伺服電動機的控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的伺服電動機（2）的控制裝置（1）具備：電流控制環(huán)選擇單元（11），其選擇第一電流控制環(huán)（21）和響應速度比上述第一電流控制環(huán)（21）慢的第二電流控制環(huán)（22）中的任意一個，作為用于根據電流指令值控制流過伺服電動機（2）的電流的電流控制環(huán)；濾波器（12），其依照所設定的衰減率，使通過電流控制環(huán)選擇單元（11）選擇出的第一電流控制環(huán)（21）或第二電流控制環(huán)（22）的輸入或輸出在特定的頻帶中衰減；濾波器衰減率設定單元（13），其在通過電流控制環(huán)選擇單元（11）選擇了第一電流控制環(huán)（21）時將濾波器(12)的衰減率設定為第一衰減率，在選擇了第二電流控制環(huán)（22）時，將濾波器的衰減率設定為比第一衰減率小的第二衰減率。
【專利說明】伺服電動機的控制裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種被用作機床的驅動源的伺服電動機的控制裝置。
【背景技術】
[0002]用于對被用作機床的驅動源的伺服電動機進行驅動控制的控制裝置一般大多由位置控制環(huán)、速度控制環(huán)以及電流控制環(huán)的3重控制環(huán)構成。
[0003]圖7是概要地表示一般的伺服電動機的控制裝置的結構的框圖。以后，在不同的附圖中，附加了相同的參照符號的要素表示具有相同功能的結構要素。
[0004]在位置控制環(huán)中，根據由被安裝在伺服電動機2中的位置檢測單元142檢測出的伺服電動機2的位置信息和由位置指令生成單元(未圖示)生成的位置指令值，由速度指令生成單元131生成速度指令值。在速度控制環(huán)中，根據由安裝在伺服電動機2中的速度檢測單元141檢測出的伺服電動機2的速度信息和由速度指令生成單元131生成的速度指令值，由電流指令生成單元121生成電流指令值。在電流控制環(huán)中，根據伺服電動機2的驅動電流的檢測值和由電流指令生成單元121生成的電流指令值，使用補償器111生成用于驅動電力變換器3的驅動指令。電力變換器3例如是通過設置在內部的開關元件的開關動作而將直流電力變換為交流電力的逆變器，通過根據接收到的驅動指令，控制電力變換器3的開關元件的開關動作，而控制將直流電力變換為伺服電動機2的驅動用的交流電力的變換動作。伺服電動機2將從電力變換器3輸出的交流電力作為驅動動力而動作，因此如果控制從電力變換器3輸出的交流電力，則能夠對伺服電動機2的速度、轉矩或轉子的位置進行驅動控制。通過驅動伺服電動機2，來驅動機床的可動部。
[0005]作為在電流控制環(huán)中使用的補償器，有PI補償器和比例提前型PI補償器(以下稱為“ 1-P補償器”)。
[0006]PI補償器具有能夠使啟動時間比1-P補償器短的優(yōu)點。一般，電流控制環(huán)的啟動時間越短，則能夠將在電流控制環(huán)的外側構成的速度控制環(huán)的增益設定得越高，另外，如果能夠將速度控制環(huán)的增益設定得高，則能夠減小相對于機床的位置指令值的誤差(位置誤差)。PI控制和1-P控制的振蕩極限相同，因此在從振蕩極限具有相同程度的余量地決定電流控制環(huán)增益的情況下，PI控制能夠使其高速動作，能夠減小位置偏差。因此，如果在電流控制環(huán)中使用PI補償器，則能夠謀求提高機床的切削加工的精度。
[0007]另一方面，1-P補償器相對于PI補償器具有能夠減小機床的超程量(過沖量)的優(yōu)點。因此，如果在電流控制環(huán)中使用1-P補償器，則能夠在機床中進行超程量少的穩(wěn)定的定位。
[0008]例如，如日本專利第3628199號公報所記載的那樣，具有以下的技術，即考慮到上述的PI補償器和1-P補償器的特性，作為電流控制環(huán)中的補償器，適當地分開使用PI補償器和1-P補償器，由此同時實現(xiàn)伺服電動機控制中的響應性的提高和穩(wěn)定性的提高。根據日本專利第3628199號公報所記載的發(fā)明，作為電流控制環(huán)中的補償器，在快進動作等定位模式(非軌跡模式)下使用1-P補償器，在切削進給動作模式等軌跡控制模式下使用PI補償器，由此適當調整電流控制環(huán)和速度控制環(huán)的增益值。即，在軌跡模式中，使用PI補償器而設為高增益，由此提高電流控制環(huán)的響應性，還提高速度控制和位置控制的響應性，在提高控制性能的同時謀求提高機床的切削加工精度，在非軌跡模式中，使用1-P補償器而設為低增益，由此能夠謀求控制的穩(wěn)定性。
