專利名稱：同步控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與主軸電機同步地驅(qū)動副軸電機的同步控制裝置。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的同步控制技術(shù)中，或是將已同步的指令分別提供給主軸電機的控制裝置和副軸電機的控制裝置，或是與主軸電機的現(xiàn)在位置同步地對副軸電機的控制裝置提供指令。再者，作為將預(yù)期、預(yù)測控制應(yīng)用于同步控制的現(xiàn)有技術(shù)，有在特愿平6-288994號說明書中本申請人提出的同步控制裝置。該裝置使用預(yù)測主軸的未來位置而求出的副軸的未來位置指令來預(yù)測并控制副軸。
但是，在現(xiàn)有的同步控制技術(shù)中，由于主軸和副軸的動態(tài)特性不同，故進行精度高的同步控制是困難的。在特愿平6-288994號說明書中記載的裝置是為了解決該問題而提出的，是使同步精度提高的裝置。但是，在該裝置中，由于在預(yù)測未來主軸位置時不是使用未來的主軸位置指令而是使用現(xiàn)在時刻的主軸位置指令，故存在主軸位置指令的變化時與該變化的對應(yīng)滯后，同步精度下降的問題。
此外，在這些現(xiàn)有技術(shù)中，在對主軸控制裝置和副軸控制裝置的位置指令的輸入及主軸位置的檢測方面存在滯后的情況下，存在同步精度與該滯后的部分相對應(yīng)而進一步下降的問題。
因此，本發(fā)明的目的在于提供這樣一種同步控制裝置，該裝置實現(xiàn)了精度比現(xiàn)有技術(shù)高的同步控制，而且即使在位置指令的輸入及主軸位置的檢測方面存在滯后的情況下，同步精度的下降也較小。
發(fā)明的公開為了解決上述問題，本發(fā)明是與主軸電機同步地驅(qū)動副軸電機的同步控制裝置，由指令生成裝置、主軸裝置和副軸裝置構(gòu)成，其中，上述指令生成裝置輸入主軸位置指令的取樣周期間的增量值Δrs(i+M-1)和K(K≥0)次取樣前的主軸位置增量值Δys(i-k)，輸出主軸位置指令增量值Δrs(i)和未來幾次取樣的多個副軸未來位置指令增量值Δrz(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M，上述主軸裝置輸入上述主軸位置指令增量值的滯后d(d≥0)次取樣的信號Δrs(i-d)，驅(qū)動并控制主軸電機，輸出主軸位置增量值Δys(i)，上述副軸裝置輸入上述多個副軸未來位置指令增量值的滯后D(D≥0)次取樣的信號Δrz(i+m)，m＝1、2、…、M，驅(qū)動并控制副軸電機，使得用副軸的動態(tài)特性模型預(yù)測的副軸位置與副軸未來位置指令一致，上述指令生成裝置具備存儲在從過去到現(xiàn)在的多個點上輸入的上述主軸位置指令增量值的第1存儲裝置；輸出在上述第1存儲裝置中存儲的值內(nèi)在M-1次取樣前輸入的上述主軸位置指令增量值Δrs(i)的輸出裝置；存儲在從過去到現(xiàn)在的多個點上輸入的上述主軸位置增量值的第2存儲裝置；利用包含d次取樣的滯后的主軸裝置的動態(tài)特性模型、被存儲的上述主軸位置指令增量值和上述主軸位置增量值求出未來幾次取樣的多個主軸位置增量值的預(yù)測值的運算器；以及由利用上述運算器得到的多個主軸位置增量值的預(yù)測值求出多個副軸未來位置指令增量值的變換器。
此外，本發(fā)明是與主軸電機同步地驅(qū)動副軸電機的同步控制裝置，具備微調(diào)整裝置和切換裝置，其中，上述微調(diào)整裝置將對主軸位置的取樣周期間的增量值、或?qū)⒃擃A(yù)測值乘了K1倍的信號和將主軸位置指令增量值乘了K2倍的信號進行了加法運算的信號作為偏離同步的微調(diào)整信號輸入到副軸電機的控制裝置中，上述切換裝置根據(jù)上述主軸位置增量值的正負切換上述乘數(shù)K1的值。
此外，本發(fā)明是與主軸電機同步地驅(qū)動副軸電機的同步控制裝置，由指令生成裝置、主軸裝置、副軸裝置和微調(diào)整裝置構(gòu)成，其中，上述指令生成裝置具備輸入主軸位置指令的取樣周期間的增量值Δrs(i+M-1)和K(K≥0)次取樣前的主軸位置增量值Δys(i-k)、分別存儲輸入的上述主軸位置指令增量值和上述主軸位置增量值的存儲裝置；輸出在上述存儲裝置中存儲的值內(nèi)在M-1次取樣前輸入的主軸位置指令增量值Δrs(i)的輸出裝置；求出未來幾次取樣的多個主軸位置增量值的預(yù)測值的運算器；以及由利用上述運算器得到的多個主軸位置增量值的預(yù)測值求出多個副軸未來位置指令增量值Δrz(