专利名称：具备学习功能的电动机的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使用多个电动机驱动被驱动体的，具备学习控制功能 的控制装置。
背景技术：
在机床或产业机械等机械中，在通过一个电动机驱动细直径的销或薄板等 低刚性的被驱动体，即工件时，当在与工件的重心偏离很大的位置作用力来进 行驱动时，有时在工件中产生扭曲或弯曲，难以进行稳定的驱动。此时，通过 两个电动机在一个被驱动体的不同位置进行驱动，可以抑制被驱动体的扭曲或 弯曲，实现稳定的控制。例如，在用单支撑驱动使工件旋转来进行加工时，有 时由于加减速转矩或加工负荷产生工件的扭曲，难以进行高精度的旋转控制。 此时，通过用双支撑来驱动工件，可以抑制工件扭曲的发生，可以进行高精度 的旋转控制。
但是，根据机械的种类或工件的种类，有时对各个电动机施加的负荷变得 不平衡。例如，在用双支撑驱动工件时，在对一方电动机施加的负荷大于对另 一方的电动机施加的负荷时，负荷大的一方的电动机的响应性降低，加减速产 生延迟，对工件产生扭曲或振动等不良的影响。在此，为了使各个电动机的响 应性相同，不仅使各个电动机的位置增益相同，还需要根据工件调整速度增益， 但一般工件是多种多样的，所以该调整需要非常多的工时。
此外，还要考虑驱动一个工件的多个电动机的种类不同的情况。此时，各 个电动机的响应性产生差，往往难以进行高精度的控制。
一般，根据按照往复动作等规定的周期重复进行动作的指令，应该高精度
地控制电动机时，应用学习控制非常有效。例如，在特开平11-305839号公报 中公开了以下的控制方法在通过多个电动机驱动一个被驱动体时，在一个电 动机的控制中应用学习控制，将在此得到的修正量用于全部的电动机的控制。 此外，在特开2007-42068号公报中公开了在同步控制两个驱动轴的各自的驱动源的伺服控制装置中，根据同步误差计算用于修正一方的驱动源的位置 偏差的数据的技术。
在特开11-305839号公报记载的控制方法中，在工件的刚性较高时可以进 行高精度的控制。但是在工件为低刚性时，因为容易在工件中产生扭曲或弯曲， 所以即使将通过一个电动机的学习控制得到的修正量应用于其他的电动机的 控制中，也不一定能够进行高精度的控制。此外，在电动机之间存在负荷的不 平衡时，即使使用特开平11-305839号公报记载的学习控制，因为在各个电动 机中响应性不同，所以难以进行高精度的控制。
此外，在特开2007-42068号公报中记栽的技术，主要是着眼于减小主动 側和从动侧间的同步误差，并非企图根据上述的两个电动机的响应性的差来解 决问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种在根据按照规定的周期重复的指令控制 电动机时，可以使用多个电动机高精度地驱动一个被驱动体的控制装置。
为了达成上述目的，本发明提供一种根据按照规定的周期重复的指令，使 用两个电动机驱动一个被驱动体的电动机的控制装置，其具有位置偏差计算 部，其计算各个电动机的位置偏差；学习控制部，其为了使所述位置偏差计算 部计算出的各个位置偏差分别成为最小，计算位置偏差修正量；以及位置偏差 修正部，其根据所述学习控制器计算出的位置偏差修正量，对各个电动机的位 置偏差进行修正，对各个电动机独立地设置所述学习控制器，并且在各个学习 控制器中，决定学习控制的响应性的参数相互相同。
各个所述学习控制器可以具有具有相同的截止频带的低通滤波器；可以 存储与按照规定的周期重复的指令相同时间周期的位置偏差的存储器；以及根 据各个电动机的特性，分别进行独立的相位超前的相位超前补偿器。在此，低 通滤波器的截止频带相当于上述的"决定学习控制的响应性的参数"。
本发明的控制装置还可以具有修正差监视部，其监视各个所述学习控制 器输出的位置偏差修正量的差分是否在规定的范围内；以及箝位部，其在所述 差分超过了规定的范围时，对各个学习控制器的输出进行箝位。
本发明的控制装置还可以具有增益调整器，其为了使各个所述学习控制器输出的位置偏差修正量的差分为最小，自动调整某一方的电动机的速度增益。
本发明上述或者其他的目的、特征以及优点，通过参照附图对以下优选实 施方式进行说明将会更加明确。
图1是本发明第1实施方式的控制装置的方框图。
