[發(fā)明專利]伺服控制裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080047468.6
• 申請日: 2010-09-09
• 公開（公告）號: CN102577096A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 倉本博久
• 申請（專利權(quán)）人: 三菱重工業(yè)株式會社
• 主分類號: H02P29/00
• 分類號: H02P29/00;G05D3/12
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責任公司 11219
• 代理人: 王凝;陸錦華

技術領域

本發(fā)明涉及伺服控制裝置，致力于即使進給機構(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，也能夠準確地對負載的位置進行伺服控制的技術。

背景技術

工業(yè)機械中，有通過伺服控制裝置對負載的位置、速度進行伺服控制的情況。在此種工業(yè)機械中，將伺服電動機的旋轉(zhuǎn)運動通過滾珠絲杠轉(zhuǎn)換成直線運動，而使負載進行直線移動。

<機床的結(jié)構(gòu)>

作為此種工業(yè)機械的代表例，包括機床。

基于圖2，說明機床的一例。如該圖所示，在機座01上配置工作臺02，工作臺02以能夠沿著X方向移動的方式設置在機座01上。

在門形的立柱03上配置有升降自如(沿Z方向移動自如)的橫導軌04。在橫導軌04上，具備滑塊06的鞍座05設置成能夠沿著Y方向移動。

作為負載的工作臺02的X方向移動通過進給機構(gòu)來進行。而且，作為負載的鞍座05的Y方向移動也通過設置于橫導軌04的另一進給機構(gòu)來進行。這種情況下，工作臺02或鞍座05的位置及移動速度要求高精度地控制。

在此，參照圖3，說明對工作臺02進行驅(qū)動的進給機構(gòu)10及其周圍的裝置結(jié)構(gòu)。

進給機構(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32a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。

伺服電動機40的旋轉(zhuǎn)運動由進給機構(gòu)10的滾珠絲杠30轉(zhuǎn)換成直線運動。

即，當伺服電動機40旋轉(zhuǎn)時，其旋轉(zhuǎn)力經(jīng)由減速器20向螺紋部31傳遞而螺紋部31旋轉(zhuǎn)。當螺紋部31旋轉(zhuǎn)時，螺母部33沿著螺紋部31進行直線移動，對應于該螺母部33的直線移動而工作臺02進行直線移動。

此時，伺服電動機40的旋轉(zhuǎn)位置通過配置于伺服電動機40的脈沖編碼器41來檢測。脈沖編碼器41在伺服電動機40的轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)預先決定的旋轉(zhuǎn)角度時輸出脈沖信號。因此，從脈沖編碼器41輸出的信號(脈沖信號)成為表示伺服電動機40的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置的電動機位置信號θ_M，并且也成為表示伺服電動機40的旋轉(zhuǎn)速度的電動機速度信號ω_M。

工作臺02的直線移動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(負載)02的位置的負載位置信號θ_L。

<反饋控制的說明>

在圖3所示的機構(gòu)中，為了進行工作臺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、比例積分運算器104。

減法器101輸出位置指令信號θ與負載位置信號θ_L之差即位置偏差信號Δθ。乘法器102將位置偏差信號Δθ乘以位置環(huán)路增益K_P而輸出速度偏差信號ΔV。減法器103輸出速度偏差信號ΔV與電動機速度信號ω_M之差即速度指令信號V。

比例積分運算器104對速度指令信號V進行比例積分運算而輸出轉(zhuǎn)矩指令信號τ。

即，在比例積分運算器104中，使用速度環(huán)路增益K_v和積分時間常數(shù)T_v，進行τ＝V×{K_v(1+(1/T_vs))}這樣的運算而求出轉(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對應的電流值的電流向伺服電動機40供給。由此，伺服電動機40進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。

這種情況下，雖然未圖示，但以成為與轉(zhuǎn)矩指令信號τ對應的電流值的方式進行電流的反饋控制。

如此，對驅(qū)動工作臺02的伺服電動機40進行控制的控制部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)路來進行反饋控制。

圖4是沿著X方向驅(qū)動工作臺02的進給機構(gòu)10的控制系統(tǒng)，但是沿著Y方向驅(qū)動鞍座05的進給機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及其控制系統(tǒng)也為同樣的結(jié)構(gòu)。