專利名稱：電動機控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對與機床、產(chǎn)業(yè)機械中的進給軸以及產(chǎn)業(yè)用機器人的手臂等部件的軸相連結(jié)的伺服電動機等電動機進行控制的電動機控制裝置。
背景技術(shù)：
在機床、產(chǎn)業(yè)機械中的進給軸以及產(chǎn)業(yè)用機器人的手臂等部件的軸(機械可動部)上連結(jié)了伺服電動機等電動機。在利用這樣的電動機來控制機械可動部的位置時，根據(jù)由位置檢測器檢測出的機械可動部或電動機的旋轉(zhuǎn)軸的位置進行反饋控制。在對驅(qū)動機械可動部的電動機位置進行控制來反饋控制機械可動部的位置的半閉環(huán)控制中，通過回轉(zhuǎn)式編碼器等位置檢測器來檢測電動機的位置。另外，也可以采用通過線位移傳感器等位置檢測器來檢測機械可動部的位置，對位置進行反饋控制的全閉環(huán)控制。
這樣的電動機在由于緊急停止或者停電等原因從控制狀態(tài)變?yōu)榉强刂茽顟B(tài)時，通常采用動力制動器來使電動機的旋轉(zhuǎn)軸停止?？墒?，雖然動力制動器的減速轉(zhuǎn)矩比電磁制動器的減速轉(zhuǎn)矩大，但是并非大很多，所以電動機旋轉(zhuǎn)軸停止需要比較長的時間。另外，例如在旋轉(zhuǎn)軸受到重力作用的情況下，即在軸為重力軸的情況下，當(dāng)電動機成為非控制狀態(tài)時，重力軸下落。
在專利第3616759號說明書中，在電動機從控制狀態(tài)變?yōu)榉强刂茽顟B(tài)時，給予使重力軸上升制動裝置的間隙(back lash)量以上的規(guī)定量的指示，來防止重力軸下落。但是，在專利第3616759號說明書中，因為對重力軸進行位置控制，所以在位置控制中采用的位置檢測器發(fā)生了異常時，無法使重力軸上升。對于此，在特開平10-277887號公報中，在全閉側(cè)的位置檢測器中發(fā)生了異常時，將機械可動部的控制從位置控制切換到速度控制來使機械可動部停止，因此，在特開平10-277887號公報中，即使是在位置檢測器中發(fā)生了異常時也可以控制機械可動部。
可是，在特開平10-277887號公報中，因為將機械可動部的控制切換為速度控制，所以無法對機械可動部進行速度控制以上的位置控制。因此在特開平10-277887號公報中，在位置檢測器中發(fā)生了異常時，無法進行維持重力軸的位置或者使重力軸的位置上升的控制。
本發(fā)明是鑒于這樣的情況而發(fā)明的，其目的在于提供一種可以一邊控制重力軸的位置一邊使電動機迅速停止的電動機控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的根據(jù)第1方式提供以下這樣的電動機控制裝置，其具有第一位置檢測單元，檢測由電動機驅(qū)動的機械可動部的位置；第二位置檢測單元，檢測所述電動機的旋轉(zhuǎn)軸的位置；通常動作時移動指令輸出單元，輸出使所述電動機的所述旋轉(zhuǎn)軸進行通常動作的通常動作時移動指令；和停止時移動指令輸出單元，輸出使所述電動機的所述旋轉(zhuǎn)軸停止的停止時移動指令，在通常時，輸出來自所述通常動作時移動指令輸出單元的通常動作時移動指令，并且根據(jù)由所述第一位置檢測單元檢測出的所述機械可動部的位置進行反饋控制，在所述第一位置檢測單元中發(fā)生了異常時，切換為輸出來自所述停止時移動指令輸出單元的所述停止時移動指令，并且切換為根據(jù)所述第二位置檢測單元檢測出的所述電動機的旋轉(zhuǎn)軸的位置進行反饋控制，由此使所述電動機停止。
即，在第一方式中，將位置反饋從機械可動部的位置切換至電動機的旋轉(zhuǎn)軸的位置，也就是說從全閉側(cè)切換至半閉側(cè)進行位置控制。也就是說在第1方式中，在切換后仍進行位置控制，所以可以控制重力軸的位置。此外，因為通過位置控制使旋轉(zhuǎn)軸停止，所以與采用動力制動器的情況進行比較，可以使電動機迅速停止。停止時移動指令例如可以為零。
