專(zhuān)利名稱(chēng)：電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及抑制因電動(dòng)機(jī)的控制對(duì)象本身或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的機(jī)械剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)或控制對(duì)象的振動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。
背景技術(shù)：
在至今采用電動(dòng)機(jī)的定位控制中，進(jìn)行利用微型計(jì)算機(jī)的數(shù)字伺服控制。在平成5年(1993年)日本的電氣學(xué)會(huì)全國(guó)大會(huì)No.1759“減速機(jī)扭振的減振控制”中，揭示了以振動(dòng)抑制的目的以往例子的電動(dòng)機(jī)控制裝置。
下面說(shuō)明以往例子的電動(dòng)機(jī)控制裝置。圖26為以往例子的電動(dòng)機(jī)控制裝置的構(gòu)成圖。在圖26中，101為位置指令生成單元，102為電動(dòng)機(jī)，103為控制對(duì)象(負(fù)載)，104為位置檢測(cè)單元，105為伺服控制器。伺服控制器105包括位置指令輸入單元106、前置濾波器單元107及指令跟蹤控制單元108。指令跟蹤控制單元108包括位置偏差運(yùn)算單元(減法器)109、位置控制單元110、速度運(yùn)算單元111、速度偏差運(yùn)算單元(減法器)112、速度控制單元113及電流控制單元114。S為拉普拉斯算子。
位置指令生成單元101生成位置指令，輸入至伺服控制器105的位置指令輸入單元106位置指令輸入單元106通過(guò)前置濾波器單元107將位置指令OM*送給指令跟蹤控制單元108。以往例子的控制裝置是對(duì)電動(dòng)機(jī)102進(jìn)行控制使得與電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象(負(fù)載)103的位置(下面稱(chēng)為“控制對(duì)象位置OL”)與位置指令θ*一致用的裝置。在圖26中，控制對(duì)象位置θL不能檢測(cè)。位置檢測(cè)單元104檢測(cè)電動(dòng)機(jī)102的位置(下面稱(chēng)為“電動(dòng)機(jī)位置OM”)。伺服控制器105對(duì)電動(dòng)機(jī)102進(jìn)行控制，使得電動(dòng)機(jī)位置OM與位置指令θ*一致。通過(guò)這樣，以往例子的控制裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)102進(jìn)行控制，使得控制對(duì)象位置OL與位置指令θ*一致。是進(jìn)行控制，使得電動(dòng)機(jī)位置OM及控制對(duì)象位置OL迅速跟蹤位置指令性θ*。
在控制對(duì)象(負(fù)載)103本身及連接電動(dòng)機(jī)102與控制對(duì)象103的連接軸的剛性高的控制系統(tǒng)中，以往例子的控制裝置能夠?qū)﹄妱?dòng)機(jī)102進(jìn)行控制，使得控制對(duì)象位置OL以高精度與位置指令θ*一致。
在控制對(duì)象103本身或連接電動(dòng)機(jī)102與控制對(duì)象103的連接軸的剛性低的控制系統(tǒng)(包含不能忽略連接軸的扭曲等那樣程度的進(jìn)行高精度控制的控制系統(tǒng))中，在控制對(duì)象位置OL與電動(dòng)機(jī)位置θM之間產(chǎn)生相位差，容易產(chǎn)生連接軸的扭振。在對(duì)電動(dòng)機(jī)102進(jìn)行控制使得電動(dòng)機(jī)位置θM與位置指令θ*一致的控制裝置中，若產(chǎn)生因連接軸的扭曲而引起的振動(dòng)，則控制對(duì)象位置θL向位置指令θ*收斂的速度變慢。
在以往例子中，前置濾波器單元107將位置指令θ*的模式輸入，變化編輯對(duì)控制對(duì)象位置θL不激振的模式θM*(電動(dòng)機(jī)位置指令)。指令跟蹤控制單元108對(duì)電動(dòng)機(jī)102進(jìn)行控制，使得電動(dòng)機(jī)位置θM與電動(dòng)機(jī)位置指令θM*一致。前置濾波器單元107抑制控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)，加快電動(dòng)機(jī)位置θM及控制對(duì)象位置θL向位置指令θ*收斂的速度。
下面說(shuō)明圖26所示的以往例子的控制裝置中的基本運(yùn)算流程。位置指令輸入單元106將位置指令生成單元101生成的位置指令輸入。位置指令輸入單元106將輸入的位置指令進(jìn)行單位變換，生成與伺服控制器105內(nèi)用于運(yùn)算的單位系匹配的位置指令θ*，并進(jìn)行輸出。
前置濾波器單元107對(duì)位置指令θ*進(jìn)行2階微分，再與規(guī)定的系數(shù)1/(ωa2)相乘，計(jì)算出振動(dòng)抑制補(bǔ)償值。前置濾波器單元107將位置指令θ*與計(jì)算出的振動(dòng)抑制補(bǔ)償值相加，生成電動(dòng)機(jī)位置指令θM*，然后輸出，設(shè)從電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)102為止的系統(tǒng)具有的反共振頻率為fr，則最好ωa＝2π·f(f為fr或fr附近的頻率)。利用前置濾波器107來(lái)抑制振動(dòng)的原理將在后面敘述。
下面詳細(xì)說(shuō)明指令跟蹤控制單元108的內(nèi)部運(yùn)算流程。位置偏差運(yùn)算單元(減法器)109將電動(dòng)機(jī)位置指令θM*及電動(dòng)機(jī)位置θM輸入，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM(＝θM*-θm)。位置控制單元110采用位置比例增益Kpp，輸出速度指令ωM*(＝Kpp·ΔθM)。
速度運(yùn)算單元111將電動(dòng)機(jī)位置θM進(jìn)行微分，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)速度ωM*及電動(dòng)機(jī)速度ωM輸入，計(jì)算出速度偏差ΔωM(＝ωM*-ωM)。
速度控制單元113根據(jù)速度偏差ΔωM，進(jìn)行比例積分運(yùn)算，輸出轉(zhuǎn)矩指令T*。電流控制單元114控制流過(guò)電動(dòng)機(jī)102的電流值I，使得電動(dòng)機(jī)102輸出的轉(zhuǎn)矩TM成為T(mén)*。
下面說(shuō)明利用前置濾波單元107來(lái)抑制振動(dòng)的原理。用作為共振系統(tǒng)模型一般采用的雙慣性系統(tǒng)(電動(dòng)機(jī)102及控制對(duì)象103)模型(圖27)表示電動(dòng)機(jī)102驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象103的系統(tǒng)。實(shí)際上轉(zhuǎn)矩TM驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象位置θL的系統(tǒng)也有的用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型表示。
圖28是用數(shù)學(xué)模型表示圖27所示的電動(dòng)機(jī)102通過(guò)低剛性的連接軸驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象103的系統(tǒng)的框圖。在圖28中，根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令性T*，電動(dòng)機(jī)102以非常快的響應(yīng)產(chǎn)生實(shí)際的轉(zhuǎn)矩TM。假設(shè)從輸入轉(zhuǎn)矩指令T*到產(chǎn)生實(shí)際的轉(zhuǎn)矩TM為止的傳遞函數(shù)為T(mén)M/t*＝1。JM為電動(dòng)機(jī)102的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，JL為控制對(duì)象103的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，Ks為連接軸的彈簧常數(shù)。設(shè)連接軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與JM及JL相比為足夠小，可以忽略。
根據(jù)圖28的數(shù)學(xué)模型，求得從轉(zhuǎn)矩指令T*到電動(dòng)機(jī)位置θM為止的傳遞函數(shù)θM/T*，為式(1)(JLS2+KS)/{[JM·JLs2+Ks(JM+JL)]s2} (1)根據(jù)圖28的數(shù)學(xué)模型，求得從電動(dòng)機(jī)位置θM到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)θL/θM，為式(2)。
Ks/(JLs2+Ks) (2)圖29是用根據(jù)圖28的框圖求得的式(1)及式(2)用與圖26的構(gòu)成圖等效的拉普拉斯算子s表示的框圖。在圖29中，與圖26相同的符號(hào)的方框包括與圖26相同的功能。
在圖29中，在沒(méi)有前置濾波器單元107時(shí)，位置指令θ*＝θM*。通過(guò)比較圖29中從電動(dòng)機(jī)位置指令θM*到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)與從位置指令θ*到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)，來(lái)說(shuō)明沒(méi)有前置濾波器單元107時(shí)與有前置濾波器單元107時(shí)的響應(yīng)的差別。
下面敘述在沒(méi)有前置濾波器單元107時(shí)即圖29中從電動(dòng)機(jī)位置指令θM*到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性。圖29的從轉(zhuǎn)矩指令T*到電動(dòng)機(jī)位置θM為止的傳遞函數(shù)的頻率特性，根據(jù)式(1)為圖30(a)。圖30(a)中，橫軸為頻率，縱軸為增益及相位。橫軸為對(duì)數(shù)表示。其它的頻率特性圖也一樣，橫軸為頻率，縱軸為增益及相位。橫軸為對(duì)數(shù)表示。
由于控制對(duì)象的剛性低，因此圖30(a)包括共振點(diǎn)及反共振點(diǎn)。在圖30(a)中，產(chǎn)生共振的頻率稱(chēng)為共振頻率，產(chǎn)生反共振的頻率稱(chēng)為反共振頻率。對(duì)于從電動(dòng)機(jī)位置指令θM*到電動(dòng)機(jī)位置θM為止的包含反饋環(huán)的系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)的頻率特性為圖30(b)。
從電動(dòng)機(jī)位置θM到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性，根據(jù)式(2)為圖30(c)。從電動(dòng)機(jī)位置指令θM*到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性(沒(méi)有前置濾波器單元107時(shí)的控制裝置的響應(yīng)頻率特性)是將圖30(b)與圖30(c)合起來(lái)，為圖30(d)。圖30(d)在反共振頻率fr處包括增益峰值。
圖31(a)是發(fā)出指令使電動(dòng)機(jī)102的位置位移一定量的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的模式?？v軸為電動(dòng)機(jī)位置指令θM*(電動(dòng)機(jī)102的位置位移量)，橫軸為時(shí)間。這是一般使用的S形指令。圖31(b)為圖31(a)的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的微分波形，為梯形模式。圖32所示為這時(shí)的電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM的響應(yīng)、以及控制對(duì)象位置θL電電動(dòng)機(jī)位置指令θM*之差即控制對(duì)象位置偏差ΔθL的響應(yīng)。圖32的位置指令輸出期間指的是圖31(a)的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*變動(dòng)的期間，即圖31(b)的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的微分值不為0的期間。
如圖32所示，在位置指令輸出結(jié)束后，控制對(duì)象位置偏差ΔθM相比，產(chǎn)生很大的振動(dòng)。若測(cè)量控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)頻率，則該振動(dòng)頻率為產(chǎn)生圖30(d)所示的從電動(dòng)機(jī)位置指令θM*到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性中的增益峰值的(反共振頻率)附近的頻率。因連接電動(dòng)機(jī)102與控制對(duì)象103的軸的剛性低，所以控制對(duì)象位置θL在位置指令輸出結(jié)束后產(chǎn)生大的振動(dòng)。
下面敘述在具有前置濾波器單元107時(shí)即圖29中從電動(dòng)機(jī)位置指令θM*到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性。從電動(dòng)機(jī)位置指令θM*到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性為圖30(d)。若設(shè)前置濾波器單元107的頻率特性為ωa＝2π·fr(fr為圖30(a)的反共振頻率)，則前置濾波器單元107的頻率特性為圖33(a)。前置濾波器單元107包括的頻率特性是，在頻率ωa處，增益極小，在比ωa高的區(qū)域，隨著頻率升高，增益增大。從位置指令θ*到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性為將圖30(d)與圖33(a)合起來(lái)的圖33(b)。
若將圖33(b)與沒(méi)有前置濾波器單元107時(shí)從位置指令到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性即圖30(d)進(jìn)行比較，則圖33(b)沒(méi)有反共振頻率的增益峰值。即，前置濾波器單元107減少了控制裝置響應(yīng)特性的反共振頻率的增益峰值。
圖34所示為將位置指令θ*的指令模式采用圖31(a)所示情況時(shí)的控制對(duì)象位置偏差ΔθL及電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM的響應(yīng)。若與沒(méi)有前置濾波器單元107時(shí)的響應(yīng)即圖32進(jìn)行比較，則位置指令輸出結(jié)束后的控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)減少。圖32及圖34的響應(yīng)的區(qū)別在于有無(wú)圖29的前置濾波器單元107，除此以外的構(gòu)成相同。
