專利名稱：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，致力于即使進(jìn)給機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠因經(jīng)年變化或溫度變化而伸縮從而滾珠絲杠的剛性發(fā)生變化，也能夠準(zhǔn)確地對負(fù)載的位置進(jìn)行伺服控制的技術(shù)。
背景技術(shù)：
エ業(yè)機(jī)械中，有通過伺服控制裝置對負(fù)載的位置、速度進(jìn)行伺服控制的情況。在此種エ業(yè)機(jī)械中，將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過滾珠絲杠轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，而使負(fù)載進(jìn)行直線移動(dòng)。<機(jī)床的結(jié)構(gòu)>作為此種エ業(yè)機(jī)械的代表例，包括機(jī)床?；趫D2，說明機(jī)床的一例。如該圖所示，在機(jī)座01上配置工作臺02，工作臺02 以能夠沿著X方向移動(dòng)的方式設(shè)置在機(jī)座01上。在門形的立柱03上配置有升降自如(沿Z方向移動(dòng)自如)的橫導(dǎo)軌04。在橫導(dǎo)軌04上，具備滑塊06的鞍座05設(shè)置成能夠沿著Y方向移動(dòng)。作為負(fù)載的工作臺02的X方向移動(dòng)通過進(jìn)給機(jī)構(gòu)來進(jìn)行。而且，作為負(fù)載的鞍座 05的Y方向移動(dòng)也通過設(shè)置于橫導(dǎo)軌04的另ー進(jìn)給機(jī)構(gòu)來進(jìn)行。這種情況下，工作臺02 或鞍座05的位置及移動(dòng)速度要求高精度地控制。在此，參照圖3，說明對工作臺02進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)10及其周圍的裝置結(jié)構(gòu)。進(jìn)給機(jī)構(gòu)10構(gòu)成為以由齒輪等構(gòu)成的減速器20和滾珠絲杠30為主要部件。另外，在圖3中，減速器20被簡化圖示。滾珠絲杠30的螺紋部31中，其基端側(cè)(圖3中的左端側(cè))由旋轉(zhuǎn)支承托架3 支承為旋轉(zhuǎn)自如，而其前端側(cè)(圖3中的右端側(cè))由旋轉(zhuǎn)支承托架32b支承為旋轉(zhuǎn)自如。旋轉(zhuǎn)支承托架32a、32b分別由軸承和托架構(gòu)成，在機(jī)座01上分離配置。其中，旋轉(zhuǎn)支承托架 32b配置成將螺紋部31向基端側(cè)(圖3中的右側(cè))拉伸而對螺紋部31施加拉伸張力。
滾珠絲杠30的螺母部33與螺紋部31螺合，并與工作臺02連接。伺服電動(dòng)機(jī)40的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由進(jìn)給機(jī)構(gòu)10的滾珠絲杠30轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。S卩，當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)40旋轉(zhuǎn)吋，其旋轉(zhuǎn)カ經(jīng)由減速器20向螺紋部31傳遞而螺紋部 31旋轉(zhuǎn)。當(dāng)螺紋部31旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺母部33沿著螺紋部31進(jìn)行直線移動(dòng)，對應(yīng)于該螺母部33 的直線移動(dòng)而工作臺02進(jìn)行直線移動(dòng)。此時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)40的旋轉(zhuǎn)位置通過配置于伺服電動(dòng)機(jī)40的脈沖編碼器41來檢測。脈沖編碼器41在伺服電動(dòng)機(jī)40的轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)預(yù)先決定的旋轉(zhuǎn)角度時(shí)輸出脈沖信號。 因此，從脈沖編碼器41輸出的信號(脈沖信號)成為表示伺服電動(dòng)機(jī)40的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的電動(dòng)機(jī)位置信號θ M，并且也成為表示伺服電動(dòng)機(jī)40的旋轉(zhuǎn)速度的電動(dòng)機(jī)速度信號ωΜ。工作臺02的直線移動(dòng)位置通過直線尺等位置檢測器34來檢測。位置檢測器34 輸出表示工作臺(負(fù)載)02的位置的負(fù)載位置信號θド
