DE102017217270B4

DE102017217270B4 - Servomotorsteuervorrichtung, Servomotorsteuerverfahren und Programm zum Steuern eines Servomotors

Info

Publication number: DE102017217270B4
Application number: DE102017217270.3A
Authority: DE
Inventors: Shougo SHINODA; Satoshi Ikai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2037-09-29
Also published as: DE102017217270A1; JP2018060333A; CN107894749B; JP6568035B2; US10459422B2; CN107894749A; US20180095444A1

Abstract

Servomotorsteuervorrichtung, die umfasst:einen Servomotor (50);einen angetriebenen Körper (70), der dafür ausgelegt ist, durch den Servomotor (50) angetrieben zu werden;einen Verbindungsmechanismus (601, 602) zum Verbinden des Servomotors (50) und des angetriebenen Körpers (70) und zum Übertragen der Leistung des Servomotors (50) zu dem angetriebenen Körper (70);einen Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt (10) zum Erzeugen eines Positionsbefehlswertes für den angetriebenen Körper (70);eine Motorsteuereinheit (20) zum Steuern des Servomotors (50) unter Verwendung des Positionsbefehlswertes;einen Kraftschätzabschnitt (302) zum Schätzen einer Antriebskraft, die an einem Verbindungsabschnitt (603) mit dem Verbindungsmechanismus (601, 602) auf den angetriebenen Körper (70) wirkt;einen Schaltabschnitt (303) zum Schalten zwischen einem ersten geschätzten Kraftwert, der durch den Kraftschätzabschnitt (302) geschätzt wird, und einem zweiten geschätzten Kraftwert, der ein fester Wert ist; undeinen Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt (301) zum Erzeugen eines Kompensationsbetrags zum Kompensieren des durch den Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt (10) erzeugten Positionsbefehlswerts basierend auf dem ersten geschätzten Kraftwert oder dem zweiten geschätzten Kraftwert, der durch den Schaltabschnitt (303) umgeschaltet wurde.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Servomotorsteuervorrichtung, die eine Funktion des Kompensierens der Position eines angetriebenen Körpers, der durch die Leistung eines Servomotors angetrieben ist, aufweist, ein Servomotorsteuerverfahren und ein Programm zum Steuern eines Servomotors.
Stand der Technik
Herkömmlich sind Servomotorsteuervorrichtungen bekannt gewesen, die ein Werkstück (Werkstück) auf einem Tisch installieren und verursachen, dass sich der Tisch durch einen Servomotor über einen Verbindungsmechanismus bewegt. Der Tisch und das Werkstück sind angetriebene Körper. Der Verbindungsmechanismus weist eine Kopplung, die mit dem Servomotor verbunden ist, und einen Kugelgewindetrieb, der an der Kopplung befestigt ist, auf. Der Kugelgewindetrieb ist über ein Gewinde mit einer Mutter verbunden. In einer von derartigen Servomotorsteuervorrichtungen gibt es eine Servomotorsteuervorrichtung, die eine Funktion des Kompensierens der Position eines angetriebenen Körpers (der als ein beweglicher Körper bezeichnet wird) aufweist, der durch die Leistung des Servomotors angetrieben ist.
Als eine Servomotorsteuervorrichtung, die eine Funktion des Kompensierens einer Position aufweist, offenbart z. B. das Patentdokument 1 eine Servomotorsteuervorrichtung, die eine Antriebskraft, die am Verbindungsabschnitt des Verbindungsmechanismus auf einen angetriebenen Körper wirkt, schätzt und den Positionsbefehlswert basierend auf der geschätzten Antriebskraft kompensiert.
Das Patentdokument 2 offenbart eine Servomotorsteuervorrichtung, die den Dehnungs-/Kontraktionsbetrag des Kugelgewindetriebs aus einem Abstand von dem Servomotor bis zu dem beweglichen Körper und dem Drehmomentbefehlswert berechnet, einen Positionskompensationsbetrag für den beweglichen Körper, der über ein Gewinde mit dem Kugelgewindetrieb verbunden ist, aus diesem Dehnungs-/Kontraktionsbetrag berechnet und den Positionsbefehlswert gemäß diesem Positionskompensationsbetrag kompensiert.
Das Patentdokument 3 offenbart zusätzlich eine Servomotorsteuervorrichtung, die einen Dehnungs-/Kontraktionsbetrag eines Kugelgewindetriebs basierend auf einer Spannung, die auf eine distale Seite des Kugelgewindetriebs von dem Servomotor wirkt, einem Abstand zwischen einem Paar von Befestigungsabschnitten, die den Kugelgewindetrieb an beiden Enden stützen, einem Abstand von dem Befestigungsabschnitt, der auf einer proximalen Seite des Servomotors vorgesehen ist, bis zu einem beweglichen Körper und einem dem Servomotor gegebenen Drehmomentbefehl berechnet und einen Positionskompensationsbetrag für eine Zugspindel basierend auf dem berechneten Dehnungs-/Kontraktionsbetrag des Kugelgewindetriebs berechnet.

Patentdokument 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2014- 109 785 A
Patentdokument 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2014- 13 554 A
Patentdokument 3: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. JP 2014- 87 880 A

Die US 7 531 981 B2 befasst sich mit einer Steuerung für einen Servomotor, der in der Lage ist, die Genauigkeit der Positionierung und die Qualität einer bearbeiteten Oberfläche durch Umschalten der Korrekturmodi eines Positionsbefehls oder dergleichen zu verbessern und einen Stoß zum Zeitpunkt des Umschaltens zu verringern. Ein Abschnitt zur Erzeugung eines Korrekturbetrags erhält einen Korrekturbetrag basierend auf einem Wert eines Korrekturfaktors wie der Maschinentemperatur.
Die US 2002 / 0 151 988 A1 befasst sich mit einer Positionssteuervorrichtung zum Positionieren eines Steuerobjekts, das mit einem Motor über einen Übertragungsmechanismus verbunden ist, um eine zeitlich variierende variable Positionsreferenz zu verfolgen.
Die JP H07 - 28 527 A offenbart eine Korrekturverarbeitungsmethode für die Coulomb'sche Reibung, die unabhängig von der Varianz der Geschwindigkeitsrückkopplung frei von der Varianz im Ausmaß der Coulomb'schen Reibungskorrektur ist. Bei der Verarbeitungsmethode, die die Coulomb'sche Reibung durch die Drehrichtung eines Motors korrigiert, wird ein Ausmaß-CLMB der Coulomb'schen Reibungskorrektur in Übereinstimmung mit einem eingestellten Wert LIMIT einer Motordrehzahl A geändert, um der Coulomb'schen Reibungskorrektur eine Hysteresekennlinie zu geben. Bei dieser Verarbeitungsmethode wird die Drehrichtung des Motors durch die Polarität der Solldrehzahl zum Motor beurteilt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass in dem Fall des Kompensierens des Positionsbefehlswerts während eines Stoppbetriebs oder eines Betriebs mit geringer Drehzahl eine Kompensation, die auf die geschätzte Antriebskraft reagiert und nicht mit dem mechanischen Betrieb in Beziehung steht, auf den Positionsbefehlswert angewendet wird, wodurch sich eine Schwingung des Kompensationsbetrags ergibt. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Servomotorsteuervorrichtung für eine Werkzeugmaschine oder eine Industriemaschine, die zur Positionssteuerung eines angetriebenen Körpers mit einer höheren Genauigkeit imstande ist, ein Servomotorsteuerverfahren und ein Programm zum Steuern eines Servomotors zu schaffen.
