CN109687771B - 控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供在控制通过多个电动机进行驱动的驱动机构的控制装置中，能够稳定且均等地施加预载(预压转矩)的结构。控制装置(1)在从电动机(13、23)没有输出的状态变为输出非零的状态且预压转矩叠加部(30)赋予预压转矩时，多个电动机(13、23)中的至少一个电动机(23)以基于速度检测部(15)检测出的速度检测值的速度控制来在驱动机构(2)与电动机(13、23)之间形成接触部，在形成接触部的状态下由预压转矩叠加部(30)赋予预压转矩。

Description

控制装置

技术领域

本发明涉及通过多个电动机进行驱动的驱动机构的控制装置。

背景技术

目前已知一种技术，其在用于控制串联机构的控制装置中，将预压转矩(预载转矩，Preload Torque)附加到控制电动机的转矩指令值中来抑制背隙(Backlash)，该串联机构使用多个电动机来驱动机器人或机床等的驱动机构。专利文献1～3公开有该种技术。

专利文献1中记载以下技术，其具备：2台电动机，其驱动一个被驱动体；位置控制部，其运算处理位置偏差值并输出速度指令值；速度控制部，其根据速度指令值和从速度检测器返回的速度反馈值，通过积分要素和比例要素进行处理，并输出转矩指令值；电流控制部，其根据转矩指令值来控制电动机的驱动电流；速度积分器共通化单元，其将速度控制部的一方积分要素的输出复制到另一方的积分要素；以及修正部，其为了抑制2台电动机间的背隙，分别将预载转矩值附加到各个转矩指令值中，修正部具有时间常数电路，并根据预定时间常数逐渐附加预载转矩值。

专利文献2中记载以下技术，作为电动机控制装置，其在通过2个电动机来驱动一个被驱动体时，即使是电动机的加减速时也能够抑制连接于电动机的驱动轴的传递传动机构的机器要素与被驱动体之间的背隙，该电动机控制装置具备：第一预载转矩值制成部，其根据主电动机的加速度来生成预先附加于转矩指令值的转矩值即预载转矩值，以使施加于主电动机的驱动轴的力的方向和施加于副电动机的驱动轴的力的方向相互相反；以及第二预载转矩值制成部，其根据副电动机的加速度来生成预先附加于转矩指令值的转矩值即预载转矩值，以使施加于主电动机的驱动轴的力的方向与施加于副电动机的驱动轴的力的方向相互相反。

专利文献3中记载以下技术，在进行驱动一个可动部的串联控制的电动机控制装置中，在每个电动机中具备位置控制部、速度控制部以及电流控制部，还具备：转矩调停控制部，其运算转矩调停值，该运算转矩调停值根据由速度控制部运算出的转矩指令和由速度控制部运算出的转矩指令之间的差来计算调停转矩；以及预压控制部，其将预压转矩与转矩指令相加，预压控制部根据可动部的位置来运算背隙抑制所需要的最小预压转矩。

专利文献1：日本特开2010-172054号公报

专利文献2：日本特开2014-178753号公报

专利文献3：日本特开2014-207770号公报

发明内容

即使在转矩指令值中附加有预压转矩，如果在初期状态下在电动机与驱动机构之间存在因机构上必要的空隙而产生的间隙，即使电性赋予预压转矩也不能够机械性地发挥功能。专利文献1和专利文献2所记载的技术为记载了通过速度控制赋予预载的技术，但是由于以附加固定的预载从而背隙已经被消除的状态作为前提，因此在初期状态下在适当地赋予预压转矩的点上有改善的余地。

另外，专利文献3中记载了通过位置控制赋予预压转矩的点，但是由于设置为在通过位置控制产生间隙的状态下，各电动机要留在各自的位置上，因此存在在机构上的空隙中没有形成电动机与驱动机构的接触部(接触面)的情况。如上所述，如果没有形成接触部(接触面)，则被控制地赋予的预压转矩不会物理性作用。

