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CN114063485A - 电机控制系统 - Google Patents

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CN114063485A
CN114063485A CN202110849064.9A CN202110849064A CN114063485A CN 114063485 A CN114063485 A CN 114063485A CN 202110849064 A CN202110849064 A CN 202110849064A CN 114063485 A CN114063485 A CN 114063485A
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CN
China
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motor
motor control
signal
frequency characteristic
interference signal
Prior art date
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Application number
CN202110849064.9A
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English (en)
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宇佐川顺之
江角尚史
清水立郎
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Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
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Publication date
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Abstract

本发明的课题在于抑制由控制回路频率特性测定引起的电机控制IC的成本增加。本发明涉及一种电机控制系统，具备：电机控制装置(10)，包含具有存储器的半导体集成电路，形成针对电机(40)的控制回路而控制电机的驱动；及外部调试装置(20、30)，与电机控制装置建立外部连接，能够访问电机控制装置内的存储器；且在外部调试装置上设有干扰信号叠加部(22)及频率特性导出部(32)，所述干扰信号叠加部(22)产生对控制回路的干扰信号(ωN)，并将干扰信号叠加到控制回路内的信号上，所述频率特性导出部(32)基于通过叠加而在控制回路内产生的信号，导出控制回路的频率特性。

Description

电机控制系统
技术领域
本发明涉及一种电机控制系统。
背景技术
为了评估电机控制的稳定性等，有测定电机控制回路的频率特性的方法。所测得的频率特性通常以波德图表示。为了绘制波德图，也常使用频率特性分析仪(FrequencyResponse Analyzer(频率响应分析仪)，以下称为FRA)等昂贵的测量仪。
另一方面，关于电机控制装置，也有内部设有频率特性测定功能的构成。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2002-304219号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
但，如果在电机控制装置上搭载频率特性测定功能，则电机控制装置的资源(存储器容量等)将受到挤压，会导致电机控制装置产品本身的成本增加。
本发明的目的在于提供一种有助于抑制由频率特性导出引起的成本增加的电机控制系统。
[解决问题的技术手段]
本发明的电机控制系统为如下构成(第1构成)，即，具备：电机控制装置，包含具有存储器的半导体集成电路，形成针对电机的控制回路而控制所述电机的驱动；及外部调试装置，与所述电机控制装置建立外部连接，能够访问所述存储器；且在所述外部调试装置上设有干扰信号叠加部及频率特性导出部，所述干扰信号叠加部产生对所述控制回路的干扰信号，并将所述干扰信号叠加到所述控制回路内的信号上，所述频率特性导出部基于通过叠加而在所述控制回路内产生的信号，导出所述控制回路的频率特性。
也可以是如下构成(第2构成)，即，在如所述第1构成的电机控制系统中，所述外部调试装置包括包含所述外部信号输出部的调试器、及包含所述频率特性导出部的运算装置，所述调试器与所述电机控制装置建立外部连接，所述调试器配置在所述运算装置与所述电机控制装置之间，在所述运算装置的指示下，进行所述干扰信号的叠加，通过叠加而在所述控制回路内产生的信号从所述电机控制装置经由所述调试器传输到所述运算装置。
也可以是如下构成(第3构成)，即，在如所述第1或第2构成的电机控制系统中，所述外部调试装置进而具备显示部，该显示部显示出波德图作为表示所述频率特性的图。
也可以是如下构成(第4构成)，即，在如所述第1至第3构成中任一构成的电机控制系统中，以所述电机控制装置单独控制所述电机的驱动而不叠加所述干扰信号的状态为起点，进行所述干扰信号的叠加时，在利用所述电机控制装置继续对所述电机进行驱动控制的同时，利用所述频率特性导出部导出所述频率特性。
