专利名称：进行双重位置反馈控制的伺服控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及进行基于伺服电动机的位置和被驱动体的位置的双重位置反馈控制 的伺服控制装置。
背景技术：
对驱动被驱动体的伺服电动机进行控制的伺服控制，根据反馈的位置信息被分类 为半闭环控制、全闭环控制以及混合控制。半闭环控制，检测伺服电动机的位置来进行反 馈。另外，全闭环控制，检测被驱动体的位置来进行反馈。而混合控制，检测伺服电动机的 位置和被驱动体的位置的双方来进行反馈控制、即进行双重位置反馈控制(例如参照下述 的专利文献1以及2)。另外，在伺服控制中，在以预定周期重复的加工的情况下，广泛采用用于使位置偏 差收敛于零附近来进行高精度加工的学习控制。学习控制，通过在检测出的位置偏差上加 上过去所应用的修正量来修正位置偏差，根据修正后的位置偏差构成位置控制环(例如参 照下述的专利文献3)。特别在下述的专利文献4中记载了以下发明使用学习控制来生成用于使象限凸 起减小的修正数据，存储该修正数据，进行防止象限凸起的修正。在此，所谓象限凸起，是指 加工位置的象限改变，进给轴的移动方向反转时产生的凸起。当进行专利文献4中记载的发明的学习控制以及象限凸起修正时，当通过半闭环 控制使用伺服电动机侧的位置偏差来进行学习控制时，可以减小伺服电动机侧的位置偏 差，减小伺服电动机侧的象限凸起，但无法得到减小被驱动体侧、即机械侧的位置偏差的修 正量，会发生机械侧的象限凸起不减小的问题。反之，当通过全闭环控制使用机械侧的位置偏差来进行学习控制时，可以得到减 小机械侧的位置偏差的修正量。但是，当把位置环路增益或速度环路增益设为较高值时，由 于伺服电动机和机械间的螺旋要素或间隙等，学习控制有时不会很好地收敛，发生无法提 高这些增益的问题。在切削反力小的加工的情况下，减小增益也没问题，但在切削反力大的 加工中，当减小增益时，有时由于切削反力会导致加工精度恶化。专利文献1 特公平2-30522号公报专利文献2 特开2002-297241号公报专利文献3 特开2006-172149号公报专利文献4 特开2004-234327号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于，提供进行双重位置反馈控制来实 现与加工目的对应的位置偏差的减小的伺服控制装置。为了达成上述目的，本发明提供一种进行双重位置反馈控制的伺服控制装置，其 具备检测伺服电动机的位置的第一位置检测部；检测通过该伺服电动机驱动的被驱动体的位置的第二位置检测部；根据针对该被驱动体的位置指令和来自该第一位置检测部的位 置反馈，计算第一位置偏差的第一位置偏差运算部；根据针对该被驱动体的位置指令和来 自该第二位置检测部的位置反馈，计算第二位置偏差的第二位置偏差运算部；通过时间常 数电路，在该第一位置偏差上加上该第一位置偏差与该第二位置偏差的差分，由此计算在 位置控制中使用的第三位置偏差的第三位置偏差运算部；选择该第二位置偏差或该第三位 置偏差的某一方来输出的切换部；以及学习控制部，其学习使从该切换部输出的该第二位 置偏差或该第三位置偏差接近零的修正量，并且将该学习而得的修正量作为针对该第三位 置偏差的修正量来进行输出。在一个优选方式中，该切换部，根据参数、外部信号或该被驱动体的位置中的某一 个来进行切换。另外，在一个优选方式中，伺服控制装置，当计算该第一位置偏差时，针对该第一 位置检测部的检测延迟，通过与该伺服电动机的速度成比例的修正量来修正该第一位置偏 差，并且当计算该第二位置偏差时，针对该第二位置检测部的检测延迟，通过与该被驱动体 的速度成比例的修正量来修正该第二位置偏差。根据本发明的伺服控制装置，在进行重视稳定性的控制的情况下，通过将第三位 置偏差作为输入来进行学习控制，可以在维持某种程度的精度的同时实现稳定的控制，另 一方面，在进行重视精度的控制的情况下，通过将第二位置偏差作为输入来进行学习控制， 可以实现高精度的控制。
从参照附图进行的以下说明可以明了本发明的其他特征及优点，附图中，图1是表示本发明的伺服控制装置的一个实施方式的框图。图2是表示图1所示的伺服控制装置的动作的流程图。图3是表示本发明的伺服控制装置的另一实施方式的框图。图4是表示本发明的学习控制部的实施方式的框图。图5A及图5B是表示本发明的效果的例子的实施例1。图6A及图6B是表示本发明的效果的例子的实施例2。由图可知，由于切削负荷 大，当速度增益低时加工精度变坏。
具体实施例方式以下，参照
