通過兩個電動機驅動一個被驅動體的控制裝置的製作方法

2023-05-01 00:25:36 1

專利名稱：通過兩個電動機驅動一個被驅動體的控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及在工具機等中通過兩個電動機驅動工件或刀具那樣的一個被驅動體的控制裝置。
背景技術：
在工具機等中，在電動機的被驅動體體積大，因此通過一個電動機無法加減速的情況下、或者電動機與被驅動體之間的齒側間隙(backlash)大，因此無法在穩定的狀態下移動被驅動體的情況下，進行用兩個電動機驅動一個被驅動體的雙驅動(tandem)控制。在這種雙驅動控制中，在兩個電動機間的結合剛性高的情況下，由於兩個電動機間的微小的同步誤差，兩個電動機間的驅動力互相干擾，有時發生振動。為了抑制這種振動，例如在特許第3492583號公報(JP3492583B2)中提出了具有基於兩個電動機的速度值 差來抑制振動的一個處理器(例如數位訊號處理器(DSP ))的控制裝置。但是一個處理器的處理能力有限。例如當兩個電動機是對應於一個轉子以及一個速度檢測器具有多個定子線圈的旋轉型伺服電動機的情況下，或者兩個電動機是對應於一個磁鐵板以及一個速度檢測器具有多個滑塊的兩個線性伺服電動機的情況下，對於一個電動機需要包含電流控制等的多個電動機驅動部的處理，因此無法通過一個處理器控制兩個電動機。因此，為了抑制在兩個電動機的雙驅動控制中可能產生的振動，有時必須通過兩個處理器控制兩個電動機。

發明內容
本發明作為一種形式，提供一種為了抑制由於兩個電動機間的驅動力互相干擾而可能產生的振動，能夠通過兩個處理器控制兩個電動機的控制裝置。根據本發明的一種形式，控制裝置是通過第一電動機以及第二電動機驅動一個被驅動體的控制裝置，其中，具備控制第一電動機的第一處理器和控制第二電動機的第二處理器，第一處理器具有取得第一電動機的速度值的第一速度值取得部；將第一電動機的速度值發送到所述第二處理器，並且從第二處理器接收第二電動機的速度值的第一收發部；計算第一電動機的速度值與第二電動機的速度值的速度值差的第一速度值差計算部；以及為了抑制由於第一電動機和第二電動機之間的驅動力互相干擾而產生的振動，根據速度值差計算與對第一電動機的轉矩指令對應的修正量的第一修正量計算部，第二處理器具有取得第二電動機的速度值的第二速度值取得部；將第二電動機的速度值發送到第一處理器，並且從第一處理器接收第一電動機的速度值的第二收發部；計算第一電動機的速度值與第二電動機的速度值的速度值差的第二速度值差計算部；以及為了抑制由於第一電動機和第二電動機之間的驅動力互相干擾而產生的振動，根據速度值差計算與對第二電動機的轉矩指令對應的修正量的第二修正量計算部。在優選的情況下，第一修正量計算部以及第二修正量計算部分別具有將速度值差的相位提前的相位補償部；以及根據將相位提前後的速度值差計算扭轉修正量的扭轉修正量計算部和根據將相位提前後的速度值差計算摩擦修正量的摩擦修正量計算部。在優選的情況下，第一電動機以及第二電動機分別是對應於一個轉子以及一個速度檢測器具有多個定子線圈的旋轉型伺服電動機。在優選的情況下，第一電動機以及第二電動機分別是對應於一個磁鐵板以及一個速度檢測器具有多個滑塊的線性伺服電動機。根據本發明的一種形式，為了根據第一電動機的速度與第二電動機的速度的差抑制振動，兩個處理器都可以取得第一電動機的 速度和第二電動機的速度的雙方。因此，為了抑制兩個電動機間的驅動力互相干擾而可能產生的振動，可以通過兩個處理器控制兩個電動機。


