CN108073188B - 伺服电动机控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种伺服电动机控制装置，其能够恰当地进行伺服电动机的静摩擦补偿。该伺服电动机控制装置具备：对伺服电动机的位置进行反馈控制的位置控制环；对伺服电动机的速度进行反馈控制的速度控制环；位置指令生成部，其生成针对伺服电动机的位置指令值；停止判断部，其判断伺服电动机是否已停止；静摩擦补偿量计算部，其计算伺服电动机的静摩擦补偿量；静摩擦补偿量变更部，其在伺服电动机在停止后在与停止前相同的方向开始动作时，对静摩擦补偿量计算部计算出的静摩擦补偿量进行预定的变更。静摩擦补偿量变更部基于根据位置指令生成部生成的位置指令值求出的伺服电动机的指令加速度，进行预定的变更。

Description

伺服电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种伺服电动机控制装置。

背景技术

以往，提出一种技术，其在伺服电动机控制装置中，在控制对象即伺服电动机从停止状态开始动作时，通过进行所谓的静摩擦补偿，提前预防速度的上升延迟(例如参考专利文献1、2、3)。在进行这样的静摩擦补偿时，将静摩擦补偿量与速度控制环的速度指令值(指令速度)相加。

然而，作为该静摩擦补偿量，采用了不依赖于伺服电动机的指令加速度的固定值。此时，可能在速度控制环的速度指令值中产生过量或不足，从而不一定能够适当地进行伺服电动机的静摩擦补偿。

【专利文献1】国际公开第2001/029628号

【专利文献2】日本特开平5-282019号公报

【专利文献3】日本特开2000-10635号公报

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种伺服电动机控制装置，其能够在伺服电动机从停止状态在与停止前相同的方向开始动作时，恰当地进行该伺服电动机的静摩擦补偿。

(1)本发明的伺服电动机控制装置(例如，后述的伺服电动机控制装置1)具备：位置控制环(例如，后述的位置控制环L1)，其用于对伺服电动机(例如，后述的伺服电动机12)的位置进行反馈控制；速度控制环(例如，后述的速度控制环L2)，其用于对所述伺服电动机的速度进行反馈控制；位置指令生成部(例如，后述的位置指令生成部2)，生成针对所述伺服电动机的位置指令值；停止判断部(例如，后述的停止判断部3)，其判断所述伺服电动机是否已停止；静摩擦补偿量计算部(例如，后述的静摩擦补偿量计算部5)，其计算所述伺服电动机的静摩擦补偿量；及静摩擦补偿量变更部(例如，后述的倍率计算部6)，其在所述伺服电动机在停止后在与停止前相同的方向开始动作时，对所述静摩擦补偿量计算部计算出的静摩擦补偿量进行预定的变更，所述静摩擦补偿量变更部基于根据所述位置指令生成部生成的所述位置指令值求出的所述伺服电动机的指令加速度进行所述预定的变更。

(2)在(1)的伺服电动机控制装置中，所述停止判断部可以使用所述位置指令生成部生成的位置指令值判断所述伺服电动机是否已停止。

(3)在(1)或者(2)的伺服电动机控制装置的所述速度控制环中，还具备基于所述伺服电动机的速度来计算积分项的积分器(例如，后述的积分器83)，可以对所述积分器计算出的积分项相加所述静摩擦补偿量计算部计算出的静摩擦补偿量。

(4)在从(1)到(3)的任意一个伺服电动机控制装置中，可以对所述速度控制环的速度指令值相加所述静摩擦补偿量计算部计算出的静摩擦补偿量。

(5)在从(1)到(4)的任意一个伺服电动机控制装置中，所述静摩擦补偿量变更部可以通过对所述静摩擦补偿量乘以基于所述指令加速度而决定的系数，来进行所述预定的变更。

(6)在从(1)到(4)的任意一个伺服电动机控制装置中，所述静摩擦补偿量变更部可以对所述静摩擦补偿量乘以基于所述指令加速度而决定的系数，并进一步相加基于所述指令加速度而决定的相加量，来进行所述预定的变更。

(7)在(5)或者(6)的伺服电动机控制装置中，所述系数可以与所述指令加速度成比例。

(8)在(5)或者(6)的伺服电动机控制装置中，所述系数可以与所述指令加速度的平方根成比例。

根据本发明，在伺服电动机控制装置中，在伺服电动机从停止状态开始在与停止前相同的方向开始动作时，能够根据该伺服电动机的指令加速度进行静摩擦补偿。因此，即使伺服电动机的指令加速度改变，也能够降低伺服电动机加速时的轨迹误差，进而能够适当地进行伺服电动机的静摩擦补偿。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的伺服电动机控制装置的结构的框图。

图2是表示本发明的实施方式所涉及的伺服电动机控制装置中的静摩擦补偿的步骤的流程图。

附图标记说明：

1：伺服电动机控制装置；2：位置指令生成部；3停止判断部；5静摩擦补偿量计算部；6倍率计算部(静摩擦补偿量变更部)；12：伺服电动机；83积分器；L1：位置控制环；L2：速度控制环。