如上所述，在以往例子的控制裝置中，圖26的前置濾波器單元107減少?gòu)奈恢弥噶瞀?到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性中產(chǎn)生的增益峰值。通過(guò)這樣，將減少因增益峰值而引起的在位置指令輸出結(jié)束后產(chǎn)生的控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)。
圖35所示為包括圖32的響應(yīng)特性的系統(tǒng)改變部分參數(shù)設(shè)定時(shí)的響應(yīng)特性。在圖35所示的系統(tǒng)中，與圖32所示的系統(tǒng)相比，降低位置控制單元110的位置比例增益Kpp及速度控制單元113的速度比例增位置Kvp，使控制對(duì)象位置θL在位置指令輸出后的振動(dòng)減少。在圖35中，位置指令輸出結(jié)束后的振動(dòng)振幅與圖34的程度相同，但比圖34的響應(yīng)要滯后。
在以往例子的控制裝置中，前置濾波器單元107包括的效果是，能夠在保持控制裝置的高速響應(yīng)性不變的情況下，減小位置指令輸出結(jié)束后的控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)。
在以往例子中，若圖29的位置指令輸入單元106輸出的位置指令θ*包括圖31(a)的模式，則通過(guò)前置濾波器單元107(其傳遞函數(shù)包括位置指令的2階微分的校正項(xiàng)(s2/ωa2))后的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的指令模式為圖36。在圖31(b)及圖36中，時(shí)刻A、B、C、D為圖31(a)的指令模式的加速度(位置指令的2階微分)變動(dòng)點(diǎn)。在時(shí)刻A、B、C、D，電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的2階微分急劇變動(dòng)。圖37所示為圖29所示的系統(tǒng)在輸入圖31(a)的指令模式的位置指令θ*時(shí)的轉(zhuǎn)矩指令T*的波形。
在時(shí)刻A、B、C、D，因電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的2階微分急劇變動(dòng)，產(chǎn)生圖31的虛線圓圈表示的非常大的轉(zhuǎn)矩指令T*。在時(shí)刻A、B、C、D的電動(dòng)機(jī)位置指令θM的2階微分的變動(dòng)越大，即ωa越小，或位置指令θ*的加速度越大，則在時(shí)刻A、B、C、D產(chǎn)生越大的轉(zhuǎn)矩指令T*。一般由于硬件上的限制等，對(duì)轉(zhuǎn)矩指令T*設(shè)置上限。轉(zhuǎn)矩T*受到限制，使其不大于上限值。在時(shí)刻A、B、C、D的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的2階微分的變動(dòng)達(dá)到過(guò)大的值時(shí)，轉(zhuǎn)矩指令T*受到限制。若轉(zhuǎn)矩指令T*受到限制，則存在的問(wèn)題是，控制裝置不能輸出在保持高速響應(yīng)不變的情況下抑制振動(dòng)用的適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩波形，對(duì)于控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)收斂要花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。
本發(fā)明的目的在于，提供一種電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，在控制對(duì)象(負(fù)載)本身或電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接部分等的機(jī)械剛性低的控制裝置中，不取決于指令模式及控制對(duì)象的特性，在保持高速響應(yīng)不變的情況下始終抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的目的在于提供不取決于指令模式及控制對(duì)象特性并防止轉(zhuǎn)矩指令達(dá)到大值而受到限制的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。
本發(fā)明的目的在于，提供根據(jù)控制系統(tǒng)的狀態(tài)量(根據(jù)各個(gè)控制系統(tǒng)(包含控制對(duì)象)特性的差異、時(shí)效變化及/或達(dá)到該狀態(tài)量的經(jīng)歷的差異)自動(dòng)地始終最佳地抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象振動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明包括下述構(gòu)成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)觀點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)控制方法，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入步驟，使所述指令作用于同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器并輸出跟蹤指令值的前置濾波器步驟，以及進(jìn)行控制使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入單元，包括同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器、使所述指令作用于所述濾波器后輸出跟蹤指令值的前置濾波器單元，以及進(jìn)行控制使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制單元。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，包括抑制因控制對(duì)象本身或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)的效果。根據(jù)本發(fā)明，能夠不取決于指令模式或控制對(duì)象的特性，始終抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。本發(fā)明將實(shí)現(xiàn)不取決于指令模式及控制對(duì)象特性并防止轉(zhuǎn)矩指令達(dá)到過(guò)大值而受到限制的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)控制方法，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入步驟，將同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器傳遞函數(shù)等效變換為常數(shù)項(xiàng)與前饋補(bǔ)償項(xiàng)之和，使所述指令作用于所述常數(shù)項(xiàng)后輸出跟蹤指令值，并使所述指令作用于前饋補(bǔ)償項(xiàng)后輸出前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量的前饋型前置濾波器步驟，以及根據(jù)所述前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量及所述跟蹤指令值進(jìn)行控制使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入單元，將同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器傳遞函數(shù)等效變換為常數(shù)項(xiàng)與前饋補(bǔ)償項(xiàng)之和，使所述指令作用于所述常數(shù)項(xiàng)后輸出跟蹤指令值，并使所述指令作用于前饋補(bǔ)償項(xiàng)后輸出前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量的前饋型前置濾波器單元，以及根據(jù)所述前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量及所述跟蹤指令值進(jìn)行控制使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制單元。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，包括抑制因控制對(duì)象本身或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)的效果。根據(jù)本發(fā)明，能夠不取決于指令模式或控制對(duì)象的特性，始終抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。本發(fā)明將實(shí)現(xiàn)不取決于指令模式及控制對(duì)象特性并防止轉(zhuǎn)矩指令達(dá)到過(guò)大值而受到限制的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。
在指令跟蹤控制步驟(指令跟蹤控制單元)中，將根據(jù)常數(shù)項(xiàng)的指令值作為電動(dòng)機(jī)的跟蹤目標(biāo)值進(jìn)行控制。根據(jù)前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量抑制控制對(duì)象(負(fù)載)的振動(dòng)。例如在實(shí)施形態(tài)1的構(gòu)成(圖1)中，由于濾波器單元對(duì)輸入的位置指令θ*進(jìn)行運(yùn)算處理，將運(yùn)算結(jié)果即電動(dòng)機(jī)位置指令θM*作為目標(biāo)值進(jìn)行控制，因此對(duì)于位置指令θ*的運(yùn)算處理中不到1LSB的分量產(chǎn)生退位。因該運(yùn)算誤差而產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)位置的收斂值誤差。根據(jù)上述觀點(diǎn)的發(fā)明，由于保持位置指令θ*不變作為目標(biāo)值進(jìn)行控制(對(duì)目標(biāo)值不進(jìn)行運(yùn)算處理)，因此不產(chǎn)生因運(yùn)算誤差而引起的電動(dòng)機(jī)位置的收斂值誤差。不需要補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)位置的收斂值誤差。根據(jù)本發(fā)明，與產(chǎn)生收斂值誤差的情況相比，能夠以高精度控制電動(dòng)機(jī)。根據(jù)本發(fā)明，與進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)那闆r相比，能夠縮短軟件處理中的誤差補(bǔ)償運(yùn)算時(shí)間，而且能夠減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)開(kāi)發(fā)誤差補(bǔ)償軟件所需的人力及時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)控制方法，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入步驟，根據(jù)前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量及跟蹤指令值進(jìn)行控制使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤根據(jù)所述指令的所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制步驟，輸出根據(jù)所述指令跟蹤控制步驟內(nèi)部的狀態(tài)量推定所述指令的推定指令的推定指令步驟，以及將同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器傳遞函數(shù)等效變換為常數(shù)項(xiàng)及前饋補(bǔ)償項(xiàng)之和，使所述推定指令作用于前饋補(bǔ)饋補(bǔ)償項(xiàng)后輸出所述前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量的內(nèi)部構(gòu)成型置濾波器步驟。
根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入單元，根據(jù)前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量及跟蹤指令值進(jìn)行控制使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤根據(jù)所述指令的所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制單元，輸出根據(jù)所述指令跟蹤控制單元內(nèi)部的狀態(tài)量推定所述指令的推定指令的推定指令單元，以及將同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器傳遞函數(shù)等效變換為常數(shù)項(xiàng)及前饋補(bǔ)償項(xiàng)之和，使所述推定指令作用于前饋補(bǔ)饋補(bǔ)償項(xiàng)后輸出所述前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量的內(nèi)部構(gòu)成型置濾波器單元。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，包括抑制因控制對(duì)象本身或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)的效果。根據(jù)本發(fā)明，能夠不取決于指令模式或控制對(duì)象的特性，始終抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。本發(fā)明將實(shí)現(xiàn)不取決于指令模式及控制對(duì)象特性并防止轉(zhuǎn)矩指令達(dá)到達(dá)大值而受到限制的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。
在指令跟蹤控制步驟(指令跟蹤控制單元)中，采用指令值作為電動(dòng)機(jī)的跟蹤目標(biāo)值。根據(jù)前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量抑制控制對(duì)象(負(fù)載)的振動(dòng)。通過(guò)這樣，不產(chǎn)生因運(yùn)算中的退位而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)位置的收斂值誤差。不需要補(bǔ)償電動(dòng)機(jī)位置的收斂值誤差。本發(fā)明的控制方法及控制裝置與不進(jìn)行運(yùn)算誤差補(bǔ)償?shù)那闆r相比，電動(dòng)機(jī)的定位精度高。本發(fā)明與進(jìn)行運(yùn)算誤差補(bǔ)償?shù)那闆r相比，能夠縮短軟件處理中進(jìn)行運(yùn)算誤差補(bǔ)償用的運(yùn)算時(shí)間，而且能夠減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)開(kāi)發(fā)運(yùn)算誤差補(bǔ)償軟件所需的人力及時(shí)間。另外，在控制用LSI中不需要運(yùn)算誤差補(bǔ)償電路。