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M并輸出的變換器，上述主軸裝置輸入上述主軸位置指令增量值的滯后d(d≥0)次取樣的信號Δrs(i-d)，驅(qū)動并控制主軸電機，輸出主軸位置增量值Δys(i)，上述副軸裝置輸入上述多個副軸未來位置指令增量值的滯后D(D≥0)次取樣的信號Δrz(i+m)，m＝0、1、…、M，對副軸電機進行預(yù)測控制，使得用副軸的動態(tài)特性模型預(yù)測的副軸位置與副軸未來位置指令一致，上述微調(diào)整裝置將對上述主軸位置增量值、或?qū)⒃擃A(yù)測值乘上乘數(shù)的信號和將上述主軸位置指令增量值乘上乘數(shù)的信號進行了加法運算的信號的滯后D(D≥0)次取樣的信號作為偏離同步的微調(diào)整信號輸入到副軸裝置中，上述指令生成裝置的運算器具備由上述存儲裝置中存儲的主軸位置指令增量值Δrs來計算主軸位置指令rs并進行存儲的裝置；由上述存儲裝置中存儲的主軸位置增量值Δys來計算主軸位置ys并進行存儲的裝置；以及將主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)作為下式(在此，ys*(i2/i1)是在時刻i1處預(yù)測的時刻i2的主軸位置預(yù)測值，Na、Nb、Amn、Bmn是從主軸裝置的動態(tài)特性模型求出的常數(shù))來確定的裝置。ys*(i+m/i)=Σn=KNa+KAmnys(i-n)+Σn=1Nb+K+mBmnrs(i+m-n)]]>Δys*(i+D)＝y(tǒng)s*(i+D/i)-ys*(i-1+D/i-1)，m＝DΔys*(i+m)＝y(tǒng)s*(i+m/i)-ys*(i+m-1/i)， m＝D+1，D+2，…，D+M附圖的簡單說明圖1是示出與本發(fā)明有關(guān)的同步控制裝置的第1實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的框圖；圖2是示出與本發(fā)明有關(guān)的同步控制裝置的第2實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的框圖；以及圖3是示出與本發(fā)明有關(guān)的同步控制裝置的第3實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的框圖。
用于實施發(fā)明的最佳形態(tài)以下參照


本發(fā)明的實施形態(tài)。
圖1是示出本發(fā)明的第1實施形態(tài)的同步控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
在圖1中，指令生成裝置1在現(xiàn)在時刻i處輸入主軸旋轉(zhuǎn)位置的目標指令的取樣周期間的增量值Δrs(i+M-1)和K(K≥0)次取樣前的主軸位置增量值Δys(i-k)，輸出現(xiàn)在時刻的主軸位置指令增量值Δrs(i)和未來幾次取樣的多個副軸未來位置指令增量值Δrz(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M。Δ表示取樣周期間的增量值。
在指令生成裝置1中，存儲器7存儲在從過去到現(xiàn)在的多個點上輸入的主軸位置指令增量值。輸出裝置7’將存儲器7中存儲的值內(nèi)在M-1次取樣前輸入的主軸位置指令增量值Δrs(i)作為現(xiàn)在時刻的主軸位置指令增量值來輸出。存儲器8存儲在從過去到現(xiàn)在的多個點上輸入的主軸位置增量值。運算器9利用包含延遲元件4的主軸裝遷2的動態(tài)特性模型、被存儲的主軸位置指令增量值和主軸位置增量值求出未來幾次取樣的多個主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M。變換器10由所得到的多個主軸位置增量值的預(yù)測值求出多個副軸未來位置指令增量值Δrz(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M。例如，在主軸與副軸的動作為相似形的情況下，用乘以常數(shù)的乘法運算器來實現(xiàn)。
延遲元件4、5和6是在各裝置間傳遞位置指令增量值和主軸位置增量值時為了傳送、運算、檢測等處理而產(chǎn)生的。主軸位置指令增量值Δrs(i)因延遲運算4而滯后d(d≥0)次取樣，將Δrs(i-d)輸入到主軸裝置2中。
