專(zhuān)利名稱：伺服控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及伺服控制裝置。
背景技術(shù)：
作為伺服電機(jī)的控制方法的具體例，熟知的有①位置控制、②速度控制、③電流控制。
所謂位置控制，就是指根據(jù)位置指令與位置反饋的差分發(fā)生速度指令而可以將控制對(duì)象物控制在目的位置的控制。
所謂速度控制，就是指根據(jù)速度指令與速度反饋的差分發(fā)生電流(轉(zhuǎn)矩)指令而可以將控制對(duì)象物控制在目的速度的控制。
所謂電流控制，就是指根據(jù)電流指令與電流反饋的差分控制電流驅(qū)動(dòng)器而可以將控制對(duì)象物控制為目的電流值的控制。在伺服電機(jī)中，電流驅(qū)動(dòng)器通常是通過(guò)PWM(脈沖幅度調(diào)制)進(jìn)行控制的逆變裝置。在同步電機(jī)中，為了進(jìn)行上述電流控制，需要將電機(jī)的磁極位置用于運(yùn)算的電角。
在現(xiàn)有技術(shù)中，以上的3個(gè)控制形式利用在CPU上執(zhí)行的軟件(算法語(yǔ)言)而實(shí)現(xiàn)。
圖4是用于說(shuō)明進(jìn)行同步電機(jī)的電流控制的現(xiàn)有技術(shù)的概略框圖。如圖4所示，從外部向CPU51傳輸電流指令(U相電流指令和W相電流指令)時(shí)，CPU51按照預(yù)先由軟件實(shí)現(xiàn)的算法語(yǔ)言，計(jì)算用以使上述電流指令與從電流檢測(cè)器62a、62b檢測(cè)的電機(jī)61的電流值的差分成為零的對(duì)PWM逆變器52的指令值。PWM逆變器52根據(jù)從CPU51傳送來(lái)的指令值將用于使電機(jī)61轉(zhuǎn)動(dòng)的電力供給電機(jī)61。
對(duì)于速度控制和位置控制，也可以和圖4所示的電流控制大致相同地進(jìn)行實(shí)施。實(shí)施速度控制時(shí)，就是實(shí)施電流控制和速度控制兩方面的控制，實(shí)施位置控制是，就是實(shí)施電流控制、速度控制和位置控制的全部控制。
圖7是模式地表示現(xiàn)有的伺服控制裝置100和伺服電機(jī)200的框圖。通常，控制多個(gè)伺服電機(jī)的伺服控制裝置，是按各時(shí)鐘周期控制伺服電機(jī)的各軸。伺服控制裝置具有用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的電流驅(qū)動(dòng)器和用于控制電流驅(qū)動(dòng)器的控制運(yùn)算部。伺服控制裝置為了控制伺服電機(jī)的各軸，這些電流驅(qū)動(dòng)器和控制運(yùn)算部與伺服電機(jī)的各軸對(duì)應(yīng)地設(shè)置。
圖7所示的伺服控制裝置100具有位置控制部110、速度控制部120、控制運(yùn)算部130、電流驅(qū)動(dòng)器150、電流檢測(cè)器170、電流反饋電路190、位置檢測(cè)器210和位置反饋電路220?？刂七\(yùn)算部130、電流驅(qū)動(dòng)器150、電流檢測(cè)器170和電流反饋電路190與伺服電機(jī)200的各軸對(duì)應(yīng)地設(shè)置。位置檢測(cè)器210設(shè)置在各伺服電機(jī)200上。
位置控制部110根據(jù)位置指令發(fā)生速度指令。速度控制部120根據(jù)位置控制部110的速度指令發(fā)生電流指令。
各個(gè)控制運(yùn)算部130根據(jù)速度控制部120的電流指令控制電流驅(qū)動(dòng)器150，各個(gè)電流驅(qū)動(dòng)器150向?qū)?yīng)的伺服電機(jī)200供給電流。伺服電機(jī)200接收該電流而被驅(qū)動(dòng)。
位置檢測(cè)器210檢測(cè)伺服電機(jī)200的位置，位置反饋電路220將檢測(cè)的伺服電機(jī)200的位置向位置控制部110反饋。
供給伺服電機(jī)200的電流由電流檢測(cè)器170進(jìn)行檢測(cè)。電流檢測(cè)器170檢測(cè)的電流值由電流反饋電路190向控制運(yùn)算部130反饋。
控制運(yùn)算部130將從電流檢測(cè)器170反饋的電流值與由電流指令指定的電流值進(jìn)行比較，并進(jìn)行用于修正向伺服電機(jī)200供給的電流的運(yùn)算。
在伺服電機(jī)的控制中，對(duì)于①位置控制、②速度控制和③電流控制的各控制周期(時(shí)間)，必須是①＞②＞③的關(guān)系。這是因?yàn)?，為了控制速度，必須以更快的響?yīng)時(shí)間控制轉(zhuǎn)矩(電流)，同樣，為了控制位置，百以更快的響應(yīng)時(shí)間控制速度。
