CN1300928C

CN1300928C - 电动机控制装置

Info

Publication number: CN1300928C
Application number: CNB2004101001830A
Authority: CN
Inventors: 岸部太郎; 塘田哲也; 楢崎和成; 石本宪治; 铃木健一; 横内保行
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-12-04
Filing date: 2004-12-03
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2024-12-03
Also published as: CN1625040A; JP4003741B2; JP2005168225A

Abstract

本发明提供一种电动机控制装置(2)，其中包含：减振滤波器(3)，用于生成由从指令输出装置(1)输入的指令中除去振动分量的指令信号；控制器(5)，用于使电动机(7)与来自减振滤波器(3)的指令信号随动；以及功率转换器(6)，用于接受来自控制器(5)的指令并驱动电动机(7)。这里，减振滤波器(3)具备第一减振滤波器(3a)和第二减振滤波器(3b)，电动机驱动装置(2)还具备用于根据电动机的转动方向信号，切换第一减振滤波器(3a)和第二减振滤波器(3b)的滤波器切换器(9)。

Description

电动机控制装置

技术领域

本发明涉及例如，半导体制造装置、机器人、机床、运送机械等机械装置中使用的电动机控制装置。

背景技术

以往，半导体制造装置、机器人、机床等FA系统装置中要求高精度的定位，所以一般，经常利用伺服电动机和伺服放大器(电动机控制装置)。

在该伺服电动机中，用于检测电动机的转动信息的编码器或解析器(resolver)被连接到转子上，每转动一周具有大于或等于10000的分辨率。伺服放大器根据来自例如序列发生器等上一级控制器的指令驱动伺服电动机。此时，该伺服放大器进行控制伺服电动机的动作，以使来自上一级控制器的指令和从编码器或解析器反馈的位置信息一致。

来自上一级控制器的指令一般为脉冲的指令，以超过500kpps，或最近由于装置的高速化以超过1Mpps的脉冲驱动电动机的情况增加。这样，推进装置的高速化，另一方面，FA系统装置中，机器刚性由于小型化和低成本化而下降，从而在控制区域内存在谐振频率，这成为阻碍装置的高速化的原因。

作为该改善措施，有响应性降低但增益减小的方法。通过减小增益可以减小谐振的峰值，但由于频率响应降低，所以有机器生产节拍时间增长的缺点。而且，作为抑制振动而不使频率响应下降的方法，有在转矩指令中插入陷波滤波器(notch filter)的方法。

陷波滤波器具有例如图6所示的频率特性，通过使陷波滤波器的增益衰减的频率和上述谐振频率一致，可以抑制谐振的峰值。该相关技术被公开在例如日本专利申请特开平1-230109号公报中。

但是，在机器手臂等多关节机器人中具有两个惯性系的特性，具有图7所示的频率特性。因此，在负载侧振动由于反谐振频率中的增益峰值的影响而增大，在所述陷波滤波器中难以抑制该振动。

因此，近年来，作为从位置指令中积极去除振动分量的方法，有通过减振控制而抑制振动的方法。这是通过将与陷波滤波器相同的频率特性的减振滤波器附加到位置命令中，而抑制反谐振频率产生的增益峰值的方法。该相关技术被公开在例如日本专利申请特开平10-56790号公报中。

但是，反谐振频率由于机器手臂的伸缩，或运送机器中物品的装载、未装载而变化，所以即使设定控制频率，一边降低振动，但另一边产生振动，从而稳定时间变长。其结果，有总的机器生产节拍时间缩短的效果减小的课题。

发明内容

本发明的电动机控制装置具备：减振滤波器，用于生成从指令输出装置输入的指令中除去了由电动机驱动的机械装置的振动分量的指令信号；控制器，用于使电动机与来自减振滤波器的指令信号随动；以及功率转换器，用于接受来自控制器的指令并驱动电动机，其特征在于：电动机控制装置具备：第一减振滤波器和第二减振滤波器；用于检测由电动机驱动的机械装置的驱动方向的检测器；以及用于切换第一减振滤波器和第二减振滤波器的滤波器切换器，指令输出装置的指令被输入两个减振滤波器，基于检测器输出的驱动方向信号，由滤波器切换器选择一个减振滤波器。