在主軸裝置2中，運算器13由被輸入的主軸位置指令增量值Δrs(i-d)求出主軸位置指令rs(i-d)。主軸控制器11輸入主軸位置指令rs(i-d)，根據(jù)該值控制主軸電機12的位置ys(i)。差分器14從主軸位置ys(i)求出增量值Δys(i)。將主軸位置增量值Δys(i)從主軸裝置2輸出，因延遲元件5而滯后K(K≥0)次取樣，成為Δys(i-k)，輸入到指令生成裝置1中。
多個副軸未來位置指令增量值因延遲元件6而滯后D(D≥0)次取樣，將Δrz(i+m)，m＝1、2、…、M輸入到副軸裝置3中。
在副軸裝置3中，副軸控制器16根據(jù)輸入的速度指令，控制副軸電機17的速度。差分器18由副軸電機17的位置yz(i)求出增量值Δyz(i)。預(yù)測控制器15根據(jù)預(yù)測控制來確定速度指令v(i)，使得利用包含副軸控制器16的副軸電機17的動態(tài)特性模型和副軸位置增量值Δyz(i)預(yù)測的未來幾次取樣的副軸的位置與由多個副軸未來位置指令增量值Δrz(i+m)，m＝1、2、…、M確定的副軸未來位置指令rz(i+m)，m＝1、2、…、M一致。作為該預(yù)測控制器15，例如在使用了在特愿平5-197956號說明書中提出的控制器的情況下，速度指令v(i)由下述的(1)式來確定。v(i)=Σm=1MzvmΔrz(i+m)-Σn=0Naz-1pnΔyz(i-n)+Ee(i)-Σn=1Nbz-1gnv(i-n)---(1)]]>在此，Mz是預(yù)測區(qū)間，e(i)是位置偏差，即，e(i)＝rz(i)-yz(i)，Naz、Nbz是副軸的動態(tài)特性模型的次數(shù)，vm、pn、E、gn是預(yù)測控制用常數(shù)。
加法運算器20將用預(yù)測控制求出的速度指令v(i)與微調(diào)整裝置19的輸出的滯后D(D≥0)次取樣的信號相加，將該加法運算值作為速度指令輸入到副軸控制器16中。
上述微調(diào)整裝置19輸出將指令生成裝置1的存儲器7中被存儲的主軸位置指令增量值Δrs乘上乘數(shù)的信號K2·Δrs和指令生成裝置1的存儲器8中被存儲的主軸位置增量值Δys(或，主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*)乘上乘數(shù)的信號K1·Δys(或，K1·Δys*)進行了加法運算的信號。在此，乘數(shù)K1和K2是可變的，作為偏離同步的微調(diào)整用來使用。
以下，說明指令生成裝置1內(nèi)的運算器9。
運算器9通過具備下述裝置來實現(xiàn)，這些裝置是由存儲器7中被存儲的主軸位置指令增量值Δrs來計算主軸位置指令rs(i+M-1)、rs(i+M-2)、…、rs(i+M-Nb)并存儲的裝置；由存儲器8中被存儲的主軸位置增量值Δys來計算主軸位置ys(i-K)、ys(i-K-1)、…、ys(i-K-Na)并存儲的裝置；以及由這些裝置中被存儲的主軸位置指令rs和主軸位置ys利用下述的(2)式來確定主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M的裝置。

在此，Na、Nb、Amn、Bmn是從包含延遲元件4的主軸裝置2的動態(tài)特性模型求出的常數(shù)。
此外，運算器9也能通過具備下述裝置來實現(xiàn)，該裝置是從在存儲器7和存儲器8中存儲的主軸位置指令增量值Δrs和主軸位置增量值Δys利用下述的(3)式來確定主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M的裝置。Δys*(i+m)=Σn=KNa+K-1AmnΔys(i-n)+Σn=1Nb+K+m-1BmnΔrs(i+m-n)---(3)]]>
在此，Na、Nb、Amn、Bmn是從包含延遲元件4的主軸裝置2的動態(tài)特性模型求出的常數(shù)。
再者，運算器9也能通過具備下述裝置來實現(xiàn)，這些裝置是從在存儲器7中存儲的主軸位置指令增量值Δrs計算主軸位置指令rs(i+M-1)、rs(i+M-2)、…、rs(i-K-Nb+1)并進行存儲的裝置和從被存儲的主軸位置指令rs和在存儲器8中存儲的主軸位置增量值Δys利用下述的(4)式來確定主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M的裝置。Δys*(i+m)=Σn=KNa+K-1AmnΔys(i-n)+Σn=1Nb+K+m-1Bmnrs(i+m-n)----(4)]]>在此，Na、Nb、Amn、Bmn是從包含延遲元件4的主軸裝置2的動態(tài)特性模型求出的常數(shù)。
