CN101046679A - 电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

电动机控制装置具有：检测由电动机驱动的机械可动部的位置的第一位置检测单元；检测电动机旋转轴的位置的第二位置检测单元；输出使电动机的旋转轴进行通常动作的通常动作时移动指令的通常动作时移动指令输出单元；输出使电动机旋转轴停止的停止时移动指令的停止时移动指令输出单元。电动机控制装置在通常时输出通常动作时移动指令，并且根据第一位置检测单元检测出的机械可动部的位置来进行反馈控制，在第一位置检测单元中发生了异常时切换为输出停止时移动指令，并且切换为根据第二位置检测单元检测出的电动机旋转轴的位置来进行反馈控制，使电动机停止。由此一边控制重力轴的位置一边使电动机旋转轴迅速停止。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种对与机床、产业机械中的进给轴以及产业用机器人的手臂等部件的轴相连结的伺服电动机等电动机进行控制的电动机控制装置。

背景技术

在机床、产业机械中的进给轴以及产业用机器人的手臂等部件的轴(机械可动部)上连结了伺服电动机等电动机。在利用这样的电动机来控制机械可动部的位置时，根据由位置检测器检测出的机械可动部或电动机的旋转轴的位置进行反馈控制。在对驱动机械可动部的电动机位置进行控制来反馈控制机械可动部的位置的半闭环控制中，通过回转式编码器等位置检测器来检测电动机的位置。另外，也可以采用通过线位移传感器等位置检测器来检测机械可动部的位置，对位置进行反馈控制的全闭环控制。

这样的电动机在由于紧急停止或者停电等原因从控制状态变为非控制状态时，通常采用动力制动器来使电动机的旋转轴停止。可是，虽然动力制动器的减速转矩比电磁制动器的减速转矩大，但是并非大很多，所以电动机旋转轴停止需要比较长的时间。另外，例如在旋转轴受到重力作用的情况下，即在轴为重力轴的情况下，当电动机成为非控制状态时，重力轴下落。

在专利第3616759号说明书中，在电动机从控制状态变为非控制状态时，给予使重力轴上升制动装置的间隙(back lash)量以上的规定量的指示，来防止重力轴下落。但是，在专利第3616759号说明书中，因为对重力轴进行位置控制，所以在位置控制中采用的位置检测器发生了异常时，无法使重力轴上升。对于此，在特开平10-277887号公报中，在全闭侧的位置检测器中发生了异常时，将机械可动部的控制从位置控制切换到速度控制来使机械可动部停止，因此，在特开平10-277887号公报中，即使是在位置检测器中发生了异常时也可以控制机械可动部。

可是，在特开平10-277887号公报中，因为将机械可动部的控制切换为速度控制，所以无法对机械可动部进行速度控制以上的位置控制。因此在特开平10-277887号公报中，在位置检测器中发生了异常时，无法进行维持重力轴的位置或者使重力轴的位置上升的控制。

本发明是鉴于这样的情况而发明的，其目的在于提供一种可以一边控制重力轴的位置一边使电动机迅速停止的电动机控制装置。

发明内容

为了实现上述目的根据第1方式提供以下这样的电动机控制装置，其具有：第一位置检测单元，检测由电动机驱动的机械可动部的位置；第二位置检测单元，检测所述电动机的旋转轴的位置；通常动作时移动指令输出单元，输出使所述电动机的所述旋转轴进行通常动作的通常动作时移动指令；和停止时移动指令输出单元，输出使所述电动机的所述旋转轴停止的停止时移动指令，在通常时，输出来自所述通常动作时移动指令输出单元的通常动作时移动指令，并且根据由所述第一位置检测单元检测出的所述机械可动部的位置进行反馈控制，在所述第一位置检测单元中发生了异常时，切换为输出来自所述停止时移动指令输出单元的所述停止时移动指令，并且切换为根据所述第二位置检测单元检测出的所述电动机的旋转轴的位置进行反馈控制，由此使所述电动机停止。