本发明的目的为提供一种在控制通过多个电动机进行驱动的驱动机构的控制装置中能够稳定且均等地施加预载(预压转矩)的结构。

(1)本发明为通过多个电动机(例如后述的电动机13、23)进行驱动的驱动机构(例如后述的驱动机构2)的控制装置(例如后述的控制装置1)，与多个上述电动机对应地具备：位置指令制成部(例如后述的位置指令制成部10)，其制成用于驱动上述驱动机构的位置指令值；位置检测部(例如后述的位置检测部14、24)，其检测上述电动机的位置；速度指令制成部(例如后述的速度指令制成部11、21)，其根据位置偏差值来制成速度指令值，该位置偏差值是根据上述位置指令制成部制成的位置指令值和上述位置检测部检测出的位置检测值而求出的；速度检测部(例如后述的速度检测部15、25)，其根据上述位置检测部检测出的位置检测值来计算速度检测值；转矩指令制成部(例如后述的转矩指令制成部12、22)，其根据速度偏差值来制成转矩指令值，该速度偏差值是根据上述速度指令制成部制成的速度指令值和上述速度检测部检测出的速度检测值而求出的；预压转矩叠加部(例如后述的预压转矩叠加部30)，其将被设定的预压转矩叠加于上述转矩指令值中，在上述电动机从没有输出的状态变为输出非零的状态且上述预压转矩叠加部赋予上述预压转矩的情况下，多个上述电动机中的至少一个通过基于上述速度检测部检测出的上述速度检测值的速度控制来在上述驱动机构部与上述电动机之间形成接触部，形成上述接触部并赋予上述预压转矩。

(2)在(1)记载的控制装置中，在上述电动机从没有输出的状态变为到输出非零的状态且上述预压转矩叠加部赋予上述预压转矩的情况下，多个上述电动机中的至少一个基于上述位置检测部检测出的上述位置检测值而进行位置控制，对多个上述电动机中的至少一个进行上述速度控制来形成上述接触部，在形成有上述接触部的状态下由上述预压转矩叠加部赋予上述预压转矩。

(3)在(1)或(2)记载的控制装置中，在形成上述接触部并消除了上述驱动机构侧与上述电动机侧之间的间隙的状态下控制上述电动机，使得将进行了上述速度控制的上述电动机切换为基于上述位置指令制成部制成的位置指令值的位置控制并赋予上述预压转矩。

根据本发明，在控制通过多个电动机进行驱动的驱动机构的控制装置中能够稳定且均等地施加预载。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的控制装置的用于进行串联控制的结构的示意图。

图2是表示本实施方式的速度反馈时的信号的流程的框图。

图3是表示本实施方式的位置反馈时的信号的流程的框图。

图4是表示通过比较例的位置反馈在励磁前后进行了驱动机构的控制的情况下的示意图。

图5是表示通过本实施方式的速度反馈在励磁前后进行了驱动机构的控制的情况下的示意图。

图6是表示本实施方式的控制装置进行的驱动机构的控制的切换的整体流程的流程图。

图7是表示本实施方式的控制装置进行的反馈控制的切换处理具体例子的流程图。

图中：

1：控制装置、2：驱动机构、11、21：速度指令制成部、12、22：转矩指令制成部、13、23：电动机、14、24：位置检测部、15、25：速度检测部、30：预压转矩叠加部。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的优选实施方式。

首先，说明本实施方式的控制装置1所使用的装置结构。图1是表示本发明一个实施方式的控制装置1的用于进行串联控制的结构的示意图。另外，参照图1的装置结构是一例，适用控制装置1的装置结构不限于图1所示的例子。

控制装置1用于进行通过多个(2台)电动机13、23来驱动一个驱动机构2的串联控制。驱动机构2是由移动体101以及齿轮等的机械部件102、103组成的机器人或机床等。驱动力经由机械部件102从电动机13被传递给移动体101，并且经由机械部件103传递电动机23的驱动力。