根據(jù)第2方式，在第1方式中，在所述第一位置檢測單元中發(fā)生了異常時，把根據(jù)來自所述通常動作時移動指令輸出單元或所述停止時移動指令輸出單元的移動指令與所述機械可動部或所述電動機的旋轉(zhuǎn)軸的位置之間的偏差生成的位置偏差的初期值設(shè)為零。
即，在第2方式中，在進行了從全閉側(cè)向半閉側(cè)的切換動作時，在此時的電動機旋轉(zhuǎn)軸的位置使該旋轉(zhuǎn)軸停止。
根據(jù)第3方式，在第1方式中，在所述第一位置檢測單元中發(fā)生了異常時，對根據(jù)來自所述通常動作時移動指令輸出單元或所述停止時移動指令輸出單元的移動指令和所述機械可動部或所述電動機的旋轉(zhuǎn)軸的位置之間的偏差生成的位置偏差的初期值進行選擇，使從所述第一位置檢測單元發(fā)生了異常時開始到所述電動機停止時為止進行了移動的所述電動機的旋轉(zhuǎn)軸復(fù)位。
即，在第3方式中，使旋轉(zhuǎn)軸移動到在時間上比進行了全閉側(cè)向半閉側(cè)的切換動作時的電動機的旋轉(zhuǎn)軸的位置靠前的位置，來防止軸由于重力而下落。
根據(jù)第4方式，在第1方式中還具有速度檢測單元，其檢測所述電動機的旋轉(zhuǎn)軸的速度，在所述第一位置檢測單元中發(fā)生了異常時，根據(jù)進行所述切換動作時的所述速度檢測單元所檢測出的所述電動機的旋轉(zhuǎn)軸的速度，計算基于來自所述通常動作時移動指令輸出單元或所述停止時移動指令輸出單元的移動指令與所述機械可動部或所述電動機的旋轉(zhuǎn)軸的位置之間的偏差生成的位置偏差的初期值。
即，在第4方式中，可以避免在從全閉側(cè)向半閉側(cè)的切換動作的前后電動機的旋轉(zhuǎn)軸的速度變得不連續(xù)。結(jié)果，可以防止在速度變化中產(chǎn)生級差，可以防止在電動機控制裝置、電動機以及機械可動部中產(chǎn)生沖擊。
根據(jù)第5方式，在第1方式中，所述第一位置檢測單元發(fā)生了異常時的來自所述停止時移動指令輸出單元的所述停止時移動指令是與零不同的值。
即，在第5方式中，可以避免在停止時移動指令為零時可能發(fā)生的過沖。
根據(jù)第6方式，在第1方式中，所述第一位置檢測單元發(fā)生了異常時的來自所述停止時移動指令輸出單元的所述停止時移動指令對應(yīng)從所述第一位置檢測單元發(fā)生了異常時開始的經(jīng)過時間一次函數(shù)地減少。
即，在第6方式中，旋轉(zhuǎn)軸以等加速度進行運動所以可以使旋轉(zhuǎn)軸平滑并且迅速地停止。此外，停止時移動指令還可以對應(yīng)所述經(jīng)過時間二次函數(shù)或指數(shù)函數(shù)地減少。
通過對附圖所示的本發(fā)明典型的實施方式進行詳細地說明，本發(fā)明的這些目的、特征以及優(yōu)點和其它的目的、特征以及優(yōu)點會變得更加清楚。


圖1是本發(fā)明電動機控制裝置的功能方框圖。
圖2是表示本發(fā)明電動機控制裝置的簡略流程圖。
圖3表示切換操作后的經(jīng)過時間與移動指令的關(guān)系。
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。在以下附圖中對相同部件標(biāo)注相同的參照符號。為了便于理解，對這些附圖進行適當(dāng)?shù)谋壤兏?br> 圖1是本發(fā)明電動機控制裝置的功能方框圖。作為電動機的伺服電動機20的旋轉(zhuǎn)軸21經(jīng)由連結(jié)部22與滾珠螺桿機構(gòu)的進給螺桿軸25連接。滾珠螺桿機構(gòu)的螺母26與機械可動部24連結(jié)。因此，機械可動部24對應(yīng)滾珠螺桿機構(gòu)的動作沿著進給螺桿軸25進行前進/后退運動。
