專利名稱：控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制裝置，特別涉及一邊抑制包含電動機以及通過電動 機驅(qū)動的機械的控制對象的固有振動， 一邊控制該控制對象的控制裝置。
背景技術(shù)：
目前，在具有電動機的機床中，使用電動機的控制裝置。特別是使用作 為電動機的伺服電動機進(jìn)行反饋控制的控制裝置，為了始終使位置、速度、電 流等指令值和實際值的差成為零而進(jìn)行控制，所以要正確地控制機械位置或電 動機轉(zhuǎn)速等，因此在一般的CNC機床等中被廣泛采用。
象是具有彈性、摩擦、質(zhì)量等的物理的力學(xué)系統(tǒng)，在其剛性或者衰減特性較低 的情況下，有時控制對象以固有振動頻率進(jìn)行共振，產(chǎn)生具有較大的振幅的振 動。
在通過伺服電動機驅(qū)動的機械中，例如包含末端執(zhí)行器、或者通過機械 手等末端執(zhí)行器抓持的工件。
于是，當(dāng)發(fā)生基于共振的振動時，可能會產(chǎn)生機床的加工精度降低，或 者被抓持的工件從機械手中脫落的問題。
另外，控制對象的固有振動頻率并非始終恒定，有時由于以下的理由而 發(fā)生變化。
作為該理由，首先，有時由于機械位置，固有振動頻率發(fā)生變化。作為 一個例子，在機床的直線移動軸上，在作為驅(qū)動源的伺服電動機通過滾珠絲杠 驅(qū)動驅(qū)動對象時，該驅(qū)動對象位于驅(qū)動源附近的情況和遠(yuǎn)離驅(qū)動源的情況相 比，滾珠絲杠的彈簧常數(shù)發(fā)生變化，固有振動頻率發(fā)生變化。
另外，有時由于機械的個體差異，固有振動頻率變化。作為一個例子，
批量生產(chǎn)的機床根據(jù)其裝配精度、或者驅(qū)動對象的質(zhì)量等機械規(guī)格，即使是同 類的機床，也存在個體差異，因此固有振動頻率不同。
另外，有時由于機械隨時間的老化，固有振動頻率變化。作為一個例子， 由于滑動部的磨損、或者連接部晃動的增加等原因，固有振動頻率變化。
另外，有時由于抓持的工件的剛性，固有振動頻率變化。
于是，提出了減低固有振動的控制裝置。例如，在Japanese Patent Publication (A) No. 7-261853 或者 Japanese Patent Publication (A) No. 2001-293638中，提出了通過使用濾波器從控制信號中去除固有振動頻率的成 分，來減低基于共振的振動的控制裝置。
Japanese Patent Publication (A) No. 7-261853 以及 Japanese Patent Publication (A) No. 2001-293638中記載的控制裝置經(jīng)常檢測控制對象的固有 振動頻率，根據(jù)檢測到的固有振動頻率變更濾波器去除的振動頻率，防止控制 對象進(jìn)行共振。
〈旦是,長口同Japanese Patent Publication (A) No. 7-261853或者Japanese Patent Publication (A) No. 2001-293638中記載的控制裝置那樣，僅僅經(jīng)常檢測 控制對象的位置等，檢測該控制對象的固有振動頻率，由于以下的理由，有時 無法正確地檢測對于控制對象的動作造成影響的固有振動頻率。
該原因首先在于有時檢測到電動機齒槽轉(zhuǎn)矩、切削加工中的切削反作用 力等控制對象的固有振動以外的大的振幅，把該振動頻率誤判斷為固有振動頻 率。
另外，還因為在控制對象具有多個固有振動頻率時，最理想的是首先除 去具有最接近控制頻帶的振動頻率的固有振動，但是有時把離開控制頻帶的振 動頻率的，但振幅最大的振動檢測為應(yīng)該由濾波器除去的固有振動頻率。
另外，原因還在于根據(jù)控制對象的狀態(tài)，沒有發(fā)生基于固有振動頻率的 共振，所以即使進(jìn)行檢測，有時也無法檢測到控制對象的固有振動頻率。
而且，在減低控制對象的固有振動的處理中，有時會使控制對象變得不 穩(wěn)定。作為一例，在無法檢測正確的固有振動頻率，檢測到錯誤的固有振動頻 率，而變更了濾波器的設(shè)定時，控制對象變得不穩(wěn)定。作為另一個例子，有時 即使在檢測到正確的固有振動頻率的情況下，在該固有振動頻率接近控制頻帶
時，濾波器除去控制頻帶的信號的一部分，控制對象變得不穩(wěn)定。
而且，在控制裝置中，在裝置中安裝的存儲容量受到限制而且控制處理
花費的時間受到限制的條件下，謀求穩(wěn)定地控制控制對象。
這些是在控制裝置正確地檢測到控制對象的固有振動頻率的基礎(chǔ)上進(jìn)一
步要解決的課題。
如上所述，對于控制包含電動機等控制對象的控制裝置，為了減低基于 固有振動頻率的共振，期待進(jìn)一步改善。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種控制裝置，其能夠正確地檢測由電動 機驅(qū)動的控制對象的固有振動頻率，減低該控制對象的固有振動。
為了解決上述課題，本發(fā)明的控制裝置具有輸出控制電動機的控制信號
振動，同時控制該控制對象，具有振動頻率解析部，用于解析在所述控制信 號中包含的振動頻率；解析控制部，用于控制該振動頻率解析部的執(zhí)行或者停 止；檢測部，用于根據(jù)所述振動頻率解析部的解析結(jié)果檢測所述控制對象的固 有振動頻率；帶阻濾波器，其被輸入所述控制信號，向所述電動機輸出從該控 制信號中除去了所述固有振動頻率的成分的控制信號；以及濾波特性設(shè)定部， 用于根據(jù)所述檢測部檢測到的所述固有振動頻率，對所述帶阻濾波器設(shè)定除去 的振動頻率。