〈反饋控制的說明〉在圖3所示的機(jī)構(gòu)中，為了進(jìn)行工作臺02的位置控制，通常使用古典控制理論即反饋控制。參照圖4，說明該反饋控制的方法。如圖4所示，控制部100具有減法器101、乘法器102、減法器103、比例積分運(yùn)算器 104。減法器101輸出位置指令信號θ與負(fù)載位置信號θ ^之差即位置偏差信號Δ θ。 乘法器102將位置偏差信號Δ θ乘以位置環(huán)路增益Kp而輸出速度偏差信號AV。減法器 103輸出速度偏差信號ΔΥ與電動(dòng)機(jī)速度信號ωΜ之差即速度指令信號V。比例積分運(yùn)算器104對速度指令信號V進(jìn)行比例積分運(yùn)算而輸出轉(zhuǎn)矩指令信號 τ οS卩，在比例積分運(yùn)算器104中，使用速度環(huán)路增益Kv和積分時(shí)間常數(shù)Tv，進(jìn)行τ = VX{Kv(l+(l/Tvs))}這樣的運(yùn)算而求出轉(zhuǎn)矩指令信號τ。另外，s是拉普拉斯算子(另外， 在以下的說明中，“ s”表示拉普拉斯算子)。電流控制部110將成為與轉(zhuǎn)矩指令信號τ對應(yīng)的電流值的電流向伺服電動(dòng)機(jī)40 供給。由此，伺服電動(dòng)機(jī)40進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。這種情況下，雖然未圖示，但以成為與轉(zhuǎn)矩指令信號τ對應(yīng)的電流值的方式進(jìn)行電流的反饋控制。如此，對驅(qū)動(dòng)工作臺02的伺服電動(dòng)機(jī)40進(jìn)行控制的控制部100通過以位置環(huán)路為主環(huán)路且以速度環(huán)路和電流環(huán)路為輔助環(huán)路這樣的3重的環(huán)路來進(jìn)行反饋控制。圖4是沿著X方向驅(qū)動(dòng)工作臺02的進(jìn)給機(jī)構(gòu)10的控制系統(tǒng)，但是沿著Y方向驅(qū)動(dòng)鞍座05的進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)也為同樣的結(jié)構(gòu)。然而，在圖4所示的反饋控制中，相對于由位置指令信號θ指令的位置，實(shí)際的エ 作臺(負(fù)載)02的位置延遲而進(jìn)行追隨?！辞梆伩刂频恼f明〉作為對在反饋控制中產(chǎn)生的控制延遲進(jìn)行補(bǔ)償?shù)臋C(jī)構(gòu)，向反饋控制加入前饋控制。圖5是向圖4所示的反饋控制電路加入前饋控制部150及加法器151、152的圖。在前饋控制部150中，對位置指令信號θ進(jìn)行微分，并乘以位置控制環(huán)路延遲補(bǔ)償系數(shù)α，而求出位置延遲補(bǔ)償信號Q。而且，對位置延遲補(bǔ)償信號C1進(jìn)行微分，并乘以速度控制環(huán)路延遲補(bǔ)償系數(shù)β，而求出速度延遲補(bǔ)償信號C2。并且，通過加法器151，將速度偏差信號Δ V加上位置延遲補(bǔ)償信號C1，進(jìn)而，通過加法器152，將轉(zhuǎn)矩指令信號τ加上速度延遲補(bǔ)償信號C2，由此進(jìn)行前饋控制。如此加上位置延遲補(bǔ)償信號C1來補(bǔ)償位置延遲，加上速度延遲補(bǔ)償信號C2來補(bǔ)償速度延遲，由此能夠?qū)υ诜答伩刂浦挟a(chǎn)生的位置延遲及速度延遲大致完全地進(jìn)行補(bǔ)償。然而，即使是向反饋控制加入前饋控制的控制，也無法補(bǔ)償控制對象即機(jī)械要素的彎曲或扭轉(zhuǎn)等動(dòng)態(tài)的變形引起的延遲或振動(dòng)。更具體地說明的話，進(jìn)給機(jī)構(gòu)10由減速器20和滾珠絲杠30構(gòu)成，由于滾珠絲杠 30的剛性有限，因此在軸移動(dòng)等運(yùn)動(dòng)時(shí)，在滾珠絲杠30會發(fā)生扭轉(zhuǎn)或彎曲，這會成為使加エ精度惡化的原因。<使用了控制對象的近似模型及反特性模型的控制的說明>因此，提出了如下的技木求出控制對象的近似模型，并求出該近似模型的反極性模型(補(bǔ)償電路)，并在控制電路中加入反特性模型(補(bǔ)償電路)，由此來補(bǔ)償控制對象即機(jī)械要素的彎曲和扭轉(zhuǎn)等動(dòng)態(tài)的變形引起的延遲或振動(dòng)(例如參照專利文獻(xiàn)1 3)。參照圖6，說明將此種反特性模型(補(bǔ)償電路)加入到控制部的控制方法的一例 (專利文獻(xiàn)3所示的技木)。另外，在圖6中，對起到與圖4相同功能的部分標(biāo)注同一符號。在圖6所示的例子中，將機(jī)械系統(tǒng)的特性作為以伺服電動(dòng)機(jī)40和負(fù)載即工作臺02 為質(zhì)點(diǎn)的2質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的模型來特別確定。