具体实施方式

(实施方式的结构)

以下，对本发明的实施方式的一例进行说明。

图1是表示本发明的实施方式所涉及的伺服电动机控制装置的结构的框图。

如图1所示，伺服电动机控制装置1具有：位置控制环L1、速度控制环L2、位置指令生成部2、停止判断部3、静摩擦补偿量计算部5、作为静摩擦补偿量变更部的倍率计算部6、位置控制器7、速度控制器8、电流控制器9、放大器10、积分器11、伺服电动机12、滚珠丝杠13、螺母15、工作台16、检测器17。并且，速度控制器8中内置有比例增益81、积分增益82以及积分器83。在此，将积分增益82和积分器83串联连接，将比例增益81与这些积分增益82及积分器83并联连接。

位置控制环L1用于对伺服电动机12的位置(具体而言，旋转角度)进行反馈控制。速度控制环L2用于对伺服电动机12的速度(具体的而言，旋转速度)进行反馈控制。

位置指令生成部2生成对于伺服电动机12的位置指令值。停止判断部3使用位置指令生成部2生成的位置指令值判断伺服电动机12是否已停止。静摩擦补偿量计算部5计算伺服电动机12的静摩擦补偿量，并将其与速度控制环L2的速度指令值相加。

在伺服电动机12停止后在与停止前相同的方向开始动作时，倍率计算部6基于根据位置指令生成部2生成的位置指令值而求出的伺服电动机12的指令加速度(具体而言，指令旋转加速度)，对静摩擦补偿量计算部5计算出的静摩擦补偿量进行预定的变更。

例如，通过对静摩擦补偿量乘以基于伺服电动机12的指令加速度而决定的系数k，来进行该预定的变更。或者，通过对静摩擦补偿量乘以基于伺服电动机12的指令加速度而决定的系数k，并进一步相加基于伺服电动机12的指令加速度而决定的相加量，来进行该预定的变更。

在位置控制环L1中，位置控制器7从位置指令生成部2输入位置偏差，向速度控制器8输出与该位置偏差相对应的速度指令。

在速度控制环L2中，速度控制器8从位置控制器7输入速度指令，向电流控制器9输出与该速度指令相对应的电流指令。在速度控制环L2中，该速度控制器8内的积分器83基于伺服电动机12的速度计算积分项。并且，速度控制器8在向电流控制器9输出电流指令时，对在积分器83中对速度偏差乘以积分增益82而进行了积分后的值(积分器83的输出值)相加对速度偏差乘以了比例增益81后的值。

电流控制器9从速度控制器8输入电流指令，在放大器10中将与该电流指令相对应的电信号进行放大后输出给伺服电动机12。

在位置控制环L1中，积分器11对伺服电动机12的速度进行积分来计算位置，将该位置向位置控制器7输出。

伺服电动机12基于来自电流控制器9的电信号，使滚珠丝杠13在正反方向上旋转，经由螺母15使工作台16在水平方向(X方向)上移动。

检测器17检测伺服电动机12的速度，将检测出的速度在位置控制环L1中向积分器11输出，并且在速度控制环L2中向速度控制器8输出。

(静摩擦补偿的顺序)

接着，对实施方式所涉及的伺服电动机控制装置中的静摩擦补偿的顺序进行说明。图2是表示本发明的实施方式所涉及的伺服电动机控制装置中的静摩擦补偿的顺序的流程图。

首先，在步骤S1中，停止判断部3使用位置指令生成部2生成的位置指令值判断伺服电动机12是否已停止。该判断为“否”时，伺服电动机12旋转，认为静摩擦力未作用于伺服电动机12，因此停止判断部3将处理转移到步骤S2。在步骤S2中，静摩擦补偿量计算部5将伺服电动机12的静摩擦补偿量设为零。之后，在步骤S7中，静摩擦补偿量计算部5通过该静摩擦补偿量(零)对速度控制环L2进行补偿。即，在该处理的流程中，在速度控制环L2中不进行静摩擦补偿。

相反，在步骤S1中的判断为“是”时，停止判断部3将处理转移到步骤S3，判断伺服电动机12是否要向与停止前相同的方向移动。该判断为“否”时，停止判断部3将处理转移到步骤S4。在步骤S4中，静摩擦补偿量计算部5将伺服电动机12的静摩擦补偿量设为零。之后，在步骤S7中，静摩擦补偿量计算部5以该静摩擦补偿量(零)对速度控制环L2进行补偿。即，在该处理的流程中，在速度控制环L2中也不进行静摩擦补偿。

相反，在步骤S3的判断为“是”时(即，伺服电动机12要从停止状态开始在与停止前相同的方向移动时)，停止判断部3将处理转移到步骤S5。在步骤S5中，静摩擦补偿量计算部5计算伺服电动机12的静摩擦补偿量。

