CN101604157B - 位置控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种位置控制装置，所述装置包括反转位移计算单元，所述反转位移计算单元配置为计算反转位移，所述反转位移表示由执行反转运动的轴从前一个反转点到当前反转点进行的移动的量；反转时间分割数量计算单元，其配置为将所述反转位移与预定值相比较，并且当所述反转位移小于所述预定值时，增加反转时间分割数量的值，所述反转时间分割数量是指示在反转运动的过程中每单位时间的多个部分的数的系数，而当所述反转位移大于或等于所述预定值时，减小所述反转时间分割数量的值；以及象限反转补偿单元，其配置为根据所述反转时间分割数量来自动地调节象限反转补偿量，并且基于自动调节的所述补偿量来执行所述象限反转补偿。

Description

位置控制装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2008年6月10日提交的申请号为2008-151356的日本专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种在机械的轴的移动方向被反转时执行象限反转补偿的位置控制装置。

背景技术

首先，下文结合图4来描述一般的象限反转补偿。图4示出了在机械工具的z轴的移动方向被反转的情况下，z轴的指令位置(a1)、z轴电动机的指令速度(b1)、z轴的摩擦(c1)、施加到z轴上的反转补偿(d1)、z轴电动机的输出转矩(e1)，以及z轴电动机的位置误差(f1)的变化。如(b1)所示，当在加工操作的过程中z轴的移动方向在反转点处被反转时，电动机指令速度的符号在反转点处被反转。

这时，如(c1)所示，当符号在反转点处变化时，机械的摩擦突然变化。响应于机械的摩擦的这种变化，如果装置仅执行反馈控制来控制电动机位置，即，如果装置不执行象限反转补偿，则如(e1)的线A所示电动机输出转矩不能充分地处理机械的摩擦变化。结果，如(f1)的线A所示，发生大的跟踪延迟，并且加工产品的形状可能是不能令人满意的。

为了试图处理所述问题，现今，典型的位置控制装置能够适当地执行象限反转补偿以处理在轴的移动方向被反转时会发生的摩擦力的变化。例如，装置可能能够执行由(d1)所示的TFF量和TFF持续时间限定的转矩补偿(TFF)。这种转矩补偿(TFF)使得电动机输出转矩如(e1)的线B所示能够快速地响应，并且如(f1)的线B所示能够减少反转操作中的跟踪延迟。结果，能够获得具有令人满意的形状的产品。

图5为示出了能够执行象限反转补偿的常规的位置控制装置的一个示例的方框图。图5所示的位置控制装置包括数值控制单元10、电动机控制单元20、电动机30以及检测器40。电动机控制单元20包括加速/减速处理单元21、位置控制单元22、速度控制单元23、象限反转补偿单元24以及电流控制单元25。

数值控制单元10能够基于输入加工(或处理)程序的内容来产生目标位置指令MD。加速/减速处理单元21基于从数值控制单元10接收到的目标位置指令MD以及预定的加速/减速时间来产生电动机控制单元20的内部位置指令值MP。位置控制单元22基于从加速/减速处理单元21接收到的位置指令值MP以及从检测器40接收到的位置检测值来产生速度指令值MV。位置控制单元22基于从检测器40接收到的位置检测值来执行位置反馈控制。

速度控制单元23基于从位置控制单元22接收到的速度指令值MV以及从检测器40接收到的位置检测值的微分值来产生转矩指令值MT。速度控制单元23基于从检测器40接收到的位置检测值来执行速度反馈控制。如果检测到移动方向的反转，则象限反转补偿单元24基于从加速/减速处理单元21发送的内部位置指令值MP来产生象限反转补偿TFF。

电流控制单元25基于从速度控制单元23接收到的转矩指令值MT以及从象限反转补偿单元24接收到的象限反转补偿TFF来产生电流指令。根据电流控制单元25供给的电流指令，电流流经电动机30以驱动电动机30。在另一个实施例中，由象限反转补偿单元24产生的象限反转补偿TFF可以用作能够输入到位置控制单元22的位置指令补偿量，或者可以用作能够输入到速度控制单元23的速度指令补偿量。

图6示出了可以由机械工具加工的工件的示范性形状。例如，为了加工图6所示的工件，磨铣工具沿图中所示的箭头从起点(位于左下方位置)移到终点(位于左上方位置)。连接三个点A、B和C的虚线指示了反转位置，在反转位置处z轴以与结合图4所示的示例描述的操作类似的方式发生反转运动。z轴在从起点到中间点的区域中的移动量大约为10mm。z轴在从中间点到终点的区域中的移动量大约为40mm。