并且，該機(jī)械系統(tǒng)以通過控制部100進(jìn)行伺服控制(反饋控制)的情況為基本控制，并通過反特性模型300進(jìn)行前饋補(bǔ)償控制。如圖6所示，對伺服電動(dòng)機(jī)40的特性進(jìn)行模型化而利用傳遞函數(shù)來表示吋，由方框40-1和方框40-2所示。另外，Jm表示電動(dòng)機(jī)慣量，Dm表示電動(dòng)機(jī)粘性。從方框40-1輸出電動(dòng)機(jī)速度信號ω Μ，從方框40_2輸出電動(dòng)機(jī)位置信號θ Μ。而且在對負(fù)載即工作臺02的特性進(jìn)行模型化而利用傳遞函數(shù)表示吋，由方框 02-1、方框02-2、方框02-3所示。另外，叉表示負(fù)載(工作臺)的慣量，Dl表示負(fù)載(工作臺)的粘性，Cl表示進(jìn)給機(jī)構(gòu)10的沿著滾珠絲杠30(螺紋部31、支承托架32a、32b、螺母部33)的軸向的彈簧粘性， &表示進(jìn)給機(jī)構(gòu)10的沿著滾珠絲杠30 (螺紋部31、支承托架32a、32b、螺母部33)的軸向的彈簧剛性。減法器201求出電動(dòng)機(jī)位置信號θ Μ與負(fù)載位置信號θ L的偏差(θ μ- θ J。方框 02-1在被輸入偏差(ΘΜ-Θ,)時(shí)，輸出反作用カ轉(zhuǎn)矩信號τ,。反作用カ轉(zhuǎn)矩信號τ L在被輸入到方框02-2吋，從方框02_3輸出負(fù)載位置信號減法器202求出轉(zhuǎn)矩指令信號τ與反作用カ轉(zhuǎn)矩信號τ L的偏差(τ - τふ該偏差(T-Tl)向方框40-1輸入。控制部100具有減法器101、乘法器102、減法器103a、比例積分運(yùn)算器104。減法器101輸出位置指令信號θ與負(fù)載位置信號θ ^之差即位置偏差信號Δ θ。 乘法器102將位置偏差信號Δ θ乘以位置環(huán)路增益Kp而輸出速度偏差信號Δ V。減法器103a輸出從速度偏差信號Δ V加上從反特性模型300輸出的速度補(bǔ)償信號V3tltl所得到的值減去電動(dòng)機(jī)速度信號ω Μ后的速度指令信號V。速度補(bǔ)償信號V·的詳細(xì)情況在后面敘述，通過追加(補(bǔ)償)該速度補(bǔ)償信號V·， 來補(bǔ)償在伺服電動(dòng)機(jī)40、進(jìn)給機(jī)構(gòu)10、工作臺(負(fù)載)02產(chǎn)生的“變形”、“彎曲”、“粘性”這樣的誤差要因，從而能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行工作臺02的位置控制(伺服控制)。比例積分運(yùn)算器104對速度指令信號V進(jìn)行比例積分運(yùn)算而輸出轉(zhuǎn)矩指令信號 τ ο伺服電動(dòng)機(jī)40從電流控制器(圖6中未圖示)供給與轉(zhuǎn)矩指令信號τ對應(yīng)的電流而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。這種情況下，雖然未圖示，但以成為與轉(zhuǎn)矩指令信號τ對應(yīng)的電流值的方式進(jìn)行電流的反饋控制。
如此，控制部100通過以位置環(huán)路為主環(huán)路且以速度環(huán)路和電流環(huán)路為輔助環(huán)路這樣的3重的環(huán)路來進(jìn)行反饋控制。反特性模型300具有1次微分項(xiàng)運(yùn)算部301、2次微分項(xiàng)運(yùn)算部302、3次微分項(xiàng)運(yùn)算部303、4次微分項(xiàng)運(yùn)算部304、5次微分項(xiàng)運(yùn)算部305、加法部310、比例積分反傳遞函數(shù)部 311。S卩，在反特性模型300中，通過在各微分項(xiàng)運(yùn)算部301 305、加法部310、比例積分反傳遞函數(shù)部311分別設(shè)定的運(yùn)算式，來設(shè)定對誤差要因進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償控制用傳遞函數(shù)。在各微分項(xiàng)運(yùn)算部301 305和加法部310中，對伺服電動(dòng)機(jī)40的動(dòng)態(tài)的誤差原因、進(jìn)給機(jī)構(gòu)10的動(dòng)態(tài)的誤差要因、及負(fù)載即工作臺02的動(dòng)態(tài)的誤差要因進(jìn)行補(bǔ)償，從而設(shè)定以使負(fù)載位置信號θし表示的位置與位置指令信號θ表示的位置一致的方式進(jìn)行補(bǔ)償控制的補(bǔ)償控制用傳遞函數(shù)。該補(bǔ)償控制用傳遞函數(shù)是由伺服電動(dòng)機(jī)40、進(jìn)給機(jī)構(gòu)10及工作臺(負(fù)載)02構(gòu)成的機(jī)械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的反傳遞函數(shù)。另外，該反傳遞函數(shù)是省略了運(yùn)算要素的一部分的函數(shù)。具體而言，1次 5次的各微分項(xiàng)運(yùn)算部301 305具有運(yùn)算項(xiàng)als，a2s2, a3s3, a4s4，a5s5，對位置指令信號θ輸出乘以了各運(yùn)算項(xiàng)的運(yùn)算信號。另外，s是拉普拉斯算子 (微分算子)。

