控制装置的制作方法

专利名称：控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种控制装置，特别涉及一边抑制包含电动机以及通过电动 机驱动的机械的控制对象的固有振动， 一边控制该控制对象的控制装置。
背景技术：
目前，在具有电动机的机床中，使用电动机的控制装置。特别是使用作 为电动机的伺服电动机进行反馈控制的控制装置，为了始终使位置、速度、电 流等指令值和实际值的差成为零而进行控制，所以要正确地控制机械位置或电 动机转速等，因此在一般的CNC机床等中被广泛采用。
象是具有弹性、摩擦、质量等的物理的力学系统，在其刚性或者衰减特性较低 的情况下，有时控制对象以固有振动频率进行共振，产生具有较大的振幅的振 动。
在通过伺服电动机驱动的机械中，例如包含末端执行器、或者通过机械 手等末端执行器抓持的工件。
于是，当发生基于共振的振动时，可能会产生机床的加工精度降低，或 者被抓持的工件从机械手中脱落的问题。
另外，控制对象的固有振动频率并非始终恒定，有时由于以下的理由而 发生变化。
作为该理由，首先，有时由于机械位置，固有振动频率发生变化。作为 一个例子，在机床的直线移动轴上，在作为驱动源的伺服电动机通过滚珠丝杠 驱动驱动对象时，该驱动对象位于驱动源附近的情况和远离驱动源的情况相 比，滚珠丝杠的弹簧常数发生变化，固有振动频率发生变化。
另外，有时由于机械的个体差异，固有振动频率变化。作为一个例子，
批量生产的机床根据其装配精度、或者驱动对象的质量等机械规格，即使是同 类的机床，也存在个体差异，因此固有振动频率不同。
另外，有时由于机械随时间的老化，固有振动频率变化。作为一个例子， 由于滑动部的磨损、或者连接部晃动的增加等原因，固有振动频率变化。
另外，有时由于抓持的工件的刚性，固有振动频率变化。
于是，提出了减低固有振动的控制装置。例如，在Japanese Patent Publication (A) No. 7-261853 或者 Japanese Patent Publication (A) No. 2001-293638中，提出了通过使用滤波器从控制信号中去除固有振动频率的成 分，来减低基于共振的振动的控制装置。
Japanese Patent Publication (A) No. 7-261853 以及 Japanese Patent Publication (A) No. 2001-293638中记载的控制装置经常检测控制对象的固有 振动频率，根据检测到的固有振动频率变更滤波器去除的振动频率，防止控制 对象进行共振。
〈旦是,长口同Japanese Patent Publication (A) No. 7-261853或者Japanese Patent Publication (A) No. 2001-293638中记载的控制装置那样，仅仅经常检测 控制对象的位置等，检测该控制对象的固有振动频率，由于以下的理由，有时 无法正确地检测对于控制对象的动作造成影响的固有振动频率。
该原因首先在于有时检测到电动机齿槽转矩、切削加工中的切削反作用 力等控制对象的固有振动以外的大的振幅，把该振动频率误判断为固有振动频 率。
另外，还因为在控制对象具有多个固有振动频率时，最理想的是首先除 去具有最接近控制频带的振动频率的固有振动，但是有时把离开控制频带的振 动频率的，但振幅最大的振动检测为应该由滤波器除去的固有振动频率。
另外，原因还在于根据控制对象的状态，没有发生基于固有振动频率的 共振，所以即使进行检测，有时也无法检测到控制对象的固有振动频率。
而且，在减低控制对象的固有振动的处理中，有时会使控制对象变得不 稳定。作为一例，在无法检测正确的固有振动频率，检测到错误的固有振动频 率，而变更了滤波器的设定时，控制对象变得不稳定。作为另一个例子，有时 即使在检测到正确的固有振动频率的情况下，在该固有振动频率接近控制频带
时，滤波器除去控制频带的信号的一部分，控制对象变得不稳定。
而且，在控制装置中，在装置中安装的存储容量受到限制而且控制处理
花费的时间受到限制的条件下，谋求稳定地控制控制对象。
这些是在控制装置正确地检测到控制对象的固有振动频率的基础上进一
步要解决的课题。
如上所述，对于控制包含电动机等控制对象的控制装置，为了减低基于 固有振动频率的共振，期待进一步改善。

发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种控制装置，其能够正确地检测由电动 机驱动的控制对象的固有振动频率，减低该控制对象的固有振动。
为了解决上述课题，本发明的控制装置具有输出控制电动机的控制信号
振动，同时控制该控制对象，具有振动频率解析部，用于解析在所述控制信 号中包含的振动频率；解析控制部，用于控制该振动频率解析部的执行或者停 止；检测部，用于根据所述振动频率解析部的解析结果检测所述控制对象的固 有振动频率；带阻滤波器，其被输入所述控制信号，向所述电动机输出从该控 制信号中除去了所述固有振动频率的成分的控制信号；以及滤波特性设定部， 用于根据所述检测部检测到的所述固有振动频率，对所述带阻滤波器设定除去 的振动频率。
