CN101185236A - 直线电动机的控制方法及直线电动机的控制装置 - Google Patents
直线电动机的控制方法及直线电动机的控制装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种直线电动机的控制方法,在该控制方法中,使滑块沿着与线性标度尺平行配置的基芯移动,利用上述线性标度尺检测上述滑块的位置,并基于检测位置对使滑块移动的电动机进行换流控制,从而进行定位控制,该控制方法具备下述工序:将换流对齐点位置处上述滑块的换流角偏差量设为零,将通过对上述滑块在规定位置处的换流角偏差量进行测定而得到的值作为参数进行保存;基于上述参数和上述滑块的当前位置信息,计算当前位置处的换流角偏差量的校正值;以及基于上述计算出的校正值执行换流角校正。
Description
技术领域
本发明涉及一种直线电动机的控制方法及控制装置,其使滑块沿着与线性标度尺平行配置的基芯移动,利用上述线性标度尺检测上述滑块的位置,并基于检测位置对使滑块移动的电动机进行换流控制,从而进行定位控制。
背景技术
图4是表示相关技术的直线电动机的构成例的功能框图。参照标号1是上级装置,其发出按脉冲数供给的位置指令信号SX。模块2是位置控制部,参照标号3是位置控制驱动器,参照标号4是滑块,参照标号5是光学式线性标度尺。
在位置控制部2中,参照标号21是累加计数器,其对由上级装置1按脉冲数供给的位置指令信号SX进行累加,并变换为数字式位置指令信号Pi。参照标号22是周期检测部,用于使后述的位置检测部42的位置检测信号Px输入,而计算其周期。
参照标号23是位置变换部,参照标号24是速度变换部,它们取得来自周期检测部22的周期信号,而分别变换为位置测定信号Pf和速度测定信号Vf。由于专利文献1中详细地公开了其动作原理,因此这里省略其说明。
参照标号25是位置控制部,用于计算位置指令信号Pi与位置测定信号Pf之间的偏差,而输出速度指令信号Vi。参照标号26是速度控制部,其计算速度指令信号Vi与速度测定信号Vf之间的偏差,而输出推力指令F。
在位置控制驱动器3中,参照标号31是相位差检测部,用于检测位置检测信号Px与扫描周期fo的相位差,并输出到换流控制部32。该换流控制部32的输出sinωt及sin(ωt+120°)的信号、和推力指令F,分别由乘法器33和34进行乘法运算后,输出Fsinωt和Fsin(ωt+120°)。
将上述乘法器的输出与电流检测部35、36的检测信号之间的偏差输入到电流控制部37。电流控制部37输出通过使用偏差进行运算而进行脉宽调制(PWM)后的开关信号,对形成逆变器的3相开关电路38进行开关控制,向搭载在滑块4中的3相电动机部41的U相、V相、W相线圈供给控制电流。
电流检测部35检测与U相线圈串联连接的电流检测电阻Ru的电压降,并反馈到电流控制部37。同样地,电流检测部36检测与V相线圈串联连接的电流检测电阻Rv的电压降,并反馈到电流控制部37。对于W相线圈则不进行反馈。
搭载在滑块4上的3相电动机部41是所谓的混合型平面电动机,通过向卷绕在多个铁芯上的线圈供给交流控制电流,而在其与图5所示的基芯6之间产生推力,所述铁芯与由磁性体形成的基芯的槽相对。由于专利文献1中公开了换流控制中对3相平面电动机的PWM电流控制的详细内容,因此这里省略其详细说明。
图5是表示滑块4、线性标度尺5和基芯6的配置关系的平面图。直线状的光学式线性标度尺5具有大于或等于滑块4移动行程的长度,以一定间距(例如2mm)形成刻度(槽)。
由磁性体形成的基芯6靠近线性标度尺5并与其平行配置,形成有与该线性标度尺5的刻度间距相同的槽,与线性标度尺的刻度机械对齐地配置。
