CN106886229A - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电动机控制装置，其包括：第一位置检测部，其检测可动部的位置；第二位置检测部，其检测被驱动部的位置；偏差计算部，其计算由第一位置检测部检测出的第一位置检测值与由第二位置检测部检测出的第二位置检测值之间的偏差；保持部，其将判定为可动部已与被驱动部卡合时的偏差保持为初始偏差；加速度计算部，其基于位置指令来计算加速度指令；校正增益计算部，其基于加速度指令来计算校正增益；以及校正量计算部，其使用校正增益来计算反向间隙校正量。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及一种对由电动机驱动的可动部与由该可动部驱动的被驱动部之间的反向间隙进行校正的电动机控制装置。
背景技术
机床、产业机械中的进给轴以及产业用机器人的臂等的轴(机械可动部)与伺服电动机相连结。伺服电动机的旋转通过滚珠丝杠等而被变换为工作台等的直线运动，或者伺服电动机的传导速度通过减速机而被减速。
有时在这些滚珠丝杠或减速机中正方向上的向某个位置的停止位置与负方向上的向该位置的停止位置之间存在差。一般来说，这种差被称为反向间隙(backlash)，是使位置精度下降的原因。
图3A～图3C是用于说明反向间隙的图。在图3A中，示出了通过未图示的电动机而移动的可动部WA以及由可动部WA驱动的被驱动部WB。可动部WA在其两端具有突出部A1、A2，被驱动部WB在其中央具有突起部B。因而，例如当可动部WA向右方移动时，可动部WA的一方的突出部A1的内侧端与被驱动部WB的突起部B的一端卡合。由此，可动部WA和被驱动部WB一体地向右方移动。
另外，当电动机反转时，可动部WA的速度也反转从而可动部WA变为从右方向左方移动(图3B)。然后，如图3C所示，当可动部WA的另一方的突出部A2的内侧端与被驱动部WB的突起部B的另一端卡合时，可动部WA和被驱动部WB一体地向左方移动。
在这样反转时，可动部WA在与被驱动部WB卡合之前需要移动被称为反向间隙的规定的移动量。在图3A和图3C中示出了长度为L的反向间隙，反向间隙可能成为使位置精度下降的原因。
因此，进行着以下处理：制作对反向间隙的校正量，在反转时将该校正量加到电动机的位置指令中。在日本特开2014-054001号公报中，基于可动部与被驱动部之间的当前的位置偏差、以及可动部与被驱动部卡合时的可动部与被驱动部之间的位置偏差来计算反向间隙校正量。
发明内容
然而，在如前述那样可动部WA反转时，有时可动部WA的速度反转所要的时间根据要加工的工件等而不同。特别是，在沿圆弧状路径对工件进行加工的情况下，速度反转所要的时间还根据圆弧状路径的半径和沿圆弧状路径移动的速度而变化。
在以往技术、例如日本特开2014-054001号公报中，不考虑速度反转所要的时间地计算反向间隙校正量。因此，在以往技术中，可能产生根据工件、特别是工件的加工路径而无法得到适当的反向间隙校正量的情形。
本发明是鉴于这种问题而完成的，目的在于提供一种能够计算考虑了速度反转所要的时间的反向间隙校正量的电动机控制装置。
为了达成前述的目的，根据第一发明，提供一种电动机控制装置，对由电动机驱动的可动部与由该可动部驱动的被驱动部之间的反向间隙进行校正，在该电动机控制装置中具备：位置指令制作部，其制作所述被驱动部的位置指令；第一位置检测部，其检测所述可动部的位置；第二位置检测部，其检测所述被驱动部的位置；偏差计算部，其计算由所述第一位置检测部检测出的第一位置检测值与由所述第二位置检测部检测出的第二位置检测值之间的偏差；保持部，其将所述可动部与所述被驱动部卡合时由所述偏差计算部计算出的所述偏差保持为初始偏差；加速度计算部，其基于所述位置指令来计算加速度指令；校正增益计算部，其基于由所述加速度计算部计算出的所述加速度指令来计算校正增益；以及校正量计算部，其对由所述保持部保持的所述初始偏差与由所述偏差计算部计算出的所述偏差之间的偏差乘以由所述校正增益计算部计算出的校正增益，来计算用于校正所述反向间隙的反向间隙校正量。
根据第二发明，在第一发明中，所述校正增益计算部以使所述校正增益与所述加速度指令的开方成比例的方式计算所述校正增益。
根据第三发明，在第一发明或第二发明中，所述校正量计算部设定根据所述加速度指令确定的所述反向间隙校正量的上限值。
根据附图所示的本发明的典型的实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征和优点以及其它目的、特征和优点应当会更加明确。
附图说明
图1是基于本发明的电动机控制装置的功能框图。
图2是表示本发明的电动机控制装置的动作的流程图。
图3A是用于说明反向间隙的第一图。
图3B是用于说明反向间隙的第二图。
