TWI446703B

TWI446703B - 馬達控制裝置

Info

Publication number: TWI446703B
Application number: TW100117011A
Authority: TW
Inventors: Koichiro Ueda; Hidetoshi Ikeda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2011-05-16
Publication date: 2014-07-21
Also published as: CN102893515A; TW201208245A; US20130033221A1; US8786245B2; KR101347461B1; KR20130002345A; DE112011101682T5; JPWO2011145475A1; JP5452715B2; CN102893515B; WO2011145475A1; DE112011101682B4

Description

馬達控制裝置

本發明係關於馬達控制裝置，其係控制用以將機械負載推壓於對象物之馬達的驅動。

射出成形機、衝壓(press)成形機等各種成形機和打線(bonding)機器等加工裝置(加工機械)中，電動機構(機械驅動部)係由馬達驅動而對加壓對象物施加壓力。另外，於如上所述之加工裝置中，通常係檢測為將機械負載推壓於屬於加工對象物的成形材料等或加工件時之壓力資訊的實際壓力值，並根據所檢測之實際壓力值與壓力指令值而進行壓力控制。藉由如上所述之壓力控制，算出為用以控制馬達以使實際壓力值追隨於壓力指令值的訊號之電流指令值，速度指令值等。

就如上所述之壓力控制演算的一例而言，可列舉將壓力指令值與實際壓力值間的偏差(差量)乘上比例增益(gain)而算出速度指令值，再進行根據該速度指令值之馬達速度的演算。一般而言，藉由將壓力控制之演算的增益特性設定為較大，即可提昇實際壓力值對於壓力指令值的追隨性。但相對的，若將比例增益設定為過大，則可能有損控制系統之穩定性，使控制系統變得不穩定，或產生於施加在加壓對象物的壓力附有高頻振動的振盪現象。

當然，控制系統成為不穩定的情況不好，但若產生振盪現象，則可能因振動而對成形品或加工品之品質產生不良影響。另一方面，若將增益特性設定為較小，則雖不會產生振盪現象，但實際壓力值對於壓力指令值的追隨性將降低。因此，會有為實際所施加之壓力的實際壓力值與設定為所期望之壓力的壓力指令值之間將產生誤差，而對於成形品或加工品之成形精密度、加工精密度造成不良影響的問題。

對於上述問題，例如，在如專利文獻1所示之習知裝置中，模墊(die cushion)控制裝置係作成於壓力指令值之微分值乘上係數後的補正值，且將該補正值加入速度指令值，藉此而提昇實際壓力值對於壓力指令值的追隨特性。

(先前技術文獻)

(專利文獻)

[專利文獻1]日本特開2007-111704號公報

然而，於如專利文獻1所示之習知裝置中，在加壓對象物對於從機械負載施加的力學物理量呈現非線性之特性的情形時，補正值將變得不正確。因此，存有可能產生過衝(overshoot)或無法獲得充分指令追隨特性的問題。

又，上述問題不僅會產生在壓力控制中，在力控制中也同樣地會產生。

本發明係為了解決上述課題而研發者，目的為獲得一種馬達控制裝置，即使在對象物相對於從機械負載施加的力學物理量呈現非線性特性的情形中，也可提昇施加於對象物的力學物理量之對於物理量指令值的追隨性。

本發明之馬達控制裝置係設置於電動機構，該電動機構具有馬達，連接於用以將力及壓力中之任一方的力學物理量施加於對象物的機械負載，藉由前述馬達之動力，使前述機械負載位移而推壓前述對象物，藉此將前述力學物理量施加於前述對象物，該馬達控制裝置具有：馬達控制裝置本體，係取得從前述機械負載作用於前述對象物的前述力學物理量之值作為物理量取得值，生成用以將前述物理量取得值作為預先設定之物理量目標值的物理量指令值，使用該生成之物理量指令值控制前述馬達之驅動；前述馬達控制裝置本體係具有：模擬物理量控制部，藉由依據前述物理量指令值與後述模擬物理量算出值間的差量而進行預定之模擬物理量控制演算，而算出關於馬達速度的模擬速度算出值；模擬位置算出部，藉由對於前述模擬速度算出值進行使用含有一次積分特性之傳達特性的演算，算出關於馬達位置及前述機械負載位置中之任一方的模擬位置算出值；模擬物理量算出部，將從前述機械負載作用至前述對象物的前述力學物理量之資訊、與馬達位置及前述機械負載位置中之任一方的資訊互相附加對應而作為模擬演算用資訊預先記憶，對於前述模擬位置算出值進行使用前述模擬演算用資訊的演算，算出模擬前述力學物理量之值的模擬物理量算出值；以及物理量控制部，藉由根據前述物理量取得值及前述模擬物理量算出值而進行壓力控制演算，算出關於馬達速度的實際速度指令值；前述馬達控制裝置本體係根據前述模擬速度指令值與前述實際速度指令值之和而控制馬達速度。

依據本發明之馬達控制裝置，馬達控制裝置本體係具有：模擬物理量控制部、模擬位置算出部、模擬物理量算出部、及物理量控制部，且係根據模擬速度算出值與實際速度指令值之和而控制馬達速度，故即使在對象物對於從機械負載所施加的力學物理量呈現非線性特性時，亦可提昇施加於對象物之力學物理量的對於物理量指令值的追隨性。

以下，參照圖式說明用以實施本發明的實施形態。

第1實施形態

第1圖係表示本發明第1實施形態之馬達控制裝置的方塊圖。

於第1圖中，加工裝置1係具有：電動機構4，含有旋轉式馬達(加工用馬達)2及編碼器(encoder)3；機械負載5，用以作為機械負載；以及壓力檢測器6。

編碼器3為生成因應於馬達2之旋轉速度的實際馬達速度訊號3a的速度檢測手段。電動機構4為將旋轉運動變換為平移運動的進給螺桿機構，具有螺桿4a和滾珠螺桿螺母4b。螺桿4a係藉由馬達2而旋轉於螺桿的圓周方向。滾珠螺桿螺母4b係隨著螺桿4a之旋轉而向螺桿4a之軸方向位移。

