控制部(100)对伺服电动机(40)进行反馈控制，对作为负载的工作台(02)进行伺服控制。反特性模型(300)求出对机械系统的动态的误差进行补偿的速度补偿信号(V300)，进行前馈补偿控制。当滚珠丝杠(30)的螺纹部(31)的沿轴向的刚性变化时，刚性变化补偿部(400)根据该刚性变化，使反特性模型(300)的补偿控制用传递函数所包含的螺纹部的沿轴向的刚性值变化。由此，即使进给机构的滚珠丝杠(30)因经年变化或温度变化进行伸缩而沿着轴向的刚性变化，也能够补偿此种刚性变化，从而准确地对工作台(02)的位置进行伺服控制。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及伺服控制装置，致力于即使进给机构的滚珠丝杠因经年变化或温度变化而伸縮从而滚珠丝杠的刚性发生变化，也能够准确地对负载的位置进行伺服控制的技术。
技术介绍
エ业机械中，有通过伺服控制装置对负载的位置、速度进行伺服控制的情况。在此种エ业机械中，将伺服电动机的旋转运动通过滚珠丝杠转换成直线运动，而使负载进行直线移动。<机床的结构>作为此种エ业机械的代表例，包括机床。基于图2，说明机床的一例。如该图所示，在机座01上配置工作台02，工作台02 以能够沿着X方向移动的方式设置在机座01上。在门形的立柱03上配置有升降自如(沿Z方向移动自如)的横导轨04。在横导轨04上，具备滑块06的鞍座05设置成能够沿着Y方向移动。作为负载的工作台02的X方向移动通过进给机构来进行。而且，作为负载的鞍座 05的Y方向移动也通过设置于横导轨04的另ー进给机构来进行。这种情况下，工作台02 或鞍座05的位置及移动速度要求高精度地控制。在此，參照图3，说明对工作台02进行驱动的进给机构10及其周围的装置结构。进给机构10构成为以由齿轮等构成的减速器20和滚珠丝杠30为主要部件。另外，在图3中，减速器20被简化图示。滚珠丝杠30的螺纹部31中，其基端侧(图3中的左端侧)由旋转支承托架3 支承为旋转自如，而其前端侧(图3中的右端侧)由旋转支承托架32b支承为旋转自如。旋转支承托架32a、32b分别由轴承和托架构成，在机座01上分离配置。其中，旋转支承托架 32b配置成将螺纹部31向基端侧(图3中的右侧)拉伸而对螺纹部31施加拉伸张力。 滚珠丝杠30的螺母部33与螺纹部31螺合，并与工作台02连接。伺服电动机40的旋转运动由进给机构10的滚珠丝杠30转换成直线运动。S卩，当伺服电动机40旋转吋，其旋转カ经由减速器20向螺纹部31传递而螺纹部 31旋转。当螺纹部31旋转时，螺母部33沿着螺纹部31进行直线移动，对应于该螺母部33 的直线移动而工作台02进行直线移动。此时，伺服电动机40的旋转位置通过配置于伺服电动机40的脉冲编码器41来检測。脉冲编码器41在伺服电动机40的转子每旋转预先決定的旋转角度时输出脉冲信号。 因此，从脉冲编码器41输出的信号(脉冲信号)成为表示伺服电动机40的转子的旋转位置的电动机位置信号θ M，并且也成为表示伺服电动机40的旋转速度的电动机速度信号ωΜ。工作台02的直线移动位置通过直线尺等位置检测器34来检测。位置检测器34 输出表示工作台(负载)02的位置的负载位置信号θド〈反馈控制的说明〉在图3所示的机构中，为了进行工作台02的位置控制，通常使用古典控制理论即反馈控制。參照图4，说明该反馈控制的方法。如图4所示，控制部100具有减法器101、乘法器102、减法器103、比例积分运算器 104。减法器101输出位置指令信号θ与负载位置信号θ ^之差即位置偏差信号Δ θ。 乘法器102将位置偏差信号Δ θ乘以位置环路增益Kp而输出速度偏差信号AV。减法器 103输出速度偏差信号ΔΥ与电动机速度信号ωΜ之差即速度指令信号V。比例积分运算器104对速度指令信号V进行比例积分运算而输出转矩指令信号 τ οS卩，在比例积分运算器104中，使用速度环路增益Kv和积分时间常数Tv，进行τ = VX{Kv(l+(l/Tvs))}这样的运算而求出转矩指令信号τ。另外，s是拉普拉斯算子(另外， 在以下的说明中，“ s”表示拉普拉斯算子)。