CN107534411A - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

电动机控制装置的控制部(22)具有：位置指令生成部(101)，其生成位置指令；位置控制部(110)，其以使检测位置追随位置指令的方式输出第1速度指令(111)；压力指令生成部(122)，其生成压力指令；压力控制部(120)，其以使检测出的压力或力追随压力指令的方式输出第2速度指令(121)；速度指令选择部(130)，其选择蠕变速度、第1速度指令(111)、以及第2速度指令(121)中的某一者，作为应该由电动机进行动作的速度指令而进行输出；以及速度控制部(140)，其输出电流指令，该电流指令以使电动机的速度追随由速度指令选择部(130)输出的速度指令的方式，将电流供给至电动机，速度指令选择部(130)在选择了第1速度指令(111)之后，在第1速度指令(111)变得低于蠕变速度的定时，选择第2速度指令(121)或蠕变速度。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及一种电动机控制装置。
背景技术
在诸如使用于半导体制造工序的键合装置、进行冲压成型或粉体成型的各种成型机等工业机械中，使作为由电动机驱动的机械负载的加压头一边对作为加压对象物的工件施加力，一边进行加工。在这里，在键合装置中，电子基板、薄膜、IC芯片、半导体封装件、或者晶片相当于工件，在成型机中，进行成型的金属、模具内的粉体、或者树脂相当于工件。键合装置或成型机在加压头或对加压头进行驱动的机构中，安装对力或压力进行检测的以测力计为代表的传感器，对电动机的动作进行控制，以使得对各种工件施加的力或压力成为希望的值。该电动机是用于对加压头进行驱动的电动机。
上述工业机械最初使加压头位于在非接触的状态下与工件分离的位置，进行进给动作以使该加压头向工件接近。如果加压头即将与工件接触，则随后，上述工业机械基于由对力或压力进行检测的传感器检测出的信号而进行加压动作。因而，在上述工业机械中，需要通过适当的方法从进给动作向加压动作进行切换的控制。另外，在该切换时，会发生冲击或振动，对于包含加压头的机械和工件而言当然是不优选的。
在专利文献1、2中公开了一边如上所述从进给动作向加压动作进行切换、一边对电动机的动作进行控制的技术。在专利文献1中公开了如下技术，即，在通过位置控制进行了进给动作之后，对扭矩指令与压力传感器值之比进行计算，在该比稳定为固定值的时间点，将控制切换至压力控制器。在专利文献2中公开了如下技术，即，在将注塑成型机的注塑螺杆作为被驱动体时，对被驱动体相对于目标位置的位置偏差进行检测，对基于位置偏差的第1速度指令进行计算，产生与被驱动体的目标速度相对应的第2速度指令。并且，在专利文献2中公开了如下技术，即，对注塑压力偏差实施比例积分(Proportinal Integral：PI)补偿处理而生成第3速度指令，将第1速度指令、第2速度指令、以及第3速度指令之中的最小的速度指令值设为用于对电动机进行驱动的速度指令。
专利文献1：日本特开2007-82279号公报
专利文献2：日本特开2005-178285号公报
发明内容
然而，在专利文献1公开的技术中存在如下问题。使用电动机进行驱动的加压机构需要从与工件非接触的状态向与工件接触的状态进行切换。由于该切换的瞬间为非稳定的状态，因此扭矩指令值与压力传感器值之比变得不固定，向加压动作进行切换的定时会发生延迟，其结果，存在对工件作用了并不优选的力或压力这样的问题。并且，由于在与工件接触的瞬间执行基于位置控制器的控制，因此根据向位置控制器输入的指令值的条件，有时在与工件接触的瞬间加压机构会猛烈地碰撞工件。由此，存在有可能损伤工件或加压头这样的问题。
另外，在专利文献2公开的技术中，由于从第1速度指令、第2速度指令以及第3速度指令之中选择最小的值，因此加压头的动作会整体性地变慢。由此，直至加压头到达至工件为止的时间变长，存在进行加压加工的机械装置的生产性降低这样的问题。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种电动机控制装置，该电动机控制装置缩短直至加压头接近工件为止的动作即进给动作的时间，并且能够实现从进给动作向加压动作的无冲击的切换动作。
为了解决上述课题、实现目的，本发明的电动机控制装置对具有编码器的电动机进行控制，该电动机控制装置具有：位置指令生成部，其生成位置指令，该位置指令是使得由电动机驱动的机械负载向加压对象物接近、且机械负载的最终位置成为加压对象物的一定距离前的指令值；以及位置控制部，其以使由编码器检测出的电动机的位置追随位置指令的方式输出第1速度指令。本发明的电动机控制装置具有：压力指令生成部，其生成应该对加压对象物施加的压力或力的指令值即压力指令；以及压力控制部，其在机械负载被按压于加压对象物时，以使由机械负载检测出的压力或力追随压力指令的方式输出第2速度指令。本发明的电动机控制装置具有：速度指令选择部，其选择第1速度指令、第2速度指令、以及对在机械负载与加压对象物接触时的电动机的速度的上限进行规定的蠕变速度中的某一者，作为应该由电动机进行动作的速度指令而进行输出；以及速度控制部，其输出电流指令，该电流指令以使电动机的速度追随由速度指令选择部输出的速度指令的方式将电流供给至电动机。特征在于，速度指令选择部在选择了第1速度指令之后，在第1速度指令变得低于蠕变速度的定时以后，选择所述第2速度指令或所述蠕变速度中的较小的值。
发明的效果
