CN1366221A - 位置控制设备 - Google Patents

Abstract

在不使用外部脉冲产生单元6产生位置指令的情况下,微电脑中的最短操作时间确定装置28通过延长操作开关7的按下时间,由操作者给按下持续时间设定一个恒定值。初始值设定装置25和计算清理指令装置27写入一个初始值给偏差计算单元21。偏差计算单元21获得在初始值和由反馈获得的实际值之间的偏差值。一PI控制装置25产生一个基于偏差值的控制信号,为控制电动机1的操作,将该控制信号输出给三相变换器单元3。

Description

位置控制设备

技术领域

本发明涉及一种位置控制设备，该设备能够根据点到点的控制对负载执行位置控制。

背景技术

本申请是基于申请号为NO.P2001-006509，申请日为2001年1月15日的日本在先专利申请并对其要求优先权；该专利的整个内容在此结合作为参考。

图6是显示传统的位置控制设备的示意性结构的视图；

如图6所示的传统的位置控制设备包括：

一三相反向变流器单元3，给电动机1提供驱动电力，以便驱动与电动机1相连的负载2；

一控制单元4，用于控制三相反向变流器单元3的操作；

一脉冲发生器5，用于检测并输出根据电动机1的操作而产生的转动脉冲；

一指令脉冲产生单元6，用于产生各种指令脉冲；和

一操作开关7。

上述的三相反向变流器单元3包括一个整流电路8，对市电电源电压进行整流(一个三相AC电压RST(复位—置位触发器))，一个滤波电路9，对整流电路8的输出进行滤波，以及一个驱动电路10，通过多个晶体管的切换而将滤波电路9的输出转变成三相驱动功率UVW。

控制单元4包括第一和第二转换单元11和12，偏差计数器单元13，P控制装置14，以及一个PI控制装置15。第一转换单元11输出从脉冲发生器5传送来的以作为位置脉冲，并且将每预定时间内的转动脉冲数转换成速度信号。第二转换单元12将从指令脉冲产生单元6传送来的指令脉冲RF/RB转换成位置指令脉冲。偏差计数器单元13对位置指令脉冲和来自第一转换单元11的位置脉冲进行计数，获得两者之间的偏差并输出这个偏差值。P控制装置14产生一个与偏差计数器单元13传送来的与位置偏差信号成比例的指令频率。PI控制装置15对第一转换单元11的速度信号(速度反馈信号)和P控制单元装置的指令频率之间的差值执行PI控制，并根据这个PI控制将控制信号输出到驱动电路10以便使位置指令脉冲与从脉冲发生器5的反馈中获得的位置脉冲之间的偏差变为零。使在微电脑中形成P控制装置14和PI控制装置15成为可能。

下一步，参考附图7A至7F的脉冲波形图，说明上述传统位置控制设备的操作。

当控制单元4接收到从操作开关7传送来的操作信号RF时，操作信号RF是由于按下了操作开关7而产生的(见图7A)，驱动电路10激励电动机1。此时，驱动电路10向控制单元4输出伺服系统接通(ON)就绪状态信号(见图7B)。

当第二转换单元12接收到从指令脉冲产生电路6传送来的指令脉冲RF时(见图7C)，第二转换单元12向偏差计数器单元13输出指令脉冲RF以作为位置指令脉冲。

这时，偏差计数器单元13通过P控制装置14和PI控制装置15向驱动电路10输出来自脉冲发生器5的转动脉冲与位置指令脉冲之间的偏差值，以便给电动机1提供电源电压(见图7E)。也就是说，可以获得如图7E所示的电动机速度波形(速度信号)。该电动机速度波形根据指令脉冲RF的输入增加了一个预定的斜度(该斜度与P控制装置14的P增量相对应)，保持在一个恒定电位(由指令值表示)，然后，并根据指令脉冲RF输入的停止而降低速度。