另外，在本发明的控制装置中，理想的为所述控制信号是速度指令或 者转矩指令，所述解析控制部根据所述速度指令或者所述转矩指令的值，进行
所述振动频率解析部的控制。
另外，在本发明的控制装置中，理想的为具有控制所述控制部以及所 述解析控制部的上位控制装置，在所述上位控制装置向所述解析控制部输出了
执行指令时，该解析控制部使所述振动频率解析部执行振动频率解析。
另外，在本发明的控制装置中，理想的为具有在所述控制信号中加上
所述固有振动频率的成分的固有振动发生部。
另外，在本发明的控制装置中，理想的为所述检测部从所述解析结果
中的规定的振动频率的范围中检测所述固有振动频率。
另外，在本发明的控制装置中，理想的为所迷^f全测部冲艮据所迷解析结 果，把振动频率的成分的大小为规定阈值以上的振动频率作为所述固有振动频 率进行检测，根据该固有振动频率，改变所述规定的阈值。
另外，在本发明的控制装置中，理想的为具有限制所述控制信号的大 小的控制信号限制部，所述控制信号限制部在所述滤波特性设定部设定了所述 带阻滤波器除去的所述"t展动频率之后的规定期间，限制所述控制信号的大小。
另外，在本发明的控制装置中，理想的为所述滤波特性设定部根据所 述检测部检测到的固有振动频率，使所述带阻滤波器的衰减量变化。
另外，在本发明的控制装置中，理想的为所述滤波特性设定部根据所 述检测部检测到的固有振动频率，使所述带阻滤波器除去的振动频率的带宽变 化。
另外，在本发明的控制装置中，理想的为所述振动频率解析部具有采 样部，其以规定的间隔对所述控制信号进行采样；存储部，用于存储被采样的 所述控制信号；以及运算部，用于对所存储的所述控制信号进行离散傅立叶变 换，来计算振动频率成分，所述控制装置具有采样间隔变更部，用于变更所述 采样部进行采样的所述^L定的间隔。
权利要求中使用的术语不限于在该说明(例如实施例)中说明的特定的 意义。
根据上述本发明的控制装置，能够正确地检测由电动机驱动的控制对象 的固有振动频率，减低该控制对象的固有振动。


通过结合附图阅读以下详细的说明，能够更好地理解本发明的这些以及 其他的特征和优点。
图1A是表示本发明的第一实施方式的控制装置的框图。
图1B是图1A的振动频率解析部的框图。
图2是表示本发明的第二实施方式的控制装置的框图。
图3是说明本发明的第三实施方式的控制装置中的检测部的图。
图4是说明本发明的第四实施方式的控制装置中的检测部的图。
图5是表示本发明的第五实施方式的控制装置的框图。
图6是说明本发明第六实施方式的狡制装置甲的號、波狩性议疋邢的闺。 图7是说明本发明第七实施方式的控制装置中的滤波特性设定部的图。
图8是表示本发明的第八实施方式的控制装置的框图。
具体实施例方式
下面根据本发明的控制装置的 一个优选的实施方式参照

该控制装置。
然而需要注意的是，本发明并不限于下面的说明，可以扩展到权利要求 中所述的本发明的各个方面以及其等同变换。 (第一实施方式)
本发明的第一实施方式的控制装置10 (以下称为本装置10)是机床1的 控制装置，如图1A所示，接收作为来自上位控制装置30的控制信号的位置 指令P，通过伺服放大器20，控制作为电动机的伺服电动机21，驱动作为被 驱动部的负载22来控制其动作。
如图1A所示，本装置10具有输出控制伺服电动机21的控制信号的控制 部， 一边抑制包含伺服电动机21以及由该伺服电动机21驱动的机械的控制对 象的固有振动， 一边控制该控制对象。
另外，本装置10具有振动频率解析部12,用于解析在作为控制信号的 转矩指令中包含的振动频率的成分；解析控制部13，用于控制该振动频率解 析部12的执行或者停止；；险测部14,用于根据该振动频率解析部12的解析 结果检测控制对象的固有振动频率；带阻滤波器15，被输入作为控制信号的 转矩指令j，经由电流控制部llc以及伺服放大器20向伺服电动机21输出从 该转矩指令J中除去了固有振动频率的成分的转矩指令J;以及滤波特性设定 部16，用于根据检测部14检测到的固有振动频率，对带阻滤波器15设定除 去的振动频率。
本装置10的振动频率解析部12从转矩指令中对每一秒的振动次数的成 分进行振动次数解析。每一秒的振动次数是频率，以下筒称为振动频率。
在本装置10的控制对象中包含伺服电动机21以及由伺服电动机21驱动 的负载22。作为负载22,例如可以举出通过伺服电动机21驱动的末端执行器、 或者通过作为末端执行器的机械手抓持的工件。另外，伺服电动机21的主轴
的位置以及速度通过位置以及速度检测器23进行检测。位置以及速度检测器
23向本装置IO反馈检测到的位置以及速度。
本装置10具有控制其控制部的上位控制装置30。上位控制装置30对于 本装置10的控制部输出位置指令P。作为该上位控制装置30例如可以使用 CNC控制装置等公知的控制装置。
