專利名稱：伺服控制方法及伺服控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用多臺電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)移動物體的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的伺服控制方法及伺服控制裝置。
背景技術(shù)：
已知有利用多臺電動機(jī)來控制被移動物體的位置及速度或轉(zhuǎn)矩的方法(參考日本專利公開平7-1110714號公報(bào))。圖5中示出了用多臺電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)移動物體的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的一個(gè)例子。該進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)利用兩端的電動機(jī)21、22驅(qū)動一個(gè)滾珠絲杠34，使滑鞍36沿導(dǎo)軌30、31移動。滾珠絲杠34受支承軸承33、38的支承，滑鞍36上固定著螺母 35。圖6中示出了用來控制上述進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。該控制系統(tǒng)雖然設(shè)有2臺電動機(jī)，但是位置及速度控制系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)，利用電動機(jī)21的編碼器23進(jìn)行位置反饋及速度反饋，從而進(jìn)行位置及速度控制。編碼器23根據(jù)電動機(jī)21的旋轉(zhuǎn)，輸出用來算出電角度的位置信號。該位置信號將旋轉(zhuǎn)一周分割成例如1/22°，輸出表示電動機(jī)21的轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度的二進(jìn)制數(shù)值。編碼器M也同樣輸出用來算出電角度的位置信號。電動機(jī)21、22使用例如同步電動機(jī)。電動機(jī)并不限于同步電動機(jī)，也可以根據(jù)用途使用直流電動機(jī)。位置反饋生成器沈生成(計(jì)算)每一個(gè)位置控制周期的被驅(qū)動物體移動量。艮口， 位置反饋生成器26將每一個(gè)位置控制周期的來自編碼器23的輸出值的變化量除以編碼器每旋轉(zhuǎn)一周的計(jì)數(shù)值，再乘以編碼器每旋轉(zhuǎn)一周的機(jī)械(被驅(qū)動物體)移動量，將該乘法結(jié)果進(jìn)行累計(jì)，從而得到機(jī)械位置反饋。減法器11從未圖示的主控制部發(fā)送來的位置指令中減去機(jī)械位置反饋，輸出位置誤差。乘法器12將該位置誤差與位置控制增益Kp相乘，將乘法結(jié)果作為速度指令輸出。微分器13對從編碼器23輸出的位置信號進(jìn)行微分，將微分結(jié)果作為速度反饋信號輸出。減法器15從速度指令值中減去速度反饋信號的值，將減法結(jié)果作為速度誤差輸出。速度控制處理部18對速度誤差進(jìn)行例如比例積分運(yùn)算等的速度控制，將控制結(jié)果作為轉(zhuǎn)矩指令輸出。采用數(shù)字采樣方式的控制系統(tǒng)的微分可以用差分來代替。電流控制放大器19將來自編碼器的位置信號轉(zhuǎn)換為電角度，基于該電角度及轉(zhuǎn)矩指令生成電動機(jī)驅(qū)動信號，對電動機(jī)21進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。控制放大器20也進(jìn)行與控制放大器19相同的動作。圖7中示出了上述這種進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩到速度的傳遞函數(shù)的利用仿真求得的結(jié)果，也就是對于速度控制處理部18的輸出信號即轉(zhuǎn)矩指令，微分器13的輸出即速度反饋信號的頻率特性。圖7A示出了滑鞍36位于靠近電動機(jī)21的一端時(shí)的傳遞函數(shù)，圖7B示出了滑鞍 36位于中央附近時(shí)的傳遞函數(shù)，圖7C示出了滑鞍36位于靠近電動機(jī)22的一端時(shí)的傳遞函數(shù)。從圖7A-7C可知，傳遞函數(shù)隨著滑鞍36的位置發(fā)生變化，在靠近電動機(jī)22的圖7C 的情況下，如橢圓25所示，產(chǎn)生了相位在較低的頻率處急劇延遲的部分。通常，當(dāng)相位延遲 180°且增益在OdB以上時(shí)，動作會變得不穩(wěn)定而難以進(jìn)行控制。因此，控制系統(tǒng)的像圖7C 那樣的特性會妨礙速度控制系統(tǒng)的增益提高，從而產(chǎn)生難以充分地提高增益的問題。無法充分地提高增益就意味著無法得到足夠的響應(yīng)速度。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種伺服控制系統(tǒng)，能夠防止因傳遞函數(shù)隨著被驅(qū)動物體的位置而發(fā)生變化導(dǎo)致相位急劇延遲從而變得不穩(wěn)定所引起的難以提高控制增益的現(xiàn)象，能夠穩(wěn)定地提高增益。本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施例提供一種伺服控制方法，適用于用多臺電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)被驅(qū)動物體的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)，該伺服控制方法使用對各電動機(jī)的速度反饋信號進(jìn)行了混合的信號來對所述被驅(qū)動物體進(jìn)行速度控制，將通過所述速度控制得到的轉(zhuǎn)矩指令用于所有電動機(jī)的驅(qū)動。通過該實(shí)施例，能夠防止因傳遞函數(shù)隨著被驅(qū)動物體的位置而發(fā)生變化導(dǎo)致相位急劇延遲從而變得不穩(wěn)定所引起的難以提高增益的現(xiàn)象，能夠穩(wěn)定地提高增益。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下的描述中闡述，并且部分地將從描述中顯而易見，或者可從本發(fā)明的實(shí)踐中獲知。通過下文特別指出的元素和組合，將能認(rèn)識和獲知本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。