Eine Servomotorsteuervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Servomotorsteuervorrichtung, die enthält: einen Servomotor; einen angetriebenen Körper, der dafür ausgelegt ist, durch den Servomotor angetrieben zu werden; einen Verbindungsmechanismus zum Verbinden des Servomotors und des angetriebenen Körpers und zum Übertragen der Leistung des Servomotors zu dem angetriebenen Körper; eine Positionsbefehls-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines Positionsbefehlswertes für den angetriebenen Körper; eine Motorsteuereinheit zum Steuern des Servomotors unter Verwendung des Positionsbefehlswertes; einen Kraftschätzabschnitt zum Schätzen einer Antriebskraft, die an einem Verbindungsabschnitt mit dem Verbindungsmechanismus auf den angetriebenen Körper wirkt; einen Schaltabschnitt zum Schalten zwischen einem ersten geschätzten Kraftwert, der durch den Kraftschätzabschnitt geschätzt wird, und einem zweiten geschätzten Kraftwert eines festen Wertes; und einen Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt zum Erzeugen eines Kompensationsbetrags zum Kompensieren des durch den Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt erzeugten Positionsbefehlswerts basierend auf dem ersten geschätzten Kraftwert oder dem zweiten geschätzten Kraftwert, der durch den Schaltabschnitt umgeschaltet wurde.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Servomotorsteuervorrichtung, wie sie in dem ersten Aspekt beschrieben ist, bevorzugt, dass der Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt eine Summe aus: einem Produkt aus dem ersten oder dem zweiten geschätzten Kraftwert, zu dem durch den Schaltabschnitt geschaltet wurde, und einem ersten Koeffizienten; und einem Produkt aus dem ersten oder dem zweiten geschätzten Kraftwert, zu dem durch den Schaltabschnitt geschaltet wurde, einem Abstand von dem Servomotor bis zu dem Verbindungsabschnitt und einem zweiten Koeffizienten als den Kompensationsbetrag festlegt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Servomotorsteuervorrichtung, wie sie in dem ersten oder dem zweiten Aspekt beschrieben ist, bevorzugt, dass der zweite geschätzte Kraftwert ein konstanter Wert ist, der im Voraus unter Verwendung einer auf den angetriebenen Körper wirkenden Antriebskraft, die zu schätzen ist, bestimmt wird und ein Vorzeichen aufweist, das einer Richtung eines durch den Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt erzeugten Positionsbefehls entspricht.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Servomotorsteuervorrichtung, wie sie in einem der ersten bis dritten Aspekte beschrieben ist, bevorzugt, dass der Schaltabschnitt den zweiten geschätzten Kraftwert auswählt, wenn eine Befehlsdrehzahl oder eine Befehlsbeschleunigung für den durch den Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt erzeugten Positionsbefehlswert nicht mehr als ein Sollwert ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Servomotorsteuervorrichtung, wie sie in einem der ersten bis dritten Aspekte beschrieben ist, bevorzugt, dass der Schaltabschnitt den zweiten geschätzten Kraftwert während des Eilgangbetriebs auswählt.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Servomotorsteuervorrichtung, wie sie einem der ersten bis fünften Aspekte beschrieben ist, bevorzugt, dass auf den durch den Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt erzeugten Kompensationsbetrag ein Filter angewendet wird, wenn von dem zweiten geschätzten Kraftwert über den Schaltabschnitt zu dem ersten geschätzten Kraftwert geschaltet wird.
Gemäß einem siebenten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in der Servomotorsteuervorrichtung, wie sie einem der ersten bis fünften Aspekte beschrieben ist, bevorzugt, dass die Motorsteuereinheit einen Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungsabschnitt und einen Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitt aufweist, der Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitt wenigstens einen Integrator zum Integrieren einer Drehzahlabweichung aufweist und das Überschreiben des Integrators ausgeführt wird, wenn von dem zweiten geschätzten Kraftwert über den Schaltabschnitt zu dem ersten geschätzten Kraftwert geschaltet wird.
Ein Servomotorsteuerverfahren für eine Servomotorsteuervorrichtung gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Servomotorsteuerverfahren für eine Servomotorsteuervorrichtung, die enthält: den Servomotor; einen angetriebenen Körper, der dafür ausgelegt ist, durch den Servomotor angetrieben zu werden; einen Verbindungsmechanismus zum Verbinden des Servomotors und des angetriebenen Körpers und zum Übertragen der Leistung des Servomotors zu dem angetriebenen Körper, wobei das Verfahren die Schritte enthält: Erzeugen eines Positionsbefehlswerts für den angetriebenen Körper; Schätzen einer Antriebskraft, die an einem Verbindungsabschnitt mit dem Verbindungsmechanismus auf den angetriebenen Körper wirkt; Schalten von einem geschätzten ersten geschätzten Kraftwert zu einem zweiten geschätzten Kraftwert, der ein fester Wert ist, in einem Fall, in dem eine Befehlsdrehzahl oder eine Befehlsbeschleunigung des Positionsbefehlswertes nicht mehr als ein vorgegebener Wert ist oder ein Eilgang ist; Kompensieren des so erzeugten Positionsbefehlswertes basierend auf dem zweiten geschätzten Kraftwert, zu dem geschaltet wurde; und Steuern des Servomotors unter Verwendung des so kompensierten Positionsbefehlswertes.
Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Servomotorsteuerverfahren, wie es im achten Aspekt beschrieben ist, bevorzugt, dass der Positionsbefehls-Kompensationswert zum Kompensieren des Positionsbefehlswertes eine Summe aus: einem Produkt aus dem zweiten geschätzten Kraftwert und einem ersten Koeffizienten; und dem zweiten geschätzten Kraftwert, einem Abstand von dem Servomotor bis zu dem Verbindungsabschnitt und einem zweiten Koeffizienten ist.
Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Servomotorsteuerverfahren, wie es in dem achten oder neunten Aspekt beschrieben ist, bevorzugt, dass der zweite geschätzte Kraftwert ein konstanter Wert ist, der im Voraus unter Verwendung einer auf den angetriebenen Körper wirkenden Antriebskraft, die zu schätzen ist, bestimmt wird und ein Vorzeichen aufweist, das einer Richtung eines Positionsbefehls entspricht.
Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Servomotorsteuerverfahren, wie es in einem der achten bis zehnten Aspekte beschrieben ist, ferner das Anwenden eines Filters auf den Kompensationswert für den Positionsbefehlswert enthält, wenn von dem zweiten geschätzten Kraftwert zu dem ersten geschätzten Kraftwert geschaltet wird.
Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in dem Servomotorsteuerverfahren, wie es in einem der achten bis zehnten Aspekte beschrieben ist, bevorzugt, dass der Servomotor durch das Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls unter Verwendung des Positionsbefehlswerts, der kompensiert wurde, das Erzeugen eines Drehmomentbefehls unter Verwendung eines Geschwindigkeitsbefehls, der erzeugt wurde, und dann das Verwenden des Drehmomentbefehls gesteuert wird, wobei das Erzeugen des Drehmomentbefehls unter Verwendung eines Integrators zum Integrieren wenigstens einer Drehzahlabweichung ausgeführt wird und das Überschreiben des Integrators ausgeführt wird, wenn von dem zweiten geschätzten Kraftwert zu dem ersten geschätzten Kraftwert geschaltet wird.
