CN108132649B - 伺服电动机控制装置、伺服电动机控制方法及记录介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种伺服电动机控制装置、伺服电动机控制方法及记录介质。该伺服电动机控制装置具备：伺服电动机；被驱动体，其由伺服电动机驱动；连结机构，其向被驱动体传递伺服电动机的动力；位置指令生成部，其生成被驱动体的位置指令值；电动机控制部，其使用位置指令值控制伺服电动机；第1力推定部，其推定作为在与连结机构的连结部中作用于被驱动体的驱动力的第1力推定值；第2力推定部，其推定成为固定值的第2力推定值；选择部，其将第1力推定值的绝对值与第2力推定值的绝对值进行比较，输出绝对值大的第1或第2力推定值；以及修正量生成部，其根据从选择部输出的第1或第2力推定值，生成用于修正位置指令值的修正量。

Description

伺服电动机控制装置、伺服电动机控制方法及记录介质
技术领域
本发明涉及具有对通过伺服电动机的动力进行驱动的被驱动体的位置进行修正的功能的伺服电动机控制装置、伺服电动机控制方法以及计算机可读取的记录介质。
背景技术
以往，已知在工件台上搭载被加工物(工件)，并通过伺服电动机经由连结机构使工件台移动的伺服电动机控制装置。工件台以及工件成为被驱动体。连结机构具有与伺服电动机相连结的联轴器以及固定在联轴器的滚珠丝杠。滚珠丝杠与螺母。
在这样的伺服电动机控制装置中，存在具有对通过伺服电动机的动力进行驱动的被驱动体(也称为移动体)的位置进行修正的功能的伺服电动机控制装置。
例如专利文献1记载的伺服控制装置在连结机构的连结部中推定作用于被驱动体的驱动力，并根据推定出的驱动力修正位置指令值。
专利文献2记载的伺服控制装置根据从伺服电动机到移动体的距离以及扭矩指令值来计算滚珠丝杠的伸缩量，并根据该伸缩量计算与滚珠丝杠啮合的移动体的位置修正量，并通过该位置修正量来修正位置指令值。
另外，专利文献3记载的伺服控制装置根据在滚珠丝杠的远离伺服电动机的一侧作用的张力、在两端支承滚珠丝杠的1对固定部之间的距离、从设置在接近伺服电动机的一侧的固定部到移动体的距离以及向伺服电动机赋予的扭矩指令，来计算滚珠丝杠的伸缩量，并根据计算出的滚珠丝杠的伸缩量，来计算进给轴的位置修正量。
本发明的发明人发现当修正位置指令值时，在停止或以低速工作时，对推定出的驱动力进行反应来对位置指令值施加与机械动作无关的修正，产生修正量的波动。
专利文献1日本特开2014-109785号公报
专利文献2日本特开2014-13554号公报
专利文献3日本特开2014-87880号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种在机床以及工业设备中能够进行更高精度的被驱动体的位置控制的伺服电动机控制装置、伺服电动机控制方法以及计算机可读取的记录介质。
(1)本发明所涉及的伺服电动机控制装置具备：
伺服电动机；
被驱动体，其由所述伺服电动机驱动；
连结机构，其将所述伺服电动机与所述被驱动体连结，并向所述被驱动体传递所述伺服电动机的动力；
位置指令生成部，其生成所述被驱动体的位置指令值；
电动机控制部，其使用所述位置指令值控制所述伺服电动机；
第1力推定部，其推定第1力推定值，所述第1力推定值是在与所述连结机构的连结部中作用于所述被驱动体的驱动力；
第2力推定部，其推定成为固定值的第2力推定值；
选择部，其将所述第1力推定值的绝对值与所述第2力推定值的绝对值进行比较，并输出绝对值大的所述第1力推定值或第2力推定值；以及
修正量生成部，其根据从所述选择部输出的所述第1力推定值或第2力推定值，生成用于对所述位置指令生成部生成的所述位置指令值进行修正的修正量。
(2)在上述(1)的伺服电动机控制装置中，
优选所述修正量生成部将从所述选择部输出的所述第1力推定值或第2力推定值与第1系数的乘积与从所述选择部输出的所述第1力推定值或第2力推定值、从所述伺服电动机到所述连结部的距离以及第2系数的乘积之和作为所述修正量。
(3)在上述(1)或(2)的伺服电动机控制装置中，
优选所述第2力推定值是将进行推定的作用于所述被驱动体的驱动力设为与所述位置指令生成部生成的位置指令的方向相对应的符号的预先决定的恒定值的值。
(4)在上述(1)～(3)中任一项的伺服电动机控制装置中，优选使所述第2力推定值为预先决定的恒定值，或者在所述位置指令生成部生成的所述位置指令的指令速度或指令加速度在期望的值以下时，使所述第2力推定值为所述第1力推定部推定出的第1力推定值的固定值。
(5)在上述(1)～(4)中任一项所述的伺服电动机控制装置中，优选具备切换部，在所述位置指令生成部生成的位置指令值的指令速度或指令加速度超过期望的值时，所述切换部将从所述选择部输出的值切换为通过所述第1力推定部推定出的第1力推定值。
(6)在上述(1)～(5)中任一项所述的伺服电动机控制装置中，优选在通过所述选择部或所述切换部从所述第2力推定值向所述第1力推定值切换或者从所述第1力推定值向所述第2力推定值切换时，对所述修正量生成部生成的所述修正量施加过滤。
(7)在上述(1)～(6)中任一项所述的伺服电动机控制装置中，优选所述电动机控制部具有速度指令生成部和扭矩指令生成部，所述扭矩指令生成部至少具有累积速度偏差的积分器，在通过所述选择部或所述切换部从所述第2力推定值向所述第1力推定值切换或者从所述第1力推定值向所述第2力推定值切换时，进行所述积分器的重写。