機械負荷5係安裝於滾珠螺桿螺母4b。機械負載5之前端部係面向加壓對象物(對象物)7。另外，機械負載5係與滾珠螺桿螺母一同朝螺桿4a之軸方向位移。加壓對象物7係被機械負載5加壓。壓力檢測器6係例如為測力計(load cell)或各種力感測器(sensor)等。另外，壓力檢測器6係安裝於機械負載5。更且，壓力檢測器6係輸出與當機械負載5對於加壓對象物加壓時之實際壓力值對應的實際壓力訊號6a。

加工裝置1之馬達2的驅動係由馬達控制裝置本體10所控制。馬達控制裝置本體10係具有：壓力指令訊號生成部11、模擬壓力控制部12、模擬位置算出部13、模擬壓力訊號生成部14、壓力控制部15、速度控制部16、及電流控制部17。壓力指令訊號生成部11係生成將實際壓力訊號6a之實際壓力值(物理量取得值)作成為所期望之目標壓力值用的壓力指令值(物理量指令值)之訊號，亦即壓力指令訊號11a。

模擬壓力控制部(模擬物理量控制部)12係接收來自壓力指令訊號生成部11的壓力指令訊號11a的壓力指令值和由模擬壓力訊號生成部14所生成的模擬壓力訊號14a的模擬壓力算出值(模擬物理量算出值)間之偏差(差量)的訊號11b。另外，模擬壓力控制部12係根據壓力指令值及模擬壓力算出值的偏差而進行模擬壓力控制演算(模擬物理量控制演算)，藉此算出模擬速度算出值，而生成為其訊號的模擬馬達速度訊號12a。該模擬速度算出值係對於馬達2之馬達速度進行模擬而得者。

就該模擬壓力控制演算之一例而言，可列舉藉由進行於壓力指令值與模擬壓力算出值間的偏差乘上比例增益的比例控制，而算出模擬速度算出值的方式等。又，不限於上述方式，例如亦可使用對於壓力指令值與模擬壓力算出值間的偏差進行比例控制與積分控制的比例+積分控制的方式。另外，亦可於模擬壓力控制演算組合具有低通特性的濾波器(filter)，或相位延遲濾波器、相位超前濾波器等。

模擬位置算出部13係接受來自模擬壓力控制部12的模擬馬達速度訊號12a。另外，模擬位置算出部13係對於模擬位置算出值進行傳達特性演算，算出對於馬達位置的模擬位置算出值，且生成為其訊號的模擬位置訊號13a。從模擬位置算出部13之模擬速度算出值往模擬位置算出值的傳達特性中係含有一次積分特性。如上所述，若於傳達特性中含有一次積分特性，則可模擬馬達速度與馬達位置間的關係。

就模擬位置算出部13之演算的一例而言，以s為拉普拉斯演算元，vm(s)為模擬速度算出值之拉普拉斯變換，xm(s)為模擬位置算出值之拉普拉斯變換時，可列舉如下式(1)的演算。

xm(s)=(1/s)‧vm(s)　(1)

又，該式(1)係表示從模擬速度算出值往模擬位置算出值的傳達特性中含有一次積分特性。

另外，除了該式(1)之外，亦可於傳達特性中除了一次積分特性之外另外再包含低通特性。例如，當以T為低通特性濾波器的時間常數時，亦可進行如下式(2)的演算而算出模擬位置算出值。

xm(s)=(1/s)‧{1/(Ts+1)}‧vm(s)　(2)

模擬壓力訊號生成部14係從模擬位置算出部13接收模擬位置訊號13a。另外，模擬壓力訊號生成部14係將馬達2之馬達位置的值與作用於加壓對象物7之壓力的值1對1地附加對應而記憶。更且，模擬壓力訊號生成部14係將模擬位置訊號13a之模擬位置算出值作為馬達位置，算出對應於該馬達位置的壓力而作為模擬壓力算出值。另外，模擬壓力訊號生成部14係生成為對應於所算出之模擬壓力算出值之訊號的模擬壓力訊號14a。

在此，於機械負載5接觸至加壓對象物7之前係不會產生壓力。另外，雖機械負載5與加壓對象物7接觸則產生壓力，但即使機械負載5為停止狀態，只要有與加壓對象物7接觸則仍會產生壓力。另外，若機械負載5之位置愈往加壓對象物7之方向大幅移動，則愈會產生大的壓力。亦即，壓力係僅依據機械負載5之位置而決定。但，位置與壓力之間並不一定為線性關係，視加壓對象物7之種類而有為非線性特性的情形。又，第2圖為表示當加壓對象物7之特性為非線性之情形時的位置與壓力間之關係的一例的線圖。

如上所述，模擬壓力訊號生成部14係將馬達位置之變化與壓力之變化1對1地附加對應而記憶，故即使在加壓對象物7對於從機械負載5所施加的壓力呈現非線性特性的情形時，亦可算出模擬壓力算出值。

就模擬壓力訊號生成部14之實現方法之一例而言，可列舉：預先記憶將馬達位置與壓力附加對應而成的工作表(模擬演算用資訊)，當接收到模擬位置訊號13a時，則參照工作表，算出對應於模擬位置訊號13a之模擬位置算出值的壓力作為模擬壓力算出值。另外，模擬壓力訊號生成部14之實現方法不限於工作表，亦可採用事先記憶用以模擬馬達位置與壓力間之關係的近似函數(模擬演算用資訊)，且使用該近似函數算出模擬壓力算出值的方式。

