CN102893514B - 马达控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够抑制产生过冲，并且能够提高从机械负载对对象物作用的力学物理量相对物理量指令值的追踪性的马达控制装置。通过马达控制装置主体（10）控制马达（2）的驱动。马达控制装置主体（10）具有压力指令信号生成部（11）、压力控制部（12）、速度控制部（13）以及电流控制部（14）。压力指令信号生成部（11）以使对压力指令值进行微分而得到的值成为加压对象物的弹性常数（K）、以及马达最大速度（V_max）的积以下的方式生成压力指令值。压力控制部（12）执行压力控制运算，计算与压力指令值和实际压力值的偏差对应的马达速度指令值，生成该马达速度指令值的信号即马达速度指令信号（12a）。

Description

马达控制装置

技术领域

本发明涉及控制用于对对象物推压机械负载的马达的驱动的马达控制装置。

背景技术

在射出成型机、加压成型机等各种类成型机、接合机（bondingmachine）等加工装置（加工机）中，通过马达对电动机构（机械驱动部）进行驱动，而对加压对象物施加压力。另外，在这样的加工装置中，一般检测对作为加压对象物的成型材料等或工件推压机械负载时的压力值即实际压力值，并根据该检测出的实际压力值和压力指令值进行压力控制。通过这样的压力控制，计算马达的电流指令值以使实际压力值追踪压力指令值。

在这样的压力控制中，作为压力指令值的信号即压力指令信号，使用将作为目标的压力值设为最终值的阶跃状的信号的情况较多。但是，通过提供阶跃状的压力指令信号来进行控制，产生实际压力值超过目标值的现象即过冲（overshooting）。由于产生这样的过冲，在成型机、接合机中的压力控制中，产生相比于目标压力的值而过大的实际压力值，所以对成型品、加工品的品质造成恶劣影响。

相对于此，在例如专利文献1所示那样的以往装置中，作为压力指令信号，使用以大致直线性的比例上升而达到作为目标的目标压力的信号。

专利文献1：日本特开2006－255743号公报

发明内容

在专利文献1所示那样的以往装置中，不存在使压力指令值具体地以何种程度的比例大致直线性地上升才好的指标，即不存在具体地决定直线的斜率的指标。因此，在斜率比较小的情况下，不会产生过冲，但斜率小意味着会相应延迟地达到作为目标的压力。由此，产生机械动作时间延长等问题。另一方面，在直线的斜率比较大的情况下，存在与提供阶跃状的压力指令信号的情况同样地产生过冲这样的问题。

另外，不仅是压力控制，而且在力控制中也同样地产生这样的问题。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，其目的在于得到一种马达控制装置，能够抑制过冲的产生，并且能够提高从机械负载作用于对象物的力学物理量相对物理量指令值的追踪性。

本发明的马达控制装置设置于电动机构，其中，该电动机构具有马达，并连接到用于对对象物施加作为力以及压力中的某一方的力学物理量的机械负载，通过所述马达的动力，使所述机械负载移位而推压到所述对象物，从而对所述对象物施加所述力学物理量，所述马达控制装置具备马达控制装置主体，该马达控制装置主体取得从所述机械负载作用于所述对象物的所述力学物理量的值而作为物理量取得值，生成用于将所述物理量取得值设为预先设定的物理量目标值的物理量指令值，使用所述物理量取得值和所述物理量指令值来控制所述马达的驱动，在所述马达控制装置主体中，预先存储所述对象物的弹性常数以及所述马达的最大速度的信息，以使对所述物理量指令值进行微分得到的值成为所述对象物的弹性常数以及所述马达的最大速度的积以下的方式生成所述物理量指令值。

根据本发明的马达控制装置，马达控制装置主体以使对物理量指令值进行微分得到的值成为对象物的弹性常数以及马达的最大速度的积以下的方式生成物理量指令值，所以物理量指令值的变化的斜率成为与马达的最大速度对应的值，因此能够抑制产生过冲，并且能够提高从机械负载作用于对象物的力学物理量相对物理量指令值的追踪性。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的马达控制装置的框图。

图2是示出图1的压力指令信号生成部的动作的流程图。

图3是示出由图1的压力指令信号生成部计算的压力指令值的变化的曲线图。

图4是示出本发明的实施方式2的马达控制装置的一部分的框图。

图5是示出图4的压力指令信号生成部的动作的流程图。

图6是用于说明压力指令值的微分值的变化的曲线图。

图7是用于说明压力指令值的微分值的变化的曲线图。

图8是示出本发明的实施方式3的马达控制装置的一部分的框图。

图9是示出图8的压力指令信号生成部的动作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明用于实施本发明的方式。

实施方式1.

