電動機控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種對電動機進行控制的電動機控制裝置，該電動機作為用于使移動 體進行直線運動的驅(qū)動源而與該移動體連接。
【背景技術(shù)】
[0002] 在將移動體連接于電動機來使移動體移動的機構(gòu)中，構(gòu)成如下的伺服控制環(huán)：通 過電動機控制裝置生成針對電動機的轉(zhuǎn)子的位置指令或速度指令來控制電動機，將從安裝 于電動機的編碼器得到的電動機的轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)子速度的信息反饋給電動機控制裝置。作 為這種機構(gòu)，例如有如下的機構(gòu)：利用聯(lián)軸器使電動機與滾珠絲杠聯(lián)接，在滾珠絲杠的螺母 上安裝有作為移動體的工作臺。
[0003] 在如上所述的伺服控制環(huán)中，當提供階梯狀的速度指令時，指令開始時間點的加 速度會變得無限大而超過作為電動機所能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩的容許轉(zhuǎn)矩。另外，急劇的加 減速會對移動體造成大的沖擊，從而成為定位精度惡化的原因。因此，在實際的指令中通過 加減速處理來限制加速度。如松原厚、"用于精密定位·進給軸系統(tǒng)設(shè)計的控制工學（精密 位置決? ·送*9軸系設(shè)計①?①制御工學）"、森北出版社、PP98~102、2008年所記載的 那樣，作為代表性的加減速處理，例如有移動平均型加減速（直線加減速）、兩級移動平均 型加減速（也稱為S形加減速或鐘形加減速）等。
[0004] 例如，在移動平均型加減速處理中，針對所輸入的速度指令fin( τ )執(zhí)行式1所示 的運算處理。在式1中，將移動平均時間（一次加減速時間）設(shè)為T1，將移動平均型加減 速處理后的速度指令設(shè)為?·_( τ )。
[0005]
…⑴
[0006] 然而，在基于式1的移動平均型加減速處理中，在加速度響應(yīng)足夠快地跟蹤加速 度指令的情況下，加速度響應(yīng)會呈階梯狀地產(chǎn)生，對連接于電動機的移動體造成的沖擊變 大。為了避免這種情況，大多使用兩級移動平均型加減速。在兩級移動平均型加減速處理 中，針對所輸入的速度指令f in( T )執(zhí)行式2所示的運算處理。在式2中，將一級移動平均 時間（一次加減速時間）設(shè)為τ i，將二級移動平均時間（二次加減速時間）設(shè)為τ 2，將兩 級移動平均型加減速處理后的速度指令設(shè)為f；ut(T)。此外，設(shè) τι>τ2的關(guān)系成立。 _7]
…⑵
[0008] 在此，作為基于式2的兩級移動平均型加減速處理的模擬波形，例示了圖5~圖 11。在本模擬中使用以下的模型：利用聯(lián)軸器使電動機與滾珠絲杠聯(lián)接，在滾珠絲杠的螺母 上安裝有作為移動體的工作臺?？紤]以下情況：將作為移動體的工作臺的減速距離D設(shè)為 0· 4[m]，將工作臺的最高速度 Vl設(shè)為 I. 33[m/sec] ( = 4000[rpm] +60[sec/min] Χ0. 02[m/ rev])，使工作臺向上升方向（即逆重力的方向）移動。下面，減速距離D是指從當前位置 開始減速時的減速距離，因此，當前位置加上減速距離D后得到的位置為移動體的減速后 的位置。通常，時刻持續(xù)地計算減速距離D以及減速距離D與當前位置的總和（即移動體 的減速后的位置），在計算出的移動體的減速后的位置達到目標位置時開始減速。另外，將 電動機的最高轉(zhuǎn)速隊設(shè)為4000[rpm]，將滾珠絲杜的導(dǎo)程設(shè)為0. 020[m/rev]，將用于將電 動機的旋轉(zhuǎn)運動中的電動機旋轉(zhuǎn)角度變換為移動體進行直線運動時的移動距離的旋轉(zhuǎn)直 線變換系數(shù)R設(shè)為〇. 00318 [m/rad] ( = 0. 02 + 2 π )。將兩級移動平均型加減速處理的一級 移動平均時間T1設(shè)為160 [msec]，將二級移動平均時間τ 2設(shè)為80 [msec]。將電動機的轉(zhuǎn) 子轉(zhuǎn)動慣量Jni設(shè)為〇. 〇〇179[kgm2]。另外，將表現(xiàn)為工作臺、滾珠絲杠、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量 的總和的移動體的轉(zhuǎn)動慣量J ni設(shè)為〇. 00537 [kgm2]。將通過電動機進行直線運動的移動體 所具有的摩擦轉(zhuǎn)矩設(shè)為2[Nm]。另外，將保持移動體所受到的重力的轉(zhuǎn)矩（以下稱為"重力 保持轉(zhuǎn)矩"）設(shè)為4 [Nm]。
