伺服控制装置以及伺服控制方法与流程

本发明涉及对高速计算的比例项附加了滤波的伺服控制装置以及伺服控制方法，特别是涉及适合用于伺服电动机的电流控制的伺服控制装置以及伺服控制方法。

背景技术：

作为对比例项附加了滤波的伺服控制装置，例如专利文献1公开了进行电动机等负载的电流控制的伺服控制装置。该伺服控制装置具有：低速运算部，其按规定的周期进行一次运算，通过基于电流指令值与电流输出值之间的电流误差的积分控制运算处理来计算出电压指令积分项；以及高速运算部，其按比该低速运算部的周期短的周期进行一次运算，通过基于电流误差的比例控制运算处理来计算出电压指令比例项，通过电压指令积分项与电压指令比例项的加法处理来制作出电压指令值。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2006-296055号公报(摘要、图1等)

在上述的伺服控制装置中，由于处理比例项的周期与对输入到伺服控制装置的第一指令值(例如，对应上述电流指令值)进行更新的周期不同，因此偏差最大的第一指令值变更后的值变大，在对下一第一指令值进行变更之前，从伺服控制装置输出的第二指令值(例如，对应上述电压指令值)变小。因此，第二指令值会根据第一指令值的更新周期而发生振动。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种伺服控制装置以及伺服控制方法，可以抑制为了控制伺服电动机而从伺服控制装置输出的指令值的振动。

(1)本发明涉及的伺服控制装置具有：第一减法器(例如后述的减法器1-1)，其求出用于控制伺服电动机的作为周期信号的第一指令值与来自该伺服电动机的第一检测值之差；积分项制作部(例如，后述的积分项制作部2)，其制作出对所述第一减法器的输出进行积分、并乘以第一系数而得的积分项；内分处理部(例如，后述的内分处理部5)，其以规定的周期对所述第一指令值进行内分；第二减法器(例如，后述的减法器1-2)，其求出所述内分处理部的输出与所述第一检测值之差；比例项制作部(例如，后述的比例项制作部3)，其制作出第二系数乘以所述第二减法器的输出而得的比例项；以及第一加法器(例如，后述的加法器4)，其将所述积分项制作部的输出与所述比例项制作部的输出相加，作为用于控制所述伺服电动机的第二指令值来进行输出，由所述比例项制作部进行计算的计算周期比由所述积分项制作部进行计算的计算周期短。

(2)在(1)所记载的伺服控制装置中，所述内分处理部以由所述比例项制作部进行计算的计算周期对以所述第一指令值的更新周期而变化的量进行分割。

(3)在(1)或(2)所记载的伺服控制装置中，所述伺服控制装置还具有：前馈项制作部(例如，后述的前馈项制作部6)，其对用于控制伺服电动机的第三指令值进行微分，将第三系数乘以该微分值来制作出前馈项；第三减法器(例如，后述的减法器7)，其求出所述第三指令值与来自所述伺服电动机的第二检测值之差；反馈项制作部(例如，后述的反馈项制作部8)，其根据所述第三减法器的输出制作出反馈项；时间调整部(例如，后述的时间调整部10)，其针对所述前馈项制作部的输出调整时间；第二加法器(例如，后述的加法器9-1)，其将所述前馈项制作部的输出与所述反馈项制作部的输出相加，作为所述第一指令值输出给所述第一减法器；以及第三加法器(例如，后述的加法器9-2)，其将所述时间调整部的输出与所述反馈项制作部的输出相加，作为进行了时间调整的所述第一指令值输出给所述内分处理部。

(4)在(3)所记载的伺服控制装置中，所述时间调整部使时间向前上述内分处理部的延迟量的量。

(5)在(3)或(4)所记载的伺服控制装置中，所述第一指令值以及进行了时间调整的所述第一指令值是速度指令值，所述第一检测值是速度检测值，第二指令值是电流指令值，所述第三指令值是位置指令值，所述第二检测值是位置检测值。

