电动机控制装置的制作方法

1.本发明涉及电动机控制装置。


背景技术：

2.在采用点焊用伺服焊枪(电焊枪)的工件的焊接中，由电焊枪的电极部的焊接头夹持工件。而且，在控制电动机的转矩对工件进行加压的同时，将焊接头之间通电。这样，对工件进行焊接。这种电焊枪通过位置控制或者速度控制移动到与加压对象接触的跟前。随后，控制模式切换至转矩控制模式，由电焊枪对加压对象进行加压。而且，为了抑制在控制模式切换到转矩控制模式时电焊枪的速度过大而导致电焊枪和加压对象碰撞，实施具备速度限制功能的转矩控制模式。焊接结束后，再次将控制模式切换至位置控制模式或者速度控制模式，移动电焊枪。
3.日本专利第6113378号公报中记载了这种边在位置控制模式或者速度控制模式、以及转矩控制模式之间切换控制模式边实施按压控制的示例。日本专利第6113378号公报中记载的电动机控制装置控制具备编码器的电动机。所述电动机控制装置具备位置指令生成部、位置控制部、压力指令生成部、压力控制部、速度指令选择部和速度控制部。位置指令生成部生成位置指令。位置指令是使由电动机驱动的机械负载接近加压对象物且机械负载的最终位置到达加压对象物的一定距离跟前的指令值。位置控制部输出第一速度指令，以使编码器检测的电动机的位置跟随位置指令。压力指令生成部生成应向加压对象物施加的压力或力的指令值即压力指令。压力控制部输出第二速度指令，以使在机械负载按压加压对象物时在机械负载检测出的压力或力跟随压力指令。速度指令选择部选择蠕变速度、第一速度指令、第二速度指令中任意一个作为用于使电动机动作的速度指令而输出。蠕变速度规定机械负载接触加压对象物时的电动机的速度的上限。速度控制部输出用于向电动机供给电流的电流指令，以使电动机的速度跟随从速度指令选择部输出的速度指令。速度指令选择部在选择了第一速度指令后且第一速度指令低于蠕变速度的时机后，选择第二速度指令和蠕变速度中任意的较小的值。
4.这样，按照日本专利第6113378号公报的方法，在第一速度指令低于蠕变速度的时机后，实施选择第二速度指令和蠕变速度中任意的较小的值的处理。可是，在该方法中，为了构成压力控制部，需要压力检测器或者力检测器。因此，按照该方法，在难以设置这种检测器的设备上，难以进行按压控制。此外，由于来自压力检测器或者力检测器的输出所含的噪声或者构成压力控制回路的机械的刚性，也会有产生不稳定因素的情况。此时，来自压力控制部的速度指令中会产生波动。因此，在蠕变速度与第二速度指令的切换时机的附近，压力控制回路会切断及恢复。因此，压力控制回路的动作变得不稳定。


技术实现要素：

5.本公开中的一个目的是提供如下的按压控制用的电动机控制装置。所述电动机控制装置不需要压力检测器和力检测器，而能够高速进行从位置控制或者速度控制向附带速
度限制功能的转矩控制的转移，并且能够高速且稳定地进行从速度限制状态向转矩控制的转移。
6.本公开一个方式的电动机控制装置(本电动机控制装置)包括：速度检测部，检测电动机的速度；第一减法器，通过从位置指令减去位置而求出位置偏差；位置控制器，根据所述位置偏差求出第一速度指令；速度偏差计算器，求出基于转矩指令的第一速度偏差；加法器，通过将基于所述转矩指令的第一速度偏差与速度相加，求出基于转矩指令的第二速度指令；速度限制部，通过根据速度限制指令限制基于所述转矩指令的第二速度指令，求出限制后的第三速度指令并将该限制后的第三速度指令输出；速度指令选择部，根据控制模式自动切换信号，选择来自所述位置控制器的第一速度指令和所述限制后的第三速度指令中的任意一方；第二减法器，通过从电动机速度指令减去所述电动机的速度，求出第二速度偏差并将该第二速度偏差输出；速度控制器，通过将所述第二速度偏差作为输入而进行速度控制计算，算出电动机转矩指令并将该电动机转矩指令输出；以及电动机转矩控制部，使所述电动机输出基于所述电动机转矩指令的转矩，所述速度控制器具有比例控制器和积分控制器，所述速度指令选择部将来自所述位置控制器的第一速度指令与所述限制后的第三速度指令进行比较，在来自所述位置控制器的第一速度指令的值大于所述限制后的第三速度指令的值的情况下，选择来自所述位置控制器的第一速度指令的值，在来自所述位置控制器的第一速度指令的值在所述限制后的第三速度指令的值以下的情况下，选择所述限制后的第三速度指令的值，并根据选择的值求出电动机速度指令。