根据本发明，取得下述效果，即，缩短直至加压头接近工件为止的动作即进给动作的时间，并且能够实现从进给动作向加压动作的无冲击的切换动作。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的电动机控制装置的结构、电动机、加压头以及工件的图。
图2是表示用于向图1所示的动作信息设定部输入各种信息的画面显示例的图。
图3是图1所示的控制部的功能框图。
图4是表示由图3所示的位置指令生成部生成的位置指令和对位置指令进行微分得到的指令速度的一个例子的图。
图5是表示图3所示的位置控制部的结构例的图。
图6是表示图3所示的压力控制部的结构例的图。
图7是说明本发明的实施方式1涉及的电动机控制装置的动作的流程图。
图8是表示由本发明的实施方式1涉及的电动机控制装置计算出的速度指令和压力的图。
图9是表示本发明的实施方式2涉及的电动机控制装置所具有的位置控制部的结构例的图。
图10是表示本发明的实施方式3涉及的电动机控制装置所具有的压力控制部的结构例的图。
图11是说明本发明的实施方式3涉及的电动机控制装置的动作的流程图。
图12是表示图10所示的压力控制部的变形例的图。
图13是本发明的实施方式1至3涉及的电动机控制装置的硬件结构图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式涉及的电动机控制装置进行详细说明。此外，本发明并不限定于这些实施方式。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1涉及的电动机控制装置的结构、电动机、加压头以及工件的图。电动机1为本实施方式1涉及的电动机控制装置20的控制对象，由从电动机控制装置20供给的电流11进行驱动，是用于使加压头5进行动作的驱动源。加压头5是由电动机1进行驱动的机械负载。工件6设置于工作台8，是通过由加压头5接触并进行加压而被加工的加压对象物。
在电动机1安装的编码器2对电动机1的旋转位置以及电动机1的旋转速度进行检测，将检测出的位置作为位置反馈信号2A进行输出，将检测出的旋转速度作为速度反馈信号2B进行输出。在电动机1的旋转轴1A设置有用于将电动机1的旋转运动变换为平移运动的机械驱动部即滚珠丝杆3。电动机1及滚珠丝杆3通过联轴器4而结合。加压头5与滚珠丝杆3进行接合，加压头5向纸面下方进行移动，与工件6进行接触，由此实现工件6的加压加工。
加压头5最初位于与工件6相距一定距离的位置，在加压头5执行了向工件6接近的进给动作之后，通过对工件6施加压力而实现工件6的加压加工。在图1所示的1个工件6的加压加工结束之后，向下一个进行加工的未图示的工件6进行更换时，需要先使加压头5从工件6退避。因此在对工件6进行加压加工时，加压头5位于与工件6相距一定距离的位置，需要使加压头5从该位置起进行动作而执行工件6的加压加工。
在加压头5安装有负载检测传感器7，该负载检测传感器7对力或压力进行检测，将检测出的力或压力作为压力反馈信号12而进行输出。作为负载检测传感器7，能够例示出测力计(load cell)。测力计是对力进行检测的传感器，但如果利用将检测出的力除以加压头5的剖面积所得的值，则也能够视作为对压力进行检测的器件。
电动机控制装置20具有动作信息设定部21，在动作信息设定部21中输入诸如压力信息21A、移动量信息21B以及蠕变速度信息21C等各种信息。压力信息21A是应该对工件6施加的压力或力的信息。移动量信息21B是加压头5在开始动作之后移动至即将与工件6接触的近前的位置所需的移动量。蠕变速度信息21C是对在加压头5与工件6接触时的速度的上限进行规定的蠕变速度(creep speed)。在下面的说明中，有时将输入至动作信息设定部21的移动量信息21B及蠕变速度信息21C简称为移动量及蠕变速度。
在这里，在加压头5开始动作之后将加压头5移动至即将与工件6接触的近前的位置、即工件6的一定距离前的位置所需的移动量表示下述移动量，即，加压头5从初始位置开始进给动作而移动至即将与工件6接触的近前的位置所需的移动量。该移动量能够根据工件6的厚度和加压头5初始存在的位置而容易地进行设定。另外，蠕变速度通常设定为即使与工件6碰撞也不会出现问题的小值的速度。
图2是表示用于向图1所示的动作信息设定部输入各种信息的画面显示例的图。在图2中，示出在设置于电动机控制装置20的显示器中显示的加工动作的设定项目的一个例子。作为设定项目，能够例示出“对工件施加的压力”、“移动至工件近前所需的移动量”以及“蠕变速度”。通过由用户在显示器之上向这些设定项目输入数值，由此压力信息21A、移动量信息21B以及蠕变速度信息21C被输入至图1所示的动作信息设定部21。如上所述，在动作信息设定部21中，至少将这3类信息以某种形式进行输入。
此外，关于向动作信息设定部21输入各种信息的方法，除了使用如图2所示显示器进行的输入以外，也可以为如下结构，即，在电动机控制装置20内的存储器中预存储有将上述各种信息与各工件6相关联的表格信息，如果用户选择了加工对象的工件6，则从预存储的表格信息读出与工件6相关联的信息，将该信息作为图1所示的压力信息21A、移动量信息21B以及蠕变速度信息21C而进行利用。另外，关于应该对工件6进行施加的压力或力的信息即压力信息21A，可以不是单一的数值，而是根据工件6，为诸如希望进行加压的压力或力的时间曲线等形式的信息。
图1所示的电动机控制装置20内的控制部22基于输入至动作信息设定部21的各种信息、从编码器2输出的位置反馈信号2A、从编码器2输出的速度反馈信号2B、以及从负载检测传感器7输出的压力反馈信号12，对供给至电动机1的电流11进行控制。通过对供给至电动机1的电流11进行控制，由此实现加压头5的进给动作和加压动作。