包含在此說明書中且構(gòu)成說明書一部分的附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，而且與描述一起用來說明本發(fā)明的原理。圖1是適用第1實(shí)施例的伺服控制方法的裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖2表示以將2個(gè)速度反饋信號相加再除以2的方式求出轉(zhuǎn)矩到速度反饋的傳遞函數(shù)的仿真結(jié)果。圖3表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)例。圖4是表示適用于圖3的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的本發(fā)明伺服控制裝置的第2實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。圖5表示用多臺電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)移動物體的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)例。圖6是表示對圖5的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制的現(xiàn)有的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖7表示使用圖6的控制系統(tǒng)的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩到速度的傳遞函數(shù)的利用仿真求得的結(jié)果。
具體實(shí)施例方式下面，參照

本發(fā)明的伺服控制方法的實(shí)施例。
圖1是適用本發(fā)明的伺服控制方法的裝置的第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。對與以往結(jié)構(gòu)的圖6相同的要素附加同一參考標(biāo)號，并省略對這些要素的詳細(xì)說明。本實(shí)施例的伺服控制裝置也能夠適用于例如圖5那樣的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)。圖1所示的第1實(shí)施例的結(jié)構(gòu)與圖6的結(jié)構(gòu)相比，增加了微分器14和速度反饋混合器17。微分器14對從編碼器M輸出的位置信號進(jìn)行微分，將微分結(jié)果作為速度反饋2 輸出。微分器13對從編碼器23輸出的位置信號進(jìn)行微分，將微分結(jié)果作為速度反饋1輸出。速度反饋混合器17將速度反饋1和速度反饋2混合，輸出速度反饋信號。之后的動作與圖6的相同。在以往的方式中，用于速度控制的速度反饋信號僅僅使用從電動機(jī)21的編碼器 23得到的信號。而本實(shí)施例使用的速度反饋信號則是利用速度反饋混合器17將從電動機(jī) 21、電動機(jī)22的編碼器23、對得到的速度反饋1、2混合后得到的信號。速度反饋混合器17的反饋信號混合方法有多種，最簡單的例子是將2個(gè)速度反饋 1、2的值相加再除以2，使用單純的平均值的方法。除此之外，也可以改變比率來進(jìn)行平均，使比率隨著被驅(qū)動物體的位置而發(fā)生變化等。例如，當(dāng)滑鞍的位置在行程(導(dǎo)軌)中央時(shí)，使速度反饋的混合比為1 1，當(dāng)滑鞍的位置在電動機(jī)1側(cè)的一端時(shí)，使速度反饋的混合比為1 0，當(dāng)滑鞍的位置在電動機(jī)2側(cè)的一端時(shí)，使速度反饋的混合比為0 1，像這樣使混合比連續(xù)地變化。圖2A、2B、2C示出了以將2個(gè)速度反饋信號值相加再除以2的方式求出轉(zhuǎn)矩到速度反饋的傳遞函數(shù)的仿真結(jié)果。圖2A、2B、2C中的任何一個(gè)的位置都沒有相位急劇延遲的情況，具有良好的特性。另外，采用圖1所示的結(jié)構(gòu)來實(shí)際制造裝置，測定傳遞函數(shù)的結(jié)果也能得到與圖2相同的特性。圖3和圖4表示本發(fā)明的第2實(shí)施例。這是使用蝸輪以4臺電動機(jī)對一個(gè)轉(zhuǎn)臺進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的例子。如圖3所示，在轉(zhuǎn)臺40的周邊設(shè)有4個(gè)驅(qū)動部50，該驅(qū)動部50由電動機(jī)43、蝸輪 42和編碼器44構(gòu)成，在轉(zhuǎn)臺40的周圍形成有與蝸輪嚙合的螺紋牙。圖3所示的結(jié)構(gòu)適用于轉(zhuǎn)臺40的質(zhì)量大且難以用1個(gè)驅(qū)動部來進(jìn)行驅(qū)動的情況。