图1是示出本发明的实施方式1的马达控制装置的框图。

在图1中，加工装置1具有：包括旋转式的马达（加压用马达）2以及编码器3的电动机构4；机械负载（按压部件）5；以及压力检测器6。

编码器3是生成与马达2的旋转速度对应的实际马达速度信号的速度检测单元。电动机构4是将旋转运动变换为平移运动的进给螺旋机构，具有螺杆4a以及滚珠螺杆螺母4b。螺杆4a通过马达2而向其圆周方向进行旋转。滚珠螺杆螺母4b伴随着螺杆4a的旋转，向螺杆4a的轴方向进行移位。

机械负载5安装于滚珠螺杆螺母4b。机械负载5的前端部与加压对象物（对象物）7相对。另外，机械负载5与滚珠螺杆螺母4b一起向螺杆4a的轴方向进行移位。加压对象物7通过机械负载5而被加压。压力检测器6安装于机械负载5。另外，压力检测器6是例如测压元件、各种力传感器等。而且，压力检测器6生成与机械负载5向加压对象物7加压时的压力（力学物理量）对应的实际压力信号6a。

通过马达控制装置主体10来控制马达2的驱动。马达控制装置主体10具有压力指令信号生成部11、压力控制部12、速度控制部13以及电流控制部14。压力指令信号生成部11生成作为对加压对象物施加的压力的指令值的压力指令值（物理量指令值）的信号、即压力指令信号11a。

压力控制部12接收来自压力指令信号生成部11的压力指令信号11a的压力指令值与来自压力检测器6的实际压力信号6a的实际压力值（物理量取得值）的偏差（差分）的信号11b。另外，压力控制部12执行压力控制运算，计算与压力指令值和实际压力值的偏差对应的马达速度指令值，生成该马达速度指令值的信号即马达速度指令信号12a。作为由该压力控制部12执行的压力控制运算的一个例子，可以举出如下比例控制：对压力指令值与实际压力值的偏差乘以用比例增益参数来定义的比例常数，而输出速度指令值。

速度控制部13接收来自压力控制部12的马达速度指令信号12a的马达速度指令值与来自编码器3的实际马达速度信号3a的马达实际速度的偏差（差分）的信号12b。另外，速度控制部13执行速度控制运算，计算与马达速度指令值和马达实际速度的偏差对应的马达电流指令值，生成该马达电流指令值的信号即马达电流指令信号13a。作为由该速度控制部13执行的速度控制运算的一个例子，可以举出基于比例增益参数以及积分增益参数这2个参数的比例+积分控制等。

电流控制部14接收来自速度控制部13的马达电流指令信号13a。另外，电流控制部14根据马达电流指令信号13a的马达电流指令值，对马达2供给电力14a。

此处，马达控制装置主体10能够由具有运算处理部（CPU）、存储部（ROM以及RAM等）以及信号输入输出部的计算机（未图示）构成。在马达控制装置主体10的计算机的存储部中，保存了用于实现压力指令信号生成部11、压力控制部12、速度控制部13以及电流控制部14的功能的程序。

接下来，更具体地说明压力指令信号生成部11的运算处理。图2是示出图1的压力指令信号生成部11的动作的流程图。在图2中，在步骤S11中，压力指令信号生成部11取得作为希望加压的压力的目标压力P1（物理量目标值）、作为当前保持的压力的当前压力P0、马达最大速度V_max、以及加压对象物7的弹性常数K。

此处，关于目标压力P1、马达最大速度V_max以及弹性常数K，能够使用预先在压力指令信号生成部11中登记的值。另外，关于当前压力P0，能够使用压力指令信号生成部11从压力检测器6的实际压力信号6a中取得的实际压力值（即，经由压力检测器6取得的实际压力值），或者还能够使用压力指令信号生成部11推测并取得的实际压力值。

接下来，在步骤S12中，压力指令信号生成部11使用接下来的运算式来计算加压转移时间τ。

τ=|P1－P0|/（K·V_max）

然后，在步骤S13中，压力指令信号生成部11使用下式（1）来计算压力指令值P^*（t）。

此处，t是表示时间的参数，t=0的时刻是将压力指令值P^*（t）从当前压力P0向目标压力P1变更的开始时刻。

图3是示出由图1的压力指令信号生成部11计算出的压力指令值P^*（t）的变化的曲线图。在图3中，在t=0的时刻，压力指令值P^*（t）开始从当前压力P0朝向目标压力P1变化，在t=τ的时刻，压力指令值P^*（t）达到目标压力P1。此处，如果将t=τ代入式（1），则可确认t=τ下的压力指令值P^*（t）与目标压力P1一致。