(8)一种伺服电动机控制装置的伺服电动机控制方法，
所述伺服电动机控制装置具备：
伺服电动机；
被驱动体，其由所述伺服电动机驱动；以及
连结机构，其将所述伺服电动机与所述被驱动体连结，并向所述被驱动体传递所述伺服电动机的动力，
所述伺服电动机控制方法，
生成所述被驱动体的位置指令值，
推定第1力推定值，该第1力推定值是在与所述连结机构的连结部中作用于所述被驱动体的驱动力，
将推定出的所述第1力推定值的绝对值与固定值的第2力推定值的绝对值进行比较，输出绝对值大的所述第1力推定值或第2力推定值，
根据选择的所述第1力推定值或第2力推定值，对生成的所述位置指令值进行修正，
使用修正后的所述位置指令值控制所述伺服电动机。
(9)在上述(8)的伺服电动机控制方法中，优选用于修正所述位置指令值的位置指令修正值是以下的乘积之和，选择的所述第1力推定值或第2力推定值与第1系数的乘积；以及选择的所述第1力推定值或第2力推定值、从所述伺服电动机到所述连结部的距离以及第2系数的乘积。
(10)在上述(8)或(9)的伺服电动机控制方法中，优选所述第2力推定值是将进行推定的作用于所述被驱动体的驱动力设为与位置指令的方向相对应的符号的预先决定的恒定值的值。
(11)在上述(8)～(10)中任一项所述的伺服电动机控制方法中，优选当使所述第2力推定值为预先决定的恒定值，或者在所述位置指令的指令速度或指令加速度在期望的值以下时，使所述第2力推定值为推定出的第1力推定值的固定值。
(12)在上述(8)～(11)中任一项所述的伺服电动机控制方法中，优选在生成的位置指令值的指令速度或者指令加速度超过期望的值时，从所述选择的力推定值切换为所述第1力推定值。
(13)在上述(8)～(12)中任一项所述的伺服电动机控制方法中，优选在从所述第2力推定值向所述第1力推定值切换或者从所述第1力推定值向所述第2力推定值切换时，对所述位置指令值的修正值施加过滤。
(14)在从上述(8)～(13)中任一项所述的伺服电动机控制方法中，优使用修正后的所述位置指令值生成速度指令，使用生成的速度指令生成扭矩指令，并使用该扭矩指令控制所述伺服电动机，至少使用累积速度偏差的积分器来生成所述扭矩指令，在从所述第2力推定值向所述第1力推定值切换或者从所述第1力推定值向所述第2力推定值切换时，进行所述积分器的重写。
(15)一种计算机可读取的记录介质，其记录了使计算机执行伺服电动机控制装置的伺服电动机控制的伺服电动机控制用程序，
所述伺服电动机控制装置具备：
伺服电动机；
被驱动体，其由所述伺服电动机驱动；以及
连结机构，其将所述伺服电动机与所述被驱动体连结，并向所述被驱动体传递所述伺服电动机的动力，
所述计算机可读取的记录介质记录了使所述计算机执行以下处理的伺服电动机控制用程序：
生成所述被驱动体的位置指令值的处理；
推定第1力推定值的处理，该第1力推定值是在与所述连结机构的连结部中作用于所述被驱动体的驱动力；
将推定出的所述第1力推定值的绝对值与固定值的第2力推定值的绝对值进行比较，选择绝对值大的所述第1力推定值或第2力推定值的处理；
根据选择的所述第1力推定值或第2力推定值，对生成的所述位置指令值进行修正的处理；以及
使用修正后的所述位置指令值控制所述伺服电动机的处理。
根据本发明，即使在停止或低速动作时，也能够抑制以上所述的对推定的驱动力进行反应来对位置指令值施加与机械动作无关的修正而产生的修正量的波动，并能够进行高精度的被驱动体的位置控制。
附图说明
图1是表示作为前提技术的伺服电动机控制装置的结构的框图。
图2是说明修正量的波动的图。
图3是表示本发明的第1实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。
图4是表示图3的选择部的结构的框图。
图5是表示图1所示的伺服电动机控制装置的动作的特性图。
图6是表示图3所示的伺服电动机控制装置的动作的特性图。
图7是表示包含位置指令修正部的一个结构例的伺服电动机控制装置的结构的框图。
图8是表示包含电动机控制部的一个结构例以及求解滚珠丝杠的长度(弹簧要素的长度)的距离计算部的伺服电动机控制装置的结构的框图。
图9是表示速度指令生成部的一个结构例的框图。
图10是表示扭矩指令生成部的一个结构例的框图。
图11是表示图3示出的伺服电动机控制装置的动作的流程图。
图12是表示本发明的第2实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。
图13是表示本发明的第3实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。
图14是表示滤波器与滤波器的切换开关的图。
图15是表示滤波器的切换动作的流程图。
图16是表示本发明的第4实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。
图17是表示扭矩指令生成部的结构的框图。
图18是表示积分器的切换动作的流程图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，在进行本发明的实施方式的说明之前，针对作为前提技术的伺服电动机控制装置进行说明。
