CN112825470A - 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，其能够比以往更容易且高精度地设定偏置。该伺服电动机的控制装置用于控制工业用机械的伺服电动机，其具备：位置检测部(2)，其检测伺服电动机的位置；磁极检测部(3)，其检测伺服电动机的磁极相位；以及相位计算部(4)，其根据伺服电动机的位置数据和伺服电动机的磁极间隔信息来求出计算相位，在经过基准位置后，得到由磁极检测部(3)得到的磁极相位与由相位计算部(4)得到的计算相位之间的偏置关系。

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，对用于驱动机床的主轴的伺服电动机等工业用机械的伺服电动机的旋转量、速度、转矩等进行驱动控制。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(电动机磁铁的相位(角度))，基于来自检测器的各种反馈值来决定电压指令值，施加通过脉冲宽度调制(PWM；Pulse Width Modulation)方式调制后的电压，由此来进行电动机的驱动控制。
另一方面，作为检测旋转角度等位置信息(移动信息)的检测器，大多使用增量编码器等增量方式的编码器。这种编码器例如构成为具备多个检测元件，基于从多个检测元件输出的检测信号来检测位置信息，上述多个检测元件被配置为输出相位相互不相同的检测信号。
在此，例如，在将增量编码器用作检测器的情况下，由于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明确，因此需要进行使它们的关系确立的绝对位置确立，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。在该绝对位置确立中，进行原点恢复，即进行决定并存储成为工业用机械的动作基准的基准位置的偏置修正。
在专利文献1中，公开了“一种偏置值计算方法，其用于摄像机光学系统的位置检测系统，用于基于从磁阻元件输出的正弦波信号，计算所述正弦波信号的偏置值，以求出对象物的位置，所述偏置值计算方法的特征为使所述对象物移动所述正弦波信号的1个周期以上，以预定采样周期取得所述正弦波信号，基于该取得的采样数据计算相当于所述正弦波信号的2阶微分值的微分参数，使用该微分参数计算与所述取得的各个采样数据对应的数据并进行平均化，由此计算所述偏置值。”。
在专利文献2中公开了“一种位置检测电路，其特征为具有：相位信号生成电路，其输入根据位置检测对象物在移动方向上的位置而从磁阻传感器输出的相位相互正交的正弦波信号以及余弦波信号，运算所述正弦波信号与所述余弦波信号的比的反正切，生成表示所述正弦波信号或所述余弦波信号的相位的相位信号；以及位置计算电路，其针对所述相位信号每360°相加或者减去预定的偏置来计算所述位置检测对象物在所述移动方向上的位置。”。
在专利文献3中，公开了“一种编码器，其特征为具备：n个检测元件，其根据被驱动体的位置信息输出具有相互不同的相位的输出信号；修正部，其将对m个周期(其中，m为1以上的整数)进行等分得到的N个相位信号(其中，N＝n)作为基准信号，基于所述N个相位信号与所述n个输出信号的各个相位差以及所述n个输出信号，分别对所述n个输出信号进行修正，使得所述n个输出信号成为所述N个相位信号，并且生成修正后的输出信息；以及检测部，其根据由所述修正部生成的所述修正后的输出信息，来检测所述被驱动体的位置信息。”。
在专利文献4中公开了“一种位置检测装置，其构成为具有记录了磁信号的磁记录介质以及包含磁阻效应元件(MR元件)来作为传感器元件的磁传感器，在所述磁记录介质与所述磁阻效应元件进行了相对移动的状态下，所述磁传感器检测所述磁记录介质的位置，所述位置检测装置的特征为在所述磁记录介质中，在1个磁道中以最小记录单位λ交替配置并存储长度为P(P＝kλ，其中，k为整数)的连续的磁信号组和具有与该磁信号组相同长度P的无磁化部，并且，所述磁传感器构成为在磁信号组的存储方向上将以间隔λ/2配置的一对MR元件作为一个定位传感器元件组，并且具有至少1个定位传感器元件组。”。