本發明的目的、特徵以及優點，通過與附圖相關的以下的實施方式的說明會變得更加明了。在該附圖中圖I是通過本發明的一個實施方式的控制裝置驅動兩個旋轉型伺服電動機的系統的框圖。圖2是詳細表示圖I的控制裝置的一方處理器的框圖。圖3是詳細表示圖I的控制裝置的另一方處理器的框圖。圖4是圖I的控制裝置的動作的流程圖。圖5是通過本發明的一個實施方式的控制裝置驅動兩個線性伺服電動機的系統的框圖。
具體實施例方式參照

本發明的控制裝置的實施方式。此外，該附圖中對相同結構要素賦予相同符號。當參照附圖時，圖I是通過本發明的一個實施方式的控制裝置驅動兩個旋轉型伺服電動機的系統的框圖。在圖I中，控制裝置I基於來自控制裝置I所連接的CNC(數值控制裝置)等上位控制裝置2的作業工序所對應的指令信號，分別控制旋轉型伺服電動機3a、3b的位置、速度、轉矩等。通過控制裝置I的控制，作為與旋轉型伺服電動機3a、3b連接的被驅動體的工作檯4沿著滾珠絲槓5a、5b滑動。控制裝置I為了分別控制旋轉型伺服電動機3a、3b的位置、速度、轉矩等，分別設置檢測旋轉型伺服電動機3a、3b的速度(旋轉速度)並將檢測出的速度提供給控制裝置I的速度檢測器6a、6b。例如將檢測器6a、6b設為生成與旋轉型伺服電動機3a、3b的速度成比例的脈衝的編碼器。在旋轉型伺服電動機3a中，對應於一個轉子6a』和一個速度檢測器6a具有多個(在這種情況下為2個)定子線圈31a、32a,與滾珠絲槓5a連接的旋轉型伺服電動機3a的驅動軸(未圖示)起到主軸的作用。另一方面，在旋轉型伺服電動機3b中，對應於一個轉子6b』和一個速度檢測器6b具有多個(在這種情況下為2個)定子線圈3lb、32b,與滾珠絲槓5b連接的旋轉型伺服電動機3b的驅動軸(未圖示)起到從軸的作用。控制裝置I具有作為處理器的DSPlla、llb和放大器12a、12b、13a、13b。DSPlla具有電動機驅動部40a、50a和減振控制部60a。同樣，DSPllb具有電動機驅動部40b、50b和減振控制部60b。圖2是詳細表示圖I的控制裝置的一方處理器的框圖。在圖2中，電動機驅動部40a具有位置控制部41a、速度控制部42a、加法器43a和電流控制部44a。位置控制部41a根據所設定的位置增益，在與電動機驅動部50a取得同步的同時，與從上位控制裝置2輸入的位置指令信號、和通過對來自速度檢測器6a的速度反饋信號進行積分而生成的位置的反饋信號對應地進行動作。速度控制部42b根據所設定的速度增益，與來自位置控制部41a的速度指令信號、和來自速度檢測器6a的速度的反饋信號對應地進行動作。加法器43a將輸入一方輸入部的來自速度控制部42a的轉矩指令信號和輸入另一方輸入部的後述的修正量信號相加，將加法器43a的輸出信號供給電流控制部44a。電流控制部44a與加法器43a的輸出信號和來自放大器12a的電流的反饋信號對應地進行動作。放大器12a根據輸入到放大器12a的電流控制部44a的輸出信號,控制向旋轉伺服電動機3a的供給功率。
同樣，電動機驅動部50a具有位置控制部51a、速度控制部52a、加法器53a和電流控制部54a。位置控制部51a根據所設定的位置增益，在與電動機驅動部40a取得同步的同時，進行與從上位控制裝置2輸入的位置指令信號、和通過對來自速度檢測器6a的速度的反饋信號進行積分而生成的位置的反饋信號對應的動作。速度控制部52a根據所設定的速度增益，與來自位置控制部51a的速度指令信號和來自速度檢測器6a的速度的反饋信號對應地進行動作。加法器53a將輸入一方輸入部的來自速度控制部52a的轉矩指令信號和輸入另一方輸入部的後述的修正量信號相加，並將加法器53a的輸出信號供給電流控制部54a。電流控制部54a進行與加法器53a的輸出信號和來自放大器13a的電流的反饋信號對應的動作。放大器13a根據輸入放大器13a的電流控制部54a的輸出信號,控制向旋轉伺服電動機3a的供給功率。減振控制部60a抑制由於旋轉型伺服電動機3a和旋轉型伺服電動機3b之間的驅動力互相干擾而產生的振動。