①的控制周期涉及位置的精度，控制周期越短，越可以實(shí)現(xiàn)高的性能?，F(xiàn)在，一般的伺服控制裝置的位置的控制周期，主要是數(shù)百μsec～數(shù)msec。
另一方面，擔(dān)任使用圖4說(shuō)明的電流控制的CPU51逐次處理用于進(jìn)行控制的運(yùn)算，所以，為了執(zhí)行控制，必須進(jìn)行數(shù)百～數(shù)千步驟的處理。因此，從輸入指令值到進(jìn)行輸出的時(shí)間(周轉(zhuǎn)時(shí)間)通常需要數(shù)十μsec以上。
眾所周知，如果周轉(zhuǎn)時(shí)間快，就回減少控制理論上的所謂的無(wú)用時(shí)間，在控制環(huán)中可以設(shè)定更高的增益，從而可以提高控制性。即，可以說(shuō)，周轉(zhuǎn)時(shí)間越快，控制性能就越高。
周轉(zhuǎn)時(shí)間取決于CPU的處理速度。但是，處理速度快的CPU價(jià)格昂貴，因此，③的控制周期，從現(xiàn)在通常所能得到的CPU的性能考慮，根據(jù)①＞②＞③的關(guān)系，已是接近性能的極限的周期。
因此，現(xiàn)有的伺服控制裝置難于同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高控制性能和降低成本這兩方面的要求。
在圖7所示的伺服控制裝置100中，作為硬件的控制運(yùn)算部130是通過(guò)將作為軟件的程序進(jìn)行運(yùn)算處理而進(jìn)行電流控制的。即，在現(xiàn)有例中，控制運(yùn)算部130采用了程序控制方式。因此，伺服控制裝置100也存在上述問(wèn)題。
此外，圖7所示的控制運(yùn)算部130是按各伺服電機(jī)200而設(shè)置的。因此，需要與伺服電機(jī)200相同數(shù)量的CPU。這樣，伺服控制裝置100的成本將提高，并且，伺服控制裝置100的大小也將大型化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的旨在提供制造成本低、小型化、并且控制對(duì)象的控制周期比現(xiàn)有例短、可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高控制性能和降低成本的伺服控制裝置。
本發(fā)明是與伺服電機(jī)連接而控制該伺服電機(jī)的伺服控制裝置，其特征在于具備具有指定數(shù)的位寬的數(shù)字邏輯電路，上述數(shù)字邏輯電路至少具有一對(duì)并列運(yùn)算電路。
按照本發(fā)明，作為專(zhuān)用硬件電路的數(shù)字邏輯電路進(jìn)行控制，取代使用軟件進(jìn)行控制的CPU。數(shù)字邏輯電路雖然有缺乏通用性、規(guī)格變更困難的不利的一面，但是，只要時(shí)鐘頻率相同，就可以具有CPU的數(shù)十倍的數(shù)據(jù)處理能力。因此，可以進(jìn)行高速的電流運(yùn)算，從而可以顯著地提高控制性能。
另外，數(shù)字邏輯電路的制造，與比利用高性能的CPU廉價(jià)。
此外，CPU進(jìn)行1次運(yùn)算的位寬取決于該CPU內(nèi)藏的寄存器長(zhǎng)度，與此相反，數(shù)字邏輯電路的位寬可以任意決定。因此，可以對(duì)各控制內(nèi)容選擇最佳的位寬，從而可以避免設(shè)計(jì)上的浪費(fèi)，提高控制效率。
并且，由于數(shù)字邏輯電路至少具有一對(duì)并列運(yùn)算電路，所以，可以縮短運(yùn)算時(shí)間。
進(jìn)而，最好伺服控制裝置具有PWM逆變器，而上述數(shù)字邏輯電路發(fā)生用于控制上述PWM逆變器的PWM。
本發(fā)明的其他實(shí)施例的伺服控制裝置的特征在于具有為了驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象而向驅(qū)動(dòng)部供給驅(qū)動(dòng)電流的電流供給部、至少檢測(cè)上述驅(qū)動(dòng)電流值的第1檢測(cè)部和為了使上述控制對(duì)象移動(dòng)到所希望的位置而輸入決定控制上述驅(qū)動(dòng)部的驅(qū)動(dòng)速度的上述驅(qū)動(dòng)電流的電流指令以及輸入從上述第1檢測(cè)部反饋的上述驅(qū)動(dòng)電流值并根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)電流值利用數(shù)字邏輯方式修正上述電流指令從而將修正后的該電流指令向上述電流供給部輸出的邏輯運(yùn)算部。
附圖的簡(jiǎn)單說(shuō)明圖1是表示本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施例的伺服控制裝置的概略框圖。
