專利名稱：直線電動機的控制方法及直線電動機的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直線電動機的控制方法及控制裝置，其使滑塊 沿著與線性標(biāo)度尺平行配置的基芯移動，利用上述線性標(biāo)度尺檢測上 述滑塊的位置，并基于檢測位置對使滑塊移動的電動機進(jìn)行換流控制， 從而進(jìn)行定位控制。
背景技術(shù)：
圖4是表示相關(guān)技術(shù)的直線電動機的構(gòu)成例的功能框圖。參照標(biāo) 號1是上級裝置，其發(fā)出按脈沖數(shù)供給的位置指令信號SX。模塊2 是位置控制部，參照標(biāo)號3是位置控制驅(qū)動器，參照標(biāo)號4是滑塊， 參照標(biāo)號5是光學(xué)式線性標(biāo)度尺。
在位置控制部2中，參照標(biāo)號21是累加計數(shù)器，其對由上級裝 置1按脈沖數(shù)供給的位置指令信號SX進(jìn)行累加，并變換為數(shù)字式位 置指令信號Pi。參照標(biāo)號22是周期檢測部，用于使后述的位置檢測 部42的位置檢測信號Px輸入，而計算其周期。
參照標(biāo)號23是位置變換部，參照標(biāo)號24是速度變換部，它們 取得來自周期檢測部22的周期信號，而分別變換為位置測定信號Pf 和速度測定信號Vf。由于專利文獻(xiàn)1中詳細(xì)地公開了其動作原理， 因此這里省略其說明。
參照標(biāo)號25是位置控制部，用于計算位置指令信號Pi與位置 測定信號Pf之間的偏差，而輸出速度指令信號Vi。參照標(biāo)號26是 速度控制部，其計算速度指令信號Vi與速度測定信號Vf之間的偏 差，而輸出推力指令F。
在位置控制驅(qū)動器3中，參照標(biāo)號31是相位差檢測部，用于檢 測位置檢測信號Px與掃描周期fo的相位差，并輸出到換流控制部 32。該換流控制部32的輸出sin①t及sin ( t+120°)的信號、和推力 指令F，分別由乘法器33和34進(jìn)行乘法運算后，輸出Fsincot和Fsin (cot+1200)。
將上述乘法器的輸出與電流檢測部35、 36的檢測信號之間的偏 差輸入到電流控制部37。電流控制部37輸出通過使用偏差進(jìn)行運算 而進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)后的開關(guān)信號，對形成逆變器的3相開關(guān) 電路3S進(jìn)行開關(guān)控制，向搭載在滑塊4中的3相電動機部41的U 相、V相、W相線圈供給控制電流。
電流檢測部35檢測與U相線圈串聯(lián)連接的電流檢測電阻Ru的 電壓降，并反饋到電流控制部37。同樣地，電流檢測部36檢測與V 相線圈串聯(lián)連接的電流檢測電阻Rv的電壓降，并反饋到電流控制部 37。對于W相線圈則不進(jìn)行反饋。
搭載在滑塊4上的3相電動機部41是所謂的混合型平面電動機， 通過向巻繞在多個鐵芯上的線圈供給交流控制電流，而在其與圖5 所示的基芯6之間產(chǎn)生推力，所述鐵芯與由磁性體形成的基芯的槽相 對。由于專利文獻(xiàn)1中公開了換流控制中對3相平面電動機的PWM 電流控制的詳細(xì)內(nèi)容，因此這里省略其詳細(xì)說明。
圖5是表示滑塊4、線性標(biāo)度尺5和基芯6的配置關(guān)系的平面圖。 直線狀的光學(xué)式線性標(biāo)度尺5具有大于或等于滑塊4移動行程的長 度，以一定間距(例如2mm)形成刻度(槽)。
由磁性體形成的基芯6靠近線性標(biāo)度尺5并與其平行配置，形 成有與該線性標(biāo)度尺5的刻度間距相同的槽，與線性標(biāo)度尺的刻度機 械對齊地配置。
通過電動機部41的換流控制而使滑塊4沿著該基芯6移動。利 用搭載在滑塊4上的位置檢測部42，使用線性標(biāo)度尺5檢測滑塊4 的位置，基于檢測位置對使滑塊移動的電動機部41進(jìn)行換流控制， 從而進(jìn)行定位控制。