首先，進行(2)式的導(dǎo)出?，F(xiàn)在，如果假定從主軸位置指令rs(i)到主軸位置ys(i)的傳遞函數(shù)模型能用下述的(5)式的離散時間系統(tǒng)來得到，Gry(z)＝(b1Z-1+…+bNbZ-Nb)/(1-a1Z-1-…-aNaZ-Na) (5)則其輸入輸出模型成為下述的(6)式。y^s(i)=Σn=1Naany^s(i-n)+Σn=1Nbbnrs(i-n)---(6)]]>由于在時刻i處可得到到時刻i-K為止的主軸位置實測值ys(i-n)(n≥K)，故在其之后的主軸位置的模型推測值成為下述的(7)式。
如果使用實測值來表示模型推測值

，則從下述的(7a)和(7b)式而成為下述的(8)式。y^s(i-K+1)=Σn=1Naanys(i-K+1-n)+Σn=1Nbbnrs(i-K+1-n)---(7a)]]>m＝-K+1y^s(i+m)=Σn=1m+K-1any^s(i+m-n)+Σn=m+KNaanys(i+m-n)+Σn=1Nbbnrs(i+m-n)---(7b)]]>m＞-K+1y^s(i+m)=Σn=KNa+K-1a^mnys(i-n)+Σn=1Nb+K+m-1b^mnrs(i+m-n)----(8)]]>m≥-K+1在此，系數(shù)

由下述的(9)式來給出。

其中，an＝0(n＞Na)，bn＝0(n＞Nb)，b^mn=0(n<1).]]>因此，如果用下述的(10)式來預(yù)測時刻i-K以后的主軸位置，則得到上述的(2)式。ys*(i+m)=y^s(i+m)+{ys(i-K)-Σn=1Naanys(i-K-n)-Σn=1Nbbnrs(i-K-n)}]]>m≥-K+1(10)其中，系數(shù)Amn、Bmn由下述的(11)式和(9)式來給出。

其次，進行(3)式的導(dǎo)出?，F(xiàn)在，如果假定從主軸位置指令增量值Δrs(i)到主軸位置增量值Δys(i)的傳遞函數(shù)模型能用下述的(12)式的離散時間系統(tǒng)來得到，Gdd(z)＝(b1Z-1+…+bNbZ-Nb)/(1-a1Z-1-…-aNaZ-Na)(12)則其輸入輸出模型成為下述的(13)式。Δy^s(i)=Σn=1NaanΔy^s(i-n)+Σn=1NbbnΔrs(i-n)-----(13)]]>由于在時刻i處可得到直到時刻i-K為止的主軸位置增量值的實測值Δys(i-n)(n≥K)，故如果用實測值利用下述的(14a)、(14b)來測定在其之后的主軸位置增量值，則得到上述的(3)式。Δys*(i-K+1)=Σn=1NaanΔys(i-K+1-n)+Σn=1NbbnΔrs(i-K+1-n)]]>m＝-K+1(14a)Δys*(i+m)=Σn=1m+K-1anΔys*(i+m-n)+Σn=m+KNaanΔys(i+m-n)+Σn=1NbbnΔrs(i+m-n)]]>m＞-K+1(14b)其中，系數(shù)Amn，Bmn由下述的(15)式來給出。

Bmn=Σj=1m+K-1ajB(m-j)(n-j)+bn---m>-K+1,1≤n≤Nb+K+m-1]]>其中，an＝0(n＞Na)，bn＝0(n＞Nb)，Bmn＝0(n＜1)。
再者，進行(4)式的導(dǎo)出?，F(xiàn)在，如果假定從主軸位置指令rs(i)到主軸位置增量值Δys(i)的傳遞函數(shù)模型能用下述的(16)式的離散時間系統(tǒng)來得到，Grd(z)＝(b1Z-1+…+bNbZ-Nb)/(1-a1Z-1-…-aNaZ-Na) (16)則其輸入輸出模型成為下述的(17)式。Δy^s(i)=Σn=1NaanΔy^s(i-n)+Σn=1Nbbnrs(i-n)---(17)]]>由于在時刻i處可得到直到時刻i-K為止的主軸位置增量值的實測值Δys(i-n)(n≥K)，故如果用實測值利用下述的(18a)、(18b)來預(yù)測在其之后的主軸位置增量值，則得到上述的(4)式。Δys*(i-K+1)=Σn=1NaanΔys(i-K+1-n)-Σn=1Nbbnrs(i-K+1-n)]]>m＝-K+1 (18a)Δys*(i+m)=Σn=1m+K-1anΔys*(i+m-n)+Σn=m+KNaanΔys(i+m-n)+Σn=1Nbbnrs(i+m-n)]]>m＞-K+1 (18b)其中，系數(shù)Amn，Bmn由下述的(19)式來給出。

其中，an＝0(n＞Na)，bn＝0(n＞Nb)，Bmn＝0(n＜1)。
此外，在主軸裝置2及副軸裝置3中，在其取樣周期是指令生成裝置1的取樣周期的1/n的情況下，將輸入的位置指令增量值乘以1/n來使用即可。