的反傳遞函數(shù)即{Tv/Kv(TvS+l)}XS中，具有{Tv/Kv(Tvs+l)}作為傳遞函數(shù)。并且，微分算子s對于各系數(shù)al a5分別分配。
這種情況下，系數(shù)al a5的值如下所述設(shè)定。 其中，
Kv是速度環(huán)路增益，
Kl是滾珠絲杠30的沿著軸向的彈簧剛性， Tv是積分時(shí)間常數(shù)， Dm是伺服電動(dòng)機(jī)40的粘性， Dl是負(fù)載(工作臺02)的粘性， Jm是伺服電動(dòng)機(jī)40的慣量， Jl是負(fù)載(工作臺02)的慣量。數(shù)學(xué)式1
比例積分反傳遞函數(shù)部311在比例積分運(yùn)算部104的傳遞函數(shù)即Kv(l+(1/Tvs))
另外，設(shè)定于比例積分反傳遞函數(shù)部311的傳遞函數(shù){TV/Kv(TVS+l)}是根據(jù)控制系統(tǒng)的特性而決定的固定值(恒定值)。若使用上述那樣的反特性模型300進(jìn)行控制補(bǔ)償，則補(bǔ)償伺服電動(dòng)機(jī)40的動(dòng)態(tài)的誤差原因、進(jìn)給機(jī)構(gòu)10的動(dòng)態(tài)的誤差要因及負(fù)載即工作臺02的動(dòng)態(tài)的誤差要因，從而能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行工作臺02的位置控制。在先技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利第3351990號公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本專利第3739749號公報(bào)專利文獻(xiàn)3 日本特開2009-201169號公報(bào)然而，在圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)(專利文獻(xiàn)幻或?qū)＠墨I(xiàn)2的技術(shù)中，使進(jìn)給系統(tǒng)的物理常數(shù)恒定而通過反特性模型(補(bǔ)償電路)進(jìn)行補(bǔ)償，在專利文獻(xiàn)1中，使用通過機(jī)械位置(例如工作臺的位置)預(yù)先計(jì)測的進(jìn)給系統(tǒng)的剛性值進(jìn)行補(bǔ)償。因此，在專利文獻(xiàn)1 3的技術(shù)中，進(jìn)給系統(tǒng)即進(jìn)給機(jī)構(gòu)10的滾珠絲杠30(螺紋部31、支承托架32a、32b、螺母部33)因經(jīng)年變化或溫度變化進(jìn)行伸縮而滾珠絲杠30的剛性發(fā)生變化吋，存在難以進(jìn)行高精度的補(bǔ)償這樣的問題。S卩，當(dāng)因經(jīng)年變化或溫度變化而螺紋部31的伸長狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，滾珠絲杠30的沿著軸向的彈簧剛性ん如圖7 (a)、圖7 (b)、圖7 (c)所示那樣發(fā)生變化。另外，在圖7 (a)、圖7 (b)、圖7 (c)中，橫軸表示負(fù)載位置(工作臺02、螺母部33的位置)，橫軸的左側(cè)是旋轉(zhuǎn)支承托架3 側(cè)，橫軸的右側(cè)是旋轉(zhuǎn)支承托架32b側(cè)，縱軸表示彈簧剛性Kl。圖7 (a)表示螺紋部31通過支承托架3 可靠地拉伸，螺紋部31通過支承托架32a 和支承托架32b牢固地被支承(兩端被固定支承)時(shí)的與負(fù)載位置對應(yīng)的彈簧剛性!^。圖7 (b)表示螺紋部31因溫度變化等而沿軸向稍延伸，螺紋部31在支承托架3 中被牢固地支承(一端被固定支承)，但支承托架32b的支承松緩(另一端為半固定支承吋)時(shí)的與負(fù)載位置對應(yīng)的彈簧剛性!^。圖7 (c)表示螺紋部31因溫度變化等而沿軸向較大地延伸，螺紋部31在支承托架 32a中被牢固地支承(一端被固定支承)，但支承托架32b的支承完全松緩(另一端為自由 (free)吋)時(shí)的與負(fù)載位置對應(yīng)的彈簧剛性KL。在專利文獻(xiàn)1 3的技術(shù)中，并未考慮圖7 (a)、圖7 (b)、圖7 (c)所示的螺紋部31 伸縮而螺紋部31的支承狀態(tài)變化引起的彈簧剛性&發(fā)生變化的情況，因此無法進(jìn)行高精度的補(bǔ)償。