[发明专利]伺服电动机的控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种被用作机床的驱动源的伺服电动机的控制装置。

背景技术

用于对被用作机床的驱动源的伺服电动机进行驱动控制的控制装置一般大多由位置控制环、速度控制环以及电流控制环的3重控制环构成。

图7是概要地表示一般的伺服电动机的控制装置的结构的框图。以后，在不同的附图中，附加了相同的参照符号的要素表示具有相同功能的结构要素。

在位置控制环中，根据由被安装在伺服电动机2中的位置检测单元142检测出的伺服电动机2的位置信息和由位置指令生成单元（未图示）生成的位置指令值，由速度指令生成单元131生成速度指令值。在速度控制环中，根据由安装在伺服电动机2中的速度检测单元141检测出的伺服电动机2的速度信息和由速度指令生成单元131生成的速度指令值，由电流指令生成单元121生成电流指令值。在电流控制环中，根据伺服电动机2的驱动电流的检测值和由电流指令生成单元121生成的电流指令值，使用补偿器111生成用于驱动电力变换器3的驱动指令。电力变换器3例如是通过设置在内部的开关元件的开关动作而将直流电力变换为交流电力的逆变器，通过根据接收到的驱动指令，控制电力变换器3的开关元件的开关动作，而控制将直流电力变换为伺服电动机2的驱动用的交流电力的变换动作。伺服电动机2将从电力变换器3输出的交流电力作为驱动动力而动作，因此如果控制从电力变换器3输出的交流电力，则能够对伺服电动机2的速度、转矩或转子的位置进行驱动控制。通过驱动伺服电动机2，来驱动机床的可动部。

作为在电流控制环中使用的补偿器，有PI补偿器和比例提前型PI补偿器（以下称为“I-P补偿器”）。

PI补偿器具有能够使启动时间比I-P补偿器短的优点。一般，电流控制环的启动时间越短，则能够将在电流控制环的外侧构成的速度控制环的增益设定得越高，另外，如果能够将速度控制环的增益设定得高，则能够减小相对于机床的位置指令值的误差（位置误差）。PI控制和I-P控制的振荡极限相同，因此在从振荡极限具有相同程度的余量地决定电流控制环增益的情况下，PI控制能够使其高速动作，能够减小位置偏差。因此，如果在电流控制环中使用PI补偿器，则能够谋求提高机床的切削加工的精度。

另一方面，I-P补偿器相对于PI补偿器具有能够减小机床的超程量（过冲量）的优点。因此，如果在电流控制环中使用I-P补偿器，则能够在机床中进行超程量少的稳定的定位。

例如，如日本专利第3628199号公报所记载的那样，具有以下的技术，即考虑到上述的PI补偿器和I-P补偿器的特性，作为电流控制环中的补偿器，适当地分开使用PI补偿器和I-P补偿器，由此同时实现伺服电动机控制中的响应性的提高和稳定性的提高。根据日本专利第3628199号公报所记载的发明，作为电流控制环中的补偿器，在快进动作等定位模式（非轨迹模式）下使用I-P补偿器，在切削进给动作模式等轨迹控制模式下使用PI补偿器，由此适当调整电流控制环和速度控制环的增益值。即，在轨迹模式中，使用PI补偿器而设为高增益，由此提高电流控制环的响应性，还提高速度控制和位置控制的响应性，在提高控制性能的同时谋求提高机床的切削加工精度，在非轨迹模式中，使用I-P补偿器而设为低增益，由此能够谋求控制的稳定性。

在日本专利第3628199号公报所记载的发明中，根据伺服电动机是轨迹控制模式还是非轨迹控制模式，只切换补偿器。例如，如果伺服电动机的驱动模式从非轨迹模式切换为轨迹模式，则在电流控制环中使用的补偿器从I-P补偿器切换到PI补偿器。在该情况下，电流控制环的响应性提高，在高频带中机械共振点的增益增大。即，在电流控制环中使用PI补偿器的情况下，与使用I-P补偿器的情况相比，高频带的增益增大，因此在使用I-P补偿器的情况下不产生的振动会在PI补偿器中产生。

日本专利第3628199号公报所记载的发明通过在轨迹控制模式中使用PI补偿器，来提高控制性能，提高机床的加工精度，但没有考虑到该情况下的高频带的响应特性，对于避免在轨迹模式下在电流控制环中使用PI补偿器的情况下的共振没有采取任何对应策略。换言之，日本专利第3628199号公报所记载的发明虽然也考虑到设想了不具有机械共振点的机械的情况，但实际上具有质量的物体必定存在固有振荡频率，因此不存在没有机械共振点的机械。

这样，根据日本专利第3628199号公报所记载的发明，通过在电流控制环中使用补偿器，响应性显著提高，机床的加工精度提高，但存在机床的控制性能的稳定性恶化的问题。

发明内容