CN108508784B - 伺服电动机控制装置、伺服电动机控制方法以及记录介质 - Google Patents

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Abstract

提供一种伺服电动机控制装置、伺服电动机控制方法以及记录介质。具备：伺服电动机；被驱动体，其被伺服电动机驱动；连结机构，其将伺服电动机与被驱动体连结，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，其使用位置指令值来控制伺服电动机；力估计部，其估计在与连结机构之间的连结部处作用于被驱动体的驱动力即力估计值；力估计值输出部，其基于位置指令值来对反映力估计值的更新和停止力估计值的更新进行判断，并输出反映了更新的力估计值和基于位置指令值而停止更新时的力估计值中的某一个；以及校正量生成部，其使用力估计值输出部的输出来生成校正量以校正位置指令值。

Description

伺服电动机控制装置、伺服电动机控制方法以及记录介质
技术领域
本发明涉及一种具有对利用伺服电动机的动力进行驱动的被驱动体的位置进行校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
以往以来，存在如下一种伺服电动机控制装置：将被加工物(工件)搭载在工作台上，利用伺服电动机借助连结机构使工作台移动。工作台和工件为被驱动体。连结机构具有与电动机伺服连结的联轴器(coupling)、以及固定于联轴器的滚珠丝杠。滚珠丝杠与螺母螺纹结合。
在这种伺服电动机控制装置中，存在以下一种伺服电动机控制装置：具有对利用伺服电动机的动力进行驱动的被驱动体(也称为移动体)的位置进行校正的功能。
例如，在专利文献1中记载有以下一种伺服电动机控制装置：估计在连结机构的连结部处作用于被驱动体的驱动力，基于估计出的驱动力来对位置指令值进行校正。
在专利文献2中记载有以下一种伺服电动机控制装置：根据从伺服电动机到移动体的距离和转矩指令值来计算滚珠丝杠的伸缩量，根据该伸缩量来计算旋装于滚珠丝杠的移动体的位置校正量，利用该位置校正量来对位置指令值进行校正。
另外，在专利文献3中记载有以下一种伺服电动机控制装置：在伺服控制装置中，基于在滚珠丝杠的距伺服电动机远的位置侧作用的张力、在两端支承滚珠丝杠的一对固定部之间的距离、从设置于滚珠丝杠的距伺服电动机近的位置侧的固定部到移动体的距离、以及对伺服电动机提供的转矩指令，来计算滚珠丝杠的伸缩量，基于计算出的滚珠丝杠的伸缩量来计算进给轴的位置校正量。
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
发明要解决的问题
本发明的发明人们发现：在对位置指令值进行校正的情况下，在停止或低速动作时，对位置指令值施加对估计的驱动力作出反应的与机械动作无关的校正，从而产生校正量的振动。
本发明的目的在于，提供一种在机床或产业机械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。
用于解决问题的方案
(1)本发明所涉及的伺服电动机控制装置具备：
伺服电动机(例如，后述的伺服电动机50)；
被驱动体(例如，后述的工作台70)，其被所述伺服电动机驱动；
连结机构(例如，后述的联轴器601和滚珠丝杠602)，其将所述伺服电动机与所述被驱动体连结，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(例如，后述的位置指令生成部10)，其生成所述被驱动体的位置指令值；
电动机控制部(例如，后述的电动机控制部20)，其使用所述位置指令值来控制所述伺服电动机；
力估计部(例如，后述的力估计部302)，其估计在与所述连结机构之间的连结部处作用于所述被驱动体的驱动力即力估计值；
力估计值输出部(例如，后述的力估计值输出部303)，其基于所述位置指令值对反映所述力估计值的更新和停止所述力估计值的更新进行判断，并输出反映了更新的力估计值和基于所述位置指令值而停止更新时的力估计值中的某一个；以及
校正量生成部(例如，后述的校正量生成部301)，其使用所述力估计值输出部的输出来生成校正量以校正所述位置指令值。
(2)在上述(1)的伺服电动机控制装置中，也可以是，在所述位置指令值的指令速度或所述位置指令值的指令加速度为规定值以下的情况下，所述力估计值输出部判断为停止由所述力估计部估计出的力估计值的更新。
(3)在上述(1)或(2)的伺服电动机控制装置中，也可以是，在所述位置指令值的指令速度或所述位置指令值的指令加速度为规定值以下的情况下，所述力估计值输出部以所述停止更新时的力估计值为基准来定义规定的力估计值范围，如果从所述力估计部输出的力估计值处于所述力估计值范围内，则输出所述停止更新时的力估计值。
(4)在上述(1)至(3)中的任一个伺服电动机控制装置中，也可以是，所述校正量生成部将从所述力估计值输出部输出的所述力估计值与第一系数之积同从所述力估计值输出部输出的所述力估计值、从所述伺服电动机到所述连结部的距离与第二系数之积的和设为所述校正量。
(5)在上述(3)的伺服电动机控制装置中，也可以是，关于所述力估计值范围，以所述停止更新时的力估计值为基准，在所述力估计值的增减方向上设置各不相同的力估计值范围。
