阅读说明：本技术 伺服电动机控制装置 (Servo motor control device ) 是由 广瀬登 辻川敬介 于 2020-03-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供伺服电动机控制装置。具备：位置指令制作部,制作用于确定由伺服电动机驱动的被驱动体的目标位置的位置指令；反力指令制作部,制作用于确定被驱动体应受到的目标反力的反力指令；位置获取部,获取被驱动体的实际的位置；位置基准驱动控制部,生成位置基准驱动信号以使该位置接近目标位置；反力获取部,获取被驱动体受到的反力；反力基准驱动控制部,生成反力基准驱动信号以使该反力接近目标反力；以及驱动信号选择部,选择位置基准驱动信号和反力基准驱动信号中的任一个信号,位置指令制作部以使目标位置相对于时间成为二次以上的关系的方式制作位置指令,反力指令制作部以使目标反力与目标位置的关系呈大致线性的方式制作反力指令。(The invention provides a servo motor control device. The disclosed device is provided with: a position command generating unit that generates a position command for specifying a target position of a driven body driven by the servo motor; a reaction force command generating unit that generates a reaction force command for specifying a target reaction force to be applied to the driven body; a position acquisition unit that acquires an actual position of the driven body; a position reference drive control unit that generates a position reference drive signal to cause the position to approach a target position; a reaction force acquisition unit that acquires a reaction force applied to the driven body; a reaction force reference drive control unit that generates a reaction force reference drive signal so that the reaction force approaches a target reaction force; and a drive signal selection unit that selects either one of the position reference drive signal and the reaction force reference drive signal, wherein the position command generation unit generates the position command such that the target position is in a quadratic or more relationship with respect to time, and the reaction force command generation unit generates the reaction force command such that the relationship between the target reaction force and the target position is substantially linear.)

伺服电动机控制装置

技术领域

本发明涉及一种伺服电动机控制装置。

背景技术

例如有时希望准确地控制冲压加工中的模(日语：ダイ)等被驱动体在每个时间的位置及压力(被驱动体受到的反力)。例如工件的偏差等稍许的条件上的差异有可能导致作用于被驱动体的压力大幅地变化。因此，提出了如下一种技术：使用能够进行详细的反馈控制的伺服电动机来驱动被驱动体，并控制被驱动体的位置及力。

作为例子，在专利文献1中记载了“一种伺服电动机的控制装置，具备：力检测单元，其对由伺服电动机驱动的被驱动体从外部受到的力进行检测；位置指令制作单元，其制作用于指示所述被驱动体的位置的位置指令；位置检测单元，其检测所述被驱动体的位置；力指令制作单元，其制作用于指示所述被驱动体应受到的力的力指令；位置控制处理单元，其基于根据由所述位置指令制作单元制作出的位置指令和由所述位置检测单元检测出的位置求出的位置偏差，来制作电动机动作指令；力控制处理单元，其基于根据由所述力指令制作单元制作出的力指令和由所述力检测单元检测出的力求出的力偏差，来制作电动机动作指令；以及控制方式选择单元，其通过将由所述位置控制处理单元制作出的电动机动作指令与由所述力控制处理单元制作出的电动机动作指令进行比较，来在按照所述位置控制处理单元的电动机动作指令来对所述伺服电动机的动作进行控制的位置控制与按照所述力控制处理单元的电动机动作指令来对所述伺服电动机的动作进行控制的力控制之间选择性地进行切换，其中，在从外部对所述被驱动体施加了力时，所述伺服电动机的控制装置控制伺服电动机的动作以使所述被驱动体受到预先决定的力，所述伺服电动机的控制装置的特征在于，还具备指令校正单元，所述指令校正单元对由所述力指令制作单元制作出的力指令或由所述位置指令制作单元制作出的位置指令进行校正并发送到所述力控制处理单元或所述位置控制处理单元，以变更所述控制方式选择单元在位置控制与力控制之间切换的定时”。

专利文献1：日本特开2006-130533号公报

发明内容

发明要解决的问题

关于专利文献1所记载的控制装置，在从外部对被驱动体施加有力的状态下进行控制以使力成为期望的值，在没有从外部对被驱动体施加有力的状态下进行控制以使位置成为期望的值，在从外部对被驱动体施加有力的状态中不对被驱动体的位置进行控制。具体地说，在专利文献1所记载的技术中，进行驱动以使被驱动体的力与指令值一致，由此存在被驱动体的移动速度变得过大的可能性。特别是在为了提高加工效率而对速度进行超驰控制(override)的情况下，被驱动体的位置或力偏离适当的值的危险性变大。