图1是表示作为前提技术的伺服电动机控制装置的结构的框图。伺服电动机控制装置通过使伺服电动机50旋转来经由连结机构60使工件台70移动，并对在工件台70上搭载的被加工物(工件)进行加工。连结机构60具有与伺服电动机50连结的联轴器601、固定在联轴器601的滚珠丝杠602。成为连结部的螺母603与滚珠丝杠602啮合。通过伺服电动机50的旋转驱动，与滚珠丝杠602啮合的螺母603在滚珠丝杠602的轴向上移动。
伺服电动机50的旋转角度位置通过与伺服电动机50相关联的作为位置检测部的编码器40进行检测，将检测出的旋转角度位置(位置检测值)作为位置反馈使用。另外，编码器40能够检测旋转速度，并将检测出的旋转速度(速度检测值)作为速度反馈使用。
伺服电动机控制装置具有：位置指令生成部10，其生成伺服电动机50的位置指令值；减法器80，其求出位置指令生成部10生成的位置指令值与编码器40检测出的位置检测值之间的差；加法器90，其将该差与从位置指令修正部30输出的修正值进行相加；电动机控制部20，其使用该相加值生成伺服电动机50的扭矩指令值；以及位置指令修正部30。位置指令生成部10按照从未图示的上位控制装置或外部输入装置等输入的程序或命令来生成位置指令值。
在驱动伺服电动机50时，驱动力作用于连结机构60和工件台70，它们发生弹性变形。但是，连结机构60与工件台70相比刚性低，因此在整体的弹性变形中，连结机构60的弹性变形占据大部分比率。当连结机构60发生弹性变形时，即使在伺服电动机50按照指令值进行了旋转的情况下，也会在工件台70的位置中产生弹性变形量的误差。因此，为了消除该误差，位置指令修正部30按照连结机构60的弹性变形量来修正位置指令值。连结机构60的弹性变形量与在成为工件台70与连结机构60之间的连结部的螺母603中作用于工件台70的驱动力成比例，并且能够通过在连结部作用的驱动扭矩来表示驱动力。
位置指令修正部30具有修正量生成部301和力推定部302。力推定部302使用扭矩指令值推定在连结部中作用于驱动体的驱动力(驱动扭矩)。修正量生成部301根据由力推定部302推定出的驱动力，生成用于对位置指令生成部10生成的位置指令值进行修正的修正量，并将修正值输出至加法器90。
本发明的发明人发现图1所示的前提技术的伺服电动机控制装置在停止或低速工作时，也如图2所示存在产生修正量波动的情况。本发明的发明人发现在停止或低速工作时，如果考虑在力推定部302中推定出的驱动力(扭矩)的值或指令方向而将推定负载扭矩固定为预先决定的值，则能够抑制修正量的波动。
以下，说明对修正量的波动进行抑制的本发明的伺服电动机控制装置的实施方式。应用以下说明的本实施方式的伺服电动机控制装置的设备有激光加工机、放电加工机、切削加工机等机床，本发明的伺服电动机控制装置也能够适用于机器人等工业设备等。
(第1实施方式)
图3表示本发明的第1实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。在图3中，针对与图1的伺服电动机控制装置的结构部件相同的结构部件，赋予相同的符号，并省略说明。
如图3所示，在本实施方式中，位置指令修正部31与图1示出的位置指令修正部30相比，具备力推定部303以及选择部304。
如上所述，力推定部302使用从电动机控制部20输出的扭矩指令值推定并输出在连结部中作用于驱动体的驱动力(驱动扭矩)。该推定出的负载扭矩的值是第1推定值。另外，驱动力的推定并不限于此，例如，如专利文献1(日本特开2014-109785号公报)所记载的那样，除了扭矩指令值以外，还可以追加加减速扭矩、干扰扭矩等来推定驱动力，或者不使用扭矩指令值而使用检测电动机电流的电流检测部的输出来计算电动机扭矩从而推定驱动力。
力推定部303设定并输出预先决定的恒定值，或设定并输出满足了预定的条件时的负载扭矩。该恒定值或负载扭矩是为固定值的第2推定值。预先决定的恒定值主要是对被驱动体施加的静摩擦力。使恒定值为与位置指令生成部10生成的位置指令的方向相对应的符号的预先决定的值，是基本上相当于静止时摩擦力的力的值。满足了预定条件时的负载扭矩是指位置指令值的指令速度或指令加速度在所期望的值以下时(例如停止时)的负载扭矩。该负载扭矩是由作为第1力推定部的力推定部302推定出的固定值。
选择部304进行从力推定部302输出的第1推定值的绝对值与从力推定部303输出的第2推定值的绝对值之间的比较，并向修正量生成部301输出绝对值大的第1推定值或第2推定值。如图4的框图所示，选择部304具备：绝对值比较部3041，其输入从力推定部302输出的第1推定值和从力推定部303输出的第2推定值，将第1推定值的绝对值与第2推定值的绝对值进行比较；以及开关3042，其对第1推定值和第2推定值进行切换。
绝对值比较部3041根据比较结果向切换开关3042发送切换信号，使得在第1推定值的绝对值大时切换为第1推定值，在第2推定值的绝对值大时切换为第2推定值。
修正量生成部301根据从选择部304输出的推定负载扭矩生成修正量,并输出至加法器90。如此，将低负载扭矩时的修正值大体固定为恒定值。
在本实施方式中，在第2推定值的绝对值低于第1推定值的绝对值的低负载扭矩带，通过根据第2推定值计算出的修正量来进行位置修正，在第1推定值的绝对值超过第2推定值的绝对值时，通过根据第1推定值计算出的修正量进行位置修正。在停止或低速时，负载扭矩基本变小，因此通过根据第2推定值计算出的修正量来进行锁定，改善修正量的波动。
以下，使用图5以及图6的特性图对本实施方式的伺服电动机控制装置的作用进行说明。