例如，在用已有的控制程序構(gòu)成基本軟件的控制方法或用已有的控制用LSI構(gòu)成基本電路的控制裝置中，在附加抑制控制對(duì)象(負(fù)載)的振動(dòng)用的程序或電路時(shí)，有各種限制條件(構(gòu)成上的自由度受到限制)。例如，大多數(shù)情況下，不能將指令輸入步驟(指令輸入單元)輸入的指令值取出到外面(不知道輸入的指令值)。本發(fā)明不改變基本的控制系統(tǒng)。在本發(fā)明中，推定輸入的指令值，根據(jù)推定指令計(jì)算出前饋補(bǔ)償量，再附加前饋補(bǔ)償量，校正電動(dòng)機(jī)的輸出。
本發(fā)明的例如用已有的控制用LSI構(gòu)成基本電路的控制裝置中，將實(shí)現(xiàn)有效抑制因控制對(duì)象本身或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制方法中，所述前置濾波器步驟、所述前饋型前置濾波器步驟或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器步驟在降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性中，特別將所述規(guī)定頻率的增益設(shè)為可變。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制裝置中，所述前置濾波器單元、所述前饋型前置濾波器單元或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器單元在降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性中，特別將所述規(guī)定頻率的增益設(shè)為可變。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，通過(guò)將規(guī)定頻率的增益設(shè)為可變，將更提高振動(dòng)抑制效果。也可以自動(dòng)改變規(guī)定頻率的增益。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制方法中，所述前置濾波器步驟、所述前饋型前置濾波器步驟或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器步驟根據(jù)動(dòng)作狀態(tài)改變所述抑制高頻區(qū)增益的特性。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制裝置中，所述前置濾波器單元，所述前饋型前置濾波器單元或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器單元根據(jù)動(dòng)作狀態(tài)改變所述抑制高頻區(qū)增益的特性。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，根據(jù)電動(dòng)機(jī)或控制對(duì)象的動(dòng)作狀態(tài)，自動(dòng)調(diào)整抑制高頻區(qū)增益的特性。通過(guò)這樣，將減小因抑制高頻區(qū)增益，而引起的控制裝置的響應(yīng)滯后。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制方法中，所述前置濾波器步驟、所述前饋型前置濾波器步驟或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器步驟根據(jù)至少?zèng)Q定所述規(guī)定頻率的參數(shù)，自動(dòng)決定抑制高頻增益的特性。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制裝置中，所述前置濾波器單元，所述前饋型前置濾波器單元或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器單元根據(jù)至少?zèng)Q定所述規(guī)定頻率的參數(shù)，自動(dòng)決定抑制高頻區(qū)增益的特性。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置與規(guī)定頻率一起自動(dòng)決定抑制高頻區(qū)增益的特性。通過(guò)這樣，控制裝置的操作性將提高。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制方法中，所述前置濾波器步驟、所述前饋型前置濾波器步驟或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器步驟包括自動(dòng)設(shè)定所述規(guī)定頻率的振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定步驟。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制裝置中，所述前置濾波器單元、所述前饋型前置濾波器單元或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器單元包括自動(dòng)設(shè)定所述規(guī)定頻率的振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定單元。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，對(duì)每個(gè)控制裝置自動(dòng)設(shè)定規(guī)定頻率。本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置即使在因時(shí)效變化或環(huán)境條件而引起控制系統(tǒng)特性變化時(shí)，也將自適應(yīng)地進(jìn)行最佳控制，抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。通過(guò)這樣，控制裝置的操作性將提高。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制方法中，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定步驟包括檢測(cè)所述控制對(duì)象振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)步驟，以及根據(jù)檢測(cè)的所述振動(dòng)提取振動(dòng)頻率后決定所述規(guī)定頻率的頻率決定步驟。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制裝置中，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定單元包括檢測(cè)所述控制對(duì)象振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)單元、以及根據(jù)檢測(cè)的所述振動(dòng)提取振動(dòng)頻率決定所述規(guī)定頻率的頻率設(shè)定單元。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，通過(guò)檢測(cè)控制對(duì)象的振動(dòng)，來(lái)正確檢測(cè)控制對(duì)象的振動(dòng)頻率。本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置即使例如因控制對(duì)象折特性變動(dòng)而引起振動(dòng)頻率變化，也能夠始終將控制對(duì)象的振動(dòng)減小到最佳程度。
檢測(cè)控制對(duì)象振動(dòng)的方法可以是任意的。例如將用壓力傳感器構(gòu)成的振動(dòng)檢測(cè)傳感器貼在控制對(duì)象的表面。通過(guò)這樣，能夠正確檢測(cè)出控制對(duì)象的振動(dòng)頻率?？刂蒲b置的操作性將提高。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制方法中，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定步驟根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率，決定所述規(guī)定頻率。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制裝置中，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定單元根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率，決定所述規(guī)定頻率。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，通過(guò)檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，來(lái)正確檢測(cè)出電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率。本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置即使例如因控制對(duì)象的特性變動(dòng)而引起振動(dòng)頻率變化，也能夠始終將控制對(duì)象的振動(dòng)減小到最佳程度。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制方法中，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定步驟，根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)，再根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，決定所述規(guī)定頻率。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制裝置中，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定單元，根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)，推定所述電動(dòng)機(jī)及所述控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，決定所述規(guī)定頻率。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，推定電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，正確檢測(cè)出控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，正確檢測(cè)出控制對(duì)象的振動(dòng)頻率。本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置即使例如因控制對(duì)象的特性變動(dòng)而引起振動(dòng)頻率變化，也能夠始終將控制對(duì)象的振動(dòng)減小到最佳程度?？刂蒲b置的操作性將提高。本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置由于不使用控制對(duì)象的振動(dòng)檢測(cè)單元，因此價(jià)格便宜。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制方法中，所述規(guī)定頻率為從所述電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩到所述電動(dòng)機(jī)位置或速度為止的系統(tǒng)具有的反共振頻率附近的頻率。
在根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的上述電動(dòng)機(jī)控制裝置中，所述規(guī)定頻率為從所述電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩到所述電動(dòng)機(jī)位置或速度為止的系統(tǒng)具有的反共振頻率附近的頻率。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，抑制電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞到控制對(duì)象為止的系統(tǒng)的振動(dòng)，將實(shí)現(xiàn)包括快速響應(yīng)性的控制方法及控制裝置。所謂反共振頻率附近的頻率是與反共振頻率相同或近似的頻率。
根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)控制方法，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入步驟、以及進(jìn)行控制使所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述指令的控制步驟，在所述控制步驟中，使所述指令作用于同時(shí)包括降低從所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩所述電動(dòng)機(jī)位置或速度為止的系統(tǒng)具有的反共振頻率附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器，輸出跟蹤指令值，并進(jìn)行控制，使得具有與所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的所述狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值相同或等效特性。
根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入單元、以及進(jìn)行控制使所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述指令的控制單元，在所述控制單元中，使所述指令作用于同時(shí)包括降低從所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩到所述電動(dòng)機(jī)位置或速度為止的系統(tǒng)具有的反共振頻率附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器，輸出跟蹤指令值，并進(jìn)行控制，使得具有與所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的所述狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值相同或等效特性。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置，包括抑制因控制對(duì)象本身或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)的效果。根據(jù)本發(fā)明，能夠不取決于指令模式或控制對(duì)象的特性，始終抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。本發(fā)明將實(shí)現(xiàn)不取決于指令模式及控制對(duì)象特性并防止轉(zhuǎn)矩指令達(dá)到過(guò)大值而受到限制的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一觀點(diǎn)的裝置包括上述控制裝置，本發(fā)明的裝置將實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)性。
