伺服控制裝置及伺服控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種伺服控制裝置及伺服控制方法。本發(fā)明的伺服控制裝置(20)具備：位置反饋部(21)，其針對各X軸、Y軸及Z軸進(jìn)行用于使被驅(qū)動部的位置與位置指令相一致的位置反饋控制；及速度前饋部(22)，其針對每個軸進(jìn)行用于補(bǔ)償基于位置反饋控制的對被驅(qū)動部的位置控制的延遲的速度前饋控制。并且，當(dāng)速度前饋控制設(shè)為停止時，伺服控制裝置(20)將每個軸的位置環(huán)增益設(shè)為預(yù)先設(shè)定的相同值；當(dāng)由速度前饋部(22)進(jìn)行的速度前饋控制設(shè)為開啟時，伺服控制裝置(20)將由位置反饋控制引起的位置環(huán)增益設(shè)為與每個軸對應(yīng)的最佳增益。
【專利說明】伺服控制裝置及伺服控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種伺服控制裝置及伺服控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]例如，在機(jī)床等中使用的伺服控制裝置中，為了提高被移動的被驅(qū)動部的位置控制的精確度，提出有各種控制方法。
[0003]例如，在專利文獻(xiàn)I中，記載有如下控制裝置，即，能夠抑制位置控制時的超速及過沖并能夠縮短定位時間，并作為即使在控制響應(yīng)較低的情況下也進(jìn)行穩(wěn)定的控制的控制裝置，在動作時根據(jù)模型速度的多項式連續(xù)地改變位置控制增益。
[0004]以往技術(shù)文獻(xiàn)
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本專利公開2006-79526號公報。
[0007]發(fā)明的概要
[0008]發(fā)明要解決的技術(shù)課題
[0009]在此，以往在具有兩個以上軸的機(jī)床中，位置反饋控制中所使用的反饋增益(位置環(huán)增益)在各個軸上被設(shè)定為相同值。其理由如下:若各個軸的反饋增益不同，則如圖9所示被驅(qū)動部移動時的位置偏差失衡，并且在實際機(jī)械軌跡與通過位置指令顯示的軌跡之間產(chǎn)生誤差。
[0010]然而，在各個軸上被設(shè)為相同的反饋增益例如以機(jī)械剛性最弱的軸為基準(zhǔn)而定。因此，若以相同的反饋增益進(jìn)行反饋控制，則各個軸的位置控制未必一定成為最佳的響應(yīng)。
[0011]本發(fā)明是鑒于該種情況而進(jìn)行的，其目的在于提供一種在為了控制被驅(qū)動部的位置而具有多個軸的裝置中，能夠以最佳的響應(yīng)進(jìn)行各個軸的位置控制的伺服控制裝置及伺服控制方法。
[0012]用于解決技術(shù)課題的手段
[0013]為了解決上述課題，本發(fā)明的伺服控制裝置及伺服控制方法采用以下機(jī)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明的第一方式所涉及的伺服控制裝置，其設(shè)置在多個軸的每一個軸上，并適用于數(shù)值控制設(shè)備，該數(shù)值控制設(shè)備具備:將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的螺紋進(jìn)給部；通過所述螺紋進(jìn)給部被直線移動的被驅(qū)動部；及支承所述螺紋進(jìn)給部及所述被驅(qū)動部的支承體，該伺服控制裝置對馬達(dá)進(jìn)行控制，以使所述被驅(qū)動部的位置與位置指令相一致，其中，所述伺服控制裝置具備:反饋部，針對每個軸進(jìn)行用于使所述被驅(qū)動部的位置與所述位置指令相一致的反饋控制；及前饋部，針對每個軸進(jìn)行用于補(bǔ)償基于所述反饋控制的對所述被驅(qū)動部的位置控制的延遲的前饋控制，當(dāng)所述前饋控制設(shè)為停止時，將所述每個軸的所述反饋增益設(shè)為預(yù)先設(shè)定的相同值；當(dāng)由所述前饋部進(jìn)行的所述前饋控制設(shè)為開啟時，將由所述反饋控制引起的反饋增益設(shè)為與所述每個軸對應(yīng)的預(yù)定值。
[0015]本發(fā)明的第一方式所涉及的伺服控制裝置設(shè)置于多個軸的每一個軸上，并適用于數(shù)值控制設(shè)備，該數(shù)值控制設(shè)備具備:將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的螺紋進(jìn)給部；通過螺紋進(jìn)給部被直線移動的被驅(qū)動部；及支承螺紋進(jìn)給部及被驅(qū)動部的支承體，該伺服控制裝置對馬達(dá)進(jìn)行控制，以使被驅(qū)動部的位置與位置指令相一致。
[0016]并且，通過反饋部針對多個軸的每一個軸進(jìn)行用于使被驅(qū)動部的位置與位置指令相一致的反饋控制。并且，通過前饋部針對多個軸的每個軸進(jìn)行用于補(bǔ)償基于反饋控制的對被驅(qū)動部的位置控制的延遲的前饋控制。
[0017]而且，當(dāng)前饋控制設(shè)為停止時，每個軸的反饋增益設(shè)為預(yù)先設(shè)定的相同值；當(dāng)前饋控制設(shè)為開啟時，由反饋控制引起的反饋增益設(shè)為對應(yīng)于每個軸的預(yù)定值。
[0018]在各個軸上預(yù)先設(shè)定為相同的反饋增益例如以機(jī)械剛性最弱的軸為基準(zhǔn)而定。因此，若以相同的反饋增益進(jìn)行反饋控制，則各個軸的位置控制未必一定成為最佳的響應(yīng)。
