CN103128598B - 进行主动轴和从动轴的同步控制的电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种进行主动轴和从动轴的同步控制的电动机控制装置。同步控制驱动主动轴的主动轴电动机（14）和驱动从动轴的从动轴电动机（54）的电动机控制装置（1），具有：输出主动轴的位置数据和预定一定周期的基准信号的主动轴位置检测器（11）；接收主动轴位置检测器（11）输出的位置数据和基准信号的主动轴接收电路（12）；计算主动轴接收电路（12）接收的位置数据和接收基准信号的时刻的位置数据的差分作为主动轴差分的主动轴运算电路（13）；和把主动轴差分作为用于与主动轴电动机（14）的动作取得同步的信号使用，来控制从动轴电动机（54）的动作的从动轴电动机控制部（55）。

Description

进行主动轴和从动轴的同步控制的电动机控制装置

技术领域

本发明涉及对驱动主动轴的主动轴电动机和驱动从动轴的从动轴电动机进行同步控制的电动机控制装置。

背景技术

在机床中，针对机床的每个驱动轴都有电动机，通过电动机控制装置驱动控制这些电动机。电动机控制装置，对于驱动机床的驱动轴的驱动轴数的电动机发送电动机的速度、转矩或者转子的位置指令并控制。

图7是说明齿轮加工机的刀具轴以及工件轴的图。作为齿轮加工机的驱动轴，有驱动砂轮或者铣刀等刀具的轴（刀具轴）和驱动工件的轴（工件轴）。刀具轴和工件轴通过工件齿轮以机械方式结合。

在这样的齿轮加工机中，例如有在日本特开平4－42307号公报中记载那样的控制方法，其中基于把驱动刀具轴的电动机作为主动轴电动机，读取主动轴电动机的位置数据，还将该数据作为驱动工件轴的从动轴电动机的指令来利用的主/从同步方式，使从动轴和从动轴的各相位（旋转角度）同步来进行控制。

图8是概略表示现有技术的用于主动轴和从动轴的同步控制的电路的原理框图。以下，在不同的附图中附以相同参照符号的部件意味着是具有同样功能的结构要素。在现有技术的电动机控制装置100中，从在主动轴上设置的主动轴位置检测器111输出的作为模拟信号的位置数据以及预定一定周期的基准信号（旋转一周信号等），用分支电路110分支后，用针对主动轴以及从动轴的双方设置的接收电路112以及152接收，通过与这些接收电路112以及152分别连接的运算电路113以及153分别制作作为角度信息的“从基准信号位置起的移动距离”，把这些角度信息分别向用于控制驱动主动轴的主动轴电动机的动作的主动轴电动机控制部115和用于控制驱动从动轴的从动轴电动机的动作的从动轴电动机控制部155发送。主动轴电动机控制部115以及从动轴电动机控制部155分别根据个别接收的角度信息同步控制主动轴电动机和从动轴电动机，进行主动轴和从动轴之间的相位（旋转速度）匹配。

图9是表示图8中表示的原理框图的更具体的结构的框图。移动指令值制作部122，遵照在存储部121中存储的程序制作分别用于主动轴电动机114以及从动轴电动机154的移动指令，分别向主动轴电动机控制部115以及从动轴电动机控制部155输入这些各移动指令。主动轴电动机控制部115内的位置/速度控制部116，根据移动指令和从主动轴电动机114反馈的旋转速度（主动轴速度反馈）和从主动轴位置检测器111反馈的角度信息（主动轴位置反馈），控制主动轴电动机114的转子的位置（主动轴位置）以及旋转速度。另外，从动轴电动机控制部155内的位置/速度控制部156，根据移动指令和从从动轴电动机154反馈的旋转速度（从动轴速度反馈）和从主动轴位置检测器111经由分支电路110送来的角度信息，控制从动轴电动机154的转子的位置（从动轴位置）以及旋转速度。如参照图8说明的那样，从主动轴位置检测器111输出的位置数据以及预定一定周期的基准信号（旋转一周信号等）用分支电路110分支后在接收电路112以及152中被分别接收，在这些接收电路112以及152上分别连接的运算电路113以及153分别个别地制作角度信息。