上位控制装置30输出的位置指令P可以是才莫拟信号，但在为数字信号时， 可以用数字电路构成本装置10。具体地说，本装置IO的硬件，可以使用CPU 等运算装置、半导体存储器、磁记录装置或者光学记录装置等存储装置、输入 装置、输出装置以及输入输出接口来构成。
以下进一步i^明本装置10。
本装置IO作为控制部，如图1A所示，具有位置控制部lla、速度控制 部lib以及作为加速度控制部的电流控制部llc。
在位置控制部lla中，如图1A所示，输入从上位控制装置30输出的位 置指令P，和从位置以及速度检测部23反馈的伺服电动机21的实际的位置检 测值Pfb。位置控制部lla向速度控制部llb输出使位置指令P减去位置检测 值Pfb的位置偏差P-Pfb减少的速度指令V。
作为该位置控制的方法，例如可以使用比例控制。
在此，当在控制对象中产生了固有振动时，包含固有振动的振幅的位置 检测值Pfb的信息也包含在位置偏差P-Pfb中，所以在速度指令V中包含固有 振动频率的成分。
另外，在控制对象中，在产生了由于电动机齿槽转矩或者切削加工中的 切削反作用力等引起的振动时，包含这些振幅的位置检测值Pfb的信息也包含 在位置偏差P-Pfb中，所以在速度指令V中还包含了控制对象的固有振动以 外的具有大振幅的振动成分。
如图1A所示，在速度控制部lib中输入从位置控制部lla输出的速度指 令V，和从位置以及速度检测部23反馈的伺服电动机21的实际的速度检测值 Vfb。速度控制部llb经由带阻滤波器15向电流控制部llc输出转矩指令J， 该转矩指令J是使速度指令V减去速度检测值Vfb后的位置偏差V - Vfb减少 的电流指令。
作为该速度控制的方法，例如可以使用比例积分控制。
如图1A所示，在电流控制部llc中输入经由带阻滤波器15从速度控制
部lib输出的转矩指令J以及从伺服放大器20反馈的实际的电流检测值Jfb。 电流控制部llc向伺服放大器20输出使转矩指令J减去实际的电流检测值Jfb 后的电流偏差J - Jfb减少的电压指令D。
带阻滤波器15被输入从速度控制部llb输出的转矩指令J。带阻滤波器 15从输入的转矩指令J中，使将控制对象的固有振动频率作为中心振动频率 位于规定带宽中的振动频率的成分进行衰减，然后，带阻滤波器15向电流控 制部11 c输出使固有振动频率的成分减低的转矩指令J。
理想的是，带阻滤波器15尽可能地不阻止控制对象的固有振动频率以外 的转矩指令j的传递函数的增益的通过。以下，把该转矩指令J的传递函数的
增益的振动频带称为控制频带。
带阻滤波器15的滤波特性可以根据中心振动频率、衰减量以及带宽等滤 波系数来决定。带阻滤波器15的滤波系数可以通过滤波净争性设定部16设定或 变更。
伺服放大器20输入电压指令D,向伺服电动机21 l是供进行控制的电力。 另外，伺服放大器20检测驱动伺服电动机21的实际的电流检测值Jfb，向电 流控制部11 c反馈该电流4全测值Jfb。
伺服电动机21通过从伺服放大器20提供的电力被进行控制，驱动负载 22。伺服电动机21的主轴的实际的位置以及速度通过位置以及速度检测部23 检测。
位置以及速度检测部23向位置控制部lla反馈检测到的位置检测值Pfb， 同时向速度控制部lib反馈检测到的速度检测值Vfb。
包含伺服电动机21以及通过该伺服电动机21驱动的负载22的控制对象 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时， 以固有振动频率进行共振，产生具有较大振幅的振动。
而且，机床1的控制对象有时具有多个固有振动频率。在控制对象具有 多个固有振动频率时，具有最接近控制频带的振动频率的固有振动对于控制对 象的控制精度或者响应特性一般影响最大。
另外，控制对象的固有振动频率不一定始终是恒定的，有时变化。作为 变化的理由，可以举出由于机械位置，固有振动频率发生变化的情况，由于机 械随时间的老化，固有振动频率变化的情况，根据所抓持的工件的刚性固有振 动频率变化的情况等。
本装置10为了减低机床1的控制对象具有的固有振动，具有上述带阻滤
波器15。控制对象的固有振动频率，通过解析控制部13、振动频率解析部12 以及^企测部14协同工作来4企测。而且，根据4企测到的固有振动频率，滤波特 性设定部16变更带阻滤波器15的滤波特性。
进而，以下进行这些说明。
首先，以下进行解析控制部13的说明。
如图1A所示，位置控制部lla输出的速度指令V被分支输入给解析控制 部13。这里，如上所述，在作为控制信号的速度指令V中有时还包含控制对 象的固有振动以外的具有大振幅的振动的成分。例如，在伺服电动机21的主 轴的速度位于特定的速度范围内时，例如位于速度VI和V2之间时，々支设产 生电动机齿槽转矩。此时，当速度指令V处于VI和V2之间的值时，伺服电 动机21产生电动机齿槽转矩，检测部14有可能把该电动机齿槽转矩引起的振 动频率作为固有振动频率检测。
