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    关 键 词:
    伺服 电动机 控制 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN200810003883.6

    申请日:

    2008.01.28

    公开号:

    CN101236436A

    公开日:

    2008.08.06

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: G05D3/12; G05B11/36; G05B19/19; H02P29/00 主分类号: G05D3/12
    申请人: 发那科株式会社
    发明人: 岩下平辅; 置田肇; 河村宏之
    地址: 日本山梨县
    优先权: 2007.1.29 JP 2007-017824
    专利代理机构: 北京银龙知识产权代理有限公司 代理人: 许 静
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200810003883.6

    授权公告号:

    101236436B||||||

    法律状态公告日:

    2010.08.04|||2008.10.01|||2008.08.06

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明的伺服电动机的控制装置(10)具有:对伺服电动机(33)的位置进行控制的位置控制部(11)、以及对伺服电动机(33)的速度进行控制的速度控制部(12),还具有:分配处理部(13),其将位置控制部(11)输出的速度指令分为应用抑制振动的滤波器的滤波器应用部分(Vf)以及滤波器非应用部分(Vnf);滤波处理部(14),对其输入所述滤波器应用部分(Vf),对该滤波器应用部分(Vf)应用所述滤波器来进行输出;以及加法处理部(15),其对通过所述滤波处理部(14)应用了滤波器的滤波器应用部分(Vf)以及所述滤波器非应用部分(Vnf)进行加法运算,然后将其结果输出给速度控制部(12)。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种伺服电动机的控制装置(10),具有:对伺服电动机(33)的位置进行控制的位置控制部(11)、以及对伺服电动机(33)的速度进行控制的速度控制部(12),其特征在于,具有:
    分配处理部(13),其将所述位置控制部(11)输出的速度指令分为应用抑制振动的滤波器的滤波器应用部分以及滤波器非应用部分;
    滤波处理部(14),对其输入所述滤波器应用部分,对该滤波器应用部分应用所述滤波器来进行输出;以及
    加法处理部(15),其对通过所述滤波处理部(14)应用了所述滤波器的所述滤波器应用部分以及所述滤波器非应用部分进行加法运算,然后将其结果输出给所述速度控制部(12)。

    2.  根据权利要求1所述的伺服电动机的控制装置(10),其特征在于,
    还具有:输出位置指令的上位控制部(20)以及检测所述伺服电动机(33)的位置输出位置检测值的位置检测部(31),
    所述位置控制部(11)具有第1位置控制部(11a)和第2位置控制部(11b),
    从输入了所述位置指令的所述第1位置控制部(11a)向所述分配处理部(13)输出根据该位置指令的微分值求出的第1速度指令,
    从输入了根据所述位置指令以及所述位置检测值得出的位置偏差的所述第2位置控制部(11b)输出第2速度指令,
    所述加法处理部(15)将通过所述滤波处理部(14)应用了所述滤波器的所述第1速度指令的滤波器应用部分、该第1速度指令的滤波器非应用部分一同与所述第2速度指令相加,然后将其结果输出给所述速度控制部(12)。

    3.  根据权利要求2所述的伺服电动机的控制装置(10),其特征在于,
    对于所述第2速度指令,通过所述滤波处理部(14)应用所述滤波器。

    4.  根据权利要求2所述的伺服电动机的控制装置(10),其特征在于,
    所述第1速度指令为所述位置指令的所述微分值乘以第1运算常数得到的值,所述第2速度指令为所述位置偏差乘以第2运算常数得到的值。

    5.  根据权利要求2至4的任意一项所述的伺服电动机的控制装置(10),其特征在于,
    所述滤波器非应用部分为所述第1速度指令乘以第3运算常数k的结果,所述滤波器应用部分为所述第1速度指令乘以(1-k)的结果。

    6.  根据权利要求5所述的伺服电动机的控制装置(10),其特征在于,
    所述滤波处理部(14)通过所述滤波器的滤波器常数的变更,可不改变频带地变更输入输出增益。

    7.  根据权利要求6所述的伺服电动机的控制装置(10),其特征在于,所述滤波器是带阻滤波器。

    8.  根据权利要求6所述的伺服电动机的控制装置(10),其特征在于,
    具有变更处理部(19a、19b、19c),其变更所述第3运算常数或所述滤波器常数。

    9.  根据权利要求8所述的伺服电动机的控制装置(10),其特征在于,
    所述第3运算常数或所述滤波器常数由所述变更处理部(19a、19b)根据所述位置指令所指示的加减速时的最大加速度或者在加减速下应用的加减速时间常数进行变更。

    10.  根据权利要求8所述的伺服电动机的控制装置(10),其特征在于,
    具有由伺服电动机(33)驱动的加工部(30),在所述位置指令指示由所述加工部(30)进行加工的情况以及指示该加工部(30)不进行加工地进行移动的情况下,由所述变更处理部(19c)切换所述第3运算常数。

    11.  根据权利要求8所述的伺服电动机的控制装置(10),其特征在于,
    具有由伺服电动机(33)驱动的加工部(30),在所述位置指令指示所述加工部(30)进行加工的情况以及指示该加工部(30)不进行加工地进行移动的情况下,利用所述变更处理部(19c)来切换所述滤波器常数。