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有技木，其目的在于提供一種即使進(jìn)給機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠因經(jīng)年變化或溫度變化進(jìn)行伸縮而滾珠絲杠的沿著軸向的剛性發(fā)生變化，也能補(bǔ)償此種剛性變化，且能夠準(zhǔn)確地對負(fù)載的位置進(jìn)行伺服控制的伺服控制裝置。解決上述課題的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)涉及ー種伺服控制裝置，對ェ業(yè)機(jī)械進(jìn)行控制，該 ェ業(yè)機(jī)械將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過含有滾珠絲杠的進(jìn)給機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，并通過轉(zhuǎn)換的直線運(yùn)動(dòng)來使負(fù)載進(jìn)行直線移動(dòng)，所述伺服控制裝置的特征在干，具備反特性模型，其設(shè)定由所述伺服電動(dòng)機(jī)、所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)及所述負(fù)載構(gòu)成的機(jī)械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的反傳遞函數(shù)即補(bǔ)償用傳遞函數(shù)，當(dāng)表示所述負(fù)載的指令位置的位置指令信號(Θ)向所述補(bǔ)償用傳遞函數(shù)輸入?yún)迹敵鰧λ鰴C(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)的誤差要因進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償信號(V·)；控制部，其以使所述位置指令信號(θ )與表示所述負(fù)載的位置的負(fù)載位置信號 (θ L)的偏差即位置偏差信號(Δ θ )成為零、且和所述位置偏差信號(Δ θ )成比例的速度偏差信號(Δν)與表示所述伺服電動(dòng)機(jī)的速度的電動(dòng)機(jī)速度信號(ωΜ)的偏差成為零的方式進(jìn)行反饋控制，進(jìn)而，根據(jù)所述補(bǔ)償信號(V3J進(jìn)行前饋補(bǔ)償控制，從而控制向所述伺服電動(dòng)機(jī)供給的電流；剛性變化補(bǔ)償部，其由計(jì)算所述滾珠絲杠的螺紋部的伸縮量(St)的滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部、根據(jù)計(jì)算出的螺紋部的伸縮量(st)來計(jì)算所述滾珠絲杠的沿著軸向的彈簧剛性og的值的彈簧剛性計(jì)算部、將計(jì)算出的彈簧剛性og的值作為所述補(bǔ)償用傳遞函數(shù)的運(yùn)算式所包含的彈簧剛性og的值來設(shè)定的彈簧剛性設(shè)定部構(gòu)成。另外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的特征在干，所述剛性變化補(bǔ)償部的滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部基于所述負(fù)載位置信號(θ L)和表示所述伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的電動(dòng)機(jī)位置信號(θ M)， 計(jì)算螺紋部的伸縮量(St)。另外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的特征在干，所述剛性變化補(bǔ)償部的滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部通過將所述滾珠絲杠的螺紋部的溫度適用于表示螺紋部的溫度與螺紋部的伸縮量的關(guān)系的關(guān)系特性中，來計(jì)算螺紋部的伸縮量(st)。另外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的特征在干，所述剛性變化補(bǔ)償部的滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部基于所述滾珠絲杠的螺紋部的位移，計(jì)算螺紋部的伸縮量(st)。另外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的特征在干，所述剛性變化補(bǔ)償部的彈簧剛性計(jì)算部具有根據(jù)螺紋部的伸縮量(st)來表示負(fù)載位置與彈簧剛性og的關(guān)系的多個(gè)關(guān)系特性，從所述多個(gè)關(guān)系特性中，選擇與所述滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部計(jì)算出的螺紋部的伸縮量(St)對應(yīng)的關(guān)系特性，對于該選擇的關(guān)系特性適用由所述負(fù)載位置信號(ΘΧ)表示的負(fù)載位置，由此計(jì)算彈簧剛性og。