[0019]然而，通過前饋控制補(bǔ)償各個軸上的反饋控制的延遲，因此，即使不使每個軸的反饋增益設(shè)為相同，也能夠抑制各個軸的位置控制的延遲。因此，當(dāng)進(jìn)行前饋控制時，通過將各個軸的反饋增益設(shè)為與每個軸對應(yīng)的值，從而伺服控制裝置在各個軸的位置控制上不會產(chǎn)生延遲，而能夠以最佳的響應(yīng)進(jìn)行各個軸的位置控制。
[0020]如此，在為了控制被驅(qū)動部的位置而具有多個軸的裝置中，本發(fā)明的第一方式所涉及的伺服控制裝置能夠以最佳的響應(yīng)進(jìn)行各個軸的位置控制。
[0021]上述第一方式中，優(yōu)選設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，S卩，當(dāng)由所述前饋控制引起的前饋增益的設(shè)定值在各個軸上均相同時和該設(shè)定值在一個以上的所述軸上不同時所述預(yù)定值設(shè)定為不同值。
[0022]當(dāng)前饋增益的設(shè)定值在各個軸上均相同時，能夠抑制每個軸的被驅(qū)動部的移動量上產(chǎn)生差異。另一方面，當(dāng)前饋增益的設(shè)定值在一個以上的軸上不同時，各個軸的前饋增益失衡。若各個軸的前饋增益失衡，則每個軸的被驅(qū)動部的移動量上產(chǎn)生差異，并且無法對被驅(qū)動部進(jìn)行高精度的位置控制。
[0023]因此，根據(jù)本結(jié)構(gòu)，當(dāng)前饋控制設(shè)為停止時，前饋增益的設(shè)定值在各個軸上均相同時和該設(shè)定值在一個以上的軸上不同時設(shè)定為不同的值，因此能夠以進(jìn)一步最佳的響應(yīng)進(jìn)行各個軸的位置控制。
[0024]上述第一方式中，優(yōu)選設(shè)定為如下結(jié)構(gòu)，S卩，當(dāng)由所述前饋控制引起的前饋增益的設(shè)定值在各個軸上相同時，所述預(yù)定值設(shè)為對應(yīng)于所述軸的機(jī)械剛性且針對所述每個軸設(shè)定的值。
[0025]一般來講軸的機(jī)械剛性在每個軸上都有所不同。因此，根據(jù)本結(jié)構(gòu)，當(dāng)前饋控制設(shè)為開啟時，通過將前饋增益設(shè)為對應(yīng)于所述軸的機(jī)械剛性且針對每個軸設(shè)定的值，能夠以進(jìn)一步最佳的響應(yīng)進(jìn)行各個軸的位置控制。
[0026]上述第一方式中，優(yōu)選設(shè)為如下結(jié)構(gòu)，S卩，當(dāng)由所述前饋控制引起的前饋增益的設(shè)定值在一個以上的所述軸上不同時，所述預(yù)定值設(shè)為相對于所述被驅(qū)動部的所述位置指令與所述被驅(qū)動部的實際位置之間的偏差在各個所述軸上相同的值。
[0027]根據(jù)本結(jié)構(gòu)，在各個軸上將對被驅(qū)動部的位置指令與被驅(qū)動部的實際位置之間的偏差設(shè)為相同，因此，能夠消除前饋增益的不平衡，并能夠抑制通過對被驅(qū)動部的位置指令顯示的軌道與實際軌道之間的誤差的產(chǎn)生。
[0028]本發(fā)明的第二方式所涉及的伺服控制方法，基于一種伺服控制裝置，該伺服控制裝置設(shè)置在多個軸的每一個軸上，并適用于數(shù)值控制設(shè)備，該數(shù)值控制設(shè)備具備:將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的螺紋進(jìn)給部；通過所述螺紋進(jìn)給部被直線移動的被驅(qū)動部；及支承所述螺紋進(jìn)給部及所述被驅(qū)動部的支承體，為了對所述馬達(dá)進(jìn)行控制以使所述被驅(qū)動部的位置與位置指令相一致，所述伺服控制裝置具備:反饋部，針對所述每個軸進(jìn)行用于使所述被驅(qū)動部的位置與所述位置指令相一致的反饋控制；及前饋部，針對所述每個軸進(jìn)行用于補(bǔ)償基于所述反饋控制的對所述被驅(qū)動部的位置控制的延遲的前饋控制，其中，所述伺服控制方法包括:第I工序，當(dāng)所述前饋控制設(shè)為停止時，將所述每個軸的所述前饋增益設(shè)為預(yù)先設(shè)定的相同值，并進(jìn)行反饋控制；及第2工序，當(dāng)由所述前饋部進(jìn)行的所述前饋控制設(shè)為開啟時，將所述反饋控制引起的反饋增益設(shè)為與所述每個軸對應(yīng)的預(yù)定值，并進(jìn)行前饋控制。
[0029]發(fā)明效果
[0030]根據(jù)本發(fā)明，在為了控制被驅(qū)動部的位置而具有多個軸的裝置中，具有能夠以最佳的響應(yīng)進(jìn)行各個軸的位置控制的優(yōu)異的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是表示適用本發(fā)明的第I實施方式所涉及的伺服控制裝置的機(jī)床的概略結(jié)構(gòu)的圖。
[0032]圖2是表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的伺服控制裝置的控制對象設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)的圖。
[0033]圖3表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的伺服控制裝置的框圖。
[0034]圖4表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的速度前饋部的框圖。
