专利名称：伺服电动机驱动控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及运动地(drivingly)控制用于驱动机床工作台等的进给轴(feed axes)的伺服电动机的一种控制器，尤其涉及一种用于在加工工作台上的工件的过程中，当工作台进给轴的移动方向反转(reversal)时，抑制(suppress)工件加工表面上的凸起(projection)的形成的伺服电动机驱动控制器。
背景技术：
在加工工件的过程中，一旦驱动机床工作台进给轴的伺服电动机的驱动方向反转，由于进给螺杆(feed screw)的后冲(backlash)和摩擦，工作台不能立刻反转。因此，例如在圆弧切削安装在工作台上的工件的过程中，当驱动方向出现反转时，则在工件的圆弧切削表面上形成凸起。
在此假定，安装在工作台上的将沿XY轴平面上移动的工件在进行圆弧切削，圆弧中心位于坐标原点，X轴和Y轴分别沿正方向和负方向移动，并且在一个象限(quadrant)发生了变化使Y轴保持负方向移动，而X轴的移动方向从正方向改变到负方向。由于这样的象限变化，Y轴保持同样的移动速度，而当位置偏离减少到零时，X轴试图反转(reverse)移动方向并且转矩指令(torque command)变得很小。然而，由于摩擦的存在而不能立刻实现反转。此外，由于进给螺杆(feed screw)的后冲(backlash)，当X轴的移动方向反转时，在X轴方向上的工作台的移动被延迟。如此，由于象限的变化出现了方向反转的延迟，结果，在切削表面上形成凸起，这种凸起将被称做象限凸起(quadrant projection)。
为了减少象限凸起，提出了各种各样的纠正方法(例如，见日本7-110717A)。
然而，这些已提出的方法由于在确认调整结果时，调整为了减少象限凸起而增加的调整量，而需要更长的调整时间。
发明内容
本发明提供一种伺服电动机驱动控制器，其能够很容易地为减少象限凸起而进行纠正。
根据本发明的一个方面，伺服电动机驱动控制器包括速度指令确定装置(velocity command determining means)，其能够在每一个预先确定的时间段上，根据来自于主控制器(a host controller)的位置指令和来自于位置探测器的位置反馈信号之间的偏移(deviation)，确定和输出速度指令；纠正装置，其根据预先确定的时间段的纠正数据，纠正从速度指令确定装置输出的速度指令，以便因此改善加工精确性。
纠正数据可以通过使用学习控制(learning control)而预先确定。比如，通过根据预先确定的时间段的位置偏移执行学习控制以获得一个速度指令，并且从由学习控制获得的速度指令中减去一个位置指令的微分值，确定纠正数据，其中，该位置偏移是在预先确定的区域上由伺服电动机反复驱动一个已被驱动的元件的过程中获得的。纠正数据可以通过分析由学习控制获得的纠正数据而被确定。
伺服电动机驱动控制器可以进一步包括用于探测位置指令反转的探测装置，并且从位置指令反转时起的预先确定的时间段的纠正数据被预先确定，并且纠正装置可以根据从探测装置探测到的从位置指令反转时起的预先确定的时间段的纠正数据，纠正速度指令。
伺服电动机驱动控制器可以与一个计算机相连接以便准备纠正数据。
伺服电动机驱动控制器可以进一步包括用于探测位置指令反转的探测装置，并且根据开路环路传递函数(an open-loop transfer function)的反函数(an inverse function)的输出，从位置指令反转时起的预先确定的时间段的纠正数据就被预先确定，以便当作用在被控制物体上的摩擦的模型被输入时，从速度指令产生转矩指令。纠正数据可以通过过滤(filter)反函数的输出而被确定。进一步地，纠正数据可以超前一个过滤的延迟时间以便因此补偿该延迟时间。
根据本发明的另一个方面，伺服电动机驱动控制器包括转矩指令确定装置，其能够在每一个预先确定的时间段上，根据速度指令和来自于速度探测器的速度反馈信号之间的一个偏移，确定和输出一个转矩指令，其中，速度指令根据来自于主控制器的位置指令和来自于位置探测器的位置反馈信号之间的一个偏移而获得；纠正装置，用于根据预先确定的时间段的纠正数据，纠正从转矩指令确定装置输出的转矩指令。
同样在这种情况下，纠正数据可以通过使用学习控制(learning control)而预先确定。比如，通过根据预先确定的时间段的位置偏移执行学习控制以获得一个转矩指令，并且从由学习控制获得的转矩指令中减去一个位置指令的二次幂微分值(a second-order differentiated value)，确定纠正数据，其中，该位置偏移是在预先确定的区域上由伺服电动机反复驱动一个已被驱动的元件的过程中获得的。纠正数据可以通过分析由学习控制获得的纠正数据而被确定。