Ein Programm zum Steuern eines Servomotors gemäß einem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Programm zum Steuern eines Servomotors, das einen Computer veranlasst, eine Servomotorsteuerung in einer Servomotorsteuervorrichtung auszuführen, die den Servomotor; einen angetriebenen Körper, der dafür ausgelegt ist, durch den Servomotor angetrieben zu werden; und einen Verbindungsmechanismus zum Verbinden des Servomotors und des angetriebenen Körpers und zum Übertragen der Leistung des Servomotors zu dem angetriebenen Körper enthält, wobei das Programm den Computer veranlasst, die Verarbeitung: Erzeugen eines Positionsbefehlswerts für den angetriebenen Körper; Schätzen einer Antriebskraft, die an einem Verbindungsabschnitt mit dem Verbindungsmechanismus auf den angetriebenen Körper wirkt; Schalten von einem geschätzten ersten geschätzten Kraftwert zu einem zweiten geschätzten Kraftwert, der ein fester Wert ist, in einem Fall, in dem eine Befehlsdrehzahl oder eine Befehlsbeschleunigung des Positionsbefehlswertes nicht mehr als ein vorgegebener Wert ist oder ein Eilgang ist; Kompensieren des so erzeugten Positionsbefehlswertes basierend auf dem zweiten geschätzten Kraftwert, zu dem geschaltet wurde; und Steuern des Servomotors unter Verwendung des so kompensierten Positionsbefehlswertes auszuführen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird selbst während des Stoppbetriebs oder des Betriebs mit geringer Drehzahl eine Positionssteuerung mit hoher Genauigkeit eines angetriebenen Körpers möglich, die die Schwingung eines Kompensationsbetrags unterdrückt, die durch eine hinzugefügte Kompensation auftritt, die auf eine geschätzte Antriebskraft reagiert und nicht mit dem Maschinenbetrieb in Beziehung steht.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung zeigt, die als eine technische Voraussetzung dient;
2 ist eine Zeichnung zum Erklären der Schwingung eines Kompensationsbetrags;
3 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung zeigt, die als eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient;
4 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung zeigt, die ein Konfigurationsbeispiel einer Positionsbefehls-Kompensationseinheit enthält;
5 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel einer Motorsteuereinheit und die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung, die eine Abstandsberechnungseinheit enthält, die die Länge eines Kugelgewindetriebs (die Länge eines Federelements) erhält, zeigt;
6 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel einer Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungseinheit zeigt;
7 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel einer Drehmomentbefehls-Erzeugungseinheit zeigt;
8 ist ein Ablaufplan, der den Betrieb der in 3 gezeigten Servomotorsteuervorrichtung zeigt;
9 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung zeigt, die als eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient;
10 ist eine Zeichnung, die Filter und einen Schalter zum Umschalten der Filter zeigt;
11 ist ein Ablaufplan, der einen Schaltbetrieb der Filter zeigt;
12 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung zeigt, die als eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient;
13 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration eines Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitts zeigt; und
14 ist ein Ablaufplan, der eine Schaltoperation der Integratoren zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der Zeichnungen erklärt. Zuerst wird eine Servomotorsteuervorrichtung, die als eine technische Voraussetzung dient, vor der Erklärung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt. 1 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung zeigt, die als eine technische Voraussetzung dient. Die Servomotorsteuervorrichtung verursacht, dass sich ein Tisch 70 über einen Verbindungsmechanismus 60 durch einen Servomotor 50 bewegt, und bearbeitet ein an dem Tisch 70 angebrachtes Werkstück (Werkstück). Der Verbindungsmechanismus 60 weist eine Kopplung 601, die mit dem Servomotor 50 verbunden ist, und einen Kugelspindeltrieb 602, der an der Kopplung befestigt ist, in der eine Mutter 603, die als ein Verbindungsabschnitt dient, über ein Gewinde mit dem Kugelgewindetrieb 602 verbunden ist, auf. Durch den Drehantrieb des Servomotors 50 bewegt sich die über ein Gewinde mit dem Kugelspindeltrieb 602 verbundene Mutter 603 in der axialen Richtung des Kugelgewindetriebs 602.
Die Drehwinkelposition des Servomotors 50 wird durch einen Codierer 40 detektiert, der dem Servomotor 50 zugeordnet ist und als eine Positionsdetektionseinheit dient, wobei die detektierte Drehwinkelposition (der detektierte Positionswert) als eine Positionsrückkopplung verwendet wird. Es sollte angegeben werden, dass der Codierer 40 die Drehzahl detektieren kann, wobei die detektierte Drehzahl (der detektierte Drehzahlwert) als eine Geschwindigkeitsrückkopplung verwendet werden kann. Die Servomotorsteuervorrichtung weist einen Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt 10, der einen Positionsbefehlswert für den Servomotor 50 erzeugt, einen Subtrahierer 80 zum Erhalten einer Differenz zwischen dem durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 erzeugten Positionsbefehlswert und dem durch den Codierer 40 detektierten Positionsdetektionswert, einen Addierer 90, der diese Differenz und den von der Positionsbefehls-Kompensationseinheit 30 ausgegebenen Kompensationswert addiert, eine Motorsteuereinheit 20, die unter Verwendung dieses Additionswertes einen Drehmomentbefehlswert für den Servomotor 50 erzeugt, und eine Positionsbefehls-Kompensationseinheit 30 auf. Die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 erzeugt einem Programm oder einer Anweisung folgend, das bzw. die von einer Steuervorrichtung höherer Ordnung oder einer externen Eingabevorrichtung eingegeben wird, die nicht veranschaulicht sind, den Positionsbefehlswert.
Während des Antreibens des Servomotors 50 wirkt die Antriebskraft auf den Verbindungsmechanismus 60 und den Tisch 70, wobei sich diese elastisch deformieren. Weil der Verbindungsmechanismus 60 im Vergleich zu dem Tisch 70 eine geringe Steifigkeit aufweist, ist die elastische Deformation des Verbindungsmechanismus 60 für den Mehrheitsanteil der gesamten elastischen Deformation verantwortlich. Wenn sich der Verbindungsmechanismus 60 elastisch deformiert, ergibt sich selbst in einem Fall, in dem sich der Servomotor 50 gemäß dem Befehlswert dreht, ein Fehler in dem Betrag des Betrags der elastischen Deformation in der Position des Tisches 70. Aus diesem Grund kompensiert die Positionsbefehls-Kompensationseinheit 30 den Positionsbefehlswert um den Betrag der elastischen Deformation des Verbindungsmechanismus 60, um diesen Fehler zu eliminieren. Der Betrag der elastischen Deformation des Verbindungsmechanismus 60 ist zu der Antriebskraft proportional, die an der Mutter 603, die als der Verbindungsabschnitt zwischen dem Tisch 70 und dem Verbindungsmechanismus 60 dient, die auf den Tisch wirkt, wobei die Antriebskraft durch das Antriebsdrehmoment ausgedrückt werden kann, das auf den Verbindungsabschnitt wirkt. Die Positionsbefehls-Kompensationseinheit 30 weist einen Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt 301 und einen Kraftschätzabschnitt 302 auf. Der Kraftschätzabschnitt 302 schätzt die Antriebskraft (das Antriebsdrehmoment), die auf einen Antriebskörper an dem Verbindungsabschnitt wirkt, unter Verwendung des Drehmomentbefehlswerts. Der Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt 301 erzeugt einen Kompensationsbetrag zum Kompensieren des durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 erzeugten Positionsbefehlswerts basierend auf der durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzten Antriebskraft und gibt den Kompensationswert an den Addierer 90 aus.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass in einer Servomotorsteuervorrichtung als die technische Voraussetzung, die in 1 gezeigt ist, selbst während des Stoppbetriebs oder des Betriebs mit geringer Drehzahl eine Schwingung in dem Kompensationsbetrag auftreten kann, wie in 2 gezeigt ist. Dies ist so, weil die Kompensation, die auf die geschätzte Antriebskraft reagiert und mit dem mechanischen Betrieb nicht in Beziehung steht, zu dem Positionsbefehlswert hinzugefügt wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass die Schwingung des Kompensationsbetrags unterdrückt werden kann, falls während des Stoppbetriebs oder des Betriebs mit geringer Drehzahl die Aktualisierung der Antriebskraft (des Antriebsdrehmoments), die in dem Kraftschätzabschnitt geschätzt wird, gestoppt wird und dann auf einen im Voraus im Hinblick auf die Befehlsrichtung bestimmten Wert fixiert wird. Zusätzlich haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass während eines Eilgangs das Lastdrehmoment im Grunde konstant ist und dass es im Grunde außerdem während eines Eilgangs bevorzugt ist, durch das Festlegen des Lastdrehmoments auf einen festen Wert zu kompensieren. Im Folgenden werden die Ausführungsformen einer Servomotorsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung, die die Schwingung des Kompensationsbetrags unterdrückt, erklärt. Der Mechanismus, für den die Servomotorsteuervorrichtung der im Folgenden erklärten vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, ist eine Werkzeugmaschine, wie z. B. eine Laserstrahlmaschine, eine Elektroerosionsmaschine oder eine Schneidmaschine; die Servomotorsteuervorrichtung der vorliegenden Erfindung ist jedoch für Industriemaschinen usw., wie z. B. Roboter, anwendbar.
(Die erste Ausführungsform)
3 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung zeigt, die als eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient. In 3 sind den konstituierenden Elementen, die zu den konstituierenden Elementen der Servomotorsteuervorrichtung in 1 völlig gleich sind, die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, wobei deren Erklärungen weggelassen werden. Wie in 3 gezeigt ist, empfängt der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 den durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 erzeugten Positionsbefehlswert, wobei er eine Befehlsdrehzahl (die als eine Positionsbefehlsdrehzahl dient) für den Positionsbefehlswert erzeugt. Zusätzlich empfängt der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 von einer Steuervorrichtung höherer Ordnung, einer externen Eingabevorrichtung oder dergleichen ein Signal, das einen Eilgang oder einen Schneidvorschub anweist.