圖2是用于說(shuō)明圖1的數(shù)字邏輯電路實(shí)現(xiàn)的電流環(huán)控制的概略框圖。
圖3是表示并列運(yùn)算電路的控制時(shí)間縮短的具體例的圖。
圖4是表示現(xiàn)有的伺服控制裝置的概略框圖。
圖5是模式地表示本發(fā)明實(shí)施例的伺服控制裝置和伺服電機(jī)的框圖。
圖6是表示邏輯運(yùn)算部510的動(dòng)作的時(shí)間圖。
圖7是模式地表示現(xiàn)有的伺服控制裝置和伺服電機(jī)的框圖。
發(fā)明的
具體實(shí)施例方式
下面，參照


本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是表示本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施例的伺服控制裝置10的概略框圖。如圖1所示，伺服控制裝置10與同步電機(jī)21連接，用于進(jìn)行同步電機(jī)21的電流控制。在同步電機(jī)21上，設(shè)置了檢測(cè)該電機(jī)21的電流的電流檢測(cè)器22a、22b。
伺服控制裝置10具有供給外部的電流指令(U相電流指令和W相電流指令)的數(shù)字邏輯電路11和根據(jù)數(shù)字邏輯電路11輸出的指令值將用于使同步電機(jī)21轉(zhuǎn)動(dòng)的電力供給同步電機(jī)21的PWM逆變器12。
數(shù)字邏輯電路11按照預(yù)先作為邏輯電路的結(jié)構(gòu)(邏輯運(yùn)算器的排列)而實(shí)現(xiàn)的算法語(yǔ)言，向PWM逆變器12輸出用以使上述電流指令(指令值)與從電流檢測(cè)器22a、22b檢測(cè)的同步電機(jī)21的電流值(反饋值)的差分成為零的指令值。
圖2是用于說(shuō)明利用本實(shí)施例的數(shù)字邏輯電路11實(shí)現(xiàn)的電流環(huán)控制的概略框圖。如圖2所示，本實(shí)施例的數(shù)字邏輯電路11具有作為并列運(yùn)算電路的一對(duì)電流控制器11a和11b。
另外，在本實(shí)施例中，，由12位分辨率的A/D變換器(圖中未示出)將電流反饋信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化后進(jìn)行利用。與此對(duì)應(yīng)地，數(shù)字邏輯電路11按12位的位寬進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造。
數(shù)字邏輯電路11，通?？梢杂脤?zhuān)用的LSI(大規(guī)模集成電路)實(shí)現(xiàn)。數(shù)字邏輯電路11可以比利用高性能的CPU廉價(jià)地制造。
下面，說(shuō)明本實(shí)施例的伺服控制裝置10的作用。
首先，將外部的電流指令(U相電流指令和W相電流指令)供給數(shù)字邏輯電路11。另一方面，同步電機(jī)21的電流值(電流反饋)通過(guò)A/D變換器(圖中未示出)從電流檢測(cè)器22a、22b供給數(shù)字邏輯電路11。
并且，數(shù)字邏輯電路11按照預(yù)先作為邏輯電路的結(jié)構(gòu)(邏輯運(yùn)算器的排列)而實(shí)現(xiàn)的算法語(yǔ)言，向PWM逆變器12輸出用以使上述電流指令與從電流檢測(cè)器22a、22b檢測(cè)的同步電機(jī)21的電流值的差分成為零的指令值。
PWM逆變器12根據(jù)數(shù)字邏輯電路11輸出的指令值將用于使同步電機(jī)21轉(zhuǎn)動(dòng)的電力供給同步電機(jī)21。
這里，由于數(shù)字邏輯電路11具有并列運(yùn)算電路，所以，與使用CPU的逐次運(yùn)算比較，可以縮短控制時(shí)間。下面，使用圖3說(shuō)明利用并列運(yùn)算電路實(shí)現(xiàn)控制時(shí)間縮短的具體例子。
圖3所示的數(shù)字邏輯電路是進(jìn)行(A+B)+(C+D)的運(yùn)算的電路，并列地進(jìn)行(A+B)的運(yùn)算和(C+D)的運(yùn)算，在全體上就是進(jìn)行了2個(gè)步驟的處理。另一方面，在CPU的逐次運(yùn)算中，需要①A+B→X、②C+D→Y、③X+Y→輸出這樣的3個(gè)步驟。即，具有并列運(yùn)算電路的數(shù)字邏輯電路11的控制運(yùn)算的步驟數(shù)可以比CPU的逐次控制運(yùn)算的步驟數(shù)大幅度地減少。
作為實(shí)際的控制處理時(shí)間，在CPU的情況時(shí)也有數(shù)十μsec，但是，在數(shù)字邏輯電路11的情況時(shí)，作為為數(shù)μsec，即，周轉(zhuǎn)時(shí)間縮短了，提高了控制性能。