作为使主动轴和从动轴的各相位同步来进行控制的别的方法，例如有在日本特开2005－322076号公报中记载那样的、跨越不同的驱动轴系统以希望的比率具有希望的相位关系来进行同步控制的方法。

另外，例如也提出了在日本特开平8－202420号公报中记载那样的、高速进行主动轴和从动轴的各相位的同步控制的方法。

如上所述，在主/从同步方式中，将从在主动轴上设置的主动轴位置检测器111输出的作为模拟信号的位置数据以及预定一定周期的基准信号分支，其由分别个别设置的主动轴用以及从动轴用接收电路112以及152分别接收。因此，由于在各接收电路112以及152中使用的元件的偏差、传送路径的不同、温度变化等，在各接收电路112以及152之间基准信号的接收时刻难于严格一致。结果产生下面那样的问题。

图10a、图10b、图10c以及图10d是说明使用从主动轴位置检测器输出的位置数据的角度信息的生成原理的图。主动轴位置检测器111例如由旋转编码器组成，为了能够检测主动轴的旋转速度（位置）以及旋转方向，例如输出由图10a所示那样的A相信号以及B相信号两个信号组成的位置数据。主动轴位置检测器111以一定周期输出图10b所示那样的基准信号，例如其为旋转一周信号。各运算电路113以及153读取接收基准信号的时刻的图10c所示那样的位置计数器的计数值，接着读取接收到基准信号的时刻的位置计数器的计数值，计算从在前的计数值起的增量，由此计算图10d所示那样的从基准信号位置起的移动距离、即转子的旋转一周内的角度信息。但是，当在分别个别设置的主动轴用以及从动轴用接收电路112以及152之间，基于上述理由，在基准信号的接收时刻中产生偏离（图10b的虚线）时，在接收基准信号时读取的位置计数器的计数值在主动轴和从动轴之间产生偏离，其结果，如图10d所示，在用各运算电路113以及153算出的角度信息中产生相位偏离。这样，因为分别个别设置主动轴用以及从动轴用接收电路112以及152，所以即使使用从相同的主动轴位置检测器111输出的位置数据以及基准信号，由于接收电路112以及152中的接收时刻的偏离引起在用各运算电路113以及153算出的角度信息中产生相位偏离。若使用具有这样的相位偏离的角度信息，则不可能实现主动轴电动机114和从动轴电动机154的同步控制。

另外，在现有的主/从同步方式中需要分支电路，所以电动机控制装置相应价格高，大型化。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供小型、低价格的电动机控制装置，其能够准确地同步控制驱动主动轴的主动轴电动机和驱动从动轴的从动轴电动机。

为实现上述目的，在本发明中，同步控制驱动主动轴的主动轴电动机和驱动从动轴的从动轴电动机的电动机控制装置，具有：输出主动轴的位置数据和预定一定周期的基准信号的主动轴位置检测器；接收主动轴位置检测器输出的位置数据和基准信号的主动轴接收电路；作为主动轴差分，计算主动轴接收电路接收的位置数据和接收基准信号的时刻的位置数据的差分的主动轴运算电路；和把主动轴差分作为用于与主动轴电动机的动作取得同步的指令使用来控制从动轴电动机的动作的从动轴电动机控制部。这里，主动轴位置检测器输出的基准信号，是和主动轴的位置数据同步输出的信号。

这里，电动机控制装置具有主动轴电动机控制部，其在主动轴运算电路上连接，反馈从主动轴运算电路接收的主动轴差分，控制主动轴电动机的动作。如上所述，因为也为了通过从动轴电动机控制部控制从动轴电动机的动作而使用主动轴差分，所以主动轴电动机和从动轴电动机的动作同步。