7.优选若由所述电动机驱动的构件的位置到达接近按压控制对象的规定的位置，则所述速度指令选择部使控制模式自动切换生效。
8.优选所述速度控制器构成为，在所述速度指令选择部选择所述限制后的第三速度指令时，在基于所述转矩指令的第二速度指令在所述速度限制部中未受到速度限制的情况下，进行比例控制，另一方面，在基于所述转矩指令的第二速度指令在所述速度限制部中受到速度限制的情况下，进行比例积分控制。
9.按照本电动机控制装置，不需要压力检测器和力检测器，可以高速进行从位置控制或者速度控制向附带速度限制功能的转矩控制的转移。
10.而且，按照本电动机控制装置，可以高速且稳定地进行从速度限制状态向转矩控制的转移。
附图说明
11.图1是表示电动机控制装置和方法的一个方式的框图。
12.图2表示了具体的速度控制器的结构例。
13.图3a～g表示了在位置控制中使构件移动到与加压对象接触的跟前为止之后将控制模式切换至转矩控制模式实施加压动作时的模拟结果。
具体实施方式
14.在下面的详细说明中，出于说明的目的，为了提供对所公开的实施方式的彻底的理解，提出了许多具体的细节。然而，显然可以在没有这些具体细节的前提下实施一个或更多的实施方式。在其它的情况下，为了简化制图，示意性地示出了公知的结构和装置。
15.以下，根据附图具体说明本公开的电动机控制装置和电动机控制方法的实施方式。另外，本公开的技术范围不限于所述实施方式的说明。属于专利申请的范围的各权利要求所涉及的技术范围，不论何种方式，都包含在本公开的技术范围中。
16.图1表示了电动机控制装置和电动机控制方法的一个方式。
17.用于进行基于转矩指令和速度限制指令的电动机的附带速度限制功能的转矩控制的装置和控制方法，如上所述(背景技术)已被公知。因此，省略关于公知技术的具体说明。本公开的实施方式如下所述。
18.图1表示了本公开的实施方式所涉及的电动机控制装置a。如图所示，电动机控制装置a控制电动机21的转矩和位置。所述电动机控制装置a根据转矩或位置中任意一方的控制模式指令控制电动机21。所述电动机控制装置a在位置控制模式中，按照位置指令控制电动机21的位置。而且，所述电动机控制装置a在转矩控制模式中，在速度限制指令以上的速度下按照速度限制指令限制速度，另一方面，在低于速度限制指令的速度下按照转矩指令控制电动机21的转矩。
19.所述电动机控制装置a大体具备编码器en23、速度检测部25、速度偏差计算器1、加法器3、速度限制部5、控制模式切换部7、第一减法器10、第二减法器11、速度控制器15、速度指令选择部16、电动机转矩控制器(电动机转矩控制部)17和位置控制器35等。
20.图1所示的电动机控制装置a可进行转矩控制模式和位置控制模式的切换。电动机控制装置a的各部分功能如下。
21.速度检测部25通过对编码器en23的位置进行微分，检测电动机21的速度。速度偏差计算器1根据转矩指令t
c
计算基于转矩指令t
c
的第一速度偏差s
dt
。即，使转矩指令t
c
通过速度偏差计算器1，由此而求出基于转矩指令t
c
的第一速度偏差s
dt
。
22.加法器3通过将基于转矩指令t
c
的第一速度偏差s
dt
与从所述速度检测部25输出的速度v相加，求出基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
。
23.速度限制部5通过以速度限制指令s
lc
指示的速度限制值对基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
进行速度限制，从而求出限制后的第三速度指令s
cl
，并输出所述限制后的第三速度指令s
cl
。
24.第一减法器10通过从位置指令l
c
减去位置p，求出位置偏差p
dt
。位置控制器35根据所述位置偏差p
dt