也可以是如下构成(第5构成)，即，在如所述第1至第4构成中任一构成的电机控制系统中，所述外部调试装置能够在通过所述干扰信号的叠加进行所述频率特性的导出处理的过程中，监控所述电机控制装置内的其它信号，所述其它信号不同于所述频率特性导出部为了导出所述频率特性而参考的信号。
也可以是如下构成(第6构成)，即，在如所述第1至第5构成中任一构成的电机控制系统中，所述外部调试装置进而具备传递函数推断部，该传递函数推断部基于所导出的所述频率特性，推断所述控制回路的传递函数。
也可以是如下构成(第7构成)，即，在如所述第6构成的电机控制系统中，所述外部调试装置进而具备增益调整部，该增益调整部基于推断出的所述传递函数，调整所述控制回路的增益。
也可以是如下构成(第8构成)，即，在如所述第1至第7构成中任一构成的电机控制系统中，所述电机控制装置在所述控制回路中进行使所述电机的转速与速度指令相一致或接近的速度控制，所述外部信号输出部对所述速度指令叠加所述干扰信号。
也可以是如下构成(第9构成)，即，在如所述第1至第8构成中任一构成的电机控制系统中，所述干扰信号叠加部产生包含特定频带内各频率信号分量的数字噪声作为所述干扰信号。
[发明效果]
根据本发明，能够提供一种有助于抑制由频率特性导出引起的成本增加的电机控制系统。
附图说明
图1是本发明第一实施方式的电机控制系统的整体构成框图。
图2是本发明第一实施方式的电机驱动系统的整体构成图。
图3涉及本发明第一实施方式，是电机控制IC(Integrated Circuit，集成电路)的概略构成框图。
图4(a)、(b)涉及本发明第一实施方式，是调试作业中的读取访问及写入访问的动作说明图。
图5是本发明第一实施方式的电机驱动系统的功能框图。
图6涉及本发明第一实施方式，是表示所导出的波德图的显示例的图。
图7涉及本发明第一实施方式，是利用主机实现的功能的框图。
图8是本发明第二实施方式的电机驱动系统的功能框图。
图9是本发明第三实施方式的电源装置的概略构成图。
具体实施方式
以下，参考附图具体说明本发明的实施方式的例子。在供参考的各图中，对相同部分标附相同符号，且原则上省略相同部分的重复说明。此外，在本说明书中，为了简化描述，有时通过记载表示信息、信号、物理量、元件或部位等的记号或符号，来省略或简记与该记号或符号相对应的信息、信号、物理量、元件或部位等的名称。
＜＜第一实施方式＞＞
对本发明第一实施方式进行说明。在图1中示出第一实施方式的电机控制系统的整体构成框图。第一实施方式的电机控制系统具备：电机控制IC10，作为电机控制装置发挥功能或包含电机控制装置；调试器20；及作为运算装置的例子的主机30(以下，可称为主机PC(Personal Computer，个人计算机)30)。IC是集成电路(Integrated Circuit)的简称。在图2中示出包含第一实施方式的电机控制系统及电机40的电机驱动系统的整体构成图。
电机控制IC10是将形成有半导体集成电路的半导体芯片封入包含密封树脂的壳体(封装体)内并密封而形成的电子零件。在电机控制IC10的壳体上以露出的方式设有多个外部端子。如图2所示，电机控制IC10安装在衬底SUB上，各外部端子与衬底SUB上对应的配线图案(未图示)导通。电机控制IC10通过外部端子来与电机控制IC10以外的电路及装置之间输入输出信号。此外，图2所示的电机控制IC10的外部端子的数量及电机控制IC10的外观仅为例示。另外，衬底SUB上还可安装电机控制IC10以外的多个电子零件及电路，但图2中省略了它们的图示。
图3中示出电机控制IC10的概略构成框图。由电机控制IC10中的半导体集成电路形成CPU(Central Processing Unit，中央处理器)11、存储器12及调试控制部14。此处，为了对功能进行说明，分开示出CPU11、存储器12及调试控制部14，但在电机控制IC10中，也可以构成将它们合并而成的LSI(Large Scale Integration，大规模集成电路)。
CPU11通过总线13与存储器12连接，能够通过总线13访问存储器12。对存储器12的访问是指对存储器12进行数据写入(即，对存储器12写入数据)或从存储器12读取数据(即，读取存储器12中存储的数据)。存储器12具备1个以上的ROM(Read only memory，只读存储器)、1个以上的RAM(Random access memory，随机存取存储器)、及作为1个以上的外围电路的1个以上的外围设备。此外，可认为CPU11上设置的寄存器(未图示)也包含在存储器12内。但，CPU11不须通过总线13就能访问寄存器。
CPU11通过执行电机控制IC10内保存的电机控制程序来控制电机40的驱动。电机控制程序储存在存储器12内的ROM或另外设置在电机控制IC10内的程序ROM(未图示)中。
调试控制部14是不参与电机40原本的驱动控制的模块，包含小规模的微型计算机等。调试控制部14与调试器20及主机PC30协作，帮助进行下文所述的调试作业。
如图2所示，衬底SUB上安装有连接器51，连接器51通过配线52与电机40连接。电机控制IC10以通过连接器51及配线52对电机40供给所需电流的方式进行动作，通过该电流供给来驱动电机40(使电机40产生转矩而使电机40旋转)。另外，衬底SUB上还安装有连接器53。调试器20上安装有连接器55及56，主机PC30上安装有连接器58。连接器53与55间通过配线54连接，连接器56与58间通过配线57连接。