因此，在本装置10中，为了防止检测部14把控制对象的固有振动以外 的具有大振幅的振动作为固有振动检测，解析控制部13根据速度指令V的值 进行振动频率解析部12的控制。
具体地说，在判明伺服电动机21的主轴的速度在速度VI和V2之间， 产生电动机齿槽转矩的情况下，解析控制部13控制振动频率解析部12,以便 在速度指令V在VI和V2之间时，停止振动频率解析。即，解析控制部13 只在速度指令V在VI以下或者在V2以上时，控制振动频率解析部12来执 行振动频率解析。
同样，在由于使用端铣刀的切削加工引起的具有大振幅的振动等，控制 对象的固有振动以外的具有大振幅的振动为已知的情况下，在产生该振动的特 定的速度指令的范围内，解析控制部13控制具有频率解析部12来停止振动频 率解析。
然后，以下对纟展动频率解析部12进行说明。
如图1B所示，振动频率解析部12具有采样部12a,其按照规定的间隔 对转矩指令j进行采样；存储部12b,用于存储被采样的转矩指令J的采样值； 以及运算部12c，用于对存储的转矩指令J的采样值进行离散傅立叶变换，来 计算振动频率的成分。
振动频率解析部12仅在由解析控制部13控制执行振动频率解析时，执 行所输入的转矩指令J的振动频率解析，求出转矩指令J中包含的振动频率的 成分。
如图1A所示，对振动频率解析部12的上述采样部12a分支输入速度控 制部llb输出的转矩指令J。输入的转矩指令J通过采样部12a，按照规定的 间隔被进行采样，转矩指令J的采样值存储在存储部12b中。运算部12c对存 储部12b中存储的转矩指令J的采样值进行离散傅立叶变换，来求出振动频率 的成分。振动频率解析部12向检测部14输出作为解析结果的振动频率的成分。
振动频率解析部12进行离散傅立叶变换的振动频率的范围以及在该离散 傅立叶变换中使用的采样值的数量，分别被规定为规定值。
以下接着说明检测部14。
如图1A所示，对^:测部14输入从振动频率解析部12输出的振动频率的 解析结果。检测部14根据该解析结果，把振动频率成分的大小在规定的阈值 以上的振动频率作为固有振动频率检测。在上述具有规定阈值以上的值的振动 频率成分具有波峰形状的情况下，将该波峰的极大值检测为固有振动频率。
在具有多个该固有振动频率时，检测部14选择具有最接近控制频带的振 动频率的固有振动频率。然后，检测部14向滤波特性设定部16输出检测到的 或者选择的固有振动频率。
然后，说明滤波特性设定部16。
从检测部14对滤波特性设定部16输入检测到的固有振动频率。滤波特 性设定部16变更带阻滤波器15除去的振动频率成分的中心振动频率，以便与 输入的固有振动频率一致。另外，滤波特性设定部16也可以把作为带阻滤波 器15的其他滤波系数的带宽或者衰减量与中心振动频率一同进行变更。
以下说明上述的本装置10的动作。
本装置10从上位控制装置30输入位置指令P,反馈控制伺服电动机21。 解析控制部13根据输入的速度指令V的值进行控制使振动频率解析部12执 行或者停止振动解析，.以使检测部14不会把控制对象的固有振动以外的具有 大振幅的已知的振动检测为固有振动。而且，在检测部14检测或者选择了新 的固有振动频率使，滤波特性设定部16变更带阻滤波器15的滤波系数。
而且，变更了滤波系数的带阻滤波器15通过电流控制部lie以及伺服放
指令，所以防止包含伺服电动机21以及通过该伺服电动机21驱动的机械的控 制对象的固有振动。结果，能够稳定地控制控制对象。
根据上述的本实施方式的控制装置10，能够正确地检测通过伺服电动机 21驱动的控制对象的固有振动频率，减低该控制对象的固有振动。具体地说， 解析控制部13控制振动频率解析部12,以便不把控制对象的固有振动以外的 具有大振幅的已知的振动作为固有振动检测，所以能够防止检测部14错误检 测固有振动频率。
然后，参照图2~图8说明本发明的其他实施方式的控制装置。关于在其 他的实施方式中没有特别说明的点，可以适当采用关于上述第一实施方式详述 的说明。另外，在图2 图8中，对于与图1A相同的构成要素附以相同的符 号。
(第二实施方式)
如图2所示，本发明第二实施方式的控制装置IO(以下也称为本装置10) 具有控制解析控制部13的上位控制装置30,在该上位控制装置30向解析控 制部13输出了执行指令时，该解析控制部13使振动频率解析部12执行振动 频率解析。本装置io的上位控制装置30和上述第一实施方式相同，向位置控 制部lla输出位置指令P,并且还控制解析控制部13。
以下进一步说明本装置10。
与上述第一实施方式相同，解析控制部13在控制对象的固有振动以外的 具有大振幅的振动为已知时，控制振动频率解析部12以便不把该振动作为固 有振动检测。但是，在控制对象的固有振动以外的具有大振幅的振动不是已知 时，检测部14有可能错误地检测固有振动频率。另一方面，上位控制装置30是位于本装置IO的控制部上位的位置，所 以进一步掌握控制对象的状态。例如，在正在使用端铣刀进行切削加工的情况，