另外，在本發(fā)明的控制裝置中，理想的為所述控制信號是速度指令或 者轉(zhuǎn)矩指令，所述解析控制部根據(jù)所述速度指令或者所述轉(zhuǎn)矩指令的值，進(jìn)行
所述振動頻率解析部的控制。
另外，在本發(fā)明的控制裝置中，理想的為具有控制所述控制部以及所 述解析控制部的上位控制裝置，在所述上位控制裝置向所述解析控制部輸出了
執(zhí)行指令時，該解析控制部使所述振動頻率解析部執(zhí)行振動頻率解析。
另外，在本發(fā)明的控制裝置中，理想的為具有在所述控制信號中加上
所述固有振動頻率的成分的固有振動發(fā)生部。
另外，在本發(fā)明的控制裝置中，理想的為所述檢測部從所述解析結(jié)果
中的規(guī)定的振動頻率的范圍中檢測所述固有振動頻率。
另外，在本發(fā)明的控制裝置中，理想的為所迷^f全測部沖艮據(jù)所迷解析結(jié) 果，把振動頻率的成分的大小為規(guī)定閾值以上的振動頻率作為所述固有振動頻 率進(jìn)行檢測，根據(jù)該固有振動頻率，改變所述規(guī)定的閾值。
另外，在本發(fā)明的控制裝置中，理想的為具有限制所述控制信號的大 小的控制信號限制部，所述控制信號限制部在所述濾波特性設(shè)定部設(shè)定了所述 帶阻濾波器除去的所述"t展動頻率之后的規(guī)定期間，限制所述控制信號的大小。
另外，在本發(fā)明的控制裝置中，理想的為所述濾波特性設(shè)定部根據(jù)所 述檢測部檢測到的固有振動頻率，使所述帶阻濾波器的衰減量變化。
另外，在本發(fā)明的控制裝置中，理想的為所述濾波特性設(shè)定部根據(jù)所 述檢測部檢測到的固有振動頻率，使所述帶阻濾波器除去的振動頻率的帶寬變 化。
另外，在本發(fā)明的控制裝置中，理想的為所述振動頻率解析部具有采 樣部，其以規(guī)定的間隔對所述控制信號進(jìn)行采樣；存儲部，用于存儲被采樣的 所述控制信號；以及運算部，用于對所存儲的所述控制信號進(jìn)行離散傅立葉變 換，來計算振動頻率成分，所述控制裝置具有采樣間隔變更部，用于變更所述 采樣部進(jìn)行采樣的所述^L定的間隔。
權(quán)利要求中使用的術(shù)語不限于在該說明(例如實施例)中說明的特定的 意義。
根據(jù)上述本發(fā)明的控制裝置，能夠正確地檢測由電動機驅(qū)動的控制對象 的固有振動頻率，減低該控制對象的固有振動。


通過結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)的說明，能夠更好地理解本發(fā)明的這些以及 其他的特征和優(yōu)點。
圖1A是表示本發(fā)明的第一實施方式的控制裝置的框圖。
圖1B是圖1A的振動頻率解析部的框圖。
圖2是表示本發(fā)明的第二實施方式的控制裝置的框圖。
圖3是說明本發(fā)明的第三實施方式的控制裝置中的檢測部的圖。
圖4是說明本發(fā)明的第四實施方式的控制裝置中的檢測部的圖。
圖5是表示本發(fā)明的第五實施方式的控制裝置的框圖。
圖6是說明本發(fā)明第六實施方式的狡制裝置甲的號、波狩性議疋邢的閨。 圖7是說明本發(fā)明第七實施方式的控制裝置中的濾波特性設(shè)定部的圖。
圖8是表示本發(fā)明的第八實施方式的控制裝置的框圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)本發(fā)明的控制裝置的 一個優(yōu)選的實施方式參照

該控制裝置。
然而需要注意的是，本發(fā)明并不限于下面的說明，可以擴展到權(quán)利要求 中所述的本發(fā)明的各個方面以及其等同變換。 (第一實施方式)
本發(fā)明的第一實施方式的控制裝置10 (以下稱為本裝置10)是機床1的 控制裝置，如圖1A所示，接收作為來自上位控制裝置30的控制信號的位置 指令P，通過伺服放大器20，控制作為電動機的伺服電動機21，驅(qū)動作為被 驅(qū)動部的負(fù)載22來控制其動作。
如圖1A所示，本裝置10具有輸出控制伺服電動機21的控制信號的控制 部， 一邊抑制包含伺服電動機21以及由該伺服電動機21驅(qū)動的機械的控制對 象的固有振動， 一邊控制該控制對象。
另外，本裝置10具有振動頻率解析部12,用于解析在作為控制信號的 轉(zhuǎn)矩指令中包含的振動頻率的成分；解析控制部13，用于控制該振動頻率解 析部12的執(zhí)行或者停止；；險測部14,用于根據(jù)該振動頻率解析部12的解析 結(jié)果檢測控制對象的固有振動頻率；帶阻濾波器15，被輸入作為控制信號的 轉(zhuǎn)矩指令j，經(jīng)由電流控制部llc以及伺服放大器20向伺服電動機21輸出從 該轉(zhuǎn)矩指令J中除去了固有振動頻率的成分的轉(zhuǎn)矩指令J;以及濾波特性設(shè)定 部16，用于根據(jù)檢測部14檢測到的固有振動頻率，對帶阻濾波器15設(shè)定除 去的振動頻率。
本裝置10的振動頻率解析部12從轉(zhuǎn)矩指令中對每一秒的振動次數(shù)的成 分進(jìn)行振動次數(shù)解析。每一秒的振動次數(shù)是頻率，以下筒稱為振動頻率。
在本裝置10的控制對象中包含伺服電動機21以及由伺服電動機21驅(qū)動 的負(fù)載22。作為負(fù)載22,例如可以舉出通過伺服電動機21驅(qū)動的末端執(zhí)行器、 或者通過作為末端執(zhí)行器的機械手抓持的工件。另外，伺服電動機21的主軸
的位置以及速度通過位置以及速度檢測器23進(jìn)行檢測。位置以及速度檢測器
23向本裝置IO反饋檢測到的位置以及速度。