    说明书

    说明书伺服电动机的控制装置
    本申请基于先前在2007年1月29日递交的日本专利申请JP2007-017824,并享受其优先权;其全部内容被收容于本申请中,以资参考。
    技术领域
    本发明涉及一种伺服电动机的控制装置,尤其涉及对伺服电动机以及利用该伺服电动机进行驱动的被驱动部组成的机械系统的共振所引起的振动进行抑制的伺服电动机的控制装置。
    背景技术
    一直以来,在机床以及产业机械中使用了伺服电动机的控制装置。尤其是使用了反馈控制的伺服电动机的控制装置进行控制,使位置、速度、电流等指令值与实际值的差始终为零,所以能够正确地控制机械的位置或电动机转速,因此在一般的CNC机床等中广泛应用。
    另一方面,由伺服电动机以及利用该伺服电动机进行驱动的被驱动部组成的机械系统是具有弹性、摩擦、质量等的物理的力学系统,在其刚性或者衰减特性低的情况下,存在产生机械共振的情况。
    因此,提出了抑制由这样的机械共振而引起的振动的电动机的控制装置。
    例如,在Japanese Patent No.2504307中公开了如下的电动机的速度控制装置,该电动机的速度控制装置具有由电动机以及利用该电动机进行驱动的负载组成的机械系统,具备在速度反馈控制环内的转矩指令中插入的滤波器,该滤波器限制在机械系统的速度检测值中包含的由电动机和负载的机械共振引起的频率成分的通过。
    另外,在Japanese Unexamined Patent Publication No.2004-272883中公开了如下的伺服控制装置,该伺服控制装置具有:机械特性补偿部,其根据位置指令信号衰减与驱动对象机械的特性对应的规定的频率成分,运算位置、速度以及转矩的各前馈信号;以及反馈补偿部,其根据由机械特性补偿部运算出的位置、速度以及转矩的各前馈信号来对驱动对象机械进行驱动。在该伺服电动机的控制装置中,机械特性补偿部具有衰减驱动对象机械的共振频率成分,运算转矩前馈信号的转矩指令运算器。
    在Japanese Patent No.2504307中记载的电动机的速度控制装置中,机械系统的机械共振频率位于比该速度控制装置的传递函数的增益的频带高的频率区域。
    另外,Japanese Unexamined Patent Publication No.2004-272883所记载的伺服控制装置在运算转矩前馈信号的电动机的转矩指令信号的运算部中设有衰减驱动对象机械的机械共振频率成分的滤波器。
    如此,在机械系统的机械共振频率比较高的情况下,如Japanese PatentNo.2504307以及Japanese Unexamined Patent Publication No.2004-272883中记载的那样,在伺服电动机的转矩指令信号中设有滤波器,由此可抑制机械共振引起的振动。
    但是,存在机械系统的机械共振频率是与伺服电动机的控制装置的传递函数的增益的频带重叠的较低频率的情况,即速度控制可以充分反应的较频的情况。
    在这样的情况下,在Japanese Patent No.2504307或者Japanese UnexaminedPatent Publication No.2004-272883所记载的控制装置中,无法充分抑制机械共振引起的振动,或者应该控制的位置精度降低,所以担心机床等的加工精度降低。
    例如,在多个轴联动进行工作的机床中,存在发生这样的低频的机械共振的情况。此时,当对各轴的位置指令或由此而产生的各轴的速度指令应用了Japanese Patent No.2504307或Japanese Unexamined Patent Publication No.2004-272883所记载的滤波器时,合成了多个轴的轨迹的轨迹相对于位置指令的合成轨??赡懿洗蟮奈蟛?。
    另外在机床中,当对发生低频的机械共振的进给轴应用了抑制这样的振动的滤波器时,在进行锐角工作的位置或加速度高的位置,由于动作轴控制延迟的影响,可能导致加工结果恶化。
    如此,当对位置指令或者速度指令单纯地应用滤波器时,存在无法充分输出电动机的加速或者减速所需的速度指令的情况,结果担心机床等的加工精度恶化。
    并且,当假设使伺服电动机的控制装置中的传递函数的增益的频带低于机械共振的频率,来避免这样的低频振动时,机械系统的动态特性降低。
    发明内容
    因此,本发明提供一种伺服电动机的控制装置,其抑制由伺服电动机以及利用该伺服电动机进行驱动的被驱动部组成的机械系统的低频振动引起的机械共振,并且其控制精度高。
    为了解决上述课题,第1方式的发明在具有对伺服电动机的位置进行控制的位置控制部、以及对伺服电动机的速度进行控制的速度控制部的伺服电动机的控制装置中,具有:分配处理部,其将所述位置控制部输出的速度指令分为应用抑制振动的滤波器的滤波器应用部分以及滤波器非应用部分;滤波处理部,对其输入所述滤波器应用部分,对该滤波器应用部分应用所述滤波器来进行输出;以及加法处理部,其对通过所述滤波处理部应用了所述滤波器的所述滤波器应用部分以及所述滤波器非应用部分进行加法运算,然后将其结果输出给所述速度控制部。
    此外,在第1方式的发明中还具有:输出位置指令的上位控制部以及检测所述伺服电动机的位置输出位置检测值的位置检测部,所述位置控制部具有第1位置控制部和第2位置控制部,从输入了所述位置指令的所述第1位置控制部向所述分配处理部输出根据该位置指令的微分值求出的第1速度指令,从输入了根据所述位置指令以及所述位置检测值得出的位置偏差的所述第2位置控制部输出第2速度指令,所述加法处理部将通过所述滤波处理部应用了所述滤波器的所述第1速度指令的滤波器应用部分、该第1速度指令的滤波器非应用部分一同与所述第2速度指令相加,然后将其结果输出给所述速度控制部。