图1所示的伺服电动机控制装置在不考虑滚珠螺杆的长度的影响的情况下，如图5所示，负载扭矩与修正量具有比例关系，当在指令停止时负载扭矩中存在变化时，位置修正量也会发生变化。
在本实施方式中，如图6所示，当从力推定部302输出的第1推定值的绝对值小于从力推定部303输出的第2推定值的绝对值时，在不考虑滚珠螺杆的长度的影响的情况下，位置修正量为恒定，在低负载扭矩下起到不更新修正量的死区的作用。由此，即使在指令停止时负载扭矩存在变化的情况下，也能够抑制位置修正量的变化。
当第2推定值是满足了条件(位置指令值的指令速度或指令加速度在期望的值以下)时的推定负载扭矩时，通过根据满足了条件时的推定负载扭矩而决定的实线的特性(图6)来进行修正。当位置指令值的指令速度、指令加速度超过期望的值，并再次变为期望的值以下时，更新第2推定值。
当第2推定值是预先决定的恒定值时，通过根据该恒定值而决定的实线的特性(图6)来进行修正。
如以上说明的那样，在图3示出的伺服电动机控制装置中，当第1推定值的绝对值比第2推定值的绝对值小时，为了计算机械的弹性变形量，使用成为固定值的第2推定值。由此，不施加与伺服电动机的动作无关的修正量，能够仅针对空转进行修正。
图7是表示包含位置指令修正部的一个结构例的伺服电动机控制装置的结构的框图。图7的位置指令修正部32的推定负载扭矩计算部308对应于图3的力推定部302，图7的扭转系数乘法部305、滚珠丝杠长度乘法部307、形状系数乘法部306以及加法部309对应于图3的修正量生成部301。形状系数表示滚珠丝杠的每单位长度的伸缩量。在本实施方式中，扭转系数乘法部305根据推定的负载扭矩或第2推定值计算在连结机构(联轴器、滚珠丝杠)中产生的围绕旋转轴的扭转弹性变形。围绕旋转轴的扭转弹性变形对应于与连结部的扭转有关的修正量。另外，滚珠丝杠长度乘法部307和形状系数乘法部306根据推定的负载扭矩或第2推定值来计算轴向的伸缩弹性变形。围绕旋转轴的扭转弹性变形对应于与连结部的扭转有关的修正量。然后，加法器309将围绕旋转轴的扭转弹性变形与轴向的伸缩弹性变形进行相加，针对位置指令值修正因相加后的弹性变形而引起的空转。在该例子中，在滚珠丝杠长度乘法部307的输入侧设为第1推定值或第2推定值，因此位置修正量能够具有对于滚珠丝杠的长度的依赖性。此时，轴向的弹性变形依赖于从伺服电动机到被驱动体的距离，根据移动位置的累积值来推定该距离。
如果设推定负载扭矩为T、扭转系数为α，则成为扭转系数乘法部305的输出的与连结部的扭转有关的修正量为α·T，如果设推定负载扭矩为T、滚珠丝杠的长度为d、形状系数为β，则成为形状系数乘法部306的输出的与滚珠丝杠的伸缩有关的修正量为d·β·T。然后，在加法部309中对这些修正量进行相加后的总和的修正量为α·T+d·β·T。
图8是表示包含电动机控制部20的一个结构例以及用于求出滚珠丝杠的长度(弹簧元件的长度)的距离计算部130的伺服电动机控制装置的结构的框图。通过距离计算部130计算在图7的滚珠丝杠长度乘法部307中相乘的滚珠丝杠的长度(弹簧元件的长度)。图7的电动机控制部20具有速度指令生成部201、减法部100以及扭矩指令生成部202。
基本上在设备停止时测定对电动机施加的轴上的力来设定预先决定的恒定值。该设定的力相当于在没有干扰(外力)的情况下在设备停止时对被驱动体施加的静摩擦力，并且是最大静摩擦力以下的值。通过该设定，虽然存在由停止状态引起的一些误差，但是即使停止驱动力的推定并设为恒定值，也可以施加修正，该修正是相当于由于在设备停止时施加的静摩擦力而产生的弹性变形量的修正。在设备低速时也同样地，能够测定并设定在设备低速时对电动机施加的轴上的力。
在停止时或低速时，通过不固定修正量本身而是固定推定负载扭矩，也能够在修正中反映与滚珠丝杠的长度相对的滚珠丝杠的弹性变形量的变化。另外，当滚珠丝杠长(到被驱动体的距离远)时，扭转量增加，当滚珠丝杠短时，扭转量减少。
修正量的计算是(修正量)＝{(形状系数×滚珠丝杠的长度)+扭转系数}}×(推定负载扭矩)，即使将推定负载扭矩切换为固定值，也可进行依赖于滚珠丝杠的长度的修正。
滚珠丝杠的长度d是从伺服电动机到连结机构的滚珠丝杠的长度，并根据工件台的位置而变化。
图9是表示速度指令生成部201的一个结构例的框图。如图8所示，位置指令生成部10生成位置指令值，减法器80求出位置指令值与位置反馈的检测位置之间的差，加法器90对该差相加修正量。
相加了修正量的差被输入至图9所示的速度指令生成部201的微分器2011和位置控制增益2013。加法器2014输出对微分器2011的输出乘以系数后的系数部2012的输出与位置控制增益2013的输出的相加值来作为速度指令值。图8所示的减法器100求出速度指令值与速度反馈的检测速度之间的差。
图10是表示扭矩指令生成部202的一个结构例的框图。扭矩指令生成部202具备：与减法器100连接的比例增益2023和积分器2021、与积分器2021连接的积分增益2022、以及将比例增益2023的输出和积分增益2022的输出进行相加，并作为扭矩指令输出至伺服电动机50的加法器2024。积分器2021对输入进行积分。积分增益2022对积分器2021的输出乘以系数。比例增益2023对输入乘以系数。另外，积分增益2022和积分器2021可以改变排列的顺序。
