CN101518937A - 电动射出机的伺服马达控制装置 - Google Patents

电动射出机的伺服马达控制装置 Download PDF

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Abstract

一种电动射出机的伺服马达控制装置，包括一运动控制单元、两分别连接于所述运动控制单元的第一和第二驱动放大单元及两分别连接于所述第一和第二驱动放大单元的第一和第二伺服马达，所述运动控制单元产生的位置命令分别经过所述第一及第二驱动放大单元后分别而驱动与其对应连接的第一及第二伺服马达。所述第一和第二伺服马达分别连接的滚珠螺杆内均设有一螺帽，所述螺帽分别与第一和第二马达位置控制器之间形成一第一和一第二螺帽位置反馈回路，所述位置命令传送到第一及第二驱动放大单元前，先分别减去所述第一和第二螺帽位置反馈回路的位置反馈量，再分别经第一和第二驱动放大单元处理，从而更加精密地调整了射出机的射出精度。

Description

电动射出机的伺服马达控制装置
技术领域
本发明涉及一种应用于电动射出机的伺服马达控制装置，尤其涉及一种可进行同步驱动的应用于电动射出机的伺服马达控制装置。
背景技术
一般电动射出机是以伺服马达作为其射出成形的动力源，而对需要大输出功率的大型电动射出机而言，若提升该单一伺服马达的输出功率往往有成本过高或制作不易等缺点。因而目前市场上多采用多个小功率的伺服马达，并通过所述伺服马达驱动与其并联搭配的电动射出机的射胶螺杆，达至与单一大功率伺服马达相同的功效。请参考图1，该图为现有电动射出机的运行原理示意图。电动射出机的伺服马达控制装置10用以控制电动射出机30内的至少两伺服马达31、32。伺服马达31、32分别驱动驱动机构310、320。其中驱动机构310、320分别包括两螺帽312、322及一滚珠螺杆314、324。所述驱动机构310、320对应的两螺帽312、322由一例如皮带或刚体33等机械连结，以使伺服马达31、32同步驱动与刚体33连接一体的一射胶螺杆34，而将套设于射胶螺杆34外部的一料管35中的融熔树脂射入一模穴36中成型。然而，如何控制以便于所述多个伺服马达同步运作，降低其因为非同步所造成的相互牵制问题与抖动负担为大型电动射出机的性能良好的关键。
现有技术提出了多种不同的控制装置以期改进整体的射出效能。其中，最基本的控制方式是对各个伺服马达分别进行位置回馈，此时的各个伺服马达没有主、副之分。这种使用同一位置命令进行同步控制无法达到精准的同步效果，且会造成每个伺服马达输出轴上的机械连结的牵扯或破坏。
针对以上问题，又出现了另一种控制方式，其包括一用以产生位置命令的运动控制单元、一与所述运动控制单元连接的第一驱动放大单元及一与所述运动控制单元连接的第二驱动放大单元。所述第一驱动放大单元用以接收所述运动控制单元的位置命令而驱动一第一伺服马达，并与所述运动控制单元及第一伺服马达形成一第一位置控制回路。所述第二驱动放大单元用以接收所述运动控制单元的位置命令而驱动一第二伺服马达，并与所述运动控制单元及第二伺服马达形成一第二位置控制回路。其中，所述运动控制单元包括至少一同步控制器，以接收所述第一位置控制回路的位置误差及所述第二位置控制回路的位置误差的差值，进而于运算后作为所述第二驱动放大单元的转速补偿量与转矩补偿量，以修正所述第二伺服马达的转动使其与所述第一伺服马达保持同步，发挥同步驱动与出力加总的功效。但是该种控制方法没有考虑连接电动射出机的各伺服马达的滚珠螺杆、螺帽及刚体间的间隙问题，因此按照该种控制方式单纯以固定值作修正，依然会产生各伺服马达不同步运作等问题。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种射出误差小，且可使多个伺服马达同步运转的应用于电动射出机的伺服马达控制装置。
