控制电动机的电动机控制装置

摘要

一种控制电动机的电动机控制装置。该电动机控制装置包含：偏差计算部，其计算用于检测可动部的位置的第一位置检测部检测出的第一位置检测值与检测被驱动部的位置的第二位置检测部检测出的第二位置检测值之间的偏差；保持部，其在可动部与被驱动部在第一驱动方向和第二驱动方向上接合时，将通过偏差计算部计算出的偏差分别保持为第一初始偏差和第二初始偏差；修正量计算部，其计算对可动部和被驱动部之间的齿隙、以及由于可动部与被驱动部接合而产生的弹性形变进行修正的修正量。修正量计算部基于第一初始偏差和第二初始偏差以及大于零且1以下的预定常数来计算指令偏差，并将偏差计算部计算出的当前偏差从指令偏差中减去，来计算修正量。

权利要求

1.一种电动机控制装置(10)，其具备通过电动机驱动的可动部和通过该可动部驱动的被驱动部，所述电动机控制装置的特征在于，具备：

第一位置检测部(11)，其检测所述可动部的第一位置检测值；

第二位置检测部(12)，其检测所述被驱动部的第二位置检测值；

偏差计算部(31)，其计算所述第一位置检测部检测出的第一位置检测值与所述第二位置检测部检测出的第二位置检测值之间的偏差；

保持部(33)，其在所述可动部与所述被驱动部在第一驱动方向和与该第一驱动方向相反的第二驱动方向上进行了接合时，将通过所述偏差计算部计算出的偏差分别保持为第一初始偏差和第二初始偏差；以及修正量计算部(34)，其计算对所述可动部和所述被驱动部之间的齿隙、以及由于所述可动部与所述被驱动部进行接合而产生的弹性形变进行修正的修正量，其中，该修正量计算部基于通过所述保持部保持的所述第一初始偏差和所述第二初始偏差、以及大于零且1以下的预定的常数来计算指令偏差，并将通过所述偏差计算部计算出的当前偏差从所述指令偏差中减去，来计算所述修正量，在所述电动机发生反转后的驱动方向是所述第一驱动方向的情况下，所述指令偏差以第一初始偏差×常数+第二初始偏差×(1-常数)来表示，在所述电动机发生反转后的驱动方向是所述第二驱动方向的情况下，所述指令偏差以第一初始偏差×(1-常数)+第二初始偏差×常数来表示。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，所述常数是0.75～0.95之间的值。

说明书

控制电动机的电动机控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及对与机床和工业机械中的进给轴和工业用机器人的臂相连接的电动机进行控制的电动机控制装置。

背景技术

[0002] 在机床和工业机械中的进给轴和工业用机器人的臂等的轴(机械可动部)上，连接有伺服电动机。伺服电动机的旋转通过滚珠丝杠等被变换为操作台等的直线运动，或者伺服电动机的传送速度通过减速机被减速。

[0003] 有时，在这些滚珠丝杠或减速机中，或在向位置的正方向上的停止位置与负方向上的停止位置之间存在差。一般地，这样的差被称为齿隙，并成为使位置精度低下的原因。

[0004] 图8A～图8C是用于说明齿隙的图。在图8A中表示了通过未图示的电动机而移动的可动部WA，以及通过可动部WA而被驱动的被驱动部WB。可动部WA在其两端具有凸出部A1、A2，被驱动部WB在其中央具有凸起部B。因此，例如当可动部WA向右方向移动时，可动部WA的一方凸出部A1的内侧端与被驱动部WB的凸起部B的一端接合。由此，可动部WA和被驱动部WB一体式地向右方向移动。

[0005] 此外，在电动机反转，可动部WA从右方向起向左方向移动的情况下，如图8B所示，可动部WA向左方向移动。然后，如图8C所示，当可动部WA的另一方凸出部A2的内侧端与被驱动部WB的凸起部B的另一端接合时，可动部WA和被驱动部WB一体式地向左方向移动。

[0006] 这样，在反转时，在可动部WA要与被驱动部WB进行接合之前，需要仅移动被称为齿隙的预定移动量。图8A和图8C所示的齿隙C可能成为使位置精度低下的原因。因此，生成关于齿隙C的修正量，并在反转时将该修正量加到电动机的位置指令中。

