CN103270694B - 电动机控制装置、电动机控制方法及控制程序 - Google Patents

电动机控制装置、电动机控制方法及控制程序 Download PDF

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Abstract

电动机控制装置(1)具备：指令生成部(11)，其生成以时间序列表示使用电动机(31)使对象物(34)向目标位置移动时所用的加速度指令值的加速度图形，相对于生成的加速度图形进行与电动机(31)的响应特性相应地延长使电动机(31)的驱动速度减速的期间的变更，根据变更了的加速度图形输出位置指令值；控制部(12)，其使用相对于指令生成部(11)输出的位置指令值与对象物(34)的目标位置的位置偏差的比例控制驱动电动机(31)，并且在对象物(34)到达目标位置附近时将比例控制的比例控制增益变更为大于当前值的值。

Description

电动机控制装置、电动机控制方法及控制程序
技术领域
本发明涉及电动机控制装置、电动机控制方法及控制程序。
本申请基于2010年12月28日在日本申请的特愿2010-293273号主张优先权，并将其内容引用在此。
背景技术
在以电动机为动力使对象物向目标位置移动的定位控制中，在位置指令值的输出结束的时刻，对象物仍未到达目标的位置，会产生位置偏差。因此，一直到对象物移动至目标位置而位置偏差为“0”的稳定(整定)，需要与相对于位置偏差的比例控制增益Kp的倒数成比例的时间。
具有增大比例控制增益Kp的值而缩短定位控制所需的时间(稳定时间)的方法。但是，若比例控制增益Kp为较大的值，则位置的响应为振动，因此，稳定时间反倒变长。
因此，提出在位置指令值的输出结束的时刻切换比例控制增益的值来防止响应为振动且缩短稳定时间的技术方案(专利文献1)。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-194829号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在上述的技术中，在位置指令值的输出结束时，切换比例控制增益的值。因此，需要基于位置指令值的输出结束时的位置偏差设定切换后的比例控制增益的值。位置指令值的输出结束时的位置偏差较大时，不能相对于切换后的比例控制增益设定较大的值。稳定时间的缩短有改善的余地。
本发明的目的在于提供能减小切换位置控制增益时的位置偏差、缩短稳定时间的电动机控制装置、电动机控制方法及控制程序。
用于解决技术问题的技术手段
本发明的电动机控制装置的特征在于，该电动机控制装置具备：指令生成部，其生成以时间序列表示使用电动机使对象物向目标位置移动时所用的加速度指令值的加速度图形，并相对于生成的加速度图形进行与所述电动机的响应特性相应地延长使所述电动机的驱动速度减速的期间的变更，根据变更了的加速度图形输出位置指令值；控制部，其使用相对于所述指令生成部输出的位置指令值与所述对象物的目标位置的位置偏差的比例控制驱动所述电动机，并且在所述对象物到达目标位置附近时将所述比例控制的比例控制增益变更为大于当前值的值，所述指令生成部相对于所述生成的加速度图形进行使所述电动机的驱动速度减速的期间延长比所述电动机的响应延迟长的时间的变更，且所述指令生成部算出的速度具有为负的区域，所述控制部具备：位置检测部，其用于检测所述对象物的位置；切换控制部，其在所述位置检测部检测出的位置与所述目标位置的差值小于预先确定的阈值时驱动所述电动机。
本发明的电动机控制方法的特征在于，该电动机控制方法包括：指令生成步骤，生成以时间序列表示使用电动机使对象物向目标位置移动时所用的加速度指令值的加速度图形，并相对于生成的加速度图形进行与所述电动机的响应特性相应地延长使所述电动机的驱动速度减速的期间的变更，从变更了的加速度图形输出位置指令值；控制步骤，使用相对于所述指令生成部输出的位置指令值与所述对象物的目标位置的位置偏差的比例控制驱动所述电动机，并且在所述对象物到达目标位置附近时将所述比例控制的比例控制增益变更为大于当前值的值，在所述指令生成步骤中，相对于所述生成的加速度图形进行使所述电动机的驱动速度减速的期间延长比所述电动机的响应延迟长的时间的变更，且所述指令生成步骤中算出的速度具有为负的区域，所述控制步骤包括：检测所述对象物的位置的位置检测步骤；在所述位置检测部检测出的位置与所述目标位置的差值小于预先确定的阈值时驱动所述电动机的切换控制步骤。
本发明的电动机控制程序的特征在于，该电动机控制程序用于使计算机执行指令生成步骤和控制步骤，所述指令生成步骤中，生成以时间序列表示使用电动机使对象物向目标位置移动时所用的加速度指令值的加速度图形，并相对于生成的加速度图形进行与所述电动机的响应特性相应地延长使所述电动机的驱动速度减速的期间的变更，从变更了的加速度图形输出位置指令值，所述控制步骤中，使用相对于所述指令生成部输出的位置指令值和所述对象物的目标位置的位置偏差的比例控制驱动所述电动机，并且在所述对象物到达目标位置附近时将所述比例控制的比例控制增益变更为大于当前值的值。
发明效果
本发明通过在适当的时机切换比例控制增益的值能缩短稳定时间。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的电动机控制装置1的结构的概略框图。
图2是本发明的第一实施方式的线性电动机31的立体图(包含可动工作台34的截面)。
图3是表示本发明的第一实施方式的指令生成部11的结构的概略框图和表示在指令生成部11算出的指令的概略的曲线图。
图4是表示本发明的第一实施方式的控制部12的结构的概略框图。