由于定位控制的分辨能力是利用差補處理將1個刻度間距(例 如2mm)等間隔地分割(例如1/8000)后的距離(例如0.25pm)， 因此，線性標(biāo)度尺5的刻度間距和基芯6的槽間距設(shè)計為通過高精度 機械加工而使它們一致。
專利文獻(xiàn)1中記載了下述XY載物臺，其具有方格臺板和滑塊
部，該滑塊部通過位置控制而在該方格臺板上表面沿X軸方向和Y
軸方向滑動。
專利文獻(xiàn)l:日本國專利公開公報，特開2000 — 65970號。

發(fā)明內(nèi)容
線性標(biāo)度尺5的刻度間距和基芯6的槽間距設(shè)計為通過高精度 機械加工而使它們一致，但仍會因制造加工精度的差異而具有由加工 誤差導(dǎo)致的偏差。在相關(guān)技術(shù)的直線電動機的定位控制中，由該偏差 引起以下問題。
(1) 由于在用于大型定位裝置的直線電動機中，滑塊4的行程 變長，與此相應(yīng)，線性標(biāo)度尺5和基芯6也變長。在將線性標(biāo)度尺的 刻度位置與基芯的槽位置設(shè)置為在某個位置完全對齊的情況下，在將 滑塊4定位控制于在位置控制循環(huán)中通過位置檢測獲得的線性標(biāo)度 尺上的指令位置的狀態(tài)下，由加工偏差導(dǎo)致電動機部41的換流角產(chǎn) 生偏差，這會成為電動機扭矩減小的主要原因。
(2) 由于在使定位伺服系統(tǒng)起作用而確定坐標(biāo)系之前的初始狀 態(tài)下，線性標(biāo)度尺不具備絕對位置檢測功能，因此，無法確定滑塊的 當(dāng)前位置。因而，難以在該位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿Q流角偏差量校正。如果 不執(zhí)行這種校正就開啟伺服系統(tǒng)進(jìn)行原點復(fù)位操作，在最壞的情況 下，存在產(chǎn)生與預(yù)期方向相反的扭矩而失控的危險。
因而，本發(fā)明要解決的課題是，實現(xiàn)一種直線電動機的控制方 法及直線電動機的控制裝置，其無論在初始狀態(tài)下，還是在定位控制 狀態(tài)下，都能夠進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿Q流角偏差量校正。
為了解決上述課題，本發(fā)明采用如下結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的直線電動機的控制方法中，使滑塊沿著與線性標(biāo)度尺 平行配置的基芯移動，利用上述線性標(biāo)度尺檢測上述滑塊的位置，并 基于檢測位置對使滑塊移動的電動機進(jìn)行換流控制，從而進(jìn)行定位控 制，其特征在于，具備下述工序?qū)Q流對齊點位置處上述滑塊的換 流角偏差量設(shè)為零，將通過對上述滑塊在規(guī)定位置處的換流角偏差量
進(jìn)行測定而得到的值作為參數(shù)迸行保存；基于上述參數(shù)和上述滑塊的 當(dāng)前位置信息，計算當(dāng)前位置處的換流角偏差量的校正值；以及基于 上述計算出的校正值執(zhí)行換流角校正。
在上述直線電動機的控制方法中，其特征在于，在上述滑塊以 非控制狀態(tài)位于上述當(dāng)前位置時，利用上述參數(shù)、和從對上述滑塊的 位置進(jìn)行檢測的位置檢測部獲得的相位差信號，推定上述當(dāng)前位置， 將上述推定出的當(dāng)前位置作為上述當(dāng)前位置信息。
在上述直線電動機的控制方法中，其特征在于，在上述滑塊以 控制狀態(tài)位于被指令的控制位置時，將上述控制位置處的測定信號作 為上述當(dāng)前位置信息。
