CN112187117A - 伺服电动机的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种伺服电动机的控制装置，消除由于在绝对位置确立前无法检测出异常而导致伺服电动机不适当地驱动的可能。一种用于控制产业用机械的伺服电动机的装置(4)，具备：位置检测部(5)，其检测伺服电动机的位置；磁极检测部(6)，其检测伺服电动机的磁极位置；以及磁极位置计算部(7)，其在绝对位置确立前，至少在最初的计算中将由磁极检测部(6)检测出的磁极位置求作初始磁极位置，在此后的计算中根据电动机的磁极间隔和由位置检测部检测出的位置数据来以增量的方式求出磁极位置。

Description

伺服电动机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种伺服电动机的控制装置。
背景技术
例如，用于驱动机床的主轴的伺服电动机等产业用机械的伺服电动机被进行关于旋转量、速度、转矩等的驱动控制。另外，伺服电动机的控制装置通过检测器检测电动机的位置、磁极位置(电动机磁体的相位(角度))，基于来自检测器的各种反馈值来决定电压指令值，施加通过脉宽调制(PWM：Pulse Width Modulation)方式调制后的电压，由此进行电动机的驱动控制。
另一方面，对于增量编码器的异常，例如在绝对位置已知的情况下，使用通过将根据该绝对位置计算出的磁极位置与由磁极检测器求出的磁极位置进行比较来进行探测的方法。
专利文献1公开了“一种伺服电动机监视装置，其被配备于伺服电动机的控制装置，该伺服电动机的控制装置根据由安装于伺服电动机的位置检测单元检测出的当前位置来对所述伺服电动机进行控制，所述伺服电动机监视装置的特征在于，具有：磁极位置计算单元，其从与所述伺服电动机连接的电动机驱动线取出所述伺服电动机的磁极位置信号；当前位置信号输入单元，其输入来自安装于所述伺服电动机的位置检测单元的当前位置信号；以及监视单元，其将基于所述伺服电动机的磁极位置信号和当前位置信号这两个系统的信号的所述伺服电动机的动作进行比较，在检测出不一致的情况下，输出用于切断向所述伺服电动机的电源供给的停止指令信号。”。
专利文献2公开了“一种AC伺服电动机的位置检测电路的故障检测方法，该AC伺服电动机具有增量编码器，该AC伺服电动机的位置检测电路的故障检测方法的特征在于，根据所述增量编码器的位置检测信号来对位置数据进行计数，根据计数得到的所述位置数据及预先存储的基准位置数据、基准磁极位置数据及所述AC伺服电动机的极数、以及所述增量编码器的编码器脉冲数，来估计当前的磁极位置，将估计出的所述当前的磁极位置与从所述增量编码器的磁极信号取得的当前的磁极位置数据进行比较，如果位置之差不处于预先决定的允许范围内，则判定为位置检测电路发生故障。”。
专利文献3公开了“一种AC伺服电动机的控制方法，该AC伺服电动机具有位置检测器，该AC伺服电动机的控制方法的特征在于，如果只在用于识别磁极位置的计数数据的原点附近输出位置检测器的原点位置信号，则判定为控制功能正常地动作，如果在原点附近以外的数据输出时输出原点位置信号，则判定为异常。”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-022590号公报
专利文献2：日本特开平09-105644号公报
专利文献3：日本特开平05-282046号公报
发明内容
发明要解决的问题
在此，在将增量编码器用作检测器的情况下，在电源接通时，机械的绝对坐标与编码器的位置信号之间的关系不清楚，因此需要进行用于确立它们之间的关系的绝对位置确立，例如基于增量编码器的Z相信号，通过原点恢复动作来进行绝对位置确立。
而且，如上所述，以往对于增量编码器的异常，能够通过根据通过绝对值确立而得到的绝对位置来计算磁极位置，并与由磁极检测器求出的磁极位置进行比较，来探测。