(6)本发明涉及的伺服控制装置的伺服控制方法，求出用于控制伺服电动机的作为周期信号的第一指令值与来自所述伺服电动机的第一检测值之第一差；制作出对所述第一差进行积分、并乘以第一系数而得的积分项；以规定的周期对所述第一指令值进行内分；求出所述内分所得的值与所述第一检测值之第二差；制作出将第二系数乘以所述第二差而得的比例项；将所述积分项与所述比例项相加，作为用于控制所述伺服电动机的第二指令值来进行输出，计算所述比例项的计算周期比计算所述积分项的计算周期短。

(7)在(6)所记载的伺服控制方法中，对用于控制伺服电动机的第三指令值进行微分，将第三系数乘以该微分值来制作出前馈项；求出所述第三指令值与来自所述伺服电动机的第二检测值之第三差；根据所述第三差制作出反馈项；对所述前馈项的时间进行调整；将所述前馈项与所述反馈项相加，作为所述第一指令值来进行输出；将进行了时间调整的前馈项与所述反馈项相加，作为进行了时间调整的所述第一指令值来进行输出。

(8)本发明涉及的伺服控制程序用于使作为伺服控制装置的计算机执行上述本发明涉及的伺服控制方法。

发明效果

根据本发明，通过以规定的周期对用于控制伺服控制装置的第一指令值进行内分，由此可以抑制为了控制伺服电动机而从伺服控制装置输出的第二指令值的振动。

附图说明

图1是表示本发明涉及的第一实施方式的伺服控制装置的框图。

图2a是表示第一实施方式的伺服控制装置的动作的流程图。

图2b是表示第一实施方式的伺服控制装置的动作的流程图。

图3a是对基于第一实施方式的伺服控制装置的效果进行说明的图。

图3b是对基于第一实施方式的伺服控制装置的效果进行说明的图。

图4是表示本发明涉及的第二实施方式的伺服控制装置的框图。

图5是表示第二实施方式的伺服控制装置的动作的流程图。

图6是表示第二实施方式的伺服控制装置的动作的流程图。

图7a是对基于第二实施方式的伺服控制装置的效果进行说明的图。

图7b是对基于第二实施方式的伺服控制装置的效果进行说明的图。

图8是表示本发明涉及的第一实施例的伺服控制装置的框图。

图9是表示本发明涉及的第二实施例的伺服控制装置的框图。

图10是表示第一前提技术的伺服控制装置的结构的框图。

图11是表示第二前提技术的伺服控制装置的结构的框图。

符号说明

1-1、1-2、7、13、21、21-1、21-2减法器

2积分项制作部

3比例项制作部

4、9-1、9-2、15、15-1、15-2、25加法器

5内分处理部

6前馈项制作部

8反馈项制作部

11微分器

12系数乘法器

14位置控制增益

22积分器

23积分增益

24比例增益

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。

在进行本发明的实施方式的说明之前，对成为实现本发明涉及的伺服控制装置的前提的技术进行说明。在以下的第一以及第二前提技术的说明中，作为代表性的示例列举伺服电动机的伺服控制装置进行说明。

(第一前提技术)

图10是表示第一前提技术的伺服控制装置的结构的框图。在图10中，针对成为控制对象的伺服电动机的位置指令值，被输入到减法器13和微分器11。位置指令值通过微分器11而被微分，然后通过系数乘法器12乘以系数。此外，通过减法器13求出位置指令值与来自伺服电动机的位置检测值之差。位置指令值与位置检测值之差被输入到位置控制增益14。微分器11以及系数乘法器12成为制作速度指令值的前馈项的前馈项制作部。位置控制增益14成为反馈项制作部，所述反馈项制作部制作针对伺服电动机的速度指令值的反馈项。

通过加法器15对从位置控制增益14输出的值(成为反馈项)与从系数乘法器12输出的值(成为前馈项)相加来获得针对伺服电动机的速度指令值。也就是说，速度指令值为反馈项与前馈项之和。微分器11、系数乘法器12、减法器13、位置控制增益14以及加法器15构成位置控制环。