下面，对实现加压头5的进给动作和加压动作的控制部2进行详细说明。
图3是图1所示的控制部的功能框图。控制部22具有：位置指令生成部101，其在判断为加压动作时序被启动时，基于将加压头5移动至工件6的近前位置所需的移动量，生成用于进行进给动作的位置指令102；以及位置控制部110，其输出第1速度指令111，该第1速度指令111是为了使位置反馈信号2A追随位置指令102而应该由电动机1进行动作的速度。
由位置指令生成部101生成的位置指令102是使得加压头5的最终位置成为不与工件6接触的近前位置的指令。位置指令生成部101基于在位置指令生成部101中设定的速度目标值、加速时间或者减速时间，生成位置指令，另外生成对该位置指令进行微分得到的梯形形状或者三角形状的速度指令。在这里，作为上述的速度目标值，如果设定电动机1的最大速度或额定速度，甚至设定加压头5可进行动作的最大速度，则成为对于缩短进给动作的动作时间而言特别优选的动作模式。
图4是表示由图3所示的位置指令生成部生成的位置指令和对位置指令进行微分得到的指令速度的一个例子的图。图4(A)的纵轴为位置指令，横轴为时间。在图4(A)中，示出开始进给动作之前的加压头5的位置即初始位置、在开始进给动作之后的与工件6相距一定距离的位置处的加压头5的位置即工件近前位置、以及加压头5从初始位置移动至工件近前位置为止的移动量d。在图4(A)中，将图1的控制部22接收启动信号23而电动机1启动的时间设为0。
图4(B)的纵轴为位置指令的时间微分即指令速度，横轴为时间。在图4(B)中，示出指令速度为梯形形状的情况下的例子。此外，指令速度不限于梯形形状，也可以为S字加减速模式的形状，如果是在从停止状态进行了加速动作之后进行减速动作而再次成为停止状态的模式，则可以为任意形状。在图4(B)中，由梯形形状的指令速度和时间轴包围的部分的面积相当于加压头5从初始位置移动至工件近前位置为止的移动量d。在图4(B)中，将图1的控制部22接收启动信号23而电动机启动的时间设为0。
图5是表示图3所示的位置控制部的结构例的图。关于位置控制部110的控制例，能够例示出对位置指令102与位置反馈信号2A的差值乘以增益Kx而输出第1速度指令111的比例(Proportinal：P)控制。
另外，图3所示的控制部22具有压力指令生成部122，该压力指令生成部122基于压力信息21A，生成成为用于进行压力控制的参照信号的压力指令123。压力指令生成部122在应该对工件6施加的压力信息21A为单一的数值的情况下，生成以应该对工件6施加的压力值为大小的阶跃信号，以作为压力指令123。在将压力信息21A作为时间曲线进行输入的情况下，压力指令生成部122生成在加压开始时间及其以后取得该时间曲线的压力指令123。
另外，图3所示的控制部22具有输出第2速度指令121的压力控制部120，该第2速度指令121是为了使位置反馈信号12追随应该对工件6进行施加的压力指令123而应该由电动机1进行动作的速度。
图6是表示图3所示的压力控制部的结构例的图。关于压力控制部120的控制例，能够例示出如图6所示对压力指令123与压力反馈信号12的差值乘以增益Ka而输出第2速度指令121的P控制。在这里，增益Ka以在一定程度上确保作为压力控制的控制性能的方式而设定为适当的值，以使得在进行加压动作时不发生过冲或者振动。此外，压力控制部120在从接收到图1所示的启动信号23开始至加压动作结束为止进行压力控制的运算，对第2速度指令121进行计算。
另外，图3所示的控制部22具有速度指令选择部130。速度指令选择部130在从接收到图1所示的启动信号23开始至加压动作结束为止，执行对第1速度指令111、蠕变速度信息21C以及第2速度指令121中的某一者进行选择的处理，选择应该提供给电动机1的速度，作为速度指令131进行输出。速度指令选择部130的详细动作在后面叙述。
另外，图3所示的控制部22具有输出电流指令141的速度控制部140，该电流指令141是为了使速度反馈信号2B追随速度指令131而在电动机1中流动的电流11的参照信号。速度控制部140的结构例如下所述。即，速度控制部140通过对速度指令131与速度反馈信号2B的差值进行PI控制而输出电流指令141。此外，速度控制部140中的控制不限于PI控制，也可以为比例积分微分(Proportinal Integral Differential：PID)控制。
另外，图3所示的控制部22具有将按照电流指令141所示的电流11向电动机1进行供给的电流控制部150。电流控制部150的结构例如下所述。即，电流控制部150具有将交流电源变换为直流电源的转换器电路、或者将直流电源变换为希望的交流电压指令的逆变器电路，通过进行PWM控制，由此对电动机1施加电压，以追随电流指令141的方式而对电流11进行供给。
图7是说明本发明的实施方式1涉及的电动机控制装置的动作的流程图，在图7中，对图3所示的控制部22内的特别是速度指令选择部130的处理进行详细说明。图7所示的处理是假设每隔固定的控制采样周期被执行而进行了记载。
在S1中，控制部22从动作信息设定部21读取对工件6施加的压力信息21A、将加压头5移动至工件6的近前位置所需的移动量信息21B、以及蠕变速度信息21C。
在S2中，控制部22判断是否输入了启动信号23。在未输入启动信号23的情况下(S2，No)，再次进行S2的处理，判断是否输入了启动信号23。在输入了启动信号23的情况下(S2，Yes)，控制部22进行S3的处理。