本發(fā)明的電動機控制裝置10由數(shù)字計算機構(gòu)成，如圖所示包含與機械可動部24相鄰配置的第一位置檢測器31，例如線位移傳感器。第一位置檢測器31檢測機械可動部24中的螺母26的位置信息，即全閉側(cè)位置信息，將其反饋。此外，由第一位置檢測器31檢測的位置信息嚴(yán)格地說是螺母26每單位時間的移動量Md1。螺母26每單位時間的移動量Md1表示機械可動部24每單位時間的移動量。
另外，電動機控制裝置10還含有安裝在伺服電動機20中的第二位置檢測器32、例如回轉(zhuǎn)式編碼器。第二位置檢測器32檢測伺服電動機20的旋轉(zhuǎn)軸21的位置信息，即半閉側(cè)位置信息，在將其乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)之后進行反饋。此外，由第二位置檢測器32檢測的位置信息嚴(yán)格地說是旋轉(zhuǎn)軸21每單位時間的移動量Md2。
此外，電動機控制裝置10具有對第一位置檢測器31檢測的機械可動部24的移動量Md1和第二位置檢測器32檢測的旋轉(zhuǎn)軸21的移動量Md2進行切換的第一開關(guān)41。如圖所示，第一開關(guān)41通常為了傳送機械可動部24的移動量Md1而切換到接點1a一側(cè)。
另外，電動機控制裝置10具有異常檢測部11，其檢測在第一位置檢測器31中發(fā)生了異常。具體來說，異常檢測部11接收在第一位置檢測器31無法進行位置檢測時等情況下發(fā)出的異常信號，來檢測在第一位置檢測器31中發(fā)生了異常。
而且，電動機控制裝置10含有通常動作時移動指令輸出部12，其輸出進行通常動作時的伺服電動機20的移動指令Mc；和停止時移動指令輸出部13，其輸出使伺服電動機20停止時的伺服電動機20的停止時移動指令Mc0。停止時移動指令Mc0例如可以是零。
另外，在圖1中設(shè)置有速度檢測器33，其檢測伺服電動機20的旋轉(zhuǎn)軸21的速度。此外，旋轉(zhuǎn)軸21的速度可以根據(jù)由第二位置檢測器32得到的每單位時間的移動量來計算。
如圖所示，電動機控制裝置10的第一開關(guān)41對來自第一位置檢測器31的移動量Md1與從第二位置檢測器32得到并乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)后的移動量Md2進行切換。第一開關(guān)41通常為了輸出來自第一位置檢測器31的移動量Md1而切換到接點1a一側(cè)。
此外，如圖所示，電動機控制裝置10的第二開關(guān)42對來自通常動作時移動指令輸出部12的移動指令Mc與來自停止時移動指令輸出部13的停止時移動指令Mc0進行切換。第二開關(guān)42通常為了輸出來自通常動作時移動指令輸出部12的移動指令Mc而切換到接點2a一側(cè)。
在通常動作時，在偏差計算部19中，從來自通常動作時移動指令輸出部12的移動指令Mc中減去全閉側(cè)的位置信息，即移動量Md1，作為偏差ΔM(＝Mc-Md1)進行計算。在累計電路14中依次累計偏差ΔM，作為位置偏差M進行計算。位置偏差M在使用公知的方法乘以了位置增益15的狀態(tài)下被傳送到速度控制器16中，然后，在速度控制器16中生成電流指令。之后，將電流指令傳送給電流控制器17，在電流控制器17中生成電壓指令。電壓指令在通過放大器18被放大后，被傳送到伺服電動機20中，旋轉(zhuǎn)軸21根據(jù)速度指令進行旋轉(zhuǎn)。
圖2表示本發(fā)明電動機控制裝置的簡略流程圖。以下，一邊參照圖1以及圖2一邊對在第一位置檢測器31中發(fā)生了異常時的電動機控制裝置10的動作進行說明。