调试器20与衬底SUB间可通过配线54连接，也可不通过配线54连接(换句话说，调试器20与电机控制IC10间可通过配线54连接，也可不通过配线54连接)。调试器20与衬底SUB间通过配线54连接时，调试器20与衬底SUB上的电机控制IC10连接，调试器20与电机控制IC10能够通过连接器53、配线54及连接器55进行任意信号的双向通信。调试器20与衬底SUB间未通过配线54连接时，调试器20与衬底SUB上的电机控制IC10不连接，无法进行所述双向通信。调试器20与电机控制IC10间的信号交接经由调试控制部14来进行。
调试器20与主机PC30间可通过配线57连接，也可不通过配线57连接。调试器20与主机PC30间通过配线57连接时，调试器20与主机PC30能够通过连接器56、配线57及连接器58进行任意信号的双向通信，调试器20及主机PC30间未通过配线57连接时，无法进行该双向通信。
以下只要未作特别说明，则调试器20与衬底SUB间通过配线54连接且调试器20与主机PC30间通过配线57连接。此外，在本实施方式中，有时将表示任意信息(控制量、状态量、物理量等)的信号或该信号所指示的信息称为数据。
在主机PC30上执行调试软件31(参考图1)。电机驱动系统的使用者(以下，简称为使用者)通过操作正在执行调试软件31的主机PC30，能够对CPU11所执行的程序进行调试作业。在调试作业中，能够通过调试器20及主机PC30访问存储器12。即，调试器20及主机PC30与电机控制IC10建立外部连接，作为能够访问存储器12的外部调试装置发挥功能。
即，例如，使用者在调试作业中，能够像图4(a)所示那样，对主机PC30输入指示数据读取的操作OPREAD。主机PC30接收到操作OPREAD后，将与操作OPREAD相应的请求信号REQREAD发送给调试器20。调试器20接收到请求信号REQREAD后，将与请求信号REQREAD相应的读取命令COMREAD发送给电机控制IC10。通过操作OPREAD，指定程序变量名或存储器12内的读取对象地址，请求信号REQREAD及读取命令COMREAD包含读取对象地址的信息。读取命令COMREAD由调试控制部14接收。调试控制部14接收到读取命令COMREAD后，访问存储器12中的读取对象地址，对读取对象地址内的数据进行读取，将所读取的数据作为数据DREAD发送给调试器20。数据DREAD从调试器20发送到主机PC30，由主机PC30获取数据DREAD。此外，作为通过操作OPREAD指定程序变量名或存储器12内的读取对象地址的方法，也可以使用将以C语言编写的固件转换(编译)为机器语言时所产生的信息。
另外，例如，使用者在调试作业中，能够像图4(b)所示那样，对主机PC30输入指示数据写入的操作OPWRITE。主机PC30接收到操作OPWRITE后，将与操作OPWRITE相应的请求信号REQWRITE发送给调试器20。调试器20接收到请求信号REQWRITE后，将与请求信号REQWRITE相应的写入命令COMWRITE发送给电机控制IC10。通过操作OPWRITE，指定程序变量名或存储器12内的写入对象地址及写入数据(相当于应写入到写入对象地址的数据)，请求信号REQWRITE及写入命令COMWRITE包含写入对象地址的信息及写入数据的信息。写入命令COMWRITE被调试控制部14接收。调试控制部14接收到写入命令COMWRITE后，访问存储器12内的写入对象地址，将写入数据写入到写入对象地址中。此外，作为通过操作OPWRITE指定程序变量名或存储器12内的写入对象地址的方法，也可以使用将以C语言编写的固件转换(编译)为机器语言时所产生的信息。
上文说明了对存储器12的访问，但调试作业中除能够实现对存储器12的访问以外，还能够实现各种处理。例如，在调试作业中，使用者也可以通过操作主机PC30，中断CPU11正在执行的程序，或者参考或变更CPU11内的状态机的状态。
图5中示出第一实施方式的电机驱动系统的功能框图。电机控制IC10具备用来驱动控制电机40的电机控制部110。电机控制IC10与电机40之间设有驱动器50。但，也可以变化为在电机控制IC10中内置驱动器50。
电机控制部110具备速度检测部111、速度指令供给部112、减法器(四则运算器)113、电流检测部114、速度控制部115、减法器116及电流控制部117作为功能模块。所述各功能模块可以通过使CPU11执行电机控制程序来实现。
电机40包含设有电枢绕组的定子、及因电枢绕组被供给电流而旋转驱动的转子。在本实施方式中，所谓对电机40供给电流，详细来说是指对电机40的电枢绕组供给电流，所谓电机40的旋转，详细来说是指转子的旋转。将转子从转子的特定基准状态起的旋转角称为转子位置θ。电机40上安装有用于检测转子位置θ的位置检测器(未图示)。位置检测器包含例如旋转编码器或分解器。速度检测部111基于位置检测器的检测结果(即，例如通过对检测出的转子位置θ进行微分)，检测电机40的转速ω。转速ω表示以电角度计的转子转速。
速度指令供给部112对减法器113供给表示转速ω的目标值的速度指令ω*的信号。速度指令ω*基于从设置在电机控制IC10外部的上位电路(未图示)提供给电机控制IC10的信号来决定。但，在速度指令ω*固定的应用等中，也可以在电机控制IC10内设定速度指令ω*，而不管来自上位电路的信号如何。