[0035]圖5是表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的伺服控制處理的流程的流程圖。
[0036]圖6是表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的被驅(qū)動部的移動方向反轉(zhuǎn)時的軌道誤差的圖表。
[0037]圖7表示本發(fā)明的第2實施方式所涉及的伺服控制裝置的框圖。
[0038]圖8是表示本發(fā)明的伺服控制處理的步驟S104中在本第2實施方式所涉及的在增益轉(zhuǎn)換部進(jìn)行的處理的流程的流程圖。
[0039]圖9是用以說明以往技術(shù)的圖。

【具體實施方式】
[0040]以下，關(guān)于本發(fā)明所涉及的伺服控制裝置及伺服控制方法的一實施方式，參考附圖對將本發(fā)明適用于機(jī)床(數(shù)值控制設(shè)備)時的實施方式進(jìn)行說明。
[0041][第I實施方式]
[0042]圖1是表示本發(fā)明的第I實施方式所涉及的機(jī)床50的概略結(jié)構(gòu)的圖。如圖1所示，機(jī)床50具備:床身I ;及配置于床身I上且沿X軸方向可移動的被驅(qū)動部即工作臺2。并且，以橫跨工作臺2的方式配置有門型立柱3。立柱3上，沿Y軸方向安裝有橫軌4，通過使被驅(qū)動部即鞍座5在橫軌4上移動，能夠使鞍座5沿著Y軸方向移動。鞍座5具備能夠沿Z軸方向移動的被驅(qū)動部即滑塊6?；瑝K6的前端安裝有進(jìn)行切削加工等的機(jī)械前端。本第I實施方式的目的在于對鞍座5的位置進(jìn)行控制以使該滑塊6的Y軸方向上的機(jī)械前端的位置與通過位置指令Θ顯示的位置相一致。
[0043]圖2中顯示本第I實施方式所涉及的伺服控制裝置20的控制對象設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)。另外，圖2所示的伺服控制裝置20作為一個例子，其為用于使鞍座5沿著Y軸方向移動的伺服控制裝置(Y軸伺服控制裝置)。因此，機(jī)床50還具備用于使工作臺2沿著軸X軸方向移動的伺服控制裝置(X軸伺服控制裝置)及用于使滑塊6沿著Z軸方向移動的伺服控制裝置(Z軸伺服控制裝置)。該些伺服機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)與圖2所示的結(jié)構(gòu)相同。
[0044]如圖2所示，控制對象設(shè)備為如下機(jī)構(gòu)，即通過由滾珠絲杠螺母10及滾珠絲杠軸11構(gòu)成的滾珠絲杠進(jìn)給部(螺紋進(jìn)給部)9將馬達(dá)12的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動，并且使負(fù)荷即鞍座5直線移動(沿Y軸方向移動)的機(jī)床50的滾珠絲杠驅(qū)動機(jī)構(gòu)。馬達(dá)12中配置有檢測馬達(dá)速度ωΜ并進(jìn)行輸出的馬達(dá)編碼器13。線性標(biāo)尺14檢測顯示鞍座5的位置的負(fù)荷位置Θ ^并進(jìn)行輸出。在滾珠絲杠驅(qū)動機(jī)構(gòu)中，若馬達(dá)12進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動而滾珠絲杠軸11進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，則滾珠絲杠螺母10及固定連接于此的鞍座5進(jìn)行直線移動。
[0045]另外，圖2所示的伺服控制裝置20 (Y軸伺服控制裝置)對鞍座5的位置進(jìn)行控制，以使安裝于滑塊6的機(jī)械前端與通過Y軸方向的位置指令θγ顯示的位置相一致。同樣地，X軸伺服控制裝置對工作臺2的位置進(jìn)行控制，以使工作臺2的預(yù)定位置與通過X軸方向的位置指令θχ顯示的位置相一致。并且，Z軸伺服控制裝置對滑塊6的位置進(jìn)行控制，以使安裝于滑塊6的機(jī)械前端與通過Z軸方向的位置指令θ ζ顯示的位置相一致。
[0046]圖3表示本第I實施方式所涉及的伺服控制裝置20的框圖。另外，圖3作為一個例子，表示Y軸伺服控制裝置的框圖，而X軸伺服控制裝置及Z軸伺服控制裝置也為同樣的結(jié)構(gòu)。
[0047]如圖3所示，伺服控制裝置20具有位置反饋部21、速度前饋部22、減法運(yùn)算部23、比例積分運(yùn)算部24、切換部25及增益變更部26。
[0048]位置反饋部21進(jìn)行用于使鞍座5的位置與位置指令Θ (位置指令θ γ)相一致的位置反饋控制。位置反饋部21具備減法運(yùn)算部27及乘法運(yùn)算部28。
[0049]減法運(yùn)算部27輸出位置指令Θ與負(fù)荷位置Θ ^的偏差即位置偏差Λ Θ。乘法運(yùn)算部28將位置偏差△ Θ與反饋增益(以下稱為“位置環(huán)增益”)相乘并將偏差速度AV輸出到減法運(yùn)算部23。另外，將與X軸對應(yīng)的位置環(huán)增益設(shè)為Kpx ;與Y軸對應(yīng)的位置環(huán)增益設(shè)為Kpy ;與Z軸對應(yīng)的位置環(huán)增益設(shè)為ΚΡΖ。
[0050]速度前饋部22進(jìn)行用于補(bǔ)償基于位置反饋控制的對鞍座5的位置控制的延遲的速度前饋控制。