[0009] 圖5是表示執(zhí)行兩級移動平均型加減速處理之前的速度指令的圖。此外，在圖5 中，以電動機轉(zhuǎn)速來表示速度指令f in( τ )。當提供使工作臺從以最高速度\(即電動機以 最高轉(zhuǎn)速隊旋轉(zhuǎn)）移動的狀態(tài)停止于減速距離D = 0. 4[m]的位置的階梯狀的速度指令 fin( τ )時，在不執(zhí)行兩級移動平均型加減速處理的情況下，如式3所示那樣到停止為止需 要300 [msec]的時間。
[0010] 0· 4[m] + (0· 02/2 JT) +4000[rpm] + (60/2 JT) = 300[msec] …（3)
[0011]
[0012] 另一方面，圖6是表示針對圖5所示的速度指令執(zhí)行了兩級移動平均型加減速處 理的情況下的速度指令的圖。此外，在圖6中，以電動機轉(zhuǎn)速來表示速度指令?·_( τ )。當 針對圖5所示的速度指令fin ( τ )執(zhí)行兩級移動平均型加減速處理時，能夠得到如圖6所示 的速度指令?·_( τ )。圖7是表示提供了圖6所示的兩級移動平均型加減速處理后的速度 指令的情況下的移動體的加速度的圖，圖8是表示關(guān)于圖7所示的移動體的加速度的急動 度的圖。另外，圖9是表示提供了圖6所示的兩級移動平均型加減速處理后的速度指令的 情況下的移動體的位置的圖。如圖9所示，為了停止于減速距離D = 0.4[m]的位置而需要 540 [msec]，定位時間比不執(zhí)行兩級移動平均型加減速處理的情況下（圖5)的300 [msec] 長。
[0013] 另外，圖10是表示提供了圖6所示的兩級移動平均型加減速處理后的速度指令的 情況下的發(fā)生轉(zhuǎn)矩的圖。圖11是表示提供了圖6所示的兩級移動平均型加減速處理后的 速度指令的情況下的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系的圖。在圖11中，以虛線表示作為電動機所能夠輸 出的最大轉(zhuǎn)矩的容許轉(zhuǎn)矩，以實線表示提供了兩級移動平均型加減速處理后的速度指令的 情況下的發(fā)生轉(zhuǎn)矩。以如圖11所示那樣使加速結(jié)束側(cè)的轉(zhuǎn)矩收斂在容許轉(zhuǎn)矩內(nèi)且使加速 結(jié)束側(cè)的轉(zhuǎn)矩盡可能地接近容許轉(zhuǎn)矩的方式，來設(shè)定一級移動平均時間τ i和二級移動平 均時間τ2。另外，加速開始側(cè)的發(fā)生轉(zhuǎn)矩與加速結(jié)束側(cè)的發(fā)生轉(zhuǎn)矩呈對稱形狀，另外，雖然 在此未進行圖示，但速度-加速度曲線圖也在加速開始時和加速結(jié)束時呈對稱形狀，電動 機的容許轉(zhuǎn)矩在電動機轉(zhuǎn)速高時大幅下降，因此加速開始側(cè)的發(fā)生轉(zhuǎn)矩相對于電動機的容 許轉(zhuǎn)矩有余裕。另外，如上所述，一級移動平均時間T 1和二級移動平均時間τ 2是以使加 速結(jié)束側(cè)的發(fā)生轉(zhuǎn)矩收斂在電動機的容許轉(zhuǎn)矩內(nèi)的方式設(shè)定的，因此在減速中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩 為充分小于容許轉(zhuǎn)矩的值。
[0014] 這樣，基于式2的兩級移動平均型加減速處理雖然具有能夠避免會在基于式1的 移動平均型加減速處理中產(chǎn)生的對連接于電動機的移動體造成的沖擊的優(yōu)點，但是受電動 機的高速域的加減速性能所限制，因此在電動機的低速域無法進行符合性能的充分的加 速。也就是說，存在以下缺點：在低速域，加速性能的相當大的部分無法發(fā)揮，定位及其前后 的加減速相應(yīng)地花費多余的時間。
[0015] 與此相對，例如像專利第3681972號公報所記載的那樣，提出了如下的加減速控 制方法：針對按軸的移動方向（電動機旋轉(zhuǎn)方向）以及加速和減速而得到的4種轉(zhuǎn)矩波形， 配合電動機的輸出轉(zhuǎn)矩來設(shè)定由（速度，加速度的）點列構(gòu)成的加速度圖案。根據(jù)該方法， 不使加速開始側(cè)的轉(zhuǎn)矩和加速結(jié)束側(cè)的轉(zhuǎn)矩呈對稱形狀地設(shè)定電動機速度與加速度的關(guān) 系，由此能夠使加速開始側(cè)的發(fā)生轉(zhuǎn)矩接近容許轉(zhuǎn)矩，從而能夠高效利用低速域的加速性 能。
[0016] 在此，參照圖12A、圖12B以及圖13~圖16來說明將專利第3681972號公報所記 載的發(fā)明應(yīng)用于模型的情況下的模擬波形，該模型如下：利用聯(lián)軸器使上述的電動機與滾 珠絲杠聯(lián)接，在滾珠絲杠的螺母上安裝有作為移動體的工作臺。設(shè)用于模擬的參數(shù)與參照 圖5~圖11