图3C是用于说明反向间隙的第三图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明的实施方式。在下面的附图中对相同的构件标注相同的参照标记。为了易于理解，这些附图适当变更了比例尺。
图1是基于本发明的第一实施方式的电动机控制装置的功能框图。如图1所示，具备突出部A1、A2的可动部WA借助螺纹而安装于电动机M的输出轴。而且，具备突起部B的被驱动部WB配置为能够与可动部WA卡合。
如参照图3A进行了说明的那样，在可动部WA与被驱动部WB之间存在长度为L的反向间隙。利用三维测定器等来测定可动部WA的移动距离，将测定出的可动部WA的移动距离与电动机M的移动量进行比较来测定其差，由此求出反向间隙。或者，也可以通过测定在沿圆弧状路径移动时象限切换时所产生的、所谓的象限突起来求出反向间隙。
如图1所示，对可动部WA的位置进行检测的第一位置检测部11、例如编码器安装于电动机M。该第一位置检测部11还能够利用公知的方法来检测可动部WA的速度。并且，对被驱动部WB的位置进行检测的第二位置检测部12、例如标尺与被驱动部WB相邻配置。
电动机控制装置10主要包括：位置指令制作部20，其周期性地制作可动部WA的位置指令值CP；速度指令制作部24，其制作可动部WA的速度指令；以及转矩指令制作部36，其制作电动机M的转矩指令。此外，加速度指令制作部26根据位置指令制作部20的位置指令值CP来直接地制作加速度指令。
并且，电动机控制装置10包括偏差计算部31，该偏差计算部31计算由第一位置检测部11检测出的第一位置检测值DP1与由第二位置检测部12检测出的第二位置检测值DP2之间的偏差ΔP。另外，电动机控制装置10包括判定部32，该判定部32判定在使可动部WA从任意的初始位置向第一驱动方向以及向与该第一驱动方向相反的第二驱动方向移动时可动部WA是否已与被驱动部WB卡合。
并且，电动机控制装置10包括保持部33，该保持部33将在由判定部32判定为可动部WA已与被驱动部WB卡合时由偏差计算部31计算出的偏差ΔP与第一驱动方向或第二驱动方向相关联地保持为初始偏差ΔP0。此外，保持部33还能够保持速度等其它要素。并且，电动机控制装置10包括校正量计算部34，该校正量计算部34计算用于消除反向间隙的反向间隙校正量。并且，电动机控制装置10包括校正增益计算部35，该校正增益计算部35基于由加速度计算部26计算出的加速度指令来计算校正增益。
图2是表示本发明的电动机控制装置的动作的流程图。图2所示的内容是按规定的控制周期重复进行的。下面参照图1和图2来说明本发明的电动机控制装置的动作。
首先，在图2的步骤S11中，位置指令制作部20制作位置指令值CP。接着，在步骤S12、S13中，第一位置检测部11和第二位置检测部12分别检测可动部WA的第一位置检测值DP1和被驱动部WB的第二位置检测值DP2。
如图1所示，利用减法器21从由位置指令制作部20制作的位置指令值CP减去由第一位置检测部11检测出的第一位置检测值DP1，来制作第一位置偏差ΔP1。此外，根据图1可知，第一位置检测值DP1被乘以变换系数30。
并且，利用减法器27从位置指令值CP减去由第二位置检测部12检测出的第二位置检测值DP2来制作第二位置偏差ΔP2。在减法器28中，从第二位置偏差ΔP2减去第一位置偏差ΔP1，所得到的值经过低通滤波器29后输入到加法器23。在此，使用低通滤波器29的理由为：在位置偏差的变化大时，以来自第一位置检测部的位置检测值来对位置进行控制，由此稳定地使可动部移动，在位置偏差的变化小时，以来自第二位置检测部的位置检测值来对位置进行控制，由此来提高被驱动部的位置的精度。
通过加法器23进行相加的第一位置偏差ΔP1和第二位置偏差ΔP2被输入到速度指令制作部24，来制作速度指令值CV。并且，在减法器25中，从速度指令值CV减去速度检测值DV，来计算速度偏差ΔV，其中，速度检测值DV是通过将由第一位置检测部11检测出的第一位置检测值输入到速度运算器37而运算得到的。接着，转矩指令制作部36基于速度偏差ΔV来制作转矩指令值，并将转矩指令值输入到电动机M。
根据图1可知，在本发明中，从第二位置偏差ΔP2减去第一位置偏差ΔP1而得到的值被输入到偏差计算部31。在该值中，实质上排除了位置指令值CP。因而，偏差计算部31能够容易地计算第一位置检测值DP1与第二位置检测值DP2之间的偏差ΔP(步骤S14)。或者，也可以将第一位置偏差ΔP1和第二位置偏差ΔP2直接输入到偏差计算部31来制作偏差ΔP。
之后，如步骤S15所示，判定部32判定可动部WA与被驱动部WB是否已卡合。判定部32的动作是公知的，因此省略详细的说明。判定部32的动作例如在日本特开2014-054001号公报中有所记载。
在判定为可动部WA已与被驱动部WB卡合的情况下，进入到步骤S16。在步骤S16中，保持部33将可动部WA与被驱动部WB卡合时由偏差计算部31计算出的偏差保持为初始偏差。此外，在未判定为可动部WA已与被驱动部WB卡合的情况下，跳过步骤S16的处理。