如圖4所示，編碼器4 44d的各輸出(用來算出電角度的位置信號)分別提供給控制放大器41a 41d，并且由微分器4 45d進(jìn)行微分，微分結(jié)果提供給速度反饋混合器46。另外編碼器4 的輸出還通過位置反饋生成器沈提供給減法器11。速度反饋混合器46將從4個(gè)微分器4 45d提供的速度反饋信號的例如平均值提供給減法器15。 之后的動作與圖1的實(shí)施例相同。通過上述結(jié)構(gòu)，對于轉(zhuǎn)矩指令的速度反饋的傳遞函數(shù)如圖2所示，在任何一個(gè)位置都沒有相位急劇延遲的現(xiàn)象，具有良好的特性。如上所述，以往的方法會使得控制系統(tǒng)的特性因負(fù)載的狀況(位置)而變得不穩(wěn)定，無法提高增益，而本發(fā)明的方法即使是在這種情況下，不會變得不穩(wěn)定且能進(jìn)一步提高增益，也就是能夠提高響應(yīng)速度。盡管以上描述了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，但這些實(shí)施例僅僅是示例而非限定給出的。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解其中可在形式和細(xì)節(jié)上作各種改變而不背離本發(fā)明的精神和范圍。落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有改變和修改均由所附權(quán)利要求或等同范圍涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種伺服控制方法，適用于用多臺電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)被驅(qū)動物體的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括以下步驟使用對各電動機(jī)的速度反饋信號進(jìn)行了混合的信號，對所述被驅(qū)動物體進(jìn)行速度控制，將通過所述速度控制得到的轉(zhuǎn)矩指令值用于所有電動機(jī)的驅(qū)動。
2.如權(quán)利要求1所述的伺服控制方法，其特征在于， 所述被驅(qū)動物體被所述多臺電動機(jī)線性驅(qū)動。
3.如權(quán)利要求1所述的伺服控制方法，其特征在于， 所述被驅(qū)動物體被所述多臺電動機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
4.一種伺服控制裝置，適用于用第一和第二電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)被驅(qū)動物體的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括第一微分器，該第一微分器對所述第一電動機(jī)的用來算出電角度的第一位置信號進(jìn)行微分，輸出第一反饋信號；第二微分器，該第二微分器對所述第二電動機(jī)的用來算出電角度的第二位置信號進(jìn)行微分，輸出第二反饋信號；混合器，該混合器將所述第一和第二反饋信號混合，輸出第三反饋信號；速度控制器，該速度控制器使用所述第三反饋信號進(jìn)行速度控制，輸出轉(zhuǎn)矩指令值；以及第一和第二電流控制器，該第一和第二電流控制器使用所述轉(zhuǎn)矩指令值驅(qū)動所述第一和第二電動機(jī)。
5.如權(quán)利要求4所述的伺服控制裝置，其特征在于， 所述被驅(qū)動物體被所述第一和第二電動機(jī)線性驅(qū)動。
6.如權(quán)利要求4所述的伺服控制裝置，其特征在于， 所述被驅(qū)動物體被所述第一和第二電動機(jī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。
7.一種伺服控制裝置，適用于用第一和第二電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)被驅(qū)動物體的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括第一微分單元，該第一微分單元對所述第一電動機(jī)的用來算出電角度的第一位置信號進(jìn)行微分，輸出第一反饋信號；第二微分單元，該第二微分單元對所述第二電動機(jī)的用來算出電角度的第二位置信號進(jìn)行微分，輸出第二反饋信號；混合單元，該混合單元將所述第一和第二反饋信號混合，輸出第三反饋信號； 速度控制單元，該速度控制單元使用所述第三反饋信號進(jìn)行速度控制，輸出轉(zhuǎn)矩指令值；以及第一和第二電流控制單元，該第一和第二電流控制單元使用所述轉(zhuǎn)矩指令值驅(qū)動所述第一和第二電動機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種伺服控制方法及伺服控制裝置。本發(fā)明的1個(gè)實(shí)施例的方法是適用于用多臺電動機(jī)驅(qū)動一個(gè)被驅(qū)動物體的進(jìn)給驅(qū)動機(jī)構(gòu)的伺服控制方法，使用對各電動機(jī)的速度反饋進(jìn)行了混合的信號，對所述被驅(qū)動物體進(jìn)行速度控制，將通過所述速度控制得到的轉(zhuǎn)矩指令值用于所有電動機(jī)的驅(qū)動。通過該實(shí)施例，提供一種伺服控制系統(tǒng)，能夠防止因傳遞函數(shù)隨著被驅(qū)動物體的位置而發(fā)生變化導(dǎo)致相位急劇延遲從而變得不穩(wěn)定所引起的難以提高增益的現(xiàn)象。
文檔編號G05D13/62GK102207738SQ201110086879
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者藤田純 申請人:東芝機(jī)械株式會社