这里，主动轴差分也可以从主动轴电动机控制部向从动轴电动机控制部转发。

另外，电动机控制装置具有：输出从动轴的位置数据和预定一定周期的基准信号的从动轴位置检测器；接收从动轴位置检测器输出的位置数据和基准信号的从动轴接收电路；作为从动轴差分，计算从动轴接收电路接收的位置数据和接收基准信号的时刻的位置数据的差分的从动轴运算电路，从动轴电动机控制部也可以控制从动轴电动机的动作，以使主动轴差分和从动轴差分成为一定的差或者一定的比。这里，从动轴位置检测器输出的基准信号是和从动轴的位置数据同步输出的信号。

另外，主动轴运算电路、主动轴电动机控制部以及从动轴电动机控制部中的至少一个，也可以具有使用主动轴电动机控制部和从动轴电动机控制部之间的数据传输延迟时间来修正主动轴差分的修正电路。

例如，主动轴是齿轮加工机中驱动刀具的轴，从动轴是加工机中驱动工件的轴。

附图说明

参照以下的附图，能够更加明确地理解本发明。

图1是本发明的实施例的电动机控制装置的原理框图。

图2是表示图1中表示的原理框图的更具体的结构的框图。

图3a、图3b以及图3c是说明从动轴电动机控制部中的同步控制的变形例的图。

图4是表示本发明的实施例的电动机控制装置的动作流程的流程图。

图5是表示本发明的实施例的电动机控制装置的变形例的框图。

图6是表示本发明的实施例的电动机控制装置的又一变形例的框图。

图7是说明齿轮加工机的刀具轴以及工件轴的图。

图8是概略表示现有技术的用于主动轴和从动轴的同步控制的电路的原理框图。

图9是表示图8中表示的原理框图的更具体的结构的框图。

图10a、图10b、图10c以及图10d是说明使用从主动轴位置检测器输出的位置数据的角度信息的生成原理的图。

具体实施方式

以下，参照附图说明进行主动轴和从动轴的同步控制的电动机控制装置。但是应该理解，本发明不限于附图或者以下说明的实施方式。

图1是本发明的实施例的电动机控制装置的原理框图。另外，图2是表示图1中表示的原理框图的更具体的结构的框图。本发明的实施例的电动机控制装置1，能够应用于每一个驱动轴都具有电动机的机床，例如，主动轴是加工机中驱动刀具的轴，从动轴是加工机中驱动工件的轴。例如就齿轮加工机而言，主动轴是驱动砂轮或者铣刀等刀具的刀具轴，从动轴是驱动工件的工件轴。另外，在图示的例子中，作为一例设从动轴为一个，但是本发明不通过从动轴数被限定，从动轴也可以是多个。

根据本发明的实施例，如图1所示，同步控制驱动主动轴的主动轴电动机14和驱动从动轴的从动轴电动机54的电动机控制装置1具有：输出主动轴的位置数据和预定一定周期的基准信号的主动轴位置检测器11；接收主动轴位置检测器11输出的位置数据和基准信号的主动轴接收电路12；作为主动轴差分，计算主动轴接收电路12接收的位置数据和接收基准信号的时刻的位置数据的差分的主动轴运算电路13；和把主动轴差分作为用于与主动轴电动机14的动作取得同步的指令使用来控制从动轴电动机54的动作的从动轴电动机控制部55。这里，主动轴位置检测器11输出的基准信号是和主动轴的位置数据同步输出的信号。主动轴差分，因为是主动轴接收电路12接收的当前的位置数据、和在该位置数据前接收基准信号的时刻的位置数据的差分，所以可以称为“从基准信号位置起的移动距离”，例如是主动轴电动机14的转子的旋转一周内的角度信息。