一种电动射出机的伺服马达控制装置，其包括一运动控制单元、两分别连接于所述运动控制单元的第一和第二驱动放大单元及两分别连接于所述第一和第二驱动放大单元的第一和第二伺服马达，所述运动控制单元包括一第一马达位置控制器及一第二马达位置控制器，所述第一及第二驱动放大单元分别用来接收所述第一及第二马达位置控制器所发出的一位置命令而驱动与其对应连接的第一及第二伺服马达，所述第一和第二伺服马达分别连接一设有一螺帽的滚珠螺杆，所述两滚珠螺杆通过其螺帽及一刚体连接在一起，每一螺帽内装设有一感测其绝对位置的位置感测器，所述第一和第二伺服马达所连接的滚珠螺杆的螺帽分别与第一和第二马达位置控制器之间形成一第一和一第二螺帽位置反馈回路，所述位置命令传送到第一及第二驱动放大单元前，先分别减去所述第一螺帽位置反馈回路与第二螺帽位置反馈回路的位置反馈量，再分别经第一、第二马达位置控制器进行滤波处理。
相较现有技术，上述电动射出机的伺服马达控制装置增设了螺帽位置反馈回路，有效且即时地调整了连接每个伺服马达的滚珠螺杆的螺帽在电动射出机运行过程中与对应伺服马达的滚珠螺杆的间隙误差，从而更加精密地调整了射出机的射胶螺杆的射出精度，且可使多个马达有效的同步运转。
附图说明
下面参照附图结合具体实施方式对本发明作进一步的描述。
图1是现有电动射出机的工作原理示意图。
图2是本发明电动射出机的伺服马达控制装置第一实施方式的内部功能方块图。
图3是本发明电动射出机的伺服马达控制装置第二实施方式的内部功能方块图。
具体实施方式
请参考图2，本发明电动射出机伺服马达控制装置的第一实施方式包括一运动控制单元50、一第一驱动放大单元70、一第二驱动放大单元90、一与第一驱动放大单元70连接的伺服马达60及一与第二驱动放大单元90连接的伺服马达80。
伺服马达60、80对应的驱动滚珠螺杆(图未示)上分别设置有至少一螺帽62、82。螺帽62、82之间连接一刚体从而将伺服马达60、80连接起来。两位置感测器(图未示)分别置于伺服马达60、80对应的螺帽62、82内，用来感测螺帽62、82的绝对位置。所述位置感测器也可以置于电动射出机的其他位置，只需能感测螺帽62、82的绝对位置即可。
运动控制单元50包括一位置命令产生器52、一第一马达位置控制器54及一第二马达位置控制器56。第一、第二马达位置控制器54、56均与位置命令产生器52连接，用来接收位置命令产生器52输出的位置命令。
第一驱动放大单元70包括依次连接的一第一位置控制器72、一第一速度控制器74、一第一电流控制器76及一第一后级放大器78。第一位置控制器72连接于运动控制单元50的第一马达位置控制器54。第一后级放大器78连接于伺服马达60。伺服马达60与第一位置控制器72之间形成一第一马达位置反馈回路，再于所述第一马达位置反馈回路中形成一第一速度反馈回路，所述第一速度反馈回路的两端分别连接于伺服马达60及第一速度控制器74。第一后级放大器78与第一电流控制器76之间形成一第一电流反馈回路。螺帽62与第一马达位置控制器54之间形成一第一螺帽位置反馈回路，该第一螺帽位置反馈回路的反馈量输入第一马达位置控制器54，并经过第一驱动放大单元70后驱动与伺服马达60连接的滚珠螺杆旋转，从而推动螺帽62移动以消除螺帽62的位置偏移对电动射出机误差的影响。
第二驱动放大单元90包括依次连接的一第二位置控制器92、一第二速度控制器94、一第二电流控制器96及一第二后级放大器98。第二位置控制器92连接于运动控制单元50的第二马达位置控制器56。第二后级放大器98连接于伺服马达80。伺服马达80与第二位置控制器92之间形成一第二马达位置反馈回路，再于所述第二马达位置反馈回路中形成一第二速度反馈回路，所述第二速度反馈回路的两端分别连接于伺服马达80及第二速度控制器94。第二后级放大器98与第二电流控制器96之间形成一第二电流反馈回路。螺帽82与第二马达位置控制器56之间形成一第二螺帽位置反馈回路，该第二螺帽位置反馈回路的反馈量输入第二马达位置控制器56，并经过第二驱动放大单元90后驱动与伺服马达80连接的滚珠螺杆旋转，从而推动螺帽82移动以消除螺帽82的位置偏移对电动射出机误差的影响。