伺服电动机驱动控制器可以进一步包括用于探测位置指令反转的探测装置，并且从位置指令反转时起的预先确定的时间段的纠正数据被预先确定，并且纠正装置可以根据从探测装置探测到的从位置指令反转时起的预先确定的时间段的纠正数据，纠正转矩指令。
图1是一个方框图，揭示了根据本发明第一实施例的伺服电动机驱动控制器的基本组成；图2是一个方框图，揭示了根据本发明第二实施例的伺服电动机驱动控制器的基本组成；图3是一个方框图，说明了对于第一、第二实施例，用于通过学习控制而准备速度纠正数据的一个配置；图4是一个方框图，说明了用于准备速度纠正数据的另一个配置；图5是一个视图，说明了用于通过从学习控制获得的速度纠正数据中除去无意义数据(noise)而获得第二速度纠正数据的一个配置；图6是一个视图，说明了用于通过线性地近似由学习控制获得的速度纠正数据而获得第二速度纠正数据的一个配置；图7是一个分析收已集到的速度纠正数据以获得最终速度纠正数据的一个配置的方框图；
图8是一个通过使用摩擦模型而准备速度纠正数据的一个配置的方框图；图9是一个通过使用摩擦模型而准备不包含无意义数据的速度纠正数据的一个配置的方框图；图10是一个视图，说明了标准化的速度纠正数据；图11是一个视图，说明了线性近似的速度纠正数据；图12是第一实施例的速度纠正处理的一个流程图；图13是第二实施例的速度纠正处理的一个流程图；图14是第二实施例的另一个速度纠正处理的一个流程图；图15是一个方框图，揭示了根据第三实施例的伺服电动机控制系统，在该系统中，转矩指令被纠正以防止象限凸起；图16是一个方框图，揭示了根据第四实施例的伺服电动机控制系统，在该系统中，转矩指令的纠正被执行以防止象限凸起；图17是一个视图，说明了在第三、第四实施例中，准备转矩纠正数据的一个配置；图18A至18E是评估本发明效果的实验结果的试图。
具体实施例方式
如图1所示，根据本发明第一实施例的伺服电动机驱动控制器包含一个减法器1，用于通过从位置指令中减去位置反馈信号而确定位置偏移。位置反馈信号表示作为被控制的物体5的伺服电动机的一个实际的位置，或者表示移动部件如被伺服电动机驱动的工作台的一个实际的位置，并且位置指令从主控制器比如数字控制器提供。该驱动控制器进一步包含一个乘法器2，用于通过将位置偏移与位置增益Kp相乘而确定速度指令；一个加法器3，用于通过将一个纠正量加到速度指令上而确定已纠正的速度指令，其中该纠正量从在速度补偿装置4中预先设定的纠正数据中被确定。作为被控制的物体5的伺服电动机根据已纠正的速度指令被驱动。附图标记6表示一个位置探测区段(a position detectingsection)，用于通过对附着在被控制的物体5上的速度探测器提供的速度反馈信号进行积分，确定被控制的物体5的实际位置。
图2揭示了本发明第二实施例的伺服电动机驱动控制器，它不同于第一实施例，因为它包含位置指令反转探测装置7，用于探测正在反转的位置指令的符号，并向速度补偿装置4输出纠正启动指令。作为对纠正启动指令的响应，速度补偿装置4将一个根据速度指令数据确定的纠正量加到速度指令上，直到当预先确定的时间段从纠正启动指令被输出时起流逝过去时为止，从而因此确定已纠正的速度指令，并通过已纠正的速度指令运动地(drivingly)控制被控制的物体5。
图3和图4揭示了将被储存在速度补偿装置4中的速度纠正数据是如何被准备的。
在图3所示的纠正数据准备的方法中，一个学习控制(a learningcontrol)通过另外地提供在控制器的位置环路控制系统(position loopcontrol system)中的学习控制器10而得到执行，以便因此获得一个速度指令，该速度指令作为速度纠正数据被设置在速度补偿装置4中。特别地，位置偏移通过将表示被控制的物体5的实际位置的位置反馈信号从主控制器提供的位置指令中减去而由减法器1确定，并且位置偏移被储存在学习控制器10中。学习控制器10根据一个时间段的旧的位置偏移(oneperiod old position deviation)确定一个偏移量，加法器11将纠正量加到位置偏移上以确定一个已纠正的位置偏移。乘法器2将已纠正的位置偏移与位置增益Kp相乘以确定用于控制被控制的物体5的移动的速度指令。