壓力控制部(物理量控制部)15係接收來自模擬壓力訊號生成部14的模擬壓力訊號14a與來自壓力檢測器6的實際壓力訊號6a。另外，壓力控制部15係執行壓力控制演算而以使壓力指令值與實際壓力值一致的方式算出實際馬達速度指令值，且生成為其實際馬達速度指令值(實際速度指令值)之訊號的實際馬達速度指令訊號15a。就以該壓力控制部15進行的壓力控制演算之一例而言，可列舉對於壓力指令值與實際壓力值間之偏差乘上由比例增益參數所定義的比例常數而算出實際馬達速度指令值的比例控制。

速度控制部16係接收為來自壓力控制部15之實際馬達速度指令訊號15a的實際馬達速度指令值與模擬馬達速度訊號12a之模擬速度算出值間之和之訊號的馬達速度指令訊號15b。另外，速度控制部16係接收來自編碼器3的實際馬達速度訊號3a。更且，速度控制部16係根據馬達速度指令訊號15b的馬達速度指令值與實際馬達速度訊號3a之實際馬達速度而執行速度控制演算。

另外，速度控制部16係藉由執行速度控制演算而算出與馬達速度指令值與實際馬達速度間之偏差對應的馬達電流指令值，且生成為該馬達電流指令值之訊號的馬達電流指令訊號16a。就該速度控制部16所進行的速度控制演算的一例而言，可列舉根據比例增益參數及積分增益參數的兩個參數之比例+積分控制等。

電流控制部17係接收來自速度控制部16的馬達電流指令訊號16a。另外，電流控制部17係根據馬達電流指令訊號16a之馬達電流指令值而供給電流至馬達2。

在此，馬達控制裝置本體10可由以下構件所構成：具有演算處理部(CPU)、記憶部(ROM及RAM等)、及訊號輸出輸入部的電腦(未圖示)；以及供給馬達電流的反相器(inverter，未圖示)等。於馬達控制裝置本體10之電腦的記憶部係儲存有用以實現以下功能的程式：壓力指令訊號生成部11；模擬壓力控制部12；模擬位置算出部13；模擬壓力訊號生成部14；壓力控制部15；速度控制部16；以及電流控制部17。

其次，對於可藉由該第1實施形態之結構而獲得之效果進行說明。當採用以往的壓力控制系統之結構時，若不增大壓力控制部的增益特性則難以提昇實際壓力值對於壓力指令值的追隨性能。然而，於電流控制部、壓力檢測部、實際位置檢測部、及速度訊號檢測部之各檢測部係存有延遲要件。因此，若將壓力控制部之增益設定的過大，則影響將及於控制系統之穩定性，而可能出現控制迴路(loop)變得不穩定，或隨著控制系統之穩定性降低而於檢測壓力訊號產生振動等的不良現象。

對此，第1實施形態之馬達控制裝置係如第1圖所示地將由模擬壓力控制部12、模擬位置算出部13、及模擬壓力訊號生成部14構成的屬於虛擬迴路的模擬演算系統構成在馬達控制裝置本體10之計算機上。因此，由於藉由該模擬演算系統所生成的模擬壓力訊號14a、模擬馬達速度訊號12a、及模擬位置訊號13a係生成在計算機上，故該等訊號將不受含有延遲要素的電流控制部、壓力檢測部、實際位置檢測部、及速度訊號檢測部之各檢測部的影響而被決定。

從而，即使在將模擬壓力控制部12之增益特性設定為大的情形中，亦不會對控制系統之穩定性造成影響。因此，若將模擬壓力控制部12之增益特性設定為較大，則可提昇模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值對於壓力指令訊號11a之壓力指令值的追隨性。

另外，藉由模擬演算系統而與模擬壓力訊號14a一起生成的模擬馬達速度訊號12a之模擬速度算出值係成為用以使模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值對於壓力指令訊號11a之壓力指令值以高反應追隨的馬達速度。藉由將該模擬馬達速度訊號12a以前饋式的方式加入屬於壓力控制部15之輸出的實際馬達速度指令訊號15a，即可使實際給予馬達的馬達速度指令訊號15b成為可實現壓力追隨性之提昇的馬達速度指令訊號。

更且，由於模擬壓力訊號生成部14係正確地模擬加壓對象物7之特性，故模擬壓力訊號14a與實際壓力訊號6a間之各個值係幾乎相等。結果，由於模擬壓力訊號14a與實際壓力訊號6a間之各個值的誤差也幾乎都成為0，故為壓力控制部15之輸出的實際馬達速度指令訊號15a之實際馬達速度指令值係幾乎成為0。因此，在馬達速度指令訊號15b中，模擬馬達速度訊號12a之模擬速度算出值係成為馬達速度指令訊號15b的主要成分，而成為馬達2應運作的馬達速度指令值。又，實際馬達速度指令訊號15a係成為當模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值與實際壓力訊號6a之實際壓力值產生誤差時用以將該誤差補正的訊號。

模擬馬達速度訊號12a係即使增大模擬壓力控制部12之增益特性也不會受含有延遲要素的電流控制部17、實際馬達速度訊號3a、實際壓力訊號6a影響而決定的訊號。因此，可在不影響控制系統之穩定性之下，生成高速追隨壓力指令訊號11a之壓力指令值用的馬達2應運作的馬達速度指令值。

另外，即使當加壓對象物相對於從機械負載5所施加的壓力呈現非線性的特性時，模擬壓力訊號生成部14係使用工作表或近似函數而從模擬位置訊號13a之模擬位置算出值算出模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值。藉由該構成，可更正確地算出可使實際壓力訊號6a之值的指令追隨特性提昇的成為馬達速度指令訊號的模擬馬達速度訊號12a之模擬速度算出值。

第2實施形態

於第1實施形態中，就模擬壓力控制部12之一例而言，說明了可藉由對於壓力指令值與模擬壓力算出值間之偏差的訊號進行比例控制或比例+積分控制等線性控制演算，從而算出模擬速度算出值之例子。相對於此，於第2實施形態係說明除了比例控制等關於線性傳達特性的演算之外，尚加上限制處理的例子進行說明。