發(fā)明的創(chuàng)新性特征不外乎是在所附的權(quán)利要求范圍內(nèi)所特別敘述的內(nèi)容，關(guān)于構(gòu)成及內(nèi)容這兩方面，本發(fā)明根據(jù)與其它目的及特征一起通過(guò)附圖加以理解的以下的詳細(xì)說(shuō)明，將能夠更好地理解及評(píng)價(jià)。


圖1所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的電動(dòng)機(jī)控制方法構(gòu)成的控制方框圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的流程圖。
圖3所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的變量與設(shè)定值的關(guān)系曲線。
圖4(a)為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的慮皮器單元9的頻率特性圖，圖4(b)為以往位置指令θ*到控制對(duì)象位置AL為止的頻率特性圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的濾波器9的構(gòu)成圖。
圖6為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的位置指令θ*及電動(dòng)機(jī)位置指令A(yù)M*的波形圖。
圖7為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的轉(zhuǎn)矩指令T*的波形圖。
圖8為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθL的波形圖。
圖9為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的速度控制系統(tǒng)采用前置濾波器單元8時(shí)的方框圖。
圖10所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的電動(dòng)機(jī)控制方法構(gòu)成的控制方框圖。
圖11為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的流程圖。
圖12為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2等效濾波器單元11的構(gòu)成圖。
圖13為將本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的濾波器單元9進(jìn)行等效變換的構(gòu)成圖。
圖14為一異想天開(kāi)發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的圖10等效的構(gòu)成圖。
圖15為與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的圖10等效的構(gòu)成圖。
圖16所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的電動(dòng)機(jī)控制方法構(gòu)成的控制方框圖。
圖17為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的流程圖。
圖18為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的等效內(nèi)部濾波器單元41的構(gòu)成圖。
圖19為用拉普拉斯算子表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的圖1的構(gòu)成的方框圖。
圖20為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的圖19等效的構(gòu)成圖。
圖21為與本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的圖20(c)等效的構(gòu)成圖。
圖22所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的電動(dòng)機(jī)控制方法構(gòu)成圖。
圖23為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的流程圖。
圖24所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的電動(dòng)機(jī)控制方法構(gòu)成的控制方框圖。
圖25為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的流程圖。
圖26為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法的控制方框圖。
圖27為低剛性裝置的模型圖。
圖28為將低剛性裝置建立數(shù)學(xué)模型的方框圖。
圖29為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法的控制方框圖。
圖30(a)為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法有關(guān)的從轉(zhuǎn)矩指令T*到電動(dòng)機(jī)位置θM為止的傳遞函數(shù)的頻率特性圖。圖30(b)為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法有關(guān)的從電動(dòng)機(jī)位置指令θM*到電動(dòng)機(jī)位置θM為上報(bào)傳遞函數(shù)的頻率特性圖，圖30(c)為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法有關(guān)的從電動(dòng)機(jī)位置θM到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性圖，圖30(d)為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法有關(guān)的從電動(dòng)機(jī)位置指令θM*到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性圖。
圖31(a)為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法中的位置指令θ*的指令模式圖，圖31(b)為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法中的位置指令θ*的微分波形圖。
圖32為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法中沒(méi)有前置濾波器107時(shí)的電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM及控制對(duì)象位置偏差ΔθL的波形圖。
圖33(a)為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法中的前置濾波器單元107的頻率特性圖，圖33(b)為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法中的從位置指令θ*到控制對(duì)象位置θL為止的傳遞函數(shù)的頻率特性圖。
圖34為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法中的電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM及控制對(duì)象位置偏差ΔθL的波形圖。
圖35為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法中沒(méi)有前置濾波器單元107及位置比例增益Kpp和速度比例增益Kvp低的情況下的電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM及控制對(duì)象位置偏差ΔθL的波形圖。
圖36為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法中的位置指令θ*及電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的波形圖。
圖37為以往的電動(dòng)機(jī)控制方法中的T*的波形圖。
圖38所示為裝有本發(fā)明的安裝機(jī)械的示意圖。
請(qǐng)考慮到附圖的一部分或全部是以圖示的目的利用簡(jiǎn)要的表現(xiàn)方法繪制的，不一定忠實(shí)地描繪出其所示的要素的實(shí)際相對(duì)大小及位置。
具體實(shí)施例方式
下面和附圖一起敘述具體表示本發(fā)明進(jìn)行實(shí)施用的最佳形態(tài)的實(shí)施形態(tài)。
《實(shí)施形態(tài)1》下面利用圖1-9說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。圖1所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的電動(dòng)機(jī)控制裝置的構(gòu)成圖。實(shí)施形態(tài)1的電動(dòng)機(jī)控制裝置是對(duì)將從元件盒取出的電子元器件(例如IC)自動(dòng)安裝到印制電路板上的安裝機(jī)械控制其頭部(在將從元件盒取出的電子元器件放置到印制電路板上規(guī)定之前加以保持的機(jī)構(gòu)部分)位置的控制裝置。本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置及控制方法的適用對(duì)象不限于此，楞以適用于任何裝置。在實(shí)施形態(tài)1的電動(dòng)機(jī)控制裝置中，電動(dòng)機(jī)2與控制對(duì)象3的連接部分等的機(jī)械剛性低，也可以是控制對(duì)象(負(fù)載)3本身的剛性低。
在圖1中，1為位置指令生成單元，2為電動(dòng)機(jī)，3為控制對(duì)象(負(fù)載)，4為位置檢測(cè)單元，5為振動(dòng)檢測(cè)單元，6為伺服控制器。伺服控制器6包括位置指令輸入單元7、前置濾波器單元8及指令跟蹤控制單元12。前置濾波器單元8包括濾波器單元9及參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10。指令跟蹤控制單元12包括位置偏差運(yùn)算單元(減法器)13、位置控制單元14、速度運(yùn)算單元15、速度偏差運(yùn)算單元(減法器)16、速度控制單元17及電流控制單元18。
位置指令生成單元1生成位置指令，輸入至伺服控制器件的位置指令輸入單元7。位置指令輸入單元7通過(guò)前置濾波器單元8將位置指令θ*送給指令跟蹤控制單元12。實(shí)施形態(tài)1的控制裝置是控制電動(dòng)機(jī)2使得與電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象(負(fù)載)3的位置(下面稱(chēng)為“控制對(duì)象位置θL”)與位置指令θ*一致用的裝置。在圖1中，控制對(duì)象位置θL不能檢測(cè)。位置檢測(cè)單元4檢測(cè)電動(dòng)機(jī)2的位置(下面稱(chēng)為“電動(dòng)機(jī)位置θM”)。伺服控制器6進(jìn)行控制，使得電動(dòng)機(jī)位置θM跟蹤位置指令。由于控制對(duì)象3與電動(dòng)機(jī)2連接，因此控制對(duì)象位置θL也跟蹤位置指令。
位置指令輸入單元7將位置指令輸入，變換為適合內(nèi)部運(yùn)算的單位后作為位置指令θ*輸出。伺服控制器6控制電動(dòng)機(jī)2，使得電動(dòng)機(jī)位置θM與位置指令θ*一致。通過(guò)這樣，實(shí)施形態(tài)1的控制裝置控制電動(dòng)機(jī)2，使得控制對(duì)象位置θL與位置指令θ*一致。是進(jìn)行控制，使得電動(dòng)機(jī)位置θM及控制對(duì)象位置θL迅速跟蹤位置指令θ*。在控制對(duì)象3或連接電動(dòng)機(jī)2與控制對(duì)象3的連接軸的剛性低的實(shí)施形態(tài)1的控制裝置中，控制對(duì)象位置θL容易產(chǎn)生振動(dòng)。為了抑制控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)，前置濾波器單元8將位置指令θ*的模式輸入，變化為對(duì)控制對(duì)象位置θL不激振的模式AM*(電動(dòng)機(jī)位置指令)。指令跟蹤控制單元12控制電動(dòng)機(jī)2，使得位置檢測(cè)單元4檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)位置θM跟蹤電動(dòng)機(jī)位置指令θM*?？刂蒲b置迅速跟蹤輸入的位置指令。
在圖1的實(shí)施形態(tài)1中，與以往的電動(dòng)機(jī)控制裝置(圖26)的不同點(diǎn)在于，追加振動(dòng)檢測(cè)單元5，以及前置濾波器單元8的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與圖26的前置濾波器單元107不同。
振動(dòng)檢測(cè)單元5直接檢測(cè)控制對(duì)象3的振動(dòng)，傳遞給前置濾波器單元8的參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10。振動(dòng)檢測(cè)單元5的構(gòu)成可以是任意的，實(shí)施形態(tài)1的振動(dòng)檢測(cè)單元5是安裝在控制對(duì)象3的表面的壓力傳感器。
前置濾波器單元8包括參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10，其濾波器單元9的傳遞函數(shù)與前置濾波器單元107不同。參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10將振動(dòng)檢測(cè)單元5的輸出信號(hào)輸入，提取其中包含的控制對(duì)象3的振動(dòng)頻率。參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10根據(jù)提取的振動(dòng)頻率，決定濾波器單元9的特性(傳遞函數(shù))。
下面敘述因該構(gòu)成的不同而得到的效果，以往的電動(dòng)機(jī)控制方法包括在控制對(duì)象103或連接電動(dòng)機(jī)102與控制對(duì)象103的連接軸的剛性低的控制系統(tǒng)中抑制電動(dòng)機(jī)位置θM及控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)的效果。但是，由于位置指令生成單元101生成的指令模式或控制對(duì)象103的特性，轉(zhuǎn)矩指令T*將達(dá)大，必須加上轉(zhuǎn)矩限制。在這種情況下存在的問(wèn)題是，控制裝置不能進(jìn)行最佳控制，對(duì)于位置指令的響應(yīng)滯后，控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)收斂需要花費(fèi)時(shí)間。