图11表示图3示出的伺服电动机控制装置的动作的流程图。在步骤S101中，力推定部302计算推定负载扭矩(第1推定值)。在步骤S102中，选择部304判断第1推定值的绝对值是否比第2推定值的绝对值小，当第1推定值的绝对值比第2推定值的绝对值小时(步骤S102的是时)，修正量生成部301使用第2推定值计算位置修正值(步骤S103)，并前进至步骤S104。
另一方面，当第1推定值的绝对值比第2推定值的绝对值大时(步骤S102的否时)，修正量生成部301使用第1推定值计算位置修正值(步骤S105)，并前进至步骤S104。在步骤S104中，减法部80求出来自位置指令生成部10的位置指令值与位置反馈的检测位置之间的差，加法部90使用由修正量生成部301计算出的位置修正量来修正该差。然后，在步骤S106中，电动机控制部20根据修正后的位置指令值与检测位置之间的差来控制伺服电动机50。
(第2实施方式)
图12是表示本发明的第2实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。
如图12所示，在本实施方式的伺服电动机控制装置中，位置指令修正部32在图3示出的伺服电动机控制装置的位置指令修正部31中追加了作为切换部的开关310，开关310通过接受位置指令生成部10生成的位置指令值，生成位置指令值的指令速度(成为位置指令速度)的位置指令速度判断部120进行切换。
当指令速度(绝对值)在期望的值以下(包含0)时，位置指令速度判断部120向开关310发送切换信号，使得修正量生成部301的输入端与选择部304的输出端连接。当指令速度(绝对值)超过期望的值时，位置指令速度判断部120向开关310发送切换信号，使得修正量生成部301的输入端与力推定部302的输出端连接。可以使用位置指令值的指令加速度来代替位置指令值的指令速度，在这种情况下，位置指令速度判断部120被置换为位置指令加速度判断部，其接受位置指令生成部10生成的位置指令值，生成位置指令值的指令加速度(成为位置指令加速度)。除了将指令速度置换为指令加速度这一点以外，位置指令加速度判断部的功能与位置指令速度判断部120的功能相同。
在本实施方式中，当指令速度(绝对值)超过期望的值时，即使在低负载扭矩时也能够不锁定。
(第3实施方式)
在第1实施方式的伺服电动机控制装置中，当通过选择部304从第2推定值切换为第1推定值(推定负载扭矩)或从第1推定值切换为第2推定值时，存在在切换时修正量变得不连续的情况。不连续的修正量成为不连续的速度指令，产生不连续的扭矩指令。为了防止该修正量的不连续，在位置指令修正部31的输出设置滤波器110。通过使修正量通过滤波器110，能够使不连续的值平顺地相跟随。
图13是表示本发明的第3实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。除了设置有滤波器110这一点以外，图13的伺服电动机控制装置的结构与图3的伺服电动机控制装置的结构相同，针对相同的结构部件赋予同一符号并省略说明。滤波器110能够使用低通滤波器。
如上所述，通过在修正量生成部301与加法器90之间连接滤波器110能够防止修正量的不连续。但是，通过图14所示的切换开关111，也可以仅在通过选择部304从第2推定值切换为第1推定值(推定负载扭矩)或从第1推定值切换为第2推定值时，在修正量生成部301与加法器90之间连接滤波器110，并在通过选择部304进行切换后，通过切换开关111将修正量生成部301与加法器90之间连接而不经由滤波器110。基于图4等所示的选择部304的绝对值比较部3041的指示信号来进行切换开关111的切换，在通过选择部304从第2推定值切换为第1推定值(推定负载扭矩)或从第1推定值切换为第2推定值时进行切换开关111的切换。
图15是表示滤波器110的切换动作的流程图。当在步骤S201中选择部304将输出从第2推定值切换为第1推定值时(步骤S201的是)，在步骤202中，对切换开关111进行切换使得施加滤波，之后，当消除了修正量的不连续时，在步骤203中对切换开关111进行切换使得不进行滤波。在图15中，针对通过选择部304从第2推定值切换为第1推定值的情况进行了说明，但是在选择部304将输出从第1推定值切换为第2推定值时，在步骤201中判断选择部304是否从第1推定值切换为第2推定值。
以上说明在图3的伺服电动机控制装置的结构中追加了滤波器或滤波器和切换开关的例子进行了说明，但是也可以在图12的伺服电动机控制装置的结构中追加滤波器或滤波器和切换开关。在这种情况下，存在以下的情况：选择部304从第2推定值切换为第1推定值(推定负载扭矩)或从第1推定值切换为第2推定值的情况；选择部304选择第2推定值，并通过开关310从第2推定值切换为第1推定值(推定负载扭矩)或从第1推定值切换为第2推定值的情况。当追加了滤波器和切换开关时，根据图4所示的选择部304的绝对值比较部3041或位置指令速度判断部120的指示信号来进行切换开关111的切换。在通过选择部304从第2推定值切换为第1推定值(推定负载扭矩)或从第1推定值切换为第2推定值时进行切换开关111的切换，或者在根据位置指令速度判断部120通过开关310从第2推定值切换为第1推定值(推定负载扭矩)或从第1推定值切换为第2推定值时进行切换开关111的切换。可以将位置指令速度判断部120置换为位置指令加速度判断部，该位置指令加速度判断部接受位置指令生成部10生成的位置指令值，生成位置指令值的指令加速度(位置指令加速度)。
(第4实施方式)