学习控制器10可以是一个公知的学习控制器，其包含存储区间，存储表示位置偏移的数据，其中，位置偏移在一个时间段内在预先确定的周期的时间间隔上被确定，在该时间段内，在位置指令以一种图案(in apattern)反复输出的情况下，一种图案的位置指令(one pattern’s positioncommand)被输出，以将工件加工成一样的形状。学习控制器10将当前已确定的位置偏移与已存储的表示一个图案旧的位置偏移(one pattern oldposition deviation)的数据加在一起，总和作为过滤后的当前时间段的数据被存储。一个图案旧的存储数据(one pattern old stored data)处于动态特性补偿过程，然后被输出与位置偏移加在一起。通过上述描述的学习控制的反复进行，位置偏移会聚成零，这是众所周知的。
特别地，如果当执行前述的控制学习时，用于加工预先确定的可能会形成象限凸起的区域的一组指令被反复执行，那么位置偏移会会聚成零。当位置偏移会聚成零后，学习控制器10纠正位置偏移。然后，已纠正的位置偏移与位置增益Kp相乘，以确定作为速度补偿装置4的速度纠正数据使用的速度指令。速度纠正数据可以当作速度指令，借助该速度指令，可以进行高精度的加工。纠正，即将速度纠正数据与速度指令相加，能够产生与前馈控制(feedforward control)所获得的效果相类似的效果。
在前馈控制中，位置指令的导数(derivative)被加到速度指令上，以便因此补偿由于位置增益而在位置控制上一个延迟，从而，位置偏移变成接近于零。仅当控制器的速度控制系统具有足够的跟随特性(following upcharacteristic)时，借助于前馈控制，位置指令的导数能作为一个理想的速度指令。在被控制的物体极易受后冲(backlash)影响的情况下，由于方向变化而发生额外转矩的快速变化，使得达到足够的跟随特性变得很困难，从而引起位置偏移(象限凸起)。
学习控制能够产生足够地抑制象限凸起的形成的效果，不管速度控制系统的跟随性能是否足够。因此，在输出以前处于学习控制的速度指令，能够实际上被当作一个理想的比由常规的前馈控制所获得的速度指令更优越的速度指令。由图3所示的方法所获得的速度纠正数据相当于该理想的速度指令，并且因此，在与学习控制同步的时间上，由速度纠正数据所纠正的速度指令的使用，能够使实现高的形状精确度的加工成为可能。
图4是一个方框图，用于说明获得纠正数据的另一种方法。在图4中所示的例子对于图3所示的方法是很普通的，这是因为，在同一个图案下的反复指示的位置指令通过学习控制器10而处于学习控制下，但却存在不同，因为该例子包含一个微分元件13(differentiating element 13)，用于微分位置指令以获得一个已被指令的速度；一个减法器12，用于通过将已被指令的速度从速度指令中减去而确定速度差额(velocitydifference)，其中该速度指令是通过将由学习控制而获得的已纠正的位置偏移与位置增益Kp相乘而获得。当通过学习控制使位置偏移会聚成零后，加法器12将已被指令的速度从速度指令中减去，以确定速度差额，该速度差额被用作速度补偿装置4的速度纠正数据。
在如图4所示的方法中，相应于在前馈控制中已被控制的变量的位置指令的导数，被从由学习控制所获得的速度指令中减去，因此收集一个由学习控制所获得的速度指令的扰动补偿分量(disturbancecompensating component)。位置指令反转后被收集的扰动补偿分量(数据)在符号上可被认为能够纠正由于后冲的存在而引起的象限凸起。因此，可以应用根据这样的数据而获得的速度纠正来实现对象限凸起的最佳纠正。
如上述描述所获得的速度纠正数据可以如此使用，然而，如此获得的纠正数据包含无意义数据(noise)，因此，最好通过除去无意义数据而准备第二纠正数据。
图5揭示了一种准备第二纠正数据的方法，在该图中，附图标记20表示在移动方向改变的区域中和在借助于学习控制而使位置偏移会聚成零的条件下收集到的速度纠正数据。该速度纠正数据20是作为从图4所示的已被指令的速度和实际的速度指令之间的差额中确定的速度纠正数据的一个例子。在揭示已收集到的纠正数据的图5中，时间和速度纠正数据分别为横坐标和纵坐标，从左上部向右下部延伸的直线表示速度指令。纠正数据包含无意义数据，并且当移动方向改变时，引起一个大的速度差额。已收集到的纠正数据被提供给过滤器21，以除去无意义数据分量(noise component)，由此，获得了在22中所示的第二纠正数据。
可替代地，如图6所示，对已收集到的纠正数据20进行分析以获得第二速度纠正数据，该第二速度纠正数据线性地近似，如23所示。