(6)在上述(1)至(5)中的任一个伺服电动机控制装置中，也可以是，还具备切换部(例如，后述的开关304)，在由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规定值的情况下，该切换部从自所述力估计值输出部输出的力估计值切换为由所述力估计部估计出的力估计值。
(7)在上述(1)至(6)中的任一个伺服电动机控制装置中，也可以是，在所述力估计值输出部将输出的力估计值在反映了更新的力估计值与基于所述位置指令值而停止更新时的力估计值之间切换时、或者在所述切换部将输出的力估计值在从所述力估计值输出部输出的力估计值与从所述力估计部输出的力估计值之间切换时，对由所述校正量生成部生成的所述校正量施加滤波(例如，后述的滤波器110)。
(8)在上述(1)至(7)中的任一个伺服电动机控制装置中，也可以是，所述电动机控制部具有速度指令制作部(例如，后述的速度指令制作部201)和转矩指令制作部(例如，后述的转矩指令制作部202)，
其中，所述转矩指令制作部至少具有对速度偏差进行累积的积分器(例如，后述的积分器2021)，
在所述力估计值输出部将输出的力估计值在反映了更新的力估计值与基于所述位置指令值而停止更新时的力估计值之间切换时、或者在所述切换部将输出的力估计值在从所述力估计值输出部输出的力估计值与从所述力估计部输出的力估计值之间切换时，进行所述积分器的重写。
(9)关于本发明的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(例如，后述的伺服电动机50)；
被驱动体(例如，后述的工作台70)，其被所述伺服电动机驱动；以及
连结机构(例如，后述的联轴器601和滚珠丝杠602)，其将所述伺服电动机与所述被驱动体连结，向所述被驱动体传递所述伺服电动机的动力，
在所述伺服电动机控制方法中，
生成所述被驱动体的位置指令值，
估计在与所述连结机构之间的连结部处作用于所述被驱动体的驱动力即力估计值，
基于所述位置指令值对反映所述力估计值的更新和停止所述力估计值的更新进行判断，并选择反映了更新的力估计值和基于所述位置指令值而停止更新时的力估计值中的某一个，基于所选择的力估计值来对生成的所述位置指令值进行校正，
使用校正后的所述位置指令值来控制所述伺服电动机。
(10)本发明的计算机可读取的记录介质记录有用于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(例如，后述的伺服电动机50)；
被驱动体(例如，后述的工作台70)，其被所述伺服电动机驱动；
连结机构(例如，后述的联轴器601和滚珠丝杠602)，其将所述伺服电动机与所述被驱动体连结，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用程序使所述计算机执行以下处理：
生成所述被驱动体的位置指令值；
估计在与所述连结机构之间的连结部处作用于所述被驱动体的驱动力即力估计值；
基于所述位置指令值对反映所述力估计值的更新和停止所述力估计值的更新进行判断，并选择反映了更新的力估计值和基于所述位置指令值而停止更新时的力估计值中的某一个；
基于所选择的力估计值来对生成的所述位置指令值进行校正；以及
使用校正后的所述位置指令值来控制所述伺服电动机。
发明的效果
根据本发明，即使在停止、低速动作时，也能够抑制对位置指令值施加对估计的驱动力作出反应的与机械动作无关的校正而产生的校正量的振动，从而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是对校正量的振动进行说明的图。
图3是表示作为本发明的第一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的力估计值输出部的结构的框图。
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是表示图3所示的伺服电动机控制装置的动作的特性图。
图8是表示包含位置指令校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9是表示包含电动机控制部的一个结构例以及求出滚珠丝杠的长度(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10是表示速度指令制作部的一个结构例的框图。
图11是表示转矩指令制作部的一个结构例的框图。
图12是表示图3所示的伺服电动机控制装置的动作的流程图。
图13是表示作为本发明的第二实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。
图14是表示作为本发明的第三实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。
图15是表示滤波器和滤波器的切换开关的图。
图16是表示利用切换开关进行的滤波器的切换动作的流程图。
图17是表示作为本发明的第四实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。
图18是表示转矩指令制作部的结构的框图。
图19是表示积分器的切换动作的流程图。
附图标记说明