第3圖為表示本發明第2實施形態的馬達控制裝置之一部分的方塊圖。於第3圖中，第2實施形態之馬達控制裝置的構成概要，係與第1實施形態之構成相同，於第2實施形態中，係代替第1實施形態的模擬壓力控制部12而使用模擬壓力控制部21。

第2實施形態之模擬壓力控制部21係具有傳達特性演算部22及限制處理部23。傳達特性演算部22係根據壓力指令訊號11a之壓力指令值與模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值間的偏差(差量)而與第1實施形態之模擬壓力控制部12同樣地進行比例控制或比例+積分控制等線性控制演算。藉此，傳達特性演算部22係算出模擬速度算出值，且將該訊號(傳達特性輸出訊號)22a往限制處理部23送出。

限制處理部23係於當來自傳達特性演算部22的訊號22a之模擬速度算出值為預定值以下時，以訊號22a保持不變地作為模擬馬達速度訊號23a。另一方面，限制處理部23係於當來自傳達特性演算部22的訊號22a之模擬速度算出值超過預定值時，以預定值作為模擬速度算出值，且以該預定值之訊號作為模擬馬達速度訊號23a。

在此，係藉由將限制處理部23之預定值設為馬達2之最高速度以下而避免模擬速度算出值取較馬達2之最高速度大的值的情形。結果，馬達速度指令訊號15b之馬達速度指令值亦可在不超過馬達2之最高速度的狀態下進行控制。

其次，對於第2實施形態之效果進行說明。第4圖為用以說明第2實施形態之效果的線圖。於第4圖(a)係示有模擬壓力訊號14a及壓力指令訊號11a之相對於時間的變化，於第4圖(b)係示有模擬馬達速度訊號23a相對於時間的變化。另外，於第4圖係以實線表示使用限制處理部23時的模擬壓力訊號14a及模擬馬達速度訊號23a之變化，以一點鏈線表示未使用限制處理部23時之模擬壓力訊號14a及模擬馬達速度訊號23a之變化，以虛線表示壓力指令訊號11a之變化。又，於第4圖的使用限制處理部23的情形係為設定馬達最高速度作為限制處理部23之預定值的情形。

藉由施加限制處理部23的處理，相較於未使用限制處理部23時，模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值之壓力指令訊號11a之對於壓力指令值的追隨性係變得若干遲鈍。另一方面，模擬馬達速度訊號23a之模擬速度算出值在未使用限制處理部23的情形時，並無法保證成為馬達最高速度以下，而存有超過馬達最高速度的可能性。相對於此，當使用限制處理部23時，模擬馬達速度訊號23a之模擬速度算出值不會超過馬達最高速度。

在此，使用限制處理部23的情形，以另外一種角度來看，係對應於馬達2之最高速度而以使追隨性能最大限度提昇的方式將壓力指令訊號11a整形為模擬壓力訊號14a，更且，算出用以實現該動作的模擬速度算出值(模擬馬達速度訊號23a)。此時，馬達最高速度以下之模擬速度算出值的模擬馬達速度訊號23a係於速度控制部16施加前饋(feed forward)

因此，速度控制部16係若欲追隨該模擬馬達速度訊號23a之模擬速度算出值，就會將馬達速度控制在馬達最高速度以下。另外，模擬馬達速度訊號23a係用以實現模擬壓力訊號14a的訊號，由於模擬壓力訊號生成部14可模擬加壓對象物7之特性，故施加於加壓對象物7的壓力係成為幾乎與模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值相同的大小。

此時，係保持模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值與實際壓力訊號6a之實際壓力值間的差接近於0的狀態，實際馬達速度指令訊號15a之實際馬達速度指令值亦成為接近0的近似值。結果，為模擬馬達速度訊號23a之模擬速度算出值與實際馬達速度指令訊號15a之實際馬達速度指令值間之和的馬達速度指令訊號15b之馬達速度指令值亦不會超過馬達最高速度。

然而，若為了使馬達速度指令訊號15b之馬達速度指令值為馬達2之最高速度以下，則亦可考慮不在第1圖的模擬壓力控制部12設置如第3圖所示的限制處理部23，而對馬達2之馬達速度指令訊號15b之馬達速度指令值進行直接限制處理的方式。即使在採用如上所述方式的情形中，為速度控制之參考訊號的馬達速度指令訊號15b之馬達速度指令值仍將成為馬達2之最高速度以下。

此時，由於在模擬壓力控制部12並未設置限制處理部23，故如第4圖所示，可提昇模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值對於壓力指令訊號11a之壓力指令值的追隨性。然而，於此情形中，由於對於馬達速度指令訊號15b設有限制處理，故馬達2無法以馬達最高速度以上動作。因此，依存於馬達速度的實際壓力值係無法如模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值地提昇對於壓力指令訊號11a之壓力指令值的追隨性。

此時，實際壓力訊號6a之實際壓力值係成為對於模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值產生大的偏差，結果，壓力控制部15所生成的實際馬達速度指令訊號15a之實際馬達速度指令值係成為採取較大值的方式，而使馬達速度指令訊號15b中的實際馬達速度指令訊號15a所佔的比例也增加。

當如上所述地馬達速度指令訊號15b的實際馬達速度指令訊號15a之比例增加時，為了提昇對於壓力指令訊號11a之壓力指令值的追隨性，必須增加壓力控制部15之增益特性。然而，如上所述，提昇壓力控制部15之增益特性的方式，從控制系統之穩定性的觀點來看有其極限，故馬達速度指令訊號15b之馬達速度指令值亦無法得到對於壓力指令訊號11a之壓力指令值的高追隨性。

