專利名稱：具有誤差過大檢測功能的控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有檢測位置偏差異常的誤差過大檢測功能的控制裝置。
背景技術(shù)：
例如在控制伺服電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)的數(shù)值控制(NC)裝置中，通過將電動機(jī) 的旋轉(zhuǎn)角度指令(更一般地說是位置指令)和實際的旋轉(zhuǎn)角度(更一般地說是 位置反饋)之間的角度偏差(更一般地說是位置偏差)與預(yù)定的誤差過大檢測 水平進(jìn)行比較，檢測出由于伺服系統(tǒng)異常、過大的負(fù)荷、周圍設(shè)備的干擾等導(dǎo) 致的異常。在現(xiàn)有技術(shù)中，作為該誤差過大檢測水平， 一般使用在根據(jù)速度指 令和位置控制回路的增益(位置增益)計算的理想位置偏差(恒定偏差)上加 上一定的余量而得到的值。
但是，在位置控制中導(dǎo)入前饋控制的情況下，正常動作時的位置偏差比 根據(jù)速度指令和位置增益計算的上述理想位置偏差小。當(dāng)把根據(jù)該理想位置偏 差而設(shè)定的誤差過大檢測水平作為異常檢測的閾值來使用時，因為在異常狀態(tài) 的初期偏差達(dá)不到檢測水平，所以有在異常狀態(tài)的檢測中產(chǎn)生延遲的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是在位置控制中導(dǎo)入了前饋控制的控制裝置中，提 供一種使用能夠適當(dāng)?shù)貦z測位置偏差的異常的誤差過大檢測水平的控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種控制裝置，其具有位置控制器，用于在位置指 令和來自控制對象的位置反饋之間的位置偏差上乘以位置增益來計算第一速 度指令；前饋項計算部，用于在位置指令的時間微分上乘以前饋系數(shù)來計算前 饋項；速度控制器，用于把在第一速度指令上加上前饋項而得到的第二速度指 令作為速度指令，對控制對象的速度進(jìn)行控制；位置偏差推定值計算部，用于 根據(jù)位置指令、位置增益以及前饋系數(shù)計算位置偏差推定值；和位置偏差異常 判定部，其在位置偏差比位置偏差推定值大規(guī)定值以上時判定為異常。
位置偏差推定值計算部，例如計算用積分器置換速度控制器和控制對象時的位置偏差，作為位置偏差推定值。
在上述控制裝置中，因為把用積分器置換速度控制器和控制對象時、即 速度控制中無延遲時計算的位置偏差作為位置偏差推定值，據(jù)此設(shè)定誤差過大 檢測水平，所以能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定導(dǎo)入了前饋控制的控制裝置的誤差過大檢測水 平。


圖1是表示未導(dǎo)入前饋控制的控制裝置的結(jié)構(gòu)的一例的框圖。
圖2是表示圖1的速度控制器18的結(jié)構(gòu)的一例的框圖。
圖3是表示導(dǎo)入了前饋控制的控制裝置的結(jié)構(gòu)的一例的框圖。
圖4是為計算位置偏差推定值，用積分器置換圖3的速度控制器18和伺
服電動機(jī)12的框圖。
圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖6是說明圖5的控制裝置的異常判定動作的圖表。
圖7是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖8是說明圖7的控制裝置的異常判定動作的圖表。
圖9是用軟件實現(xiàn)參照圖5說明的控制時的控制的流程圖。
圖IO是用軟件實現(xiàn)參照圖7說明的控制時的控制的流程圖。
具體實施例方式
以控制伺服電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)的控制裝置為例說明本發(fā)明。圖1表示未導(dǎo)入 前饋控制的控制裝置的結(jié)構(gòu)。在減法器10中，計算位置指令和來自伺服電動 機(jī)12的位置反饋(在編碼器(encoder) 14中檢測出的旋轉(zhuǎn)角度)之間的位置 偏差。在位置控制器16中在位置偏差上乘以位置增益PG,將其作為速度指令 提供給控制伺服電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的速度控制器18。
速度控制器18例如圖2所示，具有下面的結(jié)構(gòu)在減法器22中，計算 速度指令與在角速度檢測部20中檢測出的角速度之間的速度偏差；在速度控 制處理部24中，根據(jù)速度偏差計算電流指令；在減法器28中，檢測電流指令 與在電流檢測部26中檢測出的電流之間的電流偏差；在電流控制處理部30 中，根據(jù)電流偏差控制流過伺服電動機(jī)12的電流。