参照图2更具体说明如下。在图2表示的电动机控制装置1中，主动轴位置检测器11被设置在主动轴电动机14驱动的主动轴附近，输出主动轴的位置数据和预定一定周期的基准信号。主动轴接收电路12接收主动轴位置检测器11输出的位置数据以及基准信号。主动轴运算电路13计算主动轴接收电路12接收的当前的位置数据和在该位置数据前接收基准信号的时刻的位置数据的差分，作为主动轴差分。该主动轴差分是如上述的“从基准信号位置起的移动距离”。主动轴差分被发送到主动轴电动机控制部15内的位置/速度控制部16，控制主动轴电动机14的转子的位置以及旋转速度，并且通过在主动轴电动机控制部15和从动轴电动机控制部55之间设置的通信总线，被发送到从动轴电动机控制部55。

从动轴位置检测器51被设置在从动轴电动机54驱动的从动轴附近，输出从动轴的位置数据和预定一定周期的基准信号。这里，从动轴位置检测器51输出的基准信号，是和从动轴的位置数据同步输出的信号。从动轴接收电路52接收从动轴位置检测器51输出的位置数据以及基准信号。从动轴运算电路53计算从动轴接收电路52接收的当前的位置数据和在该位置数据前接收基准信号的时刻的位置数据的差分，作为从动轴差分。该从动轴差分和主动轴差分的情况同样，是“从基准信号位置起的移动距离”。从动轴差分，被发送到从动轴电动机控制部55内的位置/速度控制部56。

移动指令值制作部22，根据上位的数值控制部（未图示）的控制，遵照在存储部21中存储的程序，制作用于主动轴电动机14以及从动轴电动机54各自的移动指令，把这些各移动指令分别向主动轴电动机控制部15以及从动轴电动机控制部55输入。

主动轴电动机控制部15内的位置/速度控制部16，根据移动指令和从主动轴电动机14反馈的旋转速度（主动轴速度反馈）和从主动轴位置检测器11反馈的角度信息（主动轴位置反馈）控制主动轴电动机14的转子的位置以及旋转速度。

从动轴电动机控制部55内的位置/速度控制部56，根据移动指令、从从动轴电动机54反馈的旋转速度（从动轴速度反馈）、通过主动轴运算电路13制作的主动轴差分即“从基准信号位置起的移动距离”，控制从动轴电动机54的转子的位置以及旋转速度。此外，作为该变形例，从动轴电动机控制部55也可以控制从动轴电动机54的动作，以使主动轴差分和从动轴差分成为一定的差或者一定的比。图2表示作为本变形例，进行控制以使主动轴差分和从动轴差分成为一定的比（同步比）的情况，在通过主动轴运算电路13制作的主动轴差分上，通过乘法器57乘以同步比，将其作为同步指令。在通过移动指令值制作部22制作的移动指令上，通过加法器58加上同步指令，将其输入位置/速度控制部56。

此外，在不如上述那样控制从动轴电动机54的动作以使主动轴差分和从动轴差分成为一定的差或者一定的比，而简单地使用通过主动轴运算电路13制作的主动轴差分来控制从动轴电动机54的转子的位置以及旋转速度那样的情况下，不需要特别设置图2的乘法器57、从动轴接收电路52以及从动轴运算电路53，在这种情况下，在通过移动指令值制作部22制作的移动指令上，通过加法器58把通过主动轴运算电路13生成的主动轴差分直接作为同步指令相加，将其输入位置/速度控制部56即可。由此，能够使电动机驱动装置1更加小型化、低成本化。

图3a、图3b以及图3c是说明从动轴电动机控制部中的同步控制的变形例的图。作为参考，在图3a中，表示作为通过主动轴运算电路13生成的主动轴差分的关于主动轴的“从基准信号位置起的移动距离”与作为通过从动轴运算电路53生成的从动轴差分的关于从动轴的“从基准信号位置起的移动距离”一致的情况。图3b表示在控制从动轴电动机54的动作以使主动轴差分和从动轴差分成为一定的差的情况下的、作为通过主动轴运算电路13生成的主动轴差分的“从基准信号位置起的移动距离”与作为通过从动轴运算电路53生成的从动轴差分的“从基准信号位置起的移动距离”的相位关系。另外，图3c表示在控制从动轴电动机54的动作以使主动轴差分和从动轴差分成为一定的比的情况下的、作为通过主动轴运算电路13生成的主动轴差分的“从基准信号位置起的移动距离”与作为通过从动轴运算电路53生成的从动轴差分的“从基准信号位置起的移动距离”的相位关系，作为一例，表示主动轴差分和从动轴差分的比为2对1的情况。