本發(fā)明的直線電動機的控制裝置，其使滑塊沿著與線性標(biāo)度尺平 行配置的基芯移動，利用上述線性標(biāo)度尺檢測上述滑塊的位置，并基 于檢測位置對使滑塊移動的電動機進(jìn)行換流控制，從而進(jìn)行定位控制， 其特征在于，具備脫機測定部，其將換流對齊點位置處上述滑塊的 換流角偏差量設(shè)為零，將通過對上述滑塊在規(guī)定位置處的換流角偏差 量進(jìn)行測定而得到的值作為參數(shù)進(jìn)行保存；換流角偏差量計算部，其 基于上述參數(shù)和上述滑塊的當(dāng)前位置信息，計算當(dāng)前位置處的換流角 偏差量的校正值；以及換流角偏差量校正部，其基于上述計算出的校 正值執(zhí)行換流角校正。
上述直線電動機的控制裝置，其特征在于，具有當(dāng)前位置推定 計算部，其在上述滑塊以非控制狀態(tài)位于上述當(dāng)前位置時，利用上述 參數(shù)、和從對上述滑塊的位置進(jìn)行檢測的位置檢測部獲得的相位差信 號，推定上述當(dāng)前位置，在該直線電動機的控制裝置中，將上述推定 出的當(dāng)前位置作為上述當(dāng)前位置信息。
上述直線電動機的控制裝置，其特征在于，在上述滑塊以控制 狀態(tài)位于被指令的控制位置時，將上述控制位置處的測定信號作為上 述當(dāng)前位置信息。
發(fā)明的效果
通過以上說明可知，根據(jù)本發(fā)明可以獲得以下效果。
(1) 在定位控制狀態(tài)下，由于基于已檢測出當(dāng)前位置的線性標(biāo) 度尺上的滑塊位置而計算換流角的偏差，并執(zhí)行適當(dāng)?shù)男Ｕ?，因此?無論滑塊位于何處，都不會因換流角偏差而導(dǎo)致產(chǎn)生電動機扭矩減小。
(2) 在使定位伺服系統(tǒng)起作用而確定坐標(biāo)系之前的初始狀態(tài) 下，利用根據(jù)脫機測定出的參數(shù)和從位置檢測部獲得的相位差信號推 定計算當(dāng)前位置這一簡易絕對定位功能，能夠確定當(dāng)前位置并在該位 置以恰當(dāng)?shù)膿Q流角偏差量進(jìn)行校正，因此，能夠有效地防止開啟伺服 系統(tǒng)進(jìn)行原點復(fù)位操作時的失控。


圖1是表示使用了本發(fā)明的直線電動機的一個實施方式的功能框圖。
圖2是說明脫機測定步驟中的測定流程的示意圖。 圖3是表示本發(fā)明的各模式中的信號處理流程的流程圖。 圖4是表示相關(guān)技術(shù)的直線電動機的構(gòu)成例的功能框圖。 圖5是表示滑塊、線性標(biāo)度尺和基芯的配置關(guān)系的平面圖。
具體實施例方式
下面，根據(jù)附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。圖1是表示使用了本發(fā)明的直 線電動機的一個實施方式的功能框圖。對于與在圖4中說明的相關(guān)技 術(shù)的直線電動機相同的要素標(biāo)注相同標(biāo)號，并省略其說明。
在圖1中，模塊100是換流偏差量管理部，其具有脫機測定部 101、換流角偏差量計算部102、當(dāng)前位置推定計算部103、換流相位 差檢測部104。
參照標(biāo)號201是脫機設(shè)定部，其輸出用于在脫機狀態(tài)下定位滑 塊4的設(shè)定信號Pt。參照標(biāo)號202是切換開關(guān)，其對累加計數(shù)器21 的位置指令信號Pi或脫機設(shè)定信號Pt進(jìn)行切換，并傳遞給位置控制 部25。
圖2是說明脫機測定步驟中的測定流程的示意圖?；瑝K4可以
在線性標(biāo)度尺5的刻度范圍內(nèi)從Smin移動到Smax。定位控制的范 圍從該可移動范圍內(nèi)側(cè)的原點位置0開始，到有效行程長度S為止。
為了簡單起見，在原點位置0，使線性標(biāo)度尺的刻度位置與基芯 6的槽位置精確地對齊，使該點的換流偏差量x0 (原點位置Index偏 差量)為零。使切換開關(guān)202進(jìn)行切換，將脫機設(shè)定值Pt設(shè)定至有 效行程長度位置S，對滑塊4進(jìn)行移動控制。