[0007] 不获得被驱动部WB的位置信息，而基于电动机的位置信息来进行被驱动部WB的位置控制的设备是半闭合式控制机。在这样的半闭合式控制机中，将在速度指令的反转后的移动指令中加上齿隙长后的修正位置指令向电动机指示，由此，使被驱动部WB仅以移动指令的量移动。

[0008] 此外，在能够掌握电动机的位置信息和被驱动部WB的位置信息两者的设备，即全闭合控制机中，具备被驱动部WB的传感器，因此作为移动指令赋予所期望的值就足够。在这样的全闭合控制机中，在速度指令的反转时，在电动机仅移动齿隙长后，被驱动部WB开始移动，因此发生延迟。因此，全闭合控制机可具有在速度指令的反转后使电动机加速的速度指令修正功能。

[0009] 在这两个技术中，在适当的定时进行了适当的修正，并在动作之前决定修正的量以及修正的定时。因此，这两个技术是前馈控制。

[0010] 与此相对地，在日本特开2014-054001号公报中，掌握齿隙中的电动机的位置，来决定齿隙修正量。这种情况下，使用齿隙中的电动机的当前位置来决定齿隙修正量，因此专利文献1的技术是反馈控制。在日本特开2014-054001号公报中，设可动部与被驱动部接合时的可动部与被驱动部之间的偏差为初始偏差。然后，将可动部与被驱动部的当前位置之间的偏差从初始偏差中减去，来计算修正量。

[0011] 在日本特开2014-054001号公报中，将齿隙解释为仅仅是齿面间的间隙。然而，在通常的设备中，除了作为仅仅是间隙的齿隙之外，还存在基于由于作用于可动部与被驱动部之间的力而产生的弹性形变的空转(lost motion)。此外，这样的弹性形变可包含线性形变的情况和非线性形变的情况。

[0012] 在空转包含弹性形变的情况下，在专利文献1中，在求取初始偏差时，施加给齿隙端的力的大小与电动机反转时所需要的力的大小不同，计算出的修正量与所要求的修正量可能不同。

[0013] 在修正量过小的情况下，工件往往变得加工不足。在修正量过大的情况下，工件可能被过剩地加工而产生切口。特别地，在修正量过大的情况下在工件的加工面中的切口被看做是瑕疵，因此被判断为工件加工不良的可能性高，屡次被视为问题。

[0014] 本发明是鉴于以上情况作出的，其目的在于，提供一种通过考虑弹性形变而能够避免生成过大的修正量的电动机控制装置。

发明内容

[0015] 为了实现上述目的，本发明第一方式，提供了一种电动机控制装置，其具备通过电动机驱动的可动部和通过该可动部驱动的被驱动部，所述电动机控制装置，具备：第一位置检测部，其检测所述可动部的位置；第二位置检测部，其检测所述被驱动部的位置；偏差计算部，其计算所述第一位置检测部检测出的第一位置检测值与所述第二位置检测部检测出的第二位置检测值之间的偏差；保持部，其在所述可动部与所述被驱动部在第一驱动方向和与该第一驱动方向相反的第二驱动方向上接合时，将通过所述偏差计算部计算出的偏差分别保持为第一初始偏差和第二初始偏差；修正量计算部，其计算对所述可动部和所述被驱动部之间的齿隙、以及由于所述可动部与所述被驱动部接合而产生的弹性形变进行修正的修正量，其中，所述修正量计算部基于通过所述保持部所保持的所述第一初始偏差和所述第二初始偏差、以及大于零且1以下的预定的常数来计算指令偏差，并将通过所述偏差计算部计算出的当前偏差从所述指令偏差中减去，来计算所述修正量。

[0016] 第二方式，在第一方式中，在所述电动机发生反转后的驱动方向是所述第一驱动方向的情况下，所述指令偏差以第一初始偏差×常数+第二初始偏差×(1-常数)来表示；在所述电动机发生反转后的驱动方向是所述第二驱动方向的情况下，所述指令偏差以第一初始偏差×(1-常数)+第二初始偏差×常数来表示。