圖1的前置濾波器單元8的濾波器單元9將位置指令θ*輸入，自動(dòng)變換為在控制對(duì)象3中難以激振的指令模式，作為電動(dòng)機(jī)位置指令θM*輸出。不取決于位置指令生成單元1生成的指令模式及控制對(duì)象3的特性，電動(dòng)機(jī)位置指令θM*不會(huì)超過(guò)上限值(加上限制)。實(shí)施形態(tài)1的控制裝置采用始終最佳抑制電動(dòng)機(jī)2控制對(duì)象3的振動(dòng)的控制方法。
下面說(shuō)明圖1的控制方框圖的詳細(xì)動(dòng)作。位置指令生成單元1例如用PLC(Programable Logic Controller，可編程控制器)構(gòu)成。位置指令生成單元1生成位置指令模式，根據(jù)模式輸出位置指令。
位置檢測(cè)單元4檢測(cè)電動(dòng)機(jī)2的位置，作為電動(dòng)機(jī)位置θM輸出。
伺服控制器6進(jìn)行數(shù)字控制，伺服控制器6每隔一定周期將來(lái)自位置指令生成單元1的位置指令及來(lái)自位置檢測(cè)單元4的電動(dòng)機(jī)位置θM輸入，進(jìn)行運(yùn)算處理，控制流過(guò)電動(dòng)機(jī)2的電流I。
圖2所示為伺服控制器6執(zhí)行的1個(gè)周期的運(yùn)算處理流程圖。伺服控制器6每隔一定的運(yùn)算周期(例如166μs)重復(fù)圖2所示的運(yùn)算處理。下面利用圖1-圖5說(shuō)明圖2從開(kāi)始到結(jié)束的處理。各狀態(tài)量的標(biāo)號(hào)(n)表示現(xiàn)在的運(yùn)算周期的值，(n-1)表示上一個(gè)運(yùn)算周期的值。
位置指令輸入單元7從位置指令生成單元1讀入位置指令，變換為適合于伺服控制器6的內(nèi)部運(yùn)算的單位系后，將位置指令θ*(n)輸出(步驟S1的指令取入處理)。
指令跟蹤控制單元12將位置檢測(cè)單元4檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)2的位置作為θM(n)取入(步驟S2的狀態(tài)量取入處理)。
前置濾波器單元8的參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10根據(jù)振動(dòng)檢測(cè)單元5檢測(cè)的控制對(duì)象3的振動(dòng)，計(jì)算出其振動(dòng)頻率fr(步驟S3的前置濾波器參數(shù)自動(dòng)設(shè)定處理)。設(shè)ωa＝2π·fr。參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10計(jì)算控制對(duì)象3的振動(dòng)頻率的方法可以是任意的。例如參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10測(cè)量振動(dòng)檢測(cè)單元5輸出的振動(dòng)信號(hào)的過(guò)零時(shí)間間隔，根據(jù)該測(cè)量值計(jì)算振動(dòng)頻率。例如參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10對(duì)振動(dòng)檢測(cè)單元5輸出的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行FFT(fast Fouier Trasform，快速富里葉變換)變換，通過(guò)這樣變換為頻譜，檢測(cè)出振動(dòng)頻率fr。參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10根據(jù)計(jì)算出的振動(dòng)頻率fr，得到ωa＝2π·fr，再根據(jù)ωa，決定ωf。
圖3所示為實(shí)施形態(tài)1的控制裝置的ωa與ωf的關(guān)系曲線。參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10利用將圖3所示曲線的ωa與ωf的值加以存儲(chǔ)的表或者表示圖3曲線的函數(shù)，根據(jù)ωa，決定ωf。也可以采用將ωa及位置指令θ*的加速度(2階微分)作為變量的2維表格。衰減系數(shù)S也可以作為可變，但這里固定為1。衰減系數(shù)S為不是0的數(shù)值。關(guān)于ωf的作用、將ωa及位置指令θ*的加速度作為變量的理由及S的適當(dāng)?shù)脑O(shè)定值，將在后面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。通過(guò)這樣，參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10將決定濾波器單元9的參數(shù)。
濾波器單元9利用ωa及ωf，根據(jù)位置指令θ*(n)，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)位置指令θM*(n)(步驟S4的前置濾波順處理)。濾波器單元9包括圖5所示的傳遞函數(shù)。圖4(a)所示為濾波器單元9的輸入輸出之間的傳遞函數(shù)的頻率特性圖。濾波器單元9的頻率特性取決于步驟3決定的參數(shù)。濾波器單元9包括降低頻率ωa及其附近頻率的增益的特性。特別是比ωa高的高頻率區(qū)增益，與圖33(a)的以往例子的前置濾波器單元107的頻率特性相比要低。從位置指令θ*到控制對(duì)象位置θL為止的頻率特性為將圖30(d)與圖4(a)合起來(lái)的特性，成為圖4(b)。圖4(b)與以往例子的圖33(b)相比，比ωa高的高頻區(qū)增益被抑制。
圖5所示為用拉普拉斯算子表現(xiàn)濾波器單元9的內(nèi)部構(gòu)成的構(gòu)成圖。實(shí)際上是用雙線性變換等方法將圖5的構(gòu)成變換為數(shù)字濾波器，濾波器單元9作為數(shù)字濾波器實(shí)現(xiàn)圖4(a)的特性。步驟S4的效果將在后面進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
位置偏差運(yùn)算單元(減法器)13及位置控制單元14進(jìn)行位置控制處理(步驟S5的位置控制處理)。首先，位置偏差運(yùn)算單元13進(jìn)行ΔθM(n)＝θm*(n)-θM(n)的運(yùn)算，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM(n)。位置控制單元14利用位置比例增益Kpp，進(jìn)行ωM*(n)＝Kpp·ΔθM(n)的運(yùn)算，計(jì)算出速度指令ωM*(n)。
速度運(yùn)算單元15、速度偏差運(yùn)算單元(減法器)16及速度控制單元17進(jìn)行控制控制處理(步驟S6的速度控制處理)。首先，速度運(yùn)算單元15根據(jù)電動(dòng)機(jī)位置θM，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)2的速度ωM(n)。速度運(yùn)算單元15計(jì)算出速度ωM(n)的方法可以是任意的。速度運(yùn)算單元15利用例如電動(dòng)機(jī)位置θM的后向差分、采用雙線性變換的電動(dòng)機(jī)位置θM的微分或速度觀測(cè)器等方法，計(jì)算出速度ωM(n)。然后，速度偏差運(yùn)算單元16進(jìn)行ΔωM(n)＝ωM*(n)-ωM(n)的運(yùn)算，計(jì)算出速度偏差ΔωM(n)。接著，速度控制單元17利用速度比例增益Kvp及速度積分時(shí)間常數(shù)Tvi，進(jìn)行式(3)及式(4)的比例積分運(yùn)算，計(jì)算出轉(zhuǎn)矩指令T*(n)。Xvi(n)為積分運(yùn)算用變量。
Xvi(n)＝Xvi(n-1)+ΔωM(n)·Kvp/Tvi(3)T*(n)＝Kvp·ΔωM(n)+Xvi(n) (4)電流控制單元18進(jìn)行控制，使得與轉(zhuǎn)矩指令T*(n)對(duì)應(yīng)的電流流過(guò)電動(dòng)機(jī)2(步驟S7的電流控制處理)。以上將結(jié)束圖2所示的處理。
關(guān)于圖2的流程圖中的步驟S4的前置濾波器處理效果、步驟S3導(dǎo)出的ωf的作用、將ωa及位置指令θ*的加速度(2階微分)作為變量導(dǎo)出ωf的理由及S的適當(dāng)?shù)脑O(shè)定值，下面與以往例子一面進(jìn)行比較，一面進(jìn)行說(shuō)明。
首先，說(shuō)明步驟S4的前置濾波器處理的效果。圖5所示的濾波器單元9包括將方框1與日俱增階濾波器的方框2串聯(lián)連接的構(gòu)成，方框1包括與以往例子的前置濾波器單元107(圖26)相同的傳遞函數(shù)。方框1從位置指令θ*中去掉使控制對(duì)象位置θL激振的頻率分量。利用方框1能夠得到減小控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)的效果。由于其詳細(xì)原理與以往例子相同，故省略其說(shuō)明。
方框2將防止在位置指令θ*的加速度(2階微分)變動(dòng)時(shí)刻轉(zhuǎn)矩指令T*形成過(guò)去的值。圖6所示為前置濾波器單元8(圖1)輸入的位置指令θ*與輸出的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的波形圖(橫軸為時(shí)間，縱軸為位置指令θ*及電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的值)。虛線為位置指令θ*，實(shí)線為電動(dòng)機(jī)位置指令θM*。位置指令θ*的波形與圖31(a)所示的波形相同。位置指令θ*的1階微分包括圖31(b)所示的波形。圖7所示為這時(shí)的速度控制單元17(圖1)輸出的轉(zhuǎn)矩指令T*的波形(橫軸為時(shí)間，縱軸為轉(zhuǎn)矩)。在輸入同一波的位置指令θ*時(shí)，在產(chǎn)生位置指令θ*的加速度變動(dòng)的時(shí)刻A、B、C、D，圖6所示的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*(實(shí)施形態(tài)1)與以往例子的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*(圖36)相比，不產(chǎn)生急劇變動(dòng)。這是由于，圖5的方框2的2階濾波器將圖4(a)的頻率特性的特別是比ωa高的高頻區(qū)增益降低，低于以往例子所示的圖33(a)。
在以往例子(圖37)中，速度控制單元113(圖26)輸出的轉(zhuǎn)矩指令T*在位置指令θ*的加速度變動(dòng)時(shí)刻的時(shí)刻A、B、C、D變成過(guò)大的值，要加上限制。如圖7所示，在本實(shí)施形態(tài)中，速度控制單元17(圖1)輸出的轉(zhuǎn)矩指令T*在位置指令θ*的加速度變動(dòng)時(shí)刻的時(shí)刻A、B、C、D，不形成過(guò)大的值，不受到限制。本實(shí)施形態(tài)的控制方法及控制裝置進(jìn)行的控制，將不限決于指令模式及控制對(duì)象的特性，始終最佳抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。
下面敘述步驟S3導(dǎo)出的ωf的作用及將ωa及位置指令θ*的加速度(2階微分)作為變量導(dǎo)出ωf的理由。在濾波器單元9(圖1)將圖6虛線所示的位置指令θ*輸入時(shí)，圖5的方框1輸出與圖36實(shí)線所示波形相同的波形信號(hào)。方框2(圖5)將圖36實(shí)線所示波形的信號(hào)輸入，輸出圖6實(shí)線所示的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*。如圖36實(shí)線所示，方框1的輸出信號(hào)在位置指令θ*的加速度變動(dòng)時(shí)刻的時(shí)刻A、B、C、D急劇變化。ωa越小，或者位置指令θ*的加速度越大，則在時(shí)刻A、B、C、D的方框1的輸出信號(hào)變化越大。由圖5的方框圖可知，ωf將決定方框2的2階濾波器的截止頻率。
在圖6中的位置指令θ*的加速度變動(dòng)時(shí)刻的時(shí)刻A、B、C、D，方框1(圖5)的輸出信號(hào)變化越大，則參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10減小ωf，降低2次濾波器的截止頻率，在位置指令θ*的加速度變化時(shí)刻的時(shí)刻A、B、C、D的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的變化變小。若不使ωf為足夠小，則在位置指令θ*的加速度變動(dòng)時(shí)刻的點(diǎn)如圖37所示，轉(zhuǎn)矩指令T*急劇增大，將受到限制?？刂蒲b置不能夠正?？刂?。這是參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10在步驟S3中將ωa及位置指令θ*的加速度作為變量自動(dòng)設(shè)定ωf的理由。參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10在ωa越小及位置指令θ*的加速度越大時(shí)，將ωf作為越小的值。通過(guò)這樣，參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10自動(dòng)設(shè)定ωf，本實(shí)施形態(tài)的控制方法及控制裝置進(jìn)行控制，將不取決于指令模式及控制對(duì)象的特性，始終最佳抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。
在圖6中，虛線的位置指令θ*在點(diǎn)D處結(jié)束變化，但前置濾波器單元8輸出的電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的變化結(jié)束時(shí)刻的點(diǎn)要比點(diǎn)D不足后，這里前置濾波器單元8的方框2(圖5)的2階濾波器的影響。電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的變化滯后由于產(chǎn)生控制裝置的響應(yīng)滯后，因此是不理想的(在以往例子中，轉(zhuǎn)矩指令T*形成過(guò)大的值，將受到限制，若與這種情況產(chǎn)生的響應(yīng)滯后相比，則本實(shí)施形態(tài)的控制裝置的響應(yīng)要快得多)。
在除了緊接轉(zhuǎn)矩指令T*容易受到限制的時(shí)刻A、B、C、D之后以外的期間，即使提高方框2的2階濾波器的截止頻率，也不能受到限制。利用這一情況，參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10隨時(shí)間改變?chǔ)豧。參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10特別在緊接點(diǎn)D之后的后面的期間，增在ωf。通過(guò)這樣，將電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的變化結(jié)束時(shí)刻提前。通過(guò)參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10實(shí)施濾波器單元9的參數(shù)切換，本實(shí)施形態(tài)的控制方法及控制裝置將實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)性。
下面說(shuō)明衰減系數(shù)ζ的適當(dāng)?shù)脑O(shè)定值。若取ζ比1小，則圖5的方框2的頻率特性在頻率ωf附近開(kāi)始包括增益0dB以上的增益峰值。在這種情況下，由于有可能在控制對(duì)象位置θL出現(xiàn)該增益峰值的頻率的振動(dòng)，因此不希望將ζ設(shè)定在1以下。ζ越大，則電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的變化結(jié)束時(shí)刻越長(zhǎng)(參照?qǐng)D6)，控制裝置的響應(yīng)越帶后。所謂變化結(jié)束時(shí)刻是在電動(dòng)機(jī)位置指令θM*開(kāi)始變動(dòng)之后結(jié)束變動(dòng)的時(shí)刻。因而，也不希望使ζ過(guò)大。所以，ζ最好設(shè)定為1左右。