图1所示的实施例使用了关于图案移动指令的速度纠正数据，在该实施例中，一个图案移动指令(one pattern’s motion commands)可以被收集并如同速度纠正数据一样被设置在速度补偿装置4中。可替换地，在移动指令的符号被反转(is reversed)的区域中的移动指令可以被收集并以上述提到的方式被分析，以获得被分析的数据，并且，对于其它区域，已设置的数据可以被获得，该已设置的数据由已收集到的移动指令或零分量组成。然后，由已分析的数据和已设置的数据组成的第二速度纠正数据被设置在速度补偿装置4中。
图2所示的实施例使用了关于位置指令的符号被反转的一个已被预先确定的区域的速度纠正数据，在该实施例中，位置指令在已预先确定的区域中被收集，并如同速度纠正数据一样被设置在速度补偿装置4中。可替换地，在已预先确定的区域中获得的速度纠正数据被分析以如同第二速度纠正数据一样被储存在速度补偿装置4中。
为了能获得第二纠正数据22或23，通过使用主控制器30或外部计算机31进行分析，如图7所示。在图7所示的例子中，通过图4所示的方法获得的已收集到的纠正数据被传输到诸如一个数字控制器的主控制器30，并从主控制器30传输到计算机31，计算机31完成过滤或线性近似以准备第二纠正数据22或23。在执行线性近似的情况下，纠正数据至少包括，如图11所示，最初的纠正量(比如A0、A1、A2)、近似直线的结束点、以及在这些点上从纠正开始时起经过的时间(比如t1、t2、t3)。另一方面，如果没有线性近似可被执行，那么，纠正数据将被标准化，在这个过程中，一个最大纠正量被设置成1，从纠正开始到结束的时间段被设置成1，如图10所示。然后，已线性近似的或标准化的纠正数据，即第二纠正数据，通过主控制器30从计算机31传输到伺服电动机驱动控制器，并且，被设置在速度补偿装置4中。第二纠正数据可以被准备在主控制器30中。
在上述描述的实施例中，纠正数据从由学习控制所获得的速度指令中被确定。可替换地，纠正数据可以通过使用一个移动方向正在改变的时间上的摩擦模型(friction model)而被确定。在图8中，摩擦模型的例子如32所示，其中，时间和摩擦力分别为横坐标和纵坐标。速度纠正数据24通过将模型32的输出与系统的开路环路传递函数(an open-loop transferfunction)的反函数(an inverse function)33相乘而获得，以从速度指令中产生转矩指令。在控制器包含用于执行速度环路控制处理(velocity loopcontrol processing)以确定转矩指令的速度控制器(比如下文将要提到的显示在图15中的速度控制器，该速度控制器用于根据从位置环路系统提供的速度指令执行速度环路处理)的情况下，开路环路传递函数(速度控制器的传递函数)和它的反函数分别由Cv(S)和Cv(S)-1表示。
通过使用摩擦模型和速度控制器的反函数而确定的速度纠正数据，包括高频率分量，该高频率分量可能会通过扩展被加上纠正量的速度指令而突然改变纠正量。因此，如图9所示，高频率分量可以通过使用过滤器34而被除去，从而获得纠正数据25，该纠正数据25具有速度控制能够跟随的频率区域。在这种情况下，在已过滤的纠正数据中将引起一个时间延迟。例如，在使用由其传输函数由1/(TS+1)表示的一次幂过滤器(a first order filter)组成的过滤器34的情况下，延迟时间可认为等于上升时间T(the rising time T)，或者例如通过计算输入到过滤器34的输入波形的最大振幅的相位延迟而被确定或估算，其中，最大振幅通过频率分析而被确定。在过滤器34由一个M次幂FIR过滤器组成的情况下，将引起一个与取样时间(sampling time)相同长的大约M/2次延迟，并且这样的延迟被用作延迟时间。速度纠正数据被设置在速度补偿装置中，并且具有如上述描述所确定的延迟时间的纠正数据被前置。
速度纠正数据被分析以获得线性近似的纠正数据，如图11所示，或者标准化的纠正数据，如图10所示。这样的速度纠正数据由主控制器30或外部计算机准备，并从那里传递给伺服电动机驱动控制器以被设置在反馈速度补偿装置4中。
图12是显示在图1中的速度纠正处理的流程图，该流程由伺服电动机驱动控制器的处理器通过使用前述的纠正数据来执行。
控制器的处理器在每一个位置环路处理时间段内执行如图12所示的处理。
首先，根据位置反馈信号和从主控制器提供的位置指令，确定位置偏移，并且该位置偏移与位置增益Kp相乘，以确定速度指令Vc(步骤100)。然后，确定标记F(flag F)是否为1(步骤101)，如果不是，做出关于纠正数据读取指令是否输入的决定(步骤102)。如果这样的指令没有被输入，则执行步骤109，在步骤09中，向随后的速度环路控制处理传递在步骤100中确定的速度指令Vc。