接着，在步骤S17中，加速度指令制作部26基于位置指令值CP来制作加速度指令。然后，加速度指令被输入到校正增益计算部35。此外，也可以在对加速度指令乘以规定的系数之后将所得到的值输入到校正增益计算部35。
接着，在步骤S18中，校正增益计算部35基于加速度指令来计算校正增益。在此，一般来说可动部WA的速度反转所要的时间短，因此能够视为在速度反转所要的时间内可动部WA的加速度固定。
因而，通过以下的式(1)来表示可动部WA在速度反转所要的时间t内以加速度a移动时的距离x。
而且，如果设该距离x为图3A所示的反向间隙的长度L，则通过以下的式(2)来表示速度反转所要的时间t。
也就是说，速度反转所要的时间t与加速度的开方成反比。因而，在步骤S18中，校正增益计算部35如以下的式(3)所表示的那样来计算与加速度的开方成比例的校正增益K。
接着，在步骤S19中，校正量计算部34计算用于校正反向间隙的反向间隙校正量。具体地说，通过偏差计算部31计算当前的偏差，进而计算当前的偏差与保持部33所保持的初始偏差之间的偏差。接着，对该偏差乘以由校正增益计算部35计算出的校正增益，来计算反向间隙校正量。
具体地说，通过以下的式(4)来表示反向间隙校正量。
(间隙校正量)＝((初始偏差)-(当前偏差))×K (4)
然后，在步骤S20中，考虑反向间隙校正量。在此，参照图1，在加法器22中将由校正量计算部34制作的反向间隙校正量加到第一位置偏差ΔP1中。然后，相加得到的值经过加法器23供给到速度指令制作部24，来制作速度指令值CV，最终在转矩指令制作部36中制作转矩指令值。由此，对电动机M进行控制(步骤S21)。
这样，在本发明中，基于加速度指令来计算校正增益。在加速度指令与反转所要的时间之间存在式(2)所示的关系，因此在本发明中，能够考虑速度反转所要的时间来计算适当的反向间隙校正量。
在此，在沿圆弧状路径来对工件进行加工的情况下，速度反转所要的时间根据圆弧状路径的半径和沿圆弧状路径的移动速度等而变化。在本发明中，考虑了速度反转所要的时间，因此可知即使在沿圆弧状路径来对工件进行加工的情况下，也能够计算适当的反向间隙校正量。此外，在沿圆弧状路径对工件进行加工的情况下，需要利用两台以上的电动机M来使工件或工具移动。因而，在该情况下，针对各电动机制作位置指令CP，按各电动机来计算校正增益和反向间隙校正量。
另外，校正量计算部34所制作的反向间隙校正量不会比反向间隙的长度L大。因而，优选的是，在即使校正量计算部34制作出比反向间隙的长度L大的反向间隙校正量的情况下，校正量计算部34将所制作的反向间隙校正量限制为反向间隙的长度L以下的值。由此，能够防止计算出异常大的反向间隙校正量。
发明的效果
在加速度指令与反转所要的时间之间存在规定的关系，而在第一发明中，基于加速度指令来计算校正增益。因而，考虑了速度反转所要的时间地计算适当的反向间隙校正量。因此，即使在沿圆弧状路径对工件进行加工的情况下，也能够计算适当的反向间隙校正量。
在第二发明中，能够以简单的结构来计算更加适当的反向间隙校正量。
在第三发明中，上限值例如与反向间隙长相当。在该情况下，反向间隙校正量不会变得大到反向间隙长以上。通过将反向间隙校正量限制为反向间隙长以下的值，能够防止计算出异常大的反向间隙校正量。
使用典型的实施方式来对本发明进行了说明，但是本领域技术人员应当能够理解，能够不脱离本发明的范围地进行前述的变更以及各种其它变更、省略、追加。

Claims (3)

1.一种电动机控制装置，对由电动机驱动的可动部与由该可动部驱动的被驱动部之间的反向间隙进行校正，在该电动机控制装置中具备：
位置指令制作部，其制作所述被驱动部的位置指令；
第一位置检测部，其检测所述可动部的位置；
第二位置检测部，其检测所述被驱动部的位置；
偏差计算部，其计算由所述第一位置检测部检测出的第一位置检测值与由所述第二位置检测部检测出的第二位置检测值之间的偏差；
保持部，其将所述可动部与所述被驱动部卡合时由所述偏差计算部计算出的所述偏差保持为初始偏差；
加速度计算部，其基于所述位置指令来计算加速度指令；
校正增益计算部，其基于由所述加速度计算部计算出的所述加速度指令来计算校正增益；以及
校正量计算部，其对由所述保持部保持的所述初始偏差与由所述偏差计算部计算出的所述偏差之间的偏差乘以由所述校正增益计算部计算出的校正增益，来计算用于校正所述反向间隙的反向间隙校正量。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述校正增益计算部以使所述校正增益与所述加速度指令的开方成比例的方式计算所述校正增益。
3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述校正量计算部设定根据所述加速度指令确定的所述反向间隙校正量的上限值。
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