[0017] 第三方式，在第二方式中，所述常数是0.75～0.95之间的值。

[0018] 根据附图所示的本发明的典型实施方式的详细说明，本发明的这些目的、特征和优点以及其他目的、特征和优点会更加明确。

附图说明

[0019] 图1是基于本发明的电动机控制装置的功能框图。

[0020] 图2是示意性地表示图1的滚珠丝杠机构部的图。

[0021] 图3A是可动部向左方向发生了移动的情况下的部分示意图。

[0022] 图3B是可动部向右方向发生了移动的情况下的部分示意图。

[0023] 图4是表示本发明的电动机控制装置的动作的一部分的流程图。

[0024] 图5是表示本发明的电动机控制装置的动作的其余部分的流程图。

[0025] 图6是表示相当于第一弹性形变部和第二弹性形变部的弹性部件的位移与力的关系的图。

[0026] 图7是指令偏差的示意图。

[0027] 图8A是用于说明齿隙的第一图。

[0028] 图8B是用于说明齿隙的第二图。

[0029] 图8C是用于说明齿隙的第三图。

具体实施方式

[0030] 以下，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下附图中，对相同部件赋予相同的参照符号。为了易于理解，对这些附图适当地改变了缩尺。

[0031] 图1是基于本发明的电动机控制装置的功能框图。如图1所示，在安装于电动机M的输出轴上的滚珠丝杠机构部的丝杠51上拧接有螺母52。并且，螺母52经由结合部件53而连接到操作台54。通过安装于电动机M上的第一位置检测器，例如编码器11来检测电动机M的位置。编码器11还基于连续的多个电动机M的位置来检测速度检测值DV。此外，通过与操作台54平行配置的第二位置检测器，例如刻度尺(scale)12来检测操作台54的位置。

[0032] 图2是示意性地表示滚珠丝杠机构部的图。在图2中主要表示了，在两端具备凸出部A1、A2的可动部WA；和在可动部WA的突出部A1、A2之间滑动的接合部件B。并且，在可动部WA的下面，经由第一弹性形变部61连接有表示电动机M的位置的电动机位置部件63。此外，接合部件B经由第二弹性形变部62而连接到操作台54。

[0033] 图3A和图3B是可动部分别向左方向和右方向发生了移动的情况下的部分示意图。在电动机位置部件63向左方向移动时，第一弹性形变部件61发生弹性形变，由此，可动部WA比电动机位置部件63稍迟地向左方向移动。

[0034] 并且，当接合部件B与可动部WA的凸出部A1接合时，接合部件B与可动部WA一起移动。当接合部件B进一步向左方向移动时，第二弹性形变部62发生弹性形变，由此，操作台54比接合部件更迟地向左方向移动。此外，如图3B所示，电动机位置部件63向右方向移动的情况也基本相同，因此省略说明。

[0035] 并且，如图3A所示，当接合部件B与可动部WA的一方凸出部A1进行了接合时，在接合部件B与另一方突出部A2之间存在齿隙C。通过利用三维测定器等测定可动部WA的移动距离，将其与电动机M的移动量相比较而测定其差，来求取齿隙C。或者，也可以通过测定在象限切换时产生的所谓象限凸起，来求取齿隙C。

[0036] 这里，比较图1和图2可知，图1的第一位置检测器(编码器)11和电动机M，对应于图2中兼作直线型检测器的直线型促动器64。此外，图1的丝杠51和螺母52对应于可动部WA、被驱动部WB以及能够弹性形变的第一弹性形变部61。并且，图1的结合部件53对应于能够弹性形变的第二弹性形变部62。以下，将图1的滚珠丝杠机构部置换为图2所示的示意性的滚珠丝杠机构部来进行说明。

[0037] 参照图1，基于本发明的电动机控制装置10主要包含：周期地生成可动部WA的位置指令值CP的位置指令生成部20；生成可动部WA的速度指令的速度指令生成部24；以及生成电动机M的转矩指令的转矩指令生成部26。