為此，減振控制部60a具有速度值取得部61a、收發部62a、存儲器63a、速度值差計算部64a和修正量計算部65a。速度值取得部61a，以預定的採樣周期T (例如T=I毫秒)取得來自速度檢測器6a的速度反饋的信號，作為旋轉型伺服電動機3a的速度值，並作為旋轉型伺服電動機3a的速度反饋值，存儲在存儲器63a中。收發部62a將存儲器63a中存儲的旋轉型伺服電動機3a的速度值發送到DSPl Ib，並且以與速度值取得部61a取得旋轉型伺服電動機3a的速度值的方法同樣的方法從DSPllb接收DSPllb取得的旋轉型伺服電動機3b的速度值。此外，根據上位控制裝置2的控制，使用介於DSPlla和DSPllb之間的IIC總線那樣的通信路徑7 (圖I)來進行DSPlla和DSPI Ib之間的通信。速度值差計算部64a從存儲器63a讀出旋轉型伺服電動機3a的速度值以及旋轉型伺服電動機3b的速度值，計算旋轉型伺服電動機3a的速度值與旋轉型伺服電動機3b的速度值之間的速度值差。修正量計算部65a為了抑制由於旋轉型伺服電動機3a和旋轉型伺服電動機3b之間的驅動力互相干擾而產生的振動，計算與對旋轉型伺服電動機3a的轉矩指令對應的修正量。為此，修正量計算部65a具有相位補償部66a、扭轉修正部67a和摩擦修正部68a。相位補償部66a具有將速度值差計算部64a輸出的速度值差信號的相位提前的功能。扭轉修正部67a根據通過相位補償部66a將相位提前後的速度值差信號，生成扭轉修正量信號。摩擦修正部68a根據通過相位補償部66a將相位提前了的速度值差信號生成摩擦修正量信號。加法器69a將輸入到一方輸入部的來自扭轉修正部67a的修正量信號和輸入到另一方輸入部的來自摩擦修正部68a的摩擦修正量信號相加，將與扭轉修正量信號和摩擦修正量信號的和相當的修正量信號供給加法器43a的另一方輸入部以及加法器53a的另一方輸入部。因此，向電流控制部44a輸入在來自速度控制部42a的轉矩指令信號上加上來自加法器69a的修正量信號所得的信號，向電流控制部54a輸入在來自速度控制部52a的轉矩指令信號上加上來自加法器69a的修正量信號所得的信號。相位補償部66a通過補償圖I所示的系統的延遲能夠提高減振效果。另外，扭轉 修正部67a通過進行扭轉修正(彈力修正)，可以抑制由於旋轉型伺服電動機3a和旋轉型伺服電動機3b之間的驅動力互相干擾而產生的振動。而且，摩擦修正部68a通過進行摩擦修正，可以抑制由於旋轉型伺服電動機3a和旋轉型伺服電動機3b之間的驅動力互相干擾而產生的振動。圖3是詳細表示圖I的控制裝置的另一方處理器的框圖。在圖3中，電動機驅動部40b具有分別具有與圖2的位置控制部41a、速度控制部42a以及電流控制部44a同樣的功能的位置控制部41b、速度控制部42b以及電流控制部44b，並具有減法器43b來代替圖2的加法器43a。同樣地，電動機驅動部50b具有分別具有與圖2的位置控制部51a、速度控制部52a以及電流控制部54a同樣的功能的位置控制部51b、速度控制部52b以及電流控制部54b，並具有減法器53b來代替圖2的加法器53a。減振控制部60b具有分別具有與圖2的速度製取得部61a、收發部62a、存儲器63a、速度值差計算部64a以及修正量計算部65a同樣的功能的速度值取得部61b、收發部62b、存儲器63b、速度值計算部64b以及修正量計算部65b。電動機驅動部40b具有減法器43b而代替圖2的加法器43a，電動機驅動部50b具有減法器53b而代替圖2的加法器53a，因此，向電流控制部44b輸入從來自速度控制部42b的轉矩指令信號減去來自加法器69a的修正量信號而得的信號，向電流控制部54a輸入從來自速度控制部52a的轉矩指令信號減去來自加法器69a的修正量信號而得的信號。