通过减法器21求出速度指令值与来自伺服电动机的速度检测值之差，该差被分别输入到积分器22以及比例增益24。积分器22将速度指令值与速度检测值之差进行积分，积分增益23将系数乘以从积分器22输出的积分值。比例增益24将系数乘以速度指令值与速度检测值之差。加法器25将积分增益23的输出值与比例增益43的输出值相加，该相加值为针对伺服电动机的电流指令值。由该电流指令值所指令的电流流经伺服电动机，对伺服电动机进行控制。减法器21、积分器22、积分增益23、比例增益24以及加法器25构成速度控制环。

(第二前提技术)

图11是表示第二前提技术的伺服控制装置的结构的框图。图11所示的伺服控制装置与图10所示的第一前提技术的伺服控制装置的不同点在于：设置了求出速度指令值与速度检测值之差的两个减法器21-1、21-2。第一减法器21-1、积分器22以及积分增益23构成以第一周期执行处理的区域(成为积分项制作部)。第二减法器21-2以及比例增益24构成以比第一周期短的第二周期执行处理的区域(成为比例项制作部)。在比例项制作部进行计算的计算周期比积分项制作部进行计算的计算周期短。

在控制伺服电动机的伺服控制装置中，通常比制作速度指令值的位置控制环更高速地处理使用电流指令值的电流控制。根据速度指令值和速度检测值制作出电流指令值的速度控制环具有积分项制作部和比例项制作部。速度控制环的振荡边界通过延迟时间来决定，延迟时间为从取入速度检测值开始到输出电流指令值为止的时间。

为了缩短该延迟时间，要求执行速度控制环的周期缩短。但是，为了实现周期缩短，执行控制的处理器就要求高的计算处理能力。

通常，积分项制作部的响应性比比例项制作部慢。因此，第二前提技术的伺服控制装置以短周期只执行响应性更高的比例项的计算，由此，抑制处理时间的增加，同时获得高的响应性。

以上，对于第一以及第二前提技术进行了说明，但是在第二前提技术中也存有应该改善的点。由于通过第二减法器21-2、比例增益24处理比例项的周期与更新速度指令值的周期不同，因此速度偏差最大的速度指令值的变更后的值变大，在变更下一速度指令值之前，电流指令值变小下去。

因此，电流指令值会根据速度指令值的更新周期而发生振动。该振动会作用为以下干扰：例如在以2ms更新速度指令值时为500hz的干扰，在以1ms更新速度指令值时为1khz的干扰，在以0.5ms更新速度指令值时为2khz的干扰。

这样的、对应于速度指令值的更新周期的电流指令值的振动，通过以比例项的周期对速度指令值进行内分的本发明结构而被改善。

以下，使用附图对本发明的一实施方式进行说明。在各实施方式的说明中，从控制对象中获得第一以及第二检测值。第一指令值与第一检测值是相同种类的值，在控制对象是伺服电动机的情况下，例如，第一指令值是速度指令值，第一检测值是速度检测值。此外，第三指令值与第二检测值是相同种类的值，在控制对象是伺服电动机的情况下，例如，第三指令值是位置指令值，第二检测值是位置检测值。在控制对象是伺服电动机的情况下，例如，第二指令值是电流指令值。通过由电流指令值指令的电流流向伺服电动机，由此控制伺服电动机。

(第一实施方式)

本实施方式的伺服控制装置为了以比例项的周期内分第一指令值而具有内分处理部。另外，希望的是，内分处理部以比例项制作部进行计算的计算周期对以第一指令值的更新周期变化的量进行分割。

图1是表示本发明涉及的第一实施方式的伺服控制装置的框图。如图1所示，本实施方式的伺服控制装置具有：减法器1-1、减法器1-2、积分项制作部2、比例项制作部3、加法器4、以及内分处理部5。减法器1-1对应于第一减法器，减法器1-2对应于第二减法器，加法器4对应于第一加法器。积分项制作部2制作出对输入进行积分并乘以系数而得的积分项，比例项制作部3制作出系数乘以输入而得的比例项。