在上述电动机控制装置中，驱动方向信号是用于根据指令输出装置的指令而检测电动机的驱动方向的指令方向检测器的检测信号，或者用于检测电动机实际转动的转动方向的转动方向检测器的检测信号。

根据该结构，本发明的电动机的控制装置探测由于机器手臂的伸缩，或运送机器中物品的装载、未装载而产生的反谐振频率的变化，从而自动变更控制频率。因此，即使对于刚性低的机器也可以控制振动，并可以缩短稳定时间。

附图说明

图1是包含本发明的实施例1中的电动机驱动装置的电动机控制系统方框图。

图2是图1所示的电动机驱动装置的动作顺序图。

图3是包含本发明的实施例2中的电动机驱动装置的电动机控制系统方框图。

图4是图3所示的电动机驱动装置的动作顺序图。

图5是使用了本发明中的电动机驱动装置的本发明中的机械装置的概略图。

图6是表示陷波滤波器的频率特性的曲线图。

图7是表示两个惯性系系统的频率特性的曲线图。

具体实施方式

本发明的电动机控制装置具备：减振滤波器，用于根据从指令输出装置输入的指令生成除去振动分量的指令信号；控制器，用于使电动机与来自减振滤波器的指令信号随动；以及功率转换器，用于接受来自控制器的指令并驱动电动机，减振滤波器具备第一减振滤波器和第二减振滤波器，上述电动机驱动装置还具备用于根据电动机的转动方向信号，切换第一减振滤波器和第二减振滤波器的滤波器切换器。

在上述电动机控制装置中，转动方向信号是用于根据指令输出装置的指令而检测使电动机转动的方向的指令方向检测器的检测信号，或者用于检测电动机实际转动的方向的转动方向检测器的检测信号。

参照附图说明本发明的电动机控制装置。

(实施例1)

图1是包含本发明的实施例1中的电动机驱动装置的电动机控制系统方框图，图2是图1所示的电动机驱动装置的动作顺序图。

在图1中，指令输出装置1输出对于作为控制对象的电动机7的位置指令。电动机控制装置2包含：减振滤波器3，用于生成由从指令输出装置1输入的位置指令除去振动分量的指令信号；控制器5，用于使电动机与来自减振滤波器3的指令信号随动；以及功率转换器6，用于接受来自控制器5的指令并驱动电动机7。这里，减振滤波器3具备第一减振滤波器3a和第二减振滤波器3b。电动机驱动装置2还具备用于根据电动机的转动方向信号，切换第一减振滤波器3a和第二减振滤波器3b的滤波器切换器9。

电动机控制装置2还具备用于根据指令输出装置1的指令使检测电动机7转动的方向的指令方向检测器4。在本实施例中，上述转动方向信号为指令方向检测器4的检测信号22a。电动机1上连接编码器8。而且，电动机1上连接机器手臂等具有两个惯性系的特性的负载10。

接着，更详细说明图1所示的电动机控制系统的结构。

指令输出装置1表示连接到序列发生器等电动机控制装置2上的上一级控制器，一般输出PULS和SIGN两个信号。指令输出方法通常使用下面三种方法。

第一种是提供PULS和SIGN具有90度相位差的脉冲的方法。第二种是在CCW(逆时针旋转)方向旋转电动机时对PULS侧提供脉冲，在CW方向(顺时针旋转)旋转时对SIGN侧提供脉冲的方法。第三种方法是对PULS提供脉冲，并以SIGN的码切换CCW和CW的方法。

这里，提供的脉冲数为使电动机转动的量。考虑编码器的每转动一周的分辨率，和由软件分频加倍处理该编码器的输出信号，根据来自指令输出装置的指令1脉冲决定使电动机动多少量。表示图2所示的脉冲指令21在对PULS提供脉冲时成为CCW方向的指令，在对SIGN提供脉冲时为CW方向的指令的情况的例子。

电动机控制装置2根据来自指令输出装置1的指令驱动电动机7。此时，反馈信号被从电动机7上连接的编码器8输入电动机控制装置2。指令输出装置1的指令经由减振滤波器3以及滤波器切换器9被作为指令信号输入控制器5。上述反馈信号也还被输入该控制器5。而且，控制器5经由功率转换器6控制电动机7，以使指令信号和反馈信号一致。