图5是表示本发明的第一实施方式的移动控制部15及稳定控制部16的结构的概略框图。
图6A是表示使用本发明的第一实施方式的电动机控制装置1的控制的模拟结果的图。
图6B是表示未进行加速度图形的变更及电流指令值的切换的情况下的模拟结果的图。
图7是表示本发明的第二实施方式的电动机控制装置4具备的指令生成部11A的结构的概略框图。
图8A是表示使用本发明的第二实施方式的电动机控制装置4的控制的模拟结果的第一图。
图8B是表示未进行加速度图形的变更及电流指令值的切换的情况下(以往例)的模拟结果的第一图。
图9A是表示使用本发明的第二实施方式的电动机控制装置4的控制的模拟结果的第二图。
图9B是表示未进行加速度图形的变更及控制增益的切换的情况下(以往例)的模拟结果的第二图。
图10A是表示使用本发明的第二实施方式的电动机控制装置4的控制的模拟结果的第三图。
图10B是表示未进行加速度图形的变更及控制增益的切换的情况下的模拟结果的第三图。
图11是表示本发明的第三实施方式的电动机控制装置5的结构的概略框图。
图12是表示本发明的第三实施方式的停止控制部57的结构的概略框图。
图13是表示控制输送装置7的旋转电动机的电动机控制装置1的概略图。
图14是表示控制输送装置8的旋转电动机的电动机控制装置1的概略图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式的电动机控制装置、电动机控制方法及控制程序。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式的电动机控制装置1的结构的概略框图。
电动机控制装置1通过功率放大器2使电流流到输送装置3具备的线性电动机31，来驱动线性电动机31。
输送装置3具备：线性电动机31，其由长条的固定件311及在固定件311上移动的可动件315构成；一对引导装置33、33，其将固定件311及可动件315相连结。
引导装置33由通过滚珠相连结的轨道导轨331和滑块332构成。引导装置33的轨道导轨331固定于固定件311所具有的基座312。
引导装置33的滑块332固定于可动件315。可动件315被引导为在固定件311上沿轨道导轨331自如移动。
固定件311具备配置于一对轨道导轨331、331之间的多个驱动用磁铁314。多个驱动用磁铁314在可动件315移动的方向上以N极与S极交替的方式排列。以下，将可动件315移动的方向称作移动方向。
各驱动用磁铁314在移动方向上具有相同的长度。无论可动件315的位置如何，各驱动用磁铁314都能获得恒定的推力。
可动件315具有电枢316、载置所输送的物体的可动工作台34及位置检测器35，该电枢316具有多个线圈。位置检测器35使用光学式或磁力式的线性检测元件等检测可动工作台34的位置。
图2是本发明的第一实施方式的线性电动机31的立体图(包含可动工作台34的截面)。
线性电动机31是可动件315相对于固定件311相对地进行直线运动的扁平型线性电动机。
固定件311具备多个板状的驱动用磁铁314。驱动用磁铁314以N极或S极被励磁的面朝向可动件315的方式排列。
可动件315所具有的电枢316隔着一定的间隙与驱动用磁铁314相对。
固定件311具有细长延伸的基座312。在基座312的上表面沿移动方向在一列上排列有多个驱动用磁铁314。基座312由底壁部312a和设于底壁部312a的宽度方向两侧的一对侧壁部312b构成。
在底壁部312a安装有多个驱动用磁铁314。在各驱动用磁铁314的与可动件315所具有的电枢316相对的面上形成有N极和S极中的任一磁极。各驱动用磁铁314将与分别相邻的驱动用磁铁314不同的磁极朝向电枢316。
在基座312的侧壁部312b的上表面安装有引导装置33的轨道导轨331。在轨道导轨331上以能滑动的方式组装有滑块332。在轨道导轨331与滑块332中间以能滚动运动的方式夹设多个滚珠(未图示)。
在滑块332上设有跑道状的滚珠循环路径，多个滚珠能在该滚珠循环路径中循环。
在滑块332相对于轨道导轨331滑动时，多个滚珠在轨道导轨331与滑块332之间滚动运动，在滚珠循环路径中循环。由此，滑块332圆滑地进行直线运动。
在引导装置33的滑块332的上表面安装有可动件315的可动工作台34。可动工作台34由铝等的非磁性材料形成。在可动工作台34的上表面能载置输送物。在可动工作台34的下表面悬吊有电枢316。
返回图1继续说明。
电动机控制装置1具备指令生成部11和控制部12。指令生成部11根据从上位的控制装置(未图示)输入的最终目标位置xp生成位置指令值。控制部12基于指令生成部11生成的位置指令值及表示可动工作台34的位置的位置信号生成表示在线性电动机31流动的电流值的电流指令值。
电动机控制装置1使可动工作台34移动至最终目标位置xp。指令生成部11生成使可动工作台34移动至最终目标位置xp时的位置指令值。控制部12基于该位置指令值驱动线性电动机31。
图3是表示本发明的第一实施方式的指令生成部11的结构的概略框图和在指令生成部11算出的指令的概略的曲线图。(a)是表示加速度指令的曲线图。(b)是表示速度指令的曲线图。(c)是表示位置指令的曲线图。
指令生成部11具有加速度指令生成部111、速度指令算出部112及位置指令算出部113。
加速度指令生成部111根据输入的最终目标位置xp和可动工作台34的位置算出使可动工作台34移动的距离。加速度指令生成部111使用算出的距离和线性电动机31的推力常数等生成以时间序列表示加速度指令值的加速度图形。
加速度指令生成部111相对于生成的加速度图形进行延长使可动工作台34减速的期间的变更。加速度指令生成部111基于变更了的加速度图形以时间序列输出加速度指令值。