在圖2所示的流程的步驟101中，通過電動機控制裝置10的異常檢測部11檢測用于機械可動部24的第一位置檢測器31的異常。即，異常檢測部11接收在第一位置檢測器31無法進行位置檢測時等情況下發(fā)出的異常信號，來檢測第一位置檢測器31的異常。
然后，在步驟102中，電動機控制裝置10的異常檢測部11將第一開關(guān)41從接點1a一側(cè)切換至接點1b一側(cè)。由此，輸出來自第二位置檢測器32的半閉側(cè)位置信息、即移動量Md2。因此，此時，在偏差計算部19中偏差ΔM暫時被計算為ΔM(＝Mc-Md2)。
如步驟103所示，與第一開關(guān)41的切換作業(yè)同時地，異常檢測部11將第二開關(guān)42從接點2a一側(cè)切換至接點2b一側(cè)。由此，輸出來自停止時移動指令輸出部13的停止時移動指令Mc0。由此，偏差計算部19中的偏差ΔM被計算為ΔM(＝Mc0-Md2)。
即，在本發(fā)明中，在第一位置檢測器31中發(fā)生了異常時不是從位置控制切換至速度控制，而是從全閉側(cè)的位置信息Md1切換至半閉側(cè)的位置信息Md2，由此連續(xù)進行位置控制。因此，在本發(fā)明中，即使在第一位置檢測器31的異常發(fā)生之后，也可以對旋轉(zhuǎn)軸21進行位置控制。因此，在本發(fā)明中可以通過在異常發(fā)生后仍進行位置控制來防止重力軸的下落。
此外，在本發(fā)明中，在第一位置檢測器31發(fā)生了異常時一邊繼續(xù)進行位置控制，一邊從停止時移動指令輸出部13輸出停止時移動指令Mc0。停止時移動指令Mc0例如是零，在這樣的情況下，與采用動力制動器的情況進行比較，可以使伺服電動機20的旋轉(zhuǎn)軸21迅速停止。
但是，在第一位置檢測器31中發(fā)生了異常時，可以通過0對進行了第一開關(guān)41以及第二開關(guān)42的切換動作后的位置偏差M進行初始化。通過這樣的操作，使伺服電動機20的旋轉(zhuǎn)軸21停止在進行了切換動作時的位置上。
此外，偏差ΔM包含第一開關(guān)41切換動作前的偏差ΔM(＝Mc-Md1)、和第一開關(guān)41以及第二開關(guān)42雙方進行切換動作后的偏差ΔM(＝Mc0-Md2)。
在本發(fā)明的其它實施方式中，可以通過與零不同的規(guī)定值對進行了第一開關(guān)41以及第二開關(guān)42的切換動作后的位置偏差M進行初始化。該規(guī)定值是足夠使從第一位置檢測器31中發(fā)生異常時開始到伺服電動機20的旋轉(zhuǎn)軸21停止為止進行了移動的旋轉(zhuǎn)軸21恢復(fù)到第一位置檢測器31中發(fā)生異常時的位置的值。通過實驗等預(yù)先求出該規(guī)定值，并預(yù)先存儲在電動機控制裝置10的存儲部(未圖示)中。
設(shè)定這樣的規(guī)定值在旋轉(zhuǎn)軸21是受到重力作用的重力軸時特別有利。即，在這樣的情況下，選擇規(guī)定值使旋轉(zhuǎn)軸21提高從第一位置檢測器31發(fā)生異常時開始到旋轉(zhuǎn)軸21停止為止下落的量。由此可知，可以防止重力軸下落。
另外，在本發(fā)明的其它實施方式中，根據(jù)伺服電動機20的旋轉(zhuǎn)軸21的速度，尤其是第一開關(guān)41以及第二開關(guān)42切換動作時的旋轉(zhuǎn)軸21的速度V1來計算在進行了第一開關(guān)41以及第二開關(guān)42的切換動作之后的位置偏差M。換言之，速度V1是第一位置檢測器31發(fā)生異常時的旋轉(zhuǎn)軸21的速度。旋轉(zhuǎn)軸21的速度V1通過速度檢測器33來檢測，或者根據(jù)第二位置檢測器32的檢測結(jié)果來計算。