圖3表示在圖1的控制裝置中導(dǎo)入了前饋控制的例子。前饋項計算部32對位置指令進(jìn)行時間樣i分后乘以前饋系數(shù)a來計算前饋項。加法器34在位置 控制器16輸出的速度指令上加上該前饋項，作為速度指令提供給速度控制器 18。
在本發(fā)明中，計算如圖4所示用理想的積分器36置換圖3的速度控制器 18和伺服電動機(jī)12時、即在速度控制器18和伺服電動機(jī)12中無延遲時的偏 差，將其作為位置偏差推定值，使用據(jù)此決定的誤差過大檢測水平來檢測位置 偏差的異常。以下，說明該位置偏差推定值的計算。
設(shè)位置指令為u(t),位置偏差為Err(t)，設(shè)它們的拉普拉斯變換分別是u (s)、 Err(s)。當(dāng)設(shè)從位置指令到位置偏差的傳遞函數(shù)為F (s)時，有 Err (s) = F ( s ) . u (s),
如果給定傳遞函數(shù)F (s)，則可以根據(jù)位置指令u (t)的拉普拉斯變換u (s)，求得位置偏差Err(t)。
在圖4表示的系統(tǒng)中，因為從位置指令到位置偏差的傳遞函數(shù)F (s)為
F (s) =(l-a) . s/(s+PG)， 所以使用該傳遞函數(shù)和位置指令u (t)的拉普拉斯變換u (s)，能夠計算出圖4 的系統(tǒng)中的位置偏差，即圖3的系統(tǒng)中的位置偏差推定值。但是，現(xiàn)實中難以 事先取得以時間系列給出的u(t)的拉普拉斯變換，使用近似的函數(shù)。
因為在位置指令的時間微分恒定為V、即指示以恒定速度V旋轉(zhuǎn)時，位 置指令的拉普拉斯變換u (s)為V / s2,所以位置偏差推定值Err在s—0的極限 下成為
Err (V， PG， a) = V/PG x (l~a)。 該式在位置指令的變化緩慢的情況下可充分利用，雖然可能產(chǎn)生少許誤差，但 是可以作為用于檢測位置控制的異常的值來利用。
另外，因為在指令的加速度或者加速度變化大的地方容易產(chǎn)生誤差，所 以可以如下式這樣進(jìn)行^修正。
Err (V，PG a) = V/PGx(l_a) + (位置指令的2階微分值)x Ka + (位置指令的3階微分值)x Kj 在通過數(shù)字處理進(jìn)行采樣值控制的情況下，可以使用遞推公式計算位置 偏差推定值。提供了從位置指令u (s)到位置偏差Err (s)的傳遞函數(shù) Err ( s ) / u (s) = (1-a) s/(s+PG), 但是將其變形，成為
(s+PG) Err ( s ) = (l-a) . s u (s)。 式中，當(dāng)Err ( s ) s — ( Err (n)—Err (n—1) / T, u ( s ) s — (u (n)_u (n—1) / T， Err (s) —(Err(n))時，通過變換為離散值系列而得到下式。
Err (n) = { Err (n—1) + (l-a) (u (n) - u (n—1)) }/(l+PG . T) 通過計算該遞推公式可以計算出位置偏差推定值。
圖5表示根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的控制裝置的結(jié)構(gòu)。對于和圖3相 同的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)記相同的參照符號，省略其說明。
位置偏差推定處理部40根據(jù)位置指令、在前饋項計算部32中使用的前 饋系數(shù)a、以及位置控制器16中的位置增益PG，通過上述方法的某一個方法， 計算位置偏差推定值Err。此外，因為位置偏差推定處理部40重復(fù)進(jìn)行位置偏 差推定值Err的計算，所以如果前饋系數(shù)a的設(shè)定值變化，則位置偏差推定值 也與其對應(yīng)地變化。誤差過大檢測水平計算部42，在位置偏差推定值Err的絕 對值IEni上加上規(guī)定的余量AE，計算誤差過大檢測水平ErrLevel。另 一方面， 在絕對值計算部44中計算出減法器10輸出的位置偏差PosErr的絕對值IPosErr I，在減法器46中減去誤差過大檢測水平ErrLevel。誤差過大檢測部48在該減 法運算結(jié)果為負(fù)時判定為異常。此外，該余量AE可以考慮通過速度控制器18 以及伺服電動機(jī)12的應(yīng)答的延遲產(chǎn)生的過沖(overshoot)等的實測值來進(jìn)行 設(shè)定。通過提高指令加速度，存在位置偏差增加的可能性，作為其對策，可以 考慮預(yù)先研究直線加減速時的位置偏差量，作為檢測異常時的余量來考慮。
另外，在指令加速度變化的部分，存在控制無法跟蹤，位置偏差增加的 傾向，對于該點同樣也可以考慮研究指令加速度的變化率和位置偏差量的關(guān) 系，作為檢測異常時的余量來考慮。