这样，因为主动轴电动机控制部15和从动轴电动机控制部55都至少使用通过主动轴运算电路13制作的主动轴差分来同步控制主动轴电动机14以及从动轴电动机54的动作，所以能够除去现有技术那样的由于接收时刻的偏移引起的从基准信号位置起的移动距离（例如角度信息）的相位偏移，能够准确地同步控制主动轴电动机14以及从动轴电动机54。另外，因为不需要设置用于分别向主动轴电动机控制部15以及从动轴电动机控制部55传送主动轴的位置数据以及基准信号的分支电路，所以能够实现电动机控制装置的小型化以及低价格化。

图4是表示本发明的实施例的电动机控制装置的动作流程的流程图。

首先，作为主动轴侧处理，在步骤S101，主动轴接收电路12从主动轴位置检测器11接收模拟信号的位置数据以及基准信号。接着，在步骤S102，在主动轴接收电路12上连接的主动轴运算电路13把接收到的位置数据以及基准信号变换为数字信号。接着，在步骤S103，主动轴运算电路13计算作为主动轴接收电路12接收的当前的位置数据和在该位置数据前接收基准信号的时刻的位置数据的差分的主动轴差分、即关于主动轴的“从基准信号位置起的移动距离”。接着，在步骤S104，主动轴运算电路13向从动轴电动机控制部55发送作为主动轴差分的“从基准信号位置起的移动距离”。

接着上述主动轴侧的处理，作为从动轴侧处理，首先在步骤S201，从动轴电动机控制部55从主动轴运算电路13取得作为主动轴差分的“从基准信号位置起的移动距离”，制作自身轴（即从动轴）的指令位置。接着在步骤S202，从动轴电动机控制部55使用取得的作为主动轴差分的“从基准信号位置起的移动距离”、和从从动轴位置检测器51经由从动轴接收电路52以及从动轴运算电路53反馈的关于自身轴位置的信息，控制从动轴电动机54的转子的位置以及旋转速度。由此，用从动轴位置检测器51检出的位置数据和用主动轴位置检测器11检出的位置数据同步（步骤S203）。

图5是表示本发明的实施例的电动机控制装置的变形例的框图。如上所述，用主动轴运算电路13生成的主动轴差分，从主动轴电动机控制部15经由通信总线被传送到从动轴电动机控制部55，但是本变形例在参照图2说明的电动机控制装置1内设置修正电路，用于以在主动轴电动机控制部15和从动轴电动机控制部55之间的数据传送延迟时间的量修正主动轴差分。该修正电路，在主动轴运算电路13、主动轴电动机控制部15以及从动轴电动机控制部55中的至少一个内设置即可，在图5表示的例子中，作为一例在从动轴电动机控制部55内设置了修正电路。例如，在主动轴电动机14的主动轴速度为V[deg/秒]时，设主动轴电动机控制部15和从动轴电动机控制部55之间的数据传送延迟时间存在t[秒]时，因为延迟量（位置）为V×t[deg]，所以进而将其加在加法器59上，制作同步指令。由此，能够更准确地同步控制主动轴电动机14和从动轴电动机54。此外，因为关于这以外的电路结构要素和图2表示的电路结构要素相同，所以对相同的电路结构要素附以同一符号，省略关于该电路结构要素的详细的说明。

图6是表示本发明的实施例的电动机控制装置的又一变形例的框图。本变形例，在参照图1说明的电动机控制装置1中，对于存在的多个从动轴电动机控制部55的各个，在和主动轴电动机控制部15之间设置个别的通信总线，将用主动轴运算电路13生成并向主动轴电动机控制部15输入的主动轴差分，从主动轴电动机控制部15通过通信总线向各从动轴电动机控制部55转发。此外，因为关于这以外的电路结构要素和图1表示的电路结构要素相同，所以对相同的电路结构要素附以同一符号，省略关于该电路结构要素的详细的说明。