通过电动机部41的换流控制而使滑块4沿着该基芯6移动。利用搭载在滑块4上的位置检测部42,使用线性标度尺5检测滑块4的位置,基于检测位置对使滑块移动的电动机部41进行换流控制,从而进行定位控制。
由于定位控制的分辨能力是利用差补处理将1个刻度间距(例如2mm)等间隔地分割(例如1/8000)后的距离(例如0.25μm),因此,线性标度尺5的刻度间距和基芯6的槽间距设计为通过高精度机械加工而使它们一致。
专利文献1中记载了下述XY载物台,其具有方格台板和滑块部,该滑块部通过位置控制而在该方格台板上表面沿X轴方向和Y轴方向滑动。
专利文献1:日本国专利公开公报,特开2000-65970号。
发明内容
线性标度尺5的刻度间距和基芯6的槽间距设计为通过高精度机械加工而使它们一致,但仍会因制造加工精度的差异而具有由加工误差导致的偏差。在相关技术的直线电动机的定位控制中,由该偏差引起以下问题。
(1)由于在用于大型定位装置的直线电动机中,滑块4的行程变长,与此相应,线性标度尺5和基芯6也变长。在将线性标度尺的刻度位置与基芯的槽位置设置为在某个位置完全对齐的情况下,在将滑块4定位控制于在位置控制循环中通过位置检测获得的线性标度尺上的指令位置的状态下,由加工偏差导致电动机部41的换流角产生偏差,这会成为电动机扭矩减小的主要原因。
(2)由于在使定位伺服系统起作用而确定坐标系之前的初始状态下,线性标度尺不具备绝对位置检测功能,因此,无法确定滑块的当前位置。因而,难以在该位置进行适当的换流角偏差量校正。如果不执行这种校正就开启伺服系统进行原点复位操作,在最坏的情况下,存在产生与预期方向相反的扭矩而失控的危险。
因而,本发明要解决的课题是,实现一种直线电动机的控制方法及直线电动机的控制装置,其无论在初始状态下,还是在定位控制状态下,都能够进行适当的换流角偏差量校正。
为了解决上述课题,本发明采用如下结构。
在本发明的直线电动机的控制方法中,使滑块沿着与线性标度尺平行配置的基芯移动,利用上述线性标度尺检测上述滑块的位置,并基于检测位置对使滑块移动的电动机进行换流控制,从而进行定位控制,其特征在于,具备下述工序:将换流对齐点位置处上述滑块的换流角偏差量设为零,将通过对上述滑块在规定位置处的换流角偏差量进行测定而得到的值作为参数进行保存;基于上述参数和上述滑块的当前位置信息,计算当前位置处的换流角偏差量的校正值;以及基于上述计算出的校正值执行换流角校正。
在上述直线电动机的控制方法中,其特征在于,在上述滑块以非控制状态位于上述当前位置时,利用上述参数、和从对上述滑块的位置进行检测的位置检测部获得的相位差信号,推定上述当前位置,将上述推定出的当前位置作为上述当前位置信息。
在上述直线电动机的控制方法中,其特征在于,在上述滑块以控制状态位于被指令的控制位置时,将上述控制位置处的测定信号作为上述当前位置信息。
本发明的直线电动机的控制装置,其使滑块沿着与线性标度尺平行配置的基芯移动,利用上述线性标度尺检测上述滑块的位置,并基于检测位置对使滑块移动的电动机进行换流控制,从而进行定位控制,其特征在于,具备:脱机测定部,其将换流对齐点位置处上述滑块的换流角偏差量设为零,将通过对上述滑块在规定位置处的换流角偏差量进行测定而得到的值作为参数进行保存;换流角偏差量计算部,其基于上述参数和上述滑块的当前位置信息,计算当前位置处的换流角偏差量的校正值;以及换流角偏差量校正部,其基于上述计算出的校正值执行换流角校正。
上述直线电动机的控制装置,其特征在于,具有当前位置推定计算部,其在上述滑块以非控制状态位于上述当前位置时,利用上述参数、和从对上述滑块的位置进行检测的位置检测部获得的相位差信号,推定上述当前位置,在该直线电动机的控制装置中,将上述推定出的当前位置作为上述当前位置信息。