求出来自位置控制器35的第一速度指令s
c
。即，使位置偏差p
dt
通过位置控制器35，由此而求出来自位置控制器35的第一速度指令s
c
。
25.控制模式切换部7根据来自速度指令选择部16的速度指令选择指令s
ts
对来自位置控制器的第一速度指令s
c
和限制后的第三速度指令s
cl
进行切换，从而求出电动机速度指令s
mc
。例如，控制模式切换部7根据速度指令选择指令s
ts
，选择位置控制模式和转矩控制模式中任意一方作为控制模式，并且按照选择结果将第一速度指令s
c
和限制后的第三速度指令s
cl
中任意一方作为电动机速度指令s
mc
而输出。在速度指令选择指令s
ts
是来自位置控制器35的第一速度指令s
c
的情况下，控制模式切换部7将来自位置控制器35的第一速度指令s
c
作为电动机速度指令s
mc
而输出。另一方面，在速度指令选择指令s
ts
是限制后的第三速度指令s
cl
的情况下，控制模式切换部7将限制后的第三速度指令s
cl
作为电动机速度指令s
mc
而输出。而且，根据电动机速度指令s
mc
控制电动机21的速度。
26.在由电动机21驱动的构件接近按压控制对象的情况下，上位控制器根据位置信号
等，使控制模式自动切换信号c
ms
生效。若控制模式自动切换信号c
ms
生效，则速度指令选择部16根据控制模式自动切换信号c
ms
，选择来自位置控制器35的第一速度指令s
c
与限制后的第三速度指令s
cl
中的任意一方。即，速度指令选择部16将来自位置控制器35的第一速度指令s
c
与限制后的第三速度指令s
cl
进行比较。在来自位置控制器35的第一速度指令s
c
大于限制后的第三速度指令s
cl
的情况下，速度指令选择部16选择来自位置控制器35的第一速度指令s
c
，例如，作为速度指令选择指令s
ts
而输出。另一方面，在来自位置控制器35的第一速度指令s
c
在限制后的第三速度指令s
cl
以下的情况下，速度指令选择部16选择限制后的第三速度指令s
cl
，例如作为速度指令选择指令s
ts
而输出。而且，按照选择结果(即，输出的选择指令)，例如利用控制模式切换部7求出电动机速度指令s
mc
。根据求出的电动机速度指令s
mc
，控制电动机21的速度。另外，也可以是速度指令选择部16按照选择结果求出电动机速度指令s
mc
并输出。
27.具体速度检测部25通过对电动机附带的编码器en23的位置进行微分，求出电动机21的速度。第二减法器11通过从电动机速度指令s
mc
减去速度，求出第二速度偏差s
d
，并输出所述第二速度偏差s
d
。速度控制器15通过将第二速度偏差s
d
作为输入进行速度控制计算，算出电动机转矩指令t
mt
，并输出所述电动机转矩指令t
mt
。
28.电动机转矩控制器17使电动机21输出基于电动机转矩指令t
mt
的转矩。即，利用电动机转矩控制器17，从电动机21输出按照电动机转矩指令t
mt
的转矩。由编码器en23检测利用从电动机21输出的转矩而旋转的位置。进行速度控制，以使与该检测出的位置对应的速度和电动机速度指令s
mc
一致。
29.速度控制器15具有比例控制器15a和积分控制器15b。速度控制器15根据基于控制状态的来自速度指令选择部16的速度控制器控制信号s
tss
，仅使比例控制器15a动作，或者使比例控制器15a和积分控制器15b双方动作。
30.在速度指令选择部16选择来自位置控制器35的第一速度指令s
c
的情况下，速度控制器15根据速度控制器控制信号s
tss
，使比例控制器15a和积分控制器15b双方动作，进行比例积分控制。在速度指令选择部16选择限制后的第三速度指令s
cl
且基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
在速度限制部5中受到速度限制的情况下，速度控制器15也同样进行比例积分控制。在速度指令选择部16选择限制后的第三速度指令s
cl
且基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