加速度指令生成部111生成的加速度图形由“加速度＝α”的加速期间(T1)、“加速度＝0”的等速期间(T2)及“加速度＝-α”的减速期间(T1)构成。
如图3的(a)表示加速度指令的曲线图所示，加速度指令生成部111改变加速度图形。加速度指令生成部111使“加速度＝-α”的减速期间(T1)延长时间T3，使减速期间为“T1+T3”。延长的时间T3的加速度为与减速期间相同的加速度。
时间T3使用基于线性电动机31的响应延迟而预先确定的值。时间T3设定为与响应延迟相同的时间、根据位置控制的比例控制增益(比例控制增益Kp1)的倒数算出的时间。
这样，加速度指令生成部111相对于加速度图形进行使加速度返回“0”的时机延长时间T3的变更。
速度指令算出部112使用积分运算，根据加速度指令生成部111输出的加速度指令值算出“最高速度＝Vm”的速度指令值。加速度指令生成部111以时间序列输出算出的速度指令值。
如图3的(b)表示速度指令的曲线图所示，速度指令算出部112算出的速度指令值与一般的梯形控制的速度指令值不同。由于加速度指令生成部111使减速期间延长时间T3，因此，速度指令算出部112算出的速度指令值具有速度为负的区域。
位置指令算出部113使用积分运算根据速度指令算出部112算出的速度指令值算出位置指令值。位置指令算出部113将算出的位置指令值以时间序列输出到控制部12。
如图3的(c)表示位置指令的曲线图所示，位置指令算出部113算出的位置指令与一般的S字曲线不同。由于加速度指令生成部111使减速期间延长，因此，位置指令算出部113算出的位置指令为在时刻(2T1+T2)成为最终目标位置xp的、向上侧凸起的曲线。
利用上述的结构，指令生成部11通过利用加速度指令生成部111使加速度返回“0”的时机延长时间T3，而使输出位置指令值的期间延长时间T3。
图4是表示本发明的第一实施方式的控制部12的结构的概略框图。
控制部12具有速度算出部13、切换控制部14、移动控制部15及稳定控制部16。
速度算出部13从输送装置3的位置检测器35输入位置信号。速度算出部13根据输入的位置信号的每单位时间的变化量算出可动工作台34的移动速度。速度算出部13输出表示算出的移动速度的速度信号。
切换控制部14具有位置偏差判定部141及切换部142。
位置偏差判定部141求出位置检测器35检测出的可动工作台34的位置x和最终目标位置xp的偏差。以下，将位置检测器35检测出的可动工作台34的位置x称作检测位置x。
位置偏差判定部141判断求出的偏差是否小于预先确定的阈值Δx。位置偏差判定部141根据判断结果控制切换部142。
位置偏差判定部141判断检测位置x是否属于满足下述条件式的最终目标位置xp附近的位置。
|xp-x|＜Δx
阈值Δx是基于位置检测器35的分辨率、所要求的定位稳定时间等预先设定的值。阈值Δx基于模拟、实测值设定。
切换部142基于位置偏差判定部141的控制选择移动控制部15输出的电流指令值和稳定控制部16输出的电流指令值中的任一个。切换部142将选择出的电流指令值输出到功率放大器2。
位置偏差判定部141在偏差为阈值Δx以上的情况下，使切换部142选择移动控制部15输出的电流指令值。位置偏差判定部141在偏差小于阈值Δx的情况下，使切换部142选择稳定控制部16输出的电流指令值。
移动控制部15基于指令生成部11输出的位置指令值、速度算出部13输出的移动信号及来自位置检测器35的位置信号输出电流指令值。
稳定控制部16基于最终目标位置xp、速度算出部13输出的移动信号及来自位置检测器35的位置信号算出电流指令值并输出该电流指令值。
以下，说明移动控制部15及稳定控制部16的详细结构。
图5是表示本发明的第一实施方式的移动控制部15及稳定控制部16的结构的概略框图。
移动控制部15具有位置偏差算出部151、速度指令算出部152、速度偏差算出部153、电流指令算出部154及质量补正部155。
位置偏差算出部151根据位置指令值和位置信号算出位置指令值表示的位置和可动工作台34的位置的位置偏差。
速度指令算出部152相对于位置偏差算出部151算出的位置偏差乘以比例控制增益Kp1(第一比例控制增益)而算出速度指令值并输出该速度指令值。
速度偏差算出部153算出速度指令算出部152算出的速度指令值和速度信号表示的可动工作台34的移动速度的速度偏差。
电流指令算出部154具有P控制运算部154a、I控制运算部154b及加算部154c。
P控制运算部154a利用使用速度偏差算出部153算出的速度偏差和比例控制增益Kv1的比例运算算出电流指令值并输出该电流指令值。
I控制运算部154b利用使用速度偏差算出部153算出的速度偏差和积分控制增益Ki1的积分运算算出电流指令值并输出该电流指令值。
加算部154c对P控制运算部154a及I控制运算部154b算出的电流指令值进行加算。加算部154c将加算出的电流指令值输出到质量补正部155。
这样，电流指令算出部154利用使用比例控制增益Kv1及积分控制增益Ki1的PI控制运算根据速度偏差算出电流指令值。电流指令算出部154将算出的电流指令值输出到质量补正部155。
质量补正部155基于可动工作台34的质量或可动工作台34的质量及装载于可动工作台34上的货物等的质量补正电流指令算出部154输出的电流指令值。质量补正部155将补正的电流指令值输出到切换控制部14。
稳定控制部16具有位置偏差算出部161、速度指令算出部162、速度偏差算出部163、电流指令算出部164、质量补正部165及推力限制部166。
位置偏差算出部161根据最终目标位置xp和位置信号算出可动工作台34的位置相对于最终目标位置xp的位置偏差并输出该位置偏差。