這樣，在第1實施形態(tài)中，具備指令生成裝置1、主軸裝置2和副軸裝置3，指令生成裝置1具備存儲在從過去到現(xiàn)在的多個點上輸入的主軸位置指令增量值的存儲器7；輸出被存儲的值內(nèi)在M-1次取樣前輸入的主軸位置指令增量值Δrs(i)的輸出裝置7’；存儲在從過去到現(xiàn)在的多個點上輸入的主軸位置增量值的存儲器8；利用包含d次取樣的滯后的主軸裝置的動態(tài)特性模型、被存儲的主軸位置指令增量值和主軸位置增量值求出未來幾次取樣的多個主軸位置增量值的預(yù)測值的運算器9；以及由所得到的多個主軸位置增量值的預(yù)測值求出多個副軸未來位置指令的變換器10。利用該結(jié)構(gòu)，可提供一種能實現(xiàn)精度高的同步控制、而且即使在位置指令的輸入或主軸位置的檢測中存在滯后的情況下同步精度的下降也較小的同步控制裝置。
圖2是示出本發(fā)明的第2實施形態(tài)的同步控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。再有，在該圖中，對于與上述的圖1共同的部分附以相同的符號。在第1實施形態(tài)的同步控制裝置中，在主軸的動態(tài)特性在正旋轉(zhuǎn)時和反旋轉(zhuǎn)時不同的情況下，存在同步精度下降的擔(dān)心。為了解決該問題，在第2實施形態(tài)的同步控制裝置中，具備微調(diào)整裝置21，該裝置具有根據(jù)主軸位置增量值Δys的正負來切換乘數(shù)K1的值的功能。
微調(diào)整裝置21輸出將指令生成裝置1的存儲器7中被存儲的主軸位置指令增量值Δrs乘上乘數(shù)的信號K2·Δrs和指令生成裝置1的存儲器8中被存儲的主軸位置增量值Δys(或，主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*)乘上乘數(shù)的信號K1·Δys(或，K1·Δys*)進行了加法運算的信號。乘數(shù)K1和K2如以上所述，是作為偏離同步的微調(diào)整用來使用的參數(shù)，其值在預(yù)調(diào)時設(shè)定，將其存儲在微調(diào)整裝置21中。特別是關(guān)于K1，存儲了主軸正轉(zhuǎn)時用和反轉(zhuǎn)時用的兩種乘數(shù)K1P，K1N、在主軸位置增量值Δys(i-K)是零以上時使用K1P，負時使用K1N。
在K1P和K1N的設(shè)定中，首先在主軸正旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下進行調(diào)整，設(shè)定并存儲正轉(zhuǎn)時用的乘數(shù)K1P。其次，在主軸反旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下進行再調(diào)整，設(shè)定并存儲反轉(zhuǎn)時用的乘數(shù)K1N＝K1P+KPN。在此，KPN校正正轉(zhuǎn)時和反轉(zhuǎn)時的主軸的動態(tài)特性的差別。也可存儲KPN由上式算出K1N，來代替存儲K1N，再有，這樣來設(shè)定K2，使得主軸在處于加減速狀態(tài)時的同步偏離變小。
這樣，在第2實施形態(tài)中，具備將主軸位置的取樣周期間的增量值、或其預(yù)測值乘上乘數(shù)K1的信號和主軸位置指令增量值乘上乘數(shù)K2的信號進行了加法運算的信號作為偏離同步的微調(diào)整信號輸入到副軸電機的控制裝置中的微調(diào)整裝置21，存儲了兩種乘數(shù)K1，以便根據(jù)主軸位置增量值的正負來切換。由此，能提供一種在主軸的動態(tài)特性在正轉(zhuǎn)時和反轉(zhuǎn)時不同的情況下同步精度的也不下降的同步控制裝置。
圖3是示出本發(fā)明的第3實施形態(tài)的結(jié)構(gòu)的框圖。再有，在該圖中，對于與上述的圖1共同的部分附以相同的符號。
在第1實施形態(tài)的同步控制裝置中，存在因轉(zhuǎn)矩的飽和或干擾轉(zhuǎn)矩等緣故主軸位置增量值的預(yù)測精度有一些下降的擔(dān)心。為了解決該問題，在第3實施形態(tài)的同步控制裝置中，在求出主軸位置增量值的預(yù)測值時，考慮了在1次取樣之前求出的預(yù)測值。
在圖3中，指令生成裝置1在現(xiàn)在時刻i處輸入主軸旋轉(zhuǎn)位置的目標指令的取樣周期間的增量值Δrs(i+M-1)和K(K≥0)次取樣前的主軸位置增量值Δys(i-K)，輸出現(xiàn)在時刻的主軸位置指令增量值Δrs(i)和幾次未來取樣的多個副軸未來位置指令增量值Δrz(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M。