因此，期望能够准确地控制被驱动体的位置及被驱动体受到的反力的伺服电动机控制装置。

用于解决问题的方案

本公开的一个方式所涉及的伺服电动机控制装置具备：位置指令制作部，其制作用于按时间来确定由伺服电动机驱动的被驱动体应处于的目标位置的位置指令；反力指令制作部，其制作用于按时间来确定通过所述伺服电动机的驱动应使所述被驱动体受到的目标反力的反力指令；位置获取部，其获取所述被驱动体的实际的位置；位置基准驱动控制部，其生成用于驱动所述伺服电动机的位置基准驱动信号，以使由所述位置获取部获取到的位置接近所述目标位置；反力获取部，其获取所述被驱动体实际受到的反力；反力基准驱动控制部，其生成用于驱动所述伺服电动机的反力基准驱动信号，以使由所述反力获取部获取到的反力接近所述目标反力；以及驱动信号选择部，其选择所述位置基准驱动信号和所述反力基准驱动信号中的任一个信号，其中，所述位置指令制作部以使所述目标位置相对于时间成为二次以上的关系的方式制作所述位置指令，所述反力指令制作部以使所述目标反力与所述目标位置之间的关系呈大致线性的方式制作所述反力指令。

发明的效果

根据本公开，能够提供一种能够准确地控制被驱动体的位置及被驱动体受到的反力的伺服电动机控制装置。

附图说明

图1是示出具备本公开的一个实施方式的伺服电动机控制装置的机床的结构的框图。

图2是示出在图1的伺服电动机控制装置中制作出的位置指令及反力指令的图。

图3是示出图1的伺服电动机控制装置中的位置指令及反力指令的控制的框图。

图4是示出在图1的伺服电动机控制装置中制作出的位置指令及反力指令的替代方案的图。

图5是示出图1的伺服电动机控制装置中的控制过程的流程图。

附图标记说明

1：伺服电动机控制装置；10：基础信息获取部；20：位置指令制作部；30：反力指令制作部；40：位置获取部；50：位置基准驱动控制部；60：反力获取部；70：反力基准驱动控制部；80：驱动信号选择部；M：伺服电动机；W：被驱动体。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本公开的实施方式。图1是示出具备具有本公开的一个实施方式的伺服电动机控制装置1的结构的机床100的结构的框图。

图1的机床100具备被驱动体(例如冲压型)W、对被驱动体W进行驱动的伺服电动机M、向伺服电动机M供给驱动电流的伺服驱动器S以及向伺服驱动器S输入动作指令的伺服电动机控制装置1，并具有将被驱动体W的位置检测为伺服电动机M的旋转位置的位置检测部P以及检测被驱动体W从外部受到的反力的反力检测部F。

伺服电动机控制装置1具备：基础信息获取部10，其获取由伺服电动机M驱动的被驱动体W的初始位置及初始反力以及到达位置及到达反力；位置指令制作部20，其制作用于按时间来确定被驱动体W应处于的目标位置的位置指令；反力指令制作部30，其制作用于按时间来确定通过伺服电动机M的驱动应使被驱动体W受到的目标反力的反力指令；位置获取部40，其获取被驱动体W的实际的位置；位置基准驱动控制部50，其生成用于驱动伺服电动机M的位置基准驱动信号，以使由位置获取部40获取到的位置接近目标位置；反力获取部60，其获取被驱动体W实际受到的反力；反力基准驱动控制部70，其生成用于驱动伺服电动机M的反力基准驱动信号，以使由反力获取部60获取到的反力接近目标反力；以及驱动信号选择部80，其选择位置基准驱动信号和反力基准驱动信号中的任一个信号。

伺服电动机控制装置1能够通过在具有CPU、存储器等的计算机装置中安装适当的程序来构成。伺服电动机控制装置1的基础信息获取部10、位置指令制作部20、反力指令制作部30、位置获取部40、位置基准驱动控制部50、反力获取部60、反力基准驱动控制部70以及驱动信号选择部80是在功能上进行区别的，在物理构造及程序构造上可以不能明确地进行区分。

基础信息获取部10例如能够设为如下的结构：对加工程序进行分析，获取加工程序的各指令中的被驱动体W的初始位置及初始反力(前一个指令的到达位置及到达压力的位置及反力)、以及到达位置及到达反力。