10：位置指令生成部；20：电动机控制部；30、31、32：位置指令校正部；40：编码器；50伺服电动机；60：连结机构；70：工作台；100：位置指令速度判断部；110：滤波器；301：校正量生成部；302：力估计部；303：力估计值输出部；304：开关。
具体实施方式
下面，使用附图来对本发明的实施方式进行说明。
首先，在对本发明的实施方式进行说明之前，先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利用伺服电动机50借助连结机构60使工作台70移动。工具对搭载在移动的工作台70上的被加工物(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、以及固定于联轴器601的滚珠丝杠602，螺母603与滚珠丝杠602螺纹结合。通过伺服电动机50的旋转驱动，旋装于滚珠丝杠602的螺母603沿滚珠丝杠602的轴向移动。螺母603为连结机构60与工作台70之间的连结部。
由与伺服电动机50相关联的作为位置检测部的编码器40来检测伺服电动机50的旋转角度位置，检测出的旋转角度位置(作为位置检测值)被用作位置反馈。此外，编码器40能够检测旋转速度，检测出的速度(作为速度检测值)被用作速度反馈。
伺服电动机控制装置具有：位置指令生成部10，其按照从未图示的上级控制装置、外部输入装置等输入的程序、命令来制作伺服电动机50的位置指令值；减法器80，其求出由位置指令生成部10制作出的位置指令值与由编码器40检测出的位置检测值之差；加法器90，其将该差与从位置指令校正部30输出的校正值相加；电动机控制部20，其使用该相加值来制作伺服电动机50的转矩指令值；以及位置指令校正部30。
在伺服电动机50进行驱动时，驱动力作用于连结机构60和工作台70，连结机构60和工作台70发生弹性变形。与工作台70相比，连结机构60的刚性低，因此连结机构60的弹性变形占整体的弹性变形中的大部分的比例。当连结机构60发生弹性变形时，即使在伺服电动机控制装置使伺服电动机50按照指令值进行旋转的情况下，工作台70的位置也会产生与弹性变形量相应的误差。因此，为了消除该误差，将位置指令值校正与连结机构60的弹性变形量相应的量。连结机构60的弹性变形量与在作为工作台70与连结机构60之间的连结部的螺母603处作用于工作台70的驱动力成比例，能够使用在连结部处作用的驱动转矩来表示驱动力。
位置指令校正部30具有校正量生成部301和力估计部302。力估计部302使用转矩指令值来估计在连结部处作用于驱动体的驱动力(驱动转矩)。校正量生成部301基于由力估计部302估计出的驱动力来生成用于对位置偏差进行校正的校正量并输出校正值。位置偏差为由位置指令生成部10生成的位置指令值与位置反馈之差。
本发明的发明人们发现，在图1所示的前提技术的伺服电动机控制装置中存在以下情况：即使在停止或低速动作时，也对位置指令值施加对估计的驱动力作出反应的与机械动作无关的校正，从而如图2所示那样产生校正量的振动。本发明的发明人们发现，如果在停止或低速动作时使从力估计部输出的力估计值的更新停止，则能够抑制校正量的振动。
下面，对抑制校正量的振动的本发明的伺服电动机控制装置的实施方式进行说明。能够应用以下所说明的本实施方式的伺服电动机控制装置的机械为激光加工机、放电加工机、切削加工机等机床，但本发明的伺服电动机控制装置也能够应用于机器人等产业机械等。
(第一实施方式)
图3是表示作为本发明的第一实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。图4是表示力估计值输出部的一个结构例的图。在图3中，对与图1的伺服电动机控制装置的结构构件相同的结构构件标注相同标记并省略说明。
如图3所示，本实施方式的伺服电动机控制装置具备位置指令校正部31来代替位置指令校正部30，且具备位置指令速度判断部100。与图1所示的位置指令校正部30相比，位置指令校正部31具备力估计值输出部303。如图4所示，力估计值输出部303具备保存部3031、判定部3032以及开关3033。
位置指令速度判断部100接收由位置指令生成部10制作出的位置指令值，生成位置指令值的指令速度(作为位置指令速度)。位置指令速度判断部100判断生成的指令速度的绝对值是否为规定值以下(包含0)，向力估计值输出部303的保存部3031和判定部3032发送指示信号。在指令速度的绝对值为规定值以下(包含0)时，能够判断为伺服电动机控制装置正在进行停止或低速时的控制。此外，在此，由位置指令速度判断部100判断指令速度的绝对值是否为规定值以下(包含0)，但也可以是，位置指令速度判断部100只进行指令速度的生成，判定部3032和保存部3031基于从位置指令速度判断部100接收到的指令速度来判断指令速度的绝对值是否为规定值以下(包含0)。也可以是，判定部3032和保存部3031中的一方基于从位置指令速度判断部100接收到的指令速度来判断指令速度的绝对值是否为规定值以下(包含0)，并向另一方发送指示信号。
力估计值输出部303基于指示信号对反映来自力估计部302的力估计值的更新和停止来自力估计部302的力估计值的更新进行判断，并输出反映了更新的力估计值(从力估计部302输出的力估计值)和基于指示信号而停止更新时的力估计值(保存部3031中保存的力估计值)中的某一个。