本实施方式的控制装置1包括数值控制部3和电动机控制部4。数值控制部3是CNC(Computerized Numerical Control，计算机数字控制)，进行用于使驱动机构2动作的各种处理。电动机控制部4根据来自数值控制装置20的指令经由放大器5进行电动机13的电流控制，并且经由放大器6进行电动机23的电流控制。电动机13、23是伺服电动机，电动机控制部4接收从电动机13、23分别取得位置或速度的反馈信号。

图2是表示本实施方式的控制装置1的速度反馈时的信号流程的框图。图3是表示本实施方式的控制装置1的位置反馈时的信号流程的框图。如图2以及图3所示，控制装置1包括位置检测部14、24、速度检测部15、25、速度指令制成部11、21、转矩指令制成部12、22以及预压转矩叠加部30。

位置指令制成部10、位置检测部14、24、速度检测部15、25、速度指令制成部11、21、转矩指令制成部12、22以及预压转矩叠加部30通过数值控制部3、电动机控制部4以及电动机13、23等硬件来实现。另外，控制装置1的这些各部分的结构不限于数值控制部3或电动机控制部4的任意一个，可以是数值控制部3和电动机控制部4协作来发挥各部分的功能，也可以通过经由网络连接的外部装置来发挥各部分的功能。

位置指令制成部10基于预定的程序来制成用于使驱动机构2的移动体101移动到预定位置的位置指令值。

位置检测部14检测电动机13的位置(旋转角度)，位置检测部24检测电动机23的位置(旋转角度)。本实施方式的位置检测部14、24都是由电动机13、23的编码器构成。

速度检测部15根据位置检测部14检测出的位置检测值来检测与电动机13对应的速度检测值，速度检测部25根据位置检测部24检测出的位置检测值来检测与电动机23对应的速度检测值。

速度指令制成部11根据从位置指令制成部10输入的位置指令值和位置检测部14检测出的位置检测值来制成速度指令值，速度指令制成部21根据从位置指令制成部10输入的位置指令值和位置检测部24检测出的位置检测值来生成速度指令值。速度指令值由考虑了比例要素的P控制来制成。另外，可以通过考虑了比例要素、积分要素以及微分要素的PID控制等来制成速度指令值，速度指令值的制成方法能够根据情况来选择适当的方法。

转矩指令制成部12根据通过速度指令制成部11制成的速度指令值和速度检测部15检测出的速度检测值来制成电动机13的转矩指令值。转矩指令制成部22根据由速度指令制成部11制成的速度指令值或由速度指令制成部21制成的速度指令值、速度检测部25检测出的速度检测值来生成电动机23的转矩指令值。转矩指令值通过考虑了比例要素、积分要素以及微分要素的PID控制、考虑了比例要素或积分要素的PI控制来制成。另外，从将内部模型原理的固定偏差设为零的观点出发，优选通过至少包括积分要素的控制来制成。

预压转矩叠加部30将被设定的预压转矩附加给转矩指令值。在赋予预压的预载处理中，电动机13根据将预压转矩叠加于通过转矩指令制成部12制成的转矩指令值后的值来进行驱动控制，电动机23根据将预压转矩叠加于由转矩指令制成部22制成的转矩指令值后的值来进行驱动控制。

在通过电性控制来赋予预压转矩的情况下，在初始动作中，在通过电动机13、23和驱动机构2没有形成接触部(接触面)的状态下，成为即使电气地附加预压转矩也没有物理作用的状态。参照图4说明该状态。图4是表示通过比较例的位置反馈在励磁前后进行了驱动机构2的控制的情况下的示意图。如图4所示，在初始动作中，当在通过电动机13、23的机器部件102、103和驱动机构2的移动体101没有形成接触部的状态下进行了位置控制的情况下，机器部件102、103分别要留在原来的位置上。因此，维持在机器部件102、103与移动体101之间形成有间隙的状态，不能够形成接触部，即使控制地进行附加，也不能够物理地赋予预压转矩。