    另外,在第3方式的发明中,对于上述第2速度指令,通过上述滤波处理部应用上述滤波器。
    另外,在第4方式的发明中,所述第1速度指令为所述位置指令的所述微分值乘以第1运算常数得到的值,所述第2速度指令为所述位置偏差乘以第2运算常数得到的值。
    另外,在第5方式的发明中,所述滤波器非应用部分为所述第1速度指令乘以第3运算常数k的结果,所述滤波器应用部分为所述第1速度指令乘以(1-k)的结果。
    另外,在第6方式的发明中,所述滤波处理部通过所述滤波器的滤波器常数的变更,可不改变频带地变更输入输出增益。此外,在第6方式的发明中,所述滤波器为带阻滤波器。
    另外,在第8方式的发明中,具有变更处理部,其变更所述第3运算常数或所述滤波器常数。而且,在第8方式的发明中,通过上述变更处理部,根据所述位置指令所指示的加减速时的最大加速度或者在加减速下应用的加减速时间常数,对所述第3运算常数或所述滤波器常数进行变更。
    另外,在第10方式的发明中,具有由伺服电动机驱动的加工部,在所述位置指令指示由所述加工部进行加工的情况以及指示该加工部不进行加工地进行移动的情况下,由所述变更处理部切换所述第3运算常数。
    另外,在第11方式的发明中,具有由伺服电动机驱动的加工部,在所述位置指令指示所述加工部进行加工的情况以及指示该加工部不进行加工地进行移动的情况下,利用所述变更处理部来切换所述滤波器常数。
    权利要求中所使用的用语并不限于在说明书(例如实施方式)中记载的特定含义。
    根据上述本发明的伺服电动机的控制装置,由伺服电动机以及该伺服电动机所驱动的被驱动部组成的机械系统可抑制低频振动引起的机械共振,并且其控制精度高。
    附图说明
    通过参照附图对以下优选实施方式进行说明,本发明的上述以及其它目的、特征以及优点变得更加明确。在附图中,
    图1是对本发明的伺服电动机的控制装置进行说明的框图。
    图2是表示本发明第1实施方式的伺服电动机的控制装置的主要部件的框图。
    图3是对图2的分配处理部进行说明的框图。
    图4是对图2的滤波处理部进行说明的图。
    图5是表示图2所示的实施方式的变形例的框图。
    图6是表示图2所示的实施方式的其它变形例的框图。
    图7是表示本发明第2实施方式的伺服电动机的控制装置的主要部件的框图。
    图8a是对图7所示的实施方式的变更处理部进行说明的流程图。
    图8b是表示图8a的变形例的流程图。
    图8c是表示图8a的其它变形例的流程图。
    图9是表示图7所示的实施方式的变形例的框图。
    图10是表示本发明第3实施方式的伺服电动机的控制装置的主要部件的框图。
    图11a是对图10所示的实施方式的变更处理部进行说明的流程图。
    图11b是表示图11a的变形例的流程图。
    具体实施方式
    以下,参照附图对本发明的伺服电动机的控制装置进行说明。但是,本发明不限定于以下的说明中,希望留意权利要求记载的发明及其等同物所波及的点。
    首先,对本发明的基本结构进行说明。图1是表示本发明伺服电动机的控制装置的基本结构的框图。
    如图1所示,本发明的伺服电动机的控制装置10接收来自上位控制部20的位置指令P,驱动加工部30中的伺服电动机33,并且驱动作为被驱动部的加工部件34来控制其动作。
    具体地说,如图1所示,本发明的伺服电动机的控制装置10具有:控制伺服电动机33的位置的位置控制部11和控制伺服电动机33的速度的速度控制部12。
    另外,控制装置10具有:分配处理部13,其将位置控制部11输出的速度指令分为应用抑制振动的滤波器的滤波器应用部分Vf以及滤波器非应用部分Vnf;滤波处理部14,对其输入滤波器应用部分Vf,对该滤波器应用部分Vf应用所述滤波器来进行输出;以及加法处理部15,其对通过滤波处理部14应用了滤波器的滤波器应用部分Vf以及滤波器非应用部分Vnf进行加法运算,然后将其结果输出给速度控制部12。
    加工部30构成了由利用控制装置10来控制动作的伺服电动机33、以及利用该伺服电动机33进行驱动的被驱动部组成的机械系统。该机械系统具有机械共振,该机械共振频率fc是与伺服电动机的控制装置的传递函数的增益的频带重叠的低频。
    以下,对图1所示的本发明的伺服电动机的控制装置10进行详细叙述。
    首先,上位控制部20对本发明的伺服电动机的控制装置10输出位置指令P。该上位控制部20例如是控制机床或产业机械等的控制部,可以使用CNC控制装置等公知的控制装置。
    位置控制部11被输入从上位控制部20输出的位置指令P,按照该位置指令P对分配处理部13输出控制伺服电动机33的位置的速度指令。
    分配处理部13被输入从位置控制部11输出的速度指令,其将该速度指令分为应用抑制加工部30的机械共振引起的振动的滤波器的滤波器应用部分Vf、以及不应用该滤波器的滤波器非应用部分Vnf,然后进行输出。
    当对于位置控制部11输出的全部速度指令应用抑制加工部30的机械共振引起的振动的滤波器时,存在无法充分输出伺服电动机33的加速或减速所需要的速度指令的情况,结果可能导致加工部30的加工精度恶化。因此,根据加工部30的动作以及位置指令P等的内容,通过分配处理部13来调节对速度指令应用滤波器的比例,由此可确保加工精度并且抑制机械共振引起的振动。
