[0037] 相位超前器125使速度计算器120所算出的速度反馈的相位超前所设定的量。例如,使速度反馈的相位超前与速度控制系统的迟滞相当的时间。相位超前器125的传递函数优选为(1+ST2)/(1+ST1)。但是,该情况下的T1和T2的大小关系为T1
[0038] 此外,速度计算器120基于由编码器115检测出的电动机110的旋转位置计算速度反馈。
[0039] 速度积分时间常数附加器130对在累加点114上从电动机110的速度指令中减去通过相位超前器125使相位超前了的速度反馈而得到的指令,乘以“1/所设定的速度积分时间常数”的值。
[0040] 积分器140对通过速度积分时间常数附加器130被乘以“1/所设定的速度积分时间常数”而得到的指令进行积分。
[0041] 速度比例增益器150对以下的指令乘以所设定的速度比例增益,并输出电动机110的转矩指令,该指令是:对在累加点112上从速度指令中减去速度反馈而得到的指令、和被积分器140积分而得到的指令,在累加点116上进行累加而得到的。
[0042] 转矩控制部160被输入转矩指令从而控制向电动机110的线圈供给的电力。
[0043] 〔电动机控制装置的动作〕
[0044] 由速度计算器120计算出的速度反馈被输出到相位超前器125。相位超前器125使所输入的速度反馈的相位超前一定角度。由此,对速度反馈的相位迟滞进行补偿。
[0045] 另一方面,速度反馈被输出到累加点112。在累加点112上,从速度指令中减去速度反馈。因此,从累加点112起,输出电动机110的作为目标的旋转速度与电动机110的当前的旋转速度之差。
[0046] 速度指令被输出到累加点114。在累加点114上,从速度指令中减去通过相位超前器120使相位超前了的速度反馈。因此,从累加点114起,输出电动机110的作为目标的旋转速度与为了补偿高频区域的相位迟滞而使相位超前了的电动机110的当前的旋转速度之差。
[0047] 通过速度积分时间常数附加器130将从累加点114中输出的指令乘以“1/所设定的速度积分时间常数”的值,作为其结果得到的指令再在积分器140中被积分。
[0048] 积分后的指令被输出到累加点116。在累加点116上,积分后的指令和从累加点112输出的指令被进行累加。通过速度比例增益器150将在累加点116上累加所得到的指令乘以所设定的速度比例增益的值,其结果从速度比例增益器150中作为转矩指令被输出。
[0049] 电动机110基于从速度比例增益器150中输出的转矩指令通过转矩控制部160控制电动机110的转矩,使电动机110旋转。因此,电动机110以按照速度指令的旋转速度旋转。
[0050] 图2是用于图1的速度控制系统的动作说明的图。详细来说,图2是示出由积分时间常数的大小不同而产生的、从电动机110的速度指令到电动机110的旋转速度的、速度控制系统的频率特性的差异的曲线图。
[0051] 如果在速度积分时间常数附加器130中设定的速度积分时间常数的时间长,如曲线图所示,速度响应的增益不会产生驼峰。然而,如果在速度积分时间常数附加器130中设定的速度积分时间常数的时间短,如曲线图所示,在100―300Hz附近产生驼峰(缩短了积分时间常数的情况和积分时间常数长的情况的比较)。
[0052] 图3是用于说明在图1的速度控制系统中由相位超前器125的插入位置产生的特性变化的图。详细来说,图3是示出由相位超前器的插入位置的不同而产生的从电动机110的速度指令到电动机110的旋转速度的、速度控制系统的频率特性的差异的曲线图。
[0053] 在将相位超前插入积分项的指令和反馈双方的情况下,在比相位超前器125的截止频率高的频率下,如图3的曲线图所示,速度响应的增益增大。如果在增益增大的频带存在机械共振要素,则会激起机械共振。另外,将难以充分地抑制驼峰。然而,如实施方式1的电动机控制装置100那样,在将相位超前仅插入积分项的反馈的情况下,在比相位超前器125的截止频率高的频率下,速度响应的增益也不增大。因此,不会引起共振,还能够抑制驼峰。
[0054] 图4是用于说明在图1的速度控制系统中由积分时间常数的不同产生的特性变化的图。详细来说,图4是示出由积分时间常数的大小不同而产生的、从干扰到电动机110的旋转速度的、速度控制系统的频率特性的差异的曲线图。