在圖5所示的實施方式中，如圖6所示，當(dāng)位置偏差I(lǐng)PosErrl比位置偏差 推定值Err大AE以上時，在標(biāo)記了影線的區(qū)域中判定為異常。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的控制裝置的結(jié)構(gòu)。在本實施方式 中，在減法器50中從位置偏差PosErr中減去位置偏差推定值Err,在絕對值計算部52中計算其絕對值。在誤差過大檢測部54中將其與余量AE比較，在 比AE大時判定為異常。
在圖7所示的實施方式中，如圖8所示，不僅在位置偏差PosErr比位置 偏差推定值Err大AE以上時判定為異常，而且在小AE以上時也判定為異常。 不僅在位置偏差PosErr比正常狀態(tài)大AE以上時、而且在小AE以上時也認(rèn)為 有某種異常。
圖9是用軟件實現(xiàn)參照圖5說明的控制時的處理的流程圖。在圖9中， 計算位置偏差推定值Err (步驟1000 )，接著計算誤差過大水平ErrLevel (步驟 1002 )。在位置偏差的絕對值l PosErr |比該ErrLevel大時(步驟1004 )檢測出 誤差過大(步驟1006 )，否則判定為正常(步驟1008 )。
圖IO是用軟件實現(xiàn)參照圖7說明的控制時的處理的流程圖。在圖10中， 計算位置偏差推定值Err(步驟1100 )，計算其與位置偏差的差的絕對值l PosErr - Err I (步驟1102 )。在步驟1104中將其與余量AE比較，在比AE大時檢測 出誤差過大(步驟1106),否則判定為正常(步驟1108)。
權(quán)利要求
1.一種控制裝置，其特征在于，具有位置控制器(16)，在位置指令和來自控制對象的位置反饋之間的位置偏差上乘以位置增益來計算第一速度指令；前饋項計算部(32)，在位置指令的時間微分上乘以前饋系數(shù)來計算前饋項；速度控制器(34，18)，把在第一速度指令上加上前饋項而得到的第二速度指令作為速度指令，對控制對象的速度進(jìn)行控制；位置偏差推定值計算部(40)，根據(jù)位置指令、位置增益以及前饋系數(shù)計算位置偏差推定值；和位置偏差異常判定部(42，44，46，48，50，52，54)，在位置偏差比位置偏差推定值大規(guī)定值以上時判定為異常。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中，位置偏差推定值計算部計算用積分器置換速度控制器和控制對象時的位 置偏差，作為位置偏差推定值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中，位置偏差異常判定部進(jìn)一步在位置偏差比位置偏差推定值小規(guī)定值以上 時判定為異常。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其中，當(dāng)設(shè)前饋系數(shù)為a、位置增益為PG、位置指令的1階微分值為V時，位 置偏差推定值計算部根據(jù)公式<formula>formula see original document page 2</formula>計算位置偏差推定值Err (V， PQ a)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制裝置，其中，當(dāng)設(shè)前饋系數(shù)為a、位置增益為PG、上次的位置指令為u(n-l)、此次的 位置指令為u(n)、上次的位置偏差推定值為Err(n-l)時，位置偏差推定值計算 部根據(jù)遞推公式<formula>formula see original document page 2</formula>計算此次的位置偏差推定值Err (n)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 ~5中任何一項所述的控制裝置，其中， 控制對象是伺服電動機(jī)，位置是伺服電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，速度是伺服電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有誤差過大檢測功能的控制裝置。在導(dǎo)入了前饋控制的控制裝置中能夠迅速檢測出位置偏差異常。在位置偏差推定處理部中，例如根據(jù)式V/PG×(1-α)(式中，V位置指令的1階微分值，PG位置控制器中的位置增益，α前饋項計算部中的前饋系數(shù))計算位置偏差推定值Err，根據(jù)在其上加上余量ΔE而得到的誤差過大檢測水平檢測位置偏差的異常。
文檔編號G05D3/12GK101290516SQ20081009147
公開日2008年10月22日 申請日期2008年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者巖下平輔, 手塚淳一, 河村宏之, 置田肇 申請人:發(fā)那科株式會社