運算器22利用包含延遲元件4的主軸裝置2的動態(tài)特性模型、被存儲的主軸位置指令增量值和主軸位置增量值求出未來幾次取樣的多個主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M。變換器10由所得到的多個主軸位置增量值的預(yù)測值求出多個副軸未來位置指令增量值Δrz(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M。
多個副軸未來位置指令增量值利用延遲元件6滯后D(D≥0)次取樣，將Δrz(i+m)，m＝0、1、2、…、M輸入到副軸裝置3中。預(yù)測控制器15利用預(yù)測控制來確定速度指令v(i)，使得利用包含副軸控制器16的副軸電機17的動態(tài)特性模型和副軸位置增量值Δyz(i)預(yù)測的未來幾次取樣的副軸的位置與由多個副軸未來位置指令增量值Δrz(i+m)，m＝1、2、…、M確定的副軸未來位置指令rz(i+m)，m＝1、2、…、M一致。作為該預(yù)測控制器，例如在使用了在特愿平5-197956號說明書中提出的控制器的情況下，速度指令v(i)由下述的(20)式來確定。v(i)=Σm=1MzvmΔrz(i+m)-Σn=0Naz-1pnΔyz(i-n)+Ee(i)-Σn=1Nbz-1gnv(i-n)---(20)]]>在此，Mz是預(yù)測區(qū)間，e(i)是位置偏差，即，e(i)＝rz(i)-yz(i)，Naz、Nbz是副軸的上述動態(tài)特性模型的次數(shù)，vm、pn、E、gn是預(yù)測控制用常數(shù)。
加法運算器20將用預(yù)測控制求出的速度指令v(i)與微調(diào)整裝置19的輸出的滯后D(D≥0)次取樣的信號相加，將該加法運算值作為速度指令輸入到副軸控制器16中。
微調(diào)整裝置19輸出將指令生成裝置1的存儲器7中被存儲的主軸位置指令增量值Δrs乘上乘數(shù)的信號K2·Δrs和指令生成裝置1的存儲器8中被存儲的主軸位置增量值Δys(或，主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*)乘上乘數(shù)的信號K1·Δys(或，K1·Δys*)進行了加法運算的信號。在此，乘數(shù)K1和K2是可變的，作為偏離同步的微調(diào)整用來使用。
運算器22通過具備下述的裝置來實現(xiàn)，這些裝置是由存儲器7中被存儲的主軸位置指令增量值Δrs來計算主軸位置指令rs(i+M-1)、rs(i+M-2)、…、rs(i-k-Nb)并存儲的裝置；由存儲器8中被存儲的主軸位置增量值Δys來計算主軸位置ys(i-K)、ys(i-K-1)、…、ys(i-K-Na)并存儲的裝置；以及由這些裝置中被存儲的主軸位置指令rs和主軸位置ys利用下述的(21)、(22a)、(22b)式來確定主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M的裝置。ys*(i+m/i)=Σn=KNa+KAmnys(i-n)+Σn=1Nb+K+mBmnrs(i+m-n)---(21)]]>Δys*(i+D)＝y(tǒng)s*(i+D/i)-ys*(i-1+D/i-1)，m＝D (22a)Δys*(i+m)＝y(tǒng)s*(i+m/i)-ys*(i+m-1/i)， m＝D+1，D+2，…，D+M (22b)在此，ys*(i2/i1)是在時刻i1處預(yù)測的時刻i2的主軸位置預(yù)測值。
如果作為從主軸位置指令rs(i)到主軸位置ys(i)的傳遞函數(shù)模型使用下述的(23)式的離散時間系統(tǒng)，Gry(z)＝(b1Z-1+…+bNbZ-Nb)/(1·a1Z-1-…-aNaZ-Na) (23)則系數(shù)Amn、Bmn與第1實施形態(tài)的同步控制裝置的情況相同，由下述的(24)式和(25)式來給出。


b^mn=Σj=1m+K-1ajb^(m-j)(n-j)+bn]]>m＞-K+1，1≤n≤Nb+K+m-1
其中，an＝0(n＞Na)，bn＝0(n＞Nb)，b^mn=0(n<1)]]>這樣，在第3實施形態(tài)中，具備由主軸位置增量值的預(yù)測值來求出副軸未來位置指令增量值Δrz并輸出的指令生成裝置1、輸出主軸位置增量值Δys的主軸裝置2、預(yù)測并控制副軸電機17的副軸裝置3和將偏離同步的微調(diào)整信號輸入到副軸裝置3中的微調(diào)整裝置19，以在1次取樣前的時刻i-1處預(yù)測了的主軸位置預(yù)測值為基礎(chǔ)，由運算器22來確定主軸位置增量值的預(yù)測值。由此，可提供一種不因轉(zhuǎn)矩的飽和或干擾轉(zhuǎn)矩等而使主軸位置增量值的預(yù)測精度下降的同步控制裝置。