相對於此，依據第2實施形態之構成，係在模擬壓力控制部21的模擬馬達速度訊號23a之模擬速度算出值的算出過程中藉由限制處理部23而使模擬速度算出值成為預定值以下。藉由該構成，可以使模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值與實際壓力訊號6a之實際壓力值間的偏差幾乎成為0。結果，即可抑制如上所述之問題的產生。並且，亦可將馬達速度指令訊號15b之馬達速度指令值保持於馬達最高速度以下。除此之外，同時亦可獲得與第1實施形態同樣的效果。

在此，於如專利文獻1所示之習知裝置中，補正速度訊號之補正值的大小有超越馬達最高速度的情形，就作為馬達速度控制之參照訊號的馬達速度指令訊號之馬達速度指令值而言，有給予馬達性能(最高速度)以上之馬達速度指令值的情形。於上述情形中，有可能於實際壓力訊號(壓力檢測訊號)產生過衝或振動等問題，而對於成形品和加工品之品質產生不良影響。

相對於此，於第2實施形態中，在模擬壓力控制部21的模擬馬達速度訊號23a之算出過程中，係藉由限制處理部23而使模擬速度算出值成為預定值以下，故可抑制於實際壓力訊號6a產生的過衝和振動。

第3實施形態

於第1、2實施形態中，係說明說了構成有從壓力指令訊號11a產生模擬壓力訊號14a的虛擬迴路的模擬演算系統，利用在該模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值的算出過程中所獲得的模擬馬達速度訊號12a，根據該模擬馬達速度訊號12a之模擬速度算出值而控制馬達2之驅動的構成進行說明。

相對於此，於第3實施形態中，係以與第1、2實施形態相同的考量，說明使用從壓力指令訊號11a產生模擬壓力訊號14a的虛擬迴路的模擬演算系統，算出馬達2應動作的模擬電流算出值，且對於根據為該模擬電流算出值之訊號的模擬馬達電流訊號而控制馬達2之驅動的構成。

第5圖為示有該發明第3實施形態之馬達控制裝置的方塊圖。於第5圖中，第3實施形態之馬達控制裝置本體30之構成的概要係與第1實施形態之構成相同，第3實施形態之馬達控制裝置本體30復具有模擬速度算出部31與模擬電流算出部32。

第3實施形態之模擬壓力控制部12係根據壓力指令訊號11a之壓力指令值與模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值11b間之偏差的訊號11b而算出模擬加速度算出值，且生成為其訊號的模擬馬達加速度訊號12b。就該模擬壓力控制部12之控制的一例而言，可列舉對於訊號11b之值乘上以比例增益參數所定義的比例常數而算出模擬加速度算出值的比例控制。又，不限於該比例控制，亦可為比例+積分控制等。

模擬電流算出部32係將馬達2之轉子、機械負載5、以及電動機構4之各自的慣量(inertia)合計後的機械總慣量除以為對應於馬達電流所產生的轉矩(torque)之比的轉矩常數的常數，乘上模擬馬達加速度訊號12b之模擬加速度算出值，藉此而算出模擬電流算出值。另外，模擬電流算出部32係生成為該模擬電流算出值之訊號的模擬馬達電流訊號32a。

模擬速度算出部31係對於模擬馬達加速度訊號12b之模擬加速度算出值進行使用含有1次積分特性的傳達特性的演算，藉此而算出模擬速度算出值，且生成為其訊號的模擬馬達速度訊號31a。於模擬速度算出部31之後段中，第3實施形態之模擬位置算出部13係對於模擬馬達速度訊號31a之模擬速度算出值藉由進行與第1實施形態相同地關於含有1次積分特性的傳達特性之演算而算出關於馬達位置的模擬位置算出值，且生成為其訊號的模擬位置訊號13a。

第3實施形態之速度控制部16係接收來自壓力控制部15的實際馬達速度指令訊號15a之實際馬達速度指令值與模擬馬達速度訊號31a之模擬速度算出值間之和的馬達速度指令值的訊號，亦即馬達速度指令訊號15c。另外，速度控制部16係以使馬達實際速度訊號3a之實際馬達速度追隨馬達速度指令訊號15c之馬達速度指令訊號16b之馬達速度指令值的方式算出實際電流指令值，且生成為其訊號的實際馬達電流指令訊號16a。

第3實施形態之電流控制部17係接收為對於實際馬達電流指令訊號16a之實際電流指令值與模擬馬達電流訊號32a之模擬電流算出值間之和的值的訊號的馬達電流指令訊號16b。另外，電流控制部17係以使電流17a與馬達電流指令訊號16b之電流指令值一致的方式進行控制。其他構成則與第1實施形態相同。

其次，對於第3實施形態之效果進行說明。根據實際馬達電流指令訊號16a之實際電流指令值與模擬馬達電流訊號32a之模擬電流算出值間的和(馬達電流指令訊號16b)而控制馬達速度的效果係與第1實施形態之效果相同。另外，模擬馬達電流訊號32a係用以使模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值以高速回應追隨壓力指令訊號11a之壓力指令值的馬達2之電流訊號。將該模擬馬達電流訊號32a前饋性地施加於為速度控制部16之輸出的實際馬達電流指令訊號16a，藉此而使實際給予馬達2的馬達電流指令訊號16b成為可實現提昇壓力之追隨性的訊號。

另外，模擬壓力訊號生成部14係模擬加壓對象物7之特性，故模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值與實際壓力訊號6a之實際壓力值係變得幾乎相等，結果，為壓力控制部15之輸出的實際馬達速度指令訊號15a之實際速度指令值係幾乎成為0。並且，模擬馬達速度訊號31a之模擬速度算出值與實際馬達速度訊號3a之實際馬達速度係變得幾乎相等，實際馬達電流指令訊號16a之實際電流指令值係幾乎成為0。結果，馬達2係主要根據模擬馬達電流訊號32a而被驅動。一般而言，馬達2之控制中，對於電流的回應係較對於速度之回應為高。因此，藉由將為馬達電流指令訊號16b之主要成分的模擬馬達電流訊號32a前饋地施加，而有更加提昇對於壓力指令訊號11a之壓力指令值的追隨性的效果。