接下来，说明实施方式1的效果，特别说明由压力指令信号生成部11计算出的压力指令值的效果。一般，在机械负载5接触到加压对象物7时，机械负载5的移动量越大（在图1中，机械负载5越向右方向进行移动），产生越大的压力。用于表示该特性的值是加压对象物7的弹性常数K。

该弹性常数K是表示相对马达位置（旋转角度）产生何种程度的压力的比例常数。在加压对象物7的弹性常数K表示线性的特性的情况下，在将马达位置设为X、并将压力设为P时，使用常数B，下式（2）的关系成立。

P=K·X+B    （2）

此处，如果着眼于机械负载5、以及对它进行驱动的马达2的动作，则进行用于使加压对象物7中产生的压力变化的控制相当于使机械负载5的位置或者马达位置从某一位置移动到另一位置。

在以往的压力控制系统的结构中，提供了呈现阶跃性的变化的压力指令信号11a，但在使用了呈现这样的阶跃性的变化的压力指令信号11a的情况下，如果马达位置不呈现阶跃性的动作，则实际压力值的变化也无法充分追踪压力指令值的变化。

另外，为了使马达位置阶跃状地变化，作为对马达位置进行微分而成的信号的实际马达速度信号3a、以及成为速度控制部13的参照信号的速度指令信号12a必须采用其大小无限大且脉冲式的形状。

由此，如果提供呈现阶跃性的变化的压力指令信号11a，则为了使实际压力值追踪压力指令值，压力控制部12生成马达位置呈现阶跃状的变化那样的速度指令信号、即速度指令信号大小无限大的脉冲式的形状的速度指令信号12a。

另外，压力控制系统的结构不限于压力控制的小回路（minorloop）是速度控制的结构（如图1所示压力控制部12生成速度指令信号12a），在压力指令值阶跃性地变化且要进行使实际压力值追踪该压力指令值的控制时，马达速度会呈现无限大的大小且脉冲形状的变动。一般，在马达2中存在通常可输出的最大速度即马达最大速度，所以提供比该马达最大速度大的速度指令值这从马达控制的观点来看并非是理想的。

假设在提供比马达最大速度大的速度指令值来进行控制的情况下，实际马达速度中产生过冲、振动，其结果，在对加压对象物施加的压力中也产生过冲、振动这样的并不理想的现象。另外，在压力指令信号11a并非是阶跃性而是具有某种程度的斜率地提供的情况下，在该斜率比较大的情况下，提供超过马达最大速度那样的速度指令值的速度指令信号12a。

相对于此，在实施方式1中，在应用了基于图2所示那样的处理的压力指令值的情况下，如果在压力指令值变化的时间区域0≤t≤τ中计算将压力指令值P^*（t）除以加压对象物7的弹性常数K并进行了微分的值，则成为V_max。换言之，对压力指令值进行微分而得到的值成为弹性常数与马达最大速度之积。将成为压力控制部12的参照信号的压力指令信号11a的压力指令值除以弹性常数K而得到的值通过式（2），成为表示进行压力控制时的马达位置的值。另外，对该值进行微分相当于表示进行压力控制时的马达速度的值。

由此，在实施方式1中，在进行从当前的压力变化为作为目标的压力的压力控制的期间，马达2的速度成为马达最大速度以下，能够防止产生当施加了阶跃性的压力指令信号、斜率比较大的压力指令信号时所产生的过冲、振动这样的并不理想的现象，所以能够实现稳定的压力、力的控制。

如以上那样，在实施方式1中，马达控制装置主体10的压力指令信号生成部11以使对压力指令值进行微分而得到的值成为加压对象物的弹性常数K以及马达最大速度V_max的积以下的方式生成压力指令值。通过该结构，压力指令值的变化的斜率成为与马达最大速度V_max对应的斜率，所以能够抑制产生过冲，并且能够提高实际压力值相对指令压力值的追踪性。

另外，在实施方式1中，能够对使压力指令值变化时的压力指令值的变化的斜率提供定量的指引（guideline），能够更适当地设定压力指令值的变化的斜率。

此处，在实施方式1的图2的流程图的步骤S1中，使用马达最大速度V_max计算出压力指令值P^*（t）。但是，不限于该例子，也可以代替马达最大速度V_max，而使用小于马达最大速度V_max的任意的值Vn。在该情况下，将压力指令值除以加压对象物的弹性常数K并进行微分得到的值成为值Vn以下，能够得到与实施方式1同样的效果。

但是，在如实施方式1那样使用马达最大速度V_max来计算压力指令值P^*（t）的方式中，相当于在进行从当前压力P0向目标压力P1变化的压力控制的期间使马达2在马达2可输出的范围中以最大的速度进行动作从而进行压力控制，具有能够实现快速地达到目标压力P1的压力控制这样的效果。

实施方式2.