使用时，操作人员设定预设的射胶速度图样，所述射胶速度图样输入至位置命令产生器52后，即可得到控制每单位时间内射胶螺杆运动状况的位置命令。所述位置命令通过运动控制单元50和对应的第一、第二驱动放大单元70、90控制伺服马达60、80运动，从而驱动与伺服马达60、80对应连接的滚珠螺杆运动。分别安装于伺服马达60、80对应的螺帽62、82内的感测器可感测螺帽62、82的位置，从而分别通过第一、第二螺帽位置反馈回路反馈给第一、第二马达位置控制器54、56。所述射胶速度图样经过位置命令产生器52后形成所述位置命令。所述位置命令输入至第一、第二马达位置控制器54、56时，先分别减去所述第一螺帽位置反馈回路与第二螺帽位置反馈回路的位置反馈量，再分别经第一、第二马达位置控制器54、56对各自对应的位置误差进行滤波处理后，即成为分别输入第一、第二驱动放大单元70、90的位置命令。所述位置命令分别输入到第一、第二位置控制器72、92时，先分别减去所述第一、第二马达位置反馈回路的位置反馈量，再分别经第一、第二位置控制器72、92对各自对应的位置误差进行滤波处理后，即成为分别输入第一、第二速度控制器74、94的速度命令。所述速度命令分别输入到第一、第二速度控制器74、94时，先分别减去所述第一、第二速度反馈回路经d/dt微分运算后的速度反馈量，再分别经第一、第二速度控制器74、94对各自对应的速度误差进行滤波处理后，即成为分别输入第一、第二电流控制器76、96的电流命令。所述电流命令分别输入到第一、第二电流控制器76、96时，先分别减去所述第一、第二电流反馈回路的电流反馈量，再分别经第一、第二电流控制器76、96对各自对应电流滤波后，分别输入第一、第二后级放大器78、98放大，从而完成反馈控制而分别驱动伺服马达60、80，从而同步驱动与驱动伺服马达60、80对应连接的滚珠螺杆。此时，连接所述两滚珠螺杆的刚体便可驱动与所述刚体连接一体的一射胶螺杆，进而驱动将套设于射胶螺杆外部的一料管中的融熔树脂射入一模穴中成型。
请参考图3，本发明电动射出机伺服马达控制装置的第二实施方式包括一运动控制单元50a、一第一驱动放大单元70a、一第二驱动放大单元90a、一与第一驱动放大单元70a连接的主伺服马达60a及一与第二驱动放大单元90a连接的副伺服马达80a。
主、副伺服60a、80a对应的驱动滚珠螺杆(图未示)上分别设置有至少一螺帽62a、82a。螺帽62a、82a之间连接一刚体从而将伺服马达60a、80a连接起来。两位置感测器(图未示)分别置于伺服马达60a、80a对应的螺帽62a、82a内，用来感测螺帽62a、82a的绝对位置。
运动控制单元50a包括一位置命令产生器52a、一第一马达位置控制器54a、一第二马达位置控制器56a及一同步控制器58。第一、第二马达位置控制器54a、56a均与位置命令产生器52a连接，用来接收位置命令产生器52a输出的位置命令。所述同步控制器58的一端同时连接于第一、第二位置马达控制器54a、56a，另一端连接于第二驱动放大单元90a。
第一驱动放大单元70a包括依次连接的一第一位置控制器72a、一第一速度控制器74a、一第一电流控制器76a及一第一后级放大器78a。第一位置控制器72a连接于运动控制单元50a的第一马达位置控制器54a。第一后级放大器78a连接于主伺服马达60a。主伺服马达60a与第一位置控制器72a之间形成一第一马达位置反馈回路，再于所述第一马达位置反馈回路中形成一第一速度反馈回路，所述第一速度反馈回路的两端分别连接于主伺服马达60a及第一速度控制器74a。第一后级放大器78a与第一电流控制器76a之间形成一第一电流反馈回路。螺帽62a与第一马达位置控制器54a之间形成一第一螺帽位置反馈回路，该第一螺帽位置反馈回路的反馈量输入第一马达位置控制器54a，并经过第一驱动放大单元70a后驱动与主伺服马达60a连接的滚珠螺杆旋转，从而推动螺帽62a移动以消除螺帽62a的位置偏移对电动射出机误差的影响。
第二驱动放大单元90a包括依次连接的一第二位置控制器92a、一第二速度控制器94a、一第二电流控制器96a及一第二后级放大器98a。第二位置控制器92a连接于运动控制单元50a的第二马达位置控制器56a。第二后级放大器98a连接于副伺服马达80a。副伺服马达80a与第二位置控制器92a之间形成一第二马达位置反馈回路，再于所述第二马达位置反馈回路中形成一第二速度反馈回路，所述第二速度反馈回路的两端分别连接于副伺服马达80a及第二速度控制器94a。第二后级放大器98a与第二电流控制器96a之间形成一第二电流反馈回路。螺帽82a与第二马达位置控制器56a之间形成一第二螺帽位置反馈回路，该第二螺帽位置反馈回路的反馈量输入第二马达位置控制器56a，并经过第二驱动放大单元90a后驱动与副伺服马达80a连接的滚珠螺杆旋转，从而推动螺帽82a移动以消除螺帽82a的位置偏移对电动射出机误差的影响。