或者在末端执行器上装有工件的情况下等，上位控制装置30能够掌握存在检 测部14错误检测固有振动频率的可能性的控制对象的状态。上位控制装置30 例如如果是CNC控制装置，则能够根据程序等判断这样的控制对象的状态。
因此，在本装置10中，使上位控制装置30控制解析控制部13。具体地 说，在上位控制装置30对解析控制部13输出了执行指令时，该解析控制部 13使振动频率解析部12执行振动频率解析。
例如，上位控制装置30可以如下地控制解析控制部13:仅在快速进给负 载22的情况下，向解析控制部13输出执行指令。另外，在切削加工过程中端 铣刀等正在旋转时，有可能检测部14把由该旋转引起的振动频率作为固有振 动频率检测，所以上位控制装置30向解析控制部13输出停止指令，可以控制 解析控制部13,使振动频率解析部12的振动频率解析停止。
在此，在快速进给负载22等情况下，即使在上位控制装置30向解析控 制部13输出了执行指令时，在产生已知的振动的特定的速度指令V的范围中， 解析控制部13根据该速度指令的值进行控制，使振动频率解析部12停止振动 频率解析。
即，解析控制部13仅在从上位控制装置30输入了执行指令，而且输入 的速度指令V处于不产生已知的振动的范围时，使振动频率解析部12执行振 动频率解析。
另外，根据控制对象的状态，有时在控制信号中包含的固有振动频率的 成分少或者不包含，在这样的状态下，检测部14有可能无法正确地检测固有 振动频率。
因此，如图2所示，本装置IO具有在作为控制信号的转矩指令J上加上 控制对象的固有振动频率成分的固有振动发生部17。固有振动发生部17生成 具有固有振动频率成分的信号Tv,如图2所示，输出给加法部17a。加法部 17a把输入的信号Tv以及转矩指令J相加，然后输出给带阻滤波器15。
而且，当向伺服电动机21输入了包含固有振动频率成分的控制信号时， 因为能够使控制对象产生固有振动，所以检测部14能够检测正确的固有振动
频率。
进一步加以说明，因为控制对象有时具有多个固有振动频率，此外该固
有振动频率有时还会变化，所以上述固有振动发生部17 —边使信号Tv的振 动频率在规定的范围内变化一边进行输出。作为该信号Tv，例如可以使扫频 标记(swept sign )。另外，作为上述规定的范闺的振动频率，可以使用100 Hz 到1000 Hz的范围。
该固有振动发生部17与振动频率解析部12相同，通过解析控制部13， 根据速度指令V的值或上位控制装置30的指令，控制其执行或者停止。
其他的结构与上述第一实施方式相同。
才艮据上述的本装置10,即使在控制对象的固有振动以外的具有大振幅的 振动不是已知情况下，也能够正确地检测控制对象的固有振动频率，减低该控 制对象的固有振动。
另外，即使在控制信号中包含的固有振动频率成分少或者不包含的状态 下，也能够正确地检测控制对象的固有振动频率。 (第三实施方式)
在本发明第三实施方式的控制装置10 (以下也称为本装置10)中，检测 部14从振动频率解析部12的解析结果中的规定的振动频率的范围中检测控制
对象的固有振动频率。
下面参照图3说明本装置10。图3表示振动频率解析部12的解析结果的 一例。在图3中，存在波峰PF1、波峰PF2、波峰PF3，各自振动频率成分的 大小在检测部14作为固有振动频率进行判断的阈值Th以上。阔值Th在图3 所示的例子中，对于振动频率具有恒定的值。
这里，假定已知波峰PF1以及波峰PF3是控制对象的固有振动频率，波 峰PF2是由伺服电动机21的电动机齿槽转矩引起的。
因为已知波峰PF2是由控制对象的固有振动以外的具有大振幅的振动引 起的，所以从检测部14检测固有振动频率的振动频率范围中除去与波峰PF2 对应的固有振动频率，有利于检测部14高效率地进行检测处理。
因此，在本装置10中，检测部14从除去了包含与波峰P2对应的固有振 动频率的检测除外振动频带EB的振动频率范围中，检测控制对象的固有振动频率。
另外，在图3所示例子中，控制对象具有两个固有振动频率。此时，从
控制精度以及响应特性的观点出发，理想的为和与波峰PF3对应的固有振 动相比，优先减低与具有接近控制频带的振动频率的波峰PF1对应的固有振 动。
因此，在本装置10中，在离开控制频带CB的振动频率区域中存在的固 有振动对于控制对象的影响小，所以检测部14从除去了作为比控制频带CB 高的振动频率区域的检测除外振动频带EB的振动频率范围中，检测控制对象 的固有振动频率。结果，检测部14不检测与检测除外振动频带EB中包含的 波峰PF3对应的固有振动。
因此，在图3所示的例子中，本装置10的检测部14仅检测与具有接近 控制频带CB的振动频率的波峰PF1对应的固有振动。
其他的结构与上述第一实施方式相同。
根据上述的本装置10，能够高效率地;险测对于控制对象的动作给予影响 的固有振动频率。另外，在防止具有接近控制频带的振动频率的固有振动的同 时，能够确保控制对象的控制精度以及响应特性。 (第四实施方式)