[0051]如圖4所示，速度前饋部22具備:對位置指令Θ進(jìn)行I次微分的I次微分項運(yùn)算部30-1 ;對位置指令Θ進(jìn)行2次微分的2次微分項運(yùn)算部30-2 ;對位置指令Θ進(jìn)行3次微分的3次微分項運(yùn)算部30-3 ;及對位置指令Θ進(jìn)行4次微分的4次微分項運(yùn)算部30-4。而且，速度前饋部22具備:將I次微分項與I次微分前饋增益(aY1)相乘的乘法運(yùn)算部31-1 ；將2次微分項與2次微分前饋增益(aY2)相乘的乘法運(yùn)算部31-2 ;將3次微分項與3次微分前饋增益(aY3)相乘的乘法運(yùn)算部31-3 ;將4次微分項與4次微分前饋增益(aY4)相乘的乘法運(yùn)算部31-4 ;加法運(yùn)算部32 ;及速度環(huán)補(bǔ)償部33。圖4中，s為拉普拉斯算子(微分算子)。另外，本第I實施方式中，在各個軸上I次微分前饋增益至4次微分前饋增益采用相同的值。
[0052]上述I次微分前饋增益至4次微分前饋增益設(shè)定為機(jī)械類模型中的轉(zhuǎn)矩及速度的逆特性模型的傳遞函數(shù)。并且，上述速度環(huán)補(bǔ)償部33的傳遞函數(shù)使用位置增益Kp及積分時間常數(shù)Tv，并表示為{KP/(l+Tvs)}。
[0053]速度前饋部22中，若輸入位置指令Θ，則被乘以I次微分前饋增益的I次微分項、被乘以2次微分前饋增益的2次微分項、被乘以3次微分前饋增益的3次微分項、及被乘以
4次微分前饋增益的4次微分項分別被輸入到加法運(yùn)算部32。由此，被加以不同的微分系數(shù)值并賦予速度環(huán)補(bǔ)償部33。在速度環(huán)補(bǔ)償部33中，將實施由上述傳遞函數(shù)表示的位置補(bǔ)償而得到的補(bǔ)償速度V輸出到加法運(yùn)算部23。補(bǔ)償速度V’為補(bǔ)償馬達(dá)12及鞍座5的“歪斜”、“撓曲”、“粘性”這樣的誤差因素(延遲因素)的速度。
[0054]減法運(yùn)算部23輸出偏差速度AV加以從速度前饋部22輸出的補(bǔ)償速度V’所得的值減去馬達(dá)速度ωΜ得到的指令速度V，并輸出到比例積分運(yùn)算部24。
[0055]比例積分運(yùn)算部24比例積分運(yùn)算指令速度V并輸出指令轉(zhuǎn)矩τ。比例積分運(yùn)算部24中使用速度環(huán)增益Kv、積分時間常數(shù)Tv及轉(zhuǎn)矩定數(shù)Kt，進(jìn)行如τ = VKT{Kv(l+(l/Tvs))}這樣的運(yùn)算，而求得指令轉(zhuǎn)矩τ。
[0056]該指令轉(zhuǎn)矩τ賦予圖2所示的控制對象設(shè)備上，按照該指令轉(zhuǎn)矩τ進(jìn)行各個部的控制。例如，馬達(dá)12通過從電流控制器(圖示省略)供給到與指令轉(zhuǎn)矩τ對應(yīng)的電流來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動。此時，雖省略圖示，但是對電流進(jìn)行前饋控制，以使電流值成為與指令轉(zhuǎn)矩τ對應(yīng)的值。馬達(dá)12的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過滾珠絲杠進(jìn)給部9轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動。其結(jié)果，與滾珠絲杠進(jìn)給部9螺合的滾珠絲杠螺母10與固定于滾珠絲杠螺母10的鞍座5 —同移動，且鞍座5向通過位置指令θγ顯示的位置移動。
[0057]切換部25切換速度前饋部22的速度前饋控制的開啟與停止。
[0058]當(dāng)速度前饋控制被切換部25切換為停止時，增益變更部26將每個軸的位置環(huán)增益設(shè)為預(yù)先設(shè)定的相同值(以下稱為“共用增益”)；當(dāng)速度前饋控制被切換部25切換為開啟時，增益變更部26將由位置反饋控制引起的位置環(huán)增益設(shè)為與每個軸對應(yīng)的預(yù)定值(以下稱為“最佳增益”)。另外，增益變更部26具備存儲最佳增益與共用增益的存儲部。
[0059]共用增益設(shè)為以X軸、Y軸及Z軸中機(jī)械剛性最弱的軸為基準(zhǔn)的值。因此，在共用增益中，各個軸的位置環(huán)增益未必一定為最佳值。
[0060]另一方面，最佳增益被預(yù)先設(shè)定為如下，即，與軸的機(jī)械剛性對應(yīng)且在X軸、Y軸及Z軸的每一個軸上能夠獲得最佳的位置環(huán)響應(yīng)。例如，由于在X軸上有重量物即工作臺2進(jìn)行移動，因此若加大增益則容易產(chǎn)生擺動，因此，X軸的最佳增益小于其他軸。并且，由于在Z軸上有較輕量的滑塊6進(jìn)行移動且Z軸為相對于被載置于工作臺2上的被加工物沿上下方向移動的方向，因此，優(yōu)選獲得比較高的增益，并且Z軸的最佳增益大于其他軸。
[0061]另外，伺服控制裝置20 例如由 CPU (Central Processing Unit)、RAM (RandomAccess Memory)、及能夠讀取計算機(jī)的記錄介質(zhì)等構(gòu)成。并且,用于實現(xiàn)各種控制所涉及的功能的一系列的處理作為一個例子以程序的形式被記錄于記錄介質(zhì)等中，并且CUP在RAM等中讀取該程序，并執(zhí)行信息加工、運(yùn)算處理，由此實現(xiàn)各種控制。
[0062]并且，每個軸上均設(shè)置有速度前饋部22、位置反饋部21、減法運(yùn)算部23及比例積分運(yùn)算部24，而切換部25及增益變更部26也可以設(shè)置成各個軸共用。
[0063]接著，利用圖5所示的流程圖對本第I實施方式所涉及的伺服控制裝置20中所實施的處理(以下稱為“伺服控制處理”)進(jìn)行說明。而且，伺服控制處理與機(jī)床50的動作的開始一同開始，并與機(jī)床50的動作的結(jié)束一同結(jié)束。