第3实施方式的伺服电动机控制装置为了防止修正量的不连续，在位置指令修正部31的输出设置了滤波器110，但是可以取代设置滤波器，进行图10所示的扭矩指令生成部202的积分器2021的重写，使得扭矩指令值变为连续。在本实施方式中，可以进行积分器2021的重写并且在位置指令修正部31的输出设置滤波器110。在通过选择部304从第2推定值切换为第1推定值(推定负载扭矩)或从第1推定值切换为第2推定值时，如果修正位置指令值的修正量进入，则产生速度指令值的变化。进行积分器的重写，使得扭矩指令值不会由于该速度指令值的变化而变化，使扭矩指令值变得连续。
图16是表示本发明的第4实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。除了图4所示的选择部304的绝对值比较部3041向扭矩指令生成部202发送积分器的重写指示这一点以外，图16的伺服电动机控制装置的结构与图8的伺服电动机控制装置的结构相同，针对同样的结构部件赋予同一符号并省略说明。图17是表示扭矩指令生成部202的结构的框图。如图17所示，向积分器2021发送重写指示。
在通过图3等所示的选择部304从第2推定值向第1推定值切换或者从第1推定值向第2推定值切换时发送重写指示。根据重写指示如下所示进行积分器2021的重写。
如果设Vcmd为速度指令值、Vfb为检测速度、kp为比例增益、ki为积分增益，则扭矩指令值TCMD通过以下表示：
【式1】
TCMD＝∑(Vcmd-Vfb)×ki+(Vcmd-Vfb)×kp
当从修正量的更新停止起重新开始修正量的更新时，扭矩指令值TCMD从TCMD(1)变为TCMD(2)。
【式2】
TCMD(1)＝∑(Vcmd(1)-Vfb(1))×ki+(Vcmd(1)-Vfb(1))×kp
TCMD(2)＝∑(Vcmd(2)-Vfb(2))×ki+(Vcmd(2)-Vfb(2))×kp＝(TCMD(1)+(Vcmd(2)-Vfb(2)))×ki+(Vcmd(2)-Vfb(2))×kp
在本实施方式中，将扭矩指令值TCMD(2)+的TCMD(1)+(Vcmd(2)-Vfb(2))重写为以下的式3。
【数学式3】
(TCMD(1)-(Vcmd(2)-Vfb(2))×kp)/ki
于是，重写后的扭矩指令值TCMD’(2)变得与TCMD(1)相同，不会发生扭矩指令的不连续。
图18是表示积分器2021的切换动作的流程图。当在步骤S301中选择部304将输出从第2推定值切换为第1推定值时(步骤S301的是)，在步骤302中，进行积分器的重写。之后，当消除了修正量的不连续时，在步骤303中使积分器的重写恢复原样。在图18中针对选择部304将输出从第2推定值切换为第1推定值的情况进行了说明，但是当选择部304将输出从第1推定值向第2推定值切换时，在步骤301中判断选择部304是否已经将输出从第1推定值切换为第2推定值。
以上的本实施方式的说明是在图8的伺服电动机控制装置的结构中，说明了选择部304的绝对值比较部3041向扭矩指令生成部202发送积分器的重写指示的例子，但是当在图8的伺服电动机控制装置的结构中追加了图12的伺服电动机控制装置的位置指令速度判断部120和开关310的情况下，也可应用本发明的结构。此时存在以下的情况：选择部304将输出从第2推定值向第1推定值(推定负载扭矩)进行切换或从第1推定值向第2推定值进行切换的情况；选择部304选择第2推定值，并通过开关310从第2推定值向第1推定值(推定负载扭矩)切换或从第1推定值向第2推定值切换的情况。
根据图4所示的选择部304的绝对值比较部3041或位置指令速度判断部120的指示信号来进行积分器的重写指示。在选择部304从第2推定值向第1推定值(推定负载扭矩)切换或从第1推定值向第2推定值切换时进行积分器的重写，但是在位置指令速度判断部120通过开关310从第2推定值向第1推定值(推定负载扭矩)切换或者从第1推定值向第2推定值切换时进行积分器的重写。可以将位置指令速度判断部120置换为位置指令加速度判断部，其接受位置指令生成部10生成的位置指令值，生成位置指令值的指令加速度(位置指令加速度)。
另外，在以上说明的各实施方式中，除了针对设备的弹性变形的修正以外，还具有相当于设备的摇动的修正。相当于设备的摇动的修正主要发生在电动机的旋转发生反转时附近的低负载扭矩范围内。因此，在本实施方式中，在不设置作为切换部的开关310的情况下，在低负载扭矩范围内始终通过比第1推定值大的第2推定值来计算位置修正量，由此能够在电动机的旋转发生反转时立即加入修正，进行相当于设备的摇动的位置修正。
在各实施方式中，基本上在设备停止时测定对电动机施加的轴上的力来设定预先决定的恒定值。该设定的力相当于在没有干扰(外力的情况下在设备停止时对被驱动体施加的静摩擦力，并且是最大静摩擦力以下的值。根据该设定，虽然存在由停止状态引起的一些误差，但是即使停止驱动力的推定并设为固定值，也能够进行修正，该修正是相当于在设备停止时由于施加的静摩擦力而产生的弹性变形量的修正。另外，在施加了多个比固定值大的负载的情况下，通过推定出的负载扭矩的值(第1推定值)来进行修正。
当把位置指令值的指令速度或指令加速度为期望的值以下时的负载扭矩设为第2推定值时，将固定值的第2推定值作为负载扭矩进行修正，直到第1推定值的绝对值超过该第2推定值的绝对值为止。当位置指令值的指令速度或指令加速度超过期望的值，并且位置指令值的指令速度或指令加速度再次变为所期望的值以下时，将此时的第2推定值更新为这时推定出的负载扭矩。