力估计值输出部303的保存部3031当从位置指令速度判断部100接收指示信号时，如果指示信号示出指令速度的绝对值为规定值以下，则保存来自力估计部302的力估计值(估计负载转矩)。所保存的力估计值与停止或低速时的力估计值对应。
判定部3032从位置指令速度判断部100接收指示信号，在指示信号示出指令速度的绝对值为规定值以下时，以来自力估计部302的力估计值(与保存部3031中保存的力估计值大致相同的力估计值)为基准来设定规定的力估计值范围(规定的不灵敏区的范围)。之后，判定部3032判定下一次从力估计部302输入的力估计值是否处于规定的力估计值范围内。如果力估计值处于规定的力估计值范围内，则判定部3032对开关3033进行切换以使保存部3031的输入侧与力估计部302的输出侧连接，并向保存部3031输出输出指示信号。接收到输出指示信号的保存部3031向校正量生成部301输出所保存的力估计值。
另一方面，如果所输入的力估计值不处于规定的力估计值范围内，则判定部3032对开关3033进行切换以使校正量生成部301的输入侧与力估计部302的输出侧连接。输入到开关3033的力估计值被输出到校正量生成部301。在指示信号示出指令速度的绝对值不为规定值以下(指令速度的绝对值超过规定值)时，判定部3032对开关3033进行切换以使校正量生成部301的输入侧与力估计部302的输出侧连接。
通过这样，在来自力估计部302的力估计值(估计负载转矩)处于规定的力估计值范围内(不灵敏区的范围内)的情况下，校正量生成部301将保存部3031中保存的力估计值作为估计负载转矩，生成用于校正弹性变形的校正量，向加法器90输出该校正量。另一方面，在来自力估计部302的力估计值(估计负载转矩)处于规定的力估计值范围外的情况下，校正量生成部301将从力估计部302实时获取到的力估计值作为估计负载转矩，生成用于校正弹性变形的校正量，向加法器90输出该校正量。
也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，在该情况下，位置指令速度判断部100被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收由位置指令生成部10制作出的位置指令值来生成位置指令值的指令加速度(位置指令加速度)。关于位置指令加速度判断部的功能，除了将指令速度置换为指令加速度这点以外，与位置指令速度判断部100的功能相同。此外，在此，基于位置指令速度或位置指令加速度来对开关3033进行切换，但是如果能够基于位置指令来检测停止或低速动作，则也可以代替位置指令速度或位置指令加速度而使用位置指令来对开关3033进行切换。
力估计部302如已经说明的那样使用从电动机控制部20输出的转矩指令值来估计并输出在连结部处作用于驱动体的驱动力(驱动转矩)。估计出的该负载转矩的值为力估计值。此外，驱动力的估计不限定于此，例如，也可以如专利文献1(日本特开2014-109785号公报)所记载的那样，力估计部302对转矩指令值进一步加上加减速转矩、干扰转矩等来估计驱动力，或者不使用转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转矩，从而估计驱动力。
下面，使用图5、图6以及图7的特性图来对本实施方式的伺服电动机控制装置的作用进行说明。
在图1所示的伺服电动机控制装置不考虑滚珠丝杠的长度的影响的情况下，如图5所示，负载转矩与校正量为正比关系，由于位置校正量是利用位置校正量＝系数×负载转矩的式子来求出的，因此如果在指令停止时负载转矩发生变化，则位置校正量也发生变化。
在本实施方式中，如图6所示，在位置指令值的指令速度或指令加速度为规定值以下的情况下，对从力估计部302输出的负载转矩设置规定的不灵敏区，该规定的不灵敏区以位置指令值的指令速度或指令加速度成为规定值以下的时间点的负载转矩值(作为力估计值)、即停止中或低速时的负载转矩值为基准。在该不灵敏区，校正量生成部301基于从力估计值输出部303的保存部3031输出的停止中或低速时的估计值(负载转矩)来进行校正。由此，防止由于停止中或低速时的负载转矩的微小的变化而引起的校正量的不需要的变化。在从力估计部302输出的负载转矩产生了超过规定的不灵敏区的宽度的变化的情况下，校正量生成部301基于从力估计部302输出的力估计值来进行位置指令的校正。
在校正量生成部301正在基于从力估计部302输出的力估计值来进行位置指令的校正时再次成为进入不灵敏区的宽度的负载转矩的情况下，针对从力估计部302输出的负载转矩设置规定的不灵敏区。反复进行该处理。
关于不灵敏区的宽度，也可以是，从停止中或低速时的负载转矩值起在增减方向上不均等。即，如图6所示，从停止中或低速时的负载转矩值起在增减方向上的宽度T1、T2既可以为T1＝T2，也可以为T1>T2，还可以为T1<T2。有时停止中或低速时的负载转矩值的符号由于某些影响而改变(例如，负载转矩值从正变为负)，但即使在该情况下，也如图7所示那样不使停止中或低速时的估计负载转矩的符号变化。
如以上所说明的那样，在本实施方式中，针对用于计算滚珠丝杠等机械的弹性变形的估计负载转矩，在电动机停止中或低速时设置规定的力估计值范围(规定的不灵敏区的范围)，在来自力估计部302的力估计值处于该规定的力估计值范围的情况下，停止负载转矩的更新。校正量生成部301使用停止更新的规定的力估计值(保存部中保存的力估计值)来生成校正量，从而避免过剩的校正。