图2是表示图1的学习控制器的具体结构例的方框图。
图3是本发明第2实施方式的控制装置的方框图。 图4是本发明第3实施方式的控制装置的方框图。 图5是表示可以应用本发明的第1机械构成例的概要图。 图6是表示可以应用本发明的第2机械构成例的概要图。 图7是表示可以应用本发明的第3机械构成例的概要图。 图8是表示可以应用本发明的第4机械构成例的概要图。
具体实施例方式
图l是本发明第1实施方式的控制装置2的方框图。作为一例，控制装置 2用于通过第1以及第2电动机(马达)10以及12旋转驱动曲柄销8，根据 按照规定的周期重复的指令控制两个电动机。
关于第1电动机10，当对控制装置2输入了从未图示的数值控制装置输 出的位置指令(移动指令)时，由第l位置增益14输出速度指令，由第l速 度控制部16根据速度指令输出转矩指令，由第1电流控制部18根据转矩指令 输出电压指令，由第l放大器20旋转驱动第1电动机IO。此外，在第1电动 机10上安装有第l位置检测器22，将其检测值用于位置反馈。对于速度控制 以及电流控制，也分别进行速度反馈以及电流反馈。
关于第2电动机12，同样，当对控制装置2输入了位置指令(移动指令) 时，由第2位置增益24输出速度指令，由第2速度控制部26根据速度指令输 出转矩指令，由第2电流控制部28根据转矩指令输出电压指令，由第2放大 器30旋转驱动第2电动机12。此外，在第2电动机12上安装有第2位置检 测器32，将其检测值用于位置反馈。对于速度控制以及电流控制，也分别进 行速度反馈以及电流反馈。
控制装置2具有计算第1电动机10的位置偏差的第1位置偏差计算部34;使用计算出的位置偏差，为了使第1电动机的位置偏差为最小计算位置偏 差修正量的第1学习控制器4;使用计算出的位置偏差修正量，修正第1电动 机的位置偏差的第1位置偏差修正部36。同样，控制装置2具有计算第2 电动机12的位置偏差的第2位置偏差计算部38;使用计算出的位置偏差，为 了使第2电动机的位置偏差为最小计算位置偏差修正量的第2学习控制器6; 使用计算出的位置偏差修正量，修正第2电动机的位置偏差的第2位置偏差修 正部40。第1学习控制器4和第2学习控制器6相互独立，为了使各个电动 机的位置偏差为最小而发挥作用，但决定学习控制的响应性的参数设定相同的 参数。
一般，学习控制可以通过反复学习来实现预先设定的响应性。因此，在使 用两个电动机驱动一个工件时，对于各个电动机的控制独立地设置学习控制 器，并在各个学习控制器中，相同地设定决定学习控制的响应性的参数，由此 与两个电动机之间的负荷的不平衡无关，各个电动机可以得到同等的响应性。 例如，在用双支撑驱动曲柄销时，即使对一方的电动机施加的负荷大于另一方 的电动机的负荷时，如果根据本发明按照规定的周期反复进行学习，最终可以 使各个电动机的响应性成为预先设定的响应性。
结果，为了使两个电动机的响应性相同，不需要调整各个电动机的速度增 益，此外即使工件的种类变化，通过再一次反复进行学习，各个电动机可以得 到相同的响应性，可以抑制扭曲等的发生，实现高精度的旋转控制。
图2是表示各个学习控制器的优选具体构成例的方框图。第1以及第2 学习控制器4以及6，具有低通滤波器42;可以存储与按照规定周期重复的 指令相同时间周期的位置偏差的存储器44;以及根据各个电动机的特性，分 别进行独立的相位超前的相位超前补偿器46。低通滤波器42的截止频带决定 学习控制的响应性，第1以及第2学习控制器的低通滤波器的截止频带相互相 等。
在使用上述的第1实施方式的控制装置的学习控制过程中，在对一方电动 机施加的负荷与另一方的电动机相比较大地不同的不平衡状态时，产生第1 以及第2电动机的转矩的干扰，也可能有到收敛为规定的位置偏差的时间需要 较长的情况。原因在于，在偏差的收敛过程中，各个电动机的响应性不同。于是，对曲柄销施加较长时间的扭曲方向的较大的力。此外，在各个电动机的响 应性不同的情况下，对各个电动机独立地设置学习控制器进行学习控制时，在 学习的过程中，因为该收敛图形在电动机之间不同，所以输出不同大小的修正 量，结果有时对工件施加扭曲方向的力。此外，由于电动机的控制参数的设定 失误等，有时还产生同样的响应性的差。此时，还存在偏差发散的情况，所以
还需要降低对工件的损伤。以下使用图3，对用于避免上述情况的第2实施方 式进4亍i兌明。