另外，本實(shí)施例的數(shù)字邏輯電路11與12位分辨率的A/D變換器對(duì)應(yīng)，按12位寬制造，所以，運(yùn)算電路沒(méi)有浪費(fèi)。CPU的寄存器長(zhǎng)度，通常為8位的倍數(shù)，所以，CPU為了與12位分辨率的A/D變換器對(duì)應(yīng)，將變換后的數(shù)據(jù)按16位處理，可以避免這樣的浪費(fèi)，任意選擇數(shù)據(jù)精度。此外，按照本實(shí)施例的數(shù)字邏輯電路11，可以更可靠地防止發(fā)生所謂的溢出的問(wèn)題。
以上的說(shuō)明是對(duì)電流環(huán)控制進(jìn)行的，但是，本發(fā)明也可以應(yīng)用于速度環(huán)控制和位置環(huán)控制。
如上所述，按照本發(fā)明的實(shí)施例，通過(guò)比較廉價(jià)的作為專(zhuān)用硬件電路的數(shù)字邏輯電路進(jìn)行控制，取代使用軟件進(jìn)行控制的CPU，可以用低成本實(shí)現(xiàn)更高速的控制運(yùn)算特別是電流運(yùn)算。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，可以任意決定數(shù)字邏輯電路的位寬，所以，可以對(duì)各控制內(nèi)容選擇最佳的位寬，從而可以避免設(shè)計(jì)上的浪費(fèi)，提高控制效率。
此外，在數(shù)字邏輯電路具有至少一對(duì)并列運(yùn)算電路時(shí)，可以進(jìn)一步縮短運(yùn)算時(shí)間。
按照本發(fā)明的實(shí)施例，可以任意決定數(shù)字邏輯電路的位寬，所以，可以對(duì)各控制內(nèi)容選擇最佳的位寬，從而可以避免設(shè)計(jì)上的浪費(fèi)，提高控制效率。
此外，在數(shù)字邏輯電路具有至少一對(duì)并列運(yùn)算電路時(shí)，可以進(jìn)一步縮短運(yùn)算時(shí)間。
下面，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的多軸的伺服控制裝置。
圖5是模式地表示本發(fā)明實(shí)施例的伺服控制裝置500和伺服電機(jī)200a、200b、200c和200d(以下，也簡(jiǎn)單地稱為伺服電機(jī)200)的框圖。
伺服電機(jī)200作為驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象(圖中未示出)的驅(qū)動(dòng)部而起作用。作為控制對(duì)象，可以使用線性電機(jī)、傳動(dòng)齒輪、靜壓蝸桿傳動(dòng)、靜壓螺旋等進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。作為進(jìn)給驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采用線性電機(jī)時(shí)，線性電機(jī)起驅(qū)動(dòng)部的作用，所以，線性電機(jī)可以取代伺服電機(jī)200。另外，作為控制對(duì)象的實(shí)施例，也可以采用皮帶驅(qū)動(dòng)等的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
伺服控制裝置500驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)200，并且供給由于進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)電流。伺服控制裝置500具有向各個(gè)伺服電機(jī)200供給用于驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)200的驅(qū)動(dòng)電流的PWM(Pulse Width Modulator)逆變器150a、150b、150c和150d(以下，也簡(jiǎn)單地稱為PWM逆變器150)和檢測(cè)該驅(qū)動(dòng)電流值的電流檢測(cè)器170a、170b、170c和170d(以下，也簡(jiǎn)單地稱為電流檢測(cè)器170)。
另外，伺服控制裝置500進(jìn)而具有為了使控制對(duì)象移動(dòng)到所希望的位置，接收決定控制伺服電機(jī)200的驅(qū)動(dòng)速度的驅(qū)動(dòng)電流的電流指令而通過(guò)各個(gè)電流反饋電路190a、190b、190c和190d(以下，也簡(jiǎn)單地稱為反饋電路190)從電流檢測(cè)器170輸入反饋的驅(qū)動(dòng)電流值并根據(jù)該驅(qū)動(dòng)電流值利用數(shù)字邏輯方式修正電流指令從而將該修正后的電流指令向各個(gè)PWM逆變器150輸出的邏輯運(yùn)算部510。