使用时，操作人员设定预设的射胶速度图样，所述射胶速度图样输入至位置命令产生器52a后，即可得到控制每单位时间内射胶螺杆运动状况的位置命令。所述位置命令通过运动控制单元50a和对应的第一、第二驱动放大单元70a、90a控制伺服马达60a、80a运动，从而驱动与伺服马达60a、80a对应连接的滚珠螺杆运动。分别安装于伺服马达60a、80a对应的螺帽62a、82a内的位置感测器可感测螺帽62a、82a的位置，从而分别通过第一、第二螺帽位置反馈回路反馈给第一、第二马达位置控制器54a、56a。所述射胶速度图样经过位置命令产生器52a后形成所述位置命令。所述位置命令输入至第一马达位置控制器54a时，先减去所述第一螺帽位置反馈回路的位置反馈量，再经第一马达位置控制器54a对位置误差进行滤波处理后，即成为输入第一驱动放大单元70a的位置命令。所述位置命令输入到第一位置控制器72a时，先减去所述第一马达位置反馈回路的位置反馈量，再经第一位置控制器72a对位置误差进行滤波处理后，即成为输入到第一速度控制器74a的速度命令。所述速度命令输入到第一速度控制器74a时，先减去所述第一速度反馈回路的速度反馈量，再经第一速度控制器74a对速度误差进行滤波处之后，即成为输入第一电流控制器76a的电流命令。所述电流命令输入到第一电流控制器76a时，先减去所述第一电流反馈回路的电流反馈量，再经第一电流控制器76a对电流滤波后，输入到第一后级放大器78a放大，进而驱动主伺服马达60a。
所述射胶速度图样经由位置命令产生器52a后形成所述位置命令，所述位置命令输入至第二马达位置控制器56a时，先减去所述第二螺帽位置反馈回路的位置反馈量，再经第二马达位置控制器56a对位置误差进行滤波处理后，即成为输入到第二驱动放大单元90a的位置命令。所述位置命令输入到第二位置控制器92a时，先减去所述第二马达位置反馈回路的位置反馈量，再经第二位置控制器92a对位置误差进行滤波处理后，即成为输入到第二速度控制器94a的速度命令。所述位置命令产生器52a输出的位置命令与第一螺帽位置反馈回路的位置反馈量之差即得一第一螺帽位置反馈回路的位置误差。所述位置命令产生器52a输出的位置命令与第二螺帽位置反馈回路的位置反馈量之差即得一第二螺帽位置反馈回路的位置误差。所述第一、第二螺帽位置反馈回路的位置误差量之差即可得到一同步误差量。所述同步误差量输入同步控制器58并经由其滤波补偿运算后，即可作为该第二驱动放大单元90a的转速补偿量。所述转速补偿量、第二位置控制器92a输出的速度命令及第二速度反馈回路经d/dt微分运算后的速度反馈量三者之差输入至第二速度控制器94a中，用以调整加快或减低副伺服马达80a的转速。使副伺服马达80a的转动角位置进行即时的细微调整，而保持与主伺服马达60a同步。为加快同步响应以增进该主、副伺服马达60a、80a的同步功效，同步控制器58输出的转速补偿经过Kx+Kv*d/dt微分运算后作为转矩补偿量输入至第二驱动放大单元90a的第二电流控制器96a，用以调整加快或减低副伺服马达80a的转矩，以提升同步调整之响应速度，迅速使副伺服马达80a恢复而与主伺服马达60a同步。所述转矩补偿量、第二速度控制器94a滤波处理后输出的电流命令及第二电流反馈回路的反馈量之差输入至第二电流控制器96a。第二电流控制器96a输出的命令经第二后级放大器98a放大后输入副伺服马达80a从而驱动副伺服马达80a及其滚珠螺杆一起运转，且和主伺服马达60a及其滚珠螺杆同步运转。此时，连接所述两滚珠螺杆的刚体便可驱动与所述刚体连接一体的一射胶螺杆，进而驱动将套设于射胶螺杆外部的一料管中的融熔树脂射入一模穴中成型。
本发明电动射出机的伺服马达控制装置并非仅限于采用一组副伺服马达来驱动所述电动射出机，而可搭配多组副伺服马达，再配置与所述多组副马达分别连接的驱动放大单元和同步控制器，即可采用所述反馈控制回路的方法而使所述多组副马达保持与所述主马达同步运转。

Claims (7)