在速度限制部5中未受到速度限制的情况下，速度控制器15根据速度控制器控制信号s
tss
，例如仅使比例控制器15a动作，进行比例控制。
31.这样，在速度指令选择部16选择限制后的第三速度指令s
cl
时，在基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
在速度限制部5中未受到速度限制的情况下，速度控制器15进行比例控制，另一方面，在基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
在速度限制部5中受到速度限制的情况下，速度控制器15进行比例积分控制。
32.图2表示了图1中的速度控制器15的更具体的结构例。比例控制器15a具有比例增益15a
‑
1。积分控制器15b具有积分增益15b
‑
1、积分器15b
‑
2、衰减增益(积分衰减增益)15b
‑
3和切换开关15b
‑
4。
33.使速度控制器15作为比例积分控制器动作的情况下，将切换开关15b
‑
4的端子1与积分器15b
‑
2连接。这样，积分控制器15b进行积分动作。使速度控制器15作为比例控制器动作的情况下，将切换开关15b
‑
4的端子2与积分器15b
‑
2连接。这样，根据负号的积分衰减增
益，积分器15b
‑
2的值衰减而成为0，进行比例动作。上述的进行电动机控制的各构件，可以由软件构成。对每个控制采样进行控制计算。
34.若由电动机21驱动的构件的位置到达接近按压控制对象的规定的位置，则速度指令选择部16接收控制模式自动切换信号c
ms
，使控制模式自动切换生效。即，速度指令选择部16实现使位置控制模式与转矩控制模式可自动切换的状态。
35.速度指令选择部16将来自位置控制器的第一速度指令s
c
与限制后的第三速度指令s
cl
进行比较。
36.速度指令选择部16在来自位置控制器35的第一速度指令s
c
的值大于限制后的第三速度指令s
cl
的值的情况下，选择来自位置控制器35的第一速度指令s
c
的值。
37.另一方面，速度指令选择部16在来自位置控制器35的第一速度指令s
c
的值在限制后的第三速度指令s
cl
的值以下的情况下，选择限制后的第三速度指令s
cl
的值。根据选择的值，求出电动机速度指令s
mc
。
38.在速度指令选择部16选择限制后的第三速度指令s
cl
且基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
在速度限制部5中未受到速度限制的情况下，速度控制器15进行比例控制。
39.另一方面，在基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
在速度限制部5中受到速度限制的情况下，进行比例积分控制。
40.在速度指令选择指令s
ts
为限制后的第三速度指令s
cl
的情况下，控制模式切换部7选择限制后的第三速度指令s
cl
作为电动机速度指令s
mc
输出。而且，如下所述，实施附带速度限制功能的转矩控制。
41.此时，速度控制器15作为比例控制器15a动作。设比例控制器15a的增益为gp时，利用速度控制系中的根据电动机速度指令s
mc
算出电动机转矩指令t
mt
的计算的反向计算，可以根据转矩指令t
c
如下计算基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
。
42.基于转矩指令t
c
的第一速度偏差s
dt
＝转矩指令t
c
/gp
ꢀꢀ
(1)
43.基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
＝基于转矩指令t
c
的第一速度偏差s
dt
速度v
ꢀꢀ
(2)
44.而且，通过根据速度限制指令s
lc
对求出的基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
进行速度限制，求出限制后的第三速度指令s
cl
。
45.若根据限制后的第三速度指令s
cl