此時，根據(jù)由換流相位差檢測部104獲得的相位差信號4)m而 求得位置S處的換流角偏差量xm。如果將偏差量看作是從x0至xm 與距離成正比地均勻擴大，則其梯度a能夠唯一地確定，因此，將該 梯度作為參數(shù)進(jìn)行保存。
使線性標(biāo)度尺的刻度位置與基芯6的槽位置精確地對齊的換流 對齊點位置，并不僅限于圖2所示的有效行程的原點位置，也可以選 擇中間點或任意一點，然后測定梯度a。
下面，說明當(dāng)前位置推定計算步驟的動作。在滑塊4以非控制 狀態(tài)位于任意的當(dāng)前位置的初始模式中，使電動機0。勵磁(微步進(jìn) 動作)，由換流相位差檢測部104求得從位置檢測部42的編碼器獲 得的2個信號(SigO信號、Sigl信號)的相位差信號4>g。
當(dāng)前位置推定計算部103根據(jù)利用該相位差信號4)g求得的差 換流角偏差量、和在脫機測定步驟中求得的參數(shù)a，推定計算出當(dāng)前 的滑塊4的脈沖位置P。在圖2中，如果當(dāng)前位置處的換流角偏差量 為x，則滑塊4的脈沖位置當(dāng)前值P由該換流角偏差量x與梯度a的 交點位置唯一確定。該功能就是簡易絕對定位功能。
下面，說明換流角偏差量計算步驟和換流角偏差量校正步驟的 動作。換流角偏差量計算部102在滑塊4處于非控制狀態(tài)的初始模式 和處于執(zhí)行定位控制的穩(wěn)定控制模式時，執(zhí)行不同的動作。
在初始模式中，取得來自當(dāng)前位置推定計算部103的位置計數(shù) 值Pg和所保存的參數(shù)a，計算當(dāng)前位置處的換流角偏差量Xg，并傳 遞給位置驅(qū)動器3的換流控制部32，對換流角進(jìn)行校正。
在穩(wěn)定控制模式中，取得受到定位控制的滑塊4的位置測定信 號Pf和所保存的參數(shù)a，計算控制位置處的換流角偏差量Xf，并傳
遞給位置驅(qū)動器3的換流控制部32,對換流角進(jìn)行校正。
圖3是表示本發(fā)明的各模式中的信號處理流程的流程圖。脫機
模式在步驟S1中執(zhí)行，在脫機狀態(tài)下利用相位差信號4m測定換流
角偏差量，并保存參數(shù)a。
初始設(shè)定模式是將滑塊4置為非控制狀態(tài)，在步驟S2至S4中
執(zhí)行的。在步驟S2中，根據(jù)相位差信號cl)g和參數(shù)a推定計算滑塊
的當(dāng)前位置。在步驟S3中，根據(jù)該位置計數(shù)值Pg和參數(shù)a計算當(dāng)
前位置處的換流角偏差量Xg，在步驟S4執(zhí)行當(dāng)前位置處的換流角偏
差量的校正。
穩(wěn)定控制模式則是將滑塊4置為控制狀態(tài)，在步驟S5至步驟 S7中執(zhí)行。在步驟S5中，在控制開始時，將滑塊4控制復(fù)位至原點 位置。在步驟S6中，根據(jù)受到定位控制的滑塊4的測定信號Pf和參 數(shù)a，計算測定位置處的換流角偏差量Xf，在步驟S7中執(zhí)行換流角 偏差量的校正。
本申請以2005年5月27日提出的日本專利申請(特愿2005 — 155177)為基礎(chǔ)，在此引用其內(nèi)容作為參考。
權(quán)利要求
1.一種直線電動機的控制方法，在該控制方法中，使滑塊沿著與線性標(biāo)度尺平行配置的基芯移動，利用上述線性標(biāo)度尺檢測上述滑塊的位置，并基于檢測位置對使滑塊移動的電動機進(jìn)行換流控制，從而進(jìn)行定位控制，其特征在于，具備下述工序?qū)Q流對齊點位置處上述滑塊的換流角偏差量設(shè)為零，將通過對上述滑塊在規(guī)定位置處的換流角偏差量進(jìn)行測定而得到的值作為參數(shù)進(jìn)行保存；基于上述參數(shù)和上述滑塊的當(dāng)前位置信息，計算當(dāng)前位置處的換流角偏差量的校正值；以及基于上述計算出的校正值執(zhí)行換流角校正。