减法器113基于由速度检测部111检测出的转速ω的信号及从速度指令供给部112供给的速度指令ω*的信号，求出它们的速度误差Δω。但，在求出速度误差Δω时，有时会从调试器20输入干扰信号ωN到减法器113中(即，有时会在速度指令ω*上叠加干扰信号ωN)，求出的速度误差Δω由“Δω＝ω*－ω+ωN”表示。在图5中，干扰信号ωN被输入到减法器113中。在干扰信号ωN未输入到减法器113的情况下，“ωN＝0”，因此，“Δω＝ω*－ω”。
电流检测部114检测从驱动器50供给到电机40的电枢绕组的电流即电机电流i(即，检测电机电流i的值)。例如，电流检测部114可使用设置在驱动器50及电机40间的电流感测器来检测电机电流i。检测出的电机电流i的信号被发送到减法器116。
速度控制部115基于速度误差Δω，产生表示电机电流i的目标值的电流指令i*，将电流指令i*的信号输出到减法器116。此时，速度控制部115以使用比例积分控制将速度误差Δω收敛为零的方式产生电流指令i*。
减法器116基于由电流检测部114检测出的电机电流i的信号及从速度控制部115供给的电流指令i*的信号，求出它们的电流误差Δi。电流误差Δi由“Δi＝i*－i”表示。
电流控制部117基于电流误差Δi，控制驱动器50，由此对电机40供给电流。此时，电流控制部117以使用比例积分控制将电流误差Δi收敛为零的方式控制驱动器50。更详细来说，电流控制部117基于电流误差Δi，以将电流误差Δi收敛为零的方式产生对驱动器50的驱动控制信号，并将该驱动控制信号提供给驱动器50。驱动器50将与驱动控制信号相应的电流供给到电机40的电枢绕组。驱动器50包括例如从特定的直流电压产生脉宽调制方波电压的逆变电路，通过将该方波电压提供给电枢绕组，对电机40供给电机电流i。
包括电机40的相数在内，电机40的种类是任意的，但典型来说，例如电机40可以是三相永磁同步电机，该三相永磁同步电机具备设有永久磁铁的转子、及设有U相、V相及W相的电枢绕组的定子。在该情况下，在以与转子的永久磁铁产生的磁通的转速相同的速度旋转的旋转坐标系中，永久磁铁产生的磁通的朝向为d轴，以与d轴正交的轴为q轴。这样以来，从特定的固定轴(例如，U相的电枢绕组固定轴)观察到的d轴的角度(相位)相当于电机40的旋转角(即，转子位置θ)，电机40的转速ω相当于d轴的转速(以电角度计的角速度)。
另外，在电机40为三相永磁同步电机的情况下，驱动器50包含对各相电枢绕组供给电流的三相逆变电路，电机电流i、电流指令i*及电流误差Δi分别为矢量。当对电机40进行矢量控制时，例如基于电流感测器对各相电枢绕组中流动的电流的检测值、及位置检测器检测出的转子位置θ，求出从驱动器50供给到电机40的电流的d轴分量(id)及q轴分量(iq)，并将求出的d轴分量及q轴分量作为电机电流i的信号发送给减法器116即可。然后，速度控制部115将从驱动器50供给到电机40的电流的d轴分量及q轴分量的各目标值(id*、iq*)包含到电流指令i*的信号中即可，电流控制部117以使从驱动器50供给到电机40的电流的d轴分量(id)、q轴分量(iq)与它们的目标值(id*、iq*)相一致的方式控制驱动器50即可。
在电机驱动系统中，将包含调试器20及主机PC30的外部调试装置与电机控制IC10连接，由此能够执行频率特性测定处理。于频率特性测定处理中，测定由电机控制部110形成的控制回路的频率特性。频率特性测定处理是使用干扰信号叠加部22及频率特性导出部32来实现的。干扰信号叠加部22设置在调试器20上，频率特性导出部32设置在主机PC30上。通过利用主机PC30执行调试软件31(参考图1)，能实现频率特性导出部32的功能。另外，主机PC30上设有由液晶显示面板等形成的显示部33。
使用者对主机PC30输入特定的频率特性测定指示操作后，从主机PC30(例如从频率特性导出部32)对调试器20发送请求信号71。调试器20接收到请求信号71后，干扰信号叠加部22产生干扰信号ωN，并将干扰信号ωN输出到电机控制IC10。输出到电机控制IC10的干扰信号ωN通过调试控制部14(参考图3)导入到电机控制部110的控制回路中，具体来说，成为对加法器113的输入信号。
干扰信号ωN是包含特定测定对象频带内的各频率的信号分量的噪声。通过在测定对象频带内扫描干扰信号ωN的频率，产生包含测定对象频带内的各频率的信号分量的噪声。在电机控制部110的控制回路中，速度指令ω*、转速ω、速度误差Δω、电流指令i*、电机电流i及电流误差Δi所代表的各状态量或控制量的信号为数字信号。因此，以具有角速度维度的数字干扰信号的形式产生干扰信号ωN。作为干扰信号ωN的噪声的种类是任意的。作为干扰信号ωN的噪声例如可以是白噪声(white noise)，也可以是色噪声(粉红噪声或灰色噪声等)。作为数字干扰信号(噪声)的产生方法，可使用公知的任意方法。请求信号71中指定了干扰信号ωN的特性(测定对象频带及信号振幅等)，按照该指定产生干扰信号ωN。
减法器113如上所述求出由“Δω＝ω*－ω+ωN”表示的速度误差Δω。实际上，例如，在减法器113中，可求出第1计算值(ω*－ω)后，求出由第2计算值(ω*－ω+ωN)表示的速度误差Δω。在频率特性测定处理中，调试控制部14(参考图3)从减法器113读取第1计算值(ω*－ω)及第2计算值(ω*－ω+ωN)，将包含第1计算值(ω*－ω)及第2计算值(ω*－ω+ωN)的结果信号72发送给调试器20。实际上，例如，所述第1及第2计算值储存在存储器12(可以是CPU11的寄存器)中的特定存储区域，调试控制部14通过读取该特定存储区域的存储数据，获取第1及第2计算值。此外，在将干扰信号ωN输入到减法器113的期间，速度指令ω*的值固定为一定值。