[0038] 此外，电动机控制装置10还包含偏差计算部31，其计算第一位置检测部11检测出的第一位置检测值DP1与第二位置检测部12检测出的第二位置检测值DP2之间的偏差△P。此外，电动机控制装置10还包含判定部32，其判定在使可动部WA从任意初始位置起在第一驱动方向和与第一驱动方向相反的第二驱动方向上移动时，可动部WA的凸出部A1、A2是否与被驱动部WB进行了接合。

[0039] 此外，电动机控制装置10还包含保持部33，其在通过判定部32判定为可动部WA与被驱动部WB进行了接合时，与第一驱动方向或第二驱动方向相关联地保持由偏差计算部31计算出的偏差△P作为初始偏差。此外，保持部33还能够保持速度等其他要素。此外，电动机控制装置10还包含修正量计算部34，其计算用于对可动部WA和被驱动部WB之间的齿隙、以及由于可动部WA与被驱动部WB进行接合而导致第一弹性形变部61与第二弹性形变部62的弹性形变进行修正的修正量。

[0040] 图4和图5是表示本发明的电动机控制装置的动作的流程图。在每个预定的控制周期中重复进行图4和图5所示的内容。以下，参照图1至图5来说明本发明的电动机控制装置的动作。

[0041] 首先，位置指令生成部20生成位置指令值CP。然后，在图4的步骤S11、S12中，第一位置检测部11和第二位置检测部12分别检测可动部WA的第一位置检测值DP1和被驱动部WB的第二位置检测值DP2。

[0042] 然后，如图4所示，在步骤S13中，偏差计算部13计算第一位置检测值DP1与第二位置检测值DP2之间的偏差△P。偏差△P依次被保持在保持部33中。此时，将驱动方向与偏差△P相关联地进行保持。

[0043] 接着，在步骤S14中，判定驱动方向是否是第一驱动方向。在本申请说明书中，设图2等中的右方向是第一驱动方向，左方向是第二驱动方向。能够根据位置指令生成部20输出的位置指令的差值的符号来容易地把握驱动方向。

[0044] 在判定为驱动方向是第一驱动方向的情况下，前进到步骤S15。在步骤S15中，判定部32判定可动部WA的凸出部A1是否与被驱动部WB在第一驱动方向上进行了接合。然后，在可动部WA的凸出部A1与被驱动部WB接合的情况下，在步骤S16中，将当前的偏差△P作为第一初始偏差△P1，连同驱动方向一起保持在保持部33中。

[0045] 例如，判定部32，在电动机M驱动而经过一定时间之后，操作台54以一定速度向第一驱动方向移动或加速的情况下，判定为可动部WA的凸出部A1与被驱动部WB进行了接合。由此，第一初始偏差△P1包含第一弹性形变部61和第二弹性形变部62在第一驱动方向上的弹性形变。此外，当然，也可以利用其它方法来判定可动部WA的凸出部A1与被驱动部WB进行了接合。

[0046] 与此相对地，在步骤S14中，在判定为驱动方向是第二驱动方向的情况下，前进到步骤S17。在步骤S17中，判定部32判定可动部WA的凸出部A2是否与被驱动部WB在第二驱动方向上进行了接合。这种情况下的判定方法与前述的基本相同。然后，在可动部WA的凸出部A2与被驱动部WB接合的情况下，在步骤S18中，将当前的偏差△P作为第二初始偏差△P2，连同驱动方向一起保持在保持部33中。与前述同样地，第二初始偏差△P2包含第一弹性形变部61和第二弹性形变部62在第二驱动方向上的弹性形变。

[0047] 然后，在图5的步骤S19中，判定在速度指令反转后，可动部WA是否与被驱动部WB的相反侧的凸出部进行了接合。在可动部WA与被驱动部WB的相反侧的凸出部进行了接合的情况下，不需要进行修正，因此，结束处理。

[0048] 接着，在步骤S20中，判定是否第一初始偏差△P1和第二初始偏差△P2双方被保持在保持部33中。在第一初始偏差△P1和第二初始偏差△P2中的一方或双方未被保持的情况下，无法计算后述的指令偏差。因此，这种情况下，结束处理。