[0064]首先，步驟SlOO中，基于位置前饋控制開始對各個軸進(jìn)行位置控制。此時，位置環(huán)增益被設(shè)為共用增益，而速度前饋控制尚未開始。
[0065]在下一個步驟S102中，切換部25判定速度前饋控制是否做出開啟指令，若判定為肯定則向步驟S104過渡；若判定為否定則繼續(xù)進(jìn)行僅基于位置反饋控制的控制，而不會向步驟S104過渡。
[0066]另外，速度前饋控制做出開啟指令是指例如對載置于工作臺2上的被加工物進(jìn)行基于滑塊6的加工的情況等。
[0067]步驟S104中，位置環(huán)增益被改變且開始進(jìn)行速度前饋控制。具體而言，切換部25向增益變更部26輸出改變位置環(huán)增益的增益變更指令，并且向速度前饋部22輸出用于開始進(jìn)行速度前饋控制的FF控制開始指令。
[0068]若輸出增益變更指令，增益變更部26則將各個軸的位置環(huán)增益從共用增益變更為最佳增益。
[0069]若輸入FF控制開始指令，速度前饋部22則開始進(jìn)行速度前饋控制。
[0070]由此，機(jī)床50開始基于位置反饋控制及速度前饋控制的控制。通過速度前饋控制補(bǔ)償各個軸的位置反饋控制的延遲，因此，即使不將每個軸的位置環(huán)增益設(shè)為相同也能夠抑制各個軸的位置控制的延遲。因此，當(dāng)進(jìn)行速度前饋控制時，伺服控制裝置20通過將各個軸的位置環(huán)增益設(shè)為與每個軸對應(yīng)的最佳增益，在針對各個軸進(jìn)行位置控制時不會產(chǎn)生延遲，而能夠以最佳的響應(yīng)進(jìn)行各個軸的位置控制。
[0071]在下一個步驟S106中，切換部25判定速度前饋控制是否做出停止指令，若判定為肯定則向步驟S108過渡，若判定為否定則繼續(xù)進(jìn)行基于位置反饋控制及速度前饋控制的控制，而不會向步驟S108過渡。
[0072]在步驟S108中，位置環(huán)增益從最佳增益變更為共用增益且速度前饋控制結(jié)束后，返回步驟S102，并重復(fù)進(jìn)行從步驟S102至步驟S108的處理直到機(jī)床50結(jié)束動作為止。
[0073]并且，當(dāng)被驅(qū)動部即工作臺2、鞍座5及滑塊6在各個軸上以反轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行移動時，位置環(huán)增益被設(shè)為最佳增益時的效果顯著。
[0074]圖6是表示通過被驅(qū)動部的移動方向反轉(zhuǎn)時的由位置指令顯示的軌道與實際軌道之間的誤差(以下稱為“軌道誤差”)的圖表。圖6中作為一個例子顯示XZ平面上的軌道誤差，被雙點(diǎn)劃線的圓包圍的區(qū)域為移動方向反轉(zhuǎn)時的軌道誤差。圖6中的下圖是表示在被上述圓包圍的區(qū)域內(nèi)的被驅(qū)動部即工作臺2的位置(實線)及經(jīng)由軸表示使工作臺2移動的馬達(dá)12的位置(虛線)的時間變化的圖表，該圖表顯示原來移動方向反轉(zhuǎn)也應(yīng)追蹤馬達(dá)12的位置的工作臺2的位置未能進(jìn)行追蹤而產(chǎn)生了延遲(由虛線表示的圓內(nèi))。
[0075]如此，當(dāng)被驅(qū)動部的移動方向反轉(zhuǎn)時，由于摩擦等的影響，有時對被驅(qū)動部的位置控制上會產(chǎn)生延遲。然而，由于位置環(huán)增益被設(shè)為最佳增益，因此能夠抑制對被驅(qū)動部的位置控制的延遲。
[0076]如以上說明，本第I實施方式所涉及的伺服控制裝置20具備:位置反饋部21，針對各X軸、Y軸及Z軸進(jìn)行用于使被驅(qū)動部的位置與位置指令相一致的位置反饋控制；及速度前饋部22，針對每個軸進(jìn)行用于補(bǔ)償基于位置前饋控制的對被驅(qū)動部的位置控制的延遲的速度反饋控制。并且，當(dāng)速度前饋控制設(shè)為停止時，伺服控制裝置20將每個軸的位置環(huán)增益設(shè)為預(yù)先設(shè)定的相同值；當(dāng)由速度前饋部22進(jìn)行的速度前饋控制設(shè)為開啟時，伺服控制裝置20將由位置反饋控制引起的位置環(huán)增益設(shè)為與每個軸對應(yīng)的最佳增益。
[0077]因此，在為了對被驅(qū)動部的位置進(jìn)行控制而具有多個軸的機(jī)床50中，本第I實施方式所涉及的伺服控制裝置20能夠以最佳的響應(yīng)進(jìn)行各個軸的位置控制。
[0078]并且，本第I實施方式所涉及的伺服控制裝置20將最佳增益設(shè)為對應(yīng)于軸的機(jī)械剛性且針對每個軸而設(shè)定的值，因此能夠以進(jìn)一步最佳的響應(yīng)進(jìn)行各個軸的位置控制。
[0079][第2實施方式]
[0080]以下，對本發(fā)明的第2實施方式進(jìn)行說明。
[0081]另外，本第2實施方式所涉及的機(jī)床50的結(jié)構(gòu)與圖1及圖2所示的第I實施方式所涉及的機(jī)床50的結(jié)構(gòu)相同，因此省略說明。
[0082]圖7是表示本第2實施方式所涉及的伺服控制裝置20的框圖。另外，對圖7中與圖3相同結(jié)構(gòu)的部分標(biāo)注與圖3相同的符號而省略其說明。
[0083]本第2實施方式所涉及的前饋增益的設(shè)定值設(shè)為可變。當(dāng)前饋增益的設(shè)定值在一個以上的軸上不同時，各個軸的前饋增益失衡。若各個軸的前饋增益不平衡，則每個軸的被驅(qū)動部的移動量上產(chǎn)生差異，從而無法對被驅(qū)動部進(jìn)行高精度的位置控制。