根据本实施方式，伺服电动机控制装置能够不反映与伺服电动机的动作无关的、停止中或低速时的微小的校正量的变化，而只进行针对空程的校正。
图8是表示包含位置指令校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的位置指令校正部32的估计负载转矩计算部308与图3的力估计部302对应，图8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与图3的校正量生成部301对应。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，位置指令校正部32基于估计的负载转矩或固定值来计算连结机构(联轴器和滚珠丝杠)中产生的绕旋转轴的扭转弹性变形和轴向的伸缩弹性变形，对位置指令值校正由弹性变形引起的空程。在该例中，设置于滚珠丝杠长度乘法部307的输入侧的力估计值输出部303进行使力估计值的更新停止的处理，因此位置校正量能够具有对滚珠丝杠的长度的依赖性。此时，轴向的弹性变形取决于从伺服电动机50到被驱动体的距离，该距离是通过移动位置的累积值来估计的。
如果用T表示估计负载转矩、用α表示扭转系数，则与连结部的扭转有关的校正量为α·T，如果用T表示估计负载转矩、用d表示滚珠丝杠的长度、用β表示形状系数，则与滚珠丝杠的伸缩有关的校正量为d·β·T。然后，通过加法部309将这些校正量相加所得到的合计的校正量为α·T+d·β·T。滚珠丝杠的长度d为从伺服电动机50到连结部为止的滚珠丝杠的长度，根据工作台的位置而发生改变。
图9是包含电动机控制部20的一个结构例和求出滚珠丝杠的长度(弹簧要素的长度)的距离计算部130的伺服电动机控制装置的结构的框图。在图8的滚珠丝杠长度乘法部307中进行乘法运算的滚珠丝杠的长度(弹簧要素的长度)是由距离计算部130计算出的。图8的电动机控制部20具有速度指令制作部201、减法部以及转矩指令制作部202。
图10是表示速度指令制作部201的一个结构例的框图。如图8所示，位置指令生成部10制作位置指令值，减法器80求出位置指令值与位置反馈得到的检测位置之差，加法器90对该差加上校正量。加上校正量后的差被输入到图10所示的微分器2011和位置控制增益2013。系数部2012对微分器2011的输出乘以系数。加法器2014将系数部2012的输出与位置控制增益2013的输出的相加值输出来作为速度指令值。减法器120求出速度指令制作部201的输出与速度反馈得到的检测速度之差，将该差作为速度指令值输出。
图11是表示转矩指令制作部202的一个结构例的框图。转矩指令制作部202具备与减法器120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的输出与积分增益2022的输出相加来作为转矩指令向伺服电动机50输出的加法器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。此外，也可以改变积分增益2022和积分器2021的排列顺序。
图12是表示图3所示的伺服电动机控制装置的动作的流程图。在步骤S101中，力估计部302计算估计负载转矩(力估计值)。在步骤S102中，位置指令速度判断部100判断所生成的指令速度的绝对值是否为规定值以下，在判断为指令速度的绝对值为规定值以下的情况下(步骤S102的“是”的情况)，向力估计值输出部303发送指示信号。力估计值输出部303的保存部3031保存接收到指示信号时的力估计值，判定部3032以接收到指示信号时的力估计值为基准来设定不灵敏区的范围(步骤S103)。另一方面，在位置指令速度判断部100判断为指令速度的绝对值不为规定值以下的情况下(步骤S102的“否”的情况)，返回到步骤S102。
在步骤S104中，判定部3032判定下一次从力估计部302输入的力估计值是否处于所设定的不灵敏区的范围内。在输入的力估计值处于所设定的不灵敏区的范围的情况下(步骤S104的“是”的情况)，判定部3032对开关3033进行切换，并向保存部3031输出输出指示信号。在步骤S106中，校正量生成部301基于保存部3031中保存的负载转矩来生成位置校正量，利用由校正量生成部301计算出的位置校正量来对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差进行校正。然后，电动机控制部20基于校正后的位置指令值与检测位置之差来控制伺服电动机50。
另一方面，在输入的力估计值不处于所设定的不灵敏区的范围的情况下(步骤S104的“否”的情况)，判定部3032对开关3033进行切换。其结果，向校正量生成部301输出来自力估计部302的力估计值。在步骤S105中，校正量生成部301基于来自力估计部302的力估计值来生成位置校正量，向加法器90输出位置校正量。加法器90利用由校正量生成部301计算出的位置校正量来对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差进行校正。然后，电动机控制部20基于校正后的位置指令值与检测位置之差来控制伺服电动机50。
(第二实施方式)
图13是表示作为本发明的第二实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。