圖8所示的輸入圖31(a)及(b)所示位置指令時(shí)的實(shí)施形態(tài)1的控制裝置(圖1)的響應(yīng)波形圖。虛線為電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM，實(shí)線為控制對(duì)象位置偏差ΔθL。與沒(méi)有前置濾波器8時(shí)的電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM及控制對(duì)象位置偏差ΔθL的響應(yīng)波形即圖32相比，在實(shí)施形態(tài)1的控制裝置中，能夠抑制位置指令輸出期間結(jié)束后的振動(dòng)。
也可以將圖5的方框1的傳遞函數(shù)改為包含衰減項(xiàng)ζn/ωa·s的式(5)。通過(guò)調(diào)整衰減系數(shù)ζn，能夠調(diào)整頻率ωf的增益。通過(guò)適當(dāng)決定衰減系數(shù)ζn，更能夠抑制電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔM及控制對(duì)象位置偏差ΔθL的振動(dòng)。
(1/ωa2)·S2+(2ζn/ωa)·S+1 (5)在沒(méi)有前置濾波器8的以往例子的控制裝置中，圖35所示為比圖32所示的例子將位置比例增益Kpp及速度比例增益Kvp設(shè)定得更低、以減小控制對(duì)象位置偏差ΔθL的振動(dòng)時(shí)的電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM及控制對(duì)象位置偏差ΔθL的響應(yīng)。圖8的響應(yīng)比圖35的響應(yīng)快。根據(jù)本發(fā)明，保持與以往例同樣的高速響應(yīng)不變情況下，能夠減小振動(dòng)。圖8的響應(yīng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩指令T*的波形為圖7所示。在位置指令θ*的加速度變動(dòng)時(shí)刻的時(shí)刻A、B、C、D，轉(zhuǎn)矩指令T*不急劇增大，沒(méi)有受到限制。本實(shí)施形態(tài)的控制方法及控制裝置在位置指令θ*的加速度變動(dòng)時(shí)，也進(jìn)行應(yīng)當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。
在振動(dòng)頻率為11Hz、調(diào)整幅度為±125μm的條件下，比較通過(guò)實(shí)驗(yàn)的調(diào)整時(shí)間(從位置指令的輸出(變動(dòng))結(jié)束時(shí)刻起到裝置前端位置(控制對(duì)象3的前端)收斂在以目標(biāo)值為中心的調(diào)整幅度內(nèi)的時(shí)刻為止所需要的時(shí)間)。在沒(méi)有前置濾波器的控制裝置中，調(diào)整時(shí)間為727ms。在有前置濾波器107的以往例子的控制裝置(圖29)中，由于轉(zhuǎn)矩飽和，振動(dòng)長(zhǎng)時(shí)間不收斂，因此不能測(cè)量有意義的測(cè)量時(shí)間。在本發(fā)明的控制裝置(圖1)中，調(diào)整時(shí)間為45ms。根據(jù)本發(fā)明，與沒(méi)有前置濾波器的情況相比，調(diào)整時(shí)間能夠達(dá)到約1/16。
圖38所示為裝有本發(fā)明控制裝置的安裝機(jī)械的構(gòu)成圖。在圖38中，對(duì)于與圖1相同的部分附加相同的編號(hào)。在圖38中，安裝機(jī)械包括伺服2a、2b及2c。各伺服電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于圖1的電動(dòng)機(jī)2。各伺服電動(dòng)機(jī)分別利用伺服放大器6a、6b及6c進(jìn)行控制。
根據(jù)本發(fā)明的控制方法及控制裝置，能夠抑制因控制對(duì)象或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。本發(fā)明的控制方法及控制裝置，將不取決于指令模式或控制對(duì)象的特性，始終自動(dòng)抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。自動(dòng)防止轉(zhuǎn)矩指令T*形成過(guò)大的值。通過(guò)使圖1的前置濾波器單元8的參數(shù)設(shè)定全部自動(dòng)化，則控制裝置的響應(yīng)加快，裝有控制裝置的裝置的操作性提高。即使因控制對(duì)象的特性變動(dòng)而引起振頻率ωa變化，也能夠自動(dòng)改變?chǔ)豧的設(shè)定值，由于包括這樣的構(gòu)成，因而能夠不取決于指令模式或控制對(duì)象的特性，始終減小振動(dòng)。
在圖1中的指令跟蹤控制單元12的構(gòu)成，若是進(jìn)行控制使得電動(dòng)機(jī)位置θM跟蹤電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的構(gòu)成，則即使是其它構(gòu)成，也能夠得到與本實(shí)施形態(tài)相同的效果。
圖1的前置濾波器單元8也可以在位置指令生成單元1的內(nèi)部構(gòu)成。
以上，本實(shí)施形態(tài)是對(duì)位置控制系統(tǒng)進(jìn)行了說(shuō)明。但不限定于此，對(duì)于圖9所示的速度控制系統(tǒng)也可以采用本發(fā)明。在圖9中，與圖1相同符號(hào)的方框包括與圖1相同的作用。速度指令生成單元20生成速度指令模式，根據(jù)模式輸出速度指令。速度檢測(cè)單元21檢測(cè)電動(dòng)機(jī)2的速度，作為ωM輸出。伺服控制器22進(jìn)行數(shù)字控制。伺服控制器22每隔一定周期取入來(lái)自速度指令生成單元20的速度指令及來(lái)自速度檢測(cè)單元2 1的電動(dòng)機(jī)速度ωM，進(jìn)行運(yùn)算處理，控制流過(guò)電動(dòng)機(jī)2的電流I。速度指令輸入單元23將來(lái)自速度指令生成單元20的速度指令輸入，變換為適合于伺服控制器22的內(nèi)部運(yùn)算的單位系后，作為速度指令ω*輸出。前置濾波器單元8(包括圖5的傳遞函數(shù))將速度指令ω*輸入，將電動(dòng)機(jī)速度指令ωM*輸出。前置濾波器單元8提取振動(dòng)檢測(cè)單元5檢測(cè)的控制對(duì)象3的振動(dòng)頻率，根據(jù)振動(dòng)頻率，決定濾波器的傳遞函數(shù)的參數(shù)。指令跟蹤控制單元24進(jìn)行控制，使得電動(dòng)機(jī)速度ωM跟蹤電動(dòng)機(jī)速度指令ωM*。也可以配置位置檢測(cè)單元以代替速度檢測(cè)單元21。在這種情況下，在伺服控制器22的內(nèi)部將位置檢測(cè)單元檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)2的位置信息進(jìn)行微分，計(jì)算出電動(dòng)機(jī)速度ωM。也可以將圖9的前置濾波器單元8配置在速度指令生成單元20的內(nèi)部。
在圖9的速度控制裝置中，能夠抑制因控制對(duì)象或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。速度控制裝置將不取決于指令模式或控制對(duì)象的特性，始終自動(dòng)且適當(dāng)?shù)乜刂齐妱?dòng)機(jī)。速度控制裝置將自動(dòng)防止轉(zhuǎn)矩指令過(guò)大。通過(guò)使圖9的前置濾波器單元8的參數(shù)設(shè)定自動(dòng)化，能夠改善控制裝置的操作性。
圖1的濾波器單元9也可以不是圖5的構(gòu)成。只要其構(gòu)成包括如圖4所示的降低規(guī)定頻率ωa(最好是控制對(duì)象3的反共振頻率fr×2π附近)及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性即可。
在圖1的控制對(duì)象位置θL以多個(gè)振動(dòng)頻率振動(dòng)時(shí)，濾波器單元9為降低多個(gè)振動(dòng)頻率及它們附近頻率的增益且抑制高頻區(qū)增益的特性。
在圖2的流程圖中，步驟S2的狀態(tài)量取入處理只要在從開(kāi)始到步驟S5之前為止的任何時(shí)刻進(jìn)行即可。
電動(dòng)機(jī)不限定于特定的種類(lèi)電動(dòng)機(jī)可以是直流電動(dòng)機(jī)、永磁同下電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)不限定于旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)，也可以是直線電動(dòng)機(jī)。
位置指令θ*的指令模式也可以不是用位置指令生成單元1生成，而是用伺服控制器6內(nèi)部的位置指令輸入單元7生成。在這種情況下，位置指令輸入單元7根據(jù)生成的指令模式，每隔一定周期，輸出位置指令θ*。
《實(shí)施形態(tài)2》下面利用圖10-15說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。圖10所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)2的電動(dòng)機(jī)控制方法的控制方框構(gòu)成圖。在圖10中，與實(shí)施形態(tài)1的圖1的不同點(diǎn)是前置濾波器單元8的構(gòu)成。實(shí)施形態(tài)2的前置濾波器單元8包括等效濾波器單元11及補(bǔ)償值相加單元30以代替濾波器單元9。在圖10中，與圖1相同符號(hào)的方框包括與實(shí)施形態(tài)1相同的作用。
下面說(shuō)明圖10的控制裝置的詳細(xì)動(dòng)作。由于位置指令生成單元1及位置檢測(cè)單元4與實(shí)施形態(tài)1相同，故省略其說(shuō)明。伺服控制器6進(jìn)行數(shù)字控制。伺服控制器6每隔一定周期將來(lái)位置指令生成單元1的位置指令及來(lái)自位置檢測(cè)單元4的電動(dòng)機(jī)位置θM輸入，進(jìn)行運(yùn)算處理，控制流過(guò)電動(dòng)機(jī)2的電流I。
圖11所示為伺服控制器6執(zhí)行的1個(gè)周期的運(yùn)算處理流程圖。伺服控制器6每隔一定的運(yùn)算周期(例如166μs)重復(fù)圖11所示的運(yùn)算處理。下面利用圖10-圖12說(shuō)明圖11的處理。在圖11中，與圖2相同符號(hào)的步驟進(jìn)行與實(shí)施形態(tài)1相同的處理。由于圖11的從步驟S1到S3進(jìn)行的處理與圖2的從步驟S1到S3相同，故省略其說(shuō)明。
等效濾波器單元11將位置指令θ*輸入，將補(bǔ)償值Xc輸出(步驟S10的前置濾波器處理)。在圖12中用拉普拉斯算子S表示等效濾波器單元11的傳遞函數(shù)。實(shí)際上是變換成將圖12的傳遞函數(shù)利用雙線性變換等方法進(jìn)行變換的數(shù)字濾波器，等效濾波器單元11作為數(shù)字濾波器進(jìn)行運(yùn)算。數(shù)字濾波器將步驟S1輸出的位置指令θ*輸入，將補(bǔ)償值Xc輸出。將等效濾波器單元11的構(gòu)成形成圖12的形式的理由將在后面敘述。
位置偏差運(yùn)算單元(差分器)13計(jì)算ΔθM(n)＝θ*(n)-θM(n)，輸出電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM(n)(步驟S11的位置控制處理品)。補(bǔ)償值相加單元(加法器)30輸出將步驟S10的輸出值Xc(n)與步驟11的輸出值ΔθM(n)相加的值(步驟S12的補(bǔ)償值相加處理)。位置控制單元14輸出對(duì)步驟S12的輸出值(ΔθM(n)+Xc(n))乘上位置比例增益Kpp的值即電動(dòng)機(jī)速度指令ωM*(n)(步驟S13的位置控制處理2)。
速度偏差運(yùn)算單元(差分器)16輸出從步驟S13的輸出值(位置控制單元14的輸出值)減去步驟S2取入的電動(dòng)機(jī)位置θM(n)的值ΔωM(n)＝ωM*(n)-θM(n)(步驟S14的速度控制處理1)。速度控制單元17利用步驟S14的輸出值ΔωM(n)，進(jìn)行式(3)及式(4)的比例積分運(yùn)算，輸出轉(zhuǎn)矩指令T*(n)(步驟S15的速度控制處理2)。電流控制單元18進(jìn)行控制，使得與步驟S15的輸出值T*(n)對(duì)應(yīng)的電流I流過(guò)電動(dòng)機(jī)2(步驟S16的電流控制處理品)。以上為圖11的流程圖所示的伺服控制器6的內(nèi)部運(yùn)算1個(gè)周期部分的運(yùn)算處理。
下面敘述將等效濾波器單元11的構(gòu)成采用圖12的形式的理由。圖1的實(shí)施形態(tài)1的濾波器單元9的傳遞函數(shù)為式(6)(圖5)[(1/ωa2)·S2+1]/[(1/ωf2)·S2+2ζ/ωf·S+1] (6)若將式(6)進(jìn)行變換，則得到式(7)。
1+{[(1/ωa2-1/ωf2)·S2-(2ζ/ωf)·S]/[(1/ωf2)·S2+(2ζ/ωf)·S+1]}(7)根據(jù)式(7)，若將圖5進(jìn)行等效變換，則變成圖13。圖13的方框3與圖12相等。因而，圖1的實(shí)施形態(tài)1的構(gòu)成與圖10的本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成是等效的。實(shí)施形態(tài)2與實(shí)施形態(tài)1是等效的，包括相同的效果。
在實(shí)施形態(tài)2中，與實(shí)施形態(tài)1相比，θM的收斂值不偏離位置指令θ*的收斂值。在實(shí)施形態(tài)2中，前置濾波器單元8的補(bǔ)償值Xc是在位置偏差運(yùn)算單元13的后級(jí)的補(bǔ)償值相加單元30與電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM相加。位置偏差運(yùn)算單元13進(jìn)行ΔθM＝θ*-θM的運(yùn)算。指令跟蹤控制單元12進(jìn)行控制，使得電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM成為0。由于控制裝置將位置指令θ*保持原樣作為目標(biāo)值來(lái)控制電動(dòng)機(jī)位置θM，因此位置指令θ*的收斂值(停止位置)與電動(dòng)機(jī)位置θM的收斂值一致。因而，本實(shí)施形態(tài)的θM的收斂值不偏離位置指令θ*的收斂值。
在圖1的實(shí)施形態(tài)1中，位置偏差運(yùn)算單元(減法器)13進(jìn)行ΔθM＝θM*-θM的運(yùn)算。指令跟蹤控制單元12進(jìn)行控制，使得電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM成為0。電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的收斂值(停止位置)由于圖1的濾波器單元9的運(yùn)算產(chǎn)生的退位等原因，因而有時(shí)與位置指令θ*的收斂值不相同。