图3所示的第2实施方式的控制装置2A与第1实施方式的不同点在于， 具有修正差监视部48，其计算在学习过程中第1以及第2学习控制器4以 及6计算出的位置偏差修正量的差分，并监视该差分；第1以及第2箝位部 50以及52,其当该差分超过了规定值时，对各个学习控制器输出的位置偏差 修正量进行箝位。其他部分因为可以与第1实施方式相同，所以省略说明。
以下对修正差监视部48以及第1、第2箝位部50以及52的具体作用进 行说明。将第1学习控制器4计算出的第1电动机(主动侧)IO的修正设为 Ml,将第2学习控制器6计算出的第2电动机(从动侧)12的修正设为M2， 将监视修正量的差分的水平设为Sa，将第1以及第2电动机的修正的箝位水 平分别设为Ll以及L2。此时，在IM1 -M2l〉Sa时，分別箝位为M1=L1,M2=L2 (但是，在M1、 M2为负时，Ml=-Ll、 M2=-L2)。通过这样的控制，在学 习控制的收敛过程中，可以緩和对工件施加的、使其产生扭曲等的不合适的负 荷。此外，在对修正量进行了箝位的情况下，几乎在所有的情况，要做到实质 性的消除不合适的负荷，与第1实施方式相比需要花费稍微多一点的时间，但 最终还是向消除的方向收敛。
为了抑制上述的电动机之间的转矩干扰， 一个方法是，调整速度增益使各 个电动机的响应性变得相同，改善偏差的收敛性。但是，与工件相对应的速度 增益的调整在实际的加工现场一般较为困难。在各个电动机的响应性不同的情 况下，当对其应用学习控制器时，学习控制器输出修正量以便最终成为在各个 学习控制器中预先设定的响应性。如果在各个学习控制器中使该设定相同，则 结果各个电动机可以得到相同的响应性。但是，在学习的过程中，因为各个电 动机的响应性不同，所以可能产生干扰，收敛需要花费时间。例如，在第2电动机的响应性相对于第1电动机较低时，在加速时第2
电动机会滞后。在此，当应用学习控制时，为了消除滞后要输出修正量。关于
该修正量，第2电动机会大于第1电动机。如果为了使其成为与第1电动机相 同程度的修正而调整第2电动机的速度增益，则从下一个工件开始应用学习控 制时的收敛速度得到改善。
因此，下一个利用图4说明的第3实施方式的控制装置2B,具有增益调 整器54，其在利用学习控制偏差充分收敛之后，为了各个学习控制器输出的 修正量的差分变小，自动调整某一个电动机的速度增益。其他的结构因为可以 与第l实施方式相同，所以省略说明。
增益调整器54,计算从第1以及第2学习控制器输出的位置偏差修正量 M1以及M2的差分，为了使该差分减小，最好为了使其成为最小，自动调整 第l或者第2电动机(在图示的例子中为第2电动机)的速度增益。以下表示 在第2电动机的速度增益中将积分增益设为kl,将比例增益设为k2时的，求 出kl (n)、 k2 (n)的计算式的具体例子。其中，n表示本次采样周期中的计 算结果，n-l表示上次采样周期的结果。a为通过经验或者实验决定的系数。 此外，因为修正差在加减速时变大， 一方速度增益的计算依赖于加速度的极性， 所以在该例子中使用位置指令的二阶微分Dr。
kl ( n ) =kl ( n - 1 ) - a x Dr ( n) x ( Ml ( n) _ M2 ( n )) k2 (n) =k2 (n - 1 ) -axDr (n) x (Ml (n) -M2 (n)) 通过以上的处理，各个电动机的速度增益变得相同，可以提高驱动工件时 的学习控制的收敛速度。
此外，虽然没有图示，但具有在第2实施方式中包含的修正差监视部以及 箝位部，和在第3实施方式中包含的增益调整器双方的方式也可以实施。
图5~图8概要地表示了可以应用本发明的机械结构的具体例子。图5表 示双支撑上述的曲柄销8通过第1以及第2电动机10以及12进行旋转驱动， 并通过砂轮机56对曲柄销进行研磨的第l机械构成例子。通过直线电动机58 与曲柄销8可以接触脱离地构成砂轮机56。虽然当两个电动机的响应性存在 差异时会对曲柄销8施加应力，但根据本发明可以使两个电动机的响应性相 同。图6表示的第2机械构成例，在经由安装了齿轮62的旋转轴64使比较大 的部件或装置60上下移动时，因为装置60的重量大所以通过两个电动机66 以及68使齿轮62转动。虽然当两个电动机的响应性存在差异时会对齿轮62 施加应力，但根据本发明可以使两个电动机的响应性相同。