图2a是表示内分处理部5、减法器1-2、比例项制作部3、以及加法器4的动作的流程图，图2b是表示减法器1-1以及积分项制作部2的动作的流程图。在第一指令值输入到减法器1-1与内分处理部5时，开始图2a、图2b所示的流程的处理。

在针对控制对象的第一指令值输入到内分处理部5时，内分处理部5以比例项制作部3的周期对第一指令值进行内分(步骤s101)。通过减法器1-2求出内分处理部5的输出与来自控制对象的第一检测值之差(步骤s102)，该差输入到比例项制作部3。比例项制作部3制作出比例项，输入到加法器4(步骤103)。加法器4将积分项制作部2的输出值与比例项制作部3的输出值相加，将该相加值作为用于对控制对象进行控制的第二指令值输出(步骤s104)。然后，判断是否更新了第一指令值(步骤s105)，在更新了第一指令值时返回到步骤102，在没有更新第一指令值、处理没有结束时(步骤s106：否)返回到步骤s105。

此外，若在针对控制对象的第一指令值输入到内分处理部5的同时输入到减法器1-1时，则通过减法器1-1求出第一指令值与第一检测值之差(步骤s201)，该差输入到积分项制作部2。积分项制作部2制作出积分项输出到加法器4(步骤202)。加法器4进行上述的步骤s104的处理。之后，判断是否更新了第一指令值(步骤s203)，在更新了第一指令值时返回到步骤201，在没有更新第一指令值、处理没有结束时(步骤s204：否)返回到步骤s203。

另外，在以上说明的图2a、图2b的流程图中，第一指令值的更新是同时的。

内分处理部5只涉及用于制作比例项的第一指令值。这样，内分处理部5以比例项的周期将第一指令值进行内分，由此，第一指令值的振动减小。此外，以比例项的周期将第一指令值内分由此频率变高，因此，控制对象难以响应振动。

图3a表示内分处理部没有设置于伺服控制装置，在第一指令值的更新周期第二指令值的振动产生得大的情况。图3b表示：内分处理部设置于伺服控制装置，由此第一指令值以比例项的周期被内分，第二指令值的振动振幅减小，周期也变短的情况。

(第二实施方式)

图4是表示本发明涉及的第二实施方式的伺服控制装置的框图。如图4所示，本实施方式的伺服控制装置除了图1所示的第一实施方式的伺服控制装置的结构之外，还具有：减法器7、前馈项制作部6、反馈项制作部8、加法器9-1、9-2、以及时间调整部10。对与图1的伺服控制装置的结构相同的结构标注同一符号。

在第一实施方式的伺服控制装置中，内分处理部通过时间来分配第一指令值的增量，但是为了进行该内分处理，产生第二指令值的延迟。

根据第一检测值的反馈求出的积分项以及比例项不会使时间向前(advance)，但是根据用于对控制对象进行控制的第三指令值制作出的前馈项通过加工程序的预读来了解未来的第三指令值，因此可以使时间向前。

本实施方式的伺服控制装置具有时间调整部10，以便不存在高速处理的比例项的延迟。考虑到内分处理部的延迟，时间调整部10对前馈项的时间进行调整。

用于对控制对象进行控制的第三指令值输入到前馈项制作部6以及减法器7。减法器7求出第三指令值与来自控制对象的第二检测值之差，将该差输入到反馈项制作部8。通过利用加法器9-1将前馈项制作部6的输出(前馈项)与反馈项制作部8的输出(反馈项)相加由此制作出输入到减法器1-1的第一指令值。另一方面，通过利用时间调整部10来调整前馈项制作部6的输出，利用加法器9-2将时间调整部10的输出与反馈项制作部8的输出相加从而制作出输入到内分处理部5的第四指令值。第四指令值为进行了时间调整而得的第一指令值。

图5是表示前馈项制作部6、反馈项制作部8、时间调整部10、加法器9-2、内分处理部5、减法器1-2、比例项制作部3以及加法器4的动作的流程图。图6是表示前馈项制作部6、反馈项制作部8、加法器9-1、减法器1-1以及积分项制作部2的动作的流程图。第三指令值输入到减法器7与前馈项制作部6，开始图5、图6所示的流程的处理。另外，从图5的步骤s101至s104除了第一指令值置换为第四指令值这方面之外与图2a的步骤s101至s104相同，因此，使用相同符号。