Der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 sendet, wenn die Befehlsdrehzahl (der Absolutwert) nicht mehr als ein Sollwert (einschließlich 0) ist oder bei einem Eilgang, ein Schaltsignal an den Schalter 303, der als der Schaltabschnitt dient, um die Antriebskraft (das Antriebsdrehmoment), die an dem Verbindungsabschnitt auf den Antriebskörper wirkt, von der durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzten Antriebskraft auf einen festen Wert zu schalten. Andererseits sendet der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120, wenn die Befehlsdrehzahl (der Absolutwert) einen Sollwert übersteigt und bei einem Schneidvorschub, ein Schaltsignal an den Schalter 303, um die Antriebskraft (das Antriebsdrehmoment), die an dem Verbindungsabschnitt auf den Antriebskörper wirkt, auf die durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzte Antriebskraft zu schalten.
Obwohl in der folgenden Erklärung ein Fall des Schaltens zu dem festen Wert durch den Schalter 303 unter Verwendung der Befehlsdrehzahl des Positionsbefehlswertes erklärt wird, kann er durch den Schalter 303 unter Verwendung der Befehlsbeschleunigung des Positionsbefehlswertes zu dem festen Wert geschaltet werden. In dem Fall des Verwendens der Befehlsbeschleunigung des Positionsbefehlswertes anstelle der Befehlsdrehzahl des Positionsbefehlswertes wird der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 durch einen Positionsbefehls-Beschleunigungsbestimmungsabschnitt ersetzt. Der Positionsbefehls-Beschleunigungsbestimmungsabschnitt empfängt den durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 erzeugten Positionsbefehlswert und erzeugt die Befehlsbeschleunigung (die Positionsbefehlsbeschleunigung) des Positionsbefehlswertes. Die Funktion des Positionsbefehls-Beschleunigungsbestimmungsabschnitts ist die gleiche wie die Funktion des Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitts 120, mit Ausnahme des Punktes des Ersetzens der Befehlsdrehzahl durch die Befehlsbeschleunigung.
Der Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt 301 erzeugt den Kompensationsbetrag basierend auf der Antriebskraft, die als der feste Wert festgelegt ist, oder der Antriebskraft, die durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzt wird, und gibt sie an den Addierer 90 aus. In 3 schätzt der Kraftschätzabschnitt 302 die Antriebskraft (das Antriebsdrehmoment), die an dem Verbindungsabschnitt auf den Antriebskörper wirkt, unter Verwendung des von der Motorsteuereinheit 20 ausgegebenen Drehmomentbefehlswerts. Die Schätzung der Antriebskraft ist jedoch nicht darauf eingeschränkt, wobei der Kraftschätzabschnitt 302 die Antriebskraft durch das weitere Hinzufügen eines Beschleunigungs-/Verzögerungsdrehmoments, eines Stördrehmoments usw. zu dem Drehmomentbefehlswert schätzen kann oder die Antriebskraft durch das Berechnen des Motordrehmoments unter Verwendung der Ausgabe eines Detektionsabschnitts für den elektrischen Strom, der den Motorstrom detektiert, anstelle des Drehmomentbefehlswerts schätzen kann. Der feste Wert ist ein konstanter Wert, der im Voraus aus einem Vorzeichen bestimmt wird, das der Richtung des Positionsbefehls entspricht, der durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 erzeugt wird, wobei er grundsätzlich den Wert der Kraft annimmt, die der statischen Reibungskraft entspricht.
Es ist ausreichend, wenn der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 den Schalter 303 schaltet, um die Schwingung des Kompensationsbetrags, die in 2 gezeigt ist, zu unterdrücken, wobei er, wenn die Befehlsdrehzahl (der Absolutwert) nicht mehr als ein Sollwert (einschließlich 0) ist, ferner basierend auf der Ausgabe des Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitts 301 bestimmen kann, dass die Größe des Kompensationsbetrags in der zunehmenden Richtung oder in der abnehmenden Richtung ist, und den Schalter 303 gemäß dem Bestimmungsergebnis schalten kann. Der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 kann z. B. konfiguriert sein, um in dem Fall, in dem die Größe des Kompensationsbetrags in der zunehmenden Richtung ist, durch den Schalter 303 zu dem festen Wert zu schalten, und um in dem Fall, in dem die Größe des Kompensationsbetrags in der abnehmenden Richtung ist, durch den Schalter 303 zu der durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzten Antriebskraft zu schalten. Der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 kann konfiguriert sein, um in dem Fall, in dem die Größe des Kompensationsbetrags in der abnehmenden Richtung ist, durch den Schalter 303 zu dem festen Wert zu schalten, und in dem Fall, in dem die Größe des Kompensationsbetrags in der zunehmenden Richtung ist, durch den Schalter 303 zu der durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzten Antriebskraft zu schalten. In dieser Weise kann der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120, wenn die Befehlsdrehzahl (der Absolutwert) nicht mehr als ein Sollwert (einschließlich 0) ist, die Schwingung des Kompensationsbetrags unterdrücken, wie z. B. die, die in 2 gezeigt ist, selbst wenn er bestimmt, dass die Größe des Kompensationsbetrags in der zunehmenden Richtung ist oder in der abnehmenden Richtung ist, und den Schalter 303 schalten.
Wie oben erklärt worden ist, fixiert die in 3 gezeigte Servomotorsteuervorrichtung in dem Fall, in dem die Positionsbefehlsdrehzahl nicht mehr als ein Sollwert ist oder ein Eilgang ist, das geschätzte Lastdrehmoment, das zum Berechnen des Betrags der elastischen Deformation der Maschine verwendet wird, auf einen konstanten Wert. Auf diese Weise kann die in 3 gezeigte Servomotorsteuervorrichtung nur eine Kompensation des Spiels ausführen, ohne einen Kompensationsbetrag anzuwenden, der nicht mit dem Betrieb des Servomotors in Beziehung steht.
4 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung zeigt, die ein Konfigurationsbeispiel einer Positionsbefehls-Kompensationseinheit enthält. Der Berechnungsabschnitt 307 für das geschätzte Lastdrehmoment der Positionsbefehls-Kompensationseinheit 32 in 4 entspricht dem Kraftschätzabschnitt 302 in 3, während der Torsionskonstanten-Multiplikationsabschnitt 304, der Kugelgewindetrieblängen-Multiplikationsabschnitt 306 und der Formkoeffizienten-Multiplikationsabschnitt 305 in 4 dem Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt 301 in 3 entsprechen. Der Formkoeffizient gibt den Dehnungs-/Kontraktionsbetrag pro Einheitslänge des Kugelgewindetriebs an. In der vorliegenden Ausführungsform berechnet der Torsionskonstanten-Multiplikationsabschnitt 304 die elastische Torsionsdeformation um die Drehachse, die in dem Verbindungsmechanismus (der Kopplung, dem Kugelgewindetrieb) erzeugt wird, basierend auf dem geschätzten Lastdrehmoment oder dem festen Wert. Die elastische Torsionsdeformation um die Drehachse entspricht dem Kompensationsbetrag, der mit der Verdrehung des Verbindungsabschnitts in Beziehung steht. Zusätzlich berechnen der Kugelgewindetrieblängen-Multiplikationsabschnitt 306 und der Formkoeffizienten-Multiplikationsabschnitt 305 die elastische Dehnungs-/Kontraktionsdeformation in der axialen Richtung basierend auf dem geschätzten Lastdrehmoment oder dem festen Wert. Die elastische Dehnungs-/Kontraktionsdeformation in der axialen Richtung nimmt einen Kompensationsbetrag an, der mit der Dehnung/Kontraktion des Kugelgewindetriebs in Beziehung steht. Dann addiert der Addierer 308 die elastische Torsionsdeformation um die Drehachse und die elastische Dehnungs-/Kontraktionsdeformation in der axialen Richtung, wobei er das Spiel, das durch die hinzugefügte elastische Deformation verursacht wird, in dem Positionsbefehlswert kompensiert. Weil in diesem Beispiel der Schalter 303 auf der Eingangsseite des Kugelgewindetrieblängen-Multiplikationsabschnitts 306 zu dem festen Wert oder dem geschätzten Lastdrehmoment schaltet, kann der Kompensationsbetrag die Abhängigkeit von der Länge des Kugelgewindetriebs behalten. Zu diesem Zeitpunkt hängt die elastische Deformation in der axialen Richtung von dem Abstand von dem Servomotor bis zu dem angetriebenen Körper ab, wobei dieser Abstand gemäß dem integrierten Wert der Bewegungsposition geschätzt wird. Wenn das geschätzte Lastdrehmoment als T und die Torsionskonstante als α definiert werden, ist der Kompensationsbetrag, der auf die Verdrehung des Verbindungsabschnitts bezogen ist, der die Ausgabe des Torsionskonstanten-Multiplikationsabschnitts 304 ist, α·T, während, wenn das geschätzte Lastdrehmoment als T, die Länge des Kugelgewindetriebs als d und der Formkoeffizient als β definiert werden, der Kompensationsbetrag, der auf die Dehnung/Kontraktion des Kugelgewindetriebs bezogen ist, der die Ausgabe des Formkoeffizienten-Multiplikationsabschnitts 305 wird, d· β ·T ist. Dann wird der Gesamtkompensationsbetrag, der die Ausgabe des Addierers 308 ist, α·T + d·β·T.