[0084]另外，此處所說的前饋增益可以為代表性的前饋增益(例如，用于計算速度補(bǔ)償值的I次微分前饋增益)，也可以為速度前饋控制中使用的多個前饋增益的總和。
[0085]當(dāng)前饋增益的設(shè)定值在一個以上的軸上不同時，增益變更部26’將各個軸的位置反饋增益設(shè)為如下值，即，與被驅(qū)動部對應(yīng)的位置指令與被驅(qū)動部的實際位置的偏差(位置偏差Δ Θ)在各個軸上成為相同的值。
[0086]對本第2實施方式所涉及的增益變更部26’進(jìn)行具體說明。
[0087]將X軸、Y軸及Z軸的I次微分前饋增益分別設(shè)為axl、aY1及azl。有時會有如欲緩解由被驅(qū)動部的速度發(fā)生變化而引起的沖擊這種無法100%使用I次微分前饋增益的情況。
[0088]此種情況下，將考慮到X軸、Y軸及Z軸的I次微分前饋增益的權(quán)重(O?100% )的I次微分前饋增益分別設(shè)為PX1、Pyi及PZ1。
[0089]以下，以X軸為代表進(jìn)行說明。
[0090]針對各個軸賦予相同值作為指令速度V，則由I次的速度前饋控制進(jìn)行補(bǔ)償?shù)乃俣戎噶頕Fxi用下述式(I)表示。
[0091][數(shù)式I]
[0092]FFxi = V.pxl…(I)
[0093]另一方面，未能由I次的速度前饋控制進(jìn)行補(bǔ)償?shù)乃俣戎噶頥通過位置反饋控制被補(bǔ)償，因此，用下述式(2)表示。另外，下述式(2)中的DLx為乂軸的被驅(qū)動部即工作臺2的位置偏差Δ Θ。
[0094][數(shù)式2]
[0095](1-FFxi) = DLx.Kpx...(2)
[0096]由上述式(I)、⑵導(dǎo)出下述式(3)。
[0097][數(shù)式3]

I 一 n
[0098]DLx = V * _-H- …(3)

K ρχ
[0099]并且，對各X軸、Y軸及Z軸賦予相同的速度指令V時，為了使各個軸的位置偏差成為相同，導(dǎo)出下述式(4)。式(4)中，由前饋增益的上限值減去設(shè)定值所得的值(式(4)的分子)與位置環(huán)增益的設(shè)定值(式(4)的分母)之比在各個軸上相同。
[0100][數(shù)式4]
[0101]1......1 Al=…⑷
K ρχ KPf K ρ2
[0102]增益變更部26’根據(jù)式(4)計算位置環(huán)增益的最佳增益。例如，將X軸的I次微分前饋增益設(shè)為Pxi = 80% ;將Y軸的I次微分前饋增益設(shè)為Pyi = 70%時，由上述式(4)導(dǎo)出下述式(5)。
[0103][數(shù)式5]

2
[0104]Kρχ ~ —KPY...( 5 )
[0105]另外，為了使式(5)成立，可將X軸的最佳增益設(shè)為Y軸的位置環(huán)增益Kpy的3分之2，也可將Y軸的最佳增益設(shè)為X軸的位置環(huán)增益Kpx的2分之3。因此，增益變更部26’在不超過各個軸的位置環(huán)增益的最大值的范圍內(nèi)，以使各個軸的位置環(huán)增益成為最大的方式設(shè)定最佳增益。
[0106]圖8是表示伺服控制處理的步驟S104中本第2實施方式所涉及的在增益變更部26’進(jìn)行的處理的流程的流程圖。
[0107]首先，步驟S200中，判定各個軸的前饋增益是否相同，若判定為肯定則向步驟S202過渡，若判定為否定則向步驟S204過渡。例如，步驟S200中判定所有的I次微分前饋增益axl、aY1及azl是否全部相同。相同的情況是指例如不限于I次微分增益的權(quán)重pxl、pY1及Pzi設(shè)為100%的情況，即使其小于100%，只要相同即可。
[0108]在步驟S202中，針對每個軸，將各個軸上的最大位置環(huán)增益即第I實施方式所涉及的最佳增益作為位置環(huán)增益而設(shè)定。
[0109]在步驟S204中，判定X軸的位置環(huán)增益的最大值Kpxm是否大于Y軸及Z軸的位置環(huán)增益的最大值KPYM、Kpzm，若判定為肯定則向步驟S206過渡，若判定為否定則向步驟S216過渡。
[0110]在步驟S206中，將X軸的位置環(huán)增益設(shè)為Kpx = Kpxm，并且根據(jù)式(4)計算Y軸的位置環(huán)增益Kpy及Z軸的位置環(huán)增益ΚΡΖ。
[0111]在下一個步驟S208中，判定在步驟S206中計算出的Y軸的位置環(huán)增益Kpy是否大于最大值Kpym，若判定為肯定則向步驟S210過渡，若判定為否定則向步驟S212過渡。
[0112]在步驟S210中，將Y軸的位置環(huán)增益設(shè)為Kpy = Kpym,并且根據(jù)式(4)計算X軸的位置環(huán)增益Kpx及Z軸的位置環(huán)增益ΚΡΖ。
[0113]在下一個步驟S212中，判定在步驟S210中計算出的Z軸的位置環(huán)增益Kpz是否大于最大值Kpzm，若判定為肯定則向步驟S214過渡，若判定為否定則向步驟S106過渡。
[0114]在步驟S214中，將Z軸的位置環(huán)增益設(shè)為Kpz = Kpzm，并且根據(jù)式(4)計算X軸的位置環(huán)增益Kpx及Y軸的位置環(huán)增益Kpy,并向步驟S106過渡。
[0115]S卩，當(dāng)在步驟S208及步驟S212中判定為否定從而向步驟S106過渡時，各個軸的位置環(huán)增益設(shè)定為在步驟S206中計算出的位置環(huán)增益ΚΡΧ、ΚΡΥ&ΚΡΖ。另一方面，當(dāng)在步驟S208中判定為肯定并在步驟S212中判定為否定從而向步驟S106過渡時，各個軸的位置環(huán)增益設(shè)定為在步驟S210中計算出的位置環(huán)增益ΚΡΧ、ΚΡΥ及ΚΡΖ。而且，當(dāng)在步驟S212中判定為肯定從而向步驟S106過渡時，各個軸的位置環(huán)增益設(shè)定為在步驟S214中計算出的位置環(huán)增益KPX、Kpy及Kpz。