即，在第一方式中，将位置反馈从机械可动部的位置切换至电动机的旋转轴的位置，也就是说从全闭侧切换至半闭侧进行位置控制。也就是说在第1方式中，在切换后仍进行位置控制，所以可以控制重力轴的位置。此外，因为通过位置控制使旋转轴停止，所以与采用动力制动器的情况进行比较，可以使电动机迅速停止。停止时移动指令例如可以为零。

根据第2方式，在第1方式中，在所述第一位置检测单元中发生了异常时，把根据来自所述通常动作时移动指令输出单元或所述停止时移动指令输出单元的移动指令与所述机械可动部或所述电动机的旋转轴的位置之间的偏差生成的位置偏差的初期值设为零。

即，在第2方式中，在进行了从全闭侧向半闭侧的切换动作时，在此时的电动机旋转轴的位置使该旋转轴停止。

根据第3方式，在第1方式中，在所述第一位置检测单元中发生了异常时，对根据来自所述通常动作时移动指令输出单元或所述停止时移动指令输出单元的移动指令和所述机械可动部或所述电动机的旋转轴的位置之间的偏差生成的位置偏差的初期值进行选择，使从所述第一位置检测单元发生了异常时开始到所述电动机停止时为止进行了移动的所述电动机的旋转轴复位。

即，在第3方式中，使旋转轴移动到在时间上比进行了全闭侧向半闭侧的切换动作时的电动机的旋转轴的位置靠前的位置，来防止轴由于重力而下落。

根据第4方式，在第1方式中还具有速度检测单元，其检测所述电动机的旋转轴的速度，在所述第一位置检测单元中发生了异常时，根据进行所述切换动作时的所述速度检测单元所检测出的所述电动机的旋转轴的速度，计算基于来自所述通常动作时移动指令输出单元或所述停止时移动指令输出单元的移动指令与所述机械可动部或所述电动机的旋转轴的位置之间的偏差生成的位置偏差的初期值。

即，在第4方式中，可以避免在从全闭侧向半闭侧的切换动作的前后电动机的旋转轴的速度变得不连续。结果，可以防止在速度变化中产生级差，可以防止在电动机控制装置、电动机以及机械可动部中产生冲击。

根据第5方式，在第1方式中，所述第一位置检测单元发生了异常时的来自所述停止时移动指令输出单元的所述停止时移动指令是与零不同的值。

即，在第5方式中，可以避免在停止时移动指令为零时可能发生的过冲。

根据第6方式，在第1方式中，所述第一位置检测单元发生了异常时的来自所述停止时移动指令输出单元的所述停止时移动指令对应从所述第一位置检测单元发生了异常时开始的经过时间一次函数地减少。

即，在第6方式中，旋转轴以等加速度进行运动所以可以使旋转轴平滑并且迅速地停止。此外，停止时移动指令还可以对应所述经过时间二次函数或指数函数地减少。

通过对附图所示的本发明典型的实施方式进行详细地说明，本发明的这些目的、特征以及优点和其它的目的、特征以及优点会变得更加清楚。

附图说明

图1是本发明电动机控制装置的功能方框图。

图2是表示本发明电动机控制装置的简略流程图。

图3表示切换操作后的经过时间与移动指令的关系。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在以下附图中对相同部件标注相同的参照符号。为了便于理解，对这些附图进行适当的比例变更。

图1是本发明电动机控制装置的功能方框图。作为电动机的伺服电动机20的旋转轴21经由连结部22与滚珠螺杆机构的进给螺杆轴25连接。滚珠螺杆机构的螺母26与机械可动部24连结。因此，机械可动部24对应滚珠螺杆机构的动作沿着进给螺杆轴25进行前进/后退运动。