本发明的实施方式。图1是表示本发明的伺服控制装置的一 个实施方式的框图。在图1中，伺服电动机100驱动作为被驱动体的机械102。电动机位置 检测器110检测电动机100的位置，将其检测值作为电动机位置反馈(FB)来输出。另外， 机械位置检测器112检测机械102的位置，将其检测值作为机械位置反馈来输出。位置控制部120根据后述那样输入的位置偏差，通过比例 积分(PI)动作等计算 速度指令然后输出。速度控制部122比较对电动机位置反馈进行微分而得的速度反馈和速 度指令，求出速度偏差，通过比例 积分(PI)动作等计算电流指令然后输出。电流控制部 124根据电流指令来计算放大器驱动指令，然后输出。伺服放大器126将放大器驱动指令放 大后提供给电动机100。
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在本实施方式中，为了求出被输入位置控制部120的位置偏差，设置了加法器 130、132、134、136以及138、时间常数电路150、切换器160以及学习控制部170。关于这些 要素，参照图1的框图以及图2的流程图来进行说明。首先，加法器130通过从上位的控制装置输入的位置指令中减去电动机位置反 馈，计算作为第一位置偏差的电动机位置偏差E1 (步骤202)。同时，加法器132通过从该位 置指令中减去机械位置反馈，计算作为第二位置偏差的机械位置偏差E2 (步骤204)。接着，加法器134通过从机械位置偏差E2中减去电动机位置偏差E1，计算半全 (semi-full)误差“E2-E1，，(步骤206)，并提供给时间常数电路150。时间常数电路150对 半全误差“E2-E1”实施作为时间常数t的一次延迟要素的处理，然后输出(步骤208)。接 着，加法器136通过将电动机位置偏差E1和时间常数电路150的输出相加，计算作为第三 位置偏差的双重位置偏差E3 (步骤210)。接着，切换器160根据参数、来自外部的信号、机械102的位置等中的某一个，选择 机械位置偏差E2或双重位置偏差E3的某一方来提供给学习控制部170 (步骤212、214以 及216)。学习控制部170通过学习来生成使从切换器160输出的机械位置偏差E2或双重 位置偏差E3接近零的修正数据(步骤218)。学习控制部170，在每个位置控制周期中，在被提供的位置偏差上加上重复的模式 的一个周期前的修正量，通过限制高频的输入的频带限制滤波器171进行滤波处理，存储 在延迟要素存储器172中。延迟要素存储器172具备存储重复的模式的一个周期的修正量 的存储器要素，在每个位置控制周期中，输出重复的模式的一个周期前的该位置控制周期 中求出的修正量，生成通过动态特性补偿要素173补偿控制对象的相位延迟、增益降低量 后所得到的该修正数据(图4)。加法器138通过把双重位置偏差E3和来自学习控制部170的修正数据相加，计算 作为对位置控制部120的输入信号的位置偏差(步骤220)。此后，如前所述，由位置控制部 120进行速度指令的生成(步骤222)、由速度控制部122进行电流指令的生成(步骤224)、 由电流控制部124进行放大器驱动指令的生成(步骤226)。在上述实施方式中，如前所述，在步骤208中，时间常数电路150对半全误差 “E2-E1”实施作为时间常数t的一次延迟要素的处理，因此时间常数电路150的输出，若用 传递函数表示则为时间常数电路的输出=[1/(1+ xs)]X (E2-E1)并且，在接下来的步骤210中进行以下运算。双重位置偏差E3 =电动机位置偏差E1+时间常数电路的输出因此，若设定时间常数t =0，则双重位置偏差E3成为下式所示的输出。双重位置偏差E3 =电动机位置偏差E1+半全误差(E2-E1)=机械位置偏差E2另一方面，若设定时间常数T =⑴，则双重位置偏差E3成为下式所示的输出。双重位置偏差E3 =电动机位置偏差E1+ “0” =电动机位置偏差E1S卩，当时间常数T =0时实施全闭环控制，另一方面，当时间常数T =⑴时实施 半闭环控制。于是，通过控制时间常数T的值来改变全闭环控制和半闭环控制的比例，可 以调整通过全闭环控制实现的精度的确保、和通过半闭环控制实现的稳定性的确保之间的 平衡。
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而且，在本实施方式中，设置了把对学习控制部170的输入切换到机械位置偏差 E2或双重位置偏差E3的一方的切换器160。如前所述，目前使用学习控制来生成理想的 象限凸起修正数据并存储了该修正数据，在进行象限凸起修正的情况下存在以下问题在 进行学习控制时，若使用电动机侧的位置偏差，则电动机侧的象限凸起变小，但机械侧的象 限凸起不变小。但是，根据本实施方式，最初学习机械侧的位置偏差，生成了减小象限凸起 的修正数据，在此后的动作中进行双重位置反馈，可以采用将增益取高的使用方法。