速度指令算出部162相对于位置偏差算出部161算出的位置偏差乘以比例控制增益Kp2(第二比例控制增益)而算出速度指令值并输出该速度指令值。
速度偏差算出部163算出速度指令算出部162算出的速度指令值和速度信号表示的可动工作台34的移动速度的速度偏差。
电流指令算出部164具有P控制运算部164a、I控制运算部164b及加算部164c。
P控制运算部164a利用使用速度偏差算出部163算出的速度偏差和比例控制增益Kv2的比例运算算出电流指令值并输出该电流指令值。
I控制运算部164b利用使用速度偏差算出部163算出的速度偏差和积分控制增益Ki2的积分运算算出电流指令值并输出该电流指令值。
加算部164c对P控制运算部164a及I控制运算部164b算出的电流指令值进行加算。加算部164c将加算的电流指令值输出到质量补正部165。
这样，电流指令算出部164利用使用比例控制增益Kv2及积分控制增益Ki2的PI控制运算根据速度偏差算出电流指令值。电流指令算出部164将算出的电流指令值输出到质量补正部155。
质量补正部165基于可动工作台34的质量或可动工作台34的质量及装载于可动工作台34上的货物等的质量补正电流指令算出部164输出的电流指令值并输出该电流指令值。
推力限制部166判断质量补正部165补正的电流指令值是否超过与线性电动机31的最大推力相对应的最大电流值。推力限制部166在判断为电流指令值超过最大电流值的情况下，将电流指令值限制为最大电流值并输出到切换控制部14。
在稳定控制部16使用的比例控制增益Kp2预先设定为大于在移动控制部15使用的比例控制增益Kp1的值。
在稳定控制部16使用的比例控制增益Kv2预先设定为大于等于在移动控制部15使用的比例控制增益Kv1的值。
积分控制增益Ki2预先设定为大于等于在移动控制部15使用的积分控制增益Ki1的值。
利用上述的结构，在电动机控制装置1从上位的控制装置输入有最终目标位置xp时，使切换控制部14选择移动控制部15。电动机控制装置1将在移动控制部15算出的电流指令值输出到功率放大器2，来驱动线性电动机31。
电动机控制装置1在可动工作台34的位置到达最终目标位置xp附近时使切换控制部14选择稳定控制部16。
稳定控制部16将使用比例控制增益Kp2算出的电流指令输出到功率放大器2，使可动工作台34的位置稳定在最终目标位置xp。比例控制增益Kp2大于在移动控制部15使用的比例控制增益Kp1的值。
与从比例控制增益Kp1切换为比例控制增益Kp2相同地从比例控制增益Kv1及积分控制增益Ki1切换为比例控制增益Kv2及积分控制增益Ki2。
这样，电动机控制装置1在可动工作台34到达最终目标位置xp附近时将控制增益切换为较大的值。由此，能缩短定位稳定时间。
比例控制增益Kp1、Kv1、Kp2、Kv2及积分控制增益Ki1、Ki2的值基于模拟的结果、使用实机的测定值等确定。
在移动距离为以1[mm]的单位表示的程度的大小以上的距离的情况下(粗动控制)，在输送装置3的引导装置33产生的摩擦特性具有库伦摩擦特性。在移动距离为以100[μm]的单位表示的程度的大小以下的距离的情况下(微动控制)，摩擦特性具有非线性弹簧特性。
在摩擦特性具有非线性弹簧特性的区域中，与库伦摩擦特性的情况相比，响应非常慢。
切换控制部14在可动工作台34的位置到达最终目标位置xp附近时从使用移动控制部15的线性电动机31的驱动控制切换为使用稳定控制部16的线性电动机31的驱动控制。在可动工作台34的位置到达最终目标位置xp附近、移动距离为以100[μm]的单位表示的程度的大小以下的距离时，切换比例控制增益及积分控制增益的控制增益。
由此，在可动工作台34位于最终目标位置xp附近的时机，切换为大于控制增益(Kp1、Kv1、Ki1)的值的控制增益(Kp2、Kv2、Ki2)而进行微动控制。由此，能缩短输送装置3的定位稳定时间。
电动机控制装置1通过利用指令生成部11在加速度图形中延长减速期间，而延长一直到位置指令值的输出(发出)结束的期间。
电动机控制装置1产生在“位置指令＝最终目标位置xp”且“速度指令＝0”且“加速度指令＝±α”的状态下通过最终目标位置xp附近的指令。
换言之，电动机控制装置1排除在以往的控制方法中产生的控制状态。电动机控制装置1排除“位置指令＝最终目标位置xp”且“速度指令＝0”且“加速度指令＝0”的控制状态。
因此，电动机控制装置1能使可动工作台34迅速地移动到最终目标位置xp附近(以100[μm]的单位表示的程度的大小)。
“加速度指令＝±α”表示在正方向的定位中加速度指令为负值、在负方向的定位中加速度指令为正值。
其结果，电动机控制装置1在位置偏差较小的时机切换控制增益。电动机控制装置1相对于在稳定控制部16中使用的控制增益(Kp2、Kv2、Ki2)设定较大的值。由此，能缩短定位稳定时间。
在本发明的第一实施方式中，电动机控制装置1使输出指令生成部11输出的位置指令值的期间延长。电动机控制装置1在可动工作台34的位置接近最终目标位置xp附近时使切换控制部14切换为使用稳定控制部16的控制。电动机控制装置1防止可动工作台34的位置超过最终目标位置xp。
图6A是表示使用本发明的第一实施方式的电动机控制装置1的控制的模拟结果的图。图6B是表示未进行加速度图形的变更及电流指令值的切换的情况下(以往例)的模拟结果的图。
在图6A及图6B中，横轴表示时间，纵轴表示位置偏差及速度。
在图6A中，时刻0.3[s]以后的细虚线表示与由加速度指令生成部111变更了的加速度图形相对应的速度指令值。
如图6A所示，在电动机控制装置1中，指令生成部11使直到位置指令值的输出(发出)结束的期间延长，因此，时刻0.3[s]以后的移动速度缓慢而不变化为“0”。在电动机控制装置1中，时刻0.3[s]以后的移动速度以与时刻0.3[s]以前相同的斜率变化为“0”。