本发明的电动机控制装置10由数字计算机构成，如图所示包含与机械可动部24相邻配置的第一位置检测器31，例如线位移传感器。第一位置检测器31检测机械可动部24中的螺母26的位置信息，即全闭侧位置信息，将其反馈。此外，由第一位置检测器31检测的位置信息严格地说是螺母26每单位时间的移动量Md1。螺母26每单位时间的移动量Md1表示机械可动部24每单位时间的移动量。

另外，电动机控制装置10还含有安装在伺服电动机20中的第二位置检测器32、例如回转式编码器。第二位置检测器32检测伺服电动机20的旋转轴21的位置信息，即半闭侧位置信息，在将其乘以转换系数之后进行反馈。此外，由第二位置检测器32检测的位置信息严格地说是旋转轴21每单位时间的移动量Md2。

此外，电动机控制装置10具有对第一位置检测器31检测的机械可动部24的移动量Md1和第二位置检测器32检测的旋转轴21的移动量Md2进行切换的第一开关41。如图所示，第一开关41通常为了传送机械可动部24的移动量Md1而切换到接点1a一侧。

另外，电动机控制装置10具有异常检测部11，其检测在第一位置检测器31中发生了异常。具体来说，异常检测部11接收在第一位置检测器31无法进行位置检测时等情况下发出的异常信号，来检测在第一位置检测器31中发生了异常。

而且，电动机控制装置10含有：通常动作时移动指令输出部12，其输出进行通常动作时的伺服电动机20的移动指令Mc；和停止时移动指令输出部13，其输出使伺服电动机20停止时的伺服电动机20的停止时移动指令Mc0。停止时移动指令Mc0例如可以是零。

另外，在图1中设置有速度检测器33，其检测伺服电动机20的旋转轴21的速度。此外，旋转轴21的速度可以根据由第二位置检测器32得到的每单位时间的移动量来计算。

如图所示，电动机控制装置10的第一开关41对来自第一位置检测器31的移动量Md1与从第二位置检测器32得到并乘以转换系数后的移动量Md2进行切换。第一开关41通常为了输出来自第一位置检测器31的移动量Md1而切换到接点1a一侧。

此外，如图所示，电动机控制装置10的第二开关42对来自通常动作时移动指令输出部12的移动指令Mc与来自停止时移动指令输出部13的停止时移动指令Mc0进行切换。第二开关42通常为了输出来自通常动作时移动指令输出部12的移动指令Mc而切换到接点2a一侧。

在通常动作时，在偏差计算部19中，从来自通常动作时移动指令输出部12的移动指令Mc中减去全闭侧的位置信息，即移动量Md1，作为偏差ΔM(＝Mc-Md1)进行计算。在累计电路14中依次累计偏差ΔM，作为位置偏差M进行计算。位置偏差M在使用公知的方法乘以了位置增益15的状态下被传送到速度控制器16中，然后，在速度控制器16中生成电流指令。之后，将电流指令传送给电流控制器17，在电流控制器17中生成电压指令。电压指令在通过放大器18被放大后，被传送到伺服电动机20中，旋转轴21根据速度指令进行旋转。

图2表示本发明电动机控制装置的简略流程图。以下，一边参照图1以及图2一边对在第一位置检测器31中发生了异常时的电动机控制装置10的动作进行说明。

在图2所示的流程的步骤101中，通过电动机控制装置10的异常检测部11检测用于机械可动部24的第一位置检测器31的异常。即，异常检测部11接收在第一位置检测器31无法进行位置检测时等情况下发出的异常信号，来检测第一位置检测器31的异常。

然后，在步骤102中，电动机控制装置10的异常检测部11将第一开关41从接点1a一侧切换至接点1b一侧。由此，输出来自第二位置检测器32的半闭侧位置信息、即移动量Md2。因此，此时，在偏差计算部19中偏差ΔM暂时被计算为ΔM(＝Mc-Md2)。

如步骤103所示，与第一开关41的切换作业同时地，异常检测部11将第二开关42从接点2a一侧切换至接点2b一侧。由此，输出来自停止时移动指令输出部13的停止时移动指令Mc0。由此，偏差计算部19中的偏差ΔM被计算为ΔM(＝Mc0-Md2)。