本裝置10具有控制其控制部的上位控制裝置30。上位控制裝置30對于 本裝置10的控制部輸出位置指令P。作為該上位控制裝置30例如可以使用 CNC控制裝置等公知的控制裝置。
上位控制裝置30輸出的位置指令P可以是才莫擬信號，但在為數(shù)字信號時， 可以用數(shù)字電路構(gòu)成本裝置10。具體地說，本裝置IO的硬件，可以使用CPU 等運算裝置、半導(dǎo)體存儲器、磁記錄裝置或者光學(xué)記錄裝置等存儲裝置、輸入 裝置、輸出裝置以及輸入輸出接口來構(gòu)成。
以下進(jìn)一步i^明本裝置10。
本裝置IO作為控制部，如圖1A所示，具有位置控制部lla、速度控制 部lib以及作為加速度控制部的電流控制部llc。
在位置控制部lla中，如圖1A所示，輸入從上位控制裝置30輸出的位 置指令P，和從位置以及速度檢測部23反饋的伺服電動機21的實際的位置檢 測值Pfb。位置控制部lla向速度控制部llb輸出使位置指令P減去位置檢測 值Pfb的位置偏差P-Pfb減少的速度指令V。
作為該位置控制的方法，例如可以使用比例控制。
在此，當(dāng)在控制對象中產(chǎn)生了固有振動時，包含固有振動的振幅的位置 檢測值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 振動頻率的成分。
另外，在控制對象中，在產(chǎn)生了由于電動機齒槽轉(zhuǎn)矩或者切削加工中的 切削反作用力等引起的振動時，包含這些振幅的位置檢測值Pfb的信息也包含 在位置偏差P-Pfb中，所以在速度指令V中還包含了控制對象的固有振動以 外的具有大振幅的振動成分。
如圖1A所示，在速度控制部lib中輸入從位置控制部lla輸出的速度指 令V，和從位置以及速度檢測部23反饋的伺服電動機21的實際的速度檢測值 Vfb。速度控制部llb經(jīng)由帶阻濾波器15向電流控制部llc輸出轉(zhuǎn)矩指令J， 該轉(zhuǎn)矩指令J是使速度指令V減去速度檢測值Vfb后的位置偏差V - Vfb減少 的電流指令。
作為該速度控制的方法，例如可以使用比例積分控制。
如圖1A所示，在電流控制部llc中輸入經(jīng)由帶阻濾波器15從速度控制
部lib輸出的轉(zhuǎn)矩指令J以及從伺服放大器20反饋的實際的電流檢測值Jfb。 電流控制部llc向伺服放大器20輸出使轉(zhuǎn)矩指令J減去實際的電流檢測值Jfb 后的電流偏差J - Jfb減少的電壓指令D。
帶阻濾波器15被輸入從速度控制部llb輸出的轉(zhuǎn)矩指令J。帶阻濾波器 15從輸入的轉(zhuǎn)矩指令J中，使將控制對象的固有振動頻率作為中心振動頻率 位于規(guī)定帶寬中的振動頻率的成分進(jìn)行衰減，然后，帶阻濾波器15向電流控 制部11 c輸出使固有振動頻率的成分減低的轉(zhuǎn)矩指令J。
理想的是，帶阻濾波器15盡可能地不阻止控制對象的固有振動頻率以外 的轉(zhuǎn)矩指令j的傳遞函數(shù)的增益的通過。以下，把該轉(zhuǎn)矩指令J的傳遞函數(shù)的
增益的振動頻帶稱為控制頻帶。
帶阻濾波器15的濾波特性可以根據(jù)中心振動頻率、衰減量以及帶寬等濾 波系數(shù)來決定。帶阻濾波器15的濾波系數(shù)可以通過濾波凈爭性設(shè)定部16設(shè)定或 變更。
伺服放大器20輸入電壓指令D,向伺服電動機21 l是供進(jìn)行控制的電力。 另外，伺服放大器20檢測驅(qū)動伺服電動機21的實際的電流檢測值Jfb，向電 流控制部11 c反饋該電流4全測值Jfb。
伺服電動機21通過從伺服放大器20提供的電力被進(jìn)行控制，驅(qū)動負(fù)載 22。伺服電動機21的主軸的實際的位置以及速度通過位置以及速度檢測部23 檢測。
位置以及速度檢測部23向位置控制部lla反饋檢測到的位置檢測值Pfb， 同時向速度控制部lib反饋檢測到的速度檢測值Vfb。
包含伺服電動機21以及通過該伺服電動機21驅(qū)動的負(fù)載22的控制對象 是具有彈性、摩擦、質(zhì)量等的物理的力學(xué)系統(tǒng)，在其剛性或者衰減特性低時， 以固有振動頻率進(jìn)行共振，產(chǎn)生具有較大振幅的振動。
而且，機床1的控制對象有時具有多個固有振動頻率。在控制對象具有 多個固有振動頻率時，具有最接近控制頻帶的振動頻率的固有振動對于控制對 象的控制精度或者響應(yīng)特性一般影響最大。
另外，控制對象的固有振動頻率不一定始終是恒定的，有時變化。作為 變化的理由，可以舉出由于機械位置，固有振動頻率發(fā)生變化的情況，由于機 械隨時間的老化，固有振動頻率變化的情況，根據(jù)所抓持的工件的剛性固有振 動頻率變化的情況等。
本裝置10為了減低機床1的控制對象具有的固有振動，具有上述帶阻濾
波器15?？刂茖ο蟮墓逃姓駝宇l率，通過解析控制部13、振動頻率解析部12 以及^企測部14協(xié)同工作來4企測。而且，根據(jù)4企測到的固有振動頻率，濾波特 性設(shè)定部16變更帶阻濾波器15的濾波特性。
進(jìn)而，以下進(jìn)行這些說明。
首先，以下進(jìn)行解析控制部13的說明。
如圖1A所示，位置控制部lla輸出的速度指令V被分支輸入給解析控制 部13。這里，如上所述，在作為控制信號的速度指令V中有時還包含控制對 象的固有振動以外的具有大振幅的振動的成分。例如，在伺服電動機21的主 軸的速度位于特定的速度范圍內(nèi)時，例如位于速度VI和V2之間時，々支設(shè)產(chǎn) 生電動機齒槽轉(zhuǎn)矩。此時，當(dāng)速度指令V處于VI和V2之間的值時，伺服電 動機21產(chǎn)生電動機齒槽轉(zhuǎn)矩，檢測部14有可能把該電動機齒槽轉(zhuǎn)矩引起的振 動頻率作為固有振動頻率檢測。