[0116]在步驟S204中判定為否定而過渡的步驟S216中，判定Y軸的位置環(huán)增益的最大值Kpym是否大于其他軸的位置環(huán)增益的最大值ΚΡΧΜ、ΚΡΖΜ，若判定為肯定則向步驟S218過渡，若判定為否定則向步驟S228過渡。
[0117]在步驟S218中，將Y軸的位置環(huán)增益設(shè)為Kpy = Kpym,并且根據(jù)式(4)計算X軸的位置環(huán)增益Kpx及Z軸的位置環(huán)增益ΚΡΖ。
[0118]在下一個步驟S220中，判定在步驟S218中計算出的X軸的位置環(huán)增益Kpx是否大于最大值Kpxm，若判定為肯定則向步驟S222過渡，若判定為否定則向步驟S224過渡。
[0119]在步驟S222中，將X軸的位置環(huán)增益設(shè)為Kpx = Kpxm，并且根據(jù)式(4)計算Y軸的位置環(huán)增益Kpy及Z軸的位置環(huán)增益ΚΡΖ。
[0120]在下一個步驟S224中，判定在步驟S222中計算出的Z軸的位置環(huán)增益Kpz是否大于最大值Kpzm，若判定為肯定則向步驟S226過渡，若判定為否定則向步驟S106過渡。
[0121]在步驟S226中，將Z軸的位置環(huán)增益設(shè)為Kpz = Kpzm，并且根據(jù)式(4)計算X軸的位置環(huán)增益Kpx及Y軸的位置環(huán)增益Kpy,并向步驟S106過渡。
[0122]S卩，當(dāng)在步驟S220及步驟S224中判定為否定從而向步驟S106過渡時，各個軸的位置環(huán)增益設(shè)定為在步驟S218中計算出的位置環(huán)增益ΚΡΧ、ΚΡΥ&ΚΡΖ。另一方面，當(dāng)在步驟S220中判定為肯定并在步驟S224中判定為否定從而向步驟S106過渡時，各個軸的位置環(huán)增益設(shè)定為在步驟S222中計算出的位置環(huán)增益ΚΡΧ、ΚΡΥ及ΚΡΖ。而且，當(dāng)在步驟S224中判定為肯定從而向步驟S106過渡時，各個軸的位置環(huán)增益設(shè)定為在步驟S226中計算出的位置環(huán)增益KPX、Kpy及Kpz。
[0123]在步驟S216中判定為否定而過渡的步驟S228中，將Z軸的位置環(huán)增益設(shè)為Kpz =Kpzm，并且根據(jù)式(4)計算X軸的位置環(huán)增益Kpx及Y軸的位置環(huán)增益ΚΡΥ。
[0124]在下一個步驟S230中，判定在步驟S228中計算出的X軸的位置環(huán)增益Kpx是否大于最大值Kpxm，若判定為肯定則向步驟S232過渡，若判定為否定則向步驟S234過渡。
[0125]在步驟S232中，將X軸的位置環(huán)增益設(shè)為Kpx = Kpxm，并且根據(jù)式(4)計算Y軸的位置環(huán)增益Kpy及Z軸的位置環(huán)增益ΚΡΖ。
[0126]在下一個步驟S234中，判定在步驟S232中計算出的Y軸的位置環(huán)增益Kpy是否大于最大值Kpym，若判定為肯定則向步驟S236過渡，若判定為否定則向步驟S106過渡。
[0127]在步驟S236中，將Y軸的位置環(huán)增益設(shè)為Kpy = ΚΡΥΜ，并且根據(jù)式(4)計算X軸的位置環(huán)增益Kpx及Z軸的位置環(huán)增益Kpz,并向步驟S106過渡。
[0128]S卩，當(dāng)在步驟S230及步驟S234中判定為否定從而向步驟S106過渡時，各個軸的位置環(huán)增益設(shè)定為在步驟S228中計算出的位置環(huán)增益ΚΡΧ、ΚΡΥ&ΚΡΖ。另一方面，當(dāng)在步驟S230中判定為肯定并在步驟S234中判定為否定從而向步驟S106過渡時，各個軸的位置環(huán)增益設(shè)定為在步驟S232中計算出的位置環(huán)增益KPX、KPY及KPZ。而且，當(dāng)在步驟S234中判定為肯定從而向步驟S106過渡時，各個軸的位置環(huán)增益設(shè)定為在步驟S236中計算出的位置環(huán)增益KPX、Kpy及Kpz。
[0129]如以上說明，當(dāng)前饋控制設(shè)為開啟時，在前饋增益的設(shè)定值在各個軸上相同時和該設(shè)定值在一個以上的軸上不同時，本第2實施方式所涉及的伺服控制裝置20設(shè)定不同的值。
[0130]當(dāng)前饋增益的設(shè)定值在各個軸上相同時，在每個軸的被驅(qū)動部的移動量上產(chǎn)生差異的現(xiàn)象得到抑制。另一方面，當(dāng)前饋增益的設(shè)定值在一個以上的軸上不同時，每個軸的被驅(qū)動部的移動量上產(chǎn)生差異，從而無法對被驅(qū)動部進(jìn)行高精度的位置控制。
[0131]因此，本第2實施方式中，前饋增益的設(shè)定值在各個軸上相同時和該設(shè)定值在一個以上的軸上不同時設(shè)定不同的值，因此能夠以進(jìn)一步最佳的響應(yīng)進(jìn)行各個軸的位置控制。
[0132]并且，當(dāng)前饋增益的設(shè)定值在一個以上的軸上不同時，位置環(huán)增益設(shè)定為如下值，即，相對于被驅(qū)動部的位置指令與被驅(qū)動部的實際位置之間的偏差在各個軸上成為相同的值。因此，本第2實施方式所涉及的伺服控制裝置20能夠消除前饋增益的不平衡，并且抑制通過相對于被驅(qū)動部的位置指令顯示的軌道與實際軌道之間的誤差的產(chǎn)生。