这时，当接收到位置脉冲时，偏差计数器13获得了位置脉冲与位置指令脉冲之间的偏差，然后通过P控制装置14向PI控制装置15输出偏差值。也就是说，偏差计数器单元13产生与偏差信号成比例的指令频率数，对频率数与来自第一转换单元11的速度信号之间的差值进行积分，并且向驱动电路10输出与所积分的值相对应的控制信号。该控制处理获得了从指令信号RF被输入的时刻到RF脉冲被截止(OFF)后位置偏差变为零的时刻的这段时间的正常转动的速度信号波形，如图7E所示。

除此之外，位置完成判断装置(未示出)监测速度信号，并当速度信号变为不大于预定速度时输出位置完成信号，如图7E所示。

当执行电动机1反转的指令脉冲RB通过第二转换单元12从指令脉冲产生单元6输入而且电动机1的旋转速度不比预定值小，定位完成判断装置(未示出)输出OFF状态的定位完成信号，如图7F所示。因而可获得如图7E所示的反转电动机速度波形。

也就是说，传统位置控制装置执行点到点控制，其中，为了把负载移动到目标而产生并输出预定数目(对应于指令值)的位置指示脉冲，此时，为了消除在指令值和从反馈获得的实际转变值之间的任何偏差，偏差计数器单元13输入脉冲形式的位置指令并根据从脉冲发生器5传送的反馈脉冲检测实际转变距离。

如图8所示，偏差计数器单元13包括，格式/方向判断单元13a，脉冲乘法处理单元13b，偏差计数器单元13c，和其他常见的部分。

该格式/方向判断单元13a输入通过第二换算单元12由指令脉冲器发生器6传来的位置指令脉冲和一个表明正/反方向的指令信号，并且根据由指令信号指明的正/反方向格式化该位置脉冲。

另外，脉冲乘法处理单元13b为通过第一转换单元11从脉冲发生器5输入的位置脉冲执行方向判断，为位置脉冲执行的乘法处理，然后将其转换为一正/反脉冲系列。

偏差计数器单元13c对该脉冲系列，即，位置指令脉冲和正/反脉冲系列执行下述的处理：

(a)当电动机正方向旋转(正方向状态)，并接收到指明目的位置的位置指令脉冲时，偏差计数器单元13c数出两个脉冲系列。

(b)当从脉冲产生器5反馈转移过来的位置脉冲是处于正方向，偏差计数器单元13c执行两脉冲系列当前计数值的递减。

(c)当两脉冲系列的频率，即，位置指令脉冲和正/反脉冲系列相等，偏差计数器单元13c向P控制装置14输出一个常数值。

然而，虽然传统的位置控制设备可以完成基于点到点控制的位置控制，偏差计数器单元输入从外部设备(即，指令脉冲产生器6)传送的位置指令脉冲和指明正/反方向的指令信号，并且产生基于位置指令脉冲和指令信号的正/反脉冲系列，以获得在该脉冲系列和反馈来的位置脉冲之间的偏差值。相应的，在传统的位置控制设备中，必须输入从外部设备产生的各种控制脉冲，例如，指令脉冲RF/RB和指令方向的指令信号。

也就是说，对传统的位置控制设备，为产生位置控制脉冲和指令信号必须将第二转换单元12和指令脉冲产生单元6二者组合，而二者是放置在位置控制设备外面的。另外，偏差计数器13除了格式/方向判断单元13a外还必须包括脉冲方法处理单元13b用以转换位置指令脉冲和指令信号。因而，传统的位置控制设备变得复杂而且其制造成本升高。

尤其是，在传统位置控制设备中，必须根据变化的条件完成电动机1方向的改变和获得各种脉冲逻辑值，因此，必须结合高性能的脉冲产生单元，造成位置控制设备制造费用的增加。

另外，当操作者按下操作开关7(转成ON)，操作开关7输出操作信号FR给位置控制设备中的各个单元。因为每个操作者按每个操作开关7的持续时间不同，造成电动机停止位置有偏差，即，由每个操作者指定的停止位置不可能到达一个不变的位置。也就是说，电动机1的停止位置根据操作开关7按下的持续时间而改变。在这种情况下，因为传统的位置控制设备基于上述的方式操作，必须利用指令脉冲产生的单元6产生的附加位置脉冲(通过第二转换单元12变成位置指令脉冲)和指令信号。因此，传统的位置控制设备存在降低了使用效率的缺点。