如果输入了纠正数据读取指令，则计数器C清零，并且标记F被设置成1(步骤103)。然后，计数器C增加1(步骤104)，并且相应于储存在计数器C中的并作为纠正量A的一个值，速度纠正数据从储存速度纠正数据的存储区域中被读取(步骤105)。纠正量A加到在步骤100中确定的速度指令Vc上，因此获得一个已纠正的速度指令Vc(步骤106)。然后，确定关于计数器值是否达到了表示一个区域结束(end of a zone)的预先设置的值C0，其中在该区域上速度指令将被纠正(步骤107)。如果没有达到预先设置的值C0，则执行步骤109，在步骤109中输出已纠正的速度指令Vc。
在下一个和随后的时间段内(在这之前标记F已经设置成1)，在完成位置环路处理后，执行步骤101至104，以便在步骤100确定速度指令Vc。于是，执行步骤104至109的处理过程，从而由位置环路处理而确定的速度指令Vc将通过使用存储在速度补偿装置中的速度纠正数据而得到纠正。已纠正的速度指令Vc用作下一步速度环路处理的速度指令，等等。
刚刚提到的速度指令纠正是在每一个位置环路处理时间段内完成的。随后，如果在计数器C中的值达到预先设置的值C0(步骤107)，则标志F设置成0(步骤108)，然后执行步骤109。在标记F不是1的下一个和随后的时间段内，重复执行步骤100至102和109，直到纠正数据读取指令被再一次输入。
在该实施例中，在预先确定的区域，根据速度纠正数据，从纠正数据读取指令被输入时起执行速度指令纠正，因此，象限凸起从开始形成时起就被抑制，从而实现高精确加工。
图13是由伺服电动机驱动控制器的处理器执行处理的流程图，该流程图体现了图2所示的方法。在图13所示的例子中，如图10所示的用于一个移动方向反转区域(a moving direction reversal zone)的已标准化的纠正数据，被用作速度纠正数据。
首先，执行位置环路处理以确定速度指令Vc(步骤200)。特别地，速度指令Vc通过确定位置指令和位置反馈信号之间的位置偏移，并将位置偏移与位置增益相乘而获得。然后，确定标记F是否为1(步骤201)。如果不是，则进一步确定从主控制器提供的位置指令的符号，即移动方向，是否反转(步骤202)。如果符号或方向没有反转，则执行步骤211，在步骤211中，向下一个处理过程(比如速度环路处理)传递在步骤200获得的速度指令Vc。
另一方面，如果在步骤202中确定了来自于主控制器的位置指令的符号由于加工位置所属的象限的扩展而反转，则进一步确定在步骤200中由位置环路处理所确定的速度指令是否小于预先设置的速度V0(步骤204)。如果不是，则执行步骤210。如果速度指令小于预先设置的速度V0，则标记F设置成1(步骤205)，并且计数器C被重新设置(步骤206)。
然后，计数器C增加1(步骤207)，并通过将相应于计数器C的值的速度纠正数据的值与比例系数A0相乘而确定纠正量A。将纠正量A加到在步骤200中确定的速度指令Vc上，因此获得一个新的、已纠正的速度指令(步骤208)。
然后，确定计数器C的值是等于还是大于预先设置的值C0，以与纠正时间段相对应(步骤209)，预先设置的值C0是指包括在纠正时间段中的位置环路处理时间段的数值。如果计数器的值没有达到预先设置的值C0，则执行步骤211，在步骤211中，传递在步骤208中获得的已纠正的速度指令Vc。
在下一个和随后的时间段内(在这之前标记F已经设置成1)，执行步骤201至207以确定纠正量A，将纠正量A加到由位置环路处理而获得的速度指令上，以获得和输出一个已纠正的速度指令。此后，重复执行步骤200、201、207至209、211，以通过将根据纠正数据而确定的纠正量与由位置环路处理而确定的速度指令相加来确定一个已纠正的速度指令。随后，如果在计数器中的值达到了预先设置的值C0，则执行步骤209至210，将标记F重新设置成0，然后执行步骤211，在步骤211中，输出在步骤208中获得的已纠正的速度指令。
在下一个和随后的时间段内，由于标记F已经设置为0，所以执行步骤201至202，上述描述的步骤被执行，在这个过程中，在速度指令小于在位置指令或移动方向指令的符号反转后的预先确定的值以后，根据速度纠正数据，为预先确定的区域执行速度指令纠正，因此减少了由于象限变化而正在形成的凸起的担忧。