电流控制部110将成为与转矩指令信号τ对应的电流值的电流向伺服电动机40 供给。由此，伺服电动机40进行旋转驱动。这种情况下，虽然未图示，但以成为与转矩指令信号τ对应的电流值的方式进行电流的反馈控制。如此，对驱动工作台02的伺服电动机40进行控制的控制部100通过以位置环路为主环路且以速度环路和电流环路为辅助环路这样的3重的环路来进行反馈控制。图4是沿着X方向驱动工作台02的进给机构10的控制系统，但是沿着Y方向驱动鞍座05的进给机构的结构及其控制系统也为同样的结构。然而，在图4所示的反馈控制中，相对于由位置指令信号θ指令的位置，实际的エ 作台(负载)02的位置延迟而进行追随。〈前馈控制的说明〉作为对在反馈控制中产生的控制延迟进行补偿的机构，向反馈控制加入前馈控制。图5是向图4所示的反馈控制电路加入前馈控制部150及加法器151、152的图。在前馈控制部150中，对位置指令信号θ进行微分，并乘以位置控制环路延迟补偿系数α，而求出位置延迟补偿信号Q。而且，对位置延迟补偿信号C1进行微分，并乘以速度控制环路延迟补偿系数β，而求出速度延迟补偿信号C2。并且，通过加法器151，将速度偏差信号Δ V加上位置延迟补偿信号C1，进而，通过加法器152，将转矩指令信号τ加上速度延迟补偿信号C2，由此进行前馈控制。如此加上位置延迟补偿信号C1来补偿位置延迟，加上速度延迟补偿信号C2来补偿速度延迟，由此能够对在反馈控制中产生的位置延迟及速度延迟大致完全地进行补偿。然而，即使是向反馈控制加入前馈控制的控制，也无法补偿控制对象即机械要素的弯曲或扭转等动态的变形引起的延迟或振动。更具体地说明的话，进给机构10由减速器20和滚珠丝杠30构成，由于滚珠丝杠 30的刚性有限，因此在轴移动等运动时，在滚珠丝杠30会发生扭转或弯曲，这会成为使加エ精度恶化的原因。<使用了控制对象的近似模型及反特性模型的控制的说明>因此，提出了如下的技木求出控制对象的近似模型，并求出该近似模型的反极性模型(补偿电路)，并在控制电路中加入反特性模型(补偿电路)，由此来补偿控制对象即机械要素的弯曲和扭转等动态的变形引起的延迟或振动(例如參照专利文献1 3)。參照图6，说明将此种反特性模型(补偿电路)加入到控制部的控制方法的一例 (专利文献3所示的技木)。另外，在图6中，对起到与图4相同功能的部分标注同一符号。在图6所示的例子中，将机械系统的特性作为以伺服电动机40和负载即工作台02 为质点的2质点系统的机械系统的模型来特別确定。并且，该机械系统以通过控制部100进行伺服控制(反馈控制)的情况为基本控制，并通过反特性模型300进行前馈补偿控制。如图6所示，对伺服电动机40的特性进行模型化而利用传递函数来表示吋，由方框40-1和方框40-2所示。另外，Jm表示电动机惯量，Dm表示电动机粘性。从方框40-1输出电动机速度信号ω Μ，从方框40_2输出电动机位置信号θ Μ。而且在对负载即工作台02的特性进行模型化而利用传递函数表示吋，由方框 02-1、方框02-2、方框02-3所示。另外，叉表示负载(工作台)的惯量，Dl表示负载(工作台)的粘性，Cl表示进给机构10的沿着滚珠丝杠30(螺纹部31、支承托架32a、32b、螺母部33)的轴向的弹簧粘性， &表示进给机构10的沿着滚珠丝杠30 (螺纹部31、支承托架32a、32b、螺母部33)的轴向的弹簧刚性。减法器201求出电动机位置信号θ Μ与负载位置信号θ L的偏差(θ μ- θ J。方框 02-1在被输入偏差(ΘΜ-Θ,)时，输出反作用カ转矩信号τ,。反作用カ转矩信号τ L在被输入到方框02-2吋，从方框02_3输出负载位置信号减法器202求出转矩指本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：仓本博久，
申请(专利权)人：三菱重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：
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