另一方面，强烈期望开发一种更容易且高精度地进行偏置修正的方法。
专利文献1：日本特开2006-310925号公报
专利文献2：日本特开2013-117430号公报
专利文献3：日本特开2013-205163号公报
专利文献4：日本特开平06-34390号公报
发明内容
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工业用机械的伺服电动机的装置，其构成为具备：位置检测部，其检测伺服电动机的位置；磁极检测部，其检测伺服电动机的磁极相位；以及相位计算部，其根据伺服电动机的位置数据和伺服电动机的磁极间隔信息来求出计算相位，在经过基准位置后，得到由磁极检测部得到的磁极相位与由相位计算部得到的计算相位之间的偏置关系。
在本公开的伺服电动机的控制装置的一个方式中，与以往相比，能够更容易且高精度地进行偏置修正。
附图说明
图1是表示本公开的一个方式的伺服电动机的控制装置的图。
图2是表示本公开的一个方式的伺服电动机的控制装置的一例的图。
图3是在使用本公开的一个方式的伺服电动机的控制装置来设定磁极相位偏置(AMR偏置)的说明中使用的图。
图4是在使用本公开的一个方式的伺服电动机的控制装置来设定磁极相位偏置(AMR偏置)的说明中使用的图。
具体实施方式
以下参照图1至图4对一个实施方式的伺服电动机的控制装置进行说明。
在本实施方式中，设为工业用机械为机床，通过伺服电动机的控制装置进行机床的主轴等的驱动控制来进行说明。
但是，本公开的伺服电动机的控制装置不限于机床的驱动控制，当然也可以用于在机器人、输送机、测量器、试验装置、冲压机、压入器、印刷机、压铸机、注射成型机、食品机械、包装机、焊接机、清洗机、涂装机、组装装置、安装机、木工机械、密封装置、切断机等其他工业用机械中使用的伺服电动机的驱动控制。
本实施方式的机床(工业用机械)的控制系统例如具备：指令部的CNC(计算机数值控制装置：Computerized Numerical Control)、以及基于CNC的指令来控制机床的伺服电动机(驱动部)的驱动的伺服电动机的控制装置(控制部、伺服放大器)1。
另一方面，如图1、图2所示，本实施方式的伺服电动机的控制装置1构成为具备：增量式位置检测部(位置检测器/图2：线性编码器)2，其检测伺服电动机的轴等的位置；磁极检测部(磁极检测器)3，其检测伺服电动机的磁极位置、磁极相位；相位计算部4，其根据由位置检测部2检测出的磁极相位以及电动机磁铁的磁极间隔信息来计算计算相位；以及偏置关系取得部5，在经过预先设定的基准位置后，得到从磁极检测部3得到的磁极相位与从相位计算部4得到的计算相位之间的偏置关系，并且所述伺服电动机的控制装置1设定电动机电角0°(来自U相的磁极相位)与电动机基准位置(Z相)之间的磁极相位偏置(也称为AMR偏置)。
在此，有关“绝对位置确立”、“磁极位置(磁极相位)”、“磁极检测部(磁极检测器)3”的说明如下。
在增量编码器中，在电源接通时不知道机械的绝对坐标与编码器的位置信号的关系，因此“绝对位置确立”意味着确定它们两者的关系。基于编码器的Z相信号进行原点恢复动作，由此能够进行绝对位置确立。
所谓“磁极位置(磁极相位)”是指电动机磁铁的相位(角度)。N极→S极→N极，以360°旋转一周。
“磁极检测器”是指产生与电动机磁铁的相位一致的电信号的装置。例如，在通过编码器检测位置和磁极位置双方的情况下等，预先根据位置与磁极位置的关系，在某一角度时产生相应的磁极位置的信号，或者通过霍尔传感器等直接测定磁场。
并且，在本实施方式的伺服电动机的控制装置1中，首先，如下那样进行绝对位置确立后(基准位置信号取得后)的电流控制。