[0009]在日本專利第3628199號公報所記載的發(fā)明中，根據伺服電動機是軌跡控制模式還是非軌跡控制模式，只切換補償器。例如，如果伺服電動機的驅動模式從非軌跡模式切換為軌跡模式，則在電流控制環(huán)中使用的補償器從1-P補償器切換到PI補償器。在該情況下，電流控制環(huán)的響應性提高，在高頻帶中機械共振點的增益增大。即，在電流控制環(huán)中使用PI補償器的情況下，與使用1-P補償器的情況相比，高頻帶的增益增大，因此在使用1-P補償器的情況下不產生的振動會在PI補償器中產生。
[0010]日本專利第3628199號公報所記載的發(fā)明通過在軌跡控制模式中使用PI補償器，來提聞控制性能，提聞機床的加工精度，但沒有考慮到該情況下的聞頻帶的響應特性，對于避免在軌跡模式下在電流控制環(huán)中使用PI補償器的情況下的共振沒有采取任何對應策略。換言之，日本專利第3628199號公報所記載的發(fā)明雖然也考慮到設想了不具有機械共振點的機械的情況，但實際上具有質量的物體必定存在固有振蕩頻率，因此不存在沒有機械共振點的機械。
[0011]這樣，根據日本專利第3628199號公報所記載的發(fā)明，通過在電流控制環(huán)中使用補償器，響應性顯著提高，機床的加工精度提高，但存在機床的控制性能的穩(wěn)定性惡化的問題。

【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明的目的在于:鑒于上述問題，提供一種伺服電動機的控制裝置，其能夠謀求提高控制的響應性，并且謀求控制的穩(wěn)定化。
[0013]為了實現(xiàn)上述目的，驅動機床的伺服電動機的控制裝置具備:電流控制環(huán)選擇單元，其選擇第一電流控制環(huán)和響應速度比該第一電流控制環(huán)慢的第二電流控制環(huán)中的任意一個，來作為用于根據輸入的電流指令值控制流過伺服電動機的電流的電流控制環(huán)；濾波器，其依照所設定的衰減率，使通過電流控制環(huán)選擇單元選擇出的第一電流控制環(huán)或第二電流控制環(huán)的輸入或輸出在特定的頻帶中衰減；濾波器衰減率設定單元，其在通過電流控制環(huán)選擇單元選擇了第一電流控制環(huán)時將濾波器的衰減率設定為第一衰減率，在選擇了第二電流控制環(huán)時，將濾波器的衰減率設定為比第一衰減率小的第二衰減率。
[0014]在此，設置在第一電流控制環(huán)中的補償器也可以是PI補償器，設置在第二電流控制環(huán)中的補償器也可以是比例提前型PI補償器。
[0015]另外，也可以將第一電流控制環(huán)中的電流控制環(huán)增益設定為比第二電流控制環(huán)中的電流控制環(huán)增益大的值。
[0016]另外，對第一衰減率和第二衰減率進行設定，使得根據由第一電流控制環(huán)和具有與之對應的第一衰減率的濾波器構成的電路的輸入和輸出得到的增益、根據由第二電流控制環(huán)和具有與之對應的第二衰減率的濾波器構成的電路的輸入和輸出得到的增益在某特定的頻帶中大致相同。
[0017]另外，伺服電動機的控制裝置也可以具備:速度指令生成單元，其生成伺服電動機的速度指令值；速度檢測單元，其檢測伺服電動機的速度信息；電流指令生成單元，其根據通過速度指令生成單元生成的速度指令值和通過速度檢測單元檢測出的速度信息，生成電流指令值。
[0018]另外，伺服電動機的控制裝置也可以具備:位置指令生成單元，其生成伺服電動機的位置指令值；位置檢測單元，其檢測伺服電動機的位置信息，其中，在該情況下，速度指令生成單元根據通過位置指令生成單元生成的位置指令值和通過位置檢測單元檢測出的位置信息，生成速度指令值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]通過參照以下的附圖，能夠更明確地理解本發(fā)明。
[0020]圖1是表示伺服電動機的控制裝置的電流控制單元的原理框圖。
[0021]圖2是概要地表示伺服電動機的控制裝置的結構的框圖。
[0022]圖3是表示使用設置有PI補償器的第一電流控制環(huán)對伺服電動機進行驅動控制的情況的框圖。
[0023]圖4是表示使用設置有1-P補償器的第二電流控制環(huán)對伺服電動機進行驅動控制的情況的框圖。
[0024]圖5是說明PI補償器和1-P補償器的頻率特性的差異的增益線圖。
[0025]圖6是表示伺服電動機的控制裝置的動作的流程圖。