  1. 【权利要求1】一种电动射出机的伺服马达控制装置，其包括一运动控制单元、两分别连接于所述运动控制单元的第一和第二驱动放大单元及两分别连接于所述第一和第二驱动放大单元的第一和第二伺服马达，所述运动控制单元包括一第一马达位置控制器及一第二马达位置控制器，所述第一及第二驱动放大单元分别用来接收所述第一及第二马达位置控制器所发出的一位置命令而驱动与其对应连接的第一及第二伺服马达，其特征在于：所述第一和第二伺服马达分别连接一设有一螺帽的滚珠螺杆，所述两滚珠螺杆通过其螺帽及一刚体连接在一起，每一螺帽内装设有一感测其绝对位置的位置感测器，所述第一和第二伺服马达所连接的滚珠螺杆的螺帽分别与第一和第二马达位置控制器之间形成一第一和一第二螺帽位置反馈回路，所述位置命令传送到第一及第二驱动放大单元前，先分别减去所述第一螺帽位置反馈回路与第二螺帽位置反馈回路的位置反馈量，再分别经第一、第二马达位置控制器进行滤波处理。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的电动射出机的伺服马达控制装置，其特征在于：所述运动控制单元还包括一位置命令产生器，所述位置命令是由一射胶速度图样输入到所述位置命令产生器后形成。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的电动射出机的伺服马达控制装置，其特征在于：所述第一驱动放大单元包括依次连接的一第一位置控制器、一第一速度控制器、一第一电流控制器及一第一后级放大器，所述第一后级放大器与所述第一电流控制器之间形成一第一电流反馈回路，所述第一伺服马达与所述第一位置控制器之间形成一第一马达位置反馈回路，所述第一伺服马达与所述第一速度控制器之间形成一第一速度反馈回路。
  4. 【权利要求4】如权利要求3所述的电动射出机的伺服马达控制装置，其特征在于：所述位置命令输入到第一驱动放大单元的第一位置控制器前，先减去所述第一马达位置反馈回路的位置反馈量，再经所述第一位置控制器进行滤波处理后，成为输入到所述第一速度控制器的速度命令；所述速度命令输入到所述第一速度控制器前，先减去所述第一速度反馈回路的速度反馈量，再经所述第一速度控制器进行滤波处理后，成为输入到所述第一电流控制器的电流命令；所述电流命令输入到所述第一电流控制器前，先减去所述第一电流反馈回路的电流反馈量，再经所述第一电流控制器进行滤波处理后，输入到所述第一后级放大器放大后输入到所述第一伺服马达。
  5. 【权利要求5】如权利要求1所述的电动射出机的伺服马达控制装置，其特征在于：所述第二驱动放大器包括依次连接的一第二位置控制器、一第二速度控制器、一第二电流控制器及一第二后级放大器，所述第二后级放大器与所述第二电流控制器之间形成一第二电流反馈回路，所述第二伺服马达与所述第二位置控制器之间形成一第二马达位置反馈回路，所述第二伺服马达与所述第二速度控制器之间形成一第二速度反馈回路。
  6. 【权利要求6】如权利要求5所述的电动射出机的伺服马达控制装置，其特征在于：所述位置命令输入到第二驱动放大单元的第二位置控制器前，先减去所述第二马达位置反馈回路的位置反馈量，再经所述第二位置控制器进行滤波处理后，成为输入到所述第二速度控制器的速度命令；所述速度命令输入到所述第二速度控制器前，先减去所述第二速度反馈回路的速度反馈量，再经所述第二速度控制器进行滤波处理后，成为输入到所述第二电流控制器的电流命令；所述电流命令输入到所述第二电流控制器前，先减去所述第二电流反馈回路的电流反馈量，再经所述第二电流控制器进行滤波处理后，输入到所述第二后级放大器放大后输入到所述第二伺服马达。
  7. 【权利要求7】如权利要求5所述的电动射出机的伺服马达控制装置，其特征在于：所述运动控制单元还包括一同步控制器，所述同步控制器的一端同时连接于所述第一、第二位置马达控制器，用来接收所述位置命令与所述第一螺帽位置反馈回路的位置反馈量相减后的位置误差值及所述位置命令与所述第二螺帽位置反馈回路的位置反馈量相减后的位置误差值之间的差值，所述同步控制器的另一端分别连接于所述第二速度控制器和所述第二电流控制器，所述差值经过所述同步控制器后输入到所述第二速度控制器而作为所述第二速度控制器的转速补偿，所述转速补偿经过微分运算后作为转矩补偿而输入到所述第二电流控制器。
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