在本发明的第四实施方式的控制装置10 (以下也称为本装置10)中，检 测部14根据振动频率解析部12的解析结果，把振动频率的成分的大小为阈值 Th以上的振动频率作为固有振动频率冲企测，如图4所示，根据该固有振动频 率，使该阈值Th变化。
下面参照图4说明本装置10。图4表示振动频率解析部12的解析结果的 一例。在图4中，存在波峰PF1、波峰PF2、波峰PF3。这里，假定已知波峰 PF1以及波峰PF3是控制对象的固有振动频率，波峰PF2是由伺服电动机21 的电动机齿槽转矩引起的。
因为已知波峰PF2是由控制对象的固有振动以外的具有大振幅的振动引 起的，所以，从检测部14检测固有振动频率的振动频率范围内除去与波峰PF2 对应的固有振动频率，有利于检测部14高效率地进行检测处理。
因此，本装置10的检测部14采用与振动频率一同增加的方式使阈值Th变化，在与波峰PF2对应的固有振动频率中，使阈值Th大于波哗PF2的银劝 频率的成分的大小。
另外，在图4所示的例子中，控制对象具有两个固有振动频率。此时， 从控制精度以及响应特性的观点出发，理想的是相比和波峰PF3对应的固 有振动，优先减低与具有接近控制频带CB的振动频率的波峰PF1对应的固有 振动。
因此，在本装置10中，在离开控制频带CB的振动频率区域中存在的固 有振动对于控制对象的影响小，所以本装置10的检测部14为了使高于控制频 带CB的振动频率区域中的阈值Th大于控制频带CB中的阈值Th,采用与振 动频率一同增加的方式使阈值Th变化。
因此，在图4所示的例子中，本装置10的检测部14仅检测与具有接近 控制频带CB的振动频率的波峰PF1对应的固有振动。
其他的结构和上述的第一实施方式相同。
根据上述的本装置10，能够得到和上述第三实施方式相同的效果。 (第五实施方式)
如图5所示，本发明第五实施方式的控制装置IO(以下也称为本装置10) 具有控制信号限制部18，其限制并衰减作为控制信号的转矩指令J的大小， 控制信号限制部18在滤波特性设定部16设定了带阻滤波器15除去的振动频 率后的MJ定的期间，限制并衰减转矩指令J的大小。
和上述第一实施方式相同，本装置IO重复进行以下工作由解析控制部 13控制的振动频率解析部12解析转矩指令J,检测部14求出固有振动频率， 根据该结果，滤波特性设定部16使带阻滤波器15的滤波特性变化。结果，因 为能够适应控制对象的固有振动频率的变化，所以能够进行控制使控制对象稳 定。
但是，由于机床1以外的干扰的影响等，有时检测部14把控制对象的固 有振动以外的具有大振幅的振动错误地检测为固有振动频率。此时，因为持续 向伺服电动机21输出包含固有振动频率的成分的控制信号，所以控制对象有 可能变得不稳定。当控制对象的不稳定度增大时，伺服电动机21或负载22 有可能产生损伤。
因此，在本装置10中，在滤波特性设定部16T殳疋了带阻渡、波器15除去 的振动频率后的规定的期间，为了对检测到错误的固有振动频率的情况作准
备，限制并衰减转矩指令J的大小。即便检测部14检测到错误的固有振动频
率，通过减小转矩指令J的大小，也可以减低基于固有振动频率的共振，能够 防止控制对象急剧地变得不稳定。
作为控制信号限制部18限制转矩指令的比例，例如希望在10%到90%的 范围内减低控制信号。具体的减低比例最好根据控制对象的实际状态适当地进 行设定。
另外，还在控制信号限制部18限制并衰减转矩指令J的大小的上述规定 的期间，同样才艮据控制对象的实际状态适当地进行设定。
控制信号限制部18由解析控制部13控制。另夕卜，控制信号限制部18也 可以由滤波特性i殳定部16控制。
根据上述的本装置10，即使在检测部14检测到错误的固有振动频率的情 况下，也能够防止控制对象急剧地变得不稳定，防止控制对象发生损伤。 (第六实施方式)
在本发明第六实施方式的控制装置10 (以下也称为本装置10)中，滤波 特性设定部16根据检测部14检测到的固有振动频率，使带阻滤波器15的衰 减量变化。
例如，在第三实施方式的说明中使用的图3中，带阻滤波器15减低与波 峰PF1对应的固有振动。带阻滤波器15以该固有振动频率作为中心衰减位于 规定带宽内的振动频率的成分，所以像波峰PF1那样，在接近控制频带CB的 振动频率区域中存在固有振动频率的情况下，有时根据带阻滤波器15的带宽 衰减控制频带的增益。
如此，有时根据固有振动频率的位置、带阻滤波器15的衰减量或带宽， 带阻滤波器15衰减控制频带的增益。
当带阻滤波器15衰减了控制频带的增益时，有可能控制精度以及响应特 性降低，控制对象变得不稳定。
因此，在本装置10中，如图6所示，釆用与检测部14检测到的固有振 动频率的增加一同使带阻滤波器15的衰减量增加的方式，使该衰减量变化。
即，带阻滤波器15的衰减量在接近控制频带CB的低振动频率区域内小，另
一方面，在离开控制频带CB的高振动频率区域内大。 其他的结构，和上述第一实施方式相同。