因此，在本裝置10中，為了防止檢測部14把控制對象的固有振動以外 的具有大振幅的振動作為固有振動檢測，解析控制部13根據(jù)速度指令V的值 進(jìn)行振動頻率解析部12的控制。
具體地說，在判明伺服電動機21的主軸的速度在速度VI和V2之間， 產(chǎn)生電動機齒槽轉(zhuǎn)矩的情況下，解析控制部13控制振動頻率解析部12,以便 在速度指令V在VI和V2之間時，停止振動頻率解析。即，解析控制部13 只在速度指令V在VI以下或者在V2以上時，控制振動頻率解析部12來執(zhí) 行振動頻率解析。
同樣，在由于使用端銑刀的切削加工引起的具有大振幅的振動等，控制 對象的固有振動以外的具有大振幅的振動為已知的情況下，在產(chǎn)生該振動的特 定的速度指令的范圍內(nèi)，解析控制部13控制具有頻率解析部12來停止振動頻 率解析。
然后，以下對纟展動頻率解析部12進(jìn)行說明。
如圖1B所示，振動頻率解析部12具有采樣部12a,其按照規(guī)定的間隔 對轉(zhuǎn)矩指令j進(jìn)行采樣；存儲部12b,用于存儲被采樣的轉(zhuǎn)矩指令J的采樣值； 以及運算部12c，用于對存儲的轉(zhuǎn)矩指令J的采樣值進(jìn)行離散傅立葉變換，來 計算振動頻率的成分。
振動頻率解析部12僅在由解析控制部13控制執(zhí)行振動頻率解析時，執(zhí) 行所輸入的轉(zhuǎn)矩指令J的振動頻率解析，求出轉(zhuǎn)矩指令J中包含的振動頻率的 成分。
如圖1A所示，對振動頻率解析部12的上述采樣部12a分支輸入速度控 制部llb輸出的轉(zhuǎn)矩指令J。輸入的轉(zhuǎn)矩指令J通過采樣部12a，按照規(guī)定的 間隔被進(jìn)行采樣，轉(zhuǎn)矩指令J的采樣值存儲在存儲部12b中。運算部12c對存 儲部12b中存儲的轉(zhuǎn)矩指令J的采樣值進(jìn)行離散傅立葉變換，來求出振動頻率 的成分。振動頻率解析部12向檢測部14輸出作為解析結(jié)果的振動頻率的成分。
振動頻率解析部12進(jìn)行離散傅立葉變換的振動頻率的范圍以及在該離散 傅立葉變換中使用的采樣值的數(shù)量，分別被規(guī)定為規(guī)定值。
以下接著說明檢測部14。
如圖1A所示，對^:測部14輸入從振動頻率解析部12輸出的振動頻率的 解析結(jié)果。檢測部14根據(jù)該解析結(jié)果，把振動頻率成分的大小在規(guī)定的閾值 以上的振動頻率作為固有振動頻率檢測。在上述具有規(guī)定閾值以上的值的振動 頻率成分具有波峰形狀的情況下，將該波峰的極大值檢測為固有振動頻率。
在具有多個該固有振動頻率時，檢測部14選擇具有最接近控制頻帶的振 動頻率的固有振動頻率。然后，檢測部14向濾波特性設(shè)定部16輸出檢測到的 或者選擇的固有振動頻率。
然后，說明濾波特性設(shè)定部16。
從檢測部14對濾波特性設(shè)定部16輸入檢測到的固有振動頻率。濾波特 性設(shè)定部16變更帶阻濾波器15除去的振動頻率成分的中心振動頻率，以便與 輸入的固有振動頻率一致。另外，濾波特性設(shè)定部16也可以把作為帶阻濾波 器15的其他濾波系數(shù)的帶寬或者衰減量與中心振動頻率一同進(jìn)行變更。
以下說明上述的本裝置10的動作。
本裝置10從上位控制裝置30輸入位置指令P,反饋控制伺服電動機21。 解析控制部13根據(jù)輸入的速度指令V的值進(jìn)行控制使振動頻率解析部12執(zhí) 行或者停止振動解析，.以使檢測部14不會把控制對象的固有振動以外的具有 大振幅的已知的振動檢測為固有振動。而且，在檢測部14檢測或者選擇了新 的固有振動頻率使，濾波特性設(shè)定部16變更帶阻濾波器15的濾波系數(shù)。
而且，變更了濾波系數(shù)的帶阻濾波器15通過電流控制部lie以及伺服放
指令，所以防止包含伺服電動機21以及通過該伺服電動機21驅(qū)動的機械的控 制對象的固有振動。結(jié)果，能夠穩(wěn)定地控制控制對象。
根據(jù)上述的本實施方式的控制裝置10，能夠正確地檢測通過伺服電動機 21驅(qū)動的控制對象的固有振動頻率，減低該控制對象的固有振動。具體地說， 解析控制部13控制振動頻率解析部12,以便不把控制對象的固有振動以外的 具有大振幅的已知的振動作為固有振動檢測，所以能夠防止檢測部14錯誤檢 測固有振動頻率。
然后，參照圖2~圖8說明本發(fā)明的其他實施方式的控制裝置。關(guān)于在其 他的實施方式中沒有特別說明的點，可以適當(dāng)采用關(guān)于上述第一實施方式詳述 的說明。另外，在圖2 圖8中，對于與圖1A相同的構(gòu)成要素附以相同的符 號。
(第二實施方式)
如圖2所示，本發(fā)明第二實施方式的控制裝置IO(以下也稱為本裝置10) 具有控制解析控制部13的上位控制裝置30,在該上位控制裝置30向解析控 制部13輸出了執(zhí)行指令時，該解析控制部13使振動頻率解析部12執(zhí)行振動 頻率解析。本裝置io的上位控制裝置30和上述第一實施方式相同，向位置控 制部lla輸出位置指令P,并且還控制解析控制部13。
以下進(jìn)一步說明本裝置10。
與上述第一實施方式相同，解析控制部13在控制對象的固有振動以外的 具有大振幅的振動為已知時，控制振動頻率解析部12以便不把該振動作為固 有振動檢測。但是，在控制對象的固有振動以外的具有大振幅的振動不是已知 時，檢測部14有可能錯誤地檢測固有振動頻率。另一方面，上位控制裝置30是位于本裝置IO的控制部上位的位置，所 以進(jìn)一步掌握控制對象的狀態(tài)。例如，在正在使用端銑刀進(jìn)行切削加工的情況，