圖4是圖I的控制裝置的動作的流程圖。在DSPlla以及DSPllb接收到來自上位控制裝置2的表示驅動工作檯4的指令信號後，以預定次數執行該流程圖。首先，在步驟Sl-I中，速度值取得部61a取得旋轉型伺服電動機3a的速度值，在步驟S1-2中，速度值取得部61b取得旋轉型伺服電動機3b的速度值。然後，在步驟S2-1中，收發部62a將旋轉型伺服電動機3a的速度值發送給DSPllb，在步驟S2-2中，收發部62b將旋轉型伺服電動機3b的速度值發送給DSPlla。然後，在步驟S3-1中，收發部62a從DSPl Ib接收旋轉型伺服電動機3b的速度值，在步驟S3-2中，收發部62b從DSPlla接收旋轉型伺服電動機3a的速度值。 然後，在步驟S4-1中，速度值差計算部64a計算旋轉型伺服電動機3a的速度值與旋轉型伺服電動機3b的速度值之間的速度值差，在步驟S4-2中，速度值差計算部64b計算旋轉型伺服電動機3a的速度值與旋轉型伺服電動機3b之間的速度值之間的速度值差。然後，在步驟S5-1中，相位補償部66a計算由速度值差計算部64a輸出的速度值差信號的相位補償量，在步驟S5-2中，相位補償部66b計算由速度值差計算部64b輸出的速度值差信號的相位補償量。然後，在步驟S6-1中，扭轉修正部67a根據通過相位補償部66a進行了相位補償的速度值差信號計算扭轉修正量，在步驟S6-2中，扭轉修正部67b根據通過相位補償部66b進行了相位補償的速度值差信號計算扭轉修正量。然後，在步驟S7-1中，摩擦修正部68a根據通過相位補償部66a進行了相位補償的速度值差信號計算摩擦修正量，在步驟S7-2中，摩擦修正部68b根據通過相位補償部66b進行了相位補償的速度值差信號計算摩擦修正量。 然後，在步驟S8-1中，加法器43a在來自速度控制部42a的轉矩指令上加上修正量(在這種情況下是扭轉修正量與摩擦修正量的和)，加法器53a在來自速度控制部52a的轉矩指令上加上修正量，結束DSPlla側的處理。另外，在步驟S8-2中，減法器43b從來自速度控制部42b的轉矩指令中減去修正量，減法器53b從來自速度控制部52b的轉矩指令中減去修正量，結束DSPlIb側的處理。根據本實施方式，為了根據旋轉型伺服電動機3a的速度值和旋轉型伺服電動機3b的速度值之間的速度值差來抑制振動，兩個DSPlla以及DSPllb都可以取得旋轉型伺服電動機3a的速度值和旋轉型伺服電動機3b的速度值的雙方。因此，為了抑制由於旋轉型伺服電動機3a和旋轉型伺服電動機3b之間的驅動力互相干擾而可能產生的振動，可以通過兩個DSPlla以及DSPllb來控制兩個旋轉型伺服電動機3a以及旋轉型伺服電動機3b。圖5是通過本發明的一個實施方式的控制裝置驅動兩個線性伺服電動機的系統的框圖。在圖5中，控制裝置I根據來自與控制裝置I連接的CNC (數值控制裝置)等上位裝置2的與作業工序對應的指令信號，分別控制線性伺服電動機30a、30b的位置、速度、轉矩等。通過控制裝置I的控制，作為與線性伺服電動機30a、30b連接的被驅動體的工作檯14沿著磁鐵板15a、15b滑動。圖5的控制裝置I、上位控制裝置2以及速度檢測器6a、6b具有與圖I的控制裝置I、上位控制裝置2以及速度檢測器6a、6b相同的結構，因此省略它們的說明。線性伺服電動機30a對應於一個磁體板15a和一個速度檢測器6a具有多個(在這種情況下為2個)滑塊33a、34a。另一方面,線性伺服電動機30b對應於一個磁鐵板15b和一個速度檢測器6b具有多個(在這種情況下為2個)滑塊33b、34b。根據本實施方式，為了由控制裝置I如上所述那樣進行減振控制，由此來抑制由於線性伺服電動機30a和線性伺服電動機30b之間的驅動力互相干擾而可能產生的振動，可以通過兩個DSPl Ia以及DSPllb控制兩個線性伺服電動機30a以及線性伺服電動機30b。本發明不限於上述實施方式，能夠進行若干變更以及變形。例如在上述實施方式中說明了通過本發明的控制裝置控制兩個旋轉型伺服電動機或兩個線性伺服電動機的情況，但是兩個振動型伺服電動機等也可以通過本發明的控制裝置來控制。另外，作為被驅動體，也可以使用機械臂、在它們上裝卸的工件等。而且，在上述實施方式中說明了進行扭轉修正和摩擦修正的雙方的情況，但是也可以僅進行扭轉修正和摩擦修正中的某一方。