然而，在这样的增量编码器的异常探测方法(专利文献1、专利文献2、专利文献3)中，在绝对位置确立前无法探测出增量编码器的异常。即，在电源接通后，在确立绝对位置(原点恢复)的绝对位置确立前的阶段，由于绝对位置是未知的，因此通过上述的增量编码器的异常探测方法无法进行检测器的异常检查，在检测器信号存在异常的情况下，存在伺服电动机不适当地驱动的可能。
因此，强烈期望一种能够在绝对位置确立前进行检测器的异常检查的方法。
用于解决问题的方案
本公开的伺服电动机的控制装置的一个方式是一种用于控制产业用机械的伺服电动机的装置，所述伺服电动机的控制装置构成为具备：位置检测部，其检测所述伺服电动机的位置；磁极检测部，其检测所述伺服电动机的磁极位置；以及磁极位置计算部，其在绝对位置确立前，至少在最初的计算中将由所述磁极检测部检测出的磁极位置求作初始磁极位置，在此后的计算中根据电动机的磁极间隔和由所述位置检测部检测出的位置数据来以增量的方式求出磁极位置。
发明的效果
在本公开的伺服电动机的控制装置的一个方式中，如果设为将由磁极检测部及磁极位置计算部分别求出的磁极位置之差的值、或者该差的微分值与规定的阈值进行比较，来判定位置检测部或磁极检测部有无异常等，则能够在绝对位置确立前进行位置检测部、磁极检测部(检测器)的异常检查。
因此，根据本公开的伺服电动机的控制装置的一个方式，能够消除如以往那样由于在绝对位置确立前无法检测出异常而导致伺服电动机不适当地驱动的可能。
附图说明
图1是示出本公开的一个方式的伺服电动机(线性电动机)的控制装置的一例的图。
图2是示出本公开的一个方式的伺服电动机(旋转电动机)的控制装置的一例的图。
图3是示出本公开的一个方式的伺服电动机的控制装置的框图。
图4是用于说明使用本公开的一个方式的伺服电动机的控制装置进行的位置检测部(或磁极检测部)的异常检测方法的图。
图5是用于说明使用本公开的一个方式的伺服电动机的控制装置进行的位置检测部(或磁极检测部)的异常检测方法的图。
附图标记说明
1：机床(产业用机械)的控制系统；2：CNC；3：伺服电动机；3a：轴；4：伺服电动机的控制装置；5：位置检测部；6：磁极检测部；7：磁极位置计算部；8：异常判定部；9：警报部；10：换算/检测值比较部。
具体实施方式
下面，参照图1至图5来说明一个实施方式所涉及的伺服电动机的控制装置。
在本实施方式中，设为产业用机械为机床、且由伺服电动机的控制装置对机床的主轴等进行驱动控制来进行说明。
但是，本发明所涉及的伺服电动机的控制装置不限于应用于机床，当然也可以应用于对在机器人、搬送机、测量器、试验装置、冲压机、压入器、印刷机、压铸机、注塑机、食品机械、包装机、焊接机、清洗机、涂装机(日语：塗装機)、组装装置、安装机、木工机械、密封装置、切断机等其它产业用机械中使用的伺服电动机的驱动控制。
例如，如图1所示，本实施方式的机床(产业用机械)的控制系统1具备：作为指令部的CNC(计算机数值控制装置：Computerized Numerical Control)2；以及伺服电动机的控制装置(控制部、伺服放大器)4，其基于CNC 2的指令，来控制机床的伺服电动机(驱动部)3的驱动。
另一方面，如图1、图3(以及图2)所示，本实施方式的伺服电动机的控制装置4具备：增量式的位置检测部(位置检测器/图1：线性编码器，图2：编码器)5，其检测伺服电动机3的轴3a等的位置；磁极检测部(磁检测器)6，其检测伺服电动机3的磁极位置；磁极位置计算部7，其在绝对位置确立前，至少在最初的计算中使用由磁极检测部6检测出的磁极位置来作为初始磁极位置，在此后的计算中根据电动机的磁极间隔和由位置检测部5检测出的位置数据，来以增量的方式计算磁极位置；以及异常判定部8，其将由磁极检测部6和磁极位置计算部7分别求出的磁极位置之差的值、或该差的微分值(速度之差)与预先设定的规定的阈值进行比较，来判定位置检测部5或磁极检测部6有无异常。
并且，在本实施方式的伺服电动机的控制装置4中具备：警报部9，其在异常判定部8判定为异常的情况下，接受该判定的结果并发出警报，并使伺服电动机3停止；以及换算/检测值比较部10，其根据从CNC 2输出的伺服电动机3的位置的指令值换算得到励磁相位(电动机的位置、磁极位置)的指令值，并将换算得到的指令值与由位置检测部5、磁极检测部6检测出的检测值进行比较。