图5是表示通过本实施方式的速度反馈在励磁前后进行了驱动机构2的控制的情况下的示意图。在速度反馈中，由于与位置反馈相比不是严密的位置控制，因此在定位时会产生惰走。而且，预载施加相当于与速度控制相对的步骤干扰(step disturbance)。因此，在初始动作中，以干扰响应进行速度控制，直到速度为零，从而能够通过电动机13、23的机器部件102、103双方和驱动机构2的移动体101形成接触部。

在本实施方式中，在初始动作中，通过图2所示的速度反馈进行驱动机构2的控制，在物理性地施加预载的状态后，进行变为图3所示的位置反馈的控制的处理。图6是表示本实施方式的控制装置1进行的驱动机构2的控制的切换的整体流程的流程图。

如图6所示，在电动机13、23的励磁之前和之后通过速度控制开始驱动机构2的控制(步骤S101)。对电动机13、23进行预载施加(步骤S102)。接着，检测与预载施加相对的瞬态响应(～100ms)(步骤S103)。通过整定，在移动体101形成接触部(步骤S104)。通过步骤S103、S104的处理考虑因电动机13、23的机械响应时间造成的延迟，并且在电动机13、23的机器部件102、103双方与驱动机构2的移动体101之间确切地形成接触部(图5的纸面右侧的状态)。在电动机13、23双方的机器部件102、103与驱动机构2的移动体101接触并形成接触部后，将驱动机构2的控制切换为位置反馈(步骤S105)。

图7是表示本实施方式的控制装置1进行的反馈控制的切换处理具体例子的流程图。接着，参照图2以及图3，说明切换反馈控制时的控制装置1的各结构的具体处理。

首先，检测是否对电动机13、23施加了电压，因此监视输出是否为零(步骤S201)，判定是否从输出为零变为非零(步骤S202)。

当通过步骤S202的判定为变为非零状态时，转到步骤S203。在步骤S203中，对第一电动机13进行位置反馈控制，向其以外的电动机23传递共通的速度指令值并进行速度反馈控制。即，控制装置1根据速度指令制成部11基于位置指令制成部10的位置指令值和位置检测部14的位置检测值而制成的速度指令值，来控制第一电动机13以及第二电动机23(参照图2)。

在步骤S203的处理之后，预压转矩叠加部30继续叠加预压转矩(步骤S204)，消除驱动机构2的背隙并判定电动机13、23的位置偏差以及速度是否成为零(步骤S205)。继续叠加预压转矩直到消除驱动机构2的背隙且电动机13、23的位置偏差以及速度为零。在步骤S205的处理中，当驱动机构2的背隙消除且电动机13、23的位置偏差以及速度为零时，转到步骤S206的处理。

在步骤S206中，对第一电动机13进行位置反馈控制，向其以外的电动机23传递共通的位置指令值并进行位置反馈控制。即，控制装置1在从速度控制切换为位置控制之后，根据位置指令制成部10制成的共通的位置指令值来控制多个电动机13、23(参照图3)。

另外，在步骤S202中，当没有变为非零状态时，不进行速度反馈控制，而是各个电动机13、23都通过位置反馈控制由预压转矩叠加部30进行叠加预压转矩的处理(步骤S207)。另外，在步骤S201的处理中，在电动机的输出为零的状态的情况下，不转到步骤S202的处理，而是结束流程。

根据上述实施方式，达到以下的效果。

即，控制装置1与各个电动机13、23对应地具备：位置指令制成部10，其制成用于驱动驱动机构2的位置指令值；位置检测部14、24，其检测电动机13、23的位置；速度指令制成部11、21，其根据由位置指令制成部10制成的位置指令值和位置检测部14、24检测出的位置检测值而求出的位置偏差值来制成速度指令值；速度检测部15、25，其根据由位置检测部14、24检测出的位置检测值来计算速度检测值；转矩指令制成部12、22，其根据由速度指令制成部11、21制成的速度指令值和速度检测部15、25检测出的速度检测值而求出的速度偏差值来生成转矩指令值；以及预压转矩叠加部30，其将所设定的预压转矩叠加于转矩指令值。控制装置1在从电动机13、23没有输出的状态转到输出为非零的状态且预压转矩叠加部30赋予预压转矩的情况下，多个电动机13、23中的至少一个电动机23通过基于速度检测部15检测出的速度检测值的速度控制在驱动机构2与电动机13、23之间形成接触部，在形成有接触部的状态下由预压转矩叠加部30赋予预压转矩。