在图10所示的纠正数据存储于伺服电动机驱动控制器的存储器(速度补偿装置)的情况下，执行图13所示的处理过程。在图11所示的线性近似的数据存储于用作速度补偿装置的存储器的情况下，执行图14所示的处理过程，在该处理过程中，步骤300至305的处理过程与图13中步骤200至205的处理过程相同并被执行，步骤306至315的处理过程与步骤206至211的处理过程不同并被执行。
特别地，在位置指令的符号反转和速度指令Vc变成小于预先确定的值V0之前，在每一个位置环路处理时间段完成步骤300至304、315，从而输出由标准位置环路处理而确定的速度指令Vc。另一方面，如果位置指令的符号反转并且速度指令Vc变成小于预先确定的值V0，从而进入发生加工象限变化的移动位置区域，则控制器处理器将引起计时器t被重新设置并再次启动(步骤306)，并且确定由计时器t测量的时间段是等于还是小于作为速度纠正数据的事先储存的第一预先设置的时间t1(步骤307)。如果测量到的时间t等于或小于预先设置的时间t1，则相应于预先设置的时间t1而储存的纠正量A0，与时间比例t/t1相乘，以确定纠正量A，并且通过将纠正量A加到在步骤300中确定的速度指令Vc上而确定一个已纠正的速度指令(步骤308)。
如果已测量到的时间t，即由计时器t测量的时间段，处于第一和第二预先设置的时间t1和t2之间，也就是说，如果满足关系式t1＜t≤t2(步骤309)，则根据已存储的、分别与第一和第二预先设置的时间t1和t2对应的纠正量A0和A1，由插值法(interpolation)依据下面的等式确定纠正量AA＝A0+(A1-A0)×(t-t1)/(t2-t1)将纠正量A与在步骤300中获得的速度指令Vc相加，因此确定一个已纠正的速度指令(步骤310)。
如果在步骤311中确定了已测量到的时间t处于第二和第三预先设置的时间t2和t3之间(t2＜t≤t3)，则由分别与第二和第三预先设置的时间t2和t3对应的纠正量A2和A3的插值法(interpolation)，依据下面的等式确定纠正量AA＝A1+(A2-A1)×(t-t2)/(t3-t2)然后，将纠正量A与在步骤300中获得的速度指令Vc相加，因此确定一个已纠正的速度指令(步骤312)。
在步骤315中，已纠正的速度指令被传递给下一个处理过程(比如速度环路处理或电流环路处理)。
如果已测量到的时间t超过了表示纠正时间段终点的第三预先设置的时间t3(步骤313)，则标记F被设置成0(步骤314)，并执行步骤315。
如上所述，当加工位置的象限改变时，根据纠正数据，速度指令将得到纠正，以防止象限凸起。
虽然在本实施例中，通过速度指令纠正防止了象限凸起，但是也可以通过纠正转矩指令来防止象限突起。
图15是根据本发明第三实施例的伺服电动机控制系统的方框图。在该系统中，转矩指令得到纠正以防止象限凸起。由于另外提供了速度控制器14，并且提供了用于将转矩纠正量加到从速度控制器14输出的转矩指令上的转矩补偿装置15而代替速度补偿装置4，所以图15所示的第三实施例不同于图1所示的实施例。
特别地，由减法器1确定位置偏移，在减法器1中，表示作为被控制的物体5的伺服电动机的实际位置的或者表示由伺服电动机驱动的工作台等的移动部分的位置反馈信号，从主控制器提供的位置指令中被减去。在乘法器2中，将位置偏移与位置增益Kp相乘以确定速度指令，在减法器16中，从该确定的速度指令中减去速度反馈信号以确定速度偏移，该被确定的速度偏移被提供给速度控制器14，在该控制器14中，该速度偏移处于PI(比例积分(proportional integral))控制，等等，以确定转矩指令，而转矩纠正量从事先设置在转矩补偿装置15中的转矩纠正数据中得到确定。转矩纠正量被加到转矩指令上以因此确定已纠正的转矩指令，用该已纠正的转矩指令驱动作为被控制的物体5的伺服电动机，因此防止象限凸起。
图16是一个方框图，其揭示了不同于图15所示的第三实施例的第四实施例，这是因为提供了反转探测装置7，该反转探测装置7探测正在反转的位置指令符号并将纠正启动指令输出到转矩补偿装置15。直到预先确定的时间段从纠正启动指令从反转探测装置7中输出时起流逝过去为止，根据预先设置的转矩纠正数据所确定的转矩纠正量，被加到转矩指令上，以确定已纠正的转矩指令，用该已纠正的转矩指令运动地控制作为被控制的物体的伺服电动机。