由于位置指令θ*與電動(dòng)機(jī)位置θM的收斂值不相同，因此θM的收斂值偏離位置指令θ*的收斂值。在實(shí)施形態(tài)中，為了使位置指令θ*與電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的收斂值一致，必須進(jìn)行偏離補(bǔ)償?shù)奶幚?。在?shí)施形態(tài)2中，沒(méi)有必要進(jìn)行偏離補(bǔ)償?shù)奶幚怼?br> 如上所述，在實(shí)施形態(tài)2中，能夠得到與實(shí)施形態(tài)1相同的效果。實(shí)施形態(tài)2的控制方法及控制裝置將抑制因控制對(duì)象或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)2及控制對(duì)象3的振動(dòng)。實(shí)施形態(tài)2的控制方法及控制裝置將不取決于指令模式或控制對(duì)象3的特性，始終自動(dòng)抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。自動(dòng)防止轉(zhuǎn)矩指令T*形成過(guò)大的值。通過(guò)全部自動(dòng)進(jìn)行圖10的等效濾波器單元11的參數(shù)設(shè)定，則控制裝置的操作性提高。實(shí)施形態(tài)2的控制方法及控制裝置即使因控制對(duì)象的特性變動(dòng)而引起振動(dòng)頻率變化，也將自適應(yīng)改變?yōu)V波器的參數(shù)值，始終減小振動(dòng)。
在本實(shí)施形態(tài)中，將圖1的濾波器9進(jìn)行等效變換，形成前饋結(jié)構(gòu)，通過(guò)這樣消除因運(yùn)算的退位而引起的偏離。不需要進(jìn)行偏離補(bǔ)償，因而能夠縮短利用軟件的運(yùn)算時(shí)間，能夠減輕編制軟件所花費(fèi)的人力。另外，能夠去掉偏離補(bǔ)償?shù)碾娐?，減輕LSI的開(kāi)發(fā)人力，能夠減少LSI的芯片面積。
圖10的補(bǔ)償值相加單元30若是在位置偏差運(yùn)算單元13的后級(jí)構(gòu)成，則也可以在主信號(hào)路徑上的任何地方相加。例如，也可以將圖10等效變換為圖14或圖15。圖14及圖15的控制裝置包括與圖10相同的效果。圖14的控制裝置的流程(控制方法)是在圖11的步驟S10中進(jìn)行等效濾波器單元11及位置控制單元14的處理，計(jì)算出補(bǔ)償值Xc，在步驟S13與步驟S14之間執(zhí)行圖11的步驟S12(補(bǔ)償值相加處理)。圖15的控制裝置的流程(控制方法)是在圖11的步驟S10中進(jìn)行等效濾波器單元11、位置控制單元14及速度控制單元17的處理，計(jì)算出補(bǔ)償值Xc，在步驟S15與步驟S16之間執(zhí)行圖11的步驟S12(補(bǔ)償值相加處理)。
在本實(shí)施形態(tài)中，將圖5的構(gòu)成利用式(7)等效變換為圖13。在本發(fā)明中，不限于圖5的傳遞函數(shù)，可以采用包括圖4(a)所示的降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的任意傳遞函數(shù)。可以與式(7)相同，將那樣的傳遞函數(shù)等效變換為1+Ge(S)的形式，將Ge(S)作為前饋結(jié)構(gòu)。通過(guò)這樣，能夠得到與本實(shí)施形態(tài)相同的效果。
圖11的步驟S3的前置濾波器參數(shù)自動(dòng)設(shè)定處理，若在步驟S10的前置濾波器處理之前結(jié)束處理，則也可以在任意時(shí)刻執(zhí)行。步驟S10的前置濾波器處理，若在步驟S12的補(bǔ)償值相加處理之前結(jié)束處理，則也可以在任何時(shí)刻執(zhí)行。
在圖10中，指令跟蹤控制單元12的構(gòu)成只要是進(jìn)行控制使得電動(dòng)機(jī)位置θM跟蹤位置指令θ*的構(gòu)成，則即使是其它構(gòu)成，也能夠得到與本實(shí)施形態(tài)相同的效果。
圖10的前置濾波器單元8也可以配置在位置指令生成單元1的內(nèi)部。
以上，本實(shí)施形態(tài)是對(duì)位置控制系統(tǒng)進(jìn)行說(shuō)明，但與實(shí)施形態(tài)1中說(shuō)明的相同，對(duì)于速度控制系統(tǒng)也可以采用本發(fā)明。在這種情況下，前置濾波器單元也可以配置在生成速度指令模式并輸出速度指令的速度指令生成單元的內(nèi)部。
在圖10的控制對(duì)象位置θL以多個(gè)振動(dòng)頻率振動(dòng)時(shí)，若設(shè)等效濾波器單元11的傳遞函數(shù)為Ge(S)，則傳遞函數(shù)1+Ge(S)為降低多個(gè)振動(dòng)頻率及它們附近頻率的增益且抑制高頻區(qū)增益的特性。
在圖11的流程圖中，步驟S2的處理只要在人開(kāi)始到步驟S11之前為止的任何時(shí)刻進(jìn)行即可。
電動(dòng)機(jī)不限定于某特定的種類(lèi)。電動(dòng)機(jī)可以是直流電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)不限定旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)，也可以是直線電動(dòng)機(jī)。
位置指令θ*的指令模式也可以不是用位置指令生成單元1生成，而是用伺服控制器6內(nèi)部的位置指令輸入單元7生成。在這種情況下，位置指令輸入單元7根據(jù)生成的指令模式，每隔一定周期，輸出位置指令θ*。
《實(shí)施形態(tài)3》下面利用圖16-21說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。圖16所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)3的電動(dòng)機(jī)控制裝置的構(gòu)成方框圖。在圖16中，與實(shí)施形態(tài)1的圖1的不同點(diǎn)是前置濾波器單元8的構(gòu)成。實(shí)施形態(tài)3的前置濾波器單元8包括指令推令單元40、等效內(nèi)部濾波器單元41及補(bǔ)償相加單元(加法器)42以代替濾波器單元9。再有，位置指令輸入單元7、位置偏差運(yùn)算13及位置控制單元14在伺服控制器43的外部構(gòu)成。配置在伺服控制器43外部的這些方框由例如已有的LSI或處理內(nèi)容未公開(kāi)的已有軟件構(gòu)成。這些方框中的處理不能改變，而且這些方框的輸出信號(hào)只能讀取特定的信號(hào)(本發(fā)明的控制方法及控制裝置利用的)。這些方面與圖1不同。在圖16中，與圖1有相同符號(hào)的方框包括與實(shí)施形態(tài)1相同的作用。
下面說(shuō)明圖16的控制裝置的詳細(xì)動(dòng)作。位置指令生成單元1及位置檢測(cè)單元4，由于與實(shí)施形態(tài)1相同，故省略其說(shuō)明。位置指令輸入單元7、位置偏差運(yùn)算單元13及位置控制單元14，由于包括與實(shí)施形態(tài)1相同的作用，故省略其說(shuō)明，但與實(shí)施形態(tài)1不同的是在伺服控制器43的外部構(gòu)成。不能改變這些方框的動(dòng)作。伺服控制器43僅將位置控制單元14輸出的速度指令ω*輸入。伺服控制器43不能從前級(jí)輸入速度指令ω*以外的信息(例如位置指令θ*)。
伺服控制器43進(jìn)行數(shù)字控制。伺服控制器43每隔一定周期取入來(lái)自位置控制單元14的速度指令ω*及來(lái)自位置檢測(cè)單元4的電動(dòng)機(jī)位置θM，進(jìn)行運(yùn)算處理，控制電動(dòng)機(jī)2的電流I。圖17所示為伺服控制器43執(zhí)行的1個(gè)周期的運(yùn)算處理流程圖。伺服控制器43每隔一定的運(yùn)算周期(例如166μs)重復(fù)圖17所示的運(yùn)算處理。下面利用圖16-18說(shuō)明圖17的處理。在與圖2相同符號(hào)的步驟中，進(jìn)行與實(shí)施形態(tài)1的處理相同的處理。
伺服控制器43取入位置控制單元14輸出的速度指令ω*，作為ω*(n)(步驟20的指令取入處理)。步驟S2及步驟S3由于與實(shí)施形態(tài)1相同，故省略其說(shuō)明。指令推定單元40、等效內(nèi)部濾波器單元41及補(bǔ)償值相加單元42進(jìn)行運(yùn)算，將補(bǔ)償值Xc與速度指令ω*相加(步驟S21的前置濾波器處理)。
指令推定單元40根據(jù)速度指令ω*及電動(dòng)機(jī)位置θM，利用下述式(8)，對(duì)推定位置指令θe*進(jìn)行推算。
θe(n)＝ω*(n)/Kpp+θm(n) (8)圖18所示為等效內(nèi)部濾波器單元41的內(nèi)部方框的傳遞函數(shù)。是與圖13的方框3相同的構(gòu)成，即對(duì)利用式(7)將圖1的前置濾波器9進(jìn)行等效變換地的第2項(xiàng)構(gòu)成乘以位置控制單元的比例增益Kpp的構(gòu)成。實(shí)際上是變換為利用雙線性變換等方法將圖18的傳遞函數(shù)進(jìn)行變換的數(shù)字濾波器，等效內(nèi)部濾波器單元41作為數(shù)字濾波器進(jìn)行運(yùn)算。數(shù)字濾波器將利用式(8)計(jì)算出的推定位置指令θe*輸入，將補(bǔ)償值Xc輸出。若除了輸入是位置指令θ*還是推定位置指令θe*的判別之外，圖18以與實(shí)施形態(tài)2(圖14)相同的原理動(dòng)作。根據(jù)18的構(gòu)成，能夠得到與實(shí)施形態(tài)2相同的振動(dòng)抑制效果。補(bǔ)償值相加單元(加法器)42將速度指令ω*與等效內(nèi)部濾波器單元41輸出的補(bǔ)償值Xc相加，作為ωM*輸出。將等效內(nèi)部濾波器單元41的構(gòu)成采用圖18的形式的理由將在后面敘述。
步驟S6及步驟S7由于與實(shí)施形態(tài)1相同，故省略說(shuō)明。以上是圖17的流程圖所示的伺服控制43在1個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)算處理。
下面敘述將等效內(nèi)部濾波器單元41的構(gòu)成采用圖18的形式的理由。圖19是以采用拉普拉斯算子的方框圖表示圖1的實(shí)施形態(tài)1的形成。圖19的F為表示濾波器單元9的傳遞函數(shù)的式(6)。G(s)為圖29的電動(dòng)機(jī)102的傳遞函數(shù)，是從轉(zhuǎn)矩指令T*到電動(dòng)機(jī)位置θM為止的傳遞函數(shù)。S為拉普拉斯算子。圖20所示為將圖19等效變換的方框圖。在圖20中，F(xiàn)11、F21、F31、F32及F33分別為式(9)-(13)。
F11(S)＝Kpp·[(1/ωf2-1/ωa2)·S2+(2ζ/ωf)·S]/(1/ωa2)·S2+1](9)F21(S)＝Kpp·[(1/ωf2-1/ωa2)·S2+(2ζ/ωf)·S]/[1/ωf2]·2ζ/ωf)·S+1](10)F31(S)＝1/Kpp (11)F32(S)＝1 (12)F33(S)＝Kpp·[(1/ωa2-1/ωf2)·S2-(2ζ/ωf)·S]/[(1/ωf2)·S2+(2ζ/ωf)·S+1] (13)在圖20(a)中，由于方框F11在頻率特性中包括增益峰值，因此在實(shí)際安裝時(shí)，控制系統(tǒng)容易變得不穩(wěn)定(例如方框F11的輸出信號(hào)受到限制，控制裝置的控制變得不穩(wěn)定)。在圖20(b)中，方框F(S)與位置控制環(huán)串聯(lián)接入。由于F(S)去掉高頻區(qū)的反饋信息，因此控制裝置的響應(yīng)性降低。
圖20(c)為本實(shí)施形態(tài)的構(gòu)成。在圖20(c)的構(gòu)成中，由于沒(méi)有圖20(a)那樣包括增益峰值的方框，因此能夠確保實(shí)際安裝時(shí)的控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。而且，由于與反饋信息分開(kāi)，獨(dú)立計(jì)算出振動(dòng)抑制的補(bǔ)償量Xc，因此不像釁209b)那樣位置控制環(huán)的響應(yīng)性降低。如實(shí)施形態(tài)3那樣，即使在指令生成單元及控制方框的構(gòu)成改變自由度受到限制時(shí)(例如即使在維持原樣使用已有的LSI的內(nèi)部方框，而且對(duì)該方框不能改變性能規(guī)格時(shí))，由于采用將圖1的前置濾波波器8進(jìn)行等效變換的圖(c)的構(gòu)成，也能夠在不損害控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及響應(yīng)性的情況下，得到振動(dòng)抑制效果。
如上所述，本實(shí)施形態(tài)能夠抑制因控制對(duì)象(負(fù)載)或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)2及控制對(duì)象3的振動(dòng)。實(shí)施形態(tài)2的控制方法及控制裝置，將不取決于指令模式或控制對(duì)象3的特性，始終自動(dòng)抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。自動(dòng)防止轉(zhuǎn)矩指令Tx形成過(guò)大的值。通過(guò)使圖16的前置濾波器單元8的參數(shù)設(shè)定全部自動(dòng)進(jìn)行，則控制裝置的操作性提高。實(shí)施形態(tài)3的控制方法及控制裝置，即使因控制對(duì)象的特性變動(dòng)而引起振動(dòng)頻率變化，也將自適應(yīng)地改變?yōu)V波器的參數(shù)值，始終減小振動(dòng)。
本實(shí)施形態(tài)通過(guò)將圖1的濾波器9進(jìn)行等效變化而形成內(nèi)部構(gòu)成型，消除因運(yùn)算的退位而引起的偏離。不需要進(jìn)行偏離補(bǔ)償，因而能夠縮短利用軟件的運(yùn)算時(shí)間，能夠減輕偏制軟件所花費(fèi)的人力。另外，能夠去掉偏離補(bǔ)償?shù)碾娐?，減輕LSI的開(kāi)發(fā)人力，能夠減少LSI的芯片面積。
根據(jù)本發(fā)明，即使在指令生成單元或控制方框的構(gòu)成改變自由受到限制時(shí)，也能夠在不損害控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及響應(yīng)性的情況下，得到振動(dòng)抑制效果。
圖20(c)也可以如圖21(a)那樣根據(jù)電動(dòng)機(jī)速度ωM計(jì)算出推定指令θe*。若是與反饋環(huán)本身的穩(wěn)定性及響應(yīng)性分開(kāi)獨(dú)立計(jì)算出補(bǔ)償量Xc，則也可以將圖20(c)進(jìn)行任意的等效變換。例如，也可以將圖20(c)如圖21(b)或(c)那樣進(jìn)行等效變換。在這種情況下，F(xiàn)34、F35及F36分別為式(14)-(16)F34(S)＝1/Kpp·S (14)F35(S)＝1 (15)F36(S)＝Kpp·[(1/ωa2-1/ωf2)·S-2ζ/ωf]/[(1/ωf2)·S2+(2ζ/ωf)·S+1](16)若圖20(c)及圖21的構(gòu)成不變，也可以將F31、F32、F33及F34、F35、F36的式子等效變換為其它式子。例如，也可以將F34、F35及F36等效變換為式(17)-(19)。
F34(S)＝S (17)F35(S)＝Kpp (18)F36(S)＝[(1/ωa2-1/ωf2)·S-2ζ/ωf]/[(1/ωf2)·S2+(2ζ/ωf)·S+1](19)等效變換為圖20及圖21以前的圖1的濾波器9的構(gòu)成不限于式(6)的構(gòu)成，能夠采用包括圖4(a)所示的降低規(guī)定頻率ωa及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的任意構(gòu)成。
在圖16的控制對(duì)象位置θL以多個(gè)振動(dòng)頻率振動(dòng)時(shí)，濾波器單元9為降低多個(gè)振動(dòng)頻率及它們附近頻率的增益且抑制高頻區(qū)增益的特性。