在S3中，位置指令生成部101按照在S1中提供的移动量对用于使加压头5移动的位置指令102进行计算。即，位置指令生成部101对各采样周期中的定位用位置指令值进行计算。具体的位置指令102的例子如图4中所述。
在S4中，位置控制部110基于位置指令102和位置反馈信号2A，对第1速度指令111进行计算。
在S5中，压力控制部120对用于使压力反馈信号12追随压力指令123的速度指令即第2速度指令121进行计算。
在S6中，速度指令选择部130判定减速动作是否已经开始。关于是否开始了减速动作的判定的具体的方法，能够例示出通过指令速度是否比前一个采样时间小而进行判定的方法。
在S6中减速动作尚未开始的情况下(S6，No)，在S7中速度指令选择部130将第1速度指令111作为速度指令131进行输出。
如果S7的处理结束，则控制部22在下一个控制采样周期中，再次执行S3及其以后的处理。
在S6中减速动作已经开始的情况下(S6，Yes)，速度指令选择部130进行S8的处理。在S8中，速度指令选择部130对第1速度指令111和蠕变速度进行比较，在第1速度指令111大于蠕变速度的情况下(S8，Yes)，进行S7的处理。在S7中，如上所述地选择第1速度指令111。
在S8中第1速度指令111小于蠕变速度的情况下(S8，No)，速度指令选择部130进行S9的处理。
在S9中进行位置控制跟踪处理。位置控制跟踪处理是进行如下处理，即，在速度指令选择部130选择蠕变速度或者第2速度指令121的期间由位置控制部110将位置指令102改写为当前的位置反馈信号2A的值。
在S10中，速度指令选择部130对第2速度指令121和蠕变速度进行比较。在蠕变速度小于第2速度指令121的情况下(S10，Yes)，速度指令选择部130进行S11的处理。在S11中，速度指令选择部130将蠕变速度作为速度指令131进行输出。
在S10中蠕变速度超过第2速度指令121的情况下(S10，No)，即在第2速度指令121小于蠕变速度的情况下，速度指令选择部130进行S12的处理。在S12中，速度指令选择部130将第2速度指令121作为速度指令131进行输出。
完成了S11或S12的处理后的控制部22进行S13的处理。在S13中，控制部22判定加压动作是否已结束。作为判定加压动作是否已结束的方法，能够例示出如下方法，即，判定是否对工件6持续施加了固定时间的固定的压力、即固定的压力信号是否持续了固定时间。
在S12中加压加工尚未结束的情况下(S13，No)，控制部22在下一个控制采样周期中再次执行S9及其以后的处理。在S12中加压加工已结束的情况下(S13，Yes)，一系列进给动作和进给动作结束。
下面，对实施方式1的效果进行说明。
图8是表示由本发明的实施方式1涉及的电动机控制装置计算出的速度指令和压力的图。在图8(A)中示出由电动机控制装置计算出的各种速度指令的波形。图8(A)的纵轴为速度指令，横轴为时间。在图8(B)中示出压力的波形。图8(B)的纵轴为压力，横轴为时间。在图8(A)、(B)中，将图1的控制部22接收到启动信号23的定时设为0。
图8(A)所示的A至D的线如下所述。
(1)单点划线的A表示图3所示的第1速度指令111，下面称为指令A。
(2)虚线的B表示图3所示的蠕变速度信息21C，下面称为速度B。
(3)双点划线的C表示图3所示的第2速度指令121，下面称为指令C。
(4)实线的D表示由图3所示的速度指令选择部130在各时间选择的速度指令131，下面称为指令D。
图8(B)所示的虚线的E为目标压力，表示图3所示的压力指令123。另外，图8(B)所示的实线的F表示图3所示的压力反馈信号12，下面称为信号F。
在图8中，时刻t1表示在减速动作中指令A变得比速度B小的时间，时刻t2表示加压头与工件接触而压力开始变大的时刻，时刻t3表示指令C变得比速度B小的时刻，时刻t4表示压力到达至目标压力的时间。
接收到启动信号23后的控制部22在图7所示的S3至S4中，对第1速度指令111进行计算。如果位置控制部110中的对位置指令102的追随性充分高，则视为对位置指令进行时间微分得到的指令速度和第1速度指令111相等，在图8中第1速度指令111图示为几乎与指令速度相等。
图8的由指令A和时间轴包围的部分相当于加压头5移动至工件6的近前位置所需的移动量。指令A在接收到启动信号23的定时开始加速，然后在短暂地维持固定速度之后，开始减速。在加速或固定速度时，通过图7的S6、S7的处理，从而速度指令选择部130无论速度B及指令C的大小如何，都选择指令A作为指令D。另外，关于指令A，即使在减速中，在通过图7的S7、S8的处理而指令A比速度B大的情况下，速度指令选择部130也会选择指令A。
并且，在图8中从时刻t1至时刻t3为止，指令A处于减速中，且指令A小于或等于速度B。此时，通过图7所示的S10、S11的处理，在速度指令选择部130中，选择比指令C小的速度B作为指令D。在这里，由于指令A执行向工件6的近前位置的定位动作，因此在时刻t1时加压头5未与工件6接触。直至该时刻t1为止，以一定追随所决定的时间曲线即指令A的方式，通过位置控制对电动机1进行控制，因此具有能够实现高速的进给动作的效果。
在短暂地利用速度B进行动作之后，加压头5与工件6接触。从接触的定时即时刻t2起，信号F开始变大。如果信号F变大而接近目标压力E，则压力指令与压力反馈的偏差变小。因此，通过基于压力偏差对指令C进行计算的压力控制部120的动作，从而指令C逐渐变小。