图17是一个方框图，其揭示了准备转矩纠正数据的方法，该方法不同于图4所示的确定速度纠正量的方法，这是因为另外提供了速度控制器14，并且使用了用于将位置指令处于二次幂微分以确定加速度的二次幂微分元件18取代用于微分位置指令的微分元件13。如图3、图4所示的实施例一样，学习控制器10包含一个存储区间，用于存储与位置偏移相对应的数据，该数据在一个时间段内在预先确定的时间段的时间间隔上被确定，在该时间段内，一种图案的位置指令(one pattern’s positioncommand)被输出。在预先设置的时间段内被确定的位置偏移，被加到以一个图案旧的位置偏移为基础而确定并储存的数据上，总和处于过滤状态并随后储存为预先设置的时间段的数据。一个图案时间段旧的(onepattern period old)已储存的数据处于动态特性补偿过程，然后被输出与位置偏移加在一起。
在图17所示的控制器中，位置偏移通过加法器1得到确定，在该加法器1中，表示被控制的物体5的实际位置的位置反馈信号在加法器1中被从主控制器提供的位置指令中减去。该位置偏移被储存在学习控制器10中。在加法器11中，根据一个时间段旧的位置偏移而确定的纠正量，被加到位置偏移上，因此确定一个已纠正的位置偏移，该已纠正的位置偏移在乘法器2中与位置增益Kp相乘以确定速度指令，在减法器16中从该确定的速度指令中减去速度反馈量以确定速度偏移。根据速度偏移，由速度控制器14执行速度环路处理以确定转矩指令(加速度指令)，用该转矩指令(加速度指令)运动地控制被控制的物体5。
如果当执行学习控制时，用于加工可能会形成象限凸起的预先确定区域的一组指令反复被执行，则位置偏移会聚成零。在位置偏移会聚成零后，学习控制器10纠正位置偏移，并且已纠正的位置偏移与位置增益Kp相乘，以确定速度指令。由速度控制器14执行速度环路处理，以根据速度指令和速度反馈信号确定转矩指令，而被指令的加速度由二次幂微分元件18通过将位置指令处于二次幂微分而得到确定。在加法器9中，被指令的加速度被从转矩指令中减去以因此确定他们之间的差额，该差额被设置为转矩补偿装置中的转矩纠正数据。同时，如同第一和第二实施例一样，从转矩指令和已指令的加速度之间的差额而确定的转矩纠正数据，可以处于过滤状态以除去无意义数据(noise)，从而作为结果的数据可以用作第二转矩纠正数据。可替换地，转矩纠正数据可以被线性地近似，以获得第二转矩纠正数据。
转矩纠正数据被标准化或被线性地近似，以具有同速度纠正数据相同的形式。
转矩纠正数据被储存在转矩补偿装置15中，以在纠正转矩指令的过程中使用，从而防止象限凸起的发生。
在用于纠正转矩指令以防止象限凸起的一个实施例的伺服电动机驱动控制器中，为每个位置/速度环路处理时间段执行处理(未示出)，该处理基本上与图12至14所示的处理相同，但在以下方面是不同的执行位置环路处理以确定速度指令，并且根据速度指令和速度反馈信号执行速度环路处理以确定转矩指令，如同与步骤100、200或300相对应的一个步骤(省略对该步骤及以下步骤的说明)中所知晓的，纠正量A根据在与步骤105、208、308、310或312相对应的步骤中的转矩纠正数据而得到确定，该转矩纠正数据被加到在与步骤100、200或300相对应的步骤中确定的转矩指令上，因此确定一个已纠正的转矩指令，并且该已纠正的转矩指令在与步骤109、211或315相对应的步骤中被输出，而不是速度指令被输出。
图18A至18E是评估本发明效果的实验结果的试图。在这些试图中，圆弧切削误差用单位2μm表示，并且用圆圈圈起来的区域中的误差的表示被放大给出。
图18A表示在没有进行纠正以减少象限凸起的情况下的误差，图18B表示在进行传统纠正以减少象限凸起的情况下的误差，图18C表示在进行学习控制的情况下的误差，图18D、18E分别表示在本发明第一和第二正如实验结果所说明的，在加工表面的过程中由于象限变化而形成的象限凸起(相应于指令的误差)，在没有进行象限凸起纠正时，变得很大(图18A)，并且在应用传统象限纠正时，也很大(图18B)。当应用学习控制时(图18C)，象限凸起减小。在应用本发明的情况下(图18D、18E)，基本没有象限凸起的发生，从而保证加工的精确性，这相当于当象限没有发生变化时所观察到的精确性。
权利要求
1.一种运动地控制伺服电动机的伺服电动机驱动控制器，包括速度指令确定装置，其能够在每一个预先确定的时间段上，根据来自于主控制器的位置指令和来自于位置探测器的位置反馈信号之间的偏移，确定和输出速度指令；纠正装置，其根据预先确定的时间段的纠正数据，纠正从所述速度指令确定装置输出的速度指令。
2.如权利要求1所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，所述纠正数据通过使用学习控制而预先确定。
3.如权利要求2所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，通过根据预先确定的时间段的位置偏移执行学习控制以获得一个速度指令，并且从由学习控制获得的速度指令中减去一个位置指令的微分值，从而确定纠正数据，其中，该位置偏移是在预先确定的区域上由伺服电动机反复驱动一个已被驱动的元件的过程中获得的。