如以上所述，按照本發(fā)明，可得到能實現(xiàn)與位置指令增量值的輸入滯后、主軸位置增量值的檢測滯后的有無無關(guān)的、能進行比現(xiàn)有技術(shù)的精度高的高精度同步工作的同步控制裝置的效果。
此外，按照本發(fā)明，可得到能實現(xiàn)校正了主軸在正轉(zhuǎn)時和反轉(zhuǎn)時的動態(tài)特性的差別的、能進行比現(xiàn)有技術(shù)的精度高的高精度同步工作的同步控制裝置的效果。
此外，按照本發(fā)明，由于在求出主軸位置增量值的預(yù)測值時考慮在1次取樣之前求出的預(yù)測值，故與現(xiàn)有技術(shù)相比提高了主軸位置增量值的預(yù)測精度，其結(jié)果，可得到能實現(xiàn)能進行更高精度的同步工作的同步控制裝置的效果。
權(quán)利要求
1.一種與主軸電機同步地驅(qū)動副軸電機的同步控制裝置，其特征在于由指令生成裝置、主軸裝置和副軸裝置構(gòu)成，其中，上述指令生成裝置輸入主軸位置指令的取樣周期間的增量值Δrs(i+M-1)和K(K≥0)次取樣前的主軸位置增量值Δys(i-k)，輸出主軸位置指令增量值Δrs(i)和未來幾次取樣的多個副軸未來位置指令增量值Δrz(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M，上述主軸裝置輸入上述主軸位置指令增量值的滯后d(d≥0)次取樣的信號Δrs(i-d)，驅(qū)動并控制主軸電機，輸出主軸位置增量值Δys(i)，上述副軸裝置輸入上述多個副軸未來位置指令增量值的滯后D(D≥0)次取樣的信號Δrz(i+m)，m＝1、2、…、M，驅(qū)動并控制副軸電機，使得用副軸的動態(tài)特性模型預(yù)測的副軸位置與副軸未來位置指令一致，上述指令生成裝置具備存儲在從過去到現(xiàn)在的多個點上輸入的上述主軸位置增量值的第1存儲裝置；輸出在上述第1存儲裝置中存儲的值內(nèi)在M-1次取樣前輸入的上述主軸位置指令增量值Δrs(i)的輸出裝置；存儲在從過去到現(xiàn)在的多個點上輸入的上述主軸位置增量值的第2存儲裝置；利用包含d次取樣的滯后的主軸裝置的動態(tài)特性模型、被存儲的上述主軸位置指令增量值和上述主軸位置增量值求出未來幾次取樣的多個主軸位置增量值的預(yù)測值的運算器；以及由利用上述運算器得到的多個主軸位置增量值的預(yù)測值求出多個副軸未來位置指令增量值的變換器。
2.如權(quán)利要求1中所述的同步控制裝置，其特征在于上述指令生成裝置的運算器具備由上述第1存儲裝置中存儲的主軸位置指令增量值Δrs來計算主軸位置指令rs并進行存儲的裝置；由上述第2存儲裝置中存儲的主軸位置增量值Δys來計算主軸位置ys并進行存儲的裝置；以及由這些裝置中被存儲的主軸位置指令rs和主軸位置ys作為下式來確定主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M的裝置ys*(i+m)=Σn=KNa+KAmnys(i-n)+Σn=1Nb+K+mBmnrs(i+m-n)]]>Δys*(i+m)＝y(tǒng)s*(i+m)-ys*(i+m-1)(在此，Na、Nb、Amn、Bmn是從主軸裝置的動態(tài)特性模型求出的常數(shù))。
3.如權(quán)利要求1中所述的同步控制裝置，其特征在于上述指令生成裝置的運算器具備下述裝置，該裝置從在上述第1存儲裝置中存儲的主軸位置指令增量值Δrs和上述第2存儲裝置中存儲的主軸位置增量值Δys作為下式來確定主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+MΔys*(i+m)=Σn=KNa+K-1AmnΔys(i-n)+Σn=1Nb+K+m-1BmnΔrs(i+m-n)]]>(在此，Na、Nb、Amn、Bmn是從主軸裝置的動態(tài)特性模型求出的常數(shù))。
4.如權(quán)利要求1中所述的同步控制裝置，其特征在于上述指令生成裝置的運算器具備由上述第1存儲裝置中存儲的主軸位置指令增量值Δrs來計算主軸位置指令rs并進行存儲的裝置；以及由該裝置中被存儲的主軸位置指令rs和上述第2存儲裝置中存儲的主軸位置增量值Δys作為下式來確定主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M的裝置Δys*(i+m)=Σn=KNa+K-1AmnΔys(i-n)+Σn=1Nb+K+m-1BmnΔrs(i+m-n)]]>(在此，Na、Nb、Amn、Bmn是從主軸裝置的動態(tài)特性模型求出的常數(shù))。