顺便提及，“绝对位置确立”、“磁极位置”、“磁极检测部(磁极检测器)6”如下所述。
“绝对位置确立”是指由于在增量编码器中在电源接通时机械的绝对坐标与编码器的位置信号之间的关系是未知的，因此确定这两者之间的关系。通过基于编码器的Z相信号进行原点恢复动作，能够进行绝对位置确立。
“磁极位置”是指电动机磁体的相位(角度)。以360°按N极→S极→N极转一周。
“磁极检测器”是指产生与电动机磁体的相位相匹配的电信号的装置。例如有如下的磁极检测器：构成为在利用编码器来检测位置和磁极位置这两者的情况下等，预先根据位置与磁极位置之间的关系来在某个角度时产生对应的磁极位置的信号(参照图2)；或者通过霍尔传感器等直接测定磁场。
在本实施方式的伺服电动机的控制装置4中，例如在伺服电动机3为图1所示那样的具有磁极3b、线圈滑块(coil slider)3c的线性电动机(3)的情况下，在线圈滑块3c设置线性编码器(位置检测部5)和磁极检测器(磁极检测部6)，在伺服电动机3为图2所示那样的旋转电动机(3)的情况下，设置对旋转轴3a的位置和磁极位置进行检测的编码器(检测器(5、6))。
此外，在图1中，标记3d表示动力线，标记3e表示恒温线(thermostat line)，标记3f表示位置检测电路，标记3g表示FSSB(连接用光缆)。
将励磁相位作为使用本实施方式的伺服电动机的控制装置4来对位置检测部5和/或磁极检测部6的检测器的一致性(有无异常)进行检查的数据进行监视。
而且，磁极位置计算部7在绝对位置确立前，至少在最初的计算中使用由磁极检测部6检测出的磁极位置来作为初始磁极位置，在此后的计算中根据伺服电动机的磁极间隔和由位置检测部5检测出的位置数据来以增量的方式计算磁极位置。
在此，图4是表示时间与磁极位置之间的关系的图，实线表示磁极相位的反馈值(检测值：磁极位置FB)，虚线表示电动机的相位的反馈值(检测值：电动机的位置FB)，单点划线表示根据电动机的位置FB和磁极间隔制作出的磁极位置。
如该图4所示，在位置检测部5、磁极检测部6正常的情况下，根据位置数据制作出的相位(电动机的位置)与根据磁极位置数据制作出的相位是一致的。
例如在位置检测部5发生故障从而没有返回反馈的情况下，相位不再一致(参照图4的右侧)。异常判定部8能够对此进行捕捉，从而判断为发生了异常。另外，在异常发生的同时，由警报部9发出警报，并在使伺服电动机3的驱动停止的同时，使操作员识别到异常的发生。
在此，当如以往那样构成为将增量编码器用作位置检测部5，并在绝对位置确立前只具有根据磁极检测部6的数据制作出的相位时，在绝对位置确立前，只利用位置数据无法获知与磁体之间的位置关系，因此无法制作励磁相位。
相对于此，在本实施方式的伺服电动机的控制装置4中，设为具备检测磁极位置的磁极检测部6，在绝对位置确立前，根据在电源接通时的磁极检测部6的数据来检测磁体的初始位置。
另外，在绝对位置确立后，磁极位置计算部7切换为根据由位置检测部5求出的绝对位置来计算磁极位置，在绝对位置确立后，与以往同样地基于位置检测部5的标度数据(scale data)来制作相位。
而且，本实施方式的异常判定部8如图4和图5所示那样将由磁极检测部6和磁极位置计算部7分别求出的磁极位置之差的值、或该差的微分值与规定的阈值进行比较，来判定位置检测部5或磁极检测部6有无异常。例如，在产生了90°的相位差的情况下，判定为异常。
此时，优选的是，在由磁极检测部6和磁极位置计算部7分别求出的磁极位置之差的值、或该差的微分值持续超过规定的阈值的情况下，异常判定部8判定为异常。
因而，在本实施方式的伺服电动机的控制装置4中，除了设置有增量式的位置检测部5之外还设置有磁极检测部，由磁极位置计算部7在绝对位置确立前，至少在最初的计算中使用由磁极检测部6检测出的磁极位置来作为初始磁极位置，在此后的计算中根据电动机的磁极间隔和由位置检测部5检测出的位置数据来以增量的方式计算磁极位置，将由磁极检测部6和磁极位置计算部7分别求出的磁极位置之差的值、或该差的微分值与规定的阈值进行比较，由此能够在绝对位置确立前进行位置检测部5、磁极检测部6的异常检查。