    滤波处理部14被输入从分配处理部13输出的速度指令的滤波器应用部分Vf,从该滤波器应用部分Vf中去除机械共振频率成分。另一方面,滤波处理部14使该机械共振频率成分以外的控制装置10的频率成分通过。
    结果,最为理想的是在滤波处理部14输出的滤波器应用部分Vf中不包含在加工部30中产生共振成为振动原因的成分。    
    在加法处理部15输入由分配处理部13划分的速度指令的滤波器非应用部分Vnf、和通过滤波处理部14应用了滤波器的滤波器应用部分Vf进行加法运算,来生成速度指令V。从加法处理部15向速度控制部12输出该速度指令V。
    速度控制部12被输入从加法处理部15输出的速度指令V,按照该速度指令V,对加工部30输出控制伺服电动机33的速度的电流指令等控制伺服电动机33的指令。
    加工部30的伺服电动机33被输入从该速度控制部12输出的控制指令,进行基于该控制指令的动作。结果,控制由伺服电动机33驱动的加工部件34的动作。
    作为上述的加工部30,例如举出了机床或产业机械等的公知的机械部件。具体地说,作为加工部30举出了具有端铣刀等加工部件的机械加工中心的机械部件。本发明的伺服电动机的控制装置10可用于该机械部件的进给轴的控制?;蛘?,作为加工部30举出了用于输送的带式输送机,可以将本发明的伺服电动机的控制装置10用于该带式输送机的进给轴的控制。
    以下,根据优选的一实施方式,参照附图对本发明的伺服电动机的控制装置进行说明。此外,对于没有特别说明的点适当应用上述的说明。另外,对与图1相同的结构标注相同的符号。
    (第1实施方式)
    如图2~4所示,本发明第1实施方式的伺服电动机的控制装置10(以下简单地称为本装置10)具有:控制伺服电动机33的位置的位置控制部11、和控制伺服电动机33的速度的速度控制部12。
    另外,本装置10具有:输出位置指令P的上位控制部20、和检测伺服电动机33的位置,输出位置检测值p的位置检测部31。从输入了位置指令P的第1位置控制部11a向分配处理部13输出根据该位置指令P的微分值求出的第1速度指令V1。另外,从输入了根据位置指令P以及位置检测值p得到的位置偏差P-p的第2位置控制部11b输出第2速度指令V2。
    此外,本装置10的加法处理部15将通过滤波处理部14应用了所述滤波器的第1速度指令V1的滤波器应用部分V1f以及该第1速度指令V1的滤波器非应用部分V1nf一同与第2速度指令V2相加,然后将其结果输出给速度控制部12。
    本装置10的加工部30的结构为:例如通过转矩传送机构连结伺服电动机33和加工部件34。另外,如图2所示,加工部30具有:检测伺服电动机33的位置的位置检测部31、以及检测伺服电动机33的速度的速度检测部32。此外,还可以在速度控制部12和伺服电动机33之间插入电流控制部,该电流控制部对向该伺服电动机33输出的电流指令进行控制。
    向第1减法处理部17a输入从该位置检测部31输出的伺服电动机33的实际位置p。另外,向第2减法处理部17b输入从速度检测部32输出的伺服电动机33的实际速度v。
    此外,关于加工部30在图2中仅记载了位置检测部31以及速度检测部32。
    以下,进一步对图2所示的本装置10进行详细地叙述。
    如图2所示,本装置10的位置控制部由第1位置控制部11a和第2位置控制部11b构成。从上位控制部20输出的位置指令P分支后,输出至第1位置控制部11a、以及经由第1减法处理部17a输出至第2位置控制部11b。在本装置10中,第1位置控制部11a构成前馈控制部,另一方面第2位置控制部11b构成反馈控制部。
    第1位置控制部11a从上位控制部20输入位置指令P,按照该位置指令P输出第1速度指令V1,来控制伺服电动机33的位置。该第1位置控制部11a由微分控制部16和第1比例控制部18a构成。在本装置10中微分控制部16对位置指令P进行微分运算,将进行了微分运算的位置指令P作为第1速度指令V1向第1比例控制部18a输出。
    第1比例控制部18a将从微分控制部16输出的第1速度指令V1乘以第1运算常数,然后向分配处理部13输出乘以了该第1运算常数的第1速度指令V1。
    分配处理部13将从第1比例控制部18a输出的第1速度指令V1分为应用抑制加工部30的机械共振引起的振动的滤波器的滤波器应用部分V1f、以及滤波器非应用部分V1nf来进行输出。
    以下,使用图3所示的例子对本装置10的分配处理部13进行说明。
    分配处理部13由第2比例控制部18b和第3比例控制部18c构成。从第1位置控制部18a输出的、乘以了第1运算常数的第1速度指令V1分支后,分别输入到第2位置控制部18b以及第3比例控制部18c。
    在第2比例控制部18b中将乘以了第1运算常数的第1速度指令V1乘以第3运算常数k,作为滤波器非应用部分V1nf向加法处理部15输出。
    另一方面,在第3比例控制部18c中,将乘以了第1运算常数的第1速度指令V1乘以(1-k)相乘,作为滤波器应用部分V1f向滤波处理部14输出。
    该第3运算常数k具有0至1的值,最好可根据加工部30的动作以及位置指令P等的内容进行变更。
    滤波处理部14从如上所述输入的滤波器应用部分V1f中消除机械共振频率成分。