伺服控制裝置500進(jìn)而具有根據(jù)控制對(duì)象的位置的差分輸出速度指令的位置控制部110和輸入位置控制部110的速度指令而變換為電流指令從而將該電流指令向邏輯運(yùn)算部510輸出的速度控制部120。
伺服控制裝置500進(jìn)而具有檢測(cè)各個(gè)伺服電機(jī)200的位置的位置檢測(cè)器210a、210b、210c和210d(以下，也簡(jiǎn)單地稱為位置檢測(cè)器210)和將在位置檢測(cè)器210中檢測(cè)的伺服電機(jī)200的位置向位置控制部110反饋的位置反饋電路220a、220b、220c和220d(以下，也簡(jiǎn)單地稱為位置反饋電路220)。
邏輯運(yùn)算部510具有向各伺服電機(jī)200輸入并保持電流指令的輸入寄存器520a、520b、520c和520d(以下，也簡(jiǎn)單地稱為輸入寄存器520)、輸入并保持從電流檢測(cè)器170反饋的各伺服電機(jī)200的驅(qū)動(dòng)電流值的電流反饋寄存器580a、580b、580c和580d(以下，也簡(jiǎn)單地稱為電流FB寄存器580)和修正電流指令使輸入寄存器520的電流指令與電流FB寄存器580的驅(qū)動(dòng)電流值相等的電流控制運(yùn)算器550。
電流控制運(yùn)算器550連接成可以通過(guò)選擇器530與輸入寄存器520和電流FB寄存器580進(jìn)行通信。此外，電流控制運(yùn)算器550連接成也可以通過(guò)選擇器530與PWM發(fā)生器560a、560b、560c和560d(以下，也簡(jiǎn)單地稱為PWM發(fā)生器560)進(jìn)行通信。PWM發(fā)生器560利用脈沖幅度調(diào)制方式將電流控制運(yùn)算器550的信號(hào)調(diào)制為脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，向PWM逆變器150輸出。
PWM逆變器150、輸入寄存器520、電流FB寄存器580和PWM發(fā)生器560分別與伺服電機(jī)200對(duì)應(yīng)地設(shè)置，設(shè)置與伺服電機(jī)200相同的數(shù)量。另一方面，電流控制運(yùn)算器550對(duì)于多個(gè)伺服電機(jī)200僅設(shè)置1個(gè)。按照本實(shí)施例，電流控制運(yùn)算器550對(duì)于4個(gè)伺服電機(jī)200僅設(shè)置1個(gè)。
電流控制運(yùn)算器550連接成可以與內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器590進(jìn)行通信。電流控制運(yùn)算器550有時(shí)需要積分器等內(nèi)部存儲(chǔ)要素。因此，設(shè)置了內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器590。
按照本實(shí)施例，邏輯運(yùn)算部510是將邏輯運(yùn)算部510包含的各要素集成在1芯片中的LSI，作為數(shù)字邏輯電路的形式形成。
下面，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的伺服控制裝置500和伺服電機(jī)200的動(dòng)作。
位置控制部110從位置檢測(cè)器210接收控制對(duì)象的位置，根據(jù)該位置反饋與位置指令之差輸出速度指令，用以將控制對(duì)象控制到目的位置。另外，位置控制部110根據(jù)位置檢測(cè)器210的位置反饋計(jì)算并輸出伺服電機(jī)200的電角。
速度控制部120利用從位置控制部110輸入的位置反饋值的時(shí)間微分計(jì)算控制對(duì)象的速度反饋，根據(jù)該速度反饋與位置控制部110的速度指令之差輸出電流指令，用以將控制對(duì)象控制為目的速度。電流指令是向伺服電機(jī)200a～200d的某一個(gè)供給的驅(qū)動(dòng)電流的數(shù)據(jù)。因此，速度控制部120也輸出表示電流指令是對(duì)伺服電機(jī)200a～200d中的哪一個(gè)的指令的地址數(shù)據(jù)。另外，除了電流指令外，速度控制部120也輸出伺服電機(jī)200的電角的信息。
電流指令和電角的信息由邏輯運(yùn)算部510接收，按照地址數(shù)據(jù)保持在指定的寄存區(qū)域。例如，考慮由4個(gè)區(qū)域構(gòu)成邏輯運(yùn)算部510內(nèi)的輸入寄存器，將各個(gè)寄存區(qū)域分配給伺服電機(jī)200的各軸。按照本實(shí)施例，關(guān)于伺服電機(jī)200a的電流指令和電角的信息保持在第1軸的輸入寄存器520a中，關(guān)于伺服電機(jī)200b的電流指令和電角的信息保持在第2軸的輸入寄存器520b中，關(guān)于伺服電機(jī)200c的電流指令和電角的信息保持在第3軸的輸入寄存器520c中，關(guān)于伺服電機(jī)200d的電流指令和電角的信息保持在第4軸的輸入寄存器520d中。