[0055] 如果在速度积分时间常数附加器130中设定的速度积分时间常数的时间长,则在发生干扰的情况下,如曲线图所示,在100Hz以下的频率区域中,针对干扰的增益很高。因此,容易受到干扰的影响。另一方面,如实施方式1的电动机控制装置100那样,如果在速度积分时间常数附加器130中设定的速度积分时间常数的时间短,如曲线图所示,在100Hz以下的频率区域中,针对干扰的增益降低。因此,难以受到干扰的影响,形成能够大幅抑制干扰的影响的特性(积分时间常数长的情况和缩短积分时间常数并应用了本发明的情况的比较)。
[0056] 在实施方式1中,将相位超前应用于速度反馈,将相位超前补偿仅应用于积分项的反馈。由此,如图3所示,实施方式1涉及的电动机控制装置100在比相位超前器125的截止频率高的频率下,速度响应的增益也不增大,不会引起共振,能够抑制驼峰。另外,如图4所示,由于实施方式1涉及的电动机控制装置100能够缩短积分时间常数,所以能够抑制干扰的影响。
[0057] 因此,根据实施方式1涉及的电动机控制装置100,能够缩短在积分时间常数附加器130中设定的时间常数的时间,速度控制系统的干扰抑制性能提高,即使在加工复杂形状的工件的情况下,也能够实现高加工精度。另外,能够抑制由机械系统的摩擦产生的定位调整时间的偏差,能够缩短定位调整时间。
[0058] 此外,也可以采用将速度比例增益器分别设置在积分系统和比例系统的构成。
[0059] [实施方式2]
[0060] 〔电动机控制装置的构成〕
[0061] 图5是实施方式2涉及的电动机控制装置的构成图。如图所示,实施方式2涉及的电动机控制装置200具有位置比例增益器220、速度计算器230、速度控制部240以及转矩控制部250。
[0062] 位置比例增益器220对在累加点212上从位置指令中减去由编码器215输出的位置反馈而得到的位置偏差,乘以比例增益KP,并输出速度指令。
[0063] 速度计算器230被输入由编码器215输出的位置反馈,并计算出速度反馈。
[0064] 速度控制部240具有与图1所示的电动机控制装置100的速度控制系统(相位超前器125、速度积分时间常数附加器130、积分器140、速度比例增益器150)相同的构成。此外,实施方式2的情况下,使相位超前器125持有与速度控制系统的迟滞相当的时间的超前。速度控制部240被输入在累加点214上从速度指令中减去速度反馈而得到的指令,并输出转矩指令。
[0065] 转矩控制部250被输入转矩指令从而控制向电动机210的线圈供给的电力。电动机210基于从转矩控制部250输出的电压使电动机210旋转。从转矩控制部250输出的电压是基于位置偏差而生成的电压,因此电动机210在与位置指令(目标位置)一致的位置停止。
[0066] 〔电动机控制装置的动作〕
[0067] 图6及图7是用于说明在图5的电动机控制装置200中由相位超前器的插入位置产生的特性变化的图。具体来说,图6示出在速度积分器(图1的速度积分时间常数附加器130、积分器140)的指令和反馈双方中插入了相位超前器125时的定位调整特性的模拟结果。另外,图7示出仅在速度积分器(图1的速度积分时间常数附加器130、积分器140)的反馈中插入了相位超前器125时的定位调整特性的模拟结果。
[0068] 首先,关于在速度积分器(图1的速度积分时间常数附加器130、积分器140)的指令和反馈双方中插入了相位超前器125的情况进行说明。
[0069] 如图6所示,位置指令(差分值)为随着时间增加、之后变成一定的大小、之后随着时间减少的梯形的指令。在累加点212,从位置指令减去位置反馈并输出位置偏差。位置偏差是目标位置(位置指令)与当前位置(位置反馈)之差,因此,如果当前位置与目标位置不一致,则不为0,位置偏差如图6所示。
[0070] 位置比例增益器220输出图6所示的速度指令。速度指令与位置指令同样地成为梯形。另外,从速度计算器230中输出的速度反馈也与速度指令同样地成为梯形。
[0071] 另一方面,关于速度积分器(图1的速度积分时间常数附加器130、积分器140)的输出,在速度指令增加时及减少时,输出图6所示的大小的信号。这是因为在速度积分器中产生累积量。由此,位置偏差的收敛耗费时间,直至达到就位(inposition)为止的时间变长。