通过S10和S12的处理，指令C变得比速度B小，因此在时刻t3及其以后，在速度指令选择部130中作为速度指令131而选择指令C。
如上所述，在实施方式1涉及的电动机控制装置20中，在由电动机1驱动的加压头5向工件6接近的进给动作中，对电动机1的速度进行控制而成为使加压头5的移动速度追随位置指令的第1速度，在第1速度变得低于蠕变速度的定时及其以后，对电动机1的速度进行控制而成为使由负载检测传感器7检测出的压力或力追随压力指令的第2速度、或者蠕变速度中的较小一方的速度。这样，通过从加压头5未与工件6接触的状态，执行未与工件6接触、且位于近前位置的定位动作，由此进行向工件的进给动作。根据电动机控制装置20，加压头5被定位控制于即将与工件6接触的近前的位置，因此能够高速地进行进给动作，随之能够缩短与加工相关的节拍时间。
另外，在进行该进给动作的过程中，加压头5不与工件6接触，因此不会损伤工件6及加压头5。
另外，在加压头5与工件6接近至一定程度之后，即从所述定位动作的最后阶段即减速动作的中途，电动机控制装置20以速度B或者指令C中的较小的一方而进行动作。在与工件6接触的瞬间，加压头5以小于或等于速度B的速度与工件6进行接触，因此能够不对工件6造成冲击地转换至加压头5的加压动作。
另外，控制部22在时刻t1的定时，选择速度B及指令C中的较小的一方，以取代指令A。如果作为蠕变速度而设定为小的值，则存在速度B比指令C小的倾向。其结果，在时刻t1的时间点选择速度B，在时刻t1的时间点，指令D得以连续。并且，在时刻t1及其以后的时间，通过作为指令D而逐次选择速度B和指令C中的较小的一方，由此在时刻t3的时间点，指令D从速度B切换至指令C，因此在时刻t1及其以后指令D也得以连续。由此，在从进给动作开始至加压动作结束为止指令D是连续的，实现如图8所示的波形，能够平滑地进行一系列动作，而不会发生冲击及振动。
此外，在实施方式1涉及的电动机控制装置20中，为了实现进给动作和加压动作这一系列的动作，对第1速度指令111、蠕变速度信息21C以及第2速度指令121逐次进行切换，作为速度指令131而输入至速度控制部140。为了实现这样的动作，准备切换标志，按照切换标志的定时对第1速度指令111、蠕变速度信息21C以及第2速度指令121进行切换，并且还考虑到，通过利用以低通滤波器为代表的滤波器，防止在第1速度指令111、蠕变速度信息21C以及第2速度指令121的切换时发生的不连续性。
然而，这种方法由于使用滤波器而具有在位置控制循环和压力控制循环中插入低通滤波器的特性。由于低通滤波器在高频区域会使相位特性劣化，因此导致位置控制及压力控制的循环特性劣化，在位置及压力的响应中会发生诸如过冲及振动这样的问题。
与之相对地，在实施方式1涉及的电动机控制装置20中，无需使用滤波器进行切换，在适当的定时自动地对第1速度指令111、蠕变速度信息21C以及第2速度指令121直接切换而设为速度指令，因此在位置及压力的响应中不会发生诸如过冲及振动这样的问题。另外，为了实现由该进给动作和加压动作组成的一系列时序，使用实施方式1的电动机控制装置20的用户只要输入压力信息21A、移动量信息21B以及蠕变速度信息21C即可，设定的步骤少。
此外，如果加压动作结束，则为了对下一个工件6进行加工，需要使加压头5暂时退避。为了使加压头5返回至初始位置，需要进行从实施压力控制的状态切换至位置控制的处理。此时，在作为速度指令131而选择了第2速度指令121时，通常进行用于追随压力的动作，因此是产生了位置偏差的状态。在此时，如果将速度指令131从第2速度指令121切换至第1速度指令111，则由于所产生的位置偏差，从而会产生大的速度指令，由此导致有时在电动机1及机械的动作中发生冲击。
在图7的S9中，在进行进给动作及加压动作的中途，即作为速度指令131而选择了蠕变速度信息21C或第2速度指令121的期间，进行位置控制跟踪处理，由此使得不会产生位置偏差，还具有在执行使加压头5退避的动作时防止冲击的效果。
此外，在能够将图3的位置控制部110的增益设为充分大、且位置控制部110的追随特性充分高的情况下，第1速度指令111能够视为与如图4(B)所示的指令速度相等。在该情况下，在图7的S8中，执行对第1速度指令111和蠕变速度信息21C进行比较的处理，但控制部22也可以为如下结构，即，使用位置指令的时间微分即指令速度以取代第1速度指令111，对指令速度和蠕变速度信息21C进行比较。这样的结构也能够实现图8所示的动作，另外能够取得与上述效果相同的效果。
并且，在图3的位置控制部110的追随特性高，并且由于能够将图3的速度指令选择部130的增益设为充分大，因此速度指令选择部130的追随特性也充分高的情况下，进行进给动作的期间的速度指令131能够视为与第1速度指令111相等，并且视为与速度反馈信号2B相等。在该情况下，在图7的S8中，即便为使用速度反馈信号2B取代第1速度指令111而对速度反馈信号2B和蠕变速度信息21C进行比较的结构，也能够实现图8所示的动作，另外能够取得与上述效果相同的效果。另外，在图7的S7中即便使用取代第一速度指令的信号，图7的S7的处理也仍为速度指令＝第一速度指令。
此外，在实施方式1中，作为负载检测传感器7的输出，示出了使用压力反馈信号12的例子，但使用力反馈信号也能够实现相同的动作，并且能够取得相同的效果。此外，在使用力反馈信号的情况下，成为如下结构，即，压力指令123被置换为力指令信号，压力控制部120对力指令信号与力反馈信号的差值乘以增益，将第2速度指令121进行输出。这些在后面说明的其他实施方式中也是相同的。
实施方式2.