如图13所示，在本实施方式的伺服电动机控制装置中，关于位置指令校正部32，对图3所示的伺服电动机控制装置的位置指令校正部31追加了作为切换部的开关304，基于来自位置指令速度判断部100的切换信号来对开关304进行切换。
在指令速度的绝对值为规定值以下(包含0)时，位置指令速度判断部100向开关304发送切换信号以使校正量生成部301的输入端与力估计值输出部303的输出端连接。另外，在指令速度的绝对值超过规定值时，位置指令速度判断部100向开关304发送切换信号以使校正量生成部301的输入端与力估计部302的输出端连接。也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，在该情况下，位置指令速度判断部100被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收由位置指令生成部10制作出的位置指令值来生成位置指令值的指令加速度(位置指令加速度)。关于位置指令加速度判断部的功能，除了将指令速度置换为指令加速度这点以外，与位置指令速度判断部100的功能相同。
在本实施方式中，在指令速度的绝对值超过规定值时，位置指令速度判断部100对开关304进行切换以使校正量生成部301的输入端与力估计部302的输出端连接。因此，不像第一实施方式那样由判定部3032判断力估计值是否处于规定的力估计值范围，能够迅速地进行切换动作。
在本实施方式中，设置有开关304，但是如果在指令速度的绝对值超过规定值时图4的判定部3032进行开关3033的切换以使校正量生成部301的输入侧与力估计部302的输出侧连接，则也可以不设置开关304。
(第三实施方式)
在第一实施方式的伺服电动机控制装置中，当判定部3032从来自力估计部302的力估计值切换为保存部3031中保存的力估计值、或者从保存部3031中保存的力估计值切换为来自力估计部302的力估计值时，存在切换时校正量不连续地改变的情况。不连续的校正量导致不连续的速度指令，使得产生不连续的转矩指令。为了防止该校正量的不连续，对位置指令校正部31的输出设置滤波器110。使校正量通过滤波器110，由此使得不连续的值平缓地追随。
图14是表示作为本发明的第三实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。关于图14的伺服电动机控制装置的结构，除了设置有滤波器110这点以外，与图3的伺服电动机控制装置的结构相同，对相同的结构构件标注相同的标记并省略说明。关于滤波器110，能够使用低通滤波器。
如上所述，能够通过在校正量生成部301与加法器90之间连接滤波器110来防止校正量的不连续。但是，也可以是，图15所示的切换开关111在不使用滤波器110的情况与使用滤波器110的情况之间进行切换。只在判定部3032使用开关3033来从来自力估计部302的力估计值切换为保存部3031中保存的力估计值或者从保存部3031中保存的力估计值切换为来自力估计部302的力估计值时，切换开关111在校正量生成部301与加法器90之间连接滤波器110。然后，在利用开关3033进行的切换后，切换开关111将校正量生成部301与加法器90之间连接而不经由滤波器110。基于来自图4所示的判定部3022的指示信号来进行切换开关111的切换。
图16是表示利用切换开关111进行的滤波器110的切换动作的流程图。在步骤S201中，判定部3032判断是否切换力估计值，在切换力估计值的情况下(步骤S201的“是”)，在步骤S202中，切换开关111切换为施加滤波，之后，在校正量的不连续被消除时，在步骤S203中切换开关111切换为不施加滤波。关于判定部3032切换力估计值的情况，存在从来自力估计部302的力估计值切换为保存部3031中保存的力估计值的情况、以及从保存部3031中保存的力估计值切换为来自力估计部302的力估计值的情况。
在以上的说明中，说明了对图3的伺服电动机控制装置的结构追加了滤波器或滤波器及切换开关的例子，但也可以对图13的伺服电动机控制装置的结构追加滤波器或滤波器及切换开关。在该情况下，作为设置滤波器的情况，存在两种情况。第一种情况为如下的情况：判定部3032使用开关3033来从来自力估计部302的力估计值切换为保存部3031中保存的力估计值或者从保存部3031中保存的力估计值切换为来自力估计部302的力估计值。第二种情况为如下的情况：位置指令速度判断部100使用开关304来从来自力估计值输出部303的力估计值向来自力估计部302的力估计值切换或者从来自力估计部302的力估计值向来自力估计值输出部303的力估计值切换。
在追加滤波器及切换开关时，切换开关111的切换是基于图4所示的判定部3032的指示信号或位置指令速度判断部100的指示信号来进行的。位置指令速度判断部100也可以被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收由位置指令生成部10制作出的位置指令值来生成位置指令值的指令加速度(位置指令加速度)。
(第四实施方式)