電動(dòng)機(jī)不限定于某特定的種類(lèi)。電動(dòng)機(jī)可以是直流電動(dòng)機(jī)，永磁同步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)不限定于旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)，也可以是直線電動(dòng)機(jī)。
《實(shí)施形態(tài)4》下面利用圖22及圖23說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。圖22所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)4的電動(dòng)機(jī)控制裝置的構(gòu)成方框圖。
下面敘述本實(shí)施形態(tài)與圖1的實(shí)施形態(tài)1的不同點(diǎn)。在圖22的本實(shí)施形態(tài)的控制裝置中，參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10的計(jì)算控制對(duì)象(負(fù)載)3的振動(dòng)頻率ωa的方法與實(shí)施形態(tài)1(圖1)不同。本實(shí)施形態(tài)的控制裝置沒(méi)有振動(dòng)檢測(cè)單元5(圖1)。參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10根據(jù)電動(dòng)機(jī)位置θM，求出ωa。在這一點(diǎn)上，實(shí)施例4的與實(shí)施形態(tài)1不同。本實(shí)施形態(tài)的控制裝置，由于不需要圖1的振檢測(cè)單元5，因此比實(shí)施形態(tài)1要便宜。
在本實(shí)施形態(tài)中，必須能夠利用電動(dòng)機(jī)位置θM檢測(cè)出與控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)有相同頻率的振動(dòng)分量。例如在控制對(duì)象3的慣性與電動(dòng)機(jī)2的慣性相比非常小，很難在電動(dòng)機(jī)位置θM中反映與控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)有相同頻率的振動(dòng)分量，不能從電動(dòng)機(jī)位置θM檢測(cè)出控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)時(shí)，就不能采用實(shí)施形態(tài)4的構(gòu)成。這是因?yàn)椴荒芨鶕?jù)電動(dòng)機(jī)位置θM計(jì)算出控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)頻率ωa。在這方面，實(shí)施形態(tài)4與實(shí)施形態(tài)1不同，適用范圍上有限制。
在實(shí)施形態(tài)4中，設(shè)能夠利用電動(dòng)機(jī)位置θM檢測(cè)出與控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)有相同頻率的振動(dòng)分量。
下面說(shuō)明圖22的控制裝置的詳細(xì)動(dòng)作。位置指令生成單元1及位置檢測(cè)單元4，由于與實(shí)施形態(tài)1相同，故省略其說(shuō)明。伺服控制器6進(jìn)行數(shù)字控制，伺服控制器6每隔一定周期輸入來(lái)自位置指令生成單元1的位置指令及來(lái)自位置檢測(cè)單元4的電動(dòng)機(jī)位置θM，進(jìn)行運(yùn)算處理，控制電動(dòng)機(jī)2的電流I。圖23所示為伺服控制器6執(zhí)行的1個(gè)周期的運(yùn)算處理流程圖。伺服控制器6每隔一定的運(yùn)算周期(例如166μs)重復(fù)圖23所示的運(yùn)算處理。下面利用圖22說(shuō)明圖23的處理。在圖23中，由于步驟S22以外的處理與實(shí)施形態(tài)1相同，故省略其說(shuō)明。
在步驟S22的前置濾波器參數(shù)自動(dòng)設(shè)定處理中，參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10根據(jù)位置檢測(cè)單元4檢測(cè)的電動(dòng)機(jī)位置θM，計(jì)算出控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)頻率ωa。參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10測(cè)量例如位置指令θ*的變化結(jié)束后電動(dòng)機(jī)位置偏差ΔθM的過(guò)零點(diǎn)時(shí)間間隔，來(lái)計(jì)算出電動(dòng)機(jī)位置θM的振動(dòng)頻率。也可以利用電動(dòng)機(jī)速度偏差ΔωM或轉(zhuǎn)矩指令T*指令跟蹤控制單元12內(nèi)部的狀態(tài)量來(lái)代替電動(dòng)機(jī)位置偏差Δθ，計(jì)算出ωa。由于電動(dòng)機(jī)位置θM的振動(dòng)頻率與控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)頻率在理論上相同，因此將計(jì)算出的電動(dòng)機(jī)位置θM的振動(dòng)頻率作為控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)頻率fr。令ωa＝2π·fr。
參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10根據(jù)計(jì)算出的ωa，決定ωf。ωf決定包括降低高頻區(qū)增益的特性的濾波器單元9(圖22)的截止頻率。在ωf的決定過(guò)程中，采用基于決定例如圖3所示的ωa與ωf的關(guān)系的曲線所得到的表格或計(jì)算式。也可以采用將ωa及位置指令θ*的加速度作為變量的2維表格，來(lái)決定ωf。衰減系數(shù)ζ固定為1。ωa的作用、ωf的作用，將ωa及位置指令θ*的加速度作為變量來(lái)決定ωf的理由及ζ的適當(dāng)?shù)脑O(shè)定值等，由于在實(shí)施形態(tài)1中已進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，故這里省略。
如上所述，本實(shí)施形態(tài)能夠抑制因控制對(duì)象(負(fù)載)或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)2及控制對(duì)象3的振動(dòng)。實(shí)施形態(tài)4的控制方法及控制裝置，將下取決于指令模式或控制對(duì)象3的特性，始終自動(dòng)抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。自動(dòng)防止轉(zhuǎn)矩指令Tx形成過(guò)大的值。通過(guò)使前置濾波器單元8的參數(shù)設(shè)定全部自動(dòng)進(jìn)行，則控制裝置的操作性提高。實(shí)施形態(tài)4的控制方法及控制裝置，即使用控制對(duì)象的特性變動(dòng)而引起振動(dòng)頻率變化，也將自適應(yīng)地改變?yōu)V波器的參數(shù)值，始終減小振動(dòng)。
本實(shí)施形態(tài)的控制方法及控制裝置，由于不需要實(shí)施形態(tài)1的圖1的振動(dòng)檢測(cè)單元5，因此比實(shí)施形態(tài)1便宜。
在圖22中的指令跟蹤控制單元12的構(gòu)成，若是進(jìn)行控制使得電動(dòng)機(jī)位置θM跟蹤電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的構(gòu)成，則也可以是其它構(gòu)成，利用那樣的構(gòu)成，也能夠得到與本實(shí)施形態(tài)相同的效果。
以上，本實(shí)施形態(tài)是對(duì)位置控制系統(tǒng)進(jìn)行了說(shuō)明，但與實(shí)施形態(tài)1中說(shuō)明的相同，對(duì)于速度控制系統(tǒng)也可以采用本發(fā)明。在這種情況下，前置濾波器單元8也可以配置在生成速度指令模式并輸出速度指令的速度指令生成單元的內(nèi)部。
圖22的濾波器單元9的構(gòu)成，若包括圖4(a)那樣降低規(guī)定頻率ωa及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性，則可以是任意構(gòu)成。
圖22的前置濾波器單元8也可以配置在位置指令生成單元1的內(nèi)部。
在圖22的控制對(duì)象位置θL以多個(gè)振動(dòng)頻率振動(dòng)時(shí)，濾波器單元9為降低多個(gè)振頻率及它們附近頻率的增益且抑制高頻區(qū)增益的特性。
在圖23的流程圖中，步驟S2的處理也可以在步驟S1之前進(jìn)行。
電動(dòng)機(jī)不限定于特定的種類(lèi)。電動(dòng)機(jī)可以是直流電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)不限定于旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)，也可以是直線電動(dòng)機(jī)。
位置指令θ*的指令模式也可以不是用位置指令生成單元1生成，而是用伺服控制器6內(nèi)部的位置指令輸入單元7生成。在這種情況下，位置指令輸入單元7根據(jù)生成的指令模式，每隔一定周期，輸出位置指令θ*。
《實(shí)施形態(tài)5》下面利用圖24及圖25說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。圖24所示為本發(fā)明實(shí)施形態(tài)5的電動(dòng)機(jī)控制裝置的構(gòu)成方框圖。
下面敘述本實(shí)施形態(tài)與圖1的實(shí)施形態(tài)1的不同點(diǎn)。在圖24的本實(shí)施形態(tài)的控制裝置中，參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10的計(jì)算控制對(duì)象(負(fù)載)3的振動(dòng)頻率ωa的方法與實(shí)施形態(tài)1(圖1)不同。本實(shí)施形態(tài)的控制裝置沒(méi)有振動(dòng)檢測(cè)單元5(圖1)。在本實(shí)施形態(tài)中，參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10根據(jù)在伺服控制器6的內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算所用的狀態(tài)量，利用電動(dòng)機(jī)2及內(nèi)部進(jìn)行運(yùn)算所用的狀態(tài)量，利用電動(dòng)機(jī)2及控制對(duì)象3的數(shù)學(xué)模型，求出控制對(duì)象位置θL的振動(dòng)頻率ωa。
下面說(shuō)明圖24的控制裝置的詳細(xì)動(dòng)作。位置指令生成單元1及位置檢測(cè)單元4，由于與實(shí)施形態(tài)1相同，故省略其說(shuō)明。伺服控制器6進(jìn)行數(shù)字控制，伺服控制器6每隔一定周期輸入來(lái)自位置指令生成單元1的位置指令及來(lái)自位置檢測(cè)單元4的電動(dòng)機(jī)位置θM，進(jìn)行運(yùn)算處理，控制電動(dòng)機(jī)2的電流I。圖23所示為伺服控制器6執(zhí)行的1個(gè)周期的運(yùn)算處理流程圖。伺服控制器6每隔一定的運(yùn)算周期(例如166μs)重復(fù)圖23所示的運(yùn)算處理。下面利用圖22說(shuō)明圖23的處理。由于步驟S25、S26及S27以外的處理與實(shí)施形態(tài)1相同，故省略其說(shuō)明。
在步驟S25中，參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10判斷電動(dòng)機(jī)2是否是加速過(guò)程中。若是加速過(guò)程中，則進(jìn)入步驟S26的慣性推定處理，若不是加速過(guò)程中，則進(jìn)入步驟S27的前置濾波器參數(shù)自動(dòng)設(shè)定處理。在步驟S26的慣性推定處理中，參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10根據(jù)伺服控制器6內(nèi)的狀態(tài)量即電動(dòng)機(jī)位置θM及轉(zhuǎn)矩指令T*，推定控制對(duì)象3的慣量JL。參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10進(jìn)行式(20)-(24)的運(yùn)算。
ωMc(n)＝θM(n)-θM(n-1)(20)aM(n)＝Ku·(ωMc(n)-ωMc(n-1)) (21)aMf(n)＝aMf(n-1)+Kf·(aM(n)-aMf(n-1)) (22)J(n)＝aMf(n)/T*(n-1)(23)JL(n)＝J(n)-JM (24)ωMc為速度運(yùn)算值，aM為加速度運(yùn)算值，aMf為濾波后加速度運(yùn)算值，Kf為濾波器常數(shù)，Ku為單位系變換系數(shù)，J為電動(dòng)機(jī)2及控制對(duì)象3合起來(lái)的慣量，常數(shù)JM為電動(dòng)機(jī)2的慣量。在步驟S27的前置濾波器參數(shù)自動(dòng)設(shè)定處理中，參數(shù)自動(dòng)設(shè)定單元10計(jì)算出控制對(duì)象3的振動(dòng)頻率fr。令ωa＝2π·fr。計(jì)算采用式(25)。
ωa(n)＝(Ks/JL(n))1/2(25)常數(shù)Ks為彈簧常數(shù)。關(guān)于采用式(25)計(jì)算ωa的理由將在后面敘述，根據(jù)計(jì)算出的ωa，決定ωf。ωf的決定是采用基于決定例如圖3所示的ωa與ωf的關(guān)系的曲線所得到的表格線計(jì)算式進(jìn)行的，也可以采用將ωa及位置指令θ*的加速度作為變量的2維表格，來(lái)ωf。衰減系數(shù)ζ因定為1。ωa的作用、ωf的作用、將ωa及位置指令θ*的加速度作為變量來(lái)決定ωf的理由及ζ的適當(dāng)?shù)脑O(shè)定值等，由于在實(shí)施形態(tài)1中已進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，故這里省略。
下面敘述采用式(25)來(lái)計(jì)算控制對(duì)象3的振動(dòng)頻率ωa的理由。與以往例子的說(shuō)明相同，在用圖27的模型將電動(dòng)機(jī)2及控制對(duì)象3建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，其方框圖為圖28。JM為電動(dòng)機(jī)2的慣量，JL為控制對(duì)象3的慣量，Ks為電動(dòng)機(jī)2與控制對(duì)象3的連接軸的彈簧常數(shù)。連接軸的慣量與JM及JL相比非常小，加以忽略。從轉(zhuǎn)矩指令T*到電動(dòng)機(jī)位置θM為止的頻率特性為圖30(a)。如以往例子的說(shuō)明中所述，控制對(duì)象3的振動(dòng)頻率ωa(＝2π·fr)成為圖30(a)反共振頻率的附近。振動(dòng)頻率ωa根據(jù)圖28的方框圖利用下述式(26)導(dǎo)出。
ωa(n)＝(Ks/JL)1/2(26)根據(jù)式(26)計(jì)算出式(25)的ωa。
如上所述，本實(shí)施形態(tài)能夠抑制因控制對(duì)象(負(fù)載)或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)2及控制對(duì)象3的振動(dòng)。實(shí)施形態(tài)5的控制方法及控