或者在末端執(zhí)行器上裝有工件的情況下等，上位控制裝置30能夠掌握存在檢 測部14錯誤檢測固有振動頻率的可能性的控制對象的狀態(tài)。上位控制裝置30 例如如果是CNC控制裝置，則能夠根據(jù)程序等判斷這樣的控制對象的狀態(tài)。
因此，在本裝置10中，使上位控制裝置30控制解析控制部13。具體地 說，在上位控制裝置30對解析控制部13輸出了執(zhí)行指令時，該解析控制部 13使振動頻率解析部12執(zhí)行振動頻率解析。
例如，上位控制裝置30可以如下地控制解析控制部13:僅在快速進(jìn)給負(fù) 載22的情況下，向解析控制部13輸出執(zhí)行指令。另外，在切削加工過程中端 銑刀等正在旋轉(zhuǎn)時，有可能檢測部14把由該旋轉(zhuǎn)引起的振動頻率作為固有振 動頻率檢測，所以上位控制裝置30向解析控制部13輸出停止指令，可以控制 解析控制部13,使振動頻率解析部12的振動頻率解析停止。
在此，在快速進(jìn)給負(fù)載22等情況下，即使在上位控制裝置30向解析控 制部13輸出了執(zhí)行指令時，在產(chǎn)生已知的振動的特定的速度指令V的范圍中， 解析控制部13根據(jù)該速度指令的值進(jìn)行控制，使振動頻率解析部12停止振動 頻率解析。
即，解析控制部13僅在從上位控制裝置30輸入了執(zhí)行指令，而且輸入 的速度指令V處于不產(chǎn)生已知的振動的范圍時，使振動頻率解析部12執(zhí)行振 動頻率解析。
另外，根據(jù)控制對象的狀態(tài)，有時在控制信號中包含的固有振動頻率的 成分少或者不包含，在這樣的狀態(tài)下，檢測部14有可能無法正確地檢測固有 振動頻率。
因此，如圖2所示，本裝置IO具有在作為控制信號的轉(zhuǎn)矩指令J上加上 控制對象的固有振動頻率成分的固有振動發(fā)生部17。固有振動發(fā)生部17生成 具有固有振動頻率成分的信號Tv,如圖2所示，輸出給加法部17a。加法部 17a把輸入的信號Tv以及轉(zhuǎn)矩指令J相加，然后輸出給帶阻濾波器15。
而且，當(dāng)向伺服電動機21輸入了包含固有振動頻率成分的控制信號時， 因為能夠使控制對象產(chǎn)生固有振動，所以檢測部14能夠檢測正確的固有振動
頻率。
進(jìn)一步加以說明，因為控制對象有時具有多個固有振動頻率，此外該固
有振動頻率有時還會變化，所以上述固有振動發(fā)生部17 —邊使信號Tv的振 動頻率在規(guī)定的范圍內(nèi)變化一邊進(jìn)行輸出。作為該信號Tv，例如可以使掃頻 標(biāo)記(swept sign )。另外，作為上述規(guī)定的范閨的振動頻率，可以使用100 Hz 到1000 Hz的范圍。
該固有振動發(fā)生部17與振動頻率解析部12相同，通過解析控制部13， 根據(jù)速度指令V的值或上位控制裝置30的指令，控制其執(zhí)行或者停止。
其他的結(jié)構(gòu)與上述第一實施方式相同。
才艮據(jù)上述的本裝置10,即使在控制對象的固有振動以外的具有大振幅的 振動不是已知情況下，也能夠正確地檢測控制對象的固有振動頻率，減低該控 制對象的固有振動。
另外，即使在控制信號中包含的固有振動頻率成分少或者不包含的狀態(tài) 下，也能夠正確地檢測控制對象的固有振動頻率。 (第三實施方式)
在本發(fā)明第三實施方式的控制裝置10 (以下也稱為本裝置10)中，檢測 部14從振動頻率解析部12的解析結(jié)果中的規(guī)定的振動頻率的范圍中檢測控制
對象的固有振動頻率。
下面參照圖3說明本裝置10。圖3表示振動頻率解析部12的解析結(jié)果的 一例。在圖3中，存在波峰PF1、波峰PF2、波峰PF3，各自振動頻率成分的 大小在檢測部14作為固有振動頻率進(jìn)行判斷的閾值Th以上。闊值Th在圖3 所示的例子中，對于振動頻率具有恒定的值。
這里，假定已知波峰PF1以及波峰PF3是控制對象的固有振動頻率，波 峰PF2是由伺服電動機21的電動機齒槽轉(zhuǎn)矩引起的。
因為已知波峰PF2是由控制對象的固有振動以外的具有大振幅的振動引 起的，所以從檢測部14檢測固有振動頻率的振動頻率范圍中除去與波峰PF2 對應(yīng)的固有振動頻率，有利于檢測部14高效率地進(jìn)行檢測處理。
因此，在本裝置10中，檢測部14從除去了包含與波峰P2對應(yīng)的固有振 動頻率的檢測除外振動頻帶EB的振動頻率范圍中，檢測控制對象的固有振動頻率。
另外，在圖3所示例子中，控制對象具有兩個固有振動頻率。此時，從
控制精度以及響應(yīng)特性的觀點出發(fā)，理想的為和與波峰PF3對應(yīng)的固有振 動相比，優(yōu)先減低與具有接近控制頻帶的振動頻率的波峰PF1對應(yīng)的固有振 動。
因此，在本裝置10中，在離開控制頻帶CB的振動頻率區(qū)域中存在的固 有振動對于控制對象的影響小，所以檢測部14從除去了作為比控制頻帶CB 高的振動頻率區(qū)域的檢測除外振動頻帶EB的振動頻率范圍中，檢測控制對象 的固有振動頻率。結(jié)果，檢測部14不檢測與檢測除外振動頻帶EB中包含的 波峰PF3對應(yīng)的固有振動。
因此，在圖3所示的例子中，本裝置10的檢測部14僅檢測與具有接近 控制頻帶CB的振動頻率的波峰PF1對應(yīng)的固有振動。
其他的結(jié)構(gòu)與上述第一實施方式相同。
根據(jù)上述的本裝置10，能夠高效率地;險測對于控制對象的動作給予影響 的固有振動頻率。另外，在防止具有接近控制頻帶的振動頻率的固有振動的同 時，能夠確?？刂茖ο蟮目刂凭纫约绊憫?yīng)特性。 (第四實施方式)