下文结合图7来描述常规的装置能够执行的位置控制的类型的一个示例。图7示出了在加工图6所示的工件的情况下，z轴的指令位置(a2)、z轴电动机的指令速度(b2)、z轴的摩擦(c2)、施加到z轴上的反转补偿(d2)、z轴电动机的输出转矩(e2)，以及z轴电动机的位置误差(f2)的变化。在反转点A、反转点B以及反转点C处，图6所示的工件的形状是一致的。因此，在反转点A、反转点B以及反转点C处，z轴的指令位置(a2)和z轴电动机的指令速度(b2)是彼此相似的。另一方面，如线A所示，在反转点A与反转点C之间，z轴的摩擦(c2)是相似的。然而，如线B所示，反转点B处的z轴的摩擦(c2)比反转点A和反转点C处的摩擦大。

在所描述的常规的位置控制装置中，在反转点A、反转点B以及反转点C处，反转补偿量(d2)被设定为相同的值。因此，如(e2)的线B所示，反转点B处的z轴电动机的输出转矩的响应不能足够快速地并且与z轴的摩擦相比可能被延迟。如(f2)的线B所示，反转点B处的z轴电动机的位置误差变得大于反转点A和反转点B处的误差。

人们认为上述问题的发生是由于z轴在从起点到中间点的区域中的移动量相对小(即，大约10mm)。例如，在z轴导轨面上设置滑动导轨的情况下，如果z轴在z轴的移动距离比油槽的槽距小的状态下反复地进行反转运动，则导轨面上的油减少并且z轴的摩擦会增大。此外，如果z轴在z轴的移动距离比滚珠丝杠的导程距(lead pitch)小的状态下反复地进行反转运动，则滚珠丝杠可能会不平滑地滚动并且z轴的摩擦会增大。然而，如果z轴移动的距离足够大于上述油槽槽距或导程距，则不会发生这种摩擦的增大。

因此，在反转点B处，摩擦与位置误差均增大。然而，如果z轴通过中间点并且到达反转点C，则反转点C处的z轴的特征变得与反转点A处的z轴的特征相似，这里在反转点C处z轴移动量大约为40mm。

为了解决上述问题，特开号为6-73798的日本专利申请中公开的常规方法包括以下步骤：基于电动机输出转矩来计算摩擦以及基于计算出的摩擦来校正反转补偿的值。然而，因为输出转矩一般包括多种类型的转矩，诸如摩擦转矩、加速/减速转矩、切割转矩、重力保持转矩以及其它转矩，所以基于负载转矩来精确地仅计算摩擦转矩会是有问题的，乃至是不可能的。因此，常规方法不能精确地校正反转补偿量，并且z轴电动机的位置误差可能变得甚至比不执行校正的位置误差还大。

发明内容

如上所述，如果轴反复地进行反转运动并且从一个反转点到另一个反转点的移动距离小，则常规的位置控制装置不能响应于摩擦的增大来可靠地执行象限反转补偿。这导致了位置误差的增大。加工产品的成品面可能是不令人满意的。

本发明解决了上述问题，并且提供了一种不考虑待加工的工件的形状而能够始终减小跟踪误差的机械。

为了实现上述目的，根据本发明的一种位置控制装置在机械的移动方向被反转时执行象限反转补偿。所述位置控制装置包括反转位移计算单元，反转位移计算单元配置为计算反转位移，所述反转位移表示由执行反转运动的轴从前一个反转点到当前反转点进行的移动的量；反转时间分割数量计算单元，其配置为将反转位移与预定值相比较，并且还配置为如果反转位移小于预定值，则增加反转时间分割数量的值，所述反转时间分割数量是指示在反转运动的过程中每单位时间的多个部分的数的系数，而如果反转位移等于或大于预定值，则减小反转时间分割数量的值；以及象限反转补偿单元，其配置为根据反转时间分割数量来自动地调节象限反转补偿量，并且基于自动调节的补偿量来执行象限反转补偿。

当机械反复地进行反转运动并且从一个反转点到另一个反转点的移动量太小而不能减小摩擦时，根据本发明的象限反转补偿能够根据反转时间分割数量来适当地校正反转补偿量。因此，根据本发明的位置控制装置能够防止由外部因素而引起的校正误差的产生，并且能够执行连续的最佳象限反转补偿。结果，根据本发明的加工机械能够精确地执行加工并且不会导致任何显著的跟踪误差。