    当使用图4的例子来进一步说明该滤波处理部14时,本装置10的滤波处理部14是带阻滤波器,该带组滤波器通过变更滤波器的滤波器常数g,不用改变频带就可以变更滤波处理部14的传递函数的输入输出增益。图4表示该带阻滤波器的传递函数的增益特性的一例。
    最好该滤波器常数g也可以根据加工部30的动作以及位置指令P等的内容进行变更。
    具体来说,例如利用下述公式的传递函数F(s)来表示滤波处理部14的带阻滤波器。
    F(s)=(s2+2gωs+ω2)/(s2+2τωs+ω2)
    在此,s是作为普拉斯(laplace)变换中的指数函数的自变量的时间系数,ω=2πfc,fc是阻带(cutoff band)中心频率(Hz)(参照图4),τ=fw/fc,fw是阻带宽度(Hz),g=στ、σ是阻尼系数(0~1)。
    最好将该带阻滤波器设定为阻带中心频率fc与机械共振频率一致,尽可能地不阻止机械共振频率以外的伺服电动机控制装置的机械系统的传递函数增益的通过。
    这样,在本装置10中,在前馈控制部中将第1速度指令V1分为滤波器应用部分V1f和滤波器非应用部分V1nf,仅对该滤波器应用部分V1f应用抑制加工部30的机械共振引起的振动的上述滤波器。
    另一方面,第2位置控制部11b被输入从第1减法处理部17a输出的位置偏差P-p,将第2速度指令V2输出至滤波处理部14。以下进一步说明第2位置控制部11b。
    首先,向第1减法处理部17a输入从上位控制部20输出的位置指令P?;苟愿玫?减法处理部17a输入从位置检测部31输出的伺服电动机的位置检测值p。然后,第1减法处理部17a从位置指令P中减去位置检测值p成为位置偏差P-p,将该位置偏差P-p输出至第2位置控制部11b。
    第2位置控制部11b被输入从第1减法处理部17a输出的位置偏差P-p,然后对滤波处理部14输出使反馈控制部稳定的、即,使该位置偏差减小的第2速度指令V2。具体来说,本装置10的第2位置控制部11b具有比例控制部,该比例控制部将位置偏差P-p乘以第2运算常数来求出第2速度指令。
    在第2速度指令V2中,在加工部30中产生了机械共振的情况下包含该机械共振引起的振动的频率成分。
    如上所述,滤波处理部14从已输入的第2速度指令V2中消除机械共振频率成分。如此,在本装置10中对第2速度指令V2也应用抑制加工部30的机械共振引起的振动的滤波器。
    滤波处理部14将应用了上述滤波器的第1速度指令V1的滤波器应用部分V1f、和第2速度指令V2输出至加法处理部15。
    另外,从分配处理部13向加法处理部15输入第1速度指令V1的滤波器非应用部分V1nf。
    加法处理部15将第1速度指令V1的滤波器应用部分V1f以及滤波器非应用部分V1nf、和第2速度指令V2相加来生成速度指令V,将该速度指令V输出至第2减法处理部17b。
    从加法处理部15输出的速度指令V被输入至第2减法处理部17b。对该第2减法处理部17b输入从速度检测部32输出的伺服电动机的速度检测值v。然后,第2减法处理部17b从速度指令V减去速度检测值v求出速度偏差V-v,将该速度偏差V-v输出至速度控制部12。
    速度控制部12被输入从第2减法处理部17b输出的速度偏差V-v,对加工部30输出使反馈控制部稳定的、即,使该速度偏差减小的控制指令。具体来说,本装置10的速度控制部12具有比例控制部以及积分控制部,将电流指令等控制伺服电动机33的指令输出至加工部30。
    然后,在以下进一步说明具有上述结构的本装置10的伺服电动机33的位置控制以及机械共振引起的振动的抑制动作。
    本装置10具有前馈控制部和反馈控制部。在前馈控制部中将来自上位控制部20的位置指令P向第1位置控制部11a输入,将第1速度指令V1输出至速度控制部12。由此,可以对位置指令P进行应答性良好的伺服电动机33的位置控制,所以伺服电动机33的位置精度变高,因此在加工部30中取得精度高的加工结果。在该位置精度高的前馈控制部中设置滤波处理部14,由此有效地抑制加工部30的机械共振引起的振动。此外,在本装置10中通过分配处理部13将前馈控制部的第1速度指令V1分为滤波器应用部分V1f和滤波器非应用部分V1nf,仅对该滤波器应用部分V1f应用滤波处理部14的滤波。由此,可确保充分地将伺服电动机33的加速或减速所需的速度指令输出到伺服电动机33的状态,来维持伺服电动机33的位置精度并且抑制机械共振引起的振动。
    另外,在本装置10的反馈控制部中,反馈位置检测值p,以高精度控制伺服电动机33的位置。在加工部30中发生了机械共振时,在反馈控制部的第2速度指令V2中含有该机械共振引起的振动的频率成分,所以对该第2速度指令V2也通过滤波处理部14进行滤波,来抑制机械共振引起的振动。
    根据上述的本装置10,抑制了加工部30的低频振动引起的机械共振,并且具有良好的伺服电动机33的控制精度。
    另外,本装置10使用具有带阻滤波器的滤波处理部14,来抑制低频的机械共振引起的振动,所以可以不受该机械共振频率的限制,取得较宽的本装置10的传递函数的增益的频带,由此能够提高加工部10的动态特性。
    然后,参照图5对上述第1实施方式的变形例1进行说明。
    如图5所示,第1实施方式的变形例1与第一实施方式的不同点在于,在第2位置控制部11b和滤波处理部14之间插入分配处理部13’。
    向分配处理部13’输入从第2位置控制部11b输出的第2速度指令V2。