图7所示的第3机械构成例，在横向(在图7中为左右方向)较长的大型 部件或装置70支撑在该装置70的横向上可以移动的电动机72等重物时，使 用具备旋转轴74的电动机76以及具备旋转轴78的电动机80，保持装置70 的水平平衡。在图示的例子中，重物72位于装置的左侧，所以此时对左侧的 电动机76施加了大于右侧电动机80的负荷。根据本发明，即使在负荷不平衡 的情况下，也可以进行各个电动机成为相同的响应性的控制。
图8所示的第4机械构成例，通过两个直线电动机84以及86支撑平台 82的两端，实现可以使平台82左右方向移动的结构。在该结构中，当两个直 线电动机的响应性存在较大差异时，有可能对平台82施加较大的应力，但根 据本发明，可以使两个直线电动机的响应性相同，抑制对平台施加的负荷。
根据本发明的电动机的控制装置，在通过两个电动机驱动一个被驱动体 时，即使在电动机之间存在负荷的不平衡，通过对各个电动机独立地设置相同 地设定了决定响应性的参数的学习控制器，可以使各个电动机的响应性相同。 因此，即使被驱动体为低刚性，也不会产生较大的扭曲或弯曲，可以进行高精 度的控制。
此外，根据本发明，提供了学习控制器的优选的具体结构。 通过在本发明的电动机的控制装置中进一步设置修正差监视部以及箝位
部，在学习过程中有可能对被驱动体施加较大负荷的情况下，可以降低该负荷。 通过在本发明的电动机的控制装置中进一步设置增益调整器，可以改善学
习控制的收敛性。
参照为了说明而选定的特定的实施方式对本发明进行了说明，但对于本领 域的技术人员来说，显然，在不脱离本发明的基本概念以及范围的情况下可以 进行多种变更。
权利要求
1. 一种电动机的控制装置(2)，其根据按照规定的周期重复的指令，使用两个电动机(10、12)驱动一个被驱动体(8)，其特征在于，具有位置偏差计算部(34、38)，其计算各个电动机(10、12)的位置偏差；学习控制器(4、6)，其为了使所述位置偏差计算部(34、38)计算出的各个位置偏差分别成为最小，计算位置偏差修正量；以及位置偏差修正部(36、40)，其根据所述学习控制器(4、6)计算出的位置偏差修正量，对各个电动机(10、12)的位置偏差进行修正，对各个电动机(10、12)独立地设置所述学习控制器(4、6)，并且在各个学习控制器(4、6)中，决定学习控制的响应性的参数相互相同。
2. 根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于， 所述各个学习控制器(4、 6)具备 具有相同的截止频带的低通滤波器(42);可以存储与按照规定的周期重复的指令相同时间周期的位置偏差的存储 器(44);以及根据各个电动机(IO、 12)的特性，分别进行独立的相位超前的相位超前 补偿器(46)。
3. 根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于， 还具有修正差监视部(48)，其监视各个所述学习控制器(4、 6)输出的位置偏 差修正量的差分是否在规定的范围内；以及箝位部(50、 52)，其在所述差分超过了规定的范围时，对各个学习控制 器(4、 6)的输出进行箝位。
4. 根据权利要求1所述的电动机的控制装置，其特征在于，还具有为了使各个所述学习控制器(4、 6 )输出的位置偏差修正量的差分 为最小，自动调整某一方的电动机(IO、 12)的速度增益的增益调整器(54)。
全文摘要
本发明提供一种具备学习功能的电动机的控制装置，其在根据按照规定的周期重复的指令控制电动机时，可以使用多个电动机高精度地驱动一个被驱动体。控制装置具有为了使第1电动机的位置偏差为最小，计算位置偏差修正量的第1学习控制器；为了使第2电动机的位置偏差为最小，计算位置偏差修正量的第2学习控制器。第1学习控制器和第2学习控制器相互独立，为了使各个电动机的位置偏差最小而发挥作用，而将决定学习控制的响应性的参数设定为相同的参数。
文档编号G05B19/18GK101419445SQ20081014916
公开日2009年4月29日 申请日期2008年9月19日 优先权日2007年10月22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