附图说明

附图并入说明书中并且构成了说明书的一部分，附图示出了本发明的实施例，并且与说明书一起用来解释本发明的原理，其中：

图1为示出了根据本发明的实施例的位置控制装置的一个示例的方框图；

图2为示出了根据本发明的实施例的加工的一个示例的流程图；

图3示出了本发明的效果；

图4示出了象限反转补偿的效果；

图5为示出了常规装置的一个示例的方框图；

图6示出了待加工的工件的一个示例；以及

图7示出了常规装置中的问题。

具体实施方式

以下结合附图来描述实施所请求保护的本发明的最佳模式(下文称为“实施例”)。

图1为示出了根据本发明的实施例的位置控制装置的一个示例的方框图。在图1中，与图5所示的组成部分和指令相似的组成部分和指令由相同的附图标记来指代，并且不重复对它们进行描述。根据本实施例的位置控制装置包括新增的反转位移计算单元26以及反转时间分割数量计算单元27。反转位移计算单元26能够基于能够从加速/减速处理单元21传输的位置指令MP来计算移动量PA。移动量PA表示从前一个反转点到当前反转点的移动距离。反转位移计算单元26能够进一步将计算出的移动量PA发送到反转时间分割数量计算单元27。反转时间分割数量计算单元27将从反转位移计算单元26接收到的移动量PA与预定移动量P0相比较。如果移动量PA小于预定移动量P0，则反转时间分割数量计算单元27增加指代反转时间分割数量的值N，反转时间分割数量是指示在反转运动的过程中每单位时间的多个部分的数的系数。如果移动量PA等于或大于预定移动量P0，则反转时间分割数量计算单元27将0设定为反转时间分割数量N的值。然后，反转时间分割数量计算单元27将反转时间分割数量N发送到象限反转补偿单元24。象限反转补偿单元24根据反转时间分割数量N来自动地调节象限反转补偿量，并且基于自动调节的补偿量来执行象限反转补偿。

下列公式1表示根据本实施例的能够由象限反转补偿单元24执行的用于增加和减小象限反转补偿量的方法的一个示例。象限反转补偿单元24基于TFF的倍率(A)、确定每次微小反转运动的TFF增加量的TFF的增加率(B)、TFF持续时间的倍率(C)、确定每次微小反转运动的TFF持续时间的增加量的TFF持续时间的增加率(D)以及反转时间分割数量(N)，根据公式1来确定TFF量和TFF持续时间。

(公式1)

M＝M(0)×A^(1-e^(-1×N÷B))

T＝T(0)×C^(1-e^(-1×N÷D))

M：TFF量

T：TFF持续时间

M(0)：常规TFF量

T(0)：常规TFF持续时间

A：TFF的倍率

B：TFF的增加率

C：TFF持续时间的倍率

D：TFF持续时间的增加率

N：反转时间分割数量

图2为示出了由根据本实施例的反转时间分割数量计算单元27执行的一个示范性操作的流程图。在步骤S1中，反转时间分割数量计算单元27将从反转位移计算单元26接收到的移动量PA与预定移动量(即，微小反转量)P0相比较。如果判定出移动量PA小于微小反转量P0，则在步骤S2反转时间分割数量计算单元27使N的值增加增量1。然而，如果判定出移动量PA大于或等于微小反转量P0，则在步骤S3反转时间分割计算单元27将值N设定为零。

下文结合图3来描述根据本实施例的一个示范性操作，执行该操作以加工具有图6所示的形状的工件。图3示出了z轴的指令位置(a)、z轴电动机的指令速度(b)、z轴的摩擦(c)、施加到z轴上的反转补偿(d)、z轴电动机的输出转矩(e)，以及z轴电动机的位置误差(f)的变化。象限反转补偿单元24根据由下列公式2限定的方法来增加和减小象限反转补偿量。

(公式2)

M＝M(0)×2^(1-e^(-1×N÷10))

T＝T(0)×1^(1-e^(-1×N÷10))

M：TFF量

T：TFF持续时间

M(0)：常规TFF量

T(0)：常规TFF持续时间

N：反转时间分割数量

如图3所示，根据本发明的实施例，如(d)的线B所示，反转点B处的TFF量大于反转点A和C处的TFF量。因此，如(e)的线B所示，能够使z轴电动机的输出转矩相对于z轴的摩擦的响应延迟减到最小。相应地，如(f)的线A和B所示，反转点B处的z轴电动机的位置误差与反转点A和B处的误差相当。

如上所述，当机械反复地进行反转运动并且从一个反转点到另一个反转点的移动量太小而不能减小摩擦时，根据本实施例的象限反转补偿能够根据反转时间分割数量来适当地校正反转补偿量。因此，根据本发明的位置控制装置能够防止由外部因素而引起的校正误差的产生，并且能够连续执行最佳象限反转补偿。结果，根据本发明的加工机械能够精确地执行加工而不会导致任何显著的跟踪误差。

Claims (1)

1.一种在机械的轴移动方向被反转时执行象限反转补偿的位置控制装置，包括：

反转位移计算单元，其配置为计算反转位移，所述反转位移表示由执行反转运动的轴从前一个反转点到当前反转点进行的移动的量；

微小反转运动持续发生次数计算单元，其配置为将所述反转位移与预定值相比较，并且当所述反转位移小于所述预定值时，增加微小反转运动持续发生次数的值，而当所述反转位移大于或等于所述预定值时，减小所述微小反转运动持续发生次数的值；以及

象限反转补偿单元，其配置为根据所述微小反转运动持续发生次数来自动地调节象限反转补偿量，并且基于自动调节的所述补偿量来执行所述象限反转补偿。

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