即，在本发明中，在第一位置检测器31中发生了异常时不是从位置控制切换至速度控制，而是从全闭侧的位置信息Md1切换至半闭侧的位置信息Md2，由此连续进行位置控制。因此，在本发明中，即使在第一位置检测器31的异常发生之后，也可以对旋转轴21进行位置控制。因此，在本发明中可以通过在异常发生后仍进行位置控制来防止重力轴的下落。

此外，在本发明中，在第一位置检测器31发生了异常时一边继续进行位置控制，一边从停止时移动指令输出部13输出停止时移动指令Mc0。停止时移动指令Mc0例如是零，在这样的情况下，与采用动力制动器的情况进行比较，可以使伺服电动机20的旋转轴21迅速停止。

但是，在第一位置检测器31中发生了异常时，可以通过0对进行了第一开关41以及第二开关42的切换动作后的位置偏差M进行初始化。通过这样的操作，使伺服电动机20的旋转轴21停止在进行了切换动作时的位置上。

此外，偏差ΔM包含：第一开关41切换动作前的偏差ΔM(＝Mc-Md1)、和第一开关41以及第二开关42双方进行切换动作后的偏差ΔM(＝Mc0-Md2)。

在本发明的其它实施方式中，可以通过与零不同的规定值对进行了第一开关41以及第二开关42的切换动作后的位置偏差M进行初始化。该规定值是足够使从第一位置检测器31中发生异常时开始到伺服电动机20的旋转轴21停止为止进行了移动的旋转轴21恢复到第一位置检测器31中发生异常时的位置的值。通过实验等预先求出该规定值，并预先存储在电动机控制装置10的存储部(未图示)中。

设定这样的规定值在旋转轴21是受到重力作用的重力轴时特别有利。即，在这样的情况下，选择规定值使旋转轴21提高从第一位置检测器31发生异常时开始到旋转轴21停止为止下落的量。由此可知，可以防止重力轴下落。

另外，在本发明的其它实施方式中，根据伺服电动机20的旋转轴21的速度，尤其是第一开关41以及第二开关42切换动作时的旋转轴21的速度V1来计算在进行了第一开关41以及第二开关42的切换动作之后的位置偏差M。换言之，速度V1是第一位置检测器31发生异常时的旋转轴21的速度。旋转轴21的速度V1通过速度检测器33来检测，或者根据第二位置检测器32的检测结果来计算。

在本发明的其它实施方式中，通过对从速度检测器33或第二位置检测器32得到的旋转轴21的速度V1乘以规定的系数k后得到的值k·V1，对位置偏差M进行初始化。系数k是操作者选择的规定值。即，根据第一开关41以及第二开关42切换动作时的旋转轴21的速度V1对位置偏差M进行初始化，所以可以避免切换操作前后的旋转轴21的速度大幅变化。因此，在本发明中，可以防止在第一开关41以及第二开关42切换动作前后在电动机控制装置、电动机以及机械可动部中产生冲击。

在上述的实施方式中，存在将停止时移动指令输出部13输出的停止时移动指令Mc0设为零的情况，但在这样的情况下，在切换操作后可能会发生旋转轴21的过冲。为了避免过冲，在其它的实施方式中，也将停止时移动指令输出部13输出的停止时移动指令Mc0设为与零不同的其它值。该其它值使用第一位置检测器31发生异常时旋转轴21的速度V1如下地进行计算。

在本实施方式中，通过对速度V1乘以规定的系数k，来生成停止时移动指令Mc0(＝k·V1)。该系数k可以与上述实施方式中的系数k相同。然后，根据操作者使旋转轴21停止时的规定的加速度a，如公式(1)那样规定异常发生后的旋转轴21的速度V。

V＝V1-a·t                 公式(1)