这样，即使在电源接通时和紧急停止后的启动时在电动机13、23(机器部件102、103)侧和驱动机构2(移动体101)侧之间产生间隙的情况下，也能够使用由速度控制产生的惰走，形成接触部。因此，根据本实施方式的结构，即使在启动时使预压转矩不仅是在控制上也能够物理地确切地进行作用。

另外，本实施方式的控制装置1在从电动机13、23没有输出的状态转到输出非零的状态且预压转矩叠加部30赋予预压转矩时，第一电动机13根据位置检测部14检测出的位置检测值进行位置控制，并且第二电动机23被速度控制而形成接触部，在形成有接触部的状态下由预压转矩叠加部30赋予预压转矩。

这样，通过对多个电动机13、23中的一个进行位置控制，位置管理也会变得容易。例如，在移动体101为进给轴那样的机床中，由于在初始动作中进行位置控制的电动机13有一个，从而也能够容易地进行位置管理，控制上达到有利的效果。

另外，本实施方式的控制装置1控制电动机13、23，使得在形成有接触部且驱动机构2侧与电动机13、23侧之间的间隙被消除的状态下，将被速度控制的电动机13、23切换为基于位置指令制成部10制成的位置指令值的位置控制并赋予预压转矩。

由此，能够在物理地确切地赋予预压转矩的状态下，以精密的位置控制驱动驱动机构2。

以上，说明了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于上述实施方式，能够进行适当变更。例如在上述实施方式中，在步骤S203中，进行在电动机13中进行位置控制且在电动机23中进行速度控制的处理，但是不限于该处理。在步骤S203的处理中，可以进行变更，使得根据速度检测部15、25的检测速度来速度控制电动机13、23双方。

Claims (2)

1.一种控制装置，其是通过多个电动机进行驱动的驱动机构的控制装置，其特征在于，

该控制装置与上述多个电动机对应地具备：

位置指令制成部，其制成用于驱动上述驱动机构的位置指令值；

位置检测部，其检测上述电动机的位置；

速度指令制成部，其根据位置偏差值来制成速度指令值，该位置偏差值是根据上述位置指令制成部制成的位置指令值和上述位置检测部检测的位置检测值而求出的；

速度检测部，其根据上述位置检测部检测出的位置检测值来计算速度检测值；

转矩指令制成部，其根据速度偏差值来制成转矩指令值，该速度偏差值是根据上述速度指令制成部制成的速度指令值和上述速度检测部检测的速度检测值而求出的；以及

预压转矩叠加部，其将被设定的预压转矩叠加于上述转矩指令值中，

在上述电动机从没有输出的状态变为输出非零的状态，并且上述预压转矩叠加部赋予上述预压转矩的情况下，

上述多个电动机中的至少一个通过基于上述速度检测部检测出的上述速度检测值的速度控制，在上述驱动机构与通过上述速度控制的上述电动机之间形成接触部，

在形成上述接触部并消除了上述驱动机构侧与上述电动机侧之间的间隙的状态下，控制进行了上述速度控制的上述电动机，使得将进行了上述速度控制的上述电动机切换为基于上述位置指令制成部制成的位置指令值的位置控制并赋予上述预压转矩。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

上述多个电动机中的至少一个基于上述位置检测部检测出的上述位置检测值而进行位置控制，并且对上述多个电动机中的至少一个进行上述速度控制来形成上述接触部，

在形成有上述接触部的状态下，由上述预压转矩叠加部赋予上述预压转矩。

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