電流指令和電角的信息在輸入寄存器520中是從第1軸到第4軸的并行的數(shù)據(jù)。選擇器530將該并行數(shù)據(jù)變換為串行數(shù)據(jù)，分時(shí)向電流控制運(yùn)算器550發(fā)送。
另一方面，電流檢測(cè)器170檢測(cè)從PWM逆變器150向伺服電機(jī)200供給的驅(qū)動(dòng)電流值。電流檢測(cè)器170檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)電流值由反饋電路190向邏輯運(yùn)算部510反饋。這時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流值保持在指定的寄存區(qū)域。例如，考慮由4個(gè)區(qū)域構(gòu)成邏輯運(yùn)算部510內(nèi)的電流FB寄存器580，將各個(gè)寄存區(qū)域分配給伺服電機(jī)200的各軸。按照本實(shí)施例，伺服電機(jī)200a的驅(qū)動(dòng)電流值的數(shù)據(jù)保持在第1軸的電流FB寄存器580a中，伺服電極200b的驅(qū)動(dòng)電流值的數(shù)據(jù)保持在第2軸的電流FB寄存器580b中，伺服電機(jī)200c的驅(qū)動(dòng)電流值的數(shù)據(jù)保持在第3軸的電流FB寄存器580c中，伺服電極200d的驅(qū)動(dòng)電流值的數(shù)據(jù)保持在第4軸的電流FB寄存器580d中。
驅(qū)動(dòng)電流值的數(shù)據(jù)在電流FB寄存器580中是第1軸～第4軸的并行的數(shù)據(jù)。選擇器530將該并行數(shù)據(jù)變換為串行數(shù)據(jù)，分時(shí)向電流控制運(yùn)算器550發(fā)送。
電流控制運(yùn)算器550進(jìn)行將輸入寄存器520的電流指令與電流FB寄存器580的驅(qū)動(dòng)電流值比較的運(yùn)算。這時(shí)，電流指令和驅(qū)動(dòng)電流值分別是分時(shí)的串行數(shù)據(jù)，所以，電流控制運(yùn)算器550與電流指令和驅(qū)動(dòng)電流值的串行數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)地分時(shí)進(jìn)行處理。另外，電流控制運(yùn)算器550同樣也可以計(jì)算利用輸入寄存器520的電角進(jìn)行修正的電流指令。
圖6是表示邏輯運(yùn)算部510的動(dòng)作的時(shí)間圖。將關(guān)于第1軸～第4軸的伺服電機(jī)200a～200d的處理沿時(shí)間軸進(jìn)行排列。
首先，輸入寄存器520取得并保持電流指令和電角。電流FB寄存器580取得并保持電流反饋。電流反饋是包含由電流檢測(cè)器170檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)電流值的信息。
其次，由選擇器530將電流指令、電角和電流反饋?zhàn)儞Q為串行數(shù)據(jù)，并分時(shí)向電流控制運(yùn)算器550發(fā)送。電流控制運(yùn)算器550必須將4個(gè)伺服電機(jī)200作為對(duì)象進(jìn)行運(yùn)算處理，所以，對(duì)各伺服電機(jī)200分時(shí)進(jìn)行運(yùn)算處理。按照本實(shí)施例，電流控制運(yùn)算器550先進(jìn)行第1軸的伺服電機(jī)200a的電路控制運(yùn)算，然后，順序進(jìn)行第2軸的伺服電機(jī)200b、第3軸的伺服電機(jī)200c和第4軸的伺服電機(jī)200d的電流控制運(yùn)算。
電流控制運(yùn)算，為了將目的電流值供給伺服電機(jī)200，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電流值與電流指令之差計(jì)算利用電角修正的電流指令。
然后，電流控制運(yùn)算器550向選擇器530發(fā)送修正后的電流指令，選擇器530將修正后的電流指令變換為并行數(shù)據(jù)，向PWM發(fā)生器560輸出。PWM發(fā)生器560根據(jù)修正后的電流指令向PWM逆變器150輸出PWM信號(hào)。邏輯運(yùn)算部510就這樣動(dòng)作。