结果信号72从调试器20传送到主机PC30，频率特性导出部32基于结果信号72，导出电机控制部110的控制回路的频率特性。此处导出的频率特性是针对电机40的速度控制回路的频率特性(以下，在本实施方式中，简称为频率特性)。速度控制回路是以速度指令ω*作为输入且以转速ω作为输出的控制回路(反馈控制系统)，包含由符号111、113、114、115、116、117、50及40表示的各构成要素而形成。速度控制回路实现使转速ω与速度指令ω*相一致或接近的速度控制。但，在干扰信号ωN输入到减法器113的期间，干扰信号ωN叠加在速度指令ω*上，因此，速度控制回路成为以叠加后的速度指令(ω*+ωN)作为输入且以转速ω作为输出的控制回路，进行使转速ω与叠加后的速度指令(ω*+ωN)相一致或接近的速度控制。
在主机PC30中，频率特性导出部32产生波德图作为表示所导出的频率特性的图，如图6所示，所产生的波德图显示在显示部33中。波德图包含表示控制回路的增益的频率依赖性的增益图、及表示控制回路的相位的频率依赖性的相位图。本实施方式中关注的控制回路是进行速度控制的速度控制回路，为方便起见，分别以记号G_ω及P_ω表示速度控制回路的增益、相位。增益G_ω及相位P_ω是以速度指令ω*作为输入且以转速ω作为输出的传递函数的增益及相位。即，增益G_ω表示转速ω的振幅与速度指令ω*的振幅的比，相位P_ω表示以速度指令ω*的信号为基准的速度指令ω*的信号及转速ω的信号间的相位差。
如上所述，为了绘制波德图，也常使用FRA等昂贵的测量仪。但，FRA由于较昂贵，所以不轻易使用。进而，FRA大多使用模拟信号进行测定，要想测定数字控制下的频率特性，需要比如产生测定专用模拟信号之类的一般动作所不需要的处置。另一方面，关于进行数字控制的电机控制装置，也研究了预先在内部设置频率特性测定功能的情况。然而，由于搭载原本的电机控制所不需要的频率特性测定功能，使得电机控制装置的资源(存储器容量等)受到挤压，导致电机控制装置产品本身的成本增加。考虑到这些情况，在本实施方式中，将负责频率特性测定处理的干扰信号叠加部22及频率特性导出部32设置在电机控制IC10的外部调试装置(调试器20及主机PC30)上。由此，无需FRA之类的昂贵的测量仪，另外，由于使频率特性测定功能集中到外部调试装置(20、30)侧，所以能够抑制电机控制IC10的成本增加。电机控制IC10只须进行用于驱动电机40的一般控制即可。
以下，将外部调试装置(20、30)及电机控制IC10间相连接的状态称为外部调试装置的连接状态，将外部调试装置(20、30)及电机控制IC10间未连接的状态称为外部调试装置的未连接状态。在外部调试装置的连接状态下，电机控制IC10及调试器20通过配线54连接且调试器20及主机PC30通过配线57连接，如上所述，能够进行干扰信号ωN、请求信号71及结果信号72的交接。在外部调试装置的未连接状态下，电机控制IC10及调试器20不通过配线54连接或调试器20及主机PC30不通过配线57连接，至少不会进行干扰信号ωN向电机控制IC10的输入。
在本实施方式的电机驱动系统中，可在电机40驱动中的任意时刻，通过将外部调试装置(20、30)与电机控制IC10连接，来进行频率特性的测定。对此，考虑以外部调试装置的未连接状态为起点。于外部调试装置的未连接状态下，利用电机控制部110，在“ωN＝0”的状态下控制电机40的驱动，即，由电机控制IC10(电机控制部110)单独驱动控制电机40，而不涉及到外部调试装置(20、30)。在当前电机40被驱动控制的状况下，从外部调试装置的未连接状态过渡到外部调试装置的连接状态。在过渡后的外部调试装置的连接状态下，能够进行伴有干扰信号ωN的叠加的所述频率特性测定处理，由此能够在不使电机40的驱动控制停止的情况下测定及导出频率特性。对于图5的电机控制部110来说，外部调试装置的连接状态及未连接状态间的差异仅在于速度指令为ω*与(ω*+ωN)。
如此，能够以电机控制IC10(电机控制部110)单独控制电机40的驱动而不叠加干扰信号ωN的状态为起点，在之后的任意时刻叠加干扰信号ωN，如果进行干扰信号ωN的叠加，那么在利用电机控制IC10(电机控制部110)继续进行电机40的驱动控制的同时，利用频率特性导出部32导出频率特性。
这对于像不容许停止电机驱动以便测定频率特性的应用(例如在基站风扇的常规动作中使用电机40的应用)尤其有利。例如认为电机40的劣化伴有频率特性的变化，因此，只要作为使用者的管理者定期检查频率特性，就能够推断电机40的劣化程度，能够视需要进行诸如更换电机40之类的运用。此外，也研究了诸如在电机控制装置启动时选择性地将动作模式设定为通常模式或测定模式，仅能够在测定模式下进行频率特性测定这样的虚拟构成，但该虚拟构成不适合如上所述的应用。在本实施方式的构成中，在电机控制IC10及电机40的动作中所期望的时刻，将外部调试装置(20、30)与电机控制IC10连接，执行频率特性测定处理即可。