在实施方式1中，说明了基于位置指令102与位置反馈信号2A的差值而对第1速度指令111进行计算的例子，但使用其他位置控制也能够同样地进行实施。在实施方式2中对使用其他位置控制方式的实施例进行说明。下面，对与实施方式1相同部分标注相同标号，省略其说明，在这里仅对不同的部分进行叙述。
图9是表示本发明的实施方式2涉及的电动机控制装置所具有的位置控制部的结构例的图。图9所示的位置控制部110-2构成为兼用前馈控制进行位置控制。位置控制部110-2将在反馈速度指令2A1加上前馈速度指令252-1而得到的结果作为第1速度指令111进行输出，该反馈速度指令2A1是对位置指令102与位置反馈信号2A的偏差乘以增益要素Kx得出的信号，该前馈速度指令252-1是将通过微分处理251微分得出的位置指令102利用低通滤波器252进行处理后得出的。
在这里，在对前馈速度指令252-1进行计算时，使用了低通滤波器252，但前馈速度指令252-1是以不依赖于位置反馈信号2A的形式进行计算的。因此，前馈速度指令252-1不会使控制循环中的频率特性、特别是在高频域的相位特性劣化。
另外，当位置指令102在一定程度上平滑的情况下，位置控制部110-2也可以设为将由低通滤波器252进行的处理省略的结构。另外，前馈速度指令252-1是对位置指令102微分得出的运算结果，另外如果进行微分处理和低通滤波器处理得出的运算结果是等同的，则计算方法不限于上述方法，可以为任意方法。
在实施方式2中，通过在第1速度指令111加上前馈速度指令252-1，由此采取如前馈速度指令252-1被直接输入至速度控制部140这样的动作。因此，位置反馈信号2A对位置指令102的追随特性提高，能够在更短时间内实现向加压对象物的接近动作。
特别地，在如图5所示仅使用位置反馈信号2A对第1速度指令111进行计算的位置控制部110中，如果使增益Kx变大，则有时会发生电动机振荡。与之相对地，如图9所示，兼用了前馈速度指令252-1的位置控制部110-2能够对如上所述的问题的发生进行抑制。如果使用图9的位置控制部110-2，则采取如取得与前馈速度指令252-1相近的速度反馈信号这样的动作。在使用这种位置控制部110-2的情况下，也能够通过图7的流程图所示的处理而实现一系列的进给动作及加压动作。在该情况下，使用图9所示的前馈速度指令252-1和反馈速度指令2A1的合计值即第1速度指令111。另外，与实施方式1相同地，也可以使用位置指令的时间微分即指令速度、速度反馈信号，以取代图7所示的S8的第1速度指令111。
此外，在使用前馈速度指令252-1的情况下，在图7的S8中，在指令速度及速度反馈信号2B的基础上，还能够使用前馈速度指令252-1。第1速度指令111是依赖于位置反馈信号2A的信号，但前馈速度指令252-1是仅利用位置指令102而生成的，是不依赖于位置反馈信号2A或速度反馈信号2B而生成的。位置反馈信号2A是由图1所记载的编码器2检测出的信号，根据编码器2的特性及性能、设置编码器2的环境，有时会受到噪声的影响。如果在位置反馈信号2A中混入噪声，则第1速度指令111也会受到噪声的影响。在图7的S8中，如果使用这种第1速度指令111，则从蠕变速度信息21C或第1速度指令111中的较小的一方开始进行切换时的动作的定时会受到噪声的影响而微妙地发生偏移，由此导致速度指令变得不连续，有可能发生振动。
与之相对地，在图7的S8中使用前馈速度指令252-1取代第1速度指令的结构中，前馈速度指令252-1不会受到噪声的影响，因此切换时的动作定时不会发生偏移，由此速度指令不会变得不连续，具有不会发生冲击这样的效果。此外，在图7的S8中使用了指令速度的情况下，与前馈速度指令252-1相同地，不会受到由编码器2产生的噪声的影响，但由于与实际动作之间动作相近的是前馈速度指令252-1，因此在图7的S8中，通过使用前馈速度指令252-1，能够在更适合的定时实现动作的切换。
实施方式3.
在实施方式1中，说明了通过P控制而生成第2速度指令121的结构例，在实施方式3中对通过PI控制而生成第2速度指令121的结构例进行说明。下面，对与实施方式1相同部分标注相同标号，省略其说明，在这里仅对不同的部分进行叙述。
图10是表示本发明的实施方式3涉及的电动机控制装置所具有的压力控制部的结构例的图。图10所示的压力控制部120-3构成为通过PI控制而提高压力的响应性。在压力控制部120-3中，在积分器输入选择部302的开关在a侧时，压力指令123与压力反馈信号12的差值即压力偏差301被输入至积分器303。另外，在压力控制部120-3中，在积分器输入选择部302的开关在b侧时，0被输入至积分器303。此外，关于积分器输入选择部302在何时将开关设为a侧、在何时设为b侧，在后面叙述。
积分器303对所输入的信号进行积分处理。在这里，图中的s表示加法运算符，利用1/s表示积分动作。并且，压力控制部120-3对积分器303的输出乘以压力积分增益即Kai304，对积分控制输出305进行计算。压力控制部120-3对在该积分控制输出305加上压力偏差301得出的信号，乘以压力比例增益306即增益Ka，由此对第2速度指令121进行计算。
下面，对实施方式3涉及的电动机控制装置20的处理进行说明。
图11是说明本发明的实施方式3涉及的电动机控制装置的动作的流程图。图11所示的流程图包含与图7所示的流程图的处理相同的处理，实施方式3涉及的电动机控制装置的控制部22按照与图7所示的流程图基本相同的流程而进行处理。
与图7的流程图不同的部分如下所述。
(1)在S7中，在作为速度指令131而选择第1速度指令111之前，插入S20的处理，在S20中执行将压力控制部120-3的积分动作停止的处理。
(2)在S11中，在作为速度指令131而选择蠕变速度的处理之前，在S20中执行将压力控制部120-3的积分动作停止的处理。
(3)在S12中，在作为速度指令131而选择第2速度指令121之前，在S21中执行将压力控制部120-3的积分动作开启的处理。