上述直线电动机的控制装置,其特征在于,在上述滑块以控制状态位于被指令的控制位置时,将上述控制位置处的测定信号作为上述当前位置信息。
发明的效果
通过以上说明可知,根据本发明可以获得以下效果。
(1)在定位控制状态下,由于基于已检测出当前位置的线性标度尺上的滑块位置而计算换流角的偏差,并执行适当的校正,因此,无论滑块位于何处,都不会因换流角偏差而导致产生电动机扭矩减小。
(2)在使定位伺服系统起作用而确定坐标系之前的初始状态下,利用根据脱机测定出的参数和从位置检测部获得的相位差信号推定计算当前位置这一简易绝对定位功能,能够确定当前位置并在该位置以恰当的换流角偏差量进行校正,因此,能够有效地防止开启伺服系统进行原点复位操作时的失控。
附图说明
图1是表示使用了本发明的直线电动机的一个实施方式的功能框图。
图2是说明脱机测定步骤中的测定流程的示意图。
图3是表示本发明的各模式中的信号处理流程的流程图。
图4是表示相关技术的直线电动机的构成例的功能框图。
图5是表示滑块、线性标度尺和基芯的配置关系的平面图。
具体实施方式
下面,根据附图详细说明本发明。图1是表示使用了本发明的直线电动机的一个实施方式的功能框图。对于与在图4中说明的相关技术的直线电动机相同的要素标注相同标号,并省略其说明。
在图1中,模块100是换流偏差量管理部,其具有脱机测定部101、换流角偏差量计算部102、当前位置推定计算部103、换流相位差检测部104。
参照标号201是脱机设定部,其输出用于在脱机状态下定位滑块4的设定信号Pt。参照标号202是切换开关,其对累加计数器21的位置指令信号Pi或脱机设定信号Pt进行切换,并传递给位置控制部25。
图2是说明脱机测定步骤中的测定流程的示意图。滑块4可以在线性标度尺5的刻度范围内从Smin移动到Smax。定位控制的范围从该可移动范围内侧的原点位置0开始,到有效行程长度S为止。
为了简单起见,在原点位置0,使线性标度尺的刻度位置与基芯6的槽位置精确地对齐,使该点的换流偏差量x0(原点位置Index偏差量)为零。使切换开关202进行切换,将脱机设定值Pt设定至有效行程长度位置S,对滑块4进行移动控制。
此时,根据由换流相位差检测部104获得的相位差信号φm而求得位置S处的换流角偏差量xm。如果将偏差量看作是从x0至xm与距离成正比地均匀扩大,则其梯度α能够唯一地确定,因此,将该梯度作为参数进行保存。
使线性标度尺的刻度位置与基芯6的槽位置精确地对齐的换流对齐点位置,并不仅限于图2所示的有效行程的原点位置,也可以选择中间点或任意一点,然后测定梯度α。
下面,说明当前位置推定计算步骤的动作。在滑块4以非控制状态位于任意的当前位置的初始模式中,使电动机0°励磁(微步进动作),由换流相位差检测部104求得从位置检测部42的编码器获得的2个信号(Sig0信号、Sig1信号)的相位差信号φg。
当前位置推定计算部103根据利用该相位差信号φg求得的差换流角偏差量、和在脱机测定步骤中求得的参数α,推定计算出当前的滑块4的脉冲位置P。在图2中,如果当前位置处的换流角偏差量为x,则滑块4的脉冲位置当前值P由该换流角偏差量x与梯度α的交点位置唯一确定。该功能就是简易绝对定位功能。
下面,说明换流角偏差量计算步骤和换流角偏差量校正步骤的动作。换流角偏差量计算部102在滑块4处于非控制状态的初始模式和处于执行定位控制的稳定控制模式时,执行不同的动作。
在初始模式中,取得来自当前位置推定计算部103的位置计数值Pg和所保存的参数α,计算当前位置处的换流角偏差量Xg,并传递给位置驱动器3的换流控制部32,对换流角进行校正。
在稳定控制模式中,取得受到定位控制的滑块4的位置测定信号Pf和所保存的参数α,计算控制位置处的换流角偏差量Xf,并传递给位置驱动器3的换流控制部32,对换流角进行校正。