4.如权利要求2所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，纠正数据可以通过分析由学习控制获得的纠正数据而被确定。
5.如权利要求1所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，该伺服电动机驱动控制器进一步包括探测装置，该探测装置用于探测位置指令的反转，其中，从位置指令反转时起的预先确定的时间段的纠正数据被预先确定，并且所述纠正装置根据从所述探测装置探测到的从位置指令反转时起的预先确定的时间段的纠正数据，纠正速度指令。
6.如权利要求1所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，该伺服电动机驱动控制器进一步包括一个计算机，该计算机用于准备与其相连接的纠正数据。
7.如权利要求1所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，该伺服电动机驱动控制器进一步包括探测装置，该探测装置用于探测位置指令的反转，其中，根据开路环路传递函数的反函数的输出，从位置指令反转时起的预先确定的时间段的纠正数据被预先确定，以便当作用在被控制物体上的摩擦的模型被输入时，从速度指令产生转矩指令。
8.如权利要求7所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，纠正数据通过过滤反函数的输出而被确定。
9.如权利要求7所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，纠正数据超前一个过滤的延迟时间以便因此补偿该延迟时间。
10.一种运动地控制伺服电动机的伺服电动机驱动控制器，包括转矩指令确定装置，其能够在每一个预先确定的时间段上，根据速度指令和来自于速度探测器的速度反馈信号之间的一个偏移，确定和输出一个转矩指令，其中，速度指令根据来自于主控制器的位置指令和来自于位置探测器的位置反馈信号之间的一个偏移而获得；纠正装置，用于根据预先确定的时间段的纠正数据，纠正从所述转矩指令确定装置输出的转矩指令。
11.如权利要求10所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，纠正数据通过使用学习控制而预先确定。
12.如权利要求11所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，通过根据预先确定的时间段的位置偏移执行学习控制以获得一个转矩指令，并且从由学习控制获得的转矩指令中减去一个位置指令的二次幂微分值，从而确定纠正数据，其中，该位置偏移是在预先确定的区域上由伺服电动机反复驱动一个已被驱动的元件的过程中获得的。
13.如权利要求11所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，纠正数据通过分析由学习控制获得的纠正数据而被确定。
14.如权利要求10所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，该伺服电动机驱动控制器进一步包括探测装置，该探测装置用于探测位置指令的反转，其中，从位置指令反转时起的预先确定的时间段的纠正数据被预先确定，并且所述纠正装置根据从所述探测装置探测到的从位置指令反转时起的预先确定的时间段的纠正数据，纠正转矩指令。
15.如权利要求10所述的伺服电动机驱动控制器，其特征在于，该伺服电动机驱动控制器进一步包括一个计算机，该计算机用于准备与其相连接的纠正数据。
全文摘要
一种能够进行高精确加工的伺服电动机驱动控制器，其能够防止由于正在进行加工的象限发生变化而出现的象限凸起。在通过学习控制而使位置偏移会聚成零后，速度指令和已被指令的速度之间的速度指令或差额被存储为速度纠正数据，其中，该已被指令的速度是位置指令的导数。直到预先确定的时间段从位置指令符号反转时起流逝过去，位置环路处理的每一个时间段的纠正量根据纠正数据得到确定，并被用来纠正速度指令。
文档编号G05B19/404GK1520025SQ20041003935
公开日2004年8月11日 申请日期2004年1月30日 优先权日2003年1月30日
发明者岩下平辅, 河村宏之, 汤志炜, 之 申请人:发那科株式会社