5 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel der Motorsteuereinheit 20 und die Konfiguration der Servomotorsteuervorrichtung, die den Abstandsberechnungsabschnitt 130 enthält, der die Länge des Kugelgewindetriebs (die Länge eines Federelements) erhält, zeigt. Die Länge des Kugelgewindetriebs (die Länge des Federelements), die durch den Kugelgewindetrieblängen-Multiplizierer 306 in 4 multipliziert wird, wird durch den Abstandsberechnungsabschnitt 130 berechnet. Die Motorsteuereinheit 20 in 4 weist einen Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungsabschnitt 201, einen Subtraktionsabschnitt, einen Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitt 202 und einen Subtrahierer 100 auf. Der vorgegebene feste Wert wird grundsätzlich durch das Messen der Kraft auf die Achse, die während eines Stopps der Maschine auf den Motor wirkt, festgelegt. Diese festgelegte Kraft entspricht in einem Fall, in dem es keine Störung (keine äußere Kraft) gibt, der statischen Reibungskraft, die während eines Stopps der Maschine auf den angetriebenen Körper wirkt, wobei sie ein Wert wird, der nicht mehr als die maximale statische Reibungskraft ist. Gemäß dieser Festlegung ist es möglich, eine Kompensation anzuwenden, die dem Betrag der elastischen Deformation entspricht, der während eines Stopps der Maschine aufgrund dieser statischen Reibungskraft erzeugt wird, obwohl es in Abhängigkeit von dem Stoppzustand irgendeinen Fehler gibt, selbst wenn die Schätzung der Antriebskraft gestoppt wird und als der feste Wert festgelegt wird. Zusätzlich ist selbst während eines Eilgangs der Maschine die auf den angetriebenen Körper wirkende Kraft grundsätzlich als eine Reaktion ein konstanter Wert in der zu der Antriebsrichtung entgegengesetzten Richtung, wobei die Schätzung der Antriebskraft außerdem während eines Eilgangs der Maschine gestoppt wird und die Kompensation gemäß dem im Voraus entsprechend der Befehlsrichtung bestimmten festen Wert ausgeführt wird. Es ist möglich, den gleichen festen Wert außerdem während einer geringen Drehzahl der Maschine zu verwenden. Selbst entweder während eines Stopps (oder während einer geringen Drehzahl) oder während eines Eilgangs ist es über das Fixieren des geschätzten Lastdrehmoments anstatt des Kompensationsbetrags selbst möglich, die Änderung der elastischen Deformation des Kugelgewindetriebs bezüglich der Länge des Kugelgewindetriebs in der Kompensation widerzuspiegeln. Es sollte angegeben werden, dass in dem Fall, in dem der Kugelgewindetrieb lang ist (der Abstand bis zu dem angetriebenen Körper weit ist), der Verdrehungsbetrag zunimmt, während er in dem Fall, in dem er kurz ist, abnimmt. Die Berechnung des Kompensationsbetrags ist (Kompensationsbetrag) = {(Formkoeffizient × Kugelgewindetrieblänge) + Torsionskoeffizient} × (geschätztes Lastdrehmoment), wobei eine Kompensation in Abhängigkeit von der Länge des Kugelgewindetriebs angewendet wird, selbst wenn das geschätzte Lastdrehmoment zu dem festen Wert geschaltet wird. Die Länge d des Kugelgewindetriebs ist die Länge des Kugelgewindetriebs von dem Servomotor bis zu dem Verbindungsmechanismus, wobei sie sich gemäß der Position des Tisches ändert. Wenn die Befehlsdrehzahl oder die Befehlsbeschleunigung des Positionsbefehlswerts nicht mehr als der Sollwert ist oder es ein Eilgang ist, was die Bedingung dafür ist, dass das Lastdrehmoment konstant oder fast konstant wird, wird das Lastdrehmoment gemäß dem Befehl von dem Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 auf den festen Wert gesetzt. Wenn andererseits die Befehlsdrehzahl oder die Befehlsbeschleunigung des Positionsbefehlswertes den Sollwert übersteigt, was die Bedingung ist, unter der der Wert des Lastdrehmoments unklar ist und eine Schätzung erforderlich ist, wird das Lastdrehmoment gemäß dem Befehl von dem Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 geschätzt. Dadurch wird eine Situation des Ausführens einer Kompensation, die nicht mit dem Betrieb des Servomotors in Beziehung steht, bis zum äußersten vermieden, wobei nur eine Kompensation, die mit dem Spiel aufgrund der elastischen Deformation in Beziehung steht, ausgeführt wird.
6 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel eines Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungsabschnitts 201 zeigt. Wie in 5 gezeigt ist, erzeugt die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 den Positionsbefehlswert, wobei der Subtrahierer 80 die Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und der detektierten Position der Positionsrückkopplung erhält und der Addierer 90 den Kompensationsbetrag zu dieser Differenz addiert. Die Differenz, zu der der Kompensationsbetrag addiert wurde, wird in einen Differenzierer 2011 und eine Positionssteuerverstärkung 2013 des in 6 gezeigten Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungsabschnitts 201 eingegeben. Der Addierer 2014 gibt einen Additionswert aus der Ausgabe eines Koeffizientenabschnitts 2012, die durch das Multiplizieren eines Koeffizienten mit der Ausgabe des Differentiators 2011 gebildet wird, und der Ausgabe der Positionssteuerverstärkung 2013 als einen Geschwindigkeitsbefehlswert aus. Der Subtrahierer 100 erhält die Differenz zwischen dem Geschwindigkeitsbefehlswert und der detektierten Geschwindigkeit der Geschwindigkeitsrückkopplung. 7 ist ein Blockschaltplan, der ein Konfigurationsbeispiel eines Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitts 202 zeigt. Der Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitt 202 enthält eine Proportionalverstärkung 2023 und einen Integrator 2021, der mit dem Subtrahierer 100 verbunden ist, eine Integrationsverstärkung 2022, die mit dem Integrator 2021 verbunden ist, und einen Addierer 2024, der die Ausgabe der Proportionalverstärkung 2023 und die Ausgabe der Integrationsverstärkung 2022 addiert und als den Drehmomentbefehl an den Servomotor 50 ausgibt. Der Integrator 2021 integriert die Eingabe. Die Integrationsverstärkung 2022 multipliziert den Koeffizienten mit der Ausgabe des Integrators 2021. Die Proportionalverstärkung 2023 multipliziert den Koeffizienten mit der Eingabe. Es sollte angegeben werden, dass die Anordnungsreihenfolge der Integrationsverstärkung 2022 und des Integrators 2021 geändert werden kann.
8 ist ein Ablaufplan, der den Betrieb der in 3 gezeigten Servomotorsteuervorrichtung zeigt. Im Schritt S101 berechnet der Kraftschätzabschnitt 302 das geschätzte Lastdrehmoment. Im Schritt S102 bestimmt der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120, sowohl, ob die Befehlsdrehzahl des Positionsbefehlswertes nicht mehr als ein Sollwert (einschließlich 0) ist, als auch ob es ein Eilgang ist oder nicht, wobei der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 in dem Fall, in dem die Befehlsdrehzahl nicht mehr als der Sollwert (einschließlich 0) ist, oder im Fall eines Eilgangs (der Ja-Fall im Schritt S102) im Schritt S105 durch den Schalter 303 zu dem festen Wert schaltet und dann zum Schritt S104 weitergeht.