发明内容

相应的，本发明的一个目的是，在经过充分的考虑到传统技术缺点的基础上，提供一种位置控制设备，其能够利用简单结构容易地完成一个负载的位置控制而不必从外部设备输入任何外部脉冲，而且即使负载的当前位置和目的位置之间存在偏差，也能够在短时间内将负载转移到目的位置。

简单的说，本发明可以概述为一种位置控制设备，包括：一功率转换单元，用于在输入一个操作信号期间向连到负载的电动机提供动力；和旋转检测装置，用于根据电动机的驱动，检测旋转脉冲。在位置控制设备中，负载通过向功率转换单元传送一个控制信号而转移，而该控制信号根据由旋转检测装置提供的反馈脉冲值和位置指令脉冲值产生。尤其是，位置控制设备还进一步包括下述装置：当操作开关按下时，转换操作开始指令和复位信号的装置；根据操作开始指令的输入，维持一个预先设定的最短持续时间和操作信号的装置；在输入一个用于转换负载的初始值时，储存初始值，以及当重置信号被转送时，转换初始值的装置；和用于在输入重置信号时设定初始值，计算初始值和反馈脉冲值以及将偏差转换为位置指令脉冲值的偏差计算装置。

另外，上述的本发明的位置控制设备进一步包括：在按下操作开关期间当操作开关的按下持续时间超过最短的持续时间时，连续输出操作信号的装置。

而且，上述的本发明的位置控制设备进一步包括：一输入单元，该输入单元有一个电键，通过该电键负载根据初始值而移动。在该位置控制设备中，当输入单元的电键被按下，同时按下操作开关的持续时间超过了最短持续时间时，输入单元立刻传送给偏差计算装置一个复位信号。

从对下面的描述以及附加的权利要求的分析中，并参考后面的用来说明本发明优选实施例的附图，本发明上述的和其他的特征与优点以及实现的方式将会变得显而易见，并且发明本身可以得到最好的理解。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的位置控制设备的示意性结构的方框图；

图2是用来解释根据第一实施例的位置控制设备的最短操作时间确定装置的操作的视图；

图3A至3F给出了根据第一实施例的位置控制设备的操作的脉冲波形图；

图4是根据本发明第二实施例的位置控制设备的示意性结构的视图；

图5A至5F给出了根据第二实施例的位置控制设备的操作的脉冲波形图；

图6给出了传统的位置控制设备的示意性结构的视图；

图7A至7F给出了传统的位置控制设备的操作的脉冲波形图；

图8是传统的偏差计数器的示意性结构的视图；

具体实施方式

通过下面的对用来说明本发明的而不想限制本发明的优选实施例的描述，本发明的其他特征将会变得显而易见。第一实施例

图1是根据本发明第一实施例的位置控制设备的示意性结构的视图。

如图1所示的位置控制设备可以在不使用任何外部脉冲产生单元产生位置指令的情况下，而对传统的位置控制设备是必需的，当通过使用基于软件的位置指令而接通操作开关时，通过对所提供的操作指令设置最短的操作时间来执行位置控制。

图2是用来解释根据第一实施例的位置控制设备中的最短操作时间确定装置的操作的视图。在如图1所示的位置控制设备中，与图6所示的传统的位置控制设备相同的部分使用相同的附图标号，并且为了简洁省略对他们的说明。

第一实施例的位置控制设备具有控制三相反向变流器单元3操作的控制单元20。

当收到来自脉冲发生器5的转动脉冲时，控制单元20产生并提供位置脉冲。控制单元20包括转换单元11，用于将来自脉冲发生器5的转动脉冲输出作为位置脉冲并将每个预定时间内的脉冲数转换成速度信号并输出给偏差计数器21，其在后面描述，和一个微电脑22。控制单元20与用户输入单元23(包括键盘，鼠标，以及类似的设备)和操作开关7相连。