    分配处理部13’被输入从第2位置控制部11b输出的第2速度指令V2,将该第2速度指令V2分为应用抑制加工部30的机械共振引起的振动的滤波器的滤波器应用部分V2f、和不应用该滤波器的滤波器非应用部分V2nf来进行输出。
    从分配处理部13’输出的滤波器应用部分V2f向滤波处理部14输入。从分配处理部13’输出的滤波器非应用部分V2nf向加法处理部15输入。
    分配处理部13’可以应用与上述第1实施方式的分配处理部13相同的结构。此时,第3运算常数k的值在分配处理部13’既可以相同也可以不同。
    根据上述变形例1,通过对第2速度指令V2也设置滤波器非应用部分V2nf,能够进一步提高伺服电动机33的位置精度。
    然后,参照图6对上述第1实施方式的变形例2进行说明。
    如图6所示,在第1实施方式的变形例2中,在第2位置控制部11b和加法处理部15之间没有滤波处理部,直接连接第2位置控制部11b和加法处理部15。另外,滤波处理部14从反馈控制部一侧移动到前馈控制部一侧。上述点是与第1实施方式的不同点。
    直接向加法处理部15输入从变形例2的第2位置控制部11b输出的第2速度指令V2。
    从变形例2的前馈控制部的分配处理部13输出的滤波器应用部分V1f向滤波处理部14输出,同时将应用了滤波器的滤波器应用部分V1f向加法处理部15’输出。另外,从分配处理部13输出的滤波器非应用部分V1nf也向加法处理部15’输出。加法处理部15’将滤波器应用部分V1f和滤波器非应用部分V1nf进行加法运算,将其结果输出给加法处理部15。
    根据上述变形例2,通过不对第2速度指令V2应用滤波器,可以再进一步地提高伺服电动机33的位置精度。伺服电动机33的位置主要由前馈控制部进行控制,所以如果根据加工部30的加工内容及动作对该前馈控制部的第1速度指令V1应用滤波器,可以充分地抑制加工部30的机械共振引起的振动。
    然后,以下参照图7~图11对本发明的其它实施方式的伺服电动机的控制装置进行说明。关于对其它实施方式没有特别说明的点,适当应用关于上述第1实施方式所进行的详细的说明。另外,在图7~图11中对与图1~图6相同的结构要素标注相同符号。
    (第2实施方式)
    以下,参照图7对本发明优选的第2实施方式的伺服电动机的控制装置10进行说明。
    与上述第1实施方式的不同点在于,本实施方式的伺服电动机的控制装置10(以下简单地称为本装置10)具有变更第3运算常数k的变更处理部19a。
    变更处理部19a根据加工部30的动作以及位置指令P等的内容变更分配处理部13的第3运算常数k的值,并对第1速度指令V1变更应用滤波器的比例。由此,能抑制加工部30的机械共振引起的振动,并且提高伺服电动机33的位置控制的精度。
    具体地说,本装置10的变更处理部19a根据对加工部30施加的最大加速度AccMAX的值来变更第3运算常数k的值。该最大加速度AccMAX例如是对加工部件34施加的最大加速度,该加工部件34是由伺服电动机33驱动的被驱动部。如此,本装置10根据基于位置指令P得到的加减速时的最大加速度AccMAX,利用变更处理部19a来变更第3运算常数k。
    根据上位控制部20的位置指令P来控制加工部30的动作。在上位控制部20中,例如通过CPU根据使用计算机的数值控制程序进行计算来求出该位置指令P。在该数值控制程序中作为参数设定了加工部30的动作中的最大加速度AccMAX。
    另一方面,对于加工部30,根据该加工部30的伺服电动机33以及加工部件34等机械部件的刚性、弹性或衰减特性等,求出产生由机械共振引起的振动的加速度的最小值Acc0。该Acc0为当对加工部30施加了Acc0以上的加速度时,判断为发生机械共振的加速度的基准值。该基准值Acc0作为参数设定在变更处理部19a中,具体地说设定在后述的最大加速度判定处理部40中。
    如图7所示,上位控制部20具有生成位置指令P的位置指令生成处理部21,该位置指令生成处理部21输出位置指令P。位置指令生成处理部21还向变更处理部19a输出在上述数值控制程序中设定的最大加速度AccMAX。
    如图7所示,本装置10的变更处理部19a由最大加速度判定处理部40和运算常数变更处理部41构成。最大加速度判定处理部40被输入从位置指令生成处理部21输出的最大加速度AccMAX,判定该最大加速度AccMAX和基准值Acc0的大小关系,将该判定结果输出给运算常数变更处理部41。
    运算常数变更处理部41被输入从最大加速度判定处理部40输出的判定结果,根据该判定结果求出第3运算常数k的值,将求出的第3运算常数k输出给分配处理部13。
    分配处理部13使用输入的第3运算常数k来决定对第1速度指令应用滤波器的比例。
    以下,使用图8a所示的例子详细说明本装置10的变更处理部19a的动作。
    输入了从位置指令生成处理部21输出的最大加速度AccMAX的最大加速度判定处理部40比较该最大加速度AccMAX和作为参数设定的基准值Acc0的大小关系(S10)。结果,在最大加速度AccMAX大于基准值Acc0时,因为有可能在加工部30的动作中产生机械共振引起的振动,所以为了决定对第1速度指令V1应用滤波器的比例,进入S11。
    在S11中,使最大加速度AccMAX与基准值Acc0的差乘以第4运算常数α,并由1减去该相乘的值来求出变量tmp(S11)。然后最大加速度判定处理部40判定该变量tmp与零的大小关系,将判定结果输出至运算常数变更处理部41(S12)。