进行电动机21的速度控制，则电动机转矩指令t
mt
如下所述。
46.电动机转矩指令t
mt
＝第二速度偏差s
d
×
gp＝(电动机速度指令s
mc
－速度v)
×
gp
47.这里，在不实施速度限制的情况下，电动机速度指令s
mc
＝基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
。因此，电动机转矩指令t
mt
如下所述。
48.电动机转矩指令t
mt
＝(基于转矩指令t
c
的第二速度指令s
tc
－速度v)
×
gp＝{(基于转矩指令t
c
的第一速度偏差s
dt
速度v)－速度v}
×
gp
ꢀꢀ
(3)
49.这里，(基于转矩指令t
c
的第一速度偏差s
dt
)
×
gp＝转矩指令/gp
×
gp＝转矩指令t
c
。因此，电动机转矩指令t
mt
和转矩指令t
c
一致。根据所述电动机转矩指令t
mt
进行转矩控制。其结果，从电动机21输出按照电动机转矩指令t
mt
的电动机转矩。
50.在实施速度限制的情况下，电动机速度指令s
mc
成为速度限制指令s
lc
。因此，进行基于速度限制指令s
lc
的电动机21的速度控制。其结果，通过速度限制指令s
lc
对速度进行比
例积分控制。
51.图3a～g表示了在本实施方式的位置控制中，使由电动机21驱动的构件移动到和加压对象接触的跟前之后，通过将控制模式切换到转矩控制模式实施加压动作时的模拟结果的一例。这里，表示了作为由电动机21驱动的构件的一例采用点焊用伺服焊枪的情况下的模拟结果。
52.波形a表示来自位置控制器35的第一速度指令s
c
。
53.波形b表示转矩指令t
c
和负载转矩。
54.波形c表示控制(位置，转矩)模式自动切换。
55.波形d表示限制后的第三速度指令s
cl
。
56.波形e表示电动机速度指令s
mc
。
57.波形f表示速度v。
58.波形g表示电动机转矩指令t
mt
。
59.在位置控制中，若伺服焊枪的位置接近加压对象，则控制模式自动切换生效(波形c)。若来自位置控制器35的第一速度指令s
c
(波形a)达到限制后的第三速度指令s
cl
(波形d)以下，则速度指令选择部16选择限制后的第三速度指令s
cl
。这样，电动机速度指令s
mc
成为由速度限制指令s
lc
设定的速度限制值(300min
－1
)(参照波形e的0.12－0.14)。
60.而且，若伺服焊枪以被限制的速度接近加压对象物而和加压对象物接触，则负载转矩增加(波形b)、速度降低(波形f)、速度限制状态被解除、根据按照转矩指令t
c
的电动机转矩指令t
mt
对加压对象加压(波形g)。
61.若加压对象物被加压，则控制模式自动切换成为无效(波形c)。由于没有压力控制回路，所以来自附带速度限制功能的转矩控制系的输出即限制后的第三速度指令s
cl
(波形d)为一定的整齐的值，从位置控制向转矩控制的切换(控制模式的切换)高速且平滑地实施(波形g)。此外，伺服焊枪和加压对象接触时的从速度限制状态向转矩控制的切换时，也看不到振颤等不稳定现象，瞬时实施切换(波形g)。
62.如上所述，按照本公开的实施方式的电动机控制装置，直到由电动机驱动的构件接近按压控制对象为止，实施常规的位置控制。另一方面，若由电动机驱动的构件接近按压控制对象，则控制模式自动切换生效。若控制模式自动切换生效，则速度指令选择部将来自位置控制器的第一速度指令与限制后的第三速度指令进行比较。若来自位置控制器的第一速度指令在限制后的第三速度指令以下，则选择限制后的第三速度指令进行附带速度限制功能的转矩控制。
63.按照本公开的实施方式的电动机控制装置，由于没有压力控制回路，所以控制模式的切换高速且平滑地实施。在切换控制模式后，由电动机驱动的构件直到和加压对象接触为止，以被限制的速度动作。若由电动机驱动的构件和加压对象接触，则此构件的速度降低，速度限制状态被解除。而且，电动机转矩指令成为如转矩指令，因此根据转矩指令对加压对象进行加压。