在实施方式1中，说明了着眼于马达2的最大速度的结构。相对于此，在实施方式2中，说明除了马达2的最大速度以外还着眼于马达2的最大转矩的结构。

一般，在马达2中，不仅存在可输出的最大速度，而且还存在可输出的最大转矩。在压力控制中，如果希望输出比马达2可输出的最大转矩还大的转矩，则会在对加压对象物7施加的压力中产生过冲、振动这样的并不理想的现象。例如，在作为压力指令信号11a而阶跃性地提供了目标压力的情况下会产生这样的现象。

相对于此，在实施方式2中说明如下结构：为了防止产生这样的现象，在压力控制中，计算不仅使马达速度成为马达最大速度以下而且还能够使马达转矩成为马达最大转矩以下的压力指令值。

除了压力指令信号生成部21以外，实施方式2的结构与实施方式1相同。图4是示出本发明的实施方式2的马达控制装置的一部分的框图。在图4中，实施方式2的压力指令信号生成部21除了加压对象物的弹性常数K、目标压力P1以及马达最大速度V_max的信息以外，还预先存储了马达最大转矩T_max以及机械总惯量J的信息。压力指令信号生成部21根据这些信息和当前压力P0，计算压力指令值，生成作为该信号的压力指令信号21a。

另外，关于当前压力P0，与实施方式1同样地，能够使用压力指令信号生成部21从压力检测器6的实际压力信号6a中取得的实际压力值，或者还能够使用压力指令信号生成部21推测实际压力而取得的值。

此处，机械总惯量J是指在马达2进行了驱动时动作的部分的惯量，在图1中，相当于将马达2的惯量、电动机构4的惯量、机械负载5的惯量以及压力检测器6的惯量进行合计而得到的惯量。

接下来，具体地说明压力指令信号生成部21的运算处理。图5是示出图4的压力指令信号生成部21的动作的流程图。在图5中，在步骤S21中，压力指令信号生成部21取得目标压力P1、当前压力P0、马达最大速度V_max、马达最大转矩T_max、机械总惯量J以及加压对象物7的弹性常数K而作为压力指令生成信息。

在步骤S22中，压力指令信号生成部21计算常数A=T_max/J。此处，常数A是与在马达2以马达最大转矩对惯量J的机械进行驱动时可输出的加速度相当的常数。

接下来，在步骤S23中，压力指令信号生成部21根据当前压力P0、目标压力P1、加压对象物7的弹性常数K以及马达最大速度V_max，确认下式（3）是否成立。

|P1－P0|<K·V_max^2/A    （3）

此处，式（3）中的“V_max^2”表示V_max的平方。

此时，压力指令信号生成部21在确认了式（3）成立的情况下，依次执行步骤S24，25的处理。另一方面，压力指令信号生成部21在确认了式（3）不成立的情况下，依次执行步骤S26、27的处理。

然后，在步骤S24中，压力指令信号生成部21使用下式（4）来计算常数τ0。

${\mathrm{\&tau;}}_0=\sqrt{|P_1-P_0|/(A\&CenterDot;K)}---\left(4\right)$

此处，以下说明P1>P0的情况。

在步骤S25中，压力指令信号生成部21使用常数τ0、参数t以及下式（5），计算压力指令值P^*（t）。

$P*\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}{\mathrm{KAt}}^2+P_0& (0\&le;t\&le;{\mathrm{\&tau;}}_0)\\ -\frac{1}{2}{\mathrm{KAt}}^2+2\mathrm{KA}{\mathrm{\&tau;}}_{0}t-\mathrm{KA}{{\mathrm{\&tau;}}_0}^2+P_0& ({\mathrm{\&tau;}}_0\&le;t\&le;2{\mathrm{\&tau;}}_0)\\ P_1& (t>{2\mathrm{\&tau;}}_0)\end{array}\right.---\left(5\right)$

