CN1073918C - 控制电机驱动注模机改进灵敏度的控制*** - Google Patents

Abstract

一种控制电机驱动注模机的控制***包括有一个伺服电机驱动的注射部件和一个控制伺服电机的速度反馈控制环路，一个放大器产生的指令信号表示伺服电机的转矩指令值，它和转速传感器测出的速度值与一速度指令值之间的差相适应。一个压力传感器检测模具中的树脂压力产生测出压力的信号。一个校正放大器放大测出压力的信号产生作为转矩指令值的校正值的信号。一个加法器将转矩指令值和校正值相加输往一个电机驱动装置。

Description

控制电机驱动注模机改进灵敏度的控制***

本发明涉及一种控制电机驱动注模机的控制***，该注模机有一由伺服电机驱动的注射部件。

电机驱动注模机有一注射部件，它由伺服电机驱动。注射部件包括一个滚珠丝杠、一个螺帽和一块压板。滚珠丝杠随着伺服电机的旋转而旋转。螺帽则按滚珠丝杠沿正向或反向的旋转而前后移动。压板与螺帽协同前后移动。设置在注射缸内的螺杆按照压板的前后运动进行相应的前后移动。

下面作更具体的描述，伺服电机受一速度反馈控制环路控制。速度反馈控制环路包括一个放大器、一个电机驱动装置、一个旋转速度传感器和一个减法器。放大器接收一速度指令值并将其放大产生一输出伺服电机转矩指令值。电机驱动装置按照放大器的输出驱动伺服电机。旋转速度传感器以检测伺服电机的旋转速度作为测出的速度值。减法器设置在放大器的输入端侧并从速度指令值中减去由旋转速度传感器得到的测出的速度值产生一相减的结果输至速度放大器。

加于电机驱动装置的放大器的输出是用于跟随速度指令值之后的转矩指令值。在这样的情况下，加速或减速的转矩是为加速或减速伺服电机所需求的。转矩指令值是由放大器产生的，这就需要向放大器提供速度指令值和测出的速度值之间的差，即速度偏差。这意味着当伺服电机需要一转矩时出现速度偏差。为此速度偏差可以用作速度反馈控制环路响应的指数。

对于更好的响应最好有更小的速度偏差。在原则上，若是放大器有无限大的增益，则速度偏差基本上可以为零。然而，实际上这是不可能的。为了与此适应，放大器的增益可以增加到消除由于速度偏差产生的响应延迟。然而，太大的增益造成控制的不稳定性，它对总的模压产品质量起有害影响。

于是，本发明的一项目的是为控制电机驱动注模机提供一种控制***，它稳定而且能够提供高灵敏度。

本发明的一种控制电机驱动速度注模机的控制***包括一个由伺服电机驱动的注射部件和一个控制伺服电机的速度反馈控制环路。速度反馈控制环路包括一个以检测伺服电机旋转速度作为测出速度值的旋转速度传感器、一个用以根据测出速度值和一速度指令值之间的差产生表示伺服电机转矩指令值的指令信号的放大器以及一个用以根据转矩指令值控制伺服电机的电机驱动器。

按照本发明的一种方式，控制***还包括一个压力传感器，它设置在注射缸内螺旋配置的驱动***中，用以检测树脂的压力并产生一表示测出压力的测出压力信号；一个校正放大器，它与压力传感器连接并放大测出的压力信号产生一放大信号作为转矩指令值的校正值；以及一个加法器，它与放大器和校正放大器连接并将转矩指令值与校正值相加，使相加结果加至电机驱动器。

按照本发明的另一种方式，控制***包括一个微分器，用于对速度指令值求微分以计算加速度并乘一预定系数使计算的加速度倍增，产生的倍增结果作为转矩指令值的校正值；以及一个加法器；它与放大器和微分器连接，用以将倍增的结果加至由放大器产生的转矩指令值，使相加的结果加至电机驱动器。