另外，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的特征在干，所述剛性變化補(bǔ)償部的彈簧剛性計(jì)算部具有根據(jù)螺紋部的伸縮量(St)來求出彈簧剛性O(shè)O的多個(gè)運(yùn)算式，從所述多個(gè)運(yùn)算式中，選擇與所述滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部計(jì)算出的螺紋部的伸縮量(St)對應(yīng)的運(yùn)算式，使用該選擇的運(yùn)算式來計(jì)算彈簧剛性og。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，伺服控制裝置對エ業(yè)機(jī)械進(jìn)行控制，該エ業(yè)機(jī)械將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過含有滾珠絲杠的進(jìn)給機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，并通過轉(zhuǎn)換的直線運(yùn)動(dòng)來使負(fù)載進(jìn)行直線移動(dòng)，在該伺服控制裝置中，即使進(jìn)給機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠因經(jīng)年變化或溫度變化進(jìn)行伸縮而滾珠絲杠的沿軸向的剛性發(fā)生變化，也能補(bǔ)償此種剛性變化，從而能夠準(zhǔn)確地對負(fù)載的位置進(jìn)行伺服控制。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例的伺服控制裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示機(jī)床的一例的立體圖。圖3是表示進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖4是表示反饋控制電路的結(jié)構(gòu)圖。圖5是表示加入了前饋控制電路的電路的結(jié)構(gòu)圖。圖6是表示加入了反特性模型的電路的結(jié)構(gòu)圖。圖7(a)是表示螺紋部的伸縮量小時(shí)的、負(fù)載位置與滾珠絲杠的彈簧剛性的關(guān)系的特性圖。圖7(b)是表示螺紋部的伸縮量中時(shí)的、負(fù)載位置與滾珠絲杠的彈簧剛性的關(guān)系的特性圖。圖7(c)是表示螺紋部的伸縮量大時(shí)的、負(fù)載位置與滾珠絲杠的彈簧剛性的關(guān)系的特性圖。
具體實(shí)施例方式以下，基于實(shí)施例，詳細(xì)說明用于實(shí)施發(fā)明的方式。另外，對與現(xiàn)有技術(shù)起到相同功能的部分標(biāo)注同一符號，簡化同一部分的說明。實(shí)施例<實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)的說明>圖1表示本發(fā)明的實(shí)施例的伺服控制裝置。該實(shí)施例將本發(fā)明適用于對機(jī)床的工作臺02進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)10。S卩，當(dāng)伺服電動(dòng)機(jī)40旋轉(zhuǎn)吋，其旋轉(zhuǎn)カ經(jīng)由減速器20向滾珠絲杠30的螺紋部31傳遞而螺紋部31旋轉(zhuǎn)。當(dāng)被旋轉(zhuǎn)支承托架32a、32b支承的螺紋部31旋轉(zhuǎn)吋，螺母部33沿著螺紋部31進(jìn)行直線移動(dòng)，對應(yīng)于該螺母部33的直線移動(dòng)而工作臺02進(jìn)行直線移動(dòng)。另外，旋轉(zhuǎn)支承托架3 配置成將螺紋部31向基端側(cè)(圖1中的左側(cè))拉伸而對螺紋部31施加拉伸張力。此時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)40的旋轉(zhuǎn)位置可以基于從配置在伺服電動(dòng)機(jī)40上的脈沖編碼器41輸出的信號(脈沖信號)即電動(dòng)機(jī)位置信號θ M來檢測。工作臺02的直線移動(dòng)位置可以基于從直線尺等的位置檢測器34輸出的負(fù)載位置信號θ ^來檢測。作為控制機(jī)構(gòu)，具有進(jìn)行反饋控制的控制部100、進(jìn)行前饋補(bǔ)償控制的反特性模型 300、使反特性模型的系數(shù)值設(shè)定、變化的剛性變化補(bǔ)償部400?！纯刂撇康恼f明〉控制部100與圖6所示的控制部100為同一結(jié)構(gòu)，進(jìn)行同一控制動(dòng)作。S卩，控制部 100的減法器101輸出位置指令信號θ與負(fù)載位置信號Θし之差即位置偏差信號Δ θ。乘法器102將位置偏差信號Δ θ乘以位置環(huán)路增益Kp而輸出速度偏差信號Δ V。減法器103a輸出從速度偏差信號Δ V加上從反特性模型300輸出的速度補(bǔ)償信號V3tltl所得到的值減去電動(dòng)機(jī)速度信號ω Μ后的速度指令信號V。比例積分運(yùn)算器104對速度指令信號V進(jìn)行比例積分運(yùn)算而輸出轉(zhuǎn)矩指令信號