根据上述的本装置10,在固有振动频率接近控制频带CB的情况下，减 小带阻滤波器15的衰减量，减低固有振动频率的成分，并且不过分减低控制 频带CB的增益，所以能够确保控制对象的稳定性。另一方面，对于位于离开 控制频带CB的振动频率区域内的固有振动，把带阻滤波器15的衰减量设定 得较大，可以切实地降低固有振动。 (第七实施方式)
在本发明第七实施方式的控制装置10 (以下也称为本装置10)中，滤波 特性设定部16根据检测部14检测到的固有振动频率，改变带阻滤波器15除 去的振动频率的带宽。
例如，在第三实施方式的说明中使用的图3中，使带阻滤波器15减低与 波峰PF1对应的固有振动。带阻滤波器15以该固有振动频率作为中心衰减位 于规定带宽内的振动频率的成分，所以像波峰PF1那样，在接近控制频带CB 的振动频率区域中存在固有振动频率时，有时根据带阻滤波器15的带宽，衰 减控制频带的增益。
如此，有时根据固有振动频率的位置、带阻滤波器15的衰减量或带宽， 带阻滤波器15衰减控制频带的增益。
当通过带阻滤波器15衰减了控制频带的增益时，有可能控制精度以及响 应特性降低，控制对象变得不稳定。
因此，在本装置10中，如图7所示，采用与检测部14检测到的固有振 动频率的增加一同使带阻滤波器15的带宽增加的方式，使该带宽变化。即， 带阻滤波器15的带宽在接近控制频带CB的低振动频率区域内变窄，另一方 面，在离开控制频带CB的高振动频率区域内变广。
其他的结构，和上述第一实施方式相同。
根据上述的本装置10,在固有振动频率接近控制频带CB的情况下，使 带阻滤波器15的带宽变窄，减低固有振动频率的成分，并且不过分减低控制 频带CB的增益，所以能够确保控制对象的稳定性。另一方面，对于位于离开 控制频带CB的振动频率区域内的固有振动，把带阻滤波器15的带宽设定得 较宽，可以切实地降低固有振动。 (第八实施方式)
如图8所示，在本发明第八实施方式的控制装置10 (以下也称为本装置 10)中，具有采样间隔变更部19，其用于变更振动频率解析部12的采样部12a 对采样值进行采样的规定的间隔。该采样间隔变更部19由上位控制装置30 控制。或者，遵照预先决定的顺序，变更釆^f羊间隔变更部19。
振动频率解析部12对转矩指令J进行振动频率解析，求出规定范围的振 动频率的成分。对于成为该解析对象的振动频率的范围，因为从接近控制频带 的低振动频率到离开控制频带的高振动频率都成为解析对象，所以上述成为该 解析对象的振动频率的范围是非常广的范围。
另外，对于检测部14检测固有振动频率的振动频率的分辨率，从求出正 确的固有振动频率的观点出发希望其较高。并且，为了提高振动频率的分辨率， 需要缩短采样部12a对转矩指令J进行釆样的间隔。在始终缩短采样部12a进 行采样的间隔时，采样值的数量增加，所以振动频率解析部12的上述存储部 12b中需要的存储容量增加。另外，振动频率解析部12的上述运算部12c进 行离散傅立叶变换所需要的运算时间也增加。
另一方面，从费用方面的制约出发， 一般对于上述存储部12b的存储容 量设定限制。另外，从控制的响应特性的观点出发，希望用于控制的运算时间 短。
因此，在本装置10中，为了高效率地使用较少的存储容量高精度地检测 固有振动频率，使采样部12a对采样值进行采样的间隔可变。并且，作为求出 固有振动频率的顺序，首先，在增大采样部12a进行采样的间隔，对采样值进 行采样之后，从宽的振动频率的范围以不高的精度求出固有振动频率。然后， 在减小采样部12a进行采样的间隔，对采样值进行采样后，从包含以不高的精 度求得的固有振动频率的窄的振动频率的范围，以高精度检测固有振动频率， 来求出正确的固有振动频率。
根据上述的本装置10,因为能够使从宽的振动频率的范围以不高的精度 求出固有振动频率时的采样值的数量、和从包含以不高的精度求得的固有振动
频率的窄的振动频率的范围，以高精度求出固有振动频率时的米秤值的数重为 相同的程度，所以能够高效率地使用较少的存储容量，求出正确的固有振动频 率。此外，因为不通过高的分辨率在不存在固有振动频率的振动频率范围内进 行振动频率解析，所以能够减低运算部12c进行离散傅立叶变换所需要的时 间。
本发明的控制装置不限于上述实施方式，只要不脱离本发明的宗旨可以 进行适当的变更。
例如，在上述各实施方式中，解析控制部13根据速度指令的值进行振动
频率解析部12的控制，但是解析控制部13也可以根据作为控制信号的加速度 指令(转矩指令)的值进行振动频率解析部12的控制。
另外，在上述各实施方式中，带阻滤波器15配置在速度控制部llb和电 流控制部llc之间，但是带阻滤波器15也可以配置在电流控制部llc和伺月良 放大器20之间。
另外，带阻滤波器15也可以配置在速度检测值Vfb的反馈或者电流检测 值Jfb的反馈。此时，使用由带阻滤波器15除去了固有振动频率的速度检测 值Vfb或者电流检测值Jfb生成的控制信号被输入给伺服电动机21。