    运算常数变更处理部41在变量tmp大于零时,将第3运算常数k设定为变量tmp的值,然后将该第3运算常数k输出给分配处理部13(S13)。
    另外,运算常数变更处理部41在变量tmp为零或负值时有可能产生机械共振引起的大的振动,所以将第3运算常数k的值设定零,将该第3运算常数k输出给分配处理部13(S14)。
    另一方面,在S10中在最大加速度AccMAX为基准值Acc0以下时,在加工部30的动作中不可能产生机械共振引起的振动,所以将该判断结果输出至运算常数变更处理部41。运算常数变更处理部41为了不对第1速度指令V1应用滤波器而将第3运算常数k的值设定为1,将该第3运算常数k输出至分配处理部13(S15)。
    分配处理部13使用从运算常数变更处理部41输出的第3运算常数k,根据第1速度指令V1求出滤波器应用部分V1f和滤波器非应用部分V1nf。分配处理部13最好进行图3所示的处理。
    根据上述的本装置10,根据加工部30中产生的最大加速度AccMAX,按照抑制加工部30的机械共振引起的振动所需要的程度对第1速度指令V1设定滤波器应用部分V1f的比例,所以能够抑制加工部30的机械共振引起的振动,并且提高伺服电动机33的位置控制的精度。
    然后,参照图8b对上述第2实施方式的变形例1进行说明。
    如图8b所示,该变形例1与第2实施方式的不同点在于变更处理部19a中的第3运算常数k的求法。
    以下,对第2实施方式的变形例1的变更处理部19a的动作进行说明。
    输入了从位置指令生成处理部21输出的最大加速度AccMAX的最大加速度判定处理部40比较该最大加速度AccMAX和作为参数设定的基准值Acc0的大小关系。结果,在最大加速度AccMAX大于基准值Acc0时,因为有可能在加工部30的动作中产生机械共振引起的振动,所以为了决定对第1速度指令V1应用滤波器的比例,将该判定结果向运算变更处理部41输出(S20)。
    运算常数变更处理部41具有将最大加速度AccMAX与基准值Acc0的差、与第3运算常数k相对应的函数F(AccMAX-Acc0)。运算常数变更处理部41使用该函数求出第3运算常数k的值,并将该第3运算常数k输出至分配处理部13(S21)。作为函数F(AccMAX-Acc0),例如可以根据加工部30的机械部件的结构,作为直线关系、曲线关系或阶梯关系等取得最大加速度AccMAX与基准值Acc0的差、和第3运算常数k的关系。
    另一方面,在S20中在最大加速度AccMAX为基准值Acc0以下时,在加工部30的动作中不可能产生机械共振引起的振动,所以最大加速度判定处理部40将该判断结果输出至运算常数变更处理部41。运算常数变更处理部41为了不对第1速度指令V1应用滤波器而将第3运算常数k的值设定为1,然后将该第3运算常数k输出给分配处理部13(S22)。
    变形例1的变更处理部19b的其它动作与第2实施方式相同。
    根据上述的变形例1,即使在最大加速度AccMAX与基准值Acc0的差、和第3运算常数k的关系不是第2实施方式的线性关系时,也可以使用变更处理部19a设定适当的第3运算常数k的值。
    然后,以下参照图8c对上述第2实施方式的变形例2进行说明。
    如图8c所示,该变形例2与第2实施方式的不同点在于变更处理部19a的动作。具体地说,运算常数变更处理部41的处理不同。
    变形例2的运算常数变更处理部41具有将最大加速度AccMAX与基准值Acc0的差、和第3运算常数k相对应的表Tb1(AccMAX-Acc0),使用该表求出第3运算常数k的值,然后将该第3运算常数k输出至分配处理部13(S21’)。
    作为表b1(AccMAX-Acc0),例如可以使用第2实施方式的变更处理部19a的代数式或上述变形例1的变更处理部19b的函数来生成。这样,通过预先将最大加速度AccMAX与基准值Acc0的差、和第3运算常数k的关系生成为表,可以降低变更处理部19c的运算时间。
    另外,在上述第2实施方式以及其变形例1、2中,对应基于位置指令P的加减速时的最大加速度AccMAX,通过上述变更处理部来变更第3运算常数k,但也可以对应在基于位置指令P的加减速中应用的加减速时间常数来变更第3运算常数k。
    该加减速时间常数一般与加速度成反比例的关系。因此,可使用最大加速度AccMAX求出最小加减速时间常数Tmin。因此,可以在上述的数值控制程序中设定最小加减速时间常数Tmin,或使用数值控制程序由最大加速度AccMAX求出最小加减速时间常数Tmin。而且,如图9所示,可以从位置指令生成处理部21向变更处理部19b的加减速时间常数判定处理部42输出最小加减速时间常数Tmin,通过与第2实施方式相同的处理来变更第3运算常数k。
    (第3实施方式)
    然后,以下参照图10对本发明优选的第3实施方式的伺服电动机的控制装置10进行说明。
    与上述第2实施方式的不同点在于,本实施方式的伺服电动机的控制装置10(以下,简单地称为本装置10)的变更处理部19c根据加工部30的加工部件34的进给类别来变更第3运算常数k。
    本装置10在位置指令P指示了加工部30的加工部件34的加工时,和仅指示了不进行加工的该加工部30的加工部件34的移动时,通过变更处理部19c来切换第3运算常数k。
    如图10所示,上位控制部20的位置指令生成处理部21向变更处理部19c输出加工部30的加工部件34的进给类别。在该加工部件34的进给类别中例如有:伴随切削等加工,加工部件34通过进给轴进给的动作;以及为了不进行加工而仅进行移动,加工部件34通过进给轴快速进给的动作。