另外，压力指令信号生成部21在步骤S23中确认了式（3）不成立的情况下，在步骤S26中，使用下式（6）来计算常数τ0、τ1。

τ₀＝V_max/A(6)

${\mathrm{\&tau;}}_1=(\frac{|P_1-P_0|}{K}-A{{\mathrm{\&tau;}}_0}^2)/V_{\max }$

然后，在步骤S27中，压力指令信号生成部21使用参数t和下式（7）来计算压力指令值P^*（t）。

$P*\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}{\mathrm{KAt}}^2+P_0& (0\&le;t\&le;{\mathrm{\&tau;}}_0)\\ \frac{1}{2}\mathrm{KA}{{\mathrm{\&tau;}}_0}^2+{\mathrm{KV}}_{\max }(t-{\mathrm{\&tau;}}_0)+P_0& ({\mathrm{\&tau;}}_0\&le;t\&le;{\mathrm{\&tau;}}_0+{\mathrm{\&tau;}}_1)\\ -\frac{1}{2}{\mathrm{KAt}}^2+K(V_{\max }+A{\mathrm{\&tau;}}_0+A{\mathrm{\&tau;}}_1)t-{\mathrm{KV}}_{\max }{\mathrm{\&tau;}}_0-\mathrm{KA}{\mathrm{\&tau;}}_0{\mathrm{\&tau;}}_1-\frac{1}{2}\mathrm{KA}{{\mathrm{\&tau;}}_1}^2+P_0& ({\mathrm{\&tau;}}_0+{\mathrm{\&tau;}}_1\&le;t\&le;2{\mathrm{\&tau;}}_0+{\mathrm{\&tau;}}_1)\\ P_1& (t>{2\mathrm{\&tau;}}_0+{\mathrm{\&tau;}}_1)\end{array}\right.---\left(7\right)$

另外，此处说明了P1>P0的情况，但在P0>P1的情况下，通过在式（5）以及式（7）中的表示压力指令值P^*（t）的式中使P0、P1的项以外的符号反转，从而能够同样地实现。

接下来，说明如下情形：通过使用实施方式2的压力指令值P^*（t），在进行压力控制的期间，马达2的速度不会超过马达最大速度V_max。

如果计算将压力指令值P^*（t）除以弹性常数K并进行微分得到的值，则如实施方式1中所说明那样，这个值相当于实际压力值追踪压力指令值时的速度指令值，在步骤S25的情况下，成为下式（8）。

此处，0≤t≤τ0中的At在t=τ0时取最大值，所以成为下面的关系。

$\mathrm{At}\&le;A{\mathrm{\&tau;}}_0=\sqrt{\frac{A}{K}|P_1-P_0|}<\sqrt{\frac{A}{K}\&CenterDot;\frac{K}{A}{V_{\max }}^2}=V_{\max }$

这个式的第2个不等式是基于步骤S23的条件成立的不等式。

与它同样地，τ0≤t≤2τ0时的A（2τ₀－t）在t=τ₀时取最大值，所以成为下面的关系。

$-\mathrm{At}+2A{\mathrm{\&tau;}}_0\&le;A{\mathrm{\&tau;}}_0=\sqrt{\frac{A}{K}|P_1-P_0|}<\sqrt{\frac{A}{K}\&CenterDot;\frac{K}{A}{V_{\max }}^2}=V_{\max }$

由此，可知在任一情况下都不会超过作为马达的最大速度的V_max。与它同样地，在步骤S27的情况下计算出压力指令值P^*（t）时，将压力指令值P^*（t）除以K并进行微分得到的值成为下式（9）那样。

由此，可知式（9）的最大值是V_max以下。根据以上，可知不论在步骤S25、27中的哪一个的情况下，在使压力从当前压力P0变化为目标压力P1的压力控制中，马达速度都成为马达最大速度V_max以下。

接下来，说明如下情形：通过使用实施方式2的压力指令值P^*（t），由此在进行压力控制的期间，马达2的转矩不会超过马达最大转矩T_max。在步骤S25中生成压力指令值P^*（t）的情况下，将对压力指令值P^*（t）进行二次微分得到的值除以弹性常数K并乘以机械总惯量J而得到的值成为下式（10）那样。

另外，在步骤S27中生成压力指令值P^*（t）的情况下，将对压力指令值P^*（t）进行二次微分得到的值除以弹性常数K并乘以机械总惯量J而得到的值成为下式（11）那样。