此外，PWM逆變器150將PWM信號(hào)變換為與電流指令對(duì)應(yīng)的值的電流，并將該電流供給伺服電機(jī)200。伺服電機(jī)200接收該電流而被驅(qū)動(dòng)，從而使控制對(duì)象以所希望的速度和轉(zhuǎn)矩向所希望的位置移動(dòng)。
如上所述，按照本實(shí)施例，電流控制運(yùn)算器550利用數(shù)字邏輯方式構(gòu)成。即，電流控制運(yùn)算器550不使用程序而利用硬件進(jìn)行數(shù)字邏輯化處理。
數(shù)字邏輯方式的控制動(dòng)作由控制電路中的邏輯電路構(gòu)成，所以，雖然缺乏高度的功能和多用途的適應(yīng)性，但是，高速進(jìn)行規(guī)定的反復(fù)進(jìn)行的控制動(dòng)作卻是很有效的。
另一方面，迄今利用程序控制方式時(shí)，僅變更程序就可以擴(kuò)展功能，從而可以使機(jī)器適用于多用途。但是，控制動(dòng)作包含讀出或解讀程序內(nèi)的多個(gè)命令，結(jié)果，存在控制速度慢的缺點(diǎn)。
通常，在工作機(jī)械、機(jī)器人、注射成形機(jī)、電線放電加工機(jī)、電動(dòng)沖壓等各種產(chǎn)業(yè)機(jī)器中都使用伺服電機(jī)，該電流控制運(yùn)算器可以利用單一的算法語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，即使CPU和電流控制運(yùn)算器550以相同的時(shí)鐘頻率動(dòng)作，利用數(shù)字邏輯方式的伺服控制裝置的控制周期也比利用程序控制方式的快數(shù)十倍。
按照數(shù)字邏輯方式，控制周期比利用程序控制方式時(shí)快數(shù)十倍，所以，用1個(gè)LSI芯片可以控制多個(gè)伺服電機(jī)。例如，按照本實(shí)施例，具有1個(gè)電流控制運(yùn)算器550的邏輯運(yùn)算部510控制4個(gè)伺服電機(jī)200。如本實(shí)施例所述，即使用1個(gè)LSI芯片控制多個(gè)軸，本實(shí)施例的伺服控制裝置500的控制周期也比現(xiàn)有的伺服控制裝置100的控制周期快數(shù)10/4倍。另外，這樣就可以減少伺服控制裝置500所需要的電流控制用的LSI芯片數(shù)，從而可以降低伺服控制裝置500的成本。
為了進(jìn)一步提高伺服控制裝置500的控制周期，可以減少1個(gè)LSI芯片即1個(gè)電流控制運(yùn)算器550控制的伺服電機(jī)200的數(shù)，或者使用處理能力更高的LSI芯片。例如，對(duì)各伺服電機(jī)200設(shè)置1個(gè)電流控制運(yùn)算器500時(shí)(圖中未示出)，可以得到比現(xiàn)有的伺服控制裝置200快數(shù)十倍的控制周期。
但是，對(duì)各伺服電機(jī)200設(shè)置1個(gè)電流控制運(yùn)算器550時(shí)或設(shè)置處理能力高的電流控制運(yùn)算器550時(shí)，伺服控制裝置的成本將提高。因此，控制周期的速度與伺服控制裝置的成本存在折衷的關(guān)系，可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，維持現(xiàn)有例的控制周期的速度而比現(xiàn)有例降低伺服控制裝置的成本的事，可以通過(guò)減少伺服控制裝置中設(shè)置的LSI芯片數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者，也可以通過(guò)將廉價(jià)的并且處理能力低的LSI芯片設(shè)置與現(xiàn)有例相同的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。
以上，使用實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明，但是，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限于上述實(shí)施例所述的范圍。可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種各樣的變更或改良。進(jìn)行這樣的變更或改良的形式也包含在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)權(quán)利要求所述的范圍即可明白。
本發(fā)明實(shí)施例的伺服控制裝置，制造成本低，可以實(shí)現(xiàn)小型化，并且控制對(duì)象的控制周期比現(xiàn)有例短，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高控制性能和降低成本的要求。
權(quán)利要求
