[发明专利]伺服控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及伺服控制装置，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缩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。

背景技术

工业机械中，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。在此种工业机械中，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>

作为此种工业机械的代表例，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的另一进给机构来进行。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，参照图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32a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。

即，当伺服电动机40旋转时，其旋转力经由减速器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来检测。脉冲编码器41在伺服电动机40的转子每旋转预先决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ω_M。

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_L。

<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。

参照图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_L之差即位置偏差信号Δθ。乘法器102将位置偏差信号Δθ乘以位置环路增益K_P而输出速度偏差信号ΔV。减法器103输出速度偏差信号ΔV与电动机速度信号ω_M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。

即，在比例积分运算器104中，使用速度环路增益K_v和积分时间常数T_v，进行τ＝V×{K_v(1+(1/T_vs))}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。