Andererseits schaltet im Schritt S103 in dem Fall, in dem im Schritt S102 die Befehlsdrehzahl des Positionsbefehlswerts nicht mehr als der Sollwert ist und es kein Eilgang ist, d. h., in dem Fall, in dem die Befehlsdrehzahl den Sollwert übersteigt und ein Schneidvorschub ist (der Nein-Fall im Schritt S102), der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 durch den Schalter 302 zu dem durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzten Lastdrehmoment, wobei der Addierer 90 im Schritt S104 die Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert von der Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 und der detektierten Position der Positionsrückkopplung mit dem durch den Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt 301 berechneten Kompensationsbetrag kompensiert. Dann steuert im Schritt S106 die Motorsteuereinheit 20 den Servomotor 50 basierend auf der kompensierten Differenz zwischen dem Positionsbefehlswert und dem detektierten Wert. In dem Fall des Ausführens der Bestimmung des Schaltens des Schalters 303 gemäß der Positionsbefehlsbeschleunigung wird die Positionsbefehlsdrehzahl des Schrittes S102 zu der Positionsbefehlsbeschleunigung geändert.
(Die zweite Ausführungsform)
Bei der Servomotorsteuervorrichtung der ersten Ausführungsform ändert sich der Kompensationsbetrag während des Schaltens diskontinuierlich, wenn der Schalter 303 die Eingabe für die Kompensationsbetrags-Erzeugungseinheit 31 von dem festen Wert zu dem geschätzten Lastdrehmoment schaltet. Das Filter 110 ist am Ausgang der Positionsbefehls-Kompensationseinheit 31 vorgesehen, um die Diskontinuität dieses Kompensationsbetrags zu verhindern. 9 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung zeigt, die als eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient. Die Konfiguration der Servomotorsteuervorrichtung nach 9 ist die gleiche wie die Konfiguration der Servomotorsteuervorrichtung in 3, wenn der Punkt, dass das Filter 110 vorgesehen ist, ausgeschlossen wird, wobei den gleichen konstituierenden Bauteilen die gleichen Bezugszeichen zugewiesen sind, wobei deren Erklärungen weggelassen werden. Das Filter 110 kann ein Tiefpassfilter verwenden.
Es kann so konfiguriert sein, dass das Filter 110 nur während des Schaltens von dem festen Wert zu dem geschätzten Lastdrehmoment durch den Schalter 303, der als ein Schaltabschnitt dient, über den in 10 gezeigten Auswahlschalter 111 zwischen den Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt 301 und den Addierer 90 geschaltet ist und nach dem Schalten über den Schalter 303 durch den Auswahlschalter 111 zwischen dem Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt 301 und dem Addierer 90 eine Verbindung hergestellt ist, ohne durch das Filter 110 zu gehen. Das Schalten des Auswahlschalters 111 wird basierend auf dem Befehlssignal durch den in 3 gezeigten Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 ausgeführt, während das Schalten des Auswahlschalters 111 ausgeführt wird, wenn der Schalter 303 von dem festen Wert zu dem geschätzten Lastdrehmoment schaltet. 11 ist ein Ablaufplan, der den Schaltbetrieb des Filters 110 zeigt. Im Schritt S201 schaltet in dem Fall, in dem die Befehlsdrehzahl des Positionsbefehlswerts einen Sollwert übersteigt und der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 sie als einen Schneidvorschub bestimmt (ja im Schritt S201), der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 durch den Schalter 303 von dem festen Wert zu dem geschätzten Lastdrehmoment, wobei er im Schritt S202 den Auswahlschalter 111 schaltet, um das Filter zu diesem Zeitpunkt anzuwenden. Anschließend schaltet der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120, wenn die Diskontinuität des Kompensationsbetrags eliminiert ist, im Schritt S203 den Auswahlschalter 111, um das Filter nicht anzuwenden. In dem Fall des Ausführens der Bestimmung des Schaltens des Schalters 303 gemäß der Positionsbefehlsbeschleunigung wird die Positionsbefehlsdrehzahl im Schritt S201 zu der Positionsbefehlsbeschleunigung geändert.
(Die dritte Ausführungsform)
Die Servomotorsteuervorrichtung der zweiten Ausführungsform sieht das Filter 110 am Ausgang der Positionsbefehls-Kompensationseinheit 31 zum Verhindern der Diskontinuität in dem Kompensationsbetrag vor; sie kann jedoch so konfiguriert sein, dass anstelle des Vorsehens des Filters das Überschreiben des Integrators 2011 des Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitts 202 ausgeführt wird, um die Diskontinuität in dem Drehmomentbefehlswert nicht zu erzeugen. Wenn der Kompensationsbetrag, der den Positionsbefehlswert kompensiert, während eines Neustarts eingegeben wird, tritt eine Änderung des Geschwindigkeitsbefehlswerts auf. Sie ist konfiguriert, so dass das Überschreiben des Integrators ausgeführt wird, so dass sich der Drehmomentbefehlswert aufgrund der Änderung dieses Geschwindigkeitsbefehlswerts nicht ändert, wobei der Drehmomentbefehlswert nicht länger diskontinuierlich ist. 12 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration einer Servomotorsteuervorrichtung zeigt, die als eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient. Die Konfiguration der Servomotorsteuervorrichtung nach 12 ist die gleiche wie die Konfiguration der Servomotorsteuervorrichtung in 5, wenn der Punkt ausgeschlossen wird, dass der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 eine Überschreibanweisung für den Integrator an den Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitt 202 sendet, wobei für völlig gleiche konstituierende Bauteile die gleichen Bezugszeichen zugewiesen sind und deren Erklärungen weggelassen werden. 12 ist ein Blockschaltplan, der die Konfiguration des Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitts 202 zeigt. Wie in 13 gezeigt ist, wird die Überschreibanweisung an den Integrator 2021 gesendet.
Die Überschreibanweisung wird während des Schaltens von dem festen Wert zu dem geschätzten Lastdrehmoment durch den Schalter 303 basierend auf dem Anweisungssignal von dem in 3 gezeigten Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 usw. gesendet. Die Überschreibanweisung kann das gleiche Signal wie das an den Schalter 303 gesendete Schaltsignal sein; sie kann jedoch separat von dem Schaltsignal erzeugt werden. Das Überschreiben des Integrators 2021 wird basierend auf der Überschreibanweisung wie folgt ausgeführt. Der Drehmomentbefehlswert TCMD ist durch die Formel 1 ausgedrückt, wenn Vcmd als der Geschwindigkeitsbefehlswert, Vfb als die detektierte Geschwindigkeit, kp als die Proportionalverstärkung und ki als die Integrationsverstärkung definiert werden. $TCMD = \sum (Vcmd - Vfb) \times ki + (Vcmd - Vfb) \times kp$
Wenn das Aktualisieren des Kompensationsbetrags von der Aktualisierungsunterbrechung des Kompensationsbetrags neu gestartet wird, wird der Drehmomentbefehlswert TCMD vom TCMD (1) der TCMD (2). $\begin{array}{l} TCMD (1) = \sum (Vcmd (1) - Vfb (1)) \times ki + (Vcmd (1) - Vfb (1)) \times kp \\ TCMD (2) = \sum (Vcmd (2) - Vfb (2)) \times ki + (Vcmd (2) - Vfb (2)) \times kp \\ = (TCMD (1) + (Vcmd (2) - Vfb (2))) \times ki + (Vcmd (2) - Vfb (2)) \times kp \end{array}$
In der vorliegenden Ausführungsform wird TCMD(1) + (Vcmd(2) - Vfb(2)) des Drehmomentbefehlswerts TCMD(2) durch die folgende Formel 3 überschrieben. $(TCMD (1) - (Vcmd (2) - Vfb (2)) \times kp) / ki$
Wenn dies ausgeführt wird, ist der überschriebene Drehmomentbefehlswert TCMD'(2) der gleiche wie der TCMD(1), wobei sich die Diskontinuität des Drehmomentbefehls nicht ergibt.