電流控制器110將與轉(zhuǎn)矩指令信號τ對應(yīng)的電流向伺服電動(dòng)機(jī)40供給?！捶刺匦阅Ｐ偷恼f明〉反特性模型300的基本的結(jié)構(gòu)、動(dòng)作與圖6所示的反特性模型300相同。該反特性模型300具有1次微分項(xiàng)運(yùn)算部301、2次微分項(xiàng)運(yùn)算部302、3次微分項(xiàng) 運(yùn)算部303、4次微分項(xiàng)運(yùn)算部304、5次微分項(xiàng)運(yùn)算部305、加法部310、比例積分反傳遞函 數(shù)部311。S卩，在反特性模型300中，通過分別設(shè)定于各微分項(xiàng)運(yùn)算部301 305、加法部 310、比例積分反傳遞函數(shù)部311的運(yùn)算式，來設(shè)定對誤差要因進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償控制用傳遞 函數(shù)。在各微分項(xiàng)運(yùn)算部301 305和加法部310中，對伺服電動(dòng)機(jī)40的動(dòng)態(tài)的誤差原 因、進(jìn)給機(jī)構(gòu)10的動(dòng)態(tài)的誤差要因及負(fù)載即工作臺02的動(dòng)態(tài)的誤差要因進(jìn)行補(bǔ)償，從而設(shè) 定以使負(fù)載位置信號θし表示的位置與位置指令信號θ表示的位置一致的方式進(jìn)行補(bǔ)償 控制的補(bǔ)償控制用傳遞函數(shù)。該補(bǔ)償控制用傳遞函數(shù)是由伺服電動(dòng)機(jī)40、進(jìn)給機(jī)構(gòu)10及工作臺(負(fù)載)02構(gòu)成 的機(jī)械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的反傳遞函數(shù)。另外，該反傳遞函數(shù)是省略了運(yùn)算要素的一部分的 函數(shù)。具體而言，1次 5次的各微分項(xiàng)運(yùn)算部301 305具有運(yùn)算項(xiàng)als，a2s2, a3s3, a如4，a5s5，對位置指令信號θ輸出乘以了各運(yùn)算項(xiàng)的運(yùn)算信號。另外，s是拉普拉斯算子 (微分算子)。這種情況下，系數(shù)al a5的值如下所述設(shè)定。其中，Kv是速度環(huán)路增益，Kl是滾珠絲杠30的沿著軸向的彈簧剛性，Tv是積分時(shí)間常數(shù)，Dm是伺服電動(dòng)機(jī)40的粘性，Dl是負(fù)載(工作臺02)的粘性，Jm是伺服電動(dòng)機(jī)40的慣量，Jl是負(fù)載(工作臺02)的慣量。數(shù)學(xué)式2
權(quán)利要求
1.ー種伺服控制裝置，對エ業(yè)機(jī)械進(jìn)行控制，該エ業(yè)機(jī)械將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過含有滾珠絲杠的進(jìn)給機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，并通過轉(zhuǎn)換的直線運(yùn)動(dòng)來使負(fù)載進(jìn)行直線移動(dòng)，所述伺服控制裝置的特征在干，具備反特性模型，其設(shè)定由所述伺服電動(dòng)機(jī)、所述進(jìn)給機(jī)構(gòu)及所述負(fù)載構(gòu)成的機(jī)械系統(tǒng)的傳遞函數(shù)的反傳遞函數(shù)即補(bǔ)償用傳遞函數(shù)，當(dāng)表示所述負(fù)載的指令位置的位置指令信號 (θ)向所述補(bǔ)償用傳遞函數(shù)輸入?yún)?