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電動機的控制方法，其特征在于， 在上述滑塊以非控制狀態(tài)位于上述當(dāng)前位置時， 利用上述參數(shù)、和從對上述滑塊的位置進(jìn)行檢測的位置檢測部獲得的相位差信號，推定上述當(dāng)前位置，將上述推定出的當(dāng)前位置作為上述當(dāng)前位置信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電動機的控制方法，其特征在于， 在上述滑塊以控制狀態(tài)位于被指令的控制位置時， 將上述控制位置處的測定信號作為上述當(dāng)前位置信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電動機的控制方法，其特征在于， 作為上述參數(shù)而保存的值，是根據(jù)上述滑塊在上述換流對齊點位置處的上述換流角偏差量、和上述滑塊在上述規(guī)定位置處的上述換 流角偏差量而求得的梯度。
5. —種直線電動機的控制裝置，其使滑塊沿著與線性標(biāo)度尺平 行配置的基芯移動，利用上述線性標(biāo)度尺檢測上述滑塊的位置，并基 于檢測位置對使滑塊移動的電動機進(jìn)行換流控制，從而進(jìn)行定位控制， 其特征在于，具備脫機測定部，其將換流對齊點位置處上述滑塊的換流角偏差量 設(shè)為零，將通過對上述滑塊在規(guī)定位置處的換流角偏差量進(jìn)行測定而 得到的值作為參數(shù)進(jìn)行保存；換流角偏差量計算部，其基于上述參數(shù)和上述滑塊的當(dāng)前位置 信息，計算當(dāng)前位置處的換流角偏差量的校正值；以及換流角偏差量校正部，其基于上述計算出的校正值執(zhí)行換流角 校正。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直線電動機的控制裝置，其特征在于， 具有當(dāng)前位置推定計算部，其在上述滑塊以非控制狀態(tài)位于上述當(dāng)前位置時，利用上述參數(shù)、和從對上述滑塊的位置進(jìn)行檢測的位 置檢測部獲得的相位差信號，推定上述當(dāng)前位置，在該直線電動機的控制裝置中，將上述推定出的當(dāng)前位置作為 上述當(dāng)前位置信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直線電動機的控制裝置，其特征在于， 在上述滑塊以控制狀態(tài)位于被指令的控制位置時， 將上述控制位置處的測定信號作為上述當(dāng)前位置信息。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直線電動機的控制裝置，其特征在于， 作為上述參數(shù)而保存的值，是根據(jù)上述滑塊在上述換流對齊點位置處的上述換流角偏差量、和上述滑塊在上述規(guī)定位置處的上述換 流角偏差量而求得的梯度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直線電動機的控制方法，在該控制方法中，使滑塊沿著與線性標(biāo)度尺平行配置的基芯移動，利用上述線性標(biāo)度尺檢測上述滑塊的位置，并基于檢測位置對使滑塊移動的電動機進(jìn)行換流控制，從而進(jìn)行定位控制，該控制方法具備下述工序?qū)Q流對齊點位置處上述滑塊的換流角偏差量設(shè)為零，將通過對上述滑塊在規(guī)定位置處的換流角偏差量進(jìn)行測定而得到的值作為參數(shù)進(jìn)行保存；基于上述參數(shù)和上述滑塊的當(dāng)前位置信息，計算當(dāng)前位置處的換流角偏差量的校正值；以及基于上述計算出的校正值執(zhí)行換流角校正。
文檔編號H02P25/02GK101185236SQ200680018658
公開日2008年5月21日 申請日期2006年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者大沼真啟 申請人:橫河電機株式會社