图3是表示本发明的各模式中的信号处理流程的流程图。脱机模式在步骤S1中执行,在脱机状态下利用相位差信号φm测定换流角偏差量,并保存参数α。
初始设定模式是将滑块4置为非控制状态,在步骤S2至S4中执行的。在步骤S2中,根据相位差信号φg和参数α推定计算滑块的当前位置。在步骤S3中,根据该位置计数值Pg和参数α计算当前位置处的换流角偏差量Xg,在步骤S4执行当前位置处的换流角偏差量的校正。
稳定控制模式则是将滑块4置为控制状态,在步骤S5至步骤S7中执行。在步骤S5中,在控制开始时,将滑块4控制复位至原点位置。在步骤S6中,根据受到定位控制的滑块4的测定信号Pf和参数α,计算测定位置处的换流角偏差量Xf,在步骤S7中执行换流角偏差量的校正。
本申请以2005年5月27日提出的日本专利申请(特愿2005-155177)为基础,在此引用其内容作为参考。
Claims (8)
1.一种直线电动机的控制方法,在该控制方法中,使滑块沿着与线性标度尺平行配置的基芯移动,利用上述线性标度尺检测上述滑块的位置,并基于检测位置对使滑块移动的电动机进行换流控制,从而进行定位控制,
其特征在于,具备下述工序:
将换流对齐点位置处上述滑块的换流角偏差量设为零,将通过对上述滑块在规定位置处的换流角偏差量进行测定而得到的值作为参数进行保存;
基于上述参数和上述滑块的当前位置信息,计算当前位置处的换流角偏差量的校正值;以及
基于上述计算出的校正值执行换流角校正。
2.根据权利要求1所述的直线电动机的控制方法,其特征在于,
在上述滑块以非控制状态位于上述当前位置时,
利用上述参数、和从对上述滑块的位置进行检测的位置检测部获得的相位差信号,推定上述当前位置,
将上述推定出的当前位置作为上述当前位置信息。
3.根据权利要求1所述的直线电动机的控制方法,其特征在于,
在上述滑块以控制状态位于被指令的控制位置时,
将上述控制位置处的测定信号作为上述当前位置信息。
4.根据权利要求1所述的直线电动机的控制方法,其特征在于,
作为上述参数而保存的值,是根据上述滑块在上述换流对齐点位置处的上述换流角偏差量、和上述滑块在上述规定位置处的上述换流角偏差量而求得的梯度。
5.一种直线电动机的控制装置,其使滑块沿着与线性标度尺平行配置的基芯移动,利用上述线性标度尺检测上述滑块的位置,并基于检测位置对使滑块移动的电动机进行换流控制,从而进行定位控制,
其特征在于,具备:
脱机测定部,其将换流对齐点位置处上述滑块的换流角偏差量设为零,将通过对上述滑块在规定位置处的换流角偏差量进行测定而得到的值作为参数进行保存;
换流角偏差量计算部,其基于上述参数和上述滑块的当前位置信息,计算当前位置处的换流角偏差量的校正值;以及
换流角偏差量校正部,其基于上述计算出的校正值执行换流角校正。
6.根据权利要求5所述的直线电动机的控制装置,其特征在于,
具有当前位置推定计算部,其在上述滑块以非控制状态位于上述当前位置时,利用上述参数、和从对上述滑块的位置进行检测的位置检测部获得的相位差信号,推定上述当前位置,
在该直线电动机的控制装置中,将上述推定出的当前位置作为上述当前位置信息。
7.根据权利要求5所述的直线电动机的控制装置,其特征在于,
在上述滑块以控制状态位于被指令的控制位置时,
将上述控制位置处的测定信号作为上述当前位置信息。
8.根据权利要求5所述的直线电动机的控制装置,其特征在于,
作为上述参数而保存的值,是根据上述滑块在上述换流对齐点位置处的上述换流角偏差量、和上述滑块在上述规定位置处的上述换流角偏差量而求得的梯度。
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