附图说明

图1为一电机驱动注模机的注射部件结构的示意视图；

图2为一常规的速度反馈控制环路结构的方框图；

图3示出图2速度反馈控制环路中速度指令值和测出速度值作为时间函数的特性曲线；

图4为由图1所示负载元测出的压力特性曲线，其中的特性曲线是以与图3相同的时间基准绘制的；

图5为本发明第一实施例的速度反馈控制环路结构的方框图；

图6示出图5速度反馈控制环路中速度指令值和测出速度值作为时间函数的特性曲线；

图7为由图1所示负载元测出的压力特性曲线，其中的特性曲线是以与图6相同的时间基准绘制的；

图8为本发明第二实施例的速度反馈控制环路结构的方框图；以及

图9示出图8速度反馈控制环路中速度指令值和测出速度值作为时间函数的特性曲线。

为了便于对本发明进行了解，参照图1对应用本发明的电机驱动注模机的注射部件进行描述。在图1中，伺服电机10的转动被传送至滚珠丝杠11。螺帽12按照滚珠丝杠11的转动前后移动。螺帽12被牢牢地固定在压板13上。压板13则被装在导引杆14a和14b上，使压板13可沿导引杆14a和14b移动。导引杆14a和14b牢牢固定在注模机的机架上(未示出)。压板13的前后移动通过一转轴15传送至一螺杆16。螺杆16设置在一注射缸17中。转轴15由一未示出的旋转驱动机构旋转驱动。因此，在转轴15的一端和压板13之间设置一轴承18。邻近轴承18设置一负载元19。负载元19用于检测在模压树脂期间压缩树脂作用于螺杆16的作用力。

模压树脂一般包括多步工艺，即配制树脂、填充、保压和冷却。在配制工艺中，熔融的树脂被装入注射缸17中，在填充工艺中，通过使螺杆16向注射缸17中前移将熔融的树脂填入一模具中。在保压工艺中，向填入模具的熔融树脂施加一压力以实现模压。此时，通过螺杆16向熔融树脂施加的压力经负载元19作为作用力测出。由负载元19测出压力经负载元放大器20放大并接入控制器21。

压板13设置有一位置传感器22，用以检测螺杆16的移动距离。位置传感器22产生一位置传感器信号。位置传感器信号经放大器23放大并送至控制器21。控制器21根据由一运算器所作的处置向一速度反馈控制环路24发送上述各过程的转矩指令值。速度反馈控制环路24控制以转矩指令值为依据的伺服电机10的驱动电流，以控制伺服电机10的输出转矩。

同时参照图2对常规的速度反馈控制环路进行描述。速度反馈控制环路24包括一个放大器24-1、一个电机驱动装置24-2、一个旋转速度传感器24-3和一个减法器24-4。放大器24-1具有包括PID(比例积分微分作用)补偿在内的各种功能。放大器24-1放大一速度指令信号，此信号表示产生伺服电机10的转矩指令值的速度指令值Vr。速度指令信号来自电机驱动注模机的一个主控部件(未示出)。电机驱动装置24-2依据由放大器24-1输出的转矩指令值驱动伺服电机10。旋转速度传感器24-3检测伺服电机10的转速产生一旋转速度传感器信号，它表示测出的速度值Vf。减法器24-4设置在放大器24-1的输入一侧并从速度指令值Vr中减去测出的速度值Vf。减法器24-4产生的差数结果输往放大器24-1。注模机在图2中总的用标号30描绘。可以用已知的转速观测器检测伺服电机10的转速而不用转速传感器24-3。这是由于伺服电机的转速能够由加于伺服电机10的电流和电压值确定。

由于将要模制的树脂的自然特性，如图2所示的速度反馈控制环路在图3所示的时间间隔T1期间可能产生扰动负载。当产生时，扰动负载反映到转速传感器24-3测出的速度值Vf上。其结果是，在减法器24-4中产生速度指令值Vr和测出速度值Vf之间的偏差。为了提供参照，图4示出由负载元19测出的压力Pf的变化。