64.从速度限制状态向转矩控制状态的切换，也因为没有压力控制回路而高速且平滑地实施。按照本公开实施方式的控制方法的附带速度限制功能的转矩控制，自动实施该切换。附带速度限制功能的转矩控制系按照基于转矩指令的第一速度偏差与速度的加法结果，实施速度限制。因此，在速度控制回路的上位，没有用于实现速度限制的压力控制回路，
不需要特别的控制参数。即使速度控制器的增益较低，在不实施速度限制时，算出如转矩指令的电动机转矩指令，电动机转矩指令不受速度控制器的增益的影响。可以调节速度控制器的增益，以便通常对电动机进行速度控制时速度回路稳定。此外，当机械系存在共振等的情况下，可以在速度控制器的输出侧设置陷波滤波器或者低通滤波器。此时，针对转矩指令的响应恰好降低追加滤波器的部分。
65.如上所述，按照本公开的实施方式的电动机控制装置，根据转矩指令计算基于转矩指令的第二速度指令。通过对所述第二速度指令进行速度限制，求出限制后的第三速度指令。将来自位置控制器的第一速度指令与限制后的第三速度指令进行比较。在来自位置控制器的第一速度指令大于限制后的第三速度指令的情况下，选择来自位置控制器的第一速度指令。在来自位置控制器的第一速度指令为限制后的第三速度指令以下的情况下，选择限制后的第三速度指令。按照被选择的速度指令求出电动机速度指令，实现按压控制。这样，提供如下的按压控制用的电动机控制装置。所述电动机控制装置不需要压力检测器和力检测器，而可以高速进行从位置控制或者速度控制向附带速度限制功能的转矩控制的转移，并且可以高速且稳定地进行从速度限制状态向转矩控制的转移。
66.上述的各方式都表示了本公开的一个方式。本公开的技术自身不限于上述方式所示的具体结构。本公开的技术范围应包含本领域技术人员根据权利要求所述的内容能够想到的所有技术方案。
67.另外，本实施方式中在电动机和按压控制对象接近的情况下，上位控制器可以根据位置信号等使控制模式自动切换信号生效。此外，可以直到电动机接近按压控制对象为止，实施常规的位置控制，也可以是若电动机接近按压控制对象，则使控制模式自动切换生效。
68.此外，本公开的一个方式的电动机控制装置，可以是以下的第一电动机控制装置。第一电动机控制装置在根据转矩及位置中任意一方的控制模式指令控制电动机的电动机控制装置中，在位置控制模式中按照位置指令控制电动机的位置，在所述转矩控制模式中，在速度限制指令以上的速度下按照速度限制指令限制速度，在比速度限制指令低的速度下按照转矩指令控制电动机的转矩。所述第一电动机控制装置包括：检测所述电动机的速度的速度检测部；通过从位置指令减去位置而求出位置偏差的减法器；根据所述位置偏差求出速度指令的位置控制器；求出基于转矩指令的速度偏差的速度偏差计算器；通过将基于所述转矩指令的速度偏差和速度相加而求出基于转矩指令的速度指令的加法器；通过根据速度限制指令对基于所述转矩指令的速度指令进行限制而输出限制后的速度指令的速度限制部；通过根据控制模式自动切换信号对来自所述位置控制器的速度指令与所述限制后的速度指令进行切换而输出电动机速度指令的速度指令选择部；通过从所述电动机速度指令减去所述电动机的速度而输出速度偏差的减法器；将所述速度偏差作为输入进行速度控制计算而输出电动机转矩指令的速度控制器；以及输出基于所述电动机转矩指令的转矩的电动机转矩控制部。所述速度控制器具有比例控制器和积分控制器。所述速度指令选择部将来自所述位置控制器的速度指令与基于所述转矩指令的所述限制后的速度指令进行比较，在来自所述位置控制器的速度指令的值大于所述限制后的速度指令的值的情况下，选择来自所述位置控制器的速度指令的值，在来自所述位置控制器的速度指令的值在所述限制后的速度指令的值以下的情况下，选择所述限制后的速度指令的值，求出电动机速度指
令。
69.出于示例和说明的目的已经给出了所述详细的说明。根据上面的教导，许多变形和改变都是可能的。所述的详细说明并非没有遗漏或者旨在限制在这里说明的主题。尽管已经通过文字以特有的结构特征和/或方法过程对所述主题进行了说明，但应当理解的是，权利要求书中所限定的主题不是必须限于所述的具体特征或者具体过程。更确切地说，将所述的具体特征和具体过程作为实施权利要求书的示例进行了说明。