如图6B所示，在以往例中，在时刻0.3[s]位置指令值的发出结束，并且进行使用“速度指令值＝0”且“加速度指令值＝0”的位置偏差的控制。在以往例中，进行使用响应较慢的位置偏差的控制，因此，直到移动速度及位置偏差为“0”需要时间。在以往例中，移动速度及位置偏差缓慢地变化为“0”。
这样，在电动机控制装置1中，通过延长位置指令值发出的期间，即使在时刻0.3[s]以后，也继续进行使用位置偏差及速度偏差的控制。由此，在电动机控制装置1中，与以往例相比，能缩短直到移动速度及位置偏差为“0”的时间(稳定时间)。
(第二实施方式)
说明本发明的第二实施方式的电动机控制装置4。
第二实施方式的电动机控制装置4代替第一实施方式的电动机控制装置1的指令生成部11而具备指令生成部11A。指令生成部11A与指令生成部11结构不同。
以下说明指令生成部11A。关于其他结构标注相同的符号并省略其说明。
图7是表示本发明的第二实施方式的电动机控制装置4具备的指令生成部11A的结构的概略框图。
指令生成部11A具有加速度指令生成部111、速度指令算出部112、位置指令算出部113、逆传递函数补偿部114及加算部115。
指令生成部11A在具有逆传递函数补偿部114和加算部115这一点上与指令生成部11不同。
逆传递函数补偿部114相对于速度指令算出部112算出的速度指令值乘以在控制部12的移动控制部15使用的比例控制增益Kp1的倒数而算出相对于位置指令值的补正值并输出该补正值。
加算部115对位置指令算出部113算出的位置指令值和逆传递函数补偿部114算出的补正值进行加算。加算部115将加算结果(位置指令值)输出到控制部12。
在第二实施方式的电动机控制装置4中，利用逆传递函数补偿部114算出的补正值算出与相对于位置指令值产生的位置偏差相当的补正值，对位置指令值进行补正。
由此，电动机控制装置4防止了相对于位置指令值的延迟。电动机控制装置4使输送装置3的响应延迟减少。在电动机控制装置4中，能进一步缩短定位稳定时间。
图8A是表示使用本发明的第二实施方式的电动机控制装置4的控制的模拟结果的第一图。图8B是表示未进行加速度图形的变更及电流指令值的切换的情况下(以往例)的模拟结果的第一图。
在图8A及图8B中，横轴表示时间，纵轴表示位置偏差及速度。
如图8A所示，在电动机控制装置4中，指令生成部11A使用比例控制增益Kp1补正位置指令值，从而移动速度不晚于速度指令值地进行响应。
如图8B所示，在以往例中，移动速度不晚于速度指令值地进行响应。但是，位置偏差虽然在位置指令值发出结束的时刻0.3[s]处暂时为“0”，但之后产生较晚的响应。
这样，在电动机控制装置4中，与以往例相比，能缩短定位稳定时间。
图9A是表示使用本发明的第二实施方式的电动机控制装置4的控制的模拟结果的第二图。(a)表示速度指令和可动工作台34的实际速度。(b)表示位置偏差。(c)是(b)的放大图。
图9B是表示未进行加速度图形的变更及控制增益的切换的情况下(以往例)的模拟结果的第二图。(d)表示速度指令和可动工作台34的实际速度。(e)表示位置偏差。(f)是(e)的放大图。
在图9A中，在下述条件下进行模拟。
可动工作台34的质量：10[kg]
可动工作台34的驱动行程(移动距离)：300[mm]
线性电动机31的驱动加速度：1.5[G]
驱动最高速度：1.5[m/s]
位置偏差判定部141的阈值Δx：10[μm]
移动控制部15的比例控制增益Kp1：60
移动控制部15的比例控制增益Kv1：300
移动控制部15的积分控制增益Ki1：27000
稳定控制部16的比例控制增益Kp2：500
稳定控制部16的比例控制增益Kv2：1600
稳定控制部16的积分控制增益Ki2：768000
如图9A的(a)所示，在电动机控制装置4中，可动工作台34的实际速度(移动速度)不晚于速度指令地响应。
如图9A的(c)所示，位置偏差在时刻0.3[s]以后在短时间内汇聚而稳定。
在电动机控制装置4中，在时刻0.3[s]处指令的输出(发出)完成时，在3.7[ms]之后位置偏差稳定。在电动机控制装置4中，在相对于300[mm]的驱动行程允许±5[μm]的误差的情况下，定位稳定时间为3.7[ms]。
另一方面，如图9B的(f)所示，在以往例的电动机控制装置中，定位稳定时间为521.4[ms]。
图10A是表示使用本发明的第二实施方式的电动机控制装置4的控制的模拟结果的第三图。
图10B是表示未进行加速度图形的变更及控制增益的切换的情况下的模拟结果的第三图。
在图10A及图10B中，横轴表示时间，纵轴表示线性电动机31的推力。图10A的模拟的条件与图9A的模拟的情况相同。
如图10A所示，在电动机控制装置4中，在从时刻0.2[s]到时刻0.3[s]的减速期间之后在短时间内稳定。
如图10B所示，在以往例中，在减速期间之后一直到停止需要时间。
在电动机控制装置4中，能缩短指令发出完成后到使可动工作台34在最终目标位置xp停止需要的定位稳定时间。
如这些模拟结果所示，电动机控制装置4能大幅地缩短输送装置3的移动控制的稳定时间。
(第三实施方式)
说明本发明的第三实施方式的电动机控制装置5。
图11是表示第三实施方式的电动机控制装置5的结构的概略框图。
电动机控制装置5具备指令生成部11及控制部52。
控制部52具有速度算出部13、切换控制部54、移动控制部15、稳定控制部16及停止控制部57。
电动机控制装置5在控制部52具有切换控制部54及停止控制部57这一点上与第一实施方式的电动机控制装置1的控制部12不同。