[0133]并且，圖8所示的處理也可以在每次對各個軸的前饋增益中的至少一個進(jìn)行變更時進(jìn)行。
[0134]以上，利用上述各實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但，本發(fā)明的技術(shù)范圍不限定于上述實施方式所記載的范圍。在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)能夠?qū)ι鲜龈鲗嵤┓绞竭M(jìn)行各種變更或改善，并且進(jìn)行該種變更或改善的方式也包括在本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
[0135]例如，上述各實施方式中對將本發(fā)明適用于具有3個軸(X軸、Y軸及Z軸)的機(jī)床的伺服控制裝置的方式進(jìn)行了說明，但，本發(fā)明并不限定于此，也可以將本發(fā)明適用于具有2個軸或4個軸以上的機(jī)床的伺服控制裝置中。
[0136]并且，上述各實施方式中說明的伺服控制處理的流程也為一個例子，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)還可以刪除不需要的步驟、追加新的步驟、替換處理順序。
[0137]符號說明
[0138]1-床身，2-工作臺，3-立柱，4-橫軌，5-鞍座，6_滑塊，9_滾珠絲杠進(jìn)給部，11-滾珠絲杠軸，12-馬達(dá)，20-伺服控制裝置，21-位置反饋部，22-速度前饋部，25-切換部，26-增益變更部，50-機(jī)床。
【權(quán)利要求】
1.一種伺服控制裝置，其設(shè)置在多個軸的每一個軸上，并適用于數(shù)值控制設(shè)備，該數(shù)值控制設(shè)備具備:將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的螺紋進(jìn)給部；通過所述螺紋進(jìn)給部被直線移動的被驅(qū)動部；及支承所述螺紋進(jìn)給部及所述被驅(qū)動部的支承體，該伺服控制裝置對所述馬達(dá)進(jìn)行控制，以使所述被驅(qū)動部的位置與位置指令相一致，其中，所述伺服控制裝置具備: 反饋部，針對所述每個軸進(jìn)行用于使所述被驅(qū)動部的位置與所述位置指令相一致的反饋控制；及 前饋部，針對所述每個軸進(jìn)行用于補(bǔ)償基于所述反饋控制的對所述被驅(qū)動部的位置控制的延遲的前饋控制， 當(dāng)所述前饋控制設(shè)為停止時，將所述每個軸的反饋增益設(shè)為預(yù)先設(shè)定的相同值；當(dāng)由所述前饋部進(jìn)行的所述前饋控制設(shè)為開啟時，將由所述反饋控制引起的反饋增益設(shè)為與所述每個軸對應(yīng)的預(yù)定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服控制裝置，其中， 當(dāng)由所述前饋控制引起的前饋增益的設(shè)定值在各個軸上均相同時和該設(shè)定值在一個以上的所述軸上不同時，所述預(yù)定值被設(shè)定為不同的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的伺服控制裝置，其中， 當(dāng)由所述前饋控制引起的前饋增益的設(shè)定值在各個軸上均相同時，所述預(yù)定值設(shè)為對應(yīng)于所述軸的機(jī)械剛性且針對所述每個軸設(shè)定的值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的伺服控制裝置，其中， 當(dāng)由所述前饋控制引起的前饋增益的設(shè)定值在一個以上的所述軸上不同時，所述預(yù)定值設(shè)為如下值，即，相對于所述被驅(qū)動部的所述位置指令與所述被驅(qū)動部的實際位置的偏差在各個所述軸上成為相同的值。
5.一種基于伺服控制裝置的伺服控制方法，所述伺服控制裝置設(shè)置在多個軸的每一個軸上，并適用于數(shù)值控制設(shè)備，該數(shù)值控制裝置具備:將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動的螺紋進(jìn)給部；通過所述螺紋進(jìn)給部被直線移動的被驅(qū)動部；及支承所述螺紋進(jìn)給部及所述被驅(qū)動部的支承體，為了對所述馬達(dá)進(jìn)行控制以使所述被驅(qū)動部的位置與位置指令相一致，所述伺服控制裝置具備: 反饋部，針對所述每個軸進(jìn)行用于使所述被驅(qū)動部的位置與所述位置指令相一致的反饋控制；及 前饋部，針對所述每個軸進(jìn)行用于補(bǔ)償基于所述反饋控制的對所述被驅(qū)動部的位置控制的延遲的前饋控制， 其中，所述伺服控制方法包括: 第I工序，當(dāng)所述前饋控制設(shè)為停止時，將所述每個軸的所述反饋增益設(shè)為預(yù)先設(shè)定的相同值，并進(jìn)行反饋控制；及 第2工序，當(dāng)由所述前饋部進(jìn)行的所述前饋控制設(shè)為開啟時，將由所述反饋控制引起的反饋增益設(shè)為與所述每個軸對應(yīng)的預(yù)定值，并進(jìn)行前饋控制。
【文檔編號】G05B19/404GK104137014SQ201380010394
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月5日
【發(fā)明者】竹內(nèi)克佳, 倉本博久, 山本英明 申請人:三菱重工業(yè)株式會社