[0072] 以上,在在速度积分器(图1的速度积分时间常数附加器130、积分器140)的指令和反馈双方中插入了相位超前器125的情况下,在速度积分器中存在累积量,直至释放该累积量为止耗费时间,速度控制部240的响应产生迟滞。因此,由于这种响应迟滞,定位的设定时间变长。
[0073] 以下,关于仅在速度积分器(图1的速度积分时间常数附加器130、积分器140)的反馈中插入相位超前器125的情况进行说明。该情况是速度控制部240包括图1的速度控制系统的情况。
[0074] 在图7中,位置指令(差分值)与图6中的位置指令相同。在累加点212,从位置指令中减去位置反馈并输出位置偏差。位置偏差是目标位置(位置指令)与当前位置(位置反馈)之差,因此,如果当前位置与目标位置不一致,则不为0,位置偏差如图7所示。
[0075] 位置比例增益器220输出图7所示的速度指令。速度指令与位置指令同样地成为梯形。另外,从速度计算器230中输出的速度反馈也与速度指令同样地成为梯形。速度指令和速度反馈与图6中的速度指令和速度反馈相同。
[0076] 另一方面,关于速度积分器(图1的速度积分时间常数附加器130、积分器140)的输出,在速度指令增加时及减少时,输出如图7所示的几乎为0的信号。这是因为将相位超前器125仅插入速度积分器的反馈中。通过将相位超前器125仅插入速度积分器的反馈中,速度反馈超前与速度控制系统的迟滞相当的时间而被输入,因此在速度积分器中不会产生累积量。由此,位置偏差的收敛快,达到就位的时间也变短。
[0077] 以上,在仅在速度积分器(图1的速度积分时间常数附加器130、积分器140)的反馈中插入了相位超前器125的情况下,速度积分器的累积量大致为0,因此释放速度积分器的累积量的时间几乎为0,使得定位调整性能提高。
[0078] 在实施方式2中,构成了直接使用实施方式1涉及的速度控制系统进行位置控制的电动机控制装置200。因此,根据实施方式2涉及的电动机控制装置,在比相位超前器125的截止频率高的频率下,速度响应的增益也不增大,不会引起共振,能够抑制驼峰。实施方式2涉及的电动机控制装置200能够缩短积分时间常数,并能够抑制干扰的影响。实施方式2涉及的电动机控制装置200抑制由机械系统的摩擦产生的定位调整时间的偏差,定位调整性能提高。另外,由于能够使速度积分器的累积量几乎为0,所以定位调整时间缩短。
[0079] [实施方式3]
[0080] 〔电动机控制装置的构成〕
[0081] 图8是实施方式3涉及的电动机控制装置的速度控制系统的构成图。如图所示,实施方式3涉及的电动机控制装置300具有相位超前器325、速度积分补偿低通滤波器330、速度积分时间常数附加器340、积分器350、速度比例增益器360以及转矩控制部370。
[0082] 实施方式3涉及的电动机控制装置300与实施方式1涉及的电动机控制装置100的不同之处仅在于,具有速度积分补偿低通滤波器330,其他的构成相同。还能够将实施方式3涉及的电动机控制装置330的速度控制系统应用于实施方式2涉及的电动机控制装置200的速度控制部240。
[0083] 另外,相位超前器325、速度积分时间常数附加器340、积分器350、速度比例增益器360、转矩控制部370的各自的功能与实施方式1的相位超前器125、速度积分时间常数附加器130、积分器140、速度比例增益器150、转矩控制部160的各自的功能相同。
[0084] 速度积分补偿低通滤波器330是为了改善对速度指令的追随性而被插入的。具体来说,在不能将与速度控制系统的迟滞相当的时间的超前设定为相位超前的情况下,为了设定其不足量,而设置速度积分补偿低通滤波器330。通过插入速度积分补偿低通滤波器330,速度积分时间常数附加器340的速度积分指令和相位超前后的速度反馈大致同时上升,使速度指令变化时的积分器350的累积量降低。
[0085] 〔电动机控制装置的动作〕
[0086] 基于编码器315所检测的电动机310的当前的旋转位置,速度计算器320计算出的速度反馈被输出至相位超前器325。该情况下的速度反馈中包含编码器315的检测误差。相位超前器325使所输入的速度反馈的相位超前一定角度。