微电脑22包括一初始值设置装置25，一操作判断装置26，一计数器清除指令装置27，一最短操作时间确定装置28，P控制装置14，和PI控制装置15。

初始值设置装置25将用于位置控制的初始值储存在存储器(未示出)中，初始值是通过用户输入单元23设置的，并且当偏差计数器单元21接收到从计数器清除指令装置27传送来的清除信号CCL时，初始值设置装置25将储存的初始值写入偏差计数器单元21中的偏差计数器21a中。这个清除信号CCL和操作信号FR是共同使用的，因为这些信号当操作开关7被接通时即产生。

当接收到模式信息时，操作判断装置26将当前模式信息输出到最短操作时间确定装置28，表示当前模式是点到点控制模式。另外，当操作开关7被接通时(即，接收到来自操作开关7的操作信号FR时)操作判断装置26将三相反向变流器单元3设置成操作模式，并且当接收到表示三相反向变流器单元3处于操作准备就绪状态的信息时，操作判断装置26将位置控制设备的每一个单元和每一个装置设置为操作状态。

计数器清除指令装置27监测操作开关7的状态，并且每次接收到接通操作开关7而产生的操作信号FR时，向偏差计数器单元21输出清除信号CCL。

最短操作时间确定装置28根据操作者按下操作开关7维持如图2所示的提前设定的最短操作时间(预定的时间)。此外，当操作开关7的接通持续时间超过了最短操作持续时间时，最短操作时间确定装置28根据操作开关7的操作而工作。

偏差计数器单元21具有一个偏差计数器21a(例如，触发器)和一个复位电路21b。偏差计数器单元21当接收到复位电路21b传送来的复位信号时设置初始值作为目标值，并且每次偏差计数器21a通过转换单元11输入脉冲发生器5传送来的实际的反馈位置值时，偏差计数器21a输出通过对初始值执行递减计数而获得的偏差值。也就是说，数据项(初始值)被直接写入到偏差计数器21a。

接下来，参考附图3A至3F的脉冲波形图，给出根据第一实施例的位置控制设备的操作的说明。(对操作信号和清除信号进行解码)

在操作判断装置26将三相反向变流器单元3设置为接通状态的情况下，而且当操作开关7被接通并且立即接着被断开时，电动机1被激励。并且操作判断装置26将位置控制设备中的偏差计数单元21a和每一个装置都设置为接通状态。

换句话说，当处于点到点模式下的操作开关7被接通时，如图3A所示的操作起始信号被设置到最短操作时间确定装置28，电动机的轴在点到点模式下处于自由状态，计数器清除指令装置27向偏差计数器21中的复位电路21b输出清除信号CCL以便强制对偏差计数器21a复位，并且初始值设置装置25将初始值写入到偏差计数器21a。例如，在清除信号CCL的上升沿，初始值被设置到偏差计数器21a。

除此之外，当操作开关7被接通时，最短操作时间确定装置28维持输出由操作开关7提供的操作信号FR直到提前设置的最短操作时间过去(见图3B)。也就是说，在操作开关7接通状态的持按下的续时间不相同因而电动机1的停止位置亦不相同的情况下，最短操作时间确定装置28操作如下：

当由操作者通过操作开关7产生的操作信号FR的接通宽度小于如图2所示的提前设置的最短操作持续时间时，位置控制设备中的控制软件的控制使这个接通宽度变为最短的操作持续时间；并且

当操作开关7的接通宽度大于最短操作持续时间时，控制软件的控使这个接通宽度不再变化，并且最短时间确定装置28根据所输入的接通宽度而操作。

当操作信号处于接通状态时，三相反向变流器单元3中的驱动电路10初始化以给电动机1提供电源(见图3E)。

当电动机1被驱动时(见图3D)，脉冲发生器5向转换单元11输出转动脉冲。转换单元11将转动脉冲转换成位置脉冲并将位置脉冲输出到偏差计数器单元21，同时还将每个预定持续时间内的转动脉冲转换成速度信号并将速度信号输出到PI控制装置15。