在这里，将压力控制部120-3的积分动作停止表示如下处理，即，在图10的压力控制部120-3中，使积分器输入选择部302的开关处于b侧，将积分器303的输入设为0，将积分器303的动作设为无效。此外，即使将开关设为b侧，作为第2速度指令121，也会输出对压力指令123与压力反馈信号的差值乘以压力比例增益306即增益Ka得到的信号。另外，将压力控制部120-3的积分动作开启表示如下处理，即，在图10的压力控制部120-3中，使积分器输入选择部302的开关处于a侧，进行通常的积分动作。
通过进行这样的处理，由此能够在作为速度指令131而选择了第2速度指令121的情况下运行压力控制部120-3的积分动作，除此之外的情况下，即作为速度指令131而选择了第1速度指令111或蠕变速度的情况下，使压力控制部120-3的积分动作停止。
在压力控制部120-3的积分动作中，对压力偏差301进行积分，与所产生的压力偏差301相对应地使操作量即电动机1的速度指令131增加，由此缩短直至将压力偏差301变为0为止的时间。假设与实施方式3不同地，如果始终运行该积分动作，则在加压头5与工件6非接触状态时的进给动作中，积分动作也变得有效。在加压头5与工件6非接触状态时不产生压力，即压力为0，因此在加压头5未与工件6接触时，积分器303的输出变得过大。随之，第2速度指令121也变得过大。如果进给动作结束，则执行将第2速度指令121和蠕变速度中的较小的一方设为速度指令的处理，但由于压力控制部120-3的积分器303的输出变大，因此无法顺利从蠕变速度切换至第2速度指令121，存在加压动作无法顺利开始这样的问题。
根据实施方式3的压力控制部120-3，仅在作为速度指令131而选择第2速度指令121的情况下，压力控制部120-3的积分动作成为有效。另外，根据实施方式3的压力控制部120-3，在作为速度指令131而选择第1速度指令111或蠕变速度的情况下，仅压力控制部120-3的压力比例增益306设为有效。因此，能够防止上述的问题。另外，在选择第2速度指令的压力控制中，压力控制部是通过包含积分动作的PI控制而构成的，因此压力反馈控制对压力指令的追随特性得到提高，由此高精度地进行工件的加压动作。
另外，如果始终运行压力控制部120-3的积分动作，则由于积分器的输出变大，因此还存在在作为速度指令131而切换至第2速度指令121的瞬间压力会发生过冲及振动这样的问题。根据实施方式3，当采用在压力控制部120-3中包含积分动作的情况下，能够防止压力的过冲及振动。
压力控制部120-3除了积分动作以外，也可以以对过渡时的响应进行改善为目的，使用包含相位延迟补偿或者相位提前补偿在内的控制。图12是表示图10所示的压力控制部的变形例的图。在图12所示的压力控制部120-3A中，针对压力偏差301，由相位补偿部即相位延迟提前补偿部311进行相位延迟补偿，或者进行相位提前补偿。
在这里，τ1、τ2为相位延迟提前补偿部311的参数。相位延迟提前补偿部311在τ1＜τ2时成为相位延迟补偿，在τ1＞τ2时成为相位提前补偿。相位延迟提前补偿选择部312在开关处于a侧时，选择相位延迟提前补偿部311的输出，在开关处于b侧时，选择压力偏差301。压力控制部120-3A对上述的运算结果乘以压力比例增益306，对第2速度指令121进行计算。这样，压力控制部120-3A除了在速度指令选择部130中选择了第2速度指令121时以外，使相位延迟补偿或相位提前补偿停止。
此外，使用图12的压力控制部120-3A的控制部22基本上按照图11的流程图进行动作。但是，图11的S20的处理为将相位延迟提前补偿设为无效。具体地说，将图12中的相位延迟提前补偿选择部312的开关设为b侧，S21中的处理被分别置换为如将相位延迟提前补偿设为有效，即，将图12中的相位延迟提前补偿选择部312的开关设为a侧的处理。
如进给动作时那样，在加压头5与工件6非接触状态时，如果始终进行相位延迟补偿或相位提前补偿，则会发生与始终运行积分动作时同样的问题。在图12的压力控制部120-3A包含相位延迟补偿或相位提前补偿时，如进给动作时那样，在加压头5与工件6非接触状态时，即，作为速度指令而选择了第1速度指令111或者蠕变速度时，不进行相位延迟补偿或相位提前补偿，仅压力控制部120-3A的压力比例增益306成为有效，能够防止上述问题的发生。另外，在选择第2速度指令的压力控制中，压力控制部是通过相位延迟补偿或相位提前补偿而构成的，因此压力反馈控制对压力指令的追随特性得到提高，由此高精度地进行工件的加压动作。
另外，实施方式3与实施方式1、2相比，基本上仅压力控制部120-3A的结构不同，因此能够取得与实施方式1、2中所述的效果相同的效果。
图13是本发明的实施方式1至3涉及的电动机控制装置的硬件结构图。各实施方式的电动机控制装置20包含输入输出部81、存储部82以及处理器83，输入输出部81、存储部82以及处理器83通过数据总线84相互连接。
输入输出部81是用于将从外部设备发送来的信息存储至存储部82、并且在处理器83与外部设备之间收发信号的接口电路。在各实施方式中，图1所示的位置反馈信号2A、速度反馈信号2B、压力信息21A、移动量信息21B、蠕变速度信息21C以及压力反馈信号12被输入至输入输出部81，电流11经由输入输出部81而向电动机1进行输出。
作为存储部82的种类，能够例示出RAM(Random Access Memory)、ROM(Read OnlyMemory)、或者SSD(Solid State Drive)。存储部82对处理器83用程序进行存储。另外，存储部82对经由输入输出部81输入的各种信息暂时地进行存储。
处理器83是CPU(Central Processing Unit)或者MPU(Micro Processing Unit)之类的电路。处理器83具有图3所示的控制部22，通过由处理器83执行在存储部82中储存的程序，由此实现控制部22。
以上的实施方式示出的结构表示本发明的内容的一个例子，既能够与其他公知的技术进行组合，也能够在不脱离本发明的主旨的范围内对结构的一部分进行省略、变更。
标号的说明