如图2所示，在本实施方式的伺服电动机的控制装置1中，关于用于电流控制的磁极相位，在绝对位置确立前使用来自磁极检测部3的相位，在绝对位置确立后使用来自位置检测部2的相位。即，在本实施方式的伺服电动机的控制装置1中，利用位置检测部(位置检测器)2的分辨率比磁极检测部(磁极检测器)3的分辨率高，为了高精度地进行电流控制，在绝对位置确立后(磁极相位与根据位置/磁极间隔求出的相位的偏置确立后)使用来自位置检测部2的相位。
另外，在本实施方式的伺服电动机的控制装置1中，例如，使用磁极检测部3取得(生成)绝对位置确立前的磁极相位，在线性电动机的情况下使用线性标尺取得(生成)绝对位置确立后的磁极相位，在旋转电动机的情况下使用增量编码器取得(生成)绝对位置确立后的磁极相位。
更具体而言，例如，如图3所示，从磁极检测部3取得绝对位置确立前的磁极相位，该绝对位置确立前的磁极相位是电源接通后累计位置/磁极间隔，与实际的磁极相位产生偏置(磁极相位偏置)。
另一方面，绝对位置确立后的磁极相位从位置检测部2取得，该绝对位置确立后的磁极相位是从位置检测部2求出的磁极相位，通过绝对位置/磁极间隔+偏置来求出。即，在本实施方式的伺服电动机的控制装置1中，绝对位置确立后的磁极相位相对于Z相的原点偏移了偏置的量。
以往，例如，在增量编码器中基本上反馈相对位置，因此在电源接通后，其绝对位置不明确，通过使电动机动作，得到编码器的Z相信号，才进行绝对位置确立。另外，在绝对位置确立前，为了得到用于电动机电流控制的磁极相位(电角)，基于从磁极检测部3得到的磁极位置来取得磁极相位。
与此相对，在本实施方式的伺服电动机的控制装置1中，构成为在绝对位置确立后，不使用来自磁极检测部3的磁极相位，而是使用将绝对位置除以磁极间隔而得到的值＝相位，由此使用分辨率远高于磁极检测部3的分辨率的编码器的结果来取得磁极相位，此时，通过进行加入偏置的修正处理，来解决根据绝对位置/磁极间隔求出的相位与实际的磁极相位之间产生偏置这样的不良。
由此，根据本实施方式的伺服电动机的控制装置1，能够比以往更容易且高精度地设定偏置。
在此，如图4所示，本实施方式的伺服电动机的控制装置1可以构成为通过在多个点取得偏置，得到平均化或者最佳值，从而谋求提高偏置的精度。
例如，也可以多次取得磁极相位与计算相位的偏置关系，根据其中至少1次以上的偏置关系，新计算偏置关系。
这样，通过在绝对位置确立后多次取得数据，在多个点取得偏置，能够谋求进一步提高精度。
并且，如果取得偏置的平均值(进行平均化)，则能够消除取得定时的偏差的影响从而高精度地恰当地设置偏置。另外，通过在正方向上移动时将最小值选择为偏置，在负方向上移动时将最大值选择为偏置等来得到最佳的值，仍然能够高精度地恰当地设定偏置。
以上对伺服电动机的控制装置的一实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内进行适当变更。
符号说明
1伺服电机的控制装置
2位置检测部(位置检测器)
3磁极检测部(磁极检测器)
4相位计算部
5偏置关系取得部。

Claims (2)

1.一种伺服电动机的控制装置，其用于控制工业用机械的伺服电动机，其特征在于，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相位；以及
相位计算部，其根据所述伺服电动机的位置数据和所述伺服电动机的磁极间隔信息求出计算相位，
在经过基准位置后，得到由所述磁极检测部得到的磁极相位与由所述相位计算部得到的计算相位之间的偏置关系。
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，
多次取得所述磁极相位与所述计算相位的偏置关系，根据其中至少1次以上的偏置关系来新计算偏置关系。
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