另外，模擬壓力訊號生成部14係使用工作表或近似函數而從模擬位置訊號13a之模擬位置算出值算出模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值。藉由該構成，可更正確地算出成為可提昇實際壓力訊號6a之指令追隨特性的馬達電流指令訊號的模擬馬達電流訊號32a。又，當模擬壓力訊號生成部14所生成的模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值與實際壓力訊號6a之實際壓力值間產生誤差時，實際馬達電流指令訊號16a係成為用以將該誤差補正的訊號。

又，於第4圖中，係作為除了將模擬馬達電流訊號32a加入實際馬達電流指令訊號16a之外，亦將模擬馬達速度訊號31a加入實際馬達速度指令訊號15a的構成而進行說明。然而，不限定於該例，即使為未將模擬馬達速度訊號31a加入實際馬達速度指令訊號15a，而將模擬馬達電流訊號32a加入實際馬達電流指令訊號16a的構成，亦可獲得同樣的結果。

其次，對於第3實施形態之另一例進行說明。在此，代替第5圖之模擬壓力控制部12，對於使用進行如第2實施形態之限制處理的模擬壓力控制部41的構成進行說明。如第6圖所示，模擬壓力控制部41係具有傳達特性演算部42及限制處理部43。

傳達特性演算部42係根據壓力指令訊號11a之壓力指令值與模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值間的偏差(差量)而進行比例控制般的控制演算。藉此，傳達特性演算部42係算出模擬加速度算出值，且將其訊號(傳達特性輸出訊號)42a向限制處理部43送出。

限制處理部43係於來自傳達特性演算部42的訊號42a之模擬加速度算出值為預定值以下時，將訊號42a保持不變地作為模擬馬達加速度訊號43a。另一方面，限制處理部43係於當來自傳達特性演算部42的訊號42a之模擬加速度算出值超過預定值時，以預定值作為模擬加速度算出值，且以該預定值訊號作為模擬馬達加速度訊號43a。

在此，就限制處理部43之預定值而言，較佳係設定依據為馬達2之最大電流、隨著馬達動作而可動部分的機械慣量(於第5圖中，相當於馬達2之慣量、電動機構4、機械負載5、壓力偵測器6之合計慣量)、及馬達2之轉矩常數而決定的最大加速度(對馬達之最大電流乘上轉矩常數，且除以合計馬達2、電動機構4、及機械負載5之慣量的機械總慣量而得的加速度)以下。另外，當使用線性馬達驅動電動機構4時，亦可設定為於線性馬達之最大電流乘上推力常數，再除以將線性馬達之可動子及隨馬達動作而可動之部分的機械質量合計後的機械質量而得的最大加速度。上述最大加速度係相當於使用馬達最大電流加速時之加速度。

藉此，模擬馬達加速度訊號43a之模擬加速度算出值係不會取較馬達2之最大加速度更大的值，而具有可在馬達電流指令訊號16b之電流指令值亦不超過馬達2之最大電流的狀態下進行控制的效果。假使，若供應超過馬達最大電流的馬達電流指令值，則將無法控制電流而於電流產生振動，結果，於壓力和速度也會產生振動，因此將對於加壓對象物之加工精度產生不良影響。更且，在最壞的情形中亦有馬達因過大之電流而導致被破壞的可能性。

相對於此，藉由對馬達的最大電流乘以轉矩常數，並以合計馬達的慣量與伴隨馬達動作而可動之部分的機械慣量之機械總慣量除之，而將限制處理部的限制值設成可獲得的加速度以下，即可將模擬電流信號限制為馬達最大電流以下，故可算出以馬達最大電流以下使馬達動作時的模擬壓力訊號，將此時的模擬電流訊號前饋地施加，藉此可實現模擬電流算出值與電流大致相對之控制，結果，模擬電力算出值與實際壓力值也成為大致相等值之控制。藉此，由於在實際壓力值與模擬壓力算出值之間不會產生偏差，故不會使壓力控制部15的增益加大，使用模擬電流算出值形成可使實際壓力值對壓力指令值的追隨性提升。

其次，對於取代第5圖之模擬速度算出部31而使用進行如第2實施形態之限制處理的模擬速度算出部51的構成進行說明。如第7圖所示，模擬速度算出部51係具有一次積分特性演算部52以及限制處理部53。一次積分特性演算部52係對於模擬馬達加速度訊號12b之模擬加速度算出值進行含有一次積分特性的關於傳達特性之演算，算出其模擬速度算出值而生成其訊號51a。

限制處理部53係於來自一次積分特性演算部之訊號52a的模擬速度算出值為預定值以下時，將訊號52a保持不變地設為模擬馬達速度訊號53a。另一方面，限制處理部53係於來自一次積分特性演算部52的訊號51a之模擬速度算出值超過預定值時，將預定值作為模擬速度算出值，且將該預定值訊號作為模擬馬達速度訊號53a。

在此，就限制處理部53之預定值而言，可列舉設為馬達2之最大速度以下。藉此，模擬馬達速度訊號53a之模擬速度算出值不會有取較馬達2之最高速度更大之值的情形，結果，即具有可在馬達速度指令訊號15c之速度指令值亦不會超過馬達2之最高速度的狀態下進行控制的效果。

藉由將限制處理部的限制值設為馬達的最高速度以下，模擬速度訊號將會被限制在馬達最高速度以下，所以可算出以馬達最高速度以下使馬達動作時的模擬壓力訊號。藉由將此時的模擬速度訊號前饋性地施加，即可實現模擬速度算出值與速度大致相等的控制。結果，模擬壓力算出值與實際壓力值成為大致等值的控制。藉此由於在實際壓力值與模擬壓力算出值之間不會產生大的偏差，所以不用加大壓力控制部15的增益特性，使用模擬速度算出值就可使實際壓力值對壓力指令值的追隨性提升。