在本發(fā)明的其它實施方式中，通過對從速度檢測器33或第二位置檢測器32得到的旋轉(zhuǎn)軸21的速度V1乘以規(guī)定的系數(shù)k后得到的值k·V1，對位置偏差M進行初始化。系數(shù)k是操作者選擇的規(guī)定值。即，根據(jù)第一開關(guān)41以及第二開關(guān)42切換動作時的旋轉(zhuǎn)軸21的速度V1對位置偏差M進行初始化，所以可以避免切換操作前后的旋轉(zhuǎn)軸21的速度大幅變化。因此，在本發(fā)明中，可以防止在第一開關(guān)41以及第二開關(guān)42切換動作前后在電動機控制裝置、電動機以及機械可動部中產(chǎn)生沖擊。
在上述的實施方式中，存在將停止時移動指令輸出部13輸出的停止時移動指令Mc0設(shè)為零的情況，但在這樣的情況下，在切換操作后可能會發(fā)生旋轉(zhuǎn)軸21的過沖。為了避免過沖，在其它的實施方式中，也將停止時移動指令輸出部13輸出的停止時移動指令Mc0設(shè)為與零不同的其它值。該其它值使用第一位置檢測器31發(fā)生異常時旋轉(zhuǎn)軸21的速度V1如下地進行計算。
在本實施方式中，通過對速度V1乘以規(guī)定的系數(shù)k，來生成停止時移動指令Mc0(＝k·V1)。該系數(shù)k可以與上述實施方式中的系數(shù)k相同。然后，根據(jù)操作者使旋轉(zhuǎn)軸21停止時的規(guī)定的加速度a，如公式(1)那樣規(guī)定異常發(fā)生后的旋轉(zhuǎn)軸21的速度V。
V＝V1-a·t 公式(1)此外，在公式(1)中文字t表示時間。規(guī)定的加速度a是比由伺服電動機20的最大轉(zhuǎn)矩和慣性決定的最大加速度amax小的值，選擇適于使旋轉(zhuǎn)軸21停止的值。
通過采用公式(1)，停止時移動指令Mc0由公式(2)來表示。
Mc0＝k·(V1-a·t) 公式(2)圖3表示切換操作后的經(jīng)過時間與移動指令的關(guān)系，將公式(2)進行了圖示化。在圖3中橫軸表示時間，縱軸表示停止時移動指令Mc0。
當(dāng)假設(shè)在圖3的時刻t0在第一位置檢測器31中發(fā)生了異常時，旋轉(zhuǎn)軸21如實線X1所示進行等加速度運動，在時刻v1/a停止。在本實施方式中，因為使旋轉(zhuǎn)軸21以規(guī)定的加速度a進行等加速度運動，所以旋轉(zhuǎn)軸21平滑且迅速地停止。另外，時刻t0的停止時移動指令Mc0不是零，所以也可以防止發(fā)生旋轉(zhuǎn)軸21的過沖。在操作者希望旋轉(zhuǎn)軸21更迅速地停止時只要選擇更大的加速度a就可以，在希望進一步抑制沖擊時只要選擇更小的加速度a就可以。此外，在圖3中如虛線X2所示，停止時移動指令Mc0對應(yīng)時間，二次函數(shù)或者指數(shù)函數(shù)地減少也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
以上使用典型的實施方式對本發(fā)明進行了說明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)可以理解在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以進行上述的變更以及各種其它的變更、省略以及追加。
權(quán)利要求
1.一種電動機控制裝置(10)，具有檢測由電動機(20)驅(qū)動的機械可動部(24)的位置的第一位置檢測單元(31)；檢測所述電動機(20)的旋轉(zhuǎn)軸(21)的位置的第二位置檢測單元(32)；和輸出使所述電動機(20)的所述旋轉(zhuǎn)軸(21)進行通常動作的通常動作時移動指令的通常動作時移動指令輸出單元(12)，其特征在于，還具有停止時移動指令輸出單元(13)，其輸出使所述電動機(20)的所述旋轉(zhuǎn)軸(21)停止的停止時移動指令，通常時，輸出來自所述通常動作時移動指令輸出單元(12)的通常動作時移動指令，并且根據(jù)由所述第一