以下说明切换控制部54及停止控制部57。关于其他结构标注相同的符号，并省略其说明。
切换控制部54具有零速度检测部541、计时部542及切换部543。
零速度检测部541相对于切换部543进行在加速期间选择移动控制部15的控制。零速度检测部541判定在减速期间速度算出部13算出的移动速度是否小于预先确定的阈值Δv。在移动速度小于阈值Δv的情况下，零速度检测部541相对于切换部543进行从移动控制部15切换为选择停止控制部57的控制。
零速度检测部541在开始使可动工作台34减速之后减速到可动工作台34的移动速度v为“0”附近时使切换部543进行切换。
移动速度v为“0”附近是满足“|v|＜Δv”的情况。
阈值Δv是基于位置检测器35的分辨率、要求的稳定时间等预先设定的值。阈值Δx基于模拟、实测值设定。
计时部542在零速度检测部541切换为停止控制部57的控制之后经过预先确定的时间T时进行动作。计时部542相对于切换部543进行从停止控制部57切换为选择稳定控制部16的控制。时间T设定作为比例控制增益Kp1的倒数算出的时间。
切换部543基于零速度检测部541及计时部542的控制选择移动控制部15输出的电流指令值、停止控制部57输出的电流指令值及稳定控制部16输出的电流指令值中的任一个。切换部543将选择的电流指令值输出到功率放大器2。
停止控制部57基于零速度信号、位置信号及速度信号输出电流指令值。零速度信号是在零速度检测部541检测出满足“|v|＜Δv”时输出的信号。
图12是表示本发明的第三实施方式的停止控制部57的结构的概略框图。
停止控制部57具有位置存储部571、位置偏差算出部572、速度指令算出部573、速度偏差算出部574、电流指令算出部575、质量补正部576及推力限制部577。
位置存储部571输入有位置信号和零速度信号。
位置存储部571存储满足“|v|＜Δv”时的可动工作台34的位置。位置存储部571输出存储的位置。
位置偏差算出部572算出存储于位置存储部571的位置和位置信号表示的可动工作台34的位置的位置偏差。
速度指令算出部573相对于位置偏差算出部572算出的位置偏差乘以比例控制增益Kp3(第三比例控制增益)而算出速度指令值。
速度偏差算出部574算出速度指令算出部573算出的速度指令值和速度信号表示的可动工作台34的移动速度的速度偏差。
电流指令算出部575具有P控制运算部575a、I控制运算部575b及加算部575c。
P控制运算部575a利用使用速度偏差算出部574算出的速度偏差和比例控制增益Kv3的比例运算算出电流指令值。
I控制运算部575b利用使用速度偏差算出部574算出的速度偏差和积分控制增益Ki3的积分运算算出电流指令值。
加算部575c对P控制运算部575a及I控制运算部575b分别算出的电流指令值进行加算。加算部575c将加算出的电流指令值输出到质量补正部576。
这样，电流指令算出部575利用使用比例控制增益Kv3及积分控制增益Ki3的PI控制运算根据速度偏差算出电流指令值。电流指令算出部575将算出的电流指令值输出到质量补正部576。
质量补正部576基于可动工作台34的质量或可动工作台34的质量和装载于可动工作台34上的货物等的质量，对电流指令算出部575输出的电流指令值进行补正。
推力限制部577判定质量补正部576补正了的电流指令值是否超过与线性电动机31的最大推力相对应的最大电流值。推力限制部577在判定为电流指令值超过最大电流值的情况下，将电流指令值限制为最大电流值，并输出到切换控制部54。
在停止控制部57使用的比例控制增益Kp3预先设定为大于在移动控制部15使用的比例控制增益Kp1的值。
在停止控制部57使用的比例控制增益Kv3预先设定为大于等于在移动控制部15使用的比例控制增益Kv1的值的值。
积分控制增益Ki3预先设定为大于等于在移动控制部15使用的积分控制增益Ki1的值的值。
在停止控制部57使用的比例控制增益Kp3、Kv3也可以设定为大于等于在稳定控制部16使用的比例控制增益Kp2、Kv2的值的值。
比例控制增益Kp3、Kv3的值和积分控制增益Ki3的值基于模拟的结果、使用实机的测定值等确定。
利用上述的结构，电动机控制装置5在从上位的控制装置输入有最终目标位置xp时，切换控制部54选择移动控制部15。电动机控制装置5将在移动控制部15算出的电流指令值输出到功率放大器2。
电动机控制装置5驱动线性电动机31而使可动工作台34移动。电动机控制装置5基于指令生成部11生成的位置指令值使可动工作台34的移动速度减速。
电动机控制装置5在移动速度为“0”附近时，使切换控制部54选择停止控制部57。电动机控制装置5将在停止控制部57算出的电流指令值输出到功率放大器2，进行使可动工作台34停止的控制。
然后，电动机控制装置5使切换控制部54选择稳定控制部16。电动机控制装置5将在稳定控制部16算出的电流指令输出到功率放大器2，使可动工作台34的位置在最终目标位置xp稳定。
这样，电动机控制装置5在可动工作台34到达最终目标位置xp附近时进行切换比例控制增益的控制。由此，能缩短稳定时间。
电动机控制装置5在移动速度为“0”附近时使用停止控制部57使可动工作台34暂时停止。电动机控制装置5通过使用稳定控制部16的控制使可动工作台34稳定地移动。由此，能进一步缩短稳定时间。
切换控制部54基于移动速度进行控制增益的切换。在使用位置偏差和速度偏差的P-PI控制中，是速度的控制相对于位置的控制的响应足够快的情况。
速度的控制相对于位置的控制的响应足够快是“(速度)≈(速度指令值)＝(位置偏差)×(比例控制增益Kp)”。