14 ist ein Ablaufplan, der den Schaltbetrieb des Integrators 2021 zeigt. In einem Fall, in dem die Befehlsdrehzahl des Positionsbefehlswertes den Sollwert übersteigt und der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 sie im Schritt S301 als einen Schneidvorschub bestimmt (ja im Schritt S301), schaltet der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 im Schritt S302 über den Schalter 303 von dem festen Wert zu dem geschätzten Lastdrehmoment, wobei er zu diesem Zeitpunkt das Überschreiben des Integrators ausführt. Anschließend, wenn die Diskontinuität des Kompensationsbetrags eliminiert ist, wird im Schritt S303 das Überschreiben des Integrators zu der ursprünglichen Einstellung zurückgeführt. In dem Fall des Ausführens der Bestimmung des Schaltens des Schalters 303 gemäß der Positionsbefehlsbeschleunigung wird die Positionsbefehlsdrehzahl im Schritt S302 zu der Positionsbefehlsbeschleunigung geändert. In den oben erklärten jeweiligen Ausführungsformen empfängt der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 sowohl den durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 erzeugten Positionsbefehlswert, wobei er die Befehlsdrehzahl des Positionsbefehlswertes (die Positionsbefehlsdrehzahl) erzeugt, als auch ein Signal, das einen Eilgang oder einen Schneidvorschub angibt. Dann sendet der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120, wenn die Befehlsdrehzahl (der Absolutwert) nicht mehr als der Sollwert (einschließlich 0) ist oder bei einem Eilgang, ein Schaltsignal an den Schalter 303, der als ein Schaltabschnitt dient, um die Antriebskraft (das Antriebsdrehmoment), die an dem Verbindungsabschnitt auf den Antriebskörper wirkt, von der durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzten Antriebskraft zu dem festen Wert zu schalten. Andererseits sendet der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120, wenn die Befehlsdrehzahl (der Absolutwert) den Sollwert übersteigt und ein Schneidvorschub ist, ein Schaltsignal an den Schalter 303, um die Antriebskraft (das Antriebsdrehmoment), die an dem Verbindungsabschnitt auf den Antriebskörper wirkt, zu der durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzten Antriebskraft zu schalten. In jeder der Ausführungsformen kann jedoch der Positionsbefehls-Drehzahlbestimmungsabschnitt 120 konfiguriert sein, um den durch die Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 erzeugten Positionsbefehlswert zu empfangen, ohne ein Signal zu empfangen, das einen Eilgang oder einen Schneidvorschub anweist, und die Befehlsdrehzahl des Positionsbefehlswertes (die Positionsbefehlsdrehzahl) zu erzeugen, und, wenn die Befehlsdrehzahl (der Absolutwert) nicht mehr als der Sollwert (einschließlich 0) ist, die Antriebskraft (das Antriebsdrehmoment), das an dem Verbindungsabschnitt auf den Antriebskörper wirkt, von der durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzten Antriebskraft zu dem festen Wert zu schalten, und wenn die Befehlsdrehzahl (der Absolutwert) den Sollwert übersteigt, die Antriebskraft (das Antriebsdrehmoment), die an dem Verbindungsabschnitt auf den Antriebskörper wirkt, zu der durch den Kraftschätzabschnitt 302 geschätzten Antriebskraft zu schalten.
Wie oben erklärt worden ist, wird in jeder der Ausführungsformen das geschätzte Lastdrehmoment auf den im Voraus bestimmten festen Wert gesetzt, wenn die Positionsbefehlsdrehzahl oder die Positionsbefehlsbeschleunigung nicht mehr als der Sollwert ist oder ein Eilgang ist. Während des Eilgangbetriebs ist das Lastdrehmoment grundsätzlich konstant, wobei es darauf basierend wären des Eilgangs außerdem durch das Festlegen des Lastdrehmoments auf einen festen Wert kompensiert wird. Aufgrund des Festlegens des geschätzten Lastdrehmoments auf den festen Wert ist es möglich, die von der Länge des Kugelgewindetriebs abhängige Kompensation auszuführen. Obwohl das Aktualisieren des Lastdrehmoments nicht länger ausgeführt wird, kann der Einfluss der Länge des Kugelgewindetriebs auf die elastische Deformation bezüglich des Lastdrehmoments widergespiegelt werden. Wenn andererseits die Positionsbefehlsdrehzahl den Sollwert übersteigt und während eines Schneidvorschubs, wird sie unter Verwendung des geschätzten Lastdrehmoments durch den Drehmomentbefehl während des Betriebs kompensiert. In dieser Weise ist es bei jeder Ausführungsform möglich, nur das Spiel der Maschine zu kompensieren, ohne eine Kompensation auszuführen, die nicht mit dem Betrieb des Servomotors in Beziehung steht.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben erklärt worden sind, kann die Servomotorsteuervorrichtung die Gesamtheit oder einen Teil ihrer Funktionen durch Hardware, Software oder Kombinationen daraus verwirklichen. Hier gibt das Verwirklichen über Software an, dass der Gegenstand durch einen Computer verwirklicht ist, der Programme liest und ausführt. In dem Fall des Bildens durch Hardware kann ein Teil oder die Gesamtheit des Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitts 301, des Kraftschätzabschnitts 302, der Positionsbefehls-Erzeugungseinheit 10 und der Motorsteuereinheit 20 der Servomotorsteuervorrichtung durch Schaltungen konfiguriert sein, für die integrierte Schaltungen (IC), wie z. B. eine LSI (eine hochintegrierte Schaltung), eine ASIC (eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung), eine Gatteranordnung und eine FPGA (eine feldprogrammierbare Gatteranordnung), z. B. repräsentativ sind. Im Fall des Verwirklichens durch Software ist es möglich, einen Teil oder die Gesamtheit der Servomotorsteuervorrichtung durch einen Computer zu konfigurieren, der eine CPU und eine Speichereinheit, wie z. B. eine Festplatte und einen ROM, die Programme speichern, enthält, und dann die Operationen eines Teils oder der Gesamtheit der Servomotorsteuervorrichtung durch das Speichern der bei der Berechnung erforderlichen Informationen in einer zweiten Speichereinheit, wie z. B. einem RAM, auszuführen und die Verarbeitung in Übereinstimmung mit den Blockschaltplänen nach den 3 bis 7 und einem dem Ablaufplan nach 8 folgenden Programm, den Blockschaltplänen nach den 9 und 10 und einem dem Ablaufplan nach 11 folgenden Programm und den Blockschaltplänen nach den 12 und 13 und einem dem Ablaufplan nach 14 folgenden Programm auszuführen. Das Programm kann von einem externen Speichermedium, wie z. B. einem CD-ROM, einer DVD oder einem Flash-Speicher, auf dem das Programm aufgezeichnet ist, in eine Speichereinheit, wie z. B. ein Plattenlaufwerk, gelesen werden.
Die Programme können unter Verwendung verschiedener Typen computerlesbarer Speichermedien gespeichert sein und dem Computer bereitgestellt werden. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium enthält greifbare Speichermedien. Das computerlesbare Aufzeichnungsmedium enthält nichtflüchtige computerlesbare Speichermedien. Beispiele der computerlesbaren Aufzeichnungsmedien enthalten Magnetmedien (z. B. eine flexible Platte, ein Magnetband, ein Festplattenlaufwerk), magnetooptische Aufzeichnungsmedien (z. B. eine magnetooptische Platte), einen CD-ROM (einem Festwertspeicher), einen CD-R, einen CD-R/W und einen Halbleiterspeicher (z. B. einen Masken-ROM, einen PROM (einen programmierbaren ROM), einen EPROM (einen löschbaren PROM), einen Flash-ROM, einen RAM (einen Schreib-Lese-Speicher)).
Obwohl oben die jeweiligen Ausführungsformen und Beispiele der vorliegenden Erfindung erklärt worden sind, soll die vorliegende Erfindung nicht auf die obenerwähnten jeweiligen Ausführungsformen und Beispiele eingeschränkt werden, wobei es für einen Fachmann auf dem Gebiet möglich ist, sie basierend auf der Offenbarung in den Ansprüchen in verschiedene Formen innerhalb eines Schutzumfangs, der nicht vom Wesentlichen der vorliegenden Erfindung abweicht, zu modifizieren oder zu ändern, wobei diese modifizierten Beispiele oder geänderten Beispiele außerdem unter den Schutzumfang der Rechte der vorliegenden Erfindung fallen.