此时， 针对象限凸起部分，已经生成了减小机械侧的位置偏差的修正数据，因此不发生象限凸起 (图5A以及图5B)。另外，如前所述，当使用机械侧的位置偏差来进行学习控制时，在为使学习控制收 敛而减小增益时，具有在切削反力大的加工中加工精度恶化的问题。但是，根据本实施方 式，在切削反力大的粗加工时，使用双重位置反馈控制来以高增益进行学习控制，保持某种 程度的精度(图6A以及图6B)，另一方面，在切削反力小的精加工时，成为全闭环控制，减小 增益来通过机械侧的位置偏差进行学习控制，由此可以实现高精度。另外，在机械的特定场所(例如滚珠丝杠的共振点表现得较大的地方等)无法取 高增益的情况下，有时仅在特定场所进行双重位置反馈控制，但即使在这种情况下也可以 切换学习控制的输入。切换器160根据参数、外部信号、机械位置等，实施考虑了这样的各 种条件的、对学习控制的输入的切换。图3是表示本发明的伺服控制装置的另一实施方式的框图。图3所示的实施方式 与图1所示的实施方式的不同点仅在于追加了微分电路300、乘法器310、加法器320、以 及微分电路302、乘法器312以及加法器322。因此，关于电动机100、机械102、电动机位置 检测器110、机械位置检测器112、速度控制部122、电流控制部124、以及伺服放大器126，省 略了图示。在电动机位置检测器110以及机械位置检测器112中，分别存在转发位置数据的 时间。图3所示的实施方式，对于这些检测延迟，通过与速度成比例的修正量来修正位置偏 差，由此接近实际的位置偏差。S卩，微分电路300对电动机位置反馈进行微分来计算电动机速度。乘法器310在 该电动机速度上乘以预定的系数来求出修正量。加法器320从加法器130的输出中减去该 修正量，输出通信延迟修正后的电动机位置偏差E1。同样地，微分电路302对机械位置反馈进行微分来计算机械速度。乘法器312在 该机械速度上乘以预定的系数来求出修正量。加法器322从加法器132的输出中减去该修 正量，输出通信延迟修正后的机械位置偏差E2。此后的动作与图1以及图2所示的实施方 式的动作相同。本发明可以通过其他特定方式来具体化。因此，本实施例应被视为在全部方面举 例表示的、且非限定性的实施例，本发明的范围不由前面的说明表示，而是由附加的权利要 求来表示，因此，在归结为该权利要求的意义以及等同范围的全部变更，也被包含于此。
权利要求
一种进行双重位置反馈控制的伺服控制装置，其特征在于，具备检测伺服电动机的位置的第一位置检测部；检测通过该伺服电动机驱动的被驱动体的位置的第二位置检测部；根据针对该被驱动体的位置指令和来自该第一位置检测部的位置反馈，计算第一位置偏差的第一位置偏差运算部；根据针对该被驱动体的位置指令和来自该第二位置检测部的位置反馈，计算第二位置偏差的第二位置偏差运算部；通过时间常数电路，在该第一位置偏差上加上该第一位置偏差与该第二位置偏差的差分，由此计算在位置控制中使用的第三位置偏差的第三位置偏差运算部；选择该第二位置偏差或该第三位置偏差的某一方来输出的切换部；以及学习控制部，其学习使从该切换部输出的该第二位置偏差或该第三位置偏差接近零的修正量，并且将该学习而得的修正量作为针对该第三位置偏差的修正量来进行输出。
2.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，该切换部，根据参数、外部信号或该被驱动体的位置中的某一个来进行切换。
3.根据权利要求1或2所述的伺服控制装置，其特征在于，当计算该第一位置偏差时，针对该第一位置检测部的检测延迟，通过与该伺服电动机 的速度成比例的修正量来修正该第一位置偏差，并且当计算该第二位置偏差时，针对该第 二位置检测部的检测延迟，通过与该被驱动体的速度成比例的修正量来修正该第二位置偏差。
全文摘要
本发明提供一种进行双重位置反馈控制来实现与加工目的对应的位置偏差的减小的伺服控制装置。伺服控制装置具备检测电动机的位置的第一位置检测部；检测被驱动体的位置的第二位置检测部；根据位置指令和电动机位置反馈来计算第一位置偏差的第一位置偏差运算部；根据位置指令和被驱动体位置反馈来计算第二位置偏差的第二位置偏差运算部；通过时间常数电路，在第一位置偏差上加上第一位置偏差与第二位置偏差的差分，由此计算在位置控制中使用的第三位置偏差的第三位置偏差运算部；选择第二位置偏差或第三位置偏差的某一方来输出的切换部；以及学习来自该切换部的输出，输出针对第三位置偏差的修正量的学习控制部。
文档编号G05B19/404GK101893872SQ20101017648
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月10日 优先权日2009年5月20日
发明者丰泽雪雄, 前田和臣, 岩下平辅, 置田肇 申请人:发那科株式会社