1电动机，1A旋转轴，2编码器，2A位置反馈信号，2A1反馈速度指令，2B速度反馈信号，3滚珠丝杆，4联轴器，5加压头，6工件，7负荷检测传感器，8工作台，11电流，12压力反馈信号，20电动机控制装置，21动作信息设定部，21A压力信息，21B移动量信息，21C蠕变速度信息，22控制部，23启动信号，101位置指令生成部，102位置指令，110位置控制部，110-2位置控制部，111第1速度指令，120压力控制部，120-3压力控制部，120-3A压力控制部，121第2速度指令，122压力指令生成部，123压力指令，130速度指令选择部，131速度指令，140速度控制部，141电流指令，150电流控制部，251微分处理，252低通滤波器，252-1前馈速度指令，301压力偏差，302积分器输入选择部，303积分器，305积分控制输出，306压力比例增益，311相位延迟提前补偿部，312相位延迟提前补偿选择部。

Claims (11)

1.一种电动机控制装置，其对具有编码器的电动机进行控制，
该电动机控制装置的特征在于，具有：
位置指令生成部，其生成位置指令，该位置指令是使得由所述电动机驱动的机械负载向加压对象物接近、且所述机械负载的最终位置成为所述加压对象物的一定距离前的指令值；
位置控制部，其以使由所述编码器检测出的所述电动机的位置追随所述位置指令的方式输出第1速度指令；
压力指令生成部，其生成应该对所述加压对象物施加的压力或力的指令值即压力指令；
压力控制部，其在所述机械负载被按压于所述加压对象物时，以使由所述机械负载检测出的压力或力追随所述压力指令的方式输出第2速度指令；
速度指令选择部，其选择所述第1速度指令、所述第2速度指令、以及对在所述机械负载与所述加压对象物接触时的所述电动机的速度的上限进行规定的蠕变速度中的某一者，作为应该由所述电动机进行动作的速度指令而进行输出；以及
速度控制部，其输出电流指令，该电流指令以使所述电动机的速度追随由所述速度指令选择部输出的速度指令的方式，将电流供给至所述电动机，
所述速度指令选择部在选择了所述第1速度指令之后，在所述第1速度指令变得低于所述蠕变速度的定时以后，选择所述第2速度指令或所述蠕变速度中的较小的值。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述位置控制部基于所述位置指令与所述电动机的位置的偏差而对反馈速度指令进行计算，将所述反馈速度指令作为所述第1速度指令进行输出。
3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述位置控制部在基于所述位置指令与所述电动机的位置的偏差而计算出的反馈速度指令，加上通过对所述位置指令进行微分运算而计算出的前馈速度指令，作为所述第1速度指令进行输出。
4.根据权利要求2或3所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述速度指令选择部，
在开始启动时选择所述第1速度指令作为速度指令，
在追随所述位置指令进行动作的位置控制的减速动作中从所述位置控制部输出的速度指令变得低于蠕变速度的定时以后，通过逐次选择所述第2速度指令和所述蠕变速度中的较小的一方而对速度指令进行计算。
5.根据权利要求2或3所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述速度指令选择部，
在开始启动时选择所述第1速度指令作为速度指令，
在追随所述位置指令进行动作的位置控制的减速动作中对位置指令微分得出的指令速度变得低于所述蠕变速度的定时以后，通过逐次选择所述第2速度指令和所述蠕变速度中的较小的一方而对速度指令进行计算。
6.根据权利要求2或3所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述速度指令选择部，
在开始启动时选择所述第1速度指令作为速度指令，
在追随所述位置指令进行动作的位置控制的减速动作中所述反馈速度指令变得低于所述蠕变速度的定时以后，通过逐次选择所述第2速度指令和所述蠕变速度中的较小的一方而对速度指令进行计算。
7.根据权利要求3所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述速度指令选择部，
在开始启动时选择所述第1速度指令作为速度指令，
在追随所述位置指令进行动作的位置控制的减速动作中所述前馈速度指令变得低于所述蠕变速度的定时以后，通过逐次选择所述第2速度指令和所述蠕变速度中的较小的一方而对速度指令进行计算。
8.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述压力控制部在所述机械负载与所述加压对象物非接触状态时，停止对所述压力指令与由所述机械负载检测出的压力或力之间的压力偏差进行积分的积分动作。
9.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述位置控制部在由所述速度指令选择部选择了所述蠕变速度或所述第2速度指令时，将所述位置指令改写为由所述编码器检测出的所述电动机的位置。
10.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述压力控制部，
具有相位补偿部，该相位补偿部执行所述压力指令与由所述机械负载检测出的压力或力之间的压力偏差的相位延迟补偿或相位提前补偿，
除了在所述速度指令选择部中选择了所述第2速度指令时以外，使所述相位延迟补偿或所述相位提前补偿停止。
11.一种电动机控制装置，其对由具有编码器的电动机所驱动的机械负载的移动速度进行控制，该电动机控制装置的特征在于，
所述机械负载的移动速度被控制而成为使由所述编码器检测出的所述电动机的位置追随位置指令的第1速度，
在所述第1速度变得低于对在所述机械负载与加压对象物接触时的所述电动机的速度的上限进行规定的蠕变速度的定时以后，所述机械负载的移动速度被控制而成为使由所述机械负载检测出的压力或力追随压力指令的第2速度、或者所述蠕变速度中的较小一方的速度。
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