又，第3實施形態之模擬速度算出部31及模擬位置算出部13之傳達特性可僅含有1次積分特性，亦可與第1實施形態相同地除了1次積分特性外尚含有低通特性等。

第4實施形態

於第1至3實施形態中，說明了以壓力控制部15進行用以輸出具有速度次元的訊號之控制的構成，亦即於壓力控制部15之小迴路(minor loop)中設置速度控制的構成。相對於此，於第4實施形態中，係說明於壓力控制部15進行輸出具有電流次元的訊號的控制的構成，亦即對在壓力控制部15之小迴路中設置電流控制的構成進行說明。

第8圖為示有本發明第4實施形態之馬達控制裝置的方塊圖。於第8圖中，第4實施形態之馬達控制裝置本體60之構成，係除了具有與第3實施形態同樣的模擬電流算出部32之點、以及省略速度控制部16之點以外，皆與第1實施形態之馬達控制裝置本體10之構成相同。在此，係以其與第1、3實施形態間之差異為中心進行說明。

第4實施形態之模擬壓力控制部12係根據壓力指令訊號11a以及模擬壓力訊號14a之各者的值的偏差之訊號11b而算出模擬加速度算出值，且生成為其訊號的模擬馬達加速度訊號12b、就模擬壓力控制部12之控制的一例而言，可列舉比例控制、或比例+積分控制等。第4實施形態的模擬位置算出部13係接收來自模擬壓力控制部12的模擬馬達加速度訊號12b，而進行含有二次積分特性的傳達特性演算，算出模擬位置算出值，且生成為其訊號的模擬位置訊號13a。

第4實施形態之模擬電流算出部32係以模擬馬達加速度訊號12b作為輸入訊號，且將為馬達2之轉子、電動機構4及機械負載5之慣量的合計的機械總慣量除以為相對於馬達電流而產生的轉矩之比的轉矩常數而得的常數乘上模擬加速度算出值，藉此而算出模擬電流算出值，且生成為其訊號的模擬馬達電流訊號32a。第4實施形態之電流控制部17係根據馬達電流指令訊號15e之電流指令值而控制於馬達2流動的電流。

在此，藉由前饋性地將模擬馬達電流訊號32a加入為壓力控制部15之輸出的實際馬達電流指令訊號15d，而使用以決定實際給予馬達2之電流的馬達電流指令訊號15e成為可實現壓力追隨性之提昇的訊號。另外，模擬壓力訊號生成部14係正確地模擬加壓對象物7之特性，故模擬壓力訊號14a及實際壓力訊號6a之值係幾乎相等。

結果，為壓力控制部15之輸出的實際馬達電流指令訊號15d之實際電流指令值係幾乎成為0。藉此，馬達電流指令訊號15e之中，模擬馬達電流訊號32a係成為馬達電流指令訊號15e的主要成分，而成為馬達2應動作的訊號。又，實際馬達電流指令訊號15d係成為當模擬壓力訊號生成部14所產生的模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值與實際壓力值間產生誤差時將該誤差補正用的訊號。

另外，即使為加壓對象物7展現非線性特性時，模擬壓力訊號生成部14亦可使用工作表或近似函數而從模擬位置訊號13a之模擬位置算出值算出模擬壓力訊號14a之模擬壓力算出值。藉由該構成，而具有可生成可以成為提昇實際壓力訊號6a之指令追隨特性的馬達電流指令訊號的模擬馬達電流訊號32a的效果。

如上所述，依據第4實施形態，即使為於壓力控制部15之小迴路設置電流控制的構成，亦可獲得與第1、3實施形態同樣的效果。

又，亦可於第4實施形態之模擬壓力控制部12設置與第2、3實施形態相同的限制處理。具體而言，模擬壓力控制部12亦可為如第3實施形態之第6圖的構成。設置限制處理而得的效果係與在第3實施形態中所說明的效果相同。

第5實施形態

於第4實施形態中係對於使用電流控制迴路作為壓力控制之小迴路的構成進行了說明。相對於此，於第5實施形態中係對於使用位置控制迴路作為壓力控制之小迴路的構成進行說明。

第9圖係示有本發明第5實施形態的馬達控制裝置的方塊圖。於第9圖中，第5實施形態之馬達控制裝置本體70之構成係除了更具有位置控制部71之點外，皆與第3實施形態之馬達控制裝置本體30之構成相同。在此，係以與第3實施形態間之差異為中心進行說明。

第5實施形態之編碼器3係不僅輸出實際馬達速度訊號3a，亦輸出為對應於馬達位置(旋轉位置)之訊號的實際馬達位置訊號3b。第5實施形態之壓力控制部15係根據模擬壓力訊號14a以及實際壓力訊號6a之各者的值而算出實際位置指令值，且輸出為其訊號的實際位置指令訊號15f。就壓力控制部15之控制的一例而言，可列舉對於模擬壓力訊號14a以及實際壓力訊號6a之值的偏差乘上以比例增益參數所定義的比例常數而算出實際位置指令值的比例控制、比例+積分控制、或積分控制等。

位置控制部71係接收為實際位置指令訊號15d及模擬位置訊號13a之各者的值之和的訊號的位置指令訊號15g。另外，位置控制部71係以使實際馬達位置訊號3b之實際馬達位置追隨位置指令訊號15g之位置指令值的方式算出實際速度指令值，且生成為其訊號的實際馬達速度指令訊號71a。就該位置控制部71之控制的一例而言，可列舉對於位置指令訊號15g之值與實際馬達位置訊號3b之值間的偏差乘上比例常數，藉此而算出實際速度指令值的比例控制等。