在第三实施方式的伺服电动机控制装置中，为了防止校正量的不连续，对位置指令校正部31的输出设置滤波器110，但也可以是，进行图11所示的转矩指令制作部202的积分器2021的重写来代替滤波器，由此使得转矩指令值变得连续。在本实施方式中，也可以进行积分器2021的重写以及对位置指令校正部31的输出设置滤波器110这两方。当在判定部3032使用开关3033来从来自力估计部302的力估计值切换为保存部3031中保存的力估计值或者从保存部3031中保存的力估计值切换为来自力估计部302的力估计值时对位置指令值进行校正的校正量进入时，速度指令值发生变化。进行积分器的重写来使转矩指令值变得连续，以避免转矩指令值由于该速度指令值的变化而发生变化。
图17是表示作为本发明的第四实施方式的伺服电动机控制装置的结构的框图。关于图17的伺服电动机控制装置的结构，除了图4所示的判定部3032向转矩指令制作部202发送积分器的重写指示这点以外，与图9的伺服电动机控制装置的结构相同，对相同的结构构件标注相同的标记并省略说明。图18是表示转矩指令制作部202的结构的框图。如图18所示，向积分器2021发送重写指示。
重写指示是在图4所示的判定部3032从来自力估计部302的力估计值切换为保存部3031中保存的力估计值或者从保存部3031中保存的力估计值切换为来自力估计部302的力估计值时被发送的。基于重写指示来如以下那样进行积分器2021的重写。
当设Vcmd为速度指令值、设Vfb为检测速度、设kp为比例增益、设ki为积分增益时，转矩指令值TCMD用以下的数式表示。
【数1】
TCMD＝∑(Vcmd-Vfb)×ki+(Vcmd-Vfb)×kp
在停止校正量的更新之后重新开始校正量的更新时，转矩指令值TCMD从TCMD(1)变为TCMD(2)。
【数2】
TCMD(1)＝Σ(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，将转矩指令值TCMD(2)的TCMD(1)+(Vcmd(2)-Vfb(2))重写为以下的数3。
【数3】
(TCMD(1)-(Vcmd(2)-Vfb(2))×kp)/ki
于是，重写后的转矩指令值TCMD’(2)与TCMD(1)相同，不产生转矩指令的不连续。
图19是表示积分器2021的切换动作的流程图。在步骤S301中判定部3032判断是否切换力估计值，在切换力估计值的情况下(步骤S301的“是”)，在步骤S302中，进行积分器2021的重写。之后，在校正量的不连续被消除时，在步骤S303中判定部3032使积分器的重写复原。关于判定部3032切换力估计值的情况，存在从来自力估计部302的力估计值切换为保存部3031中保存的力估计值的情况、以及从保存部3031中保存的力估计值切换为来自力估计部302的力估计值的情况。
在以上的本实施方式的说明中，说明了在图9的伺服电动机控制装置的结构中位置指令校正部32的力估计值输出部303中的判定部3032向转矩指令制作部202发送积分器的重写指示的例子，但本实施方式的结构也能够应用于对图9的伺服电动机控制装置的结构追加图13的伺服电动机控制装置的位置指令速度判断部100和开关304的情况。在该情况下，作为发送积分器2021的重写指示的情况，存在两种情况。第一种情况为如下的情况：判定部3032使用开关3033来从来自力估计部302的力估计值切换为保存部3031中保存的力估计值或者从保存部3031中保存的力估计值切换为来自力估计部302的力估计值。第二种情况为如下的情况：位置指令速度判断部100使用开关304来从来自力估计值输出部303的力估计值向来自力估计部302的力估计值切换或者从来自力估计部302的力估计值向来自力估计值输出部303的力估计值切换。
积分器的重写指示是基于图4所示的判定部3032的指示信号或位置指令速度判断部100的指示信号来进行的。位置指令速度判断部100也可以被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收由位置指令生成部10制作出的位置指令值来生成位置指令值的指令加速度(位置指令加速度)。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但能够通过硬件、软件或它们的组合来实现伺服电动机控制装置的功能的全部或一部分。在此，通过软件实现是指通过由计算机读入并执行程序来实现。在由硬件构成的情况下，伺服电动机控制装置的校正量生成部301、力估计部302、力估计值输出部303、位置指令生成部10、电动机控制部20的一部分或全部能够由电路、例如LSI(Large Scale Integrated circuit：大规模集成电路)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、门阵列、FPGA(FieldProgrammable Gate Array：现场可编程门阵列)等集成电路(IC)构成。
在通过软件实现的情况下，伺服电动机控制装置的一部分或全部能够由包括CPU以及存储有程序的硬盘、ROM等存储部的计算机构成。而且，通过由计算机按照遵循图3、图4、图8-图11的框图及图12的流程图的程序、遵循图13的框图的程序、或者遵循图14、图15的框图及图16的流程图的程序、遵循图17、图18的框图及图19的流程图的程序，将运算所需的信息存储于RAM等第二存储部来执行处理，能够执行伺服电动机控制装置的一部分或全部的动作。关于程序，能够从记录有程序的CD-ROM、DVD、快闪存储器等外部存储介质读入到硬盘等存储部。