[0026]圖7是概要地表示一般的伺服電動機的控制裝置的結構的框圖。
【具體實施方式】
[0027]以下，參照【專利附圖】

【附圖說明】伺服電動機的控制裝置。但是，應該理解本發(fā)明并不限于附圖或以下說明的實施方式。
[0028]圖1是表示伺服電動機的控制裝置的電流控制單元的原理框圖，圖2是概要地表示伺服電動機的控制裝置的結構的框圖。
[0029]如圖2所示，驅動機床的伺服電動機2的控制裝置I具備電流控制單元10、電流指令生成單元121、速度指令生成單元131，生成用于對電力變換器3進行驅動控制的驅動指令，使得輸出作為伺服電動機2的驅動電力的交流電力。電力變換器3例如是通過設置在內部的開關元件的開關動作而將直流電力變換為交流電力的逆變器，通過根據接收到的驅動指令，控制電力變換器3內的開關元件的開關動作，來控制將直流電力變換為伺服電動機2的驅動用的交流電力的變換動作。伺服電動機2將從電力變換器3輸出的交流電力作為驅動動力而動作，因此只要控制從電力變換器3輸出的交流電力，就能夠對伺服電動機2的速度、轉矩、或轉子的位置進行驅動控制。通過驅動伺服電動機2，來驅動機床的可動部。
[0030]伺服電動機2的控制裝置I具備:位置指令生成單元(未圖示)，其生成對伺服電動機2的轉子的位置指令值；位置檢測單元142，其檢測伺服電動機2的位置信息；速度指令生成單元131，其根據通過位置指令生成單元生成的位置指令值和通過位置檢測單元142檢測出的位置信息，生成速度指令值；速度檢測單元141，其檢測伺服電動機2的速度信息；電流指令生成單元121，其根據通過速度指令生成單元131生成的速度指令值和通過速度檢測單元141檢測出的速度信息，生成電流指令值。作為通過速度檢測單元141檢測的速度信息，例如有伺服電動機2的轉子的轉速、角速度等。另外，作為通過位置檢測單元142檢測的位置信息，例如有伺服電動機2的轉子的旋轉角度、旋轉位置等。
[0031]如圖1所示，電流控制單元10具備電流控制環(huán)選擇單元11、濾波器12、濾波器衰減率設定單元13。
[0032]電流控制環(huán)選擇單元11選擇第一電流控制環(huán)21和響應速度比第一電流控制環(huán)21慢的第二電流控制環(huán)22中的任意一個，來作為用于根據輸入的電流指令值控制流過伺服電動機2的電流的電流控制環(huán)。在此，電流控制環(huán)選擇單元11預先規(guī)定其選擇動作，使得作為電流控制環(huán)的補償器，例如在切削進給動作模式等軌跡控制模式下選擇設置有PI補償器21C的第一電流控制環(huán)21，在快進動作等定位模式(非軌跡模式)下選擇設置有1-P補償器22C的第二電流控制環(huán)22。PI補償器21C具有控制的響應性比1-P補償器22C高而能夠謀求提高機床的切削加工的精度的優(yōu)點，另外，1-P補償器22C具有相對于PI補償器21C能夠減小機床的超程量(過沖量)的優(yōu)點，因此為了同時發(fā)揮這些PI補償器21C和1-P補償器22C各自的優(yōu)點，而選擇電流控制環(huán)。即，在快進等非軌跡控制模式時，以設定得低的積分增益、比例增益進行速度環(huán)的比例、積分動作，在軌跡控制模式動作時，以高的積分增益、比例增益進行速度環(huán)控制。各增益的值例如預先存儲在RAM中，在電流控制單元10中，根據模式從RAM讀取對應的增益值來設定。
[0033]濾波器12依照所設定的衰減率，使通過電流控制環(huán)選擇單元11選擇出的第一電流控制環(huán)21或第二電流控制環(huán)22的輸入或輸出在特定的頻帶中衰減。在濾波器12被設置在第一電流控制環(huán)21和第二電流控制環(huán)22的前級的情況下，使通過電流控制環(huán)選擇單元11選擇出的第一電流控制環(huán)21或第二電流控制環(huán)22的輸入依照所設定的衰減率在特定的頻帶中衰減?；蛘?，在被設置在第一電流控制環(huán)21和第二電流控制環(huán)22的后級的情況下，使通過電流控制環(huán)選擇單元11選擇出的第一電流控制環(huán)21或第二電流控制環(huán)22的輸出依照所設定的衰減率，在特定的頻帶中衰減。在圖示的例子中，作為一個例子，表示設置在第一電流控制環(huán)21和第二電流控制環(huán)22的后級的情況。濾波器12例如是帶阻濾波器(陷波濾波器)、低通濾波器。
[0034]作為濾波器12的衰減率，濾波器衰減率設定單元13在通過電流控制環(huán)選擇單元11選擇了第一電流控制環(huán)21時設定為第一衰減率，在選擇了第二電流控制環(huán)22時設定為比第一衰減率小的第二衰減率。