即使将预先决定的恒定值或满足了位置指令值的条件时的负载扭矩的值中的某一方设为第2推定值，第2推定值也会产生不使某个大小的扭矩以下的变化对修正造成影响的死区。当具备图12所示的开关310那样的切换部时，当位置指令的指令速度、指令加速度变为所期望的值以下时，会产生死区。
在各实施方式中，当推定的负载扭矩小时，锁定用于计算机械的弹性变形量的推定负载扭矩。
如此，在各实施方式中，不会施加与伺服电动机的动作无关的修正量，能够仅进行针对空转的修正。修正量能够具有对于滚珠螺杆的长度的依赖性。
以上，针对本发明的实施方式进行了说明，但是伺服电动机控制装置能够通过硬件、软件或它们的组合来实现全部功能或部分功能。在这里，通过软件实现是指通过计算机读入并执行程序来实现。当由硬件构成时，例如能够由以LSI(Large Scale Integratedcircuit大规模集成电路)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit专用集成电路)、门阵列、FPGA(Field Programmable Gate Array现场可编程门阵列)等集成电路(IC)为代表的电路构成伺服电动机控制装置的修正量生成部301、力推定部302，303、选择部304、位置指令生成部10、电动机控制部20中的一部分或全部。
在通过软件实现时，可以通过包含CPU、存储了程序的硬盘、ROM等存储部的计算机来构成伺服电动机控制装置的一部分或全部。然后，能够按照基于图3、图4、图7～图10的框图以及图11的流程图的程序、基于图12的框图、图13、图14的框图以及图15的流程图的程序、基于图16以及图17的框图以及图18的流程图的程序，将运算所需的信息存储至RAM等第2存储部中，并执行处理，由此通过程序来执行伺服电动机控制装置的一部分或全部的动作。可以从记录了程序的CD-ROM、DVD、闪速存储器等外部存储介质将程序读入硬盘等存储部中。
可以使用各种各样类型的计算机可读取的记录介质(computer readablestorage medium)来存储程序，并提供给计算机。计算机可读取的记录介质包括各种各样类型的具有实体的记录介质(tangible storage medium)。计算机可读取的记录介质包括非临时性的计算机可读取的记录介质(non-transitory computer readable storagemedium)。计算机可读取的记录介质的例子包括磁记录介质(例如，软盘、硬盘驱动器)、光磁记录介质(例如、光磁盘)、CD-ROM(Read Only Memory只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如，掩膜ROM、PROM(Programmable ROM可编程ROM)、EPROM(Erasable PROM可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(random access memory随机存取存储器))。
以上，说明了本发明的各实施方式以及各实施例，但是本发明并不限于上述的各实施方式以及各实施例，如果是本领域的人员，能够根据权利要求的记载内容，在不脱离本发明的要旨的范围内对各种各样的方式进行变形、变更，这些变形例、变更例也属于本发明的权利要求。
符号说明
10 位置指令生成部
20 电动机控制部
30、31、32 位置指令修正部
40 编码器
50 伺服电动机
60 连结机构
70 工件台
301 修正量生成部
302、303 力推定部
304 选择部
310 开关。

Claims (17)

1.一种伺服电动机控制装置，其特征在于，具备：
伺服电动机；
被驱动体，其由所述伺服电动机驱动；
连结机构，其将所述伺服电动机与所述被驱动体连结，并向所述被驱动体传递所述伺服电动机的动力；
位置指令生成部，其生成所述被驱动体的位置指令值；
电动机控制部，其使用所述位置指令值控制所述伺服电动机；
第1力推定部，其推定第1力推定值，该第1力推定值是在所述连结机构与所述被驱动体的连结部中作用于所述被驱动体的驱动力；
第2力推定部，其推定成为固定值的第2力推定值；
选择部，其将所述第1力推定值的绝对值与所述第2力推定值的绝对值进行比较，输出绝对值大的所述第1力推定值或第2力推定值；以及
修正量生成部，其根据从所述选择部输出的所述第1力推定值或第2力推定值，生成用于对所述位置指令生成部生成的所述位置指令值进行修正的修正量。
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，
所述修正量生成部将以下的乘积之和作为所述修正量，
从所述选择部输出的所述第1力推定值或第2力推定值与第1系数的乘积；以及
从所述选择部输出的所述第1力推定值或第2力推定值、从所述伺服电动机到所述连结部的距离以及第2系数的乘积。
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，
所述第2力推定值使进行推定的作用于所述被驱动体的驱动力为与所述位置指令生成部生成的位置指令的方向相对应的符号的预先决定的恒定值。
4.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