这样，在步骤S25、27中的任一情况下，运算结果最大都成为A·J。此处，可知常数A是A=T_max/J，所以A·J=T_max，将对压力指令值进行二次微分得到的值除以弹性常数K并乘以机械总惯量J而得到的值成为马达最大转矩T_max以下。

接下来，说明实施方式2的效果。如实施方式1中所说明那样，在阶跃状地提供了压力指令信号21a的情况下，如果马达速度不呈现脉冲状的变动，则无法实现追踪它的压力。而且，再一次进行微分得到的马达加速度也成为大小为无限大的脉冲状。此处，对马达加速度乘以机械总惯量J得到的值相当于马达2的转矩，所以为了追踪脉冲式的压力指令信号21a，需要大小为无限大的转矩。

另外，即使压力指令信号21a并非是阶跃状，而是生成了乘以斜率的压力指令信号21a，压力指令值的一次微分值仍成为某大小以下，但对于二次微分值，无法保证成为某值以下。为此，有时希望产生马达最大转矩T_max以上的转矩而驱动马达2，所以有可能在转矩中产生过冲、振动，其结果，在对加压对象物7施加的压力中也产生过冲、振动这样的并不理想的现象。

而且，如实施方式1中所说明那样，对压力指令值P^*（t）进行微分并除以弹性常数K而得到的值相当于完全追踪压力指令值时的马达速度。因此，对压力指令值P^*（t）进行二次微分并除以弹性常数K而得到的值相当于完全追踪压力指令值时的马达2的加速度。另外，对于对压力指令值P^*（t）进行二次微分并除以弹性常数K得到的值乘以机械总惯量J而得到的值，相当于从当前压力P0向目标压力P1的压力控制中的马达2的加减速动作所需的转矩。

这样，在实施方式2中，以使将压力指令值P^*（t）的二次微分值除以弹性常数K并乘以机械总惯量J而得到的值成为马达最大转矩T_max以下的方式，计算压力指令值P^*（t）。通过这个结构，具有如下效果：压力控制中的马达转矩成为马达最大转矩T_max以下，能够防止阶跃状地提供了压力指令信号21a时那样的上述并不理想的现象。

此处，在图6中，根据式（8）描绘出依照图5的流程图生成的压力指令值P^*（t）的微分值的变化图案（微分信号的概要形状）。如该图6所示，微分值的变化的斜率是A·K，成为整体的变化图案的三角状（二等边三角形形状）。

如上所述，将压力指令值P^*（t）的微分值除以弹性常数K而得到的值相当于压力控制中的马达速度。即，关于压力指令值的微分值的整体的变化图案成为三角形形状，这从马达2观察时意味着如下：在以通过图5的步骤S21取得的马达最大转矩T_max以下的转矩直线地加速并直线地减速的Bang－Bang控制的状态下，为了尽可能快速地使压力上升或者下降而使马达2动作。

与它同样地，在图7中，根据式（9）描绘出依照图5的流程图生成的压力指令值P^*（t）的微分值的变化图案（微分信号的概要形状）。如该图7所示，微分值的整体的变化图案成为梯形形状。关于压力指令值P^*（t）的微分值的变化图案成为梯形形状，这从马达2观察时意味着进行如下动作：以通过图5的步骤S21取得的马达最大转矩T_max以下的转矩直线地加速，在加速结束时维持马达最大速度V_max以下的速度，最后以马达最大转矩T_max以下的转矩直线地减速。

在该情况下，也仍然为了在Bang－Bang控制的状态下使压力上升或者下降而使马达动作。即，能够进行如下控制：防止成为压力的过冲、振动这样的并不理想的现象的主要原因的在压力控制中马达速度超过马达最大速度、或者马达转矩超过马达最大转矩的现象，并且最大限度地使用马达2的性能而使对加压对象物7附加的压力尽可能快速地上升或者下降。

另外，在实施方式2中，在图5的步骤S21中，使用马达最大转矩T_max进行了一连串的处理。但是，不限于这个例子，也可以代替马达最大转矩T_max而使用比马达最大转矩小的任意的值Tn。此时，如果代替T_max而使用Tn，则与使用了T_max时同样地，对压力指令值进行二次微分并除以弹性常数K，机械总惯量J成为Tn以下，压力控制中的马达转矩成为Tn以下。

另外，不依赖于图5的流程图，只要对压力指令值进行二次微分并除以弹性常数K并乘以机械总惯量J而得到的值成为马达最大转矩以下，就能够使压力控制中的马达转矩成为马达最大转矩以下。

实施方式3.