[0035]接著，以伺服電動機2是同步電動機的情況為例子，說明濾波器衰減率設定單元13對濾波器12的衰減率的設定。
[0036]設置在第一電流控制環(huán)21中的補償器是PI補償器21C，設置在第二電流控制環(huán)22中的補償器是1-P補償器(比例提前型PI補償器)22C。圖3是表示使用設置有PI補償器的第一電流控制環(huán)對伺服電動機進行驅動控制的情況的框圖，圖4是表示使用設置有1-P補償器的第二電流控制環(huán)對伺服電動機進行驅動控制的情況的框圖。
[0037]如上述那樣，PI補償器21C相對于1-P補償器22C，能夠縮短啟動時間而高速地動作。PI補償器21C與1-P補償器22C相比高頻帶的增益大，因此將設置有PI補償器21C的第一電流控制環(huán)21的電流控制環(huán)增益設定為比設置有1-P補償器22C的第二電流控制環(huán)22的電流控制環(huán)增益大的值。
[0038]作為同步機的伺服電動機2的特性由作為電氣常數的繞組電阻R和電感L決定。在表示使用設置有PI補償器21C的第一電流控制環(huán)21對伺服電動機2進行驅動控制的情況的圖3中，用公式I表示從輸入r到輸出y的傳遞函數Gpi (S)。在此，將比例增益設為kp，將積分增益設為k”
【權利要求】
1.一種伺服電動機(2)的控制裝置(1)，該伺服電動機(2)驅動機床，該伺服電動機(2)的控制裝置(I)的特征在于，具備: 電流控制環(huán)選擇單元(11)，其選擇第一電流控制環(huán)(21)和響應速度比上述第一電流控制環(huán)(21)慢的第二電流控制環(huán)(22)中的任意一個，來作為用于根據輸入的電流指令值控制流過伺服電動機(2)的電流的電流控制環(huán)； 濾波器(12 )，其依照所設定的衰減率，使通過上述電流控制環(huán)選擇單元(11)選擇出的上述第一電流控制環(huán)(21)或上述第二電流控制環(huán)(22)的輸入或輸出在特定的頻帶中衰減； 濾波器衰減率設定單元(13 )，其在通過上述電流控制環(huán)選擇單元(11)選擇了上述第一電流控制環(huán)(21)時將上述濾波器(12)的衰減率設定為第一衰減率，在選擇了上述第二電流控制環(huán)(22)時，將上述濾波器(12)的衰減率設定為比上述第一衰減率小的第二衰減率。
2.根據權利要求1所述的伺服電動機(2)的控制裝置(1)，其特征在于， 設置在上述第一電流控制環(huán)(21)中的補償器是PI補償器(21C)，設置在上述第二電流控制環(huán)(22)中的補償器是比例提前型PI補償器(22C)。
3.根據權利要求1或2所述的伺服電動機(2)的控制裝置(1)，其特征在于， 將上述第一電流控制環(huán)(21)中的電流控制環(huán)增益設定為比上述第二電流控制環(huán)(22)中的電流控制環(huán)增益大的值。
4.根據權利要求1?3的任意一項所述的伺服電動機(2)的控制裝置(1)，其特征在于， 對上述第一衰減率和上述第二衰減率進行設定，使得根據由上述第一電流控制環(huán)(21)和具有與之對應的上述第一衰減率的濾波器(12)構成的電路的輸入和輸出得到的增益、根據由上述第二電流控制環(huán)(22)和具有與之對應的上述第二衰減率的濾波器(12)構成的電路的輸入和輸出得到的增益在某特定的頻帶中大致相同。
5.根據權利要求1?4的任意一項所述的伺服電動機(2)的控制裝置(1)，其特征在于，具備: 速度指令生成單元(131)，其生成伺服電動機(2)的速度指令值； 速度檢測單元(141)，其檢測伺服電動機(2)的速度信息； 電流指令生成單元(121)，其根據通過上述速度指令生成單元(131)生成的速度指令值和通過上述速度檢測單元(141)檢測出的速度信息，生成上述電流指令值。
6.根據權利要求5所述的伺服電動機(2)的控制裝置(1)，其特征在于，具備: 位置指令生成單元，其生成伺服電動機(2)的位置指令值； 位置檢測單元(142)，其檢測伺服電動機(2)的位置信息，其中， 上述速度指令生成單元(131)根據通過上述位置指令生成單元生成的位置指令值和通過上述位置檢測單元(142)檢測出的位置信息，生成上述速度指令值。
【文檔編號】G05B19/404GK104035378SQ201410079194
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月5日 優(yōu)先權日:2013年3月5日
【發(fā)明者】豬飼聰史 申請人:發(fā)那科株式會社