使所述第2力推定值为预先决定的恒定值，或者在所述位置指令生成部生成的所述位置指令的指令速度或指令加速度在期望的值以下时，使所述第2力推定值为所述第1力推定部推定出的第1力推定值的固定值。
5.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述伺服电动机控制装置具备切换部，
在所述位置指令生成部生成的位置指令值的指令速度或指令加速度超过期望的值时，所述切换部将从所述选择部输出的值切换为通过所述第1力推定部推定出的第1力推定值。
6.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
在通过所述选择部从所述第2力推定值向所述第1力推定值切换或者从所述第1力推定值向所述第2力推定值切换时，对所述修正量生成部生成的所述修正量施加过滤。
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，
在通过所述切换部从所述第2力推定值向所述第1力推定值切换或者从所述第1力推定值向所述第2力推定值切换时，对所述修正量生成部生成的所述修正量施加过滤。
8.根据权利要求1所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述电动机控制部具有速度指令生成部和扭矩指令生成部，
所述扭矩指令生成部至少具有累积速度偏差的积分器，
在通过所述选择部从所述第2力推定值向所述第1力推定值切换或者从所述第1力推定值向所述第2力推定值切换时，进行所述积分器的重写。
9.根据权利要求5所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
所述电动机控制部具有速度指令生成部和扭矩指令生成部，
所述扭矩指令生成部至少具有累积速度偏差的积分器，
在通过所述切换部从所述第2力推定值向所述第1力推定值切换或者从所述第1力推定值向所述第2力推定值切换时，进行所述积分器的重写。
10.一种伺服电动机控制装置的伺服电动机控制方法，
所述伺服电动机控制装置具备：
伺服电动机；
被驱动体，其由所述伺服电动机驱动；以及
连结机构，其将所述伺服电动机与所述被驱动体连结，并向所述被驱动体传递所述伺服电动机的动力，
其特征在于，
所述伺服电动机控制方法，
生成所述被驱动体的位置指令值，
推定第1力推定值，该第1力推定值是在所述连结机构与所述被驱动体的连结部中作用于所述被驱动体的驱动力，
将推定出的所述第1力推定值的绝对值与固定值的第2力推定值的绝对值进行比较，输出绝对值大的所述第1力推定值或第2力推定值，
根据选择的所述第1力推定值或第2力推定值，对生成的所述位置指令值进行修正，
使用修正后的所述位置指令值控制所述伺服电动机。
11.根据权利要求10所述的伺服电动机控制方法，其特征在于，
用于修正所述位置指令值的位置指令修正值是以下的乘积之和，
选择的所述第1力推定值或第2力推定值与第1系数的乘积；以及
选择的所述第1力推定值或第2力推定值、从所述伺服电动机到所述连结部的距离以及第2系数的乘积。
12.根据权利要求10或11所述的伺服电动机控制方法，其特征在于，
所述第2力推定值使进行推定的作用于所述被驱动体的驱动力为与位置指令的方向相对应的符号的预先决定的恒定值。
13.根据权利要求10所述的伺服电动机控制方法，其特征在于，
使所述第2力推定值为预先决定的恒定值，或者在所述位置指令的指令速度或指令加速度在期望的值以下时，使所述第2力推定值为推定出的第1力推定值的固定值。
14.根据权利要求10所述的伺服电动机控制方法，其特征在于，
在生成的位置指令值的指令速度或者指令加速度超过期望的值时，从所述选择的力推定值切换为所述第1力推定值。
15.根据权利要求10所述的伺服电动机控制方法，其特征在于，
在从所述第2力推定值向所述第1力推定值切换或者从所述第1力推定值向所述第2力推定值切换时，对所述位置指令值的修正值施加过滤。
16.根据权利要求10所述的伺服电动机控制方法，其特征在于，
使用修正后的所述位置指令值生成速度指令，使用生成的速度指令生成扭矩指令，并使用该扭矩指令控制所述伺服电动机，
至少使用累积速度偏差的积分器来生成所述扭矩指令，
在从所述第2力推定值向所述第1力推定值切换或者从所述第1力推定值向所述第2力推定值切换时，进行所述积分器的重写。
17.一种计算机可读取的记录介质，其记录了使计算机执行伺服电动机控制装置的伺服电动机控制的伺服电动机控制用程序，
所述伺服电动机控制装置具备：
伺服电动机；
被驱动体，其由所述伺服电动机驱动；以及
连结机构，其将所述伺服电动机与所述被驱动体连结，并向所述被驱动体传递所述伺服电动机的动力，
其特征在于，所述计算机可读取的记录介质记录了使所述计算机执行以下处理的伺服电动机控制用程序：
生成所述被驱动体的位置指令值的处理；
推定第1力推定值的处理，该第1力推定值是在所述连结机构与所述被驱动体的连结部中作用于所述被驱动体的驱动力；
将推定出的所述第1力推定值的绝对值与固定值的第2力推定值的绝对值进行比较，选择绝对值大的所述第1力推定值或第2力推定值的处理；
根据选择的所述第1力推定值或第2力推定值，对生成的所述位置指令值进行修正的处理；以及
使用修正后的所述位置指令值控制所述伺服电动机的处理。
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