进而，外部调试装置(20、30)原本就具有调试功能，因此能够在任意关注时刻监控电机控制IC10内的其它信号(以下，称为监控对象信号)。此处，关注时刻可以是通过叠加干扰信号ωN来进行频率特性导出处理的特定期间内的任意时刻。叠加干扰信号ωN的期间(即，非零的干扰信号ωN叠加在速度指令ω*上的期间)属于所述特定期间。监控对象信号是任意的，只要是在电机控制IC10内识别及处理的信号即可。但，监控对象信号不同于频率特定导出部32为了导出频率特性而参考的信号(即，所述表示第1计算值(ω*－ω)的信号及表示第2计算值(ω*－ω+ωN)的信号)。例如，监控对象信号可以是表示电机电流i的信号，也可以是表示转子位置θ的信号。或者，表示电机驱动系统内的特定测定对象位置的温度的温度信号也可以是监控对象信号。测定对象位置可以是电机控制IC10内的温度，也可以是电机控制IC10外的温度(例如，电机40内的特定位置的温度)。
通过预先设定为在通过叠加干扰信号ωN来进行频率特性导出处理的过程中能够监控任意其它信号，能够详细评估控制回路或促进所需的调试作业。在不依赖于本实施方式的方式中，认为要想参考其它信号，需要另外的工具。
如图7所示，也可以在主机PC30中进而设置传递函数推断部34及增益调整部35。通过利用主机PC30执行调试软件31(参考图1)，实现传递函数推断部34及增益调整部35的功能。传递函数推断部34作动或不作动可由使用者任意设定。增益调整部35也同样。
传递函数推断部34基于由频率特性导出部32导出的频率特性，推断电机控制部110中的控制回路的传递函数。在图5的构成中，推断出的传递函数是以速度指令ω*作为输入且以转速ω作为输出的速度控制回路的传递函数，将由频率特性导出部32导出的频率特性用数学公式表示出来。传递函数推断部34能够使推断出的传递函数显示在显示部33中。
能够对电机40应用使用数学公式的一些分析模型，且能够根据分析模型来推断传递函数。例如，认为如果电机40劣化，则频率特性会发生变化，随之传递函数也会发生变化。使用者能够参考推断出的传递函数，根据劣化情况，考虑更换电机40或考虑调整电机40的控制参数等。
增益调整部35基于推断出的传递函数，对控制回路(此处为速度控制回路)的增益G_ω进行调整(即，使其增大或减小)。此时，增益调整部35基于推断出的传递函数，按照旨在实现电机40的稳定控制的特定调整规则，决定推荐增益，并将该推荐增益设定为调整后的增益G_ω。由此，促进电机40的稳定控制。
对于任意控制回路，调整增益的方法已众所周知，增益调整部35可使用公知的任意增益调整方法(例如日本专利特开2016-92935号公报中记载的增益调整方法)来调整增益G_ω。例如，当使速度控制部115形成为通过对基于速度误差Δω的量乘以调整系数来求出电流指令i*时，可通过增大或减小速度控制部115内的调整系数，来增大或减小增益G_ω。
通过增益调整部35将增益G_ω从增益G_ω1变更为增益G_ω2的处理可以如下方式进行。即，增益调整部35将包含增益G_ω2的信息的增益调整请求信号发送给调试器20，调试器20响应于增益调整请求信号的接收，将增益G_ω2的信息发送给电机控制IC10。增益G_ω2的信息通过调试控制部14传送到电机控制部110，由此将增益G_ω从增益G_ω1变更为增益G_ω2。
为方便起见，将调整增益G_ω前的频率特性测定处理所导出的频率特性称为第1频率特性，将基于第1频率特性的波德图称为第1波德图。在调整增益G_ω后(换句话说，在变更增益G_ω后)，利用外部调试装置(20、30)再次执行频率特性测定处理。为方便起见，将再次执行的频率特性测定处理所导出的频率特性称为第2频率特性，将基于第2频率特性的波德图称为第2波德图。经过增益G_ω的调整而获得第2波德图后，增益调整部35将显示部33中显示的波德图从第1波德图更换为第2波德图，或者也可以在显示部33中并列显示第1及第2波德图。由此，使用者能够以视觉方式确认增益G_ω的调整效果。
＜＜第二实施方式＞＞
对本发明第二实施方式进行说明。第二实施方式及下文所述的第三实施方式是以第一实施方式为基础的实施方式，关于第二及第三实施方式中未特别说明的事项，在不相矛盾的情况下，第一实施方式的记载也适用于第二及第三实施方式。在解释第二实施方式的记载时，对于第一及第二实施方式间相矛盾的事项，可优先以第二实施方式的记载为准(下文所述的第三实施方式也同样)。在不相矛盾的情况下，可以将第一至第三实施方式中的任意多个实施方式组合。
在本发明的电机驱动系统中，作为频率特性测定对象的控制回路不限定于速度控制回路。作为例子，在图8中示出将电流控制回路设定为频率特性测定对象时的构成。图8是第二实施方式的电机驱动系统的功能框图。设置在电机控制IC10上的电机控制部110的构成及动作、以及驱动器50及电机40的构成及动作如第一实施方式所示。但，在图8的构成中，通过在电流指令i*而非速度指令ω*上叠加干扰信号iN，来测定电流控制回路的频率特性。以下，省略第一及第二实施方式间的共同事项的说明，对它们的不同之处进行说明。
如上所述，减法器116基于由电流检测部114检测出的电机电流i的信号及从速度控制部115供给的电流指令i*的信号，求出它们的电流误差Δi。但，求出电流误差Δi时，有时会从调试器20输入干扰信号iN到减法器116中(即，有时会在电流指令i*上叠加干扰信号iN)，求出的电流误差Δi由“Δi＝i*－i+iN”表示。在图8中，干扰信号iN被输入到减法器116中。在干扰信号iN未被输入到减法器116的情况下，“iN＝0”，因此，“Δi＝i*－i”。