PI控制单元15输入来自偏差计数器单元21的偏差值以作为指令值，产生并输出控制信号，该控制信号是通过PI控制来自偏差计数器单元21的指令值与从转换单元11的反馈中获得的实际速度值之间的偏差而获得的。

换句话说，当初始值被设置到偏差计数器21a，偏差计数器21a计算初始值与从转换单元11传送来的实际位置值(即，实际速度值)之间的偏差并将作为偏差信号的偏差值输出到P控制装置14(见图3F)。也就是说，因为当每次输入由脉冲发生器5的反馈而获得的实际位置值(或者实际的速度值)时，通过接通操作开关7而获得的初始值被递减计数，所以当每次输入实际的位置值时从偏差计数器21的输出是线性逐渐减小，如图3F所示。也就是说，由于脉冲直接提供给偏差计数器21a，在偏差计数器21a中不执行对计数值的总计操作，第一实施例的位置控制设备通过每次输出复位信号时将初始值写入到包括计数器的偏差计数器21a中而获得了初始值与负载2的实际的位置值之间的偏差。

P控制装置14向PI控制装置15输出与偏差信号成比例的指令频率。PI控制装置15对指令频率和从转换单元11传送来的速度信号之间的差值执行PI控制，并向驱动电路10输出与差值的积分值相对应的控制信号。

控制单元20向外部设备输出位置确定完成信号(未示出)以便仅仅当偏差计数器21输出零值时通知负载2完成的定位。

当每次按下操作开关7(即，每次操作开关7为接通状态)时，微电脑22执行上述的程序，如图3A至3F所示。

因此，即使操作信号FR的信号宽度随操作者按下操作开关7的持续时间而波动，本实施例的位置控制设备总能够将负载2移动一个预定的距离。第二实施例<正常运转>

接下来，给出在正常运转时间内的位置控制设备的操作说明，该正常运转时间超过了最短操作时间。

图4是根据本发明第二实施例的位置控制设备的示意性结构的视图。图5A至5F给出了根据第二实施例的位置控制设备的操作的脉冲波形图；

在如图4所示的第二实施例的位置控制设备中，与如图1所示的第一实施例的传统的位置控制设备相同的部分使用相同的附图标记并且为了简洁这里省略对他们的说明。

如图4所示的第二实施例的位置控制设备的用户输入单元23包括一个点到点的电键(未示出，以下称“复位键”)。

当操作者按下复位键(接通)时，计数器清除指令装置31向偏差计数器单元21中的复位电路21b输出复位信号。

当接收到操作判断装置26传送来的表示操作开关7已被接通并且当前模式是正常运转模式的信息时，最短操作时间确定装置32维持操作信号的接通状态(图5B)。这意味着当前模式是处于点到点控制下的将电动机的轴固定的模式。

当用户输入单元的复位键被接通时，如图5A所示，计数器清除指令装置31向偏差计数器单元21中的复位电路21b输出清除信号CCL以便使偏差计数器21a强制进入复位状态并且初始值设置装置25将初始值写入偏差计数器21a。

在操作信号为接通状态期间，三相反向变流器单元3中的驱动电路10提供给电动机1电源以便驱动电动机1(图5E)。

脉冲发生器5产生由电动机1的驱动而引起的转动脉冲并向转换单元11输出转动脉冲(图3C)。因此，转换单元11向偏差计数器单元21输出转动脉冲以作为位置脉冲并将每预定时间内的转动脉冲数转换成速度信号，并向PI控制装置15输出速度信号。

换句话说，偏差计数器21a计算初始值与实际位置值之间的偏差(即，从转换单元11传送的位置脉冲)，并向P控制装置14输出偏差值(图5F)。

在第一和第二实施例的位置控制设备中，操作者确定电动机的轴是否是活动的还是固定的以便确定操作模式。

操作者根据电动机1的正向/反向转动通过用户输入单元23将脉冲的初始值设置到初始值设置装置25。因为微电脑按每个比特设置初始值，因此可以增加偏差计数器单元21中的偏差分辨率。