如图5所示，针对控制对象的第三指令值输入到前馈项制作部6和减法器7(步骤s018)，通过前馈项制作部6制作出前馈项，时间调整部10对前馈项制作部6的输出的时间进行调整(步骤s109)。减法器7求出第三指令值与来自控制对象的第二检测值之差，输入到反馈项制作部8。加法器9-2将时间调整部10的输出与反馈项制作部8的输出相加，将相加值作为第四指令值来进行输出。在第四指令值输入到内分处理部5时，内分处理部5以比例项制作部3的周期对第四指令值进行内分(步骤s101)。通过减法器1-2求出内分处理部5的输出与来自控制对象的第一检测值之差(步骤s102)，该差输入到比例项制作部3。比例项制作部3制作出比例项，将该比例项输出给加法器4(步骤103)。加法器4将积分项制作部2的输出值与比例项制作部3的输出值相加，将该相加值作为用于对控制对象进行控制的第二指令值输出(步骤s104)。之后，判断是否更新了第三指令值(步骤s107)，在更新了第三指令值时返回到步骤108，在没有更新第三指令值、处理没有结束时(步骤s106：否)返回到步骤s107。

此外，如图6所示，针对控制对象的第三指令值输入到前馈项制作部6和减法器7(步骤s206)，减法器7求出第三指令值与来自控制对象的第二检测值之差，输入到反馈项制作部8。加法器9-1将前馈项制作部6的输出与反馈项制作部8的输出相加，作为第一指令值来进行输出。在针对控制对象的第一指令值输入到减法器1-1时，通过减法器1-1求出第一指令值与第一检测值之差(步骤s201)，该差输入到积分项制作部2。积分项制作部2制作出积分项，将该积分项输出至加法器4(步骤202)。加法器4进行上述的步骤s104的处理。之后，判断是否更新了第三指令值(步骤s205)，在更新了第三指令值时返回到步骤206，在没有更新第三指令值、处理没有结束时(步骤s204：否)返回到步骤s205。另外，在以上说明的图5、图6的流程中，第三指令值的更新是同时的。

图7a表示与图1的伺服控制装置同样地没有进行时间调整的第一指令值和内分后的第一指令值的时间。图7b表示没有进行时间调整的第一指令值和对进行了时间调整的第四指令值进行了内分之后的第四指令值的时间。通过利用时间调整部使时间向前，从而可以消除内分处理部的延迟。

【实施例】

以下，对于本发明的实施例进行说明。

(第一实施例)

本实施例的伺服控制装置使用了图1所示的伺服控制装置，作为用于以比例项的周期对第一指令值进行内分的内分处理部而设置了滤波器。

图8是表示本发明涉及的第一实施例的伺服控制装置的框图。本实施例的结构为在图11所示的第二前提技术的伺服控制装置追加了滤波器16的结构，滤波器16以比例项的周期对速度指令值进行了内分。滤波器16只涉及用于比例项的制作的速度指令值。这样，滤波器16通过以比例项的周期对速度指令值进行内分，由此速度指令值的振动减小，机械难以摇动。此外，由于频率变高，因此机械难以响应振动。速度指令值的振动减小、频率变高，都是对难以摇动机械的方向造成影响。

本实施方式的减法器21-1、21-2对应于图1的伺服控制装置的减法器1-1、1-2，积分器22、积分增益23对应于图1的伺服控制装置的积分项制作部2，比例增益24对应于图1的伺服控制装置的比例项制作部3。速度指令值、速度检测值、电流检测值对应于图1的伺服控制装置的第一指令值、第一检测值、第二指令值。

本实施例的伺服控制装置可以获得与图1所示的伺服控制装置相同的效果。即，本实施例的伺服控制装置为了通过少的计算处理提高响应性，以比积分项短的周期对速度控制环的比例项进行更新，且以比例项的更新周期来内插速度指令值，由此，可以降低在电流指令值的更新周期的振动。