速度控制部16係接收為實際馬達速度指令訊號71a以及模擬馬達速度訊號31a之各者的值之和的訊號的馬達速度指令訊號71b。另外，速度控制部16係接收實際馬達速度訊號3a。更且，速度控制部16係以使實際馬達速度訊號3a之實際馬達速度追隨馬達速度指令訊號71b之速度指令值的方式進行速度控制演算，算出實際電流指令值，且生成為其訊號的實際馬達電流指令訊號16a。電流控制部17係根據馬達電流指令訊號16b之電流指令值而控制於馬達2流動的電流且使馬達2產生驅動力。

如上所述，第5實施形態中，由模擬壓力訊號生成部14、模擬壓力控制部12、模擬速度算出部31、模擬位置算出部13、以及模擬電流算出部32所構成的虛擬迴路之模擬演算系統(虛擬控制電路)係構成在馬達控制裝置本體70之計算機上。故藉由該模擬演算系統所生成的模擬位置訊號13a、模擬馬達速度訊號31a、以及模擬馬達電流訊號32a之各者的值係相當於用以使實際壓力訊號6a高回應地追隨壓力指令訊號11a的位置、速度、及電流。藉由將該等前饋性地施加而生成位置指令訊號15g、馬達速度指令訊號71b、以及馬達電流指令訊號16d，故不需增加成為控制中之振盪現象要因的壓力控制部之增益特性，亦可實現提昇對於壓力指令訊號之追隨性的控制。

該效果即使於加壓對象物7展現非線性特性時，亦可藉由模擬壓力訊號生成部14模擬加壓對象物7之特性而同樣地獲得。

又，於第5實施形態中，係將模擬位置訊號13a、模擬馬達速度訊號31a、以及模擬馬達電流訊號32a等3種訊號全部使用，根據各者之訊號而生成位置指令訊號15g、馬達速度指令訊號71b、以及馬達電流指令訊號16d。然而，即使不使用該等3種類訊號之全部亦可，使用至少1個模擬訊號而進行馬達2之驅動控制亦可。例如，不前饋性地施加模擬馬達速度訊號31a以及模擬馬達電流訊號32a，分別以實際馬達速度指令訊號71a及實際馬達電流指令訊號16a，作為馬達速度指令訊號71b及馬達電流指令訊號16b，僅於模擬位置訊號13a藉由施加實際位置指令訊號15f而生成位置指令訊號15g，根據該位置指令訊號15g進行馬達2之驅動控制亦可獲得同樣的效果。

另外，亦可於第5實施形態之模擬壓力控制部12及模擬速度算出部31之至少其中一方設有如第3實施形態之第6、7圖所示的限制處理。此時，亦可於模擬壓力控制部12及模擬速度算出部31之至少其中一方設有如第6圖或第7圖所說明的限制處理。設置限制處理可得的效果係與在第3實施形態中所說明的效果相同。

更且，於第1至5實施形態中，雖對於有關壓力控制的構成進行了說明，但亦可將第1至5實施形態之壓力控制原封不動地置換為力控制。亦即，亦可使用力作為力學性的物理量。

另外，第1至5實施形態係以使用旋轉型馬達，藉由將旋轉運動變換為平移運動而將機械負載進行加壓於加壓對象物的壓力控制之情形為例進行說明。然而，本發明亦可適用於使用線性馬達取代旋轉型馬達的情形。此時，藉由於第3、4實施形態中，將機械總慣量置換為馬達2、電動機構4、及機械負載5之總質量，將馬達最大轉矩常數置換為推力常數，即可將同樣的處理適用於第3、4實施形態中。

更且，於第1至5實施形態中，雖使用壓力檢測器6，但並沒有非物理性地設置該壓力檢測器6不可的必要性。此時，亦可從馬達之電流和速度資訊等推定壓力而取得，且根據該推定值(物理量取得值)而控制壓力。

1．．．加工裝置

2．．．馬達

3．．．編碼器

3a．．．馬達實際速度訊號

4．．．電動機構

4a．．．螺桿

4b．．．滾珠螺桿螺母

5．．．機械負載

6．．．壓力檢測器

6a．．．實際壓力訊號

7．．．加壓對象物

10．．．馬達控制裝置本體

11．．．壓力指令訊號生成部

11a．．．壓力指令訊號

11b．．．模擬壓力算出值

12．．．模擬壓力控制部

12a．．．模擬馬達速度訊號

12b．．．模擬馬達加速度訊號

13．．．模擬位置算出部

13a．．．模擬位置訊號

14．．．模擬壓力訊號生成部

14a．．．模擬壓力訊號

15．．．壓力控制部

15a．．．實際馬達速度指令訊號

15b．．．馬達速度指令訊號

15c．．．馬達速度指令訊號

15d．．．實際馬達電流指令訊號

15e．．．馬達電流指令訊號

15f．．．實際位置指令訊號

15g．．．位置指令訊號

16．．．速度控制部

16a．．．馬達電流指令訊號

16b．．．馬達電流指令訊號

17．．．電流控制部

17a．．．電流

21．．．模擬壓力控制部

22．．．傳達特性演算部

22a．．．傳達特性輸出訊號

23．．．限制處理部

23a．．．馬達速度訊號

31．．．模擬速度算出部

31a．．．模擬馬達速度訊號

32．．．模擬電流算出部

32a．．．模擬馬達電流訊號

41．．．模擬壓力控制部

42．．．傳達特性演算部

42a．．．傳達特性輸出訊號

43．．．限制處理部

43a．．．模擬馬達加速度訊號

51．．．模擬速度算出部

52．．．一次積分特性演算部

53．．．限制處理部

53a．．．模擬馬達速度訊號

60．．．馬達控制裝置本體

70．．．馬達控制裝置本體

71．．．位置控制部

71a．．．實際馬達速度指令訊號

71b．．．馬達速度指令訊號