此外，在公式(1)中文字t表示时间。规定的加速度a是比由伺服电动机20的最大转矩和惯性决定的最大加速度amax小的值，选择适于使旋转轴21停止的值。

通过采用公式(1)，停止时移动指令Mc0由公式(2)来表示。

Mc0＝k·(V1-a·t)          公式(2)

图3表示切换操作后的经过时间与移动指令的关系，将公式(2)进行了图示化。在图3中横轴表示时间，纵轴表示停止时移动指令Mc0。

当假设在图3的时刻t0在第一位置检测器31中发生了异常时，旋转轴21如实线X1所示进行等加速度运动，在时刻v1/a停止。在本实施方式中，因为使旋转轴21以规定的加速度a进行等加速度运动，所以旋转轴21平滑且迅速地停止。另外，时刻t0的停止时移动指令Mc0不是零，所以也可以防止发生旋转轴21的过冲。在操作者希望旋转轴21更迅速地停止时只要选择更大的加速度a就可以，在希望进一步抑制冲击时只要选择更小的加速度a就可以。此外，在图3中如虚线X2所示，停止时移动指令Mc0对应时间，二次函数或者指数函数地减少也包含在本发明的范围内。

以上使用典型的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员应当可以理解在不脱离本发明的范围内，可以进行上述的变更以及各种其它的变更、省略以及追加。

Claims (6)

1.一种电动机控制装置(10)，具有：检测由电动机(20)驱动的机械可动部(24)的位置的第一位置检测单元(31)；检测所述电动机(20)的旋转轴(21)的位置的第二位置检测单元(32)；和输出使所述电动机(20)的所述旋转轴(21)进行通常动作的通常动作时移动指令的通常动作时移动指令输出单元(12)，其特征在于，

还具有停止时移动指令输出单元(13)，其输出使所述电动机(20)的所述旋转轴(21)停止的停止时移动指令，

通常时，输出来自所述通常动作时移动指令输出单元(12)的通常动作时移动指令，并且根据由所述第一位置检测单元(31)检测到的所述机械可动部(24)的位置进行反馈控制，

在所述第一位置检测单元(31)发生了异常时，切换为输出来自所述停止时移动指令输出单元(13)的所述停止时移动指令，并且切换为根据所述第二位置检测单元(32)检测到的所述电动机(20)的旋转轴(21)的位置进行反馈控制，由此使所述电动机(20)停止。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

在所述第一位置检测单元(31)发生了异常时，把根据来自所述通常动作时移动指令输出单元(12)或所述停止时移动指令输出单元(13)的移动指令与所述机械可动部(24)或所述电动机(20)的旋转轴(21)的位置之间的偏差生成的位置偏差的初始值设为零。

3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

在所述第一位置检测单元(31)发生了异常时，对根据来自所述通常动作时移动指令输出单元(12)或所述停止时移动指令输出单元(13)的移动指令与所述机械可动部(24)或所述电动机(20)的旋转轴(21)的位置之间的偏差生成的位置偏差的初始值进行选择，使从所述第一位置检测单元(31)发生了异常时开始到所述电动机(20)停止时为止进行了移动的所述电动机(20)的旋转轴(21)复位。

4.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具有速度检测单元，其检测所述电动机(20)的旋转轴(21)的速度，

在所述第一位置检测单元(31)发生了异常时，根据进行所述切换动作时由所述速度检测单元检测到的所述电动机(20)的旋转轴(21)的速度，计算根据来自所述通常动作时移动指令输出单元(12)或所述停止时移动指令输出单元(13)的移动指令与所述机械可动部(24)或所述电动机(20)的旋转轴(21)的位置之间的偏差生成的位置偏差的初期值。

5.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述第一位置检测单元(31)发生了异常时的来自所述停止时移动指令输出单元(13)的所述停止时移动指令是与零不同的值。

6.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

所述第一位置检测单元(31)发生了异常时的来自所述停止时移动指令输出单元(13)的所述停止时移动指令对应从所述第一位置检测单元(31)发生了异常时开始的经过时间一次函数地减少。

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