在压力控制中，即使不变更对加压对象物7施加的压力而只是对加压对象物保持一定的压力，为了保持也需要使马达2产生转矩。具体而言，如果对加压对象物7施加压力/力，则根据作用/反作用的原理，对机械负载5也施加朝向相反且大小相同的压力/力。为了对抗作为反作用而产生的压力/力，需要使马达2产生与反作用量的压力/力相当的转矩，而保持对加压对象物7施加的压力。特别是在要控制的压力/力比较大的情况下，需要考虑该保持转矩来进行控制。在实施方式3中，说明考虑了该保持转矩的结构。

首先，说明求出保持转矩的方法。如图1那样，在通过使进给螺旋机构直接连接到马达而将旋转运动变换为平移运动的情况下，在将进给螺旋机构（滚珠螺杆）的导程设为L时，能够通过Tp=P×L/（2π）计算出用于保持力P的保持转矩Tp。这是在马达2中产生了转矩T时，根据计算在滚珠螺杆螺母中产生的力F时所使用的计算式P=2π/L×T而得到的式子。

另外，在不直接连接马达和进给螺旋机构，而是经由减速机、同步带（timing belt）等变速机构进行变速之后将进给螺旋机构与马达结合的情况下，将变速比（齿轮比）设为N时（马达速度经由变速机构从而被变换为N倍），能够通过Tp=N×P×L/（2π）而计算出保持转矩Tp。

接下来，说明实施方式3的结构。除了压力指令信号生成部31以外，实施方式3的结构与实施方式1相同。图8是示出本发明的实施方式3的马达控制装置的一部分的框图。在图8中，压力指令信号生成部31除了加压对象物的弹性常数K、目标压力P1、马达最大速度V_max、马达最大转矩T_max以及机械总惯量J的信息以外，还预先存储了用于保持对加压对象物7施加的压力的保持转矩T1的信息。另外，压力指令信号生成部21根据这些信息和从来自压力检测器6的实际压力信号6a中取得或者通过推测取得的当前压力P0，计算出压力指令值，并生成作为其信号的压力指令信号31a。

接下来，具体地说明压力指令信号生成部31的运算处理。图9是示出图8的压力指令信号生成部31的动作的流程图。另外，图9的步骤S31、S32以外的处理（步骤S23~27）与实施方式2相同，此处以与实施方式2的差异为中心而进行说明。

在图9中，在步骤S31中，压力指令信号生成部31取得目标压力P1、当前压力P0、马达最大速度V_max、马达最大转矩T_max、机械总惯量J以及保持转矩T1而作为压力指令生成信息。

此处，作为保持转矩T1的一个例子，可以举出如下情形等：在将作为电动机构4的进给螺旋机构的导程设为L的情况下，在P1>P0时计算为T1=P1×L/（2π），在P0>P1时计算为T1=P0×L/（2π），即算出根据当前压力P0以及目标压力P1中的大的压力来计算的保持转矩。

接下来，在步骤S32中，压力指令信号生成部31计算出常数A=（T_max－T1）/J。常数A表示利用从最大转矩减去保持转矩而得到的转矩对机械负载进行了驱动时的马达2的最大加速度。之后的处理与实施方式2相同。

接下来，说明实施方式3的效果。首先，图9的步骤S23以后与实施方式2相同，所以在实施方式3中也可得到在实施方式2中得到的效果、即在压力控制中马达速度成为马达最大速度以下这样的效果。

另外，在实施方式3中，图9的步骤S32的处理相当于实施方式2的图5的步骤S22的处理中的作为最大转矩以下的转矩Tn而使用了T_max－T1的处理。因此，在实施方式3中，从当前压力P0向目标压力P1的压力控制的马达2的加减速动作所需的转矩也成为Tn以下。在用于保持当前压力P0或者目标压力P1的保持转矩T1大到无法忽视的程度的情况下，马达2的加减速动作所需的转矩Tn与保持转矩T1之和（即，以下的运算式）不会超过马达最大转矩T_max。

Tn+T1=（T_max－T1）+T1=T_max

因此，能够防止由于提供比马达最大转矩T_max大的转矩指令而产生的压力的过冲、振动等并不理想的现象。

另外，在实施方式1~3中，说明了与压力控制相关的结构，但还能够将实施方式1~3的压力控制直接置换为力控制。即，作为力学物理量还能够使用力。

另外，在实施方式1~3中，说明了通过使用旋转型马达将旋转运动变换为平移运动从而使机械负载对加压对象物进行加压的压力控制的例子。但是，在代替旋转型马达而使用了线性马达的情况下，也能够应用本发明。在该情况下，在实施方式2、3中，对于马达2、电动机构4以及机械负载5的总质量置换机械总惯量，并对于马达最大推力置换马达最大转矩，从而能够应用与实施方式2、3同样的处理。而且，在实施方式3中，不使用进给螺旋机构而使用线性马达对机械负载进行驱动，从而在进行压力控制的情况下，所产生的力（推力）原样地成为保持推力。