[0087] 另一方面,速度反馈被输出到累加点312,在累加点312从速度指令中减去速度反馈。从累加点312起,输出电动机310的作为目标的速度和电动机310的当前的速度之差。
[0088] 速度指令被输出到速度积分补偿低通滤波器330,在速度积分补偿低通滤波器330中,速度指令被延迟与速度控制系统的迟滞相当的时间中的、没有通过相位超前器使相位超前的量。由于相位超前器使高频域的增益增大,所以在速度控制系统的响应低的情况下,有可能不能设定充分的相位超前。时间被延迟后的速度指令被输出到累加点314。在累加点314,从时间被延迟后的速度指令中减去通过相位超前器325使相位超前了的速度反馈。从累加点314起,输出时间被延迟后的电动机310的作为目标的速度以及为了补偿相位迟滞而使相位超前了的电动机310的速度之差。
[0089] 通过速度积分时间常数附加器340对从累加点314输出的指令乘以“1/所设定的速度积分时间常数”的值,作为其结果得到的指令再在积分器350中被积分。
[0090] 积分后的指令被输出到累加点316。在累加点316,将积分后的指令和从累加点312输出的指令累加。通过速度比例增益器360对在累加点316累加得到的指令乘以所设定的速度比例增益的值。其结果从速度比例增益器360中作为转矩指令被输出。
[0091] 电动机310基于从速度比例增益器360输出的转矩指令通过转矩控制部使电动机310旋转。电动机310的旋转速度与速度指令的旋转速度一致。因此,电动机310以按照速度指令的旋转速度旋转。
[0092] 在实施方式3涉及的电动机控制装置300中,将速度积分补偿低通滤波器330仅插入速度指令系统,并将相位超前器插入速度反馈,利用速度积分补偿低通滤波器使没有被相位超前器超前的相位迟滞。能够减少速度指令变化时的积分器350的累积量,并能够提高对速度指令的追随性。由此,速度控制系统的干扰抑制性能和定位调整性能提高。
[0093] 在实施方式3中,也与实施方式1同样地,将相位超前应用于速度反馈,将相位超前补偿仅应用于积分项的反馈。由此,如图3所示,实施方式3涉及的电动机控制装置300在比相位超前器325的截止频率高的频率下,速度响应的增益也不增大,不会引起共振,能够抑制驼峰。另外,如图4所示,实施方式3涉及的电动机控制装置300能够缩短积分时间常数,并能够抑制干扰的影响。而且,由于设置有速度积分补偿低通滤波器330,因此,在仅利用相位超前器325无法设定与速度控制系统的迟滞相当的时间时,通过速度积分补偿低通滤波器330的设定也能够补偿不足量。
[0094] 因此,根据实施方式3涉及的电动机控制装置300,与实施方式1同样地,能够缩短在积分时间常数附加器340中设定的时间常数的时间,速度控制系统的干扰抑制性能提高,在加工复杂形状的工件的情况下,也能够实现高的加工精度。另外,能够抑制由机械系统的摩擦产生的定位调整时间的偏差,能够缩短定位调整时间。另外,由于能够使速度积分器的累积量大致为0,所以定位调整时间缩短。
[0095] 以上,根据实施方式1至3涉及的电动机控制装置,通过不仅在象限的切换时而且定期地缩短速度积分时间常数,由此,能够抑制机械系统的摩擦等的干扰的影响,在加工复杂形状的加工的情况下,也能够实现高的加工精度。另外,机床中的定位不受摩擦的影响,能够抑制定位调整时间的偏差,定位调整性能提高。另外,由于能够使速度积分器的累积量大致为0,所以定位调整时间缩短。
[0096] 附图标记的说明
[0097] 100、200、300:电动机控制装置
[0098] 110、210、310:电动机
[0099] 115、215、315:编码器
[0100] 120、230、320:速度计算器
[0101] 125、325:相位超前器
[0102] 130、340:速度积分时间常数附加器
[0103] 140、350:积分器
[0104] 150、360:速度比例增益器
[0105] 220:位置比例增益器
[0106] 240:速度控制部
[0107] 160、250、370:转矩控制部
[0108] 330:速度积分补偿低通滤波器