位置指令制作部20基于由基础信息获取部10获取到的被驱动体W的初始位置及到达位置、以及在加工程序中指定或预先存储在伺服电动机控制装置1内部的参数，来制作使被驱动体W在每个时间的目标位置相对于时间成为二次以上的关系这样的位置指令。也就是说，位置指令制作部20能够构成为将目标位置x计算为二次以上的时间函数x(t)＝A_n·tⁿ+A_n-1·t^n-1+···+A₀·t⁰。此外，n为2以上的整数，A_n为各次的系数。

作为具体例，如图2所示，位置指令制作部20能够构成为制作使目标位置以二次的时间函数x(t)＝A₂·t²+A₁·t+A₀的形式随时间变化的位置指令。在该情况下，位置指令能够具有第一位置变化时间Q1、位于第一位置变化时间Q1之后的第二位置变化时间Q2以及位于第二位置变化时间Q2之后的第三位置变化时间Q3，其中，在该第一位置变化时间Q1，将最初的目标位置设为与初始位置相等的值，且使目标位置的二阶微分值(加速度)固定，在该第二位置变化时间Q2，使目标位置的一阶微分值(速度)固定(A₂＝0)，在该第三位置变化时间Q3，将目标位置的二阶微分值设为正负与第一位置变化时间Q1的二阶微分值的正负相反的值，并且将最后的目标位置设为与到达位置相等的值。此外，图2中虚线所示的部分表示与前工序及后工序之间保持指令值的状态。

位置指令中的目标位置的二阶微分值及一阶微分值的值根据机床100的装置结构、加工对象物等而存在适当的值。因此，优选将这些值设为在加工程序中指定的值或预先存储于伺服电动机控制装置1的值。

反力指令制作部30以使目标反力与目标位置之间的关系呈大致线性的方式制作反力指令。如图3所示，优选成为目标位置的时间与成为目标反力的时间的相关系数为位置基准驱动控制部50的增益与反力基准驱动控制部70的增益的比率以上。通过将位置指令与反力指令的相关系数设为所述比率以上，能够抑制利用位置基准驱动信号驱动伺服电动机M的情况下的反力与目标反力之间的偏差、以及利用反力基准驱动信号驱动伺服电动机M的情况下的位置与目标位置之间的偏差。由此，能够将机床100中的冲压压力及冲压速度这两方保持在适当的范围内，从而提高加工品质。作为位置指令与反力指令的相关系数的具体数值的下限，优选为0.90，更优选为0.95。

因此，与位置指令制作部20同样，反力指令制作部30基于由基础信息获取部10获取到的被驱动体W的初始反力及到达反力、以及在加工程序中指定或预先存储在伺服电动机控制装置1内部的参数，来制作使被驱动体W在每个时间的目标反力相对于时间成为二次以上的关系那样的反力指令。也就是说，反力指令制作部30能够构成为将目标反力y计算为次数与目标位置x的时间函数x(t)的次数相同的时间函数y(t)＝B_n·tⁿ+B_n-1·t^n-1+···+B₀·t⁰。

作为具体例，如图2所示，反力指令制作部30能够构成为制作使目标反力以二次的时间函数y(t)＝B₂·t²+B₁·t+B₀的形式随时间变化的反力指令。在该情况下，反力指令Sy能够具有第一反力变化时间R1、位于第一反力变化时间R1之后的第二反力变化时间R2以及位于第二反力变化时间R2之后的第三反力变化时间R3，其中，在该第一反力变化时间R1，将最初的目标反力设为与初始反力相等的值，且使目标反力的二阶微分值(加速度)固定，在该第二反力变化时间R2，使目标反力的一阶微分值(速度)固定(B₂＝0)，在该第三反力变化时间R3，将目标反力的二阶微分值设为正负与第一反力变化时间R1的二阶微分值的正负相反的值，并且将最后的目标反力设为与到达反力相等的值。

优选的是，该反力指令中的第一反力变化时间R1、第二反力变化时间R2以及第三反力变化时间R3与位置指令中的第一位置变化时间Q1、第二位置变化时间Q2以及第三位置变化时间Q3分别大致相等，特别优选的是，反力指令中的第二反力变化时间R2与位置指令中的第二位置变化时间Q2大致相等。由此，能够使目标反力与目标位置的关系呈大致线性。

作为第二反力变化时间R2与第二位置变化时间Q2之比的下限，优选为0.95，更优选为0.98。另一方面，作为第二反力变化时间R2与第二位置变化时间Q2之比的上限，优选为1.05，更优选为1.02。通过将第二反力变化时间R2与第二位置变化时间Q2之比设为所述下限以上且上限以下，能够使位置指令与压力指令之间的关系呈大致线性，从而能够抑制实际的位置及反力相对于目标位置及目标反力的偏移。