关于程序，能够使用各种类型的计算机可读取的记录介质(computer readablemedium)进行保存并提供给计算机。计算机可读取的记录介质包括各种类型的具有实体的记录介质(tangible storage medium)，并且包括非暂时性的计算机可读取的记录介质(Non-transitory computer readable medium)。非暂时性的计算机可读取的记录介质的例子包括磁记录介质(例如软磁盘、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：可编程只读存储器)、EPROM(Erasable PROM：可擦除可编程只读存储器)、闪存ROM、RAM(random access memory：随机存取存储器))。
本发明并不限定于上述的各实施方式，能够进行各种变更和变形。

Claims (8)

1.一种伺服电动机控制装置，具备：
伺服电动机；
被驱动体，其被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，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来控制所述伺服电动机；
力估计部，其估计在与所述连结机构之间的连结部处作用于所述被驱动体的驱动力即力估计值；
力估计值输出部，在所述位置指令值的指令速度变化为规定值以下的情况下，所述力估计值输出部以该变化的时间点的力估计值为基准来定义规定的力估计值范围，如果从所述力估计部输出的力估计值处于所述力估计值范围内，则输出停止所述力估计值的更新的力指令值，如果从所述力估计部输出的力估计值处于所述力估计值范围外，则输出反映了所述力估计值的更新的力指令值；以及
校正量生成部，其使用所述力估计值输出部的输出来生成用于校正所述位置指令值的校正量。
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，
所述校正量生成部将从所述力估计值输出部输出的所述力估计值与第一系数之积同从所述力估计值输出部输出的所述力估计值、从所述伺服电动机到所述连结部的距离与第二系数之积的和设为所述校正量。
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，
关于所述力估计值范围，以所述停止更新时的力估计值为基准，在所述力估计值的增减方向上设置各不相同的力估计值范围。
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，
还具备切换部，在由所述位置指令生成部生成的位置指令值的指令速度超过规定值的情况下，该切换部从自所述力估计值输出部输出的力估计值切换为由所述力估计部估计出的力估计值。
5.根据权利要求4所述的伺服电动机控制装置，其特征在于，
在所述力估计值输出部将输出的力估计值在反映了更新的力估计值与基于所述位置指令值而停止更新时的力估计值之间切换时、或者在所述切换部将输出的力估计值在从所述力估计值输出部输出的力估计值与从所述力估计部输出的力估计值之间切换时，对由所述校正量生成部生成的所述校正量施加滤波。
6.根据权利要求4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制作部和转矩指令制作部，
其中，所述转矩指令制作部至少具有对速度偏差进行累积的积分器，
在所述力估计值输出部将输出的力估计值在反映了更新的力估计值与基于所述位置指令值而停止更新时的力估计值之间切换时、或者在所述切换部将输出的力估计值在从所述力估计值输出部输出的力估计值与从所述力估计部输出的力估计值之间切换时，进行所述积分器的重写。
7.一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，其被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，向所述被驱动体传递所述伺服电动机的动力，
在所述伺服电动机控制方法中，包括以下步骤：
位置指令生成步骤，生成所述被驱动体的位置指令值，
力估计步骤，估计在与所述连结机构之间的连结部处作用于所述被驱动体的驱动力即力估计值，
力估计值输出步骤，在所述位置指令生成步骤中生成的所述位置指令值的指令速度变化为规定值以下的情况下，以该变化的时间点的力估计值为基准来定义规定的力估计值范围，如果在所述力估计步骤中输出的力估计值处于所述力估计值范围内，则输出停止所述力估计值的更新的力指令值，如果在所述力估计步骤中输出的力估计值处于所述力估计值范围外，则输出反映了所述力估计值的更新的力指令值，
校正量生成步骤，使用在所述力估计值输出步骤中输出的所述力指令值，来生成用于校正所述位置指令值的校正量，
使用校正后的所述位置指令值来控制所述伺服电动机。
8.一种计算机可读取的记录介质，记录有用于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，其被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，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用程序使所述计算机执行根据权利要求7所述的步骤。
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