[0049] 在保持了第一初始偏差△P1和第二初始偏差△P2双方的情况下，前进到步骤S21，判定驱动方向是否是第一驱动方向。在驱动方向是第一驱动方向的情况下，前进到步骤S22。在步骤S22中，修正量计算部34基于以下式(1)来计算指令偏差。

[0050] 指令偏差←△P1·α+△P2·(1-α)   (1)

[0051] 在式(1)和后述的式(2)中，α是大于0且1以下的常数。常数α优选由操作者根据实验等而预先确定，并保持在保持部33中。此外，设修正量计算部34暂时保持所计算出的指令偏差。

[0052] 与此相对地，在驱动方向是第二驱动方向的情况下，前进到步骤S23。在步骤S23中，修正量计算部34根据以下式(2)来计算指令偏差。

[0053] 指令偏差←△P1·(1-α)+△P2·α   (2)

[0054] 接着，在步骤S24中，修正量计算部34基于以下式(3)来计算修正量。

[0055] 修正量＝G×(指令偏差-当前偏差)   (3)

[0056] 此外，在式(3)中，G表示增益，当前偏差意指步骤S13中计算出的最新偏差。并且，在每个预定的控制周期中重复图4和图5中表示的处理。

[0057] 再次参照图1，利用减法器21从由位置指令生成部20生成的位置指令值CP减去由第一位置检测部11检测到的第一位置检测值DP1。然后，将由修正量计算部34生成的修正量在加法器22中与位置指令CP相加，并输入到速度指令生成部24中。速度指令生成部24生成速度指令值CV。

[0058] 此外，将由第一位置检测部11检测到的速度检测值DV在减法器25中从速度指令值CV中减去，并输入到转矩指令生成部26。将由转矩指令生成部26生成的转矩指令值输入到电动机M来驱动电动机M。

[0059] 这里，图6是表示弹性部件的位移与力的关系的图。该弹性部件相当于第一弹性形变部61和第二弹性形变部62。如图6所示，假设了与第一弹性形变部61和第二弹性形变部62对应的弹性部件为弹性常数不同的2个弹性部件串联连接的结构。即，在力为零与F0的期间中位移比较大，然而当力超过F0时，位移仅发生微小变化。

[0060] 在现有技术中，通过从所保持的初始偏差中减去当前偏差来计算修正量。例如，在图6中，在保持了初始偏差时的力大于F0的情况下，位移也变得略微大于L0。并且，在反转后该力小于F0的情况下，实际位移会变得相当地小于L0。然而，这种情况下，由于使用了以略微大于L0的位移计算出的修正量，因此修正量可能过大，而在工件上产生切口。

[0061] 与此相对地，在本发明中，使用步骤S22、S23中说明的式(1)、(2)，基于第一初始偏差△P1和第二初始偏差△P2以及预定的常数α来计算指令偏差。然后，使用式(3)，从指令偏差中减去当前偏差来计算修正量。如指令偏差的示意图即图7所示，指令偏差是将第一方向上的初始偏差△P1与第二方向上的初始偏差△P2的和内分为α:1-α的内分点。

[0062] 这种情况下，由于考虑了第一弹性形变部61和第二弹性形变部62的弹性形变，因此修正量不会变得过大。因此，在本发明中不会过大地加工工件，也不会在工件的表面形成切口。因此，能够降低判断为工件加工不良的可能性。

[0063] 此外，常数α例如优选是0.75～0.95之间的值。在这种情况下，能够进一步降低判断为工件加工不良的可能性。此外，在常数α为0.75或其附近值的情况下，能够大幅降低在工件表面产生切口的可能性。

[0064] 发明效果

[0065] 在第一个和第二个方式中，从基于第一初始偏差和第二初始偏差以及预定的常数计算出的指令偏差中减去当前偏差来计算修正量。这种情况下，由于考虑了弹性形变，因此修正量不会过大。因此，不会过大地加工工件，也不会在工件的表面形成切口。因此，能够降低判断为工件加工不良的可能性。

[0066] 在第三个方式中，能够进一步降低判断为工件加工不良的可能性。

[0067] 使用典型的实施方式说明了本发明，然而，本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的范围的前提下，能够进行前述的变更和各种其他的变更、省略、追加。