另外，如图4所示，反力指令制作部30也可以制作如下这样的反力指令：该反力指令中的目标反力在位置指令中的目标位置达到到达位置之前达到到达反力并成为固定值。也就是说，反力指令制作部30可以使反力指令中的第一反力变化时间R1及第三反力变化时间R3比位置指令中的第一位置变化时间Q1及第三位置变化时间Q3稍短。因此，反力指令也可以具有在第三反力变化时间R3之后将目标反力保持为到达反力的反力保持时间R4，以使整体的时间长度与位置指令的整体的时间长度一致。

为了生成这样的反力指令，可以在加工程序中描述第一反力变化时间R1及第三反力变化时间R3的值、或第一反力变化时间R1及第三反力变化时间R3与第一位置变化时间Q1及第三位置变化时间Q3之比。在该情况下，加工程序的指令可以包含表示是应用本实施方式的指令的代码编号、到达位置、第二反力变化时间R2中的速度、到达反力以及第一反力变化时间R1的长度。

另外，反力指令制作部30也可以使反力指令中的第二反力变化时间R2比位置指令中的第二位置变化时间Q2稍短，由此制作出如下这样的反力指令：该反力指令中的目标反力在位置指令中的目标位置达到到达位置之前达到到达反力，并成为固定值。在该情况下，也可以设为在加工程序中描述第二反力变化时间R2的值、或第二反力变化时间R2与第二位置变化时间Q2之比。

与被驱动体W的位置的反馈控制相比，被驱动体W的反力的反馈控制的响应较慢。因此，通过使反力指令中的目标反力先于位置指令中的目标位置达到到达反力，来补偿反力的控制的响应的延迟，从而能够使被驱动体W的实际的位置与实际的反力更接近于线性，因此能够进一步减小实际的位置及反力相对于目标位置及目标反力的偏差。

位置获取部40获取位置检测部P的检测值。此外，位置检测部P例如能够设为设置于伺服电动机M的旋转编码器等。

位置基准驱动控制部50基于位置指令中的当前的目标位置与由位置获取部40获取到的被驱动体W的实际的位置的偏差，来生成用于指定伺服电动机M的输出、例如速度、转矩等的位置基准驱动信号。也就是说，位置基准驱动控制部50进行使位置基准驱动信号的值变化以使被驱动体W的位置接近目标位置的反馈控制。

反力获取部60获取反力检测部F的检测值。此外，反力检测部F例如能够设为具有应变仪等的结构。

反力基准驱动控制部70基于反力指令中的当前的目标反力与由反力获取部60获取到的被驱动体W的实际的反力的偏差，来生成用于指定伺服电动机M的输出、例如速度、转矩等的反力基准驱动信号。也就是说，反力基准驱动控制部70进行使反力基准驱动信号的值变化以使被驱动体W的反力接近目标反力的反馈控制。

驱动信号选择部80考虑位置基准驱动信号的值和反力基准驱动信号的值，来选择位置基准驱动信号及反力基准驱动信号中的任一方并输入到伺服驱动器S。具体地说，驱动信号选择部80能够设为将位置基准驱动信号及反力基准驱动信号的值较小的一方输入到伺服驱动器S的结构。另外，驱动信号选择部80也可以参考位置基准驱动信号及反力基准驱动信号的过去的值、除了这些信息以外的其它信息，来决定选择位置基准驱动信号和反力基准驱动信号中的哪一个。

图5示出伺服电动机控制装置1中的机床100的一个工序的控制过程。伺服电动机控制装置1具备以下工序：获取包括被驱动体W的初始位置及初始反力、以及到达位置及到达反力的基础信息(步骤S11：基础信息获取工序)；制作用于按时间来确定被驱动体W的目标位置的位置指令(步骤S12：位置指令制作工序)；制作用于按时间来确定被驱动体W应受到的目标反力的反力指令(步骤S13：反力指令制作工序)；获取被驱动体W的实际的位置(步骤S14：位置获取工序)；生成用于驱动伺服电动机M的位置基准驱动信号，以使被驱动体W的实际的位置接近目标位置(步骤S15：位置基准驱动信号生成工序)；获取被驱动体W实际受到的反力(步骤S16：反力检测工序)；生成用于驱动伺服电动机M的反力基准驱动信号，以使被驱动体W的实际的反力接近目标反力(步骤S17：反力基准驱动信号生成工序)；将位置基准驱动信号与反力基准驱动信号进行比较(步骤S18：驱动信号比较工序)；对伺服驱动器S输出位置基准驱动信号(步骤S19：位置基准驱动信号输出工序)；对伺服驱动器S输出反力基准驱动信号(步骤S20：反力基准驱动信号输出工序)；以及确认应用本控制的工序是否已结束(步骤S21：结束确认工序)。