编码器8进行对电动机控制装置2反馈电动机7的转子的转动位置、转动速度等信息的工作。例如，将对于指令脉冲的电动机控制装置2的分辨率和从编码器8输出的脉冲的分辨率设为相同。由此，将发动机1每转动一周的分辨率设为10000时，通过从指令输出装置1对电动机控制装置2输入10000脉冲的指令脉冲，驱动电动机7转动一周。

两个惯性系负载10例如为机械手臂等负载，如图7所示，在谐振点和反谐振点两点有频率特性的峰值点。负载侧通过电动机侧的反谐振频率的峰值被引起振动。

接着，详细说明电动机控制装置2。

电动机控制装置2由减振滤波器3、滤波器切换器9、控制器5、功率转换器6以及指令方向检测器4构成。

控制器5一般进行位置控制和速度控制的两个控制。位置控制多由P控制(比例控制)构成，速度控制多由PI控制(比例/积分控制)构成。控制器5中的位置控制中，将对位置指令和转子位置的差附加位置比例增益的指令作为速度指令输出，该位置指令由从指令输出装置1提供的脉冲数指示，该转子位置由来自编码器8的反馈信号得到。在控制器5中的速度控制中，进行PI控制，以使从上述位置控制输出的速度指令和可从来自编码器的反馈信号检测的转子的转动速度相等。而且，控制器5对功率转换器6输出转矩指令值。

功率转换器6由绝缘栅型双极晶体管(IGBT)或MOS型场效应晶体管(MOSFET)等构成。功率转换器6从控制器5输出指令值，根据该转矩指令值对电动机7的线圈施加电压。三相电动机的情况下，功率转换器6多由六个IGBT构成。

与陷波滤波器同样如图6所示，减振滤波器3为具有在某一频率带(减振频率)增益下降的频率特性的滤波器，为可设定第一减振滤波器3a和第二减振滤波器3b两个滤波器的结构。减振滤波器3输入从指令输出装置1指示的脉冲指令21，经由第一减振滤波器3a对滤波器切换器9输出第一脉冲指令23a，经由第二减振滤波器3b对滤波器切换器9输出第二脉冲指令23b。

指令方向检测器4检测来自指令输出装置1的脉冲指令21在CCW方向还是CW方向驱动电动机7的指令，对滤波器切换器9输出指令方向的信号22a。该指令方向的信号22a为电动机的转动方向信号。

这里，滤波器切换器9根据作为电动机的转动方向的信号的指令方向的信号22a进行切换脉冲指令的工作。即，滤波器切换器9在CCW方向的指令时选择第一脉冲指令23a，在CW方向的指令时选择第二脉冲指令23b，并对控制器提供指令信号。图2表示通过指令方向的信号22a从CCW变化到CW变化，将在减振滤波器3中采用的滤波器从第一减振滤波器3a切换到第二减振滤波器3b的状态。通过减振滤波器3的脉冲指令分别除去由第一减振滤波器3a或第二减振滤波器3b设定的频率分量。通过使使用本实施方式电动机控制装置的机械装置的反谐振频率和上述减振滤波器的设定频率一致，可以降低振动。

按照以上的结构，可以与机械装置的反谐振频率的变化自动对应。例如，在输送物品的机器人中，多进行在搭载物品的情况下为CCW方向，在没有搭载物品的情况下为CW方向那样决定的动作。该情况下，通过构成根据指令方向自动切换振动滤波器的结构，可以降低振动。

而且，在本实施例中，设定两个减振滤波器，但也可以设定大于或等于三个。此时，通过组合来自外部的切换信号和指令方向信号22a，可以指定选择哪一个减振滤波器。

(实施例2)

图3是包含本发明的实施例2中的电动机控制装置的电动机控制系统方框图，图4是图3所示的电动机控制装置的动作顺序图。

在本实施方式2中，对与图1所示的实施例1中的结构相同的结构赋予相同的符号，省略其详细的说明。

本实施例2与实施例1不同之处在于减振滤波器3中的第一减振滤波器3a和第二减振滤波器3b的切换方法，就此进行详细说明。

从编码器8输出的信号也被输入电动机控制装置2中包含的转动方向检测器11。从转动方向检测器11输出的检测信号22b被输入滤波器切换器9。检测信号22b表示电动机7实际转动的转动方向。该检测信号22b为电动机的转动方向信号。