接着，在步骤S6中，倍率计算部6基于根据位置指令生成部2生成的位置指令值求出的伺服电动机12的指令加速度(具体而言，将该位置指令值进行了2阶微分后的值)决定系数k，并对静摩擦补偿量乘以该系数k来施加倍率修调(对静摩擦补偿量进行预定的变更)。关于该系数k，考虑伺服电动机12的驱动特性等的状况，例如决定为与伺服电动机12的指令加速度成比例，或者决定为与伺服电动机12的指令加速度的平方根成比例。

如此，在对静摩擦补偿量施加倍率修调后(在对静摩擦补偿量进行了预定的变更后)，在步骤S7中，静摩擦补偿量计算部5以该倍率修调后的静摩擦补偿量对速度控制环L2进行补偿。因此，在该处理的流程中，在依赖于伺服电动机12的指令加速度对静摩擦补偿量施加了倍率修调后，对速度控制环L2进行补偿。

(实施方式的效果)

如此，根据本实施方式，在伺服电动机控制装置1中，在伺服电动机12从停止状态开始在与停止前相同的方向开始动作时，能够根据该伺服电动机12的指令加速度进行静摩擦补偿。因此，即使伺服电动机12的指令加速度变化，也能够降低该伺服电动机12的加速时的轨迹误差，并且能够恰当地进行伺服电动机12的静摩擦补偿。

并且，如上所述，停止判断部3在判断伺服电动机12是否已停止时，使用位置指令生成部2生成的位置指令值。该位置指令值本来就是为了对伺服电动机12的位置或速度进行反馈控制所必须的指令值。因此，停止判断部3通过转用该位置指令值，能够容易地执行伺服电动机12是否已停止的判断。

另外，如上所述，因为将静摩擦补偿量计算部5计算出的静摩擦补偿量与速度控制环L2的速度指令值相加，所以在进行伺服电动机12的静摩擦补偿时，能够无妨碍地顺利地进行伺服电动机12的速度的反馈控制。

并且，因为将静摩擦补偿量计算部5计算出的静摩擦补偿量与速度控制器8内的积分器83计算出的积分项相加，因此在进行伺服电动机12的静摩擦补偿时，能够高精度地执行伺服电动机12的速度的反馈控制。

(其他实施方式)

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不限于上述的实施方式。另外，本实施方式中记载的效果只是列举了由本发明所产生的最佳效果，本发明的效果并不限定于本实施方式记载的效果。

在上述的实施方式中，说明了在基于伺服电动机12的指令加速度决定系数k时，决定为与伺服电动机12的指令加速度或其平方根成比例。但是，系数k的决定方法并不限于此，例如，可以使用一次函数(线性关系)将伺服电动机12的指令加速度或其平方根与系数k对应起来，基于该对应关系根据伺服电动机12的指令加速度来决定系数k。

在上述的实施方式中，仅限于伺服电动机12从停止状态开始在与停止前相同的方向开始动作的情况，说明了基于伺服电动机12的指令加速度进行静摩擦补偿的情况。但是，在伺服电动机12从停止状态开始在与停止前相反的方向进行移动的情况下(反转时)，也可同样地应用本发明。

在上述的实施方式中，单独地设置了静摩擦补偿量计算部5和倍率计算部6，但是并不限于此，静摩擦补偿量计算部5和倍率计算部6也可以一体地构成。

Claims (8)

1.一种伺服电动机控制装置，其特征在于，具备：

位置控制环，其用于对伺服电动机的位置进行反馈控制；

速度控制环，其用于对所述伺服电动机的速度进行反馈控制；

位置指令生成部，其生成针对所述伺服电动机的位置指令值；

停止判断部，其判断所述伺服电动机是否已停止；

静摩擦补偿量计算部，其计算所述伺服电动机的静摩擦补偿量；以及

静摩擦补偿量变更部，其在所述伺服电动机在停止后在与停止前相同的方向开始动作时，对所述静摩擦补偿量计算部计算出的静摩擦补偿量进行预定的变更，

所述静摩擦补偿量变更部基于根据所述位置指令生成部生成的所述位置指令值求出的所述伺服电动机的指令加速度来进行所述预定的变更。

2.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

所述停止判断部使用所述位置指令生成部生成的所述位置指令值判断所述伺服电动机是否已停止。

3.根据权利要求1或2所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

在所述速度控制环中还具备积分器，该积分器基于所述伺服电动机的速度来计算积分项，

对所述积分器计算出的积分项相加所述静摩擦补偿量计算部计算出的静摩擦补偿量。

4.根据权利要求1或2所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

对所述速度控制环的速度指令值相加所述静摩擦补偿量计算部计算出的静摩擦补偿量。

5.根据权利要求1或2所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

所述静摩擦补偿量变更部通过对所述静摩擦补偿量乘以基于所述指令加速度而决定的系数，来进行所述预定的变更。

6.根据权利要求1或2所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

所述静摩擦补偿量变更部通过对所述静摩擦补偿量乘以基于所述指令加速度而决定的系数，并进一步相加基于所述指令加速度而决定的相加量，来进行所述预定的变更。

7.根据权利要求5所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

所述系数与所述指令加速度成比例。

8.根据权利要求5所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，

所述系数与所述指令加速度的平方根成比例。