另外，在实施方式1~3中，使用了压力检测器6，但也可以省略该压力检测器6。在该情况下，也可以根据马达的电流、速度信息来推测压力，并根据该推测值来控制压力。

而且，在实施方式1的图1中，示出了压力控制的小回路是速度控制回路（压力控制部12的输出是马达速度指令）的结构例。但是，也可以作为小回路而使用位置控制回路或电流控制回路，或者使用基于现代控制理论的控制系统设计手法，或者使用并用了前馈控制的控制系统的结构。

Claims (4)

1.一种马达控制装置，设置于电动机构，其中，该电动机构具有马达，并连接到用于对对象物施加作为力的力学物理量的机械负载，通过所述马达的动力，使所述机械负载移位而推压到所述对象物，从而对所述对象物施加所述力学物理量，所述马达控制装置的特征在于，

具备马达控制装置主体，该马达控制装置主体取得从所述机械负载作用于所述对象物的所述力学物理量的值而作为物理量取得值，生成用于将所述物理量取得值设为预先设定的物理量目标值的物理量指令值，使用所述物理量取得值和所述物理量指令值来控制所述马达的驱动，

在所述马达控制装置主体中，

预先存储所述对象物的弹性常数以及所述马达的最大速度的信息，

以使对所述物理量指令值进行微分得到的值成为所述对象物的弹性常数以及所述马达的最大速度的积以下的方式生成所述物理量指令值。

2.一种马达控制装置，设置于电动机构，其中，该电动机构具有马达，并连接到用于对对象物施加作为力的力学物理量的机械负载，通过所述马达的动力，使所述机械负载移位而推压到所述对象物，从而对所述对象物施加所述力学物理量，所述马达控制装置的特征在于，

具备马达控制装置主体，该马达控制装置主体取得从所述机械负载作用于所述对象物的所述力学物理量的值而作为物理量取得值，生成用于将所述物理量取得值设为预先设定的物理量目标值的物理量指令值，使用所述物理量取得值和所述物理量指令值来控制所述马达的驱动，

在所述马达控制装置主体中，

预先存储所述对象物的弹性常数的信息、所述马达的最大速度的信息、所述马达的最大转矩及最大推力中的某一方的信息、和所述电动机构的机构总惯量及机构总质量中的某一方的信息，

以使将对所述物理量指令值进行二次微分得到的值除以所述对象物的弹性常数并乘以所述机构总惯量或者所述机构总质量而得到的值成为所述最大转矩或者所述马达最大推力以下的方式生成所述物理量指令值。

3.一种马达控制装置，设置于电动机构，其中，该电动机构具有马达，并连接到用于对对象物施加作为力的力学物理量的机械负载，通过所述马达的动力，使所述机械负载移位而推压到所述对象物，从而对所述对象物施加所述力学物理量，所述马达控制装置的特征在于，

具备马达控制装置主体，该马达控制装置主体取得从所述机械负载作用于所述对象物的所述力学物理量的值而作为物理量取得值，生成用于将所述物理量取得值设为预先设定的物理量目标值的物理量指令值，使用所述物理量取得值和所述物理量指令值来控制所述马达的驱动，

在所述马达控制装置主体中，

预先存储所述对象物的弹性常数的信息、所述马达的最大速度的信息、所述马达的最大转矩及最大推力中的某一方的信息、所述电动机构的机构总惯量及机构总质量中的某一方的信息、和用于将从所述机械负载作用于所述对象物的所述力学物理量保持为固定的所述马达的保持转矩及保持推力中的某一方的信息，

以使将对所述物理量指令值进行二次微分得到的值除以所述对象物的弹性常数并乘以所述机构总惯量或者所述机构总质量而得到的值成为所述最大转矩与所述保持转矩之差以下或者所述最大推力与所述保持推力之差以下的方式生成所述物理量指令值。

4.根据权利要求2或者3所述的马达控制装置，其特征在于，

所述马达控制装置主体以使对所述物理量指令值进行微分得到的值的变化图案成为三角形形状或者梯形形状的方式生成所述物理量指令值。