电机控制部110内形成有2个反馈回路。2个反馈回路中，一个是作为主要回路的速度控制回路，另一个是作为次要回路的电流控制回路。电流控制回路是以电流指令i*作为输入且以电机电流i作为输出的控制回路(反馈控制系统)，包含由符号114、116、117及50表示的各构成要素而形成。电流控制回路实现使电机电流i与电流指令i*相一致或接近的电流控制。但，在将干扰信号iN输入到减法器116的期间，干扰信号iN叠加在电流指令i*上，因此，电流控制回路成为以叠加后的电流指令(i*+iN)作为输入且以电机电流i作为输出的控制回路，进行使电机电流i与叠加后的电流指令(i*+iN)相一致或接近的电流控制。
对与图8的构成相关的频率特性测定处理进行说明。使用者对主机PC30输入特定的频率特性测定指示操作后，从主机PC30(例如从频率特性导出部32)对调试器20发送请求信号71a。调试器20接收到请求信号71a后，干扰信号叠加部22产生干扰信号iN，并将干扰信号iN输出到电机控制IC10。输出到电机控制IC10的干扰信号iN通过调试控制部14(参考图3)导入到电机控制部110的控制回路，具体来说，成为对加法器116的输入信号。
干扰信号iN是包含特定测定对象频带内的各频率的信号分量的噪声。通过在测定对象频带内扫描干扰信号iN的频率，产生包含测定对象频带内的各频率的信号分量的噪声。以具有电流维度的数字干扰信号的形式产生干扰信号iN。作为干扰信号iN的噪声的种类是任意的。作为干扰信号iN的噪声例如可以是白噪声(white noise)，也可以是色噪声(粉红噪声或灰色噪声等)。请求信号71a中指定了干扰信号iN的特性(测定对象频带及信号振幅等)，按照该指定产生干扰信号iN。
减法器116如上所述求出由“Δi＝i*－i+iN”表示的电流误差Δi。实际上，例如，在减法器116中，可在求出第1计算值(i*－i)后，求出由第2计算值(i*－i+iN)表示的电流误差Δi。在频率特性测定处理中，调试控制部14(参考图3)从减法器116读取第1计算值(i*－i)及第2计算值(i*－i+iN)，将包含第1计算值(i*－i)及第2计算值(i*－i+iN)的结果信号72a发送给调试器20。实际上，例如，所述第1及第2计算值储存在存储器12(可以是CPU11的寄存器)中的特定存储区域，调试控制部14通过读取该特定存储区域的存储数据，获取第1及第2计算值。
结果信号72a从调试器20传送到主机PC30，频率特性导出部32基于结果信号72a，导出电机控制部110的控制回路的频率特性。此处导出的频率特性是针对电机40的电流控制回路的频率特性(以下，在本实施方式中，简称为频率特性)。
在主机PC30中，频率特性导出部32产生波德图作为表示所导出的频率特性的图，所产生的波德图显示在显示部33中。波德图包含表示控制回路的增益的频率依赖性的增益图、及表示控制回路的相位的频率依赖性的相位图。本实施方式中关注的控制回路是进行电流控制的电流控制回路。为方便起见，分别以记号G_i及P_i表示电流控制回路的增益、相位时，增益G_i及相位P_i表示以电流指令i*作为输入且以电机电流i作为输出的传递函数的增益及相位。即，增益G_i表示电机电流i的振幅与电流指令i*的振幅的比，相位P_i表示以电流指令i*的信号为基准的电流指令i*的信号与电机电流i的信号间的相位差。
在第二实施方式中，也能够与第一实施方式同样地，在电机40的驱动控制中的任意时刻，将外部调试装置(20、30)与电机控制IC10连接，执行频率特性测定处理。即，能够以电机控制IC10(电机控制部110)单独控制电机40的驱动而不叠加干扰信号iN的状态为起点，在之后的任意时刻叠加干扰信号iN，如果进行干扰信号iN的叠加，那么在利用电机控制IC10(电机控制部110)继续进行电机40的驱动控制的同时，利用频率特性导出部32导出频率特性(电流控制回路的频率特性)。
此外，在不相矛盾的情况下，第一实施方式中所述的技术可应用于第二实施方式。但，进行该应用时，第一实施方式中的干扰信号ωN在第二实施方式中被改称为干扰信号iN。即，例如，在图8的构成中，主机PC30上可设有传递函数推断部34及增益调整部35(参考图7)，传递函数推断部34基于由频率特性导出部32导出的频率特性，推断电机控制部110中的控制回路的传递函数。在图8的构成中，推断出的传递函数是以电流指令i*作为输入且以电机电流i作为输出的电流控制回路的传递函数，将由频率特性导出部32导出的频率特性用数学公式表示出来。传递函数推断部34能够使推断出的传递函数显示在显示部33中。另外，增益调整部35能够基于推断出的传递函数，对控制回路(此处为电流控制回路)的增益进行调整(即，能够使其增大或减小)。
参考图8，对能够测定电流控制回路的频率特性的构成进行了说明，但除此以外，例如也可以在电机控制部110中形成按照位置指令θ*控制转子位置θ的位置控制回路(未图示)，在该情况下，能够通过在位置指令θ*上叠加干扰信号来导出位置控制回路的频率特性。
＜＜第三实施方式＞＞
对本发明第三实施方式进行说明。
在第一及第二实施方式中示出具体例的本发明的电机控制系统具备：电机控制装置，由具有存储器(12)的半导体集成电路构成，形成针对电机(40)的控制回路(例如速度控制回路)而控制所述电机的驱动；及外部调试装置(20、30)，与所述电机控制装置建立外部连接，能够访问所述存储器；且在所述外部调试装置上设有干扰信号叠加部(22)及频率特性导出部(32)，所述干扰信号叠加部(22)产生对所述控制回路的干扰信号(例如ωN)，并将所述干扰信号叠加到所述控制回路内的信号上，所述频率特性导出部(32)基于通过叠加而在所述控制回路内产生的信号，导出所述控制回路的频率特性。此处，可认为电机控制装置与电机控制IC10对应，也可认为与电机控制部110对应。