因此，根据本实施方式的伺服电动机的控制装置4，能够消除如以往那样由于在绝对位置确立前无法检测出异常而导致伺服电动机3不适当地驱动的可能。
另外，在本实施方式的伺服电动机的控制装置4中，在绝对位置确立后，磁极位置计算部7切换为根据由位置检测部5求出的绝对位置来计算磁极位置，由此在绝对位置确立后，能够与以往同样地基于位置检测部5的标度数据来制作相位，进行异常检查。
在本实施方式的伺服电动机的控制装置4中，在由磁极检测部6和磁极位置计算部7分别求出的磁极位置之差的值、或该差的微分值持续超过规定的阈值的情况下，异常判定部8判定为异常，由此能够消除误判定，从而高精度且高可靠性地进行对位置检测部5、磁极检测部6的异常检查。
在本实施方式的伺服电动机的控制装置4中，具备警报部9，该警报部9在异常判定部8判定为异常的情况下接受该判定的结果并发出警报，并使伺服电动机3停止，由此能够防止机床(产业用机械)的非预期的危险动作，并且能够使操作员迅速地识别出异常，。
另外，在本实施方式中，由换算/检测值比较部10根据从CNC 2输出的伺服电动机3的轴3a等的位置的指令值换算得到励磁相位(电动机的位置、磁极位置)的指令值，并将换算得到的指令值与由位置检测部5、磁极检测部6检测出的检测值进行比较。
由此，能够利用位置检测部5与磁极检测部6的分辨率的不同(分辨率：位置检测部5>磁极检测部6)，来识别是位置检测部5发生了异常还是磁极检测部6发生了异常。
并且，在具备换算/检测值比较部10的情况下，还能够捕捉位置检测部5的位置精度，因此例如能够在机床中高精度地控制加工。此外，在该情况下，也可以不必具备异常判定部8。
以上，对伺服电动机的控制装置的一个实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其宗旨的范围内适当地进行变更。

Claims (6)

1.一种伺服电动机的控制装置，用于控制产业用机械的伺服电动机，所述伺服电动机的控制装置具备：
位置检测部，其检测所述伺服电动机的位置；
磁极检测部，其检测所述伺服电动机的磁极位置；以及
磁极位置计算部，其在绝对位置确立前，至少在最初的计算中将由所述磁极检测部检测出的磁极位置求作初始磁极位置，在此后的计算中根据电动机的磁极间隔和由所述位置检测部检测出的位置数据来以增量的方式求出磁极位置。
2.根据权利要求1所述的伺服电动机的控制装置，其特征在于，
还具备异常判定部，所述异常判定部将由所述磁极检测部及所述磁极位置计算部分别求出的磁极位置之差的值、或该差的微分值与规定的阈值进行比较，来判定所述位置检测部或所述磁极检测部有无异常。
3.根据权利要求1或2所述的伺服电动机的控制装置，其特征在于，
在绝对位置确立后，所述磁极位置计算部切换为根据由所述位置检测部求出的绝对位置来计算磁极位置。
4.根据权利要求2或3所述的伺服电动机的控制装置，其特征在于，
在所述差或所述差的微分值持续超过规定的阈值的情况下，所述异常判定部判定为异常。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的伺服电动机的控制装置，其特征在于，
还具备警报部，在所述异常判定部判定为异常的情况下，所述警报部接受该判定的结果并发出警报，并使所述伺服电动机停止。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的伺服电动机的控制装置，其特征在于，
还具备换算/检测值比较部，所述换算/检测值比较部根据所述伺服电动机的位置的指令值换算得到励磁相位的指令值，并将换算得到的指令值与检测值进行比较。
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