此外，上述本发明的实施例的电动机控制装置1，也可以适当地组合各变形例来实施。

本发明可以应用于同步控制驱动主动轴的主动轴电动机和驱动从动轴的从动轴电动机的电动机控制装置。该电动机控制装置可以应用于每个驱动轴都具有电动机的机床，例如主动轴是加工机中驱动刀具的轴，从动轴是加工机中驱动工件的轴。

根据本发明，能够准确地同步控制驱动主动轴的主动轴电动机和驱动从动轴的从动轴电动机。

根据本发明，在一个位置的接收电路中接收主动轴位置检测器输出的主动轴的位置数据和预定一定周期的基准信号，在与该接收电路连接的一个位置的运算电路中计算位置数据和接收基准信号的时刻的位置数据的差分，将其作为用于和主动轴电动机的动作取得同步的指令使用，控制从动轴电动机的动作，所以能够除去由于上述接收时刻的偏离引起的从基准信号位置起的移动距离（例如角度信息）的相位偏离，能够准确地同步控制主动轴电动机和从动轴电动机。另外，因为不需要设置用于向主动轴电动机控制部和从动轴电动机控制部分支主动轴位置数据以及基准信号的分支电路，所以能够实现电动机控制装置的小型化以及低价格化。

另外，主动轴运算电路、主动轴电动机控制部以及从动轴电动机控制部中的至少一个，也可以使用主动轴电动机控制部和从动轴电动机控制部之间的数据传送延迟时间来修正主动轴差分，由此，能够更准确地同步控制主动轴电动机和从动轴电动机。

Claims (6)

1.一种电动机控制装置，用于对旋转驱动主动轴的主动轴电动机和旋转驱动从动轴的从动轴电动机进行同步控制，其具有：

输出用于检测上述主动轴的旋转速度以及旋转方向的位置数据和预定一定周期的基准信号的主动轴位置检测器；

接收上述主动轴位置检测器输出的上述位置数据和上述基准信号的主动轴接收电路，

所述电动机控制装置的特征在于，还具有：

计算上述主动轴接收电路接收的上述位置数据和接收上述基准信号的时刻的位置数据的差分作为主动轴差分的主动轴运算电路；

至少把接收的上述主动轴差分作为用于与上述主动轴电动机的动作取得同步的指令使用，来控制上述从动轴电动机的动作的从动轴电动机控制部；和

与上述主动轴运算电路连接，至少使用从上述主动轴运算电路接收的上述主动轴差分来控制上述主动轴电动机的动作，同时向上述从动轴电动机控制部转发上述主动轴差分的主动轴电动机控制部。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述主动轴位置检测器输出的上述基准信号是和上述主动轴的位置数据同步输出的信号。

3.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，

具有：

输出上述从动轴的位置数据和预定一定周期的基准信号的从动轴位置检测器；

接收上述从动轴位置检测器输出的上述位置数据和上述基准信号的从动轴接收电路；和

计算上述从动轴接收电路接收的上述位置数据和接收上述基准信号的时刻的位置数据的差分作为从动轴差分的从动轴运算电路，

上述从动轴电动机控制部控制上述从动轴电动机的动作，以使上述主动轴差分和上述从动轴差分成为恒定的差或恒定的比。

4.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述从动轴位置检测器输出的上述基准信号是和上述从动轴的位置数据同步输出的信号。

5.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述主动轴运算电路、上述主动轴电动机控制部以及上述从动轴电动机控制部中的至少一个，具有使用上述主动轴电动机控制部和上述从动轴电动机控制部之间的数据传输延迟时间来修正上述主动轴差分的修正电路。

6.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

上述主动轴是齿轮加工机中驱动刀具的轴，上述从动轴是上述加工机中驱动工件的轴。