在步骤S11的基础信息获取工序中，由基础信息获取部10获取被驱动体W的初始位置、初始反力、到达位置及到达反力、以及制作位置指令及反力指令所需要的信息。

在步骤S12的位置指令制作工序中，由位置指令制作部20基于通过基础信息获取工序获取到的信息，来制作使目标位置随时间变化的位置指令。

在步骤S13的反力指令制作工序中，由反力指令制作部30基于通过基础信息获取工序获取到的信息，来制作以与目标位置的关系呈大致线性的方式使目标反力随时间变化的反力指令。

在步骤S14的位置获取工序中，通过位置获取部40来确认被驱动体W的当前的位置。

在步骤S15的位置基准驱动信号生成工序中，由位置基准驱动控制部50生成用于驱动伺服电动机M的位置基准驱动信号，以使通过位置指令制作工序制作出的位置指令中的当前的目标位置与通过位置获取工序确认出的被驱动体W的位置的偏差减小。

在步骤S16的反力检测工序中，通过反力获取部60来确认作用于被驱动体W的当前的反力。

在步骤S17的反力基准驱动信号生成工序中，由反力基准驱动控制部70生成用于驱动伺服电动机M的反力基准驱动信号，以使通过反力指令制作工序制作出的反力指令中的当前的目标反力与通过位置获取工序确认出的被驱动体W的反力的偏差减小。

在步骤S18的驱动信号比较工序中，确认通过位置基准驱动信号生成工序生成的位置基准驱动信号的值是否为通过反力基准驱动信号生成工序生成的反力基准驱动信号的值以下。在该驱动信号比较工序中，在位置基准驱动信号为反力基准驱动信号以下的情况下，进入步骤S19的位置基准驱动信号输出工序，在位置基准驱动信号超过反力基准驱动信号的情况下，进入步骤S20的反力基准驱动信号输出工序。

在步骤S19的位置基准驱动信号输出工序中，输出通过位置基准驱动信号生成工序生成的位置基准驱动信号。另一方面，在步骤S20的反力基准驱动信号输出工序中，输出通过反力基准驱动信号生成工序生成的反力基准驱动信号。也就是说，在步骤S18至S20中，选择位置基准驱动信号及反力基准驱动信号之中较小的一方并输出到伺服驱动器S。

在步骤S21的结束确认工序中，确认应用本控制的工序是否已结束、也就是说确认是否到达了位置指令及反力指令的时间的最后。在应用本控制的工序未结束的情况下，也就是说，在剩余有在位置基准驱动信号生成工序中未利用的目标位置及在反力基准驱动信号生成工序中未利用的目标反力的情况下，返回到步骤S14并重复以后的工序。

如上所述，伺服电动机控制装置1在位置指令制作部20中制作相对于时间成为二次以上的关系那样的位置指令，在反力指令制作部30中制作与位置指令之间的关系呈大致线性那样的反力指令。由此，伺服电动机控制装置1在使用位置基准驱动控制部50进行使被驱动体W的实际的位置接近位置指令中的目标位置的反馈控制的情况下，能够抑制作用于被驱动体W的实际的反力与反力指令中的目标反力之差变大。另外，伺服电动机控制装置1在使用反力基准驱动控制部70进行使作用于被驱动体W的反力接近反力指令中的目标反力的反馈控制的情况下，也能够抑制被驱动体W的实际的位置与位置指令中的目标位置之差变大。该效果在进行使机床100的动作速度增加的超越控制的情况下特别显著。

以上，对本公开所涉及的伺服电动机控制装置的实施方式进行了说明，但是本公开所涉及的伺服电动机控制装置不限于上述的实施方式。另外，本实施方式所记载的效果只是列举了本公开所产生的最佳的效果，由本公开所涉及的伺服电动机控制装置获得的效果并不限定于本实施方式所记载的效果。

在本公开所涉及的伺服电动机控制装置中，位置指令及反力指令例如也可以被计算为指数函数、三角函数等任意的函数，也可以连接多个一次函数来计算，还可以参照任意的基准波形来进行计算。