以上，與優選實施方式相關聯地說明了本發明，但是本領域技術人員能夠理解，在不脫離請求專利保護的範圍的公開範圍的情況下，可以進行各種修正以及變更。
權利要求
1.一種通過第一電動機(3a ；30a)以及第二電動機(3b ；30b)驅動一個被驅動體(4 ；14)的控制裝置(I )，其特徵在於， 具備控制所述第一電動機的第一處理器(Ila)和控制所述第二電動機的第二處理器(lib), 所述第一處理器具有 取得所述第一電動機的速度值的第一速度值取得部(61a)； 將所述第一電動機的速度值發送到所述第二處理器，並且從所述第二處理器接收所述第二電動機的速度值的第一收發部(62a)； 計算所述第一電動機的速度值與所述第二電動機的速度值的速度值差的第一速度值差計算部(64a);以及 為了抑制由於所述第一電動機和所述第二電動機之間的驅動力互相干擾而產生的振動，根據所述速度值差計算與對所述第一電動機的轉矩指令對應的修正量的第一修正量計算部(65a)， 所述第二處理器具有 取得所述第二電動機的速度值的第二速度值取得部(61b)； 將所述第二電動機的速度值發送到所述第一處理器，並且從所述第一處理器接收所述第一電動機的速度值的第二收發部(62b)； 計算所述第一電動機的速度值與所述第二電動機的速度值的速度值差的第二速度值差計算部(64b);以及 為了抑制由於所述第一電動機和所述第二電動機之間的驅動力互相干擾而產生的振動，根據所述速度值差計算與對所述第二電動機的轉矩指令對應的修正量的第二修正量計算部(65b)。
2.根據權利要求I所述的控制裝置，其特徵在於， 所述第一修正量計算部以及所述第二修正量計算部分別具有以下部件中的至少一方 將所述速度值差的相位提前的相位補償部(66a ;66b);以及 根據將所述相位提前後的速度值差計算扭轉修正量的扭轉修正量計算部(67a ；67b)和根據將所述相位提前後的速度值差計算摩擦修正量的摩擦修正量計算部(68a ;68b)。
3.根據權利要求I或2所述的控制裝置，其特徵在於， 所述第一電動機以及所述第二電動機分別是對應於一個轉子(6a』 ;6b』)以及一個速度檢測器(6a ；6b)具有多個定子線圈(31a，32a ;31b，32b)的旋轉型伺服電動機(3a ;3b)。
4.根據權利要求I或2所述的控制裝置，其特徵在於， 所述第一電動機以及所述第二電動機分別是對應於一個磁鐵板(15a ；15b)以及一個速度檢測器(6a ;6b)具有多個滑塊(33a，34a ；33b, 34b)的線性伺服電動機(30a ;30b)。
全文摘要
本發明提供一種通過兩個電動機驅動一個被驅動體的控制裝置。第一處理器為了抑制振動，具有根據第一電動機的速度值與第二電動機的速度值的速度值差，計算與對第一電動機的轉矩指令對應的修正量的第一修正量計算部。第二處理器為了抑制振動，具有根據第一電動機的速度值與第二電動機的速度值的速度值差，計算與對第二電動機的轉矩指令對應的修正量的第二修正量計算部。
文檔編號H02P5/50GK102904495SQ20121025983
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月25日 優先權日2011年7月26日
發明者園田直人, 巖下平輔 申請人:發那科株式會社