在使用位置偏差和速度偏差的P-PI控制中，同时产生“(位置偏差)≈0”和“(速度)≈0”。切换控制部54使用相对于位置响应较快的速度，在位置偏差较小的时机进行控制增益的切换。由此，能进一步缩短稳定时间。
控制部52也可以不从使用移动控制部15的控制向使用停止控制部57的控制切换。与第一实施方式相同，在控制部52中，也可以从使用移动控制部15的控制切换为使用稳定控制部16的控制。
切换控制部54也可以在可动工作台34的位置位于最终目标位置xp附近的时机进行从使用了移动控制部15的控制向使用了停止控制部57的控制的切换。在该情况下，与第一实施方式相同，也可以使用位置偏差判定部141。
在第一～第三实施方式中，也可以在利用使用了稳定控制部16的控制使可动工作台34稳定之后切换为在移动控制部15中使用的控制增益(Kp1、Kv1、Ki1)。由此，防止了在使可动工作台34稳定之后由于微小的振动、噪音等产生位置偏差而使可动工作台34移动。
也可以不切换为在移动控制部15使用的控制增益(Kp1、Kv1、Ki1)，而是将在稳定控制部16中使用的控制增益(Kp2、Kv2、Ki2)分别切换为较小的值。
在第一～第三实施方式中，说明了电动机控制装置1控制输送装置3的线性电动机31的结构，但不限于此。代替线性电动机31，也可以控制旋转电动机。
图13是表示控制输送装置7的旋转电动机的电动机控制装置1的概略图。
输送装置7具备旋转电动机71、基座72、设置于基座72上的引导导轨731、安装于引导导轨731上的滚动引导件732及设置于滚动引导件732上的可动工作台74。
输送装置7具备将旋转电动机71的旋转轴和滚珠丝杠75的一端连接起来的联轴器76及设置于基座72上、支承滚珠丝杠75的另一端的滚珠丝杠支承部77。
代替电动机控制装置1，也可以使用电动机控制装置4、5。
电动机控制装置1、4、5基于从旋转电动机71具有的编码器输出的位置信号(表示旋转轴的旋转角的信号)驱动旋转电动机71而使可动工作台74移动。在电动机控制装置1、4、5中，能缩短可动工作台74的稳定时间。
在第一～第三实施方式中，说明了电动机控制装置1控制具备直动型的引导装置33的输送装置3的线性电动机31的结构，但不限于此。也可以控制具备旋转型引导装置的装置的电动机。
图14是表示控制旋转型的输送装置8的旋转电动机的电动机控制装置1的概略图。
输送装置8具备旋转电动机81、安装于旋转电动机81的旋转轴的齿轮82、与齿轮82啮合的齿轮83、连结于齿轮83的旋转轴的旋转体84及用于引导旋转体84的旋转运动的滚动引导件85。
代替电动机控制装置1，也可以使用电动机控制装置4、5。
电动机控制装置1、4、5基于从旋转电动机81具有的编码器输出的位置信号(表示旋转轴的旋转角的信号)驱动旋转电动机81而使旋转体84旋转。在电动机控制装置1、4、5中，能缩短旋转体84的稳定时间。
旋转电动机81的动力不限于通过齿轮82、83传递至旋转体84的情况。也可以连接为将旋转电动机81的动力直接传递至旋转体84。
电动机控制装置1、4、5也可以在内部具有计算机系统。指令生成部11(11A)、速度算出部13、切换控制部14(57)、移动控制部15、稳定控制部16及停止控制部57各自的处理过程以程序的形式存储于计算机能读取的存储介质。通过计算机读取并执行该程序来进行上述处理。
计算机能读取的存储介质是指磁盘、光磁盘、CD-ROM、DVD-ROM、半导体存储器等。
也可以将该计算机程序通过通信电线发送到计算机，接收了该发送的计算机执行该程序。
电动机控制装置1、4、5也能应用于使用了伺服电动机的装置。由此，能缩短使用伺服电动机的装置的稳定时间。
符号说明
1、4、5…电动机控制装置、2…功率放大器、3、7、8…输送装置、11、11A…指令生成部、12、52…控制部、13…速度算出部、14、54…切换控制部、15…移动控制部、16…稳定控制部、31…线性电动机、34…可动工作台、57…停止控制部、71、81…旋转电动机、111…加速度指令生成部、112…速度指令算出部、113…位置指令算出部、114…逆传递函数补偿部、115…加算部、141…位置偏差判定部、142、543…切换部、151、161、572…位置偏差算出部、152、162、573…速度指令算出部、153、163、574…速度偏差算出部、154、164、575…电流指令算出部、154a、164a、575a…P控制运算部、154b、164b、575b…I控制运算部、154c、164c、575c…加算部、155、165、576…质量补正部、166、577…推力限制部、541…零速度检测部、542…计时部、571…位置存储部。

Claims (7)

1.一种电动机控制装置，其特征在于，所述电动机控制装置具备：
指令生成部，其生成以时间序列表示使用电动机使对象物向目标位置移动时所用的加速度指令值的加速度图形，并相对于生成的加速度图形进行与所述电动机的响应特性相应地延长使所述电动机的驱动速度减速的期间的变更，根据变更了的加速度图形输出位置指令值；
控制部，其使用相对于所述指令生成部输出的位置指令值与所述对象物的目标位置的位置偏差的比例控制驱动所述电动机，并且在所述对象物到达目标位置附近时将所述比例控制的比例控制增益变更为大于当前值的值，
所述指令生成部相对于所述生成的加速度图形进行使所述电动机的驱动速度减速的期间延长比所述电动机的响应延迟长的时间的变更，且所述指令生成部算出的速度具有为负的区域，
所述控制部具备：
位置检测部，其用于检测所述对象物的位置；
切换控制部，其在所述位置检测部检测出的位置与所述目标位置的差值小于预先确定的阈值时驱动所述电动机。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述控制部具备：