位置檢測單元(31)檢測到的所述機械可動部(24)的位置進行反饋控制，在所述第一位置檢測單元(31)發(fā)生了異常時，切換為輸出來自所述停止時移動指令輸出單元(13)的所述停止時移動指令，并且切換為根據(jù)所述第二位置檢測單元(32)檢測到的所述電動機(20)的旋轉(zhuǎn)軸(21)的位置進行反饋控制，由此使所述電動機(20)停止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，在所述第一位置檢測單元(31)發(fā)生了異常時，把根據(jù)來自所述通常動作時移動指令輸出單元(12)或所述停止時移動指令輸出單元(13)的移動指令與所述機械可動部(24)或所述電動機(20)的旋轉(zhuǎn)軸(21)的位置之間的偏差生成的位置偏差的初始值設(shè)為零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，在所述第一位置檢測單元(31)發(fā)生了異常時，對根據(jù)來自所述通常動作時移動指令輸出單元(12)或所述停止時移動指令輸出單元(13)的移動指令與所述機械可動部(24)或所述電動機(20)的旋轉(zhuǎn)軸(21)的位置之間的偏差生成的位置偏差的初始值進行選擇，使從所述第一位置檢測單元(31)發(fā)生了異常時開始到所述電動機(20)停止時為止進行了移動的所述電動機(20)的旋轉(zhuǎn)軸(21)復(fù)位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，還具有速度檢測單元，其檢測所述電動機(20)的旋轉(zhuǎn)軸(21)的速度，在所述第一位置檢測單元(31)發(fā)生了異常時，根據(jù)進行所述切換動作時由所述速度檢測單元檢測到的所述電動機(20)的旋轉(zhuǎn)軸(21)的速度，計算根據(jù)來自所述通常動作時移動指令輸出單元(12)或所述停止時移動指令輸出單元(13)的移動指令與所述機械可動部(24)或所述電動機(20)的旋轉(zhuǎn)軸(21)的位置之間的偏差生成的位置偏差的初期值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述第一位置檢測單元(31)發(fā)生了異常時的來自所述停止時移動指令輸出單元(13)的所述停止時移動指令是與零不同的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，所述第一位置檢測單元(31)發(fā)生了異常時的來自所述停止時移動指令輸出單元(13)的所述停止時移動指令對應(yīng)從所述第一位置檢測單元(31)發(fā)生了異常時開始的經(jīng)過時間一次函數(shù)地減少。
全文摘要
電動機控制裝置具有檢測由電動機驅(qū)動的機械可動部的位置的第一位置檢測單元；檢測電動機旋轉(zhuǎn)軸的位置的第二位置檢測單元；輸出使電動機的旋轉(zhuǎn)軸進行通常動作的通常動作時移動指令的通常動作時移動指令輸出單元；輸出使電動機旋轉(zhuǎn)軸停止的停止時移動指令的停止時移動指令輸出單元。電動機控制裝置在通常時輸出通常動作時移動指令，并且根據(jù)第一位置檢測單元檢測出的機械可動部的位置來進行反饋控制，在第一位置檢測單元中發(fā)生了異常時切換為輸出停止時移動指令，并且切換為根據(jù)第二位置檢測單元檢測出的電動機旋轉(zhuǎn)軸的位置來進行反饋控制，使電動機停止。由此一邊控制重力軸的位置一邊使電動機旋轉(zhuǎn)軸迅速停止。
文檔編號G05B19/406GK101046679SQ200710091380
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者巖下平輔, 置田肇, 河村宏之, 手塚淳一 申請人:發(fā)那科株式會社