在本發(fā)明的第四實施方式的控制裝置10 (以下也稱為本裝置10)中，檢 測部14根據(jù)振動頻率解析部12的解析結(jié)果，把振動頻率的成分的大小為閾值 Th以上的振動頻率作為固有振動頻率沖企測，如圖4所示，根據(jù)該固有振動頻 率，使該閾值Th變化。
下面參照圖4說明本裝置10。圖4表示振動頻率解析部12的解析結(jié)果的 一例。在圖4中，存在波峰PF1、波峰PF2、波峰PF3。這里，假定已知波峰 PF1以及波峰PF3是控制對象的固有振動頻率，波峰PF2是由伺服電動機21 的電動機齒槽轉(zhuǎn)矩引起的。
因為已知波峰PF2是由控制對象的固有振動以外的具有大振幅的振動引 起的，所以，從檢測部14檢測固有振動頻率的振動頻率范圍內(nèi)除去與波峰PF2 對應(yīng)的固有振動頻率，有利于檢測部14高效率地進(jìn)行檢測處理。
因此，本裝置10的檢測部14采用與振動頻率一同增加的方式使閾值Th變化，在與波峰PF2對應(yīng)的固有振動頻率中，使閾值Th大于波嘩PF2的銀勸 頻率的成分的大小。
另外，在圖4所示的例子中，控制對象具有兩個固有振動頻率。此時， 從控制精度以及響應(yīng)特性的觀點出發(fā)，理想的是相比和波峰PF3對應(yīng)的固 有振動，優(yōu)先減低與具有接近控制頻帶CB的振動頻率的波峰PF1對應(yīng)的固有 振動。
因此，在本裝置10中，在離開控制頻帶CB的振動頻率區(qū)域中存在的固 有振動對于控制對象的影響小，所以本裝置10的檢測部14為了使高于控制頻 帶CB的振動頻率區(qū)域中的閾值Th大于控制頻帶CB中的閾值Th,采用與振 動頻率一同增加的方式使閾值Th變化。
因此，在圖4所示的例子中，本裝置10的檢測部14僅檢測與具有接近 控制頻帶CB的振動頻率的波峰PF1對應(yīng)的固有振動。
其他的結(jié)構(gòu)和上述的第一實施方式相同。
根據(jù)上述的本裝置10，能夠得到和上述第三實施方式相同的效果。 (第五實施方式)
如圖5所示，本發(fā)明第五實施方式的控制裝置IO(以下也稱為本裝置10) 具有控制信號限制部18，其限制并衰減作為控制信號的轉(zhuǎn)矩指令J的大小， 控制信號限制部18在濾波特性設(shè)定部16設(shè)定了帶阻濾波器15除去的振動頻 率后的MJ定的期間，限制并衰減轉(zhuǎn)矩指令J的大小。
和上述第一實施方式相同，本裝置IO重復(fù)進(jìn)行以下工作由解析控制部 13控制的振動頻率解析部12解析轉(zhuǎn)矩指令J,檢測部14求出固有振動頻率， 根據(jù)該結(jié)果，濾波特性設(shè)定部16使帶阻濾波器15的濾波特性變化。結(jié)果，因 為能夠適應(yīng)控制對象的固有振動頻率的變化，所以能夠進(jìn)行控制使控制對象穩(wěn) 定。
但是，由于機床1以外的干擾的影響等，有時檢測部14把控制對象的固 有振動以外的具有大振幅的振動錯誤地檢測為固有振動頻率。此時，因為持續(xù) 向伺服電動機21輸出包含固有振動頻率的成分的控制信號，所以控制對象有 可能變得不穩(wěn)定。當(dāng)控制對象的不穩(wěn)定度增大時，伺服電動機21或負(fù)載22 有可能產(chǎn)生損傷。
因此，在本裝置10中，在濾波特性設(shè)定部16T殳疋了帶阻渡、波器15除去 的振動頻率后的規(guī)定的期間，為了對檢測到錯誤的固有振動頻率的情況作準(zhǔn)
備，限制并衰減轉(zhuǎn)矩指令J的大小。即便檢測部14檢測到錯誤的固有振動頻
率，通過減小轉(zhuǎn)矩指令J的大小，也可以減低基于固有振動頻率的共振，能夠 防止控制對象急劇地變得不穩(wěn)定。
作為控制信號限制部18限制轉(zhuǎn)矩指令的比例，例如希望在10%到90%的 范圍內(nèi)減低控制信號。具體的減低比例最好根據(jù)控制對象的實際狀態(tài)適當(dāng)?shù)剡M(jìn) 行設(shè)定。
另外，還在控制信號限制部18限制并衰減轉(zhuǎn)矩指令J的大小的上述規(guī)定 的期間，同樣才艮據(jù)控制對象的實際狀態(tài)適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行設(shè)定。
控制信號限制部18由解析控制部13控制。另夕卜，控制信號限制部18也 可以由濾波特性i殳定部16控制。
根據(jù)上述的本裝置10，即使在檢測部14檢測到錯誤的固有振動頻率的情 況下，也能夠防止控制對象急劇地變得不穩(wěn)定，防止控制對象發(fā)生損傷。 (第六實施方式)
在本發(fā)明第六實施方式的控制裝置10 (以下也稱為本裝置10)中，濾波 特性設(shè)定部16根據(jù)檢測部14檢測到的固有振動頻率，使帶阻濾波器15的衰 減量變化。
例如，在第三實施方式的說明中使用的圖3中，帶阻濾波器15減低與波 峰PF1對應(yīng)的固有振動。帶阻濾波器15以該固有振動頻率作為中心衰減位于 規(guī)定帶寬內(nèi)的振動頻率的成分，所以像波峰PF1那樣，在接近控制頻帶CB的 振動頻率區(qū)域中存在固有振動頻率的情況下，有時根據(jù)帶阻濾波器15的帶寬 衰減控制頻帶的增益。
如此，有時根據(jù)固有振動頻率的位置、帶阻濾波器15的衰減量或帶寬， 帶阻濾波器15衰減控制頻帶的增益。
當(dāng)帶阻濾波器15衰減了控制頻帶的增益時，有可能控制精度以及響應(yīng)特 性降低，控制對象變得不穩(wěn)定。
因此，在本裝置10中，如圖6所示，釆用與檢測部14檢測到的固有振 動頻率的增加一同使帶阻濾波器15的衰減量增加的方式，使該衰減量變化。
即，帶阻濾波器15的衰減量在接近控制頻帶CB的低振動頻率區(qū)域內(nèi)小，另