另外，在上述各实施方式中，解析控制部13根据从位置控制部lla输出 的速度指令控制振动频率解析部12，但是，解析控制部13也可以根据速度检 测值Vfb或者电流4佥测值Jfb的值控制振动频率解析部12。
另外，在上述第二实施方式中，解析控制部13根据上位控制装置30的 控制和速度指令V的值控制振动频率解析部12，但是解析控制部13也可以仅 根据上位控制装置30的控制控制振动频率解析部12。
仅上述一个实施方式具有的部分全部可以和其他实施方式相互适当地利用。
权利要求
1.一种控制装置(10)，具有输出控制电动机(21)的控制信号的控制部(11a，11b)，抑制包含上述电动机(21)以及由该电动机(21)驱动的机械的控制对象的固有振动，同时控制该控制对象，该控制装置(10)的特征在于，具有振动频率解析部(12)，用于解析在所述控制信号中包含的振动频率；解析控制部(13)，用于控制所述振动频率解析部(12)的执行或者停止；检测部(14)，用于根据所述振动频率解析部(12)的解析结果检测所述控制对象的固有振动频率；带阻滤波器(15)，其被输入所述控制信号，向所述电动机(21)输出从该控制信号中除去了所述固有振动频率的成分的控制信号；以及滤波特性设定部(16)，用于根据所述检测部(14)检测到的所述固有振动频率，对所述带阻滤波器(15)设定除去的振动频率。
2. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于， 所述控制信号是速度指令或者转矩指令，所述解析控制部(13)根据所述速度指令或者所述转矩指令的值，进行 所述振动频率解析部(12)的控制。
3. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，具有控制所述控制部(lla， lib)以及所述解析控制部(13)的上位控 制装置(30)，在所述上位控制装置(30)向所述解析控制部(13)输出了执行指令时， 该解析控制部(13)使所述振动频率解析部(12)执行振动频率解析。
4. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，具有在所述控制信号中加上所述固有振动频率的成分的固有振动发生部 (17)。
5. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述检测部(14)从所述解析结果中的规定的振动频率的范围中检测所 述固有振动频率。
6. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述检测部(14)根据所述解析结果，把振动频率的成分的大小为规定改变所述规定的阈值。
7. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于， 具有限制所述控制信号的大小的控制信号限制部(18)， 所述控制信号限制部(18)在所述滤波特性设定部(16)设定了所述带阻滤波器(15)除去的所述振动频率之后的规定期间，限制所述控制信号的大 小。
8. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述滤波特性设定部(16)根据所述检测部(14) 一全测到的固有振动频 率，使所述带阻滤波器(15)的衰减量变化。
9. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述滤波特性设定部(16)根据所述检测部(14) 一企测到的固有振动频 率，使所述带阻滤波器(15)除去的振动频率的带宽变化。
10. 根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述振动频率解析部(12)具有采样部(12a)，其以规定的间隔对所述 控制信号进行采样；存储部(12b),用于存储被采样的所述控制信号；以及运 算部(12c)，用于对所存储的所述控制信号进行离散傅立叶变换，来计算振动 频率成分，所述控制装置具有采样间隔变更部(19)，用于变更所述釆样部(12a) 进行采样的所述规定的间隔。
全文摘要
本发明的控制装置具有输出控制伺服电动机的控制信号的控制部，一边抑制包含电动机以及通过该电动机驱动的机械的控制对象的固有振动一边控制该控制对象，具有振动频率解析部，用于解析在转矩指令中包含的振动频率的成分；解析控制部，用于控制该振动频率解析部的执行或者停止；检测部，用于根据该解析控制部的解析结果检测控制对象的固有振动频率；带阻滤波器，被输入转矩指令，经由电流控制部以及伺服放大器向电动机输出从该指令中除去了固有振动频率成分的指令；以及滤波特性设定部，用于根据检测部检测到的固有振动频率，对滤波器设定除去的振动频率。
文档编号G05D19/02GK101339438SQ20081013186
公开日2009年1月7日 申请日期2008年7月1日 优先权日2007年7月2日
发明者丰泽雪雄, 园田直人, 置田肇 申请人:发那科株式会社