，輸出對所述機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)的誤差要因進(jìn)行補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償信號(V·)；控制部，其以使所述位置指令信號(Θ)與表示所述負(fù)載的位置的負(fù)載位置信號(Θ J 的偏差即位置偏差信號(△ Θ)成為零、且和所述位置偏差信號(△ Θ)成比例的速度偏差信號(Δν)與表示所述伺服電動(dòng)機(jī)的速度的電動(dòng)機(jī)速度信號(ωΜ)的偏差成為零的方式進(jìn)行反饋控制，進(jìn)而，根據(jù)所述補(bǔ)償信號(V3J進(jìn)行前饋補(bǔ)償控制，從而控制向所述伺服電動(dòng)機(jī)供給的電流；剛性變化補(bǔ)償部，其由計(jì)算所述滾珠絲杠的螺紋部的伸縮量(St)的滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部、根據(jù)計(jì)算出的螺紋部的伸縮量(st)來計(jì)算所述滾珠絲杠的沿著軸向的彈簧剛性 (Kl)的值的彈簧剛性計(jì)算部、將計(jì)算出的彈簧剛性og的值作為所述補(bǔ)償用傳遞函數(shù)的運(yùn)算式所包含的彈簧剛性og的值來設(shè)定的彈簧剛性設(shè)定部構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制裝置，其特征在干，所述剛性變化補(bǔ)償部的滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部基于所述負(fù)載位置信號(Θ J和表示所述伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置的電動(dòng)機(jī)位置信號(θ Μ)，計(jì)算螺紋部的伸縮量(st)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制裝置，其特征在干，所述剛性變化補(bǔ)償部的滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部通過將所述滾珠絲杠的螺紋部的溫度適用于表示螺紋部的溫度與螺紋部的伸縮量的關(guān)系的關(guān)系特性中，來計(jì)算螺紋部的伸縮量 (st)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制裝置，其特征在干，所述剛性變化補(bǔ)償部的滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部基于所述滾珠絲杠的螺紋部的位移，計(jì)算螺紋部的伸縮量(st)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制裝置，其特征在干，所述剛性變化補(bǔ)償部的彈簧剛性計(jì)算部具有根據(jù)螺紋部的伸縮量(st)來表示負(fù)載位置與彈簧剛性og的關(guān)系的多個(gè)關(guān)系特性，從所述多個(gè)關(guān)系特性中，選擇與所述滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部計(jì)算出的螺紋部的伸縮量 (st)對應(yīng)的關(guān)系特性，對于該選擇的關(guān)系特性適用由所述負(fù)載位置信號(Θ J表示的負(fù)載位置，由此計(jì)算彈簧剛性og。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制裝置，其特征在干，所述剛性變化補(bǔ)償部的彈簧剛性計(jì)算部具有根據(jù)螺紋部的伸縮量(st)來求出彈簧剛性og的多個(gè)運(yùn)算式，從所述多個(gè)運(yùn)算式中，選擇與所述滾珠絲杠伸縮量計(jì)算部計(jì)算出的螺紋部的伸縮量 (st)對應(yīng)的運(yùn)算式，使用該選擇的運(yùn)算式來計(jì)算彈簧剛性og。
全文摘要
控制部(100)對伺服電動(dòng)機(jī)(40)進(jìn)行反饋控制，對作為負(fù)載的工作臺(02)進(jìn)行伺服控制。反特性模型(300)求出對機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)的誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)乃俣妊a(bǔ)償信號(V300)，進(jìn)行前饋補(bǔ)償控制。當(dāng)滾珠絲杠(30)的螺紋部(31)的沿軸向的剛性變化時(shí)，剛性變化補(bǔ)償部(400)根據(jù)該剛性變化，使反特性模型(300)的補(bǔ)償控制用傳遞函數(shù)所包含的螺紋部的沿軸向的剛性值變化。由此，即使進(jìn)給機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠(30)因經(jīng)年變化或溫度變化進(jìn)行伸縮而沿著軸向的剛性變化，也能夠補(bǔ)償此種剛性變化，從而準(zhǔn)確地對工作臺(02)的位置進(jìn)行伺服控制。
文檔編號H02P29/00GK102577096SQ201080047468
公開日2012年7月11日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者倉本博久 申請人:三菱重工業(yè)株式會社