根据来自编码器8的信号，由转动方向检测器11检测电动机7的转动方向。根据该检测信号(电动机转动方向)22b，通过SW1切换第一脉冲指令23a或第二脉冲指令23b。

这里，滤波器切换器9根据作为电动机的转动方向信号的信号22b进行切换脉冲指令的工作。即，滤波器切换器9在CCW方向的指令时选择第一脉冲指令23a，在CW方向的指令时选择第二脉冲指令23b，并对控制器提供指令信号。图4表示通过电动机转动方向信号22b从CCW变化到CW，将在减振滤波器3中采用的滤波器从第一减振滤波器3a切换到第二减振滤波器3b的状态。通过减振滤波器3的脉冲指令分别除去由第一减振滤波器3a或第二减振滤波器3b设定的频率分量。通过使使用本实施方式电动机控制装置的机械装置的反谐振频率和上述减振滤波器的设定频率一致，可以降低振动。

按照以上的结构，可以与机械装置的反谐振频率的变化自动对应。例如，在输送物品的机器人中，多进行在搭载物品的情况下为CCW方向，在没有搭载物品的情况下为CW方向那样决定的动作。该情况下，通过构成根据电动机转动方向自动切换振动滤波器的结构，可以降低振动。

而且，可以设定两个减振滤波器，但也可以设定大于或等于三个。此时，通过组合来自外部的切换信号和电动机转动方向信号22a，可以指定选择哪一个减振滤波器。

根据本发明的电动机控制装置，探测由于机器人的手臂的伸缩，或运送机器中物品的搭载、未搭载而产生的反谐振频率的变化，由于自动变更减振频率，从而即使对于刚性低的机器也可以抑制振动，在想缩短稳定时间的情况等有用。

图5是使用了本发明的电动机控制装置的本发明的机械装置的概略图。在图5中，机械装置50装载指令输出装置51、电动机控制装置52、电动机57。电动机控制装置52从指令输出装置51输出指令，并对电动机57输出驱动信号。电动机57上连接编码器58。编码器58的输出信号被反馈到电动机控制装置52上。电动机57上连接负载60。通过在电动机控制装置52中使用上述实施例中说明的装置，作为机械装置50可以得到上述实施例中说明的优点。

作为本发明中的机械装置，可以应用于半导体制造装置、机器人、工作机械或者运送机械等中。在这些半导体制造装置、机器人、工作机械、运送机械中，在移动对象物品时，多进行决定为搭载对象物品的情况下为CCW方向，没有搭载的情况下为CW方向的动作。在这样的情况下，通过构成根据电动机的转动方向信号自动切换减振滤波器的结构，可以降低振动。

Claims

1.一种电动机控制装置，包含：减振滤波器，用于生成从指令输出装置输入的指令中除去了由电动机驱动的机械装置的振动分量的指令信号；控制器，用于使所述电动机与来自所述减振滤波器的指令信号随动；以及功率转换器，用于接受来自所述控制器的指令并驱动所述电动机，其特征在于：

所述电动机控制装置具备：第一减振滤波器和第二减振滤波器；用于检测由所述电动机驱动的机械装置的驱动方向的检测器；以及用于切换所述第一减振滤波器和所述第二减振滤波器的滤波器切换器，

所述指令输出装置的指令被输入两个减振滤波器，基于所述检测器输出的驱动方向信号，由滤波器切换器选择一个减振滤波器。

2.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其中，

所述驱动方向信号是用于根据所述指令输出装置的指令检测所述电动机的驱动方向的指令方向检测器的检测信号。

3.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其中，

所述驱动方向信号是用于检测所述电动机实际转动的转动方向的转动方向检测器的检测信号。

4.一种机械装置，使用了如权利要求1至权利要求3的任何一项所述的电动机控制装置。

5.如权利要求4所述的机械装置，其中，

所述机械装置为半导体制造装置。

6.如权利要求4所述的机械装置，其中，

所述机械装置为机器人。

7.如权利要求4所述的机械装置，其中，

所述机械装置为工作机械。

8.如权利要求4所述的机械装置，其中，

所述机械装置为运送机。