Bezugszeichenliste

10: Positionsbefehls-Erzeugungseinheit
20: Motorsteuereinheit
30, 31: Positionsbefehls-Kompensationseinheit
40: Codierer
50: Servomotor
60: Verbindungsmechanismus
70: Tisch
301: Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt
302: Kraftschätzabschnitt
303: Schalter

Claims

Servomotorsteuervorrichtung, die umfasst: einen Servomotor (50); einen angetriebenen Körper (70), der dafür ausgelegt ist, durch den Servomotor (50) angetrieben zu werden; einen Verbindungsmechanismus (601, 602) zum Verbinden des Servomotors (50) und des angetriebenen Körpers (70) und zum Übertragen der Leistung des Servomotors (50) zu dem angetriebenen Körper (70); einen Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt (10) zum Erzeugen eines Positionsbefehlswertes für den angetriebenen Körper (70); eine Motorsteuereinheit (20) zum Steuern des Servomotors (50) unter Verwendung des Positionsbefehlswertes; einen Kraftschätzabschnitt (302) zum Schätzen einer Antriebskraft, die an einem Verbindungsabschnitt (603) mit dem Verbindungsmechanismus (601, 602) auf den angetriebenen Körper (70) wirkt; einen Schaltabschnitt (303) zum Schalten zwischen einem ersten geschätzten Kraftwert, der durch den Kraftschätzabschnitt (302) geschätzt wird, und einem zweiten geschätzten Kraftwert, der ein fester Wert ist; und einen Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt (301) zum Erzeugen eines Kompensationsbetrags zum Kompensieren des durch den Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt (10) erzeugten Positionsbefehlswerts basierend auf dem ersten geschätzten Kraftwert oder dem zweiten geschätzten Kraftwert, der durch den Schaltabschnitt (303) umgeschaltet wurde.
Servomotorsteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt (301) eine Summe als den Kompensationsbetrag festlegt, wobei die Summe besteht aus: einem Produkt aus dem ersten oder dem zweiten geschätzten Kraftwert, zu dem durch den Schaltabschnitt (303) geschaltet wurde, und einem ersten Koeffizienten; und einem Produkt aus dem ersten oder dem zweiten geschätzten Kraftwert, zu dem durch den Schaltabschnitt (303) geschaltet wurde, einem Abstand von dem Servomotor (50) bis zu dem Verbindungsabschnitt (603) und einem zweiten Koeffizienten.
Servomotorsteuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite geschätzte Kraftwert (302) der konstante Wert ist, der im Voraus unter Verwendung einer auf den angetriebenen Körper (70) wirkenden Antriebskraft, die zu schätzen ist, bestimmt wird und ein Vorzeichen aufweist, das einer Richtung eines durch den Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt (10) erzeugten Positionsbefehls entspricht.
Servomotorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schaltabschnitt (303) den zweiten geschätzten Kraftwert auswählt, wenn eine Befehlsdrehzahl oder eine Befehlsbeschleunigung für den durch den Positionsbefehls-Erzeugungsabschnitt (10) erzeugten Positionsbefehlswert nicht mehr als ein Sollwert ist.
Servomotorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schaltabschnitt (303) den zweiten geschätzten Kraftwert während des Eilgangbetriebs auswählt.
Servomotorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei auf den durch den Kompensationsbetrags-Erzeugungsabschnitt (301) erzeugten Kompensationsbetrag ein Filter angewendet wird, wenn von dem zweiten geschätzten Kraftwert über den Schaltabschnitt (303) zu dem ersten geschätzten Kraftwert geschaltet wird.
Servomotorsteuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Motorsteuereinheit (20) einen Geschwindigkeitsbefehls-Erzeugungsabschnitt (201) und einen Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitt (202) aufweist, wobei der Drehmomentbefehls-Erzeugungsabschnitt wenigstens einen Integrator (2021) zum Integrieren einer Drehzahlabweichung aufweist und wobei das Überschreiben des Integrators ausgeführt wird, wenn von dem zweiten geschätzten Kraftwert über den Schaltabschnitt (303) zu dem ersten geschätzten Kraftwert geschaltet wird.
Servomotorsteuerverfahren zum Steuern eines Servomotors (50) in einer Servomotorsteuervorrichtung, die enthält: den Servomotor (50); einen angetriebenen Körper (70), der dafür ausgelegt ist, durch den Servomotor (50) angetrieben zu werden; und einen Verbindungsmechanismus (601, 602) zum Verbinden des Servomotors (50) und des angetriebenen Körpers (70) und zum Übertragen der Leistung des Servomotors (50) zu dem angetriebenen Körper (70), wobei das Verfahren die Schritte enthält: Erzeugen eines Positionsbefehlswerts für den angetriebenen Körper (70); Schätzen einer Antriebskraft, die an einem Verbindungsabschnitt (603) mit dem Verbindungsmechanismus (601, 602) auf den angetriebenen Körper (70) wirkt; Schalten von einem geschätzten ersten geschätzten Kraftwert zu einem zweiten geschätzten Kraftwert, der ein fester Wert ist, in einem Fall, in dem eine Befehlsdrehzahl oder eine Befehlsbeschleunigung des Positionsbefehlswertes nicht mehr als ein vorgegebener Wert ist oder ein Eilgang ist; Kompensieren des so erzeugten Positionsbefehlswertes basierend auf dem zweiten geschätzten Kraftwert, zu dem geschaltet wurde; und Steuern des Servomotors (50) unter Verwendung des so kompensierten Positionsbefehlswertes.
Servomotorsteuerverfahren nach Anspruch 8, wobei der Positionsbefehls-Kompensationswert zum Kompensieren des Positionsbefehlswertes eine Summe als den Kompensationsbetrag festlegt, wobei die Summe besteht aus: einem Produkt aus dem zweiten geschätzten Kraftwert und einem ersten Koeffizienten; und dem zweiten geschätzten Kraftwert, einem Abstand von dem Servomotor (50) bis zu dem Verbindungsabschnitt (603) und einem zweiten Koeffizienten ist.
Servomotorsteuerverfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der zweite geschätzte Kraftwert der konstante Wert ist, der im Voraus bestimmt wird und der konstante Wert ein Vorzeichen aufweist, das einer Richtung eines Positionsbefehls entspricht.
Servomotorsteuerverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, das ferner das Anwenden eines Filters auf den Kompensationswert für den Positionsbefehlswert enthält, wenn von dem zweiten geschätzten Kraftwert zu dem ersten geschätzten Kraftwert geschaltet wird.
Servomotorsteuerverfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Servomotor (50) durch das Erzeugen eines Geschwindigkeitsbefehls unter Verwendung des Positionsbefehlswerts, der kompensiert wurde, das Erzeugen eines Drehmomentbefehls unter Verwendung eines Geschwindigkeitsbefehls, der erzeugt wurde, und dann das Verwenden des Drehmomentbefehls gesteuert wird, wobei das Erzeugen des Drehmomentbefehls unter Verwendung eines Integrators zum Integrieren wenigstens einer Drehzahlabweichung ausgeführt wird und wobei das Überschreiben des Integrators ausgeführt wird, wenn von dem zweiten geschätzten Kraftwert zu dem ersten geschätzten Kraftwert geschaltet wird.
Programm zum Steuern eines Servomotors (50), das einen Computer veranlasst, eine Servomotorsteuerung in einer Servomotorsteuervorrichtung auszuführen, die enthält: den Servomotor (50); einen angetriebenen Körper (70), der dafür ausgelegt ist, durch den Servomotor (50) angetrieben zu werden; und einen Verbindungsmechanismus (601, 602) zum Verbinden des Servomotors (50) und des angetriebenen Körpers (70) und zum Übertragen der Leistung des Servomotors (50) zu dem angetriebenen Körper (70), wobei das Programm den Computer veranlasst, die Verarbeitungsschritte auszuführen: Erzeugen eines Positionsbefehlswerts für den angetriebenen Körper (70); Schätzen einer Antriebskraft, die an einem Verbindungsabschnitt (603) mit dem Verbindungsmechanismus (601, 602) auf den angetriebenen Körper (70) wirkt; Schalten von einem geschätzten ersten geschätzten Kraftwert zu einem zweiten geschätzten Kraftwert, der ein fester Wert ist, in einem Fall, in dem eine Befehlsdrehzahl oder eine Befehlsbeschleunigung des Positionsbefehlswertes nicht mehr als ein vorgegebener Wert ist oder ein Eilgang ist; Kompensieren des so erzeugten Positionsbefehlswertes basierend auf dem zweiten geschätzten Kraftwert, zu dem geschaltet wurde; und Steuern des Servomotors (50) unter Verwendung des so kompensierten Positionsbefehlswertes.