5.如權(quán)利要求1中所述的同步控制裝置，其特征在于，具備將上述指令生成裝置的上述第1存儲裝置中被存儲的主軸位置指令增量值Δrs乘上乘數(shù)的信號與上述第2存儲裝置中被存儲的主軸位置增量值Δys、或?qū)⒂缮鲜鲞\算器得到的主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*乘上乘數(shù)的信號進行加法運算的裝置；將該加法運算值的滯后了D(D≥0)次取樣的信號加到上述副軸裝置內(nèi)的預(yù)測控制運算值上的裝置；以及通過使上述各乘數(shù)值變化來進行同步偏離的微調(diào)整的裝置。
6.一種與主軸電機同步地驅(qū)動副軸電機的同步控制裝置，該控制裝置具備微調(diào)整裝置，上述微調(diào)整裝置將對主軸位置的取樣周期間的增量值、或該預(yù)測值乘上K1倍的信號和主軸位置指令增量值乘上K2倍的信號進行了加法運算的信號作為偏離同步的微調(diào)整信號輸入到副軸電機的控制裝置中，其特征在于具備根據(jù)上述主軸位置增量值的正負來切換上述乘數(shù)K1的值的切換裝置。
7.如權(quán)利要求6中所述的同步控制裝置，其特征在于上述切換裝置具有上述乘數(shù)K1的主軸正轉(zhuǎn)時的值和反轉(zhuǎn)時的值，在上述主軸位置增量值為零以上時，選擇主軸正轉(zhuǎn)時的值，負時選擇反轉(zhuǎn)時的值。
8.一種與主軸電機同步地驅(qū)動副軸電機的同步控制裝置，其特征在于由指令生成裝置、主軸裝置、副軸裝置和微調(diào)整裝置構(gòu)成，其中，上述指令生成裝置具備輸入主軸位置指令的取樣周期間的增量值Δrs(i+M-1)和K(K≥0)次取樣前的主軸位置增量值Δys(i-k)、分別存儲輸入的上述主軸位置指令增量值和上述主軸位置增量值的存儲裝置；輸出在上述存儲裝置中存儲的值內(nèi)在M-1次取樣前輸入的主軸位置指令增量值Δrs(i)的輸出裝置；求出未來幾次取樣的多個主軸位置增量值的預(yù)測值的運算器；以及由利用上述運算器得到的多個主軸位置增量值的預(yù)測值求出多個副軸未來位置指令增量值Δrz(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M并輸出的變換器，上述主軸裝置輸入上述主軸位置指令增量值的滯后d(d＞0)次取樣的信號Δrs(i-d)，驅(qū)動并控制主軸電機，輸出主軸位置增量值Δys(i)，上述副軸裝置輸入上述多個副軸未來位置指令增量值的滯后D(D≥0)次取樣的信號Δrz(i+m)，m＝0、1、…、M，對副軸電機進行預(yù)測控制，使得用副軸的動態(tài)特性模型預(yù)測的副軸位置與副軸未來位置指令一致，上述微調(diào)整裝置將對上述主軸位置增量值、或?qū)⒃擃A(yù)測值乘上乘數(shù)的信號和將上述主軸位置指令增量值乘上乘數(shù)的信號進行了加法運算的信號的滯后D(D≥0)次取樣的信號作為偏離同步的微調(diào)整信號輸入到副軸裝置中，上述指令生成裝置的運算器具備由上述存儲裝置中存儲的主軸位置指令增量值Δrs來計算主軸位置指令rs并進行存儲的裝置；由上述存儲裝置中存儲的主軸位置增量值Δys來計算主軸位置ys并進行存儲的裝置；以及將主軸位置增量值的預(yù)測值Δys*(i+m)作為下式(在此，ys*(i2/i1)是在時刻i1處預(yù)測的時刻i2的主軸位置預(yù)測值，Na、Nb、Amn、Bmn是從主軸裝置的動態(tài)特性模型求出的常數(shù))來確定的裝置。ys*(i+m/i)=Σn=KNa+KAmnys(i-n)+Σn=1Nb+K+mBmnrs(i+m-n)]]>Δys*(i+D)＝y(tǒng)s*(i+D/i)-ys*(i-1+D/i-1)， m＝DΔys*(i+m)＝y(tǒng)s*(i+m/i)-ys*(i+m-1/i)， m＝D+1，D+2，…，D+M
全文摘要
提供一種實現(xiàn)了精度高的同步控制、而且即使在位置指令的輸入或主軸位置的檢測中存在滯后的情況下同步精度的下降也較小的同步控制裝置。具備指令生成裝置1、主軸裝置2和副軸裝置3,指令生成裝置1具備:存儲從過去到現(xiàn)在的多個點上輸入的主軸位置指令增量值的存儲器7;輸出被存儲的值內(nèi)在M－1次取樣前輸入的主軸位置指令增量值△r
文檔編號G05B19/414GK1245567SQ97181641
公開日2000年2月23日 申請日期1997年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月4日
發(fā)明者中村裕司, 二見茂 申請人:株式會社安川電機