此外，在第一实施方式(参考图5)中，向电机控制部110的控制回路导入(注入)干扰信号ωN实际上是通过对储存减法器113的输入输出数据的存储器12的操作来实现的。同样地，在第二实施方式(参考图8)中，向电机控制部110的控制回路导入(注入)干扰信号iN实际上是通过对储存减法器116的输入输出数据的存储器12的操作来实现的。根据基于存储器操作的干扰信号导入方法，能够在控制回路内的任意部位自由地导入(注入)干扰信号。这显著优于以下方法，即，引出硬件的信号线，经由该信号线，向对象部位直接注入干扰信号。
第一及第二实施方式中示出具体例的控制回路的频率特性导出方法可应用于具有控制回路(反馈控制系统)的任意装置及系统。例如，对于诸如图9所示的从直流输入电压VIN产生其它直流输出电压VOUT的电源装置(DC(direct current，直流)/DC转换器)，可应用所述导出方法。在图9的电源装置中，产生和输出电压VOUT成比例的反馈电压VFB与特定基准电压VREF的差的增幅信号，作为误差电压VERR，进行使误差电压VERR与零相一致或接近的反馈控制(从而使反馈电压VFB与基准电压VREF相一致或接近的反馈控制)，由此将输出电压VOUT稳定在与基准电压VREF相应的目标电压。
测定该电源装置中的控制回路的频率特性时，在基准电压VREF上叠加作为噪声的干扰信号VN。在叠加干扰信号VN的期间，进行使反馈电压VFB和电压(VREF+VN)的差与零相一致或接近的反馈控制。然后，基于该期间的电压(VREF－VFB)及(VREF－VFB+VN)，能够导出使反馈电压VFB与基准电压VREF相一致或接近的控制回路(反馈控制系统)的频率特性。
本发明的实施方式可在权利要求书所示的技术思想范围内适当进行各种变更。以上实施方式仅为本发明的实施方式的例子，本发明或各构成要件的用语的含义并不限定于以上实施方式所记载的内容。所述说明书中所示的具体数值仅为例示，当然可以将它们变更为各种数值。
[符号说明]
10:电机控制IC
20:调试器
22:干扰信号叠加部
30:主机
31:调试软件
32:频率特性导出部
33:显示部
34:传递函数推断部35:增益调整部40:电机50:驱动器110:电机控制部。

Claims (9)

1.一种电机控制系统，具备：
电机控制装置，包含具有存储器的半导体集成电路，形成针对电机的控制回路而控制所述电机的驱动；及
外部调试装置，与所述电机控制装置建立外部连接，能够访问所述存储器；且
在所述外部调试装置上设有干扰信号叠加部及频率特性导出部，所述干扰信号叠加部产生对所述控制回路的干扰信号，并将所述干扰信号叠加到所述控制回路内的信号上，所述频率特性导出部基于通过叠加而在所述控制回路内产生的信号，导出所述控制回路的频率特性。
2.根据权利要求1所述的电机控制系统，其中
所述外部调试装置包括包含所述外部信号输出部的调试器、及包含所述频率特性导出部的运算装置，所述调试器与所述电机控制装置建立外部连接，
所述调试器配置在所述运算装置与所述电机控制装置之间，在所述运算装置的指示下，进行所述干扰信号的叠加，
通过叠加而在所述控制回路内产生的信号从所述电机控制装置经由所述调试器传输到所述运算装置。
3.根据权利要求1或2所述的电机控制系统，其中
所述外部调试装置进而具备显示部，该显示部显示出波德图作为表示所述频率特性的图。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电机控制系统，其中
以所述电机控制装置单独控制所述电机的驱动而不叠加所述干扰信号的状态为起点，进行所述干扰信号的叠加时，在利用所述电机控制装置继续对所述电机进行驱动控制的同时，利用所述频率特性导出部导出所述频率特性。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电机控制系统，其中
所述外部调试装置能够在通过所述干扰信号的叠加进行所述频率特性的导出处理的过程中，监控所述电机控制装置内的其它信号，
所述其它信号不同于所述频率特性导出部为了导出所述频率特性而参考的信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电机控制系统，其中
所述外部调试装置进而具备传递函数推断部，该传递函数推断部基于所导出的所述频率特性，推断所述控制回路的传递函数。
7.根据权利要求6所述的电机控制系统，其中
所述外部调试装置进而具备增益调整部，该增益调整部基于推断出的所述传递函数，调整所述控制回路的增益。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电机控制系统，其中
所述电机控制装置在所述控制回路中进行使所述电机的转速与速度指令相一致或接近的速度控制，
所述外部信号输出部对所述速度指令叠加所述干扰信号。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电机控制系统，其中
所述干扰信号叠加部产生包含特定频带内的各频率的信号分量的数字噪声作为所述干扰信号。
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