1.一種與伺服電機(jī)連接、控制該伺服電機(jī)的伺服控制裝置，其特征在于包括具有指定數(shù)的位寬的數(shù)字邏輯電路，上述數(shù)字邏輯電路具有至少一對(duì)并列運(yùn)算電路。
2.按權(quán)利要求1所述的伺服控制裝置，其特征在于上述數(shù)字邏輯電路發(fā)生用于控制上述PWM逆變器的PWM。
3.一種伺服控制裝置，其特征在于具有為了驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象而向驅(qū)動(dòng)部供給驅(qū)動(dòng)電流的電流供給部、至少檢測(cè)上述驅(qū)動(dòng)電流值的第1檢測(cè)部和為了使上述控制對(duì)象移動(dòng)到所希望的位置而輸入決定控制上述驅(qū)動(dòng)部的驅(qū)動(dòng)速度的上述驅(qū)動(dòng)電流的電流指令以及輸入從上述第1檢測(cè)部反饋的上述驅(qū)動(dòng)電流值并根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)電流值利用數(shù)字邏輯方式修正上述電流指令從而將修正后的該電流指令向上述電流供給部輸出的邏輯運(yùn)算部。
4.按權(quán)利要求3所述的伺服控制裝置，其特征在于上述邏輯運(yùn)算部具有輸入并保持上述電流指令的輸入寄存器、輸入并保持從上述第1檢測(cè)部反饋的上述驅(qū)動(dòng)電流值的反饋寄存器和根據(jù)上述輸入寄存器的上述電流指令與上述反饋寄存器的上述驅(qū)動(dòng)電流值之差修正上述電流指令的電流控制運(yùn)算器。
5.按權(quán)利要求3所述的伺服控制裝置，其特征在于上述驅(qū)動(dòng)部是多個(gè)伺服電機(jī)，上述電流供給部和上述第1檢測(cè)部與上述多個(gè)伺服電機(jī)對(duì)應(yīng)地設(shè)置相同數(shù)量，上述邏輯運(yùn)算部具有輸入并保持與上述多個(gè)伺服電機(jī)對(duì)應(yīng)地設(shè)置的上述各個(gè)伺服電機(jī)的上述電流指令的輸入寄存器、輸入并保持從與上述多個(gè)伺服電機(jī)對(duì)應(yīng)地設(shè)置的上述第1檢測(cè)部反饋的上述驅(qū)動(dòng)電流值的反饋寄存器和根據(jù)多個(gè)上述輸入寄存器的上述電流指令與多個(gè)上述反饋寄存器的上述驅(qū)動(dòng)電流值之差分時(shí)修正上述電流指令的電流控制運(yùn)算器。
6.按權(quán)利要求4所述的伺服控制裝置，其特征在于上述電流供給器是由脈沖幅度調(diào)制信號(hào)控制的逆變電路，上述邏輯運(yùn)算部進(jìn)而具有連接上述逆變電路與上述電流控制運(yùn)算器之間的、利用脈沖幅度調(diào)制方式將該電流控制運(yùn)算器的信號(hào)調(diào)制為脈沖幅度調(diào)制信號(hào)并向上述逆變電路輸出的脈沖波發(fā)生器。
7.按權(quán)利要求3所述的伺服控制裝置，其特征在于進(jìn)而具有根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)部的位置輸出速度指令和電角的位置控制部和檢測(cè)上述驅(qū)動(dòng)部的位置的第2檢測(cè)部，上述邏輯運(yùn)算部輸入上述位置控制部根據(jù)從上述第2檢測(cè)部反饋的上述驅(qū)動(dòng)部的位置計(jì)算的電角和上述電流指令，輸入從上述第1檢測(cè)部反饋的上述驅(qū)動(dòng)電流值，根據(jù)上述驅(qū)動(dòng)電流值和上述電角，利用數(shù)字邏輯方式修正上述電流指令，并將修正后的該電流指令向上述電流供給部輸出。
8.按權(quán)利要求4所述的伺服控制裝置，其特征在于上述輸入寄存器、上述反饋寄存器和上述電流控制運(yùn)算器集成在1個(gè)芯片中。
全文摘要
目的旨在提供可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高控制性能和降低成本的伺服控制裝置。本發(fā)明是與伺服電機(jī)21連接而控制該伺服電機(jī)21的伺服控制裝置10。伺服控制裝置10包括具有指定數(shù)的位寬的數(shù)字邏輯電路11。數(shù)字邏輯電路11具有至少一對(duì)并列運(yùn)算電路11a、11b。
文檔編號(hào)H02P5/74GK1462914SQ03137899
公開(kāi)日2003年12月24日 申請(qǐng)日期2003年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月28日
發(fā)明者青野龍二, 小林直美, 飯?zhí)飫偸? 伊東隆充 申請(qǐng)人:東芝機(jī)械株式會(huì)社