(第二实施例)

图9是表示本发明涉及的第二实施例的伺服控制装置的框图。本实施例的伺服控制装置对应于图4所示的第二实施方式的伺服控制装置，本实施例的伺服控制装置除了图8所示的第一实施例的伺服控制装置的结构之外，还具有代替计算器15而设置的加法器15-1、15-2、以及时间调整部17。对与图8的伺服控制装置的结构相同的结构标注同一符号。

位置指令值输入到微分器11以及减法器13。减法器13求出位置指令值与来自伺服电动机的位置检测值之差，输入到位置控制增益14。微分器11将位置指令值进行微分，系数乘法器12将系数乘以微分值。

通过利用加法器15-1将系数乘法器12的输出与位置控制增益14的输出相加从而制作出输入到减法器21-1的速度指令值。另一方面，通过利用加法器15-2将时间调整部10的输出与位置控制增益14的输出相加从而制作出输入到滤波器16的速度指令值。时间调整部17对系数乘法器12的输出时间进行调整。

本实施方式的微分器11与系数乘法器12对应于图4的伺服控制装置的前馈项制作部6，位置控制增益14对应于图4的伺服控制装置的反馈项制作部8。此外，时间调整部17对应于图4的伺服控制装置的时间调整部10，滤波器16对应于图4的伺服控制装置的内分处理部5。位置指令值、位置检测值、速度指令值、速度检测值、电流检测值对应于图4的伺服控制装置的第三指令值、第二检测值、第一以及第四指令值(成为进行了时间调整的第一指令值)、第一检测值、第二指令值。

本实施例的伺服控制装置可以获得与图4所示的伺服控制装置相同的效果。即，第一实施例的伺服控制装置使用滤波器在时间上对速度指令的增量进行分配，但是有时因滤波器的内分处理而在电流指令值产生延迟。本实施例的伺服控制装置考虑到在滤波器的延迟而对前馈项的时间通过时间调整部使时间向前，由此消除滤波器的延迟。

以上说明的实施方式以及实施例的伺服控制装置的全部或者一部分可以通过硬件、软件或者它们的组合来实现。这里，所谓通过软件来实现表示计算机通过读入程序来执行从而实现。在由硬件构成的情况下，例如可以通过lsi(largescaleintegratedcircuit：大规模电子集成电路)、asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)、门阵列、fpga(fieldprogrammablegatearray：现场可编程门阵列)等集成电路(ic)构成图1、图4的实施方式以及图8和图9的实施例所示的、伺服控制装置的一部分或者全部。

在通过软件构成伺服控制装置的全部或者一部分时，在由将描述了图2a、图2b、图5以及图6的流程所示的伺服控制装置动作的全部或者一部分的程序进行了存储的、硬盘、rom等存储部、存储运算所需的数据的dram、cpu、以及连接各部的总线构成的计算机中，可以通过将运算所需的信息存储于dram，通过cpu使该程序动作来实现。该情况下，可以通过对图2a与图2b的处理、图5与图6的处理进行并行处理的计算机来进行处理，所述计算机具有多处理器或多核。

可以使用各种各样类型的计算机可读介质(computerreadablemedium)来存储程序来提供给计算机。计算机可读介质包含各种各样类型的有实体的存储介质(tangiblestoragemedium)。计算机可读介质包含非临时性的计算机可读介质(non-transitorycomputerreadablemedium)。计算机可读介质的示例包含：磁存储介质(例如，软盘、磁带、硬盘驱动器)、磁-光存储介质(例如，光盘)、cd-rom(readonlymemory)、cd-r、cd-r/w、半导体存储器(例如，掩膜rom、prom(programmablerom)、eprom(erasableprom)、闪存rom、ram(randomaccessmemory))。

以上，对本发明的各实施方式以及各实施例进行了说明，但是，本发明并非局限于上述的各实施方式以及各实施例，只要是本领域的技术人员，可以根据权利要求书的记载内容，在不脱离本发明精神的范围内进行各种变形、变更等，这些变形例和变更例也属于本发明的权利范围。