度。此时，在判定部114，不进行从电角频率113向推定电角频率103的切换处理，发生卡死。

因此，如果设为将推定电角频率103输入至判定部114的结构，则能够避免上述的卡死。

如以上说明所述，通过设为能够在推定电角频率103和电角频率113之间切换在电角推定中使用的电角频率的结构，从而即使在发生除圆盘错位以外的故障时，也能够继续进行电角的推定，能够进行故障的检测，其中，该电角频率113是根据编码器信号6计算得到的。

工业实用性

本发明所涉及的电动机控制装置对于进行同步电动机的控制的电动机控制装置是有用的，特别地，适合于作为机器人或进给机构的驱动力源而使用的电动机控制装置。

标号的说明

1、1a同步电动机控制装置，2逆变器，3电流检测部，4电动机，5编码器，6编码器信号，7速度换算部，8电角换算部，9电角，10速度信号，11速度指令部，12速度指令，13速度控制部，14电流指令，15电流控制部，16电压指令，17坐标变换部，18电压指令，19 PWM处理部，20开关指令，21检测电流信号，22坐标变换部，23检测电流信号，24、24a电角推定部，25推定电角，26切换部，27坐标变换电角，100电流推定误差运算部，101电流推定误差，102自适应辨识部，103推定电角频率，104轴错位校正部，105校正信号，106校正后推定电角频率，107积分部，108坐标变换部，109坐标变换部，110电压指令，111检测电流信号，112增益，113电角频率，114判定部，115指示信号，116电角频率切换部，117电角推定运算用电角频率。

Claims

1.一种电动机控制装置，其对不具有凸极性的同步电动机进行控制，

该电动机控制装置的特征在于，具有：

电动机电角检测单元，其根据与作为同步电动机的电动机连接的编码器的输出信号，对所述电动机的电角进行检测，将电动机检测电角输出；

电动机速度检测单元，其根据所述编码器的输出信号，对所述电动机的速度进行检测，将所述电动机的电动机检测速度输出；

电动机电角推定单元，其将所述电动机的电动机电压及电动机电流、所述电动机检测速度作为输入，使用所述电动机电压、所述电动机电流以及根据所述电动机检测速度得到的电角的频率对所述电动机的电角进行推定，从而将电动机推定电角输出；以及

切换单元，其将所述电动机检测电角及所述电动机推定电角作为输入，根据所述电动机检测电角及所述电动机推定电角，判定所述编码器是否正常动作，在所述编码器正常动作时将所述电动机检测电角输出，在所述编码器未正常动作时将所述电动机推定电角输出。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述切换单元在所述电动机检测电角和所述电动机推定电角之间的误差大于或等于阈值、且所述电动机检测电角和所述电动机推定电角之间的所述误差大于或等于阈值的状态持续了大于或等于阈值时间时，判定为所述编码器未正常动作。

3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述电动机电角推定单元将所述电动机检测速度作为输入，在所述电动机检测电角的频率或者所述电动机推定电角的频率的绝对值小于阈值的情况下，使用所述电动机检测速度而将所述电动机推定电角输出。