    如图10所示,本装置10的变更处理部19c由进给类别判定处理部43和运算常数变更处理部41构成。进给类别判定处理部43被输入从位置指令生成处理部21输出的加工部件34的进给类别,然后判定该进给的类别,将判定结果输出给运算常数变更处理部41。
    如上说述,从进给的类别是伴随加工还是不伴随加工的观点出发,形成进给类别判定处理部43进行的判定。
    以下,使用图10以及图11a所示的例子对本装置10的变更处理部19c的动作进行详细的叙述。
    首先,在本装置10中,基于位置指令P的加工部件34的动作大致分为:伴随加工的切削进给和不伴随加工的快速进给。因此,位置指令生成处理部21对进给类别判定处理部43输出的进给类别为切削进给或快速进给。
    进给类别判定处理部43被输入从位置指令生成处理部21输出的进给类别,如图11a所示,判定该进给种类,即是切削进给还是快速进给,将该判定结果输出至运算常数变更处理部41(S30)。
    运算常数变更处理部41在从进给类别判定处理部43输入的进给类别为切削进给时,对第3运算常数k的值设定k1,将该第3运算常数k输出至分配处理部13(S31)。
    另一方面,运算常数变更处理部41在从进给类别判定处理部43输入的进给类别为快速进给时,对第3运算常数k的值设定k2,将该第3运算常数k输出至分配处理部13(S32)。
    这里,一般在未伴随加工的快速进给的情况下,对伺服电动机33的位置控制不要求高精度,所以可以对第1速度指令V1提高滤波器应用部分V1的比例,提高加工部件34的进给速度。另一方面,在进行要求加工部件34的高加工精度的加工时,对伺服电动机33的位置控制要求高精度,所以可以对第1速度指令V1降低滤波器应用部分V1f的比例,提高加工部件34的加工精度。
    因此,理想的是第3运算常数k的值处于k1>k2的关系。
    另外,即使是伴随加工的动作,在初期的加工中也存在对伺服电动机33的位置控制不要求高精度的情况。在这样的情况下,可对第1速度指令V1提高滤波器应用部分V1f的比例,来提高加工部件34的进给速度。而且,理想的是在进给类别中还加入伴随初期加工的切削进给这样的类别,在进给类别判定处理部43中进行判定。
    根据上述本装置10,根据加工部30的加工部件34的进给动作变更第3运算常数k,所以能够兼顾加工部30动作的高速性和高精度。
    然后,参照图11b对上述第3实施方式的变形例进行说明。
    该变形例如图11b所示,变更处理部19a的动作与第3实施方式不同。具体来说,运算常数变更处理部41的处理不同。
    进给类别判定处理部43被输入从位置指令生成处理部21输出的进给类别,然后判定该进给类别,即是切削进给还是快速进给,然后将该判定结果输出至运算常数变更处理部41(S40)。
    运算常数变更处理部41在从进给类别判定处理部43输出的进给类别为切削进给时,对变量α设定参数α1(S41)。然后,运算常数变更处理部41根据该变量α求出第3运算常数k,然后将该第3运算常数k输出给分配处理部13(S42)。
    另一方面,运算常数变更处理部41在从进给类别判定处理部43输入的进给类别为快速进给时,对变量α设定参数α2(S43)。然后,运算常数变更处理部41根据该变量α求出第3运算常数k,然后将该第3运算常数k输出给分配处理部13(S42)。
    这里,作为根据S42中的变量α求出第3运算常数k的方法,例如可以使用图8a~图8c所示的方法。参数α1、α2可以如下进行确定。首先,在使用参数α1的情况下,因为进给类别是切削进给,所以运算常数变更处理部41设定决定第3运算常数k的α1的值,使对于第1速度指令V1的滤波器应用部分V1的比例变高。另一方面,在使用参数α2的情况下,因为进给类别是快速进给,所以运算常数变更处理部41优选设定决定第3运算常数k的α2的值,使对于第1速度指令V1的滤波器应用部分V1的比例变低。
    根据上述的变形例,为了根据进给类别的内容实现加工部30动作的高速性和高精度,可以灵活地设定各种各样的第3运算常数k的值。
    另外,在上述第3实施方式以及其变形例中,根据基于位置指令P的进给类别由变更处理部19c切换第3运算常数k,但还可以根据进给类别由上述变更处理部切换滤波处理部14的滤波器常数g。
    本发明的伺服电动机的控制装置不限于上述实施方式及其变形例,在不脱离本发明的主旨的情况下可以进行适当的变更。
    例如,本发明的伺服电动机的控制装置在上述第2实施方式中,运算常数变更处理部41处理第3运算常数k的变更,但该运算常数变更处理部41也可以处理滤波处理部14的滤波器常数g的变更。如此,还优选通过上述变更处理部根据基于位置指令P的加减速时的最大加速度AccMAX或在加减速中应用的加减速的最小时间常数Tmin,来变更滤波器常数g。
    另外,可以对图5所示的第1实施方式的变形例1的分配处理部13’应用上述第2实施方式以及第3实施方式的变更处理部。
    此外,在上述的各实施方式中存在在伺服电动机的位置中含有由该伺服电动机驱动的加工部30中的机械部件的位置的情况,存在在伺服电动机的速度中含有该机械部件的速度的情况。
    上述仅仅一个实施方式所具有的部分可以适当地用于其他全部的实施方式中。

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