不用说，速度偏差越小越可取。速度反馈控制环路的环路增益，即放大器24-1的增益可以为降低速度偏差而使其增加。然而，较大的增益会造成速度反馈控制环路的不稳定。

加于电机驱动装置24-2的放大器24-1的输出是用于跟随速度指令值Vr之后的转矩指令值。在图3中所示这样一种情况下，在加速的时间间隔T2或减速的时间间隔T3期间分别需要加速或减速的转矩使伺服电机10加速或减速。转矩指令值是由放大器24-1产生的，这就需要向放大器24-1提供一速度指令值Vr和测出的速度值Vf之间的差值，即速度偏差。这就意味着当伺服电机10需要一转矩时出现速度偏差。因此可以将速度偏差用作速度反馈控制环路响应的指数。

对于较好的响应最好是速度偏差较小。原则上说来，只要放大器24-1有无限大的增益，速度偏差就可基本为零。然而，实际上这是不可能的。为了适应这种情况，可以增加放大器24-1的增益以消除由速度偏差产生的响应延迟。然而，太大的增益会造成控制不稳定，它对最终的模压产品质量会起有害影响。

参照图5对本发明第一实施例进行描述。第一实施例应用于图1所绘示的注射部件。图5中的类似元件和部件是用图2中的同一标号表示的。在此第一实施例中，压力传感器31是由注模机30的螺杆16(图1)驱动***中设置的负载元实现的。例如，压力传感器31可以设置在用以传输驱动力的压板13和螺旋16之间的一个部件处。当熔融树脂填入模具并由螺杆16压缩时，压力传感器31检测所产生的注射压力。一个校正放大器32放大由压力传感器31产生的压力传感器信号。放大的压力传感器信号送往设置在放大器24-1和电机驱动装置24-2之间的加法器33。加法器33将放大器24-1的输出与校正放大器32的输出相加并将相加结果输往电机驱动装置24-2。

为此，电机驱动装置24-2设有伺服电机10的转矩指令值，即加上校正放大器32的输出的放大器24-1的输出。这意味着用由压力传感器31测得的压力值校正送往电机驱动装置24-2的转矩指令值。对转矩指令值的如此校正从图6明显可见能使速度指令值Vr与测出速度值Vf之间达到没有任何偏差的稳定、高灵敏。这种稳定与高灵敏即使在图6的时间间隔期T11因被模压树脂的本质和特性而产生扰动负载时仍能实现。为了提供参考，图7示出由压力传感器31测得的压力，其中的压力被转换成由滚珠丝杠11得到的推力。

结合图1所述的负载元19可以由压力传感器31取代。校正放大器32放大由压力传感器送来的压力传感器信号，最好对于螺杆16的向前和向后运动具有不同的增益。更具体地说，当螺杆16向前移动时，即当注射压力增加时，校正放大器32的增益应为第一增益G1。另一方面，当螺杆16后移时，即当注射压力降低时，校正放大器32的增益应为第二增益G2(其中G1＞G2)。第一和第二增益G1和G2是根据注射部件中驱动传动机构的传动效率所决定的。

参照图8对本发明的第二实施例进行描述。第二实施例的特征在于在结合图2所描述的速度反馈控制环路中设置一个微分器40和一个加速度限制器41。更具体地说，微分器40检测速度指令值Vr的变化。微分器40用预定的系数K乘检测值产生相乘的结果。将相乘结果经加速度限制器41送往加法器42。加法器42将相乘结果与放大器24-1的输出相加并将相加结果送往电机驱动器24-2。加速度限制器41在下面作更详细的描述。