因此，不像现有技术中外部脉冲发生器产生指令脉冲并将所产生的指令脉冲提供给偏差计数器单元，而第一和第二实施例中的位置控制设备可以实现操作者直接将数据写入到偏差计数器单元21中，并且所移动的距离是由初始值的大小表示的，负载移动的方向是由初始值的正负表示的。这导致根据本发明的位置控制设备的生产成本的降低。

另外，可以使用开关或者外部通信装置以便将数据设置到偏差计数器21a中。

此外，可以仅仅通过软件而实现偏差计数器21a，也就是说，可以将偏差计数器21a的功能包含在微电脑中。

另外方面，在传统的位置控制设备中，下面两种方法(A)和(B)是彼此独立的：

(A)通过将数据设置到偏差计数器21a中而将负载移动一个预定距离的方法；和

(B)使用彼此独立的操作信号FR和清除信号CCL的方法。

因此，根据操作信号FR和清除信号CCL输入的定时而执行不同的操作。此外，当操作信号FR在时间上很短时则很难长时间的运转。

为了避免上述缺点，当由于操作者输入使操作开关7接通时，本发明的位置控制设备产生操作信号FR和清除信号CCL。也就是说，通过一次键入切换指令(即，操作开关7)可同时产生了操作信号FR和清除信号CCL。因此每次可以执行相同的操作。利用将指令脉冲输入到偏差计数器21a的方式是可以接受的。

如详细阐述的，本发明的位置控制设备执行下面的过程：

产生操作起动指令并在每次按下操作开关时预先设置的最短操作时间期间内将它传送到电源转换单元以便驱动电动机；

将复位信号传送到偏差计算装置以便将传送来的和输入的初始值设置到偏差计算装置；

获得初始值和反馈中得到的脉冲值之间的偏差；以及

根据偏差值通过使用控制信号而转动电动机。

也就是说，本发明的效果是即使操作者按下操作开关的持续时间不相同也可以统一负载的移动值，这是因为预先设置的操作信号在最短持续时间内被传送，并且负载的移动值是以已经设置的初始值为基础的。

另外，本发明的效果是可以降低位置控制设备的生产成本并且可以提高控制准度，因为位置控制设备包括用于设置初始值并产生复位信号和类似信号的微电脑，而不使用任何硬件，如现有技术中所使用的指令脉冲发生器。

此外，根据本发明，可以根据每次的初始值而将负载移动一固定的距离，因为当按下操作开关的持续时间超过最短持续时间时，通过输出清除信号CCL立刻将复位信号传送到偏差计算装置。

在本技术领域公知范围内对已说明的实施例的所有这些以及其他的改进和替换都意味着在上述公开中。因此广泛的，以符合公平意义的或符合权利要求的适当范围的方式解释本发明，可以认为是合理的。

Claims (3)

1.一种位置控制设备，包括：

一电源转换装置，用于在输入操作信号期间将电源提供给与负载相连的电动机；和

转动检测装置，用于检测由驱动电动机而引起的转动脉冲，其中将基于反馈的脉冲值所产生的控制信号和转动检测装置提供的位置指令脉冲值传送到电源转换单元而移动负载；

其中位置控制设备还包括：

当按下操作开关时，用于传送操作起动指令和复位信号的装置；

根据输入的操作起动指令，用于维持预先设置的最短持续时间和操作信号的装置；

当输入用来移动负载的初始值时，用于储存初始值并且当复位信号被传送时传送初始值的装置；和

偏差计算装置，当输入复位信号时设置初始值，计算初始值和反馈脉冲值之间的偏差，并且传送偏差以作为位置指令脉冲值。

2、如权利要求1的位置控制设备，还包括：用于在按下操作开关期间，当按操作开关的持续时间超过了最短持续时间时连续输出操作信号的装置。

3、如权利要求1或2的位置控制设备，还包括：一个具有电键的输入单元，通过该电键负载根据初始值而移动，

其中，当按下输入单元的电键时，同时按操作开关的持续时间超过最短持续时间时，输入单元立刻将复位信号传送到偏差计算装置。

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