一方面，在離開控制頻帶CB的高振動頻率區(qū)域內(nèi)大。 其他的結(jié)構(gòu)，和上述第一實施方式相同。
根據(jù)上述的本裝置10,在固有振動頻率接近控制頻帶CB的情況下，減 小帶阻濾波器15的衰減量，減低固有振動頻率的成分，并且不過分減低控制 頻帶CB的增益，所以能夠確?？刂茖ο蟮姆€(wěn)定性。另一方面，對于位于離開 控制頻帶CB的振動頻率區(qū)域內(nèi)的固有振動，把帶阻濾波器15的衰減量設(shè)定 得較大，可以切實地降低固有振動。 (第七實施方式)
在本發(fā)明第七實施方式的控制裝置10 (以下也稱為本裝置10)中，濾波 特性設(shè)定部16根據(jù)檢測部14檢測到的固有振動頻率，改變帶阻濾波器15除 去的振動頻率的帶寬。
例如，在第三實施方式的說明中使用的圖3中，使帶阻濾波器15減低與 波峰PF1對應(yīng)的固有振動。帶阻濾波器15以該固有振動頻率作為中心衰減位 于規(guī)定帶寬內(nèi)的振動頻率的成分，所以像波峰PF1那樣，在接近控制頻帶CB 的振動頻率區(qū)域中存在固有振動頻率時，有時根據(jù)帶阻濾波器15的帶寬，衰 減控制頻帶的增益。
如此，有時根據(jù)固有振動頻率的位置、帶阻濾波器15的衰減量或帶寬， 帶阻濾波器15衰減控制頻帶的增益。
當(dāng)通過帶阻濾波器15衰減了控制頻帶的增益時，有可能控制精度以及響 應(yīng)特性降低，控制對象變得不穩(wěn)定。
因此，在本裝置10中，如圖7所示，采用與檢測部14檢測到的固有振 動頻率的增加一同使帶阻濾波器15的帶寬增加的方式，使該帶寬變化。即， 帶阻濾波器15的帶寬在接近控制頻帶CB的低振動頻率區(qū)域內(nèi)變窄，另一方 面，在離開控制頻帶CB的高振動頻率區(qū)域內(nèi)變廣。
其他的結(jié)構(gòu)，和上述第一實施方式相同。
根據(jù)上述的本裝置10,在固有振動頻率接近控制頻帶CB的情況下，使 帶阻濾波器15的帶寬變窄，減低固有振動頻率的成分，并且不過分減低控制 頻帶CB的增益，所以能夠確保控制對象的穩(wěn)定性。另一方面，對于位于離開 控制頻帶CB的振動頻率區(qū)域內(nèi)的固有振動，把帶阻濾波器15的帶寬設(shè)定得 較寬，可以切實地降低固有振動。 (第八實施方式)
如圖8所示，在本發(fā)明第八實施方式的控制裝置10 (以下也稱為本裝置 10)中，具有采樣間隔變更部19，其用于變更振動頻率解析部12的采樣部12a 對采樣值進(jìn)行采樣的規(guī)定的間隔。該采樣間隔變更部19由上位控制裝置30 控制?；蛘撸裾疹A(yù)先決定的順序，變更釆^f羊間隔變更部19。
振動頻率解析部12對轉(zhuǎn)矩指令J進(jìn)行振動頻率解析，求出規(guī)定范圍的振 動頻率的成分。對于成為該解析對象的振動頻率的范圍，因為從接近控制頻帶 的低振動頻率到離開控制頻帶的高振動頻率都成為解析對象，所以上述成為該 解析對象的振動頻率的范圍是非常廣的范圍。
另外，對于檢測部14檢測固有振動頻率的振動頻率的分辨率，從求出正 確的固有振動頻率的觀點出發(fā)希望其較高。并且，為了提高振動頻率的分辨率， 需要縮短采樣部12a對轉(zhuǎn)矩指令J進(jìn)行釆樣的間隔。在始終縮短采樣部12a進(jìn) 行采樣的間隔時，采樣值的數(shù)量增加，所以振動頻率解析部12的上述存儲部 12b中需要的存儲容量增加。另外，振動頻率解析部12的上述運算部12c進(jìn) 行離散傅立葉變換所需要的運算時間也增加。
另一方面，從費用方面的制約出發(fā)， 一般對于上述存儲部12b的存儲容 量設(shè)定限制。另外，從控制的響應(yīng)特性的觀點出發(fā)，希望用于控制的運算時間 短。
因此，在本裝置10中，為了高效率地使用較少的存儲容量高精度地檢測 固有振動頻率，使采樣部12a對采樣值進(jìn)行采樣的間隔可變。并且，作為求出 固有振動頻率的順序，首先，在增大采樣部12a進(jìn)行采樣的間隔，對采樣值進(jìn) 行采樣之后，從寬的振動頻率的范圍以不高的精度求出固有振動頻率。然后， 在減小采樣部12a進(jìn)行采樣的間隔，對采樣值進(jìn)行采樣后，從包含以不高的精 度求得的固有振動頻率的窄的振動頻率的范圍，以高精度檢測固有振動頻率， 來求出正確的固有振動頻率。
根據(jù)上述的本裝置10,因為能夠使從寬的振動頻率的范圍以不高的精度 求出固有振動頻率時的采樣值的數(shù)量、和從包含以不高的精度求得的固有振動
頻率的窄的振動頻率的范圍，以高精度求出固有振動頻率時的米秤值的數(shù)重為 相同的程度，所以能夠高效率地使用較少的存儲容量，求出正確的固有振動頻 率。此外，因為不通過高的分辨率在不存在固有振動頻率的振動頻率范圍內(nèi)進(jìn) 行振動頻率解析，所以能夠減低運算部12c進(jìn)行離散傅立葉變換所需要的時 間。
本發(fā)明的控制裝置不限于上述實施方式，只要不脫離本發(fā)明的宗旨可以 進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏?br> 例如，在上述各實施方式中，解析控制部13根據(jù)速度指令的值進(jìn)行振動
頻率解析部12的控制，但是解析控制部13也可以根據(jù)作為控制信號的加速度 指令(轉(zhuǎn)矩指令)的值進(jìn)行振動頻率解析部12的控制。
另外，在上述各實施方式中，帶阻濾波器15配置在速度控制部llb和電 流控制部llc之間，但是帶阻濾波器15也可以配置在電流控制部llc和伺月良 放大器20之間。
另外，帶阻濾波器15也可以配置在速度檢測值Vfb的反饋或者電流檢測 值Jfb的反饋。此時，使用由帶阻濾波器15除去了固有振動頻率的速度檢測 值Vfb或者電流檢測值Jfb生成的控制信號被輸入給伺服電動機21。