在注模机中，要由注射部件的伺服电机10驱动使转动惯量不变。因而，伺服电机10所需的加速度转矩和减速度转矩相对于速度指令值Vr的改变来说有一恒定值，即加速度。为此，就有可能就速度指令值Vr预先推算出所需的加速转矩和减速转矩。根据受注射部件伺服电机10驱动的转动惯量不变的优越特性能够进行这种推算。经以下步骤可以求出转矩指令值Tr。系数K是预先推算出的，它是注模机的惯量，然后计算出作为微分值的速度指令值Vr的改变并由微分器40用系数K乘微分值。计算出的转矩指令值Tr经加法器42与指令值相加输往电机驱动装置24-2。相加的结果送至电机驱动装置24-2。这就消除了速度偏差的必要性，并如图9中所示，能够得到没有任何响应延迟的速度反馈控制环路。

接着，描述加速度限制器41的功能。在电机驱动的注模机中，如图8所示的速度反馈控制环路不仅可用于控制速度，而且还可用于包括注射压力控制***或是螺杆16的位置控制***的局部环路在内的各种其它控制。它使电机驱动的注模机的加速度范围能从伺服电机产生的惯量和最大转矩中预先得知。有可能得到这样的速度反馈环路，它跟随在一特定改变率范围(或是一特定加速度范围)之内的速度指令值Vr。它是用加速度的上限值和下限值作为极限值限制转矩指令值Tr而实现的。此外较好的是，预定系数和预定加速度范围是在伺服电机的转矩惯量成为最小的情况下定出的。

Claims (5)

1．一种用于控制电机驱动注模机的控制***，包括一个由伺服电机驱动的注射部件和一个用于控制伺服电机的速度反馈控制环路，所述速度反馈控制环路包括一个用于检测伺服电机转动速度作为测出速度值的转速传感器、一个用于根据由所述转速传感器得到的测出速度值和一速度指令值之间的差产生表示伺服电机转矩指令值的指令信号的放大器、以及一个用于根据转矩指令值控制伺服电机的电机驱动装置，所述控制***的特征在于，它还包括：

一个压力传感器，它设置在注射缸内一个螺旋排列的驱动***中，用以检测树脂的压力并产生表示测出压力的测出压力信号；

一个校正放大器，它与所述的压力传感器相连并放大测出压力信号产生一个放大的信号作为转矩指令值的校正值；以及

加法装置，它与所述的放大器和所述的校正放大器相连并使转矩指令值和转矩指令值的校正值相加，将相加的结果送往所述电机驱动器。

2．按照权利要求1所述的一种用于控制电机驱动注模机的控制***，其特征在于，所述校正放大器当螺杆向前移动时用第一增益G1放大测出压力信号，螺杆向后移动时用第二增益G2放大测出压力信号，第二增益G2比第一增益G1小。

3．一种用于控制电机驱动注模机的控制***，包括一个由伺服电机驱动的注射部件和一个用于控制伺服电机的速度反馈控制环路，所述速度反馈控制环路包括一个用于检测伺服电机转动速度作为测出速度值的转速传感器、一个用于根据测出速度值和一速度指令值之间的差产生表示伺服电机转矩指令值的指令信号的放大器、以及一个用于根据转矩指令值控制伺服电机的电机驱动装置；所述控制***的特征在于，它还包括：

一个微分器，用于微分速度指令值计算加速度并用一预定的系数乘所计算的加速度，产生的相乘结果作为转矩指令值的校正值；以及

一个加法器，它与所述放大器和所述微分器相连，用以将相乘结果与由所述放大器产生的转矩指令值相加，将相加结果送往电机驱动器。

4．按照权利要求3所述的一种用于控制电机驱动注模机的控制***，其特征在于，它还包括一个连接在所述微分器和所述加法器之间的加速度限制器，所述限制器只允许一个在预定加速度范围内的信号通过所述限制器。

5．按照权利要求3或4所述的一种用于控制电机驱动注模机的控制***，其特征在于，预定系数和预定加速度范围是在伺服电机的转矩惯量成为最小的情况下定出的。

Images