移动控制部，其使用所述指令生成部算出的位置指令值与所述对象物的位置的差值以及第一比例控制增益算出相对于所述电动机的第一电流指令值，来驱动所述电动机；
稳定控制部，其使用所述目标位置与所述对象物的位置的差值以及具有大于所述第一比例控制增益的值的第二比例控制增益算出相对于所述电动机的第二电流指令值，来驱动所述电动机，
所述切换控制部使用所述移动控制部驱动所述电动机，且使用所述稳定控制部驱动所述电动机。
3.根据权利要求2所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述移动控制部具有：
第一位置偏差算出部，其算出所述指令生成部生成的位置指令值与所述对象物的位置的差值即第一位置偏差；
第一速度指令算出部，其对所述第一位置偏差与所述第一比例控制增益进行乘法运算而算出第一速度指令；
第一速度偏差算出部，其算出所述第一速度指令算出部算出的第一速度指令与所述移动速度的差值即第一速度偏差；
第一电流指令算出部，其相对于所述第一速度偏差使用比例控制及积分控制而算出第一电流指令，
所述稳定控制部具有：
第二位置偏差算出部，其算出所述目标位置与所述对象物的位置的差值即第二位置偏差；
第二速度指令算出部，其对所述第二位置偏差与所述第二比例控制增益进行乘法运算而算出第二速度指令；
第二速度偏差算出部，其算出所述第二速度指令算出部算出的第二速度指令与所述移动速度的差值即第二速度偏差；
第二电流指令算出部，其相对于所述第二速度偏差使用比例控制及积分控制而算出第二电流指令。
4.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述控制部具备：
位置检测部，其用于检测所述对象物的位置；
速度检测部，其用于检测所述对象物移动的移动速度；
移动控制部，其使用所述指令生成部算出的位置指令值与所述对象物的位置的差值以及第一比例控制增益算出相对于所述电动机的第一电流指令值，来驱动所述电动机；
稳定控制部，其使用所述目标位置与所述对象物的位置的差值及具有大于所述第一比例控制增益的值的第二比例控制增益算出相对于所述电动机的第二电流指令值，来驱动所述电动机，
所述切换控制部使用所述移动控制部驱动所述电动机，在所述移动速度减速的期间且所述移动速度小于预先确定的阈值时使用所述稳定控制部来驱动所述电动机。
5.根据权利要求4所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述电动机控制装置还具有停止控制部，该停止控制部使用所述电动机的驱动速度小于所述阈值时的所述对象物的位置与所述对象物的位置的差值以及具有大于所述第一比例控制增益的值的第三比例控制增益算出相对于所述电动机的电流指令值，来驱动所述电动机，
所述切换控制部在所述电动机的驱动速度减速的期间且所述移动速度为预先确定的阈值以下时，使用所述停止控制部来驱动所述电动机，
并且，在经过了与所述第一比例控制增益相应的响应时间之后使用所述稳定控制部来驱动所述电动机。
6.根据权利要求5所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述移动控制部具有：
第一位置偏差算出部，其算出所述指令生成部生成的位置指令值与所述对象物的位置的差值即第一位置偏差；
第一速度指令算出部，其对所述第一位置偏差与所述第一比例控制增益进行乘法运算而算出第一速度指令；
第一速度偏差算出部，其算出所述第一速度指令算出部算出的第一速度指令与所述移动速度的差值即第一速度偏差；
第一电流指令算出部，其相对于所述第一速度偏差使用比例控制及积分控制算出第一电流指令，
所述稳定控制部具有：
第二位置偏差算出部，其算出所述目标位置与所述对象物的位置的差值即第二位置偏差；
第二速度指令算出部，其对所述第二位置偏差与所述第二比例控制增益进行乘法运算而算出第二速度指令；
第二速度偏差算出部，其算出所述第二速度指令算出部算出的第二速度指令与所述移动速度的差值即第二速度偏差；
第二电流指令算出部，其相对于所述第二速度偏差使用比例控制及积分控制算出第二电流指令，
所述停止控制部具有：
第三位置偏差算出部，其算出所述电动机的驱动速度为零时的所述对象物的位置与所述对象物的位置的差值即第三位置偏差；
第三速度指令算出部，其对所述第三位置偏差和所述第三比例控制增益进行乘法运算而算出第三速度指令；
第三速度偏差算出部，其算出所述第三速度指令算出部算出的第三速度指令与所述移动速度的差值即第三速度偏差；
第三电流指令算出部，其相对于所述第三速度偏差使用比例控制及积分控制而算出第三电流指令。
7.一种电动机控制方法，其特征在于，所述电动机控制方法包括：
指令生成步骤，生成以时间序列表示使用电动机使对象物向目标位置移动时所用的加速度指令值的加速度图形，并相对于生成的加速度图形进行与所述电动机的响应特性相应地延长使所述电动机的驱动速度减速的期间的变更，从变更了的加速度图形输出位置指令值；
控制步骤，使用相对于所述指令生成步骤输出的位置指令值与所述对象物的目标位置的位置偏差的比例控制驱动所述电动机，并且在所述对象物到达目标位置附近时将所述比例控制的比例控制增益变更为大于当前值的值，
在所述指令生成步骤中，相对于所述生成的加速度图形进行使所述电动机的驱动速度减速的期间延长比所述电动机的响应延迟长的时间的变更，且所述指令生成步骤中算出的速度具有为负的区域，
所述控制步骤包括：
检测所述对象物的位置的位置检测步骤；
在所述位置检测部检测出的位置与所述目标位置的差值小于预先确定的阈值时驱动所述电动机的切换控制步骤。
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