另外，在上述各實施方式中，解析控制部13根據(jù)從位置控制部lla輸出 的速度指令控制振動頻率解析部12，但是，解析控制部13也可以根據(jù)速度檢 測值Vfb或者電流4僉測值Jfb的值控制振動頻率解析部12。
另外，在上述第二實施方式中，解析控制部13根據(jù)上位控制裝置30的 控制和速度指令V的值控制振動頻率解析部12，但是解析控制部13也可以僅 根據(jù)上位控制裝置30的控制控制振動頻率解析部12。
僅上述一個實施方式具有的部分全部可以和其他實施方式相互適當(dāng)?shù)乩谩?br> 權(quán)利要求
1.一種控制裝置(10)，具有輸出控制電動機(21)的控制信號的控制部(11a，11b)，抑制包含上述電動機(21)以及由該電動機(21)驅(qū)動的機械的控制對象的固有振動，同時控制該控制對象，該控制裝置(10)的特征在于，具有振動頻率解析部(12)，用于解析在所述控制信號中包含的振動頻率；解析控制部(13)，用于控制所述振動頻率解析部(12)的執(zhí)行或者停止；檢測部(14)，用于根據(jù)所述振動頻率解析部(12)的解析結(jié)果檢測所述控制對象的固有振動頻率；帶阻濾波器(15)，其被輸入所述控制信號，向所述電動機(21)輸出從該控制信號中除去了所述固有振動頻率的成分的控制信號；以及濾波特性設(shè)定部(16)，用于根據(jù)所述檢測部(14)檢測到的所述固有振動頻率，對所述帶阻濾波器(15)設(shè)定除去的振動頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于， 所述控制信號是速度指令或者轉(zhuǎn)矩指令，所述解析控制部(13)根據(jù)所述速度指令或者所述轉(zhuǎn)矩指令的值，進(jìn)行 所述振動頻率解析部(12)的控制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，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 制裝置(30)，在所述上位控制裝置(30)向所述解析控制部(13)輸出了執(zhí)行指令時， 該解析控制部(13)使所述振動頻率解析部(12)執(zhí)行振動頻率解析。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，具有在所述控制信號中加上所述固有振動頻率的成分的固有振動發(fā)生部 (17)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述檢測部(14)從所述解析結(jié)果中的規(guī)定的振動頻率的范圍中檢測所 述固有振動頻率。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述檢測部(14)根據(jù)所述解析結(jié)果，把振動頻率的成分的大小為規(guī)定改變所述規(guī)定的閾值。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于， 具有限制所述控制信號的大小的控制信號限制部(18)， 所述控制信號限制部(18)在所述濾波特性設(shè)定部(16)設(shè)定了所述帶阻濾波器(15)除去的所述振動頻率之后的規(guī)定期間，限制所述控制信號的大 小。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述濾波特性設(shè)定部(16)根據(jù)所述檢測部(14) 一全測到的固有振動頻 率，使所述帶阻濾波器(15)的衰減量變化。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述濾波特性設(shè)定部(16)根據(jù)所述檢測部(14) 一企測到的固有振動頻 率，使所述帶阻濾波器(15)除去的振動頻率的帶寬變化。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于，所述振動頻率解析部(12)具有采樣部(12a)，其以規(guī)定的間隔對所述 控制信號進(jìn)行采樣；存儲部(12b),用于存儲被采樣的所述控制信號；以及運 算部(12c)，用于對所存儲的所述控制信號進(jìn)行離散傅立葉變換，來計算振動 頻率成分，所述控制裝置具有采樣間隔變更部(19)，用于變更所述釆樣部(12a) 進(jìn)行采樣的所述規(guī)定的間隔。
全文摘要
本發(fā)明的控制裝置具有輸出控制伺服電動機的控制信號的控制部，一邊抑制包含電動機以及通過該電動機驅(qū)動的機械的控制對象的固有振動一邊控制該控制對象，具有振動頻率解析部，用于解析在轉(zhuǎn)矩指令中包含的振動頻率的成分；解析控制部，用于控制該振動頻率解析部的執(zhí)行或者停止；檢測部，用于根據(jù)該解析控制部的解析結(jié)果檢測控制對象的固有振動頻率；帶阻濾波器，被輸入轉(zhuǎn)矩指令，經(jīng)由電流控制部以及伺服放大器向電動機輸出從該指令中除去了固有振動頻率成分的指令；以及濾波特性設(shè)定部，用于根據(jù)檢測部檢測到的固有振動頻率，對濾波器設(shè)定除去的振動頻率。
文檔編號G05D19/02GK101339438SQ20081013186
公開日2009年1月7日 申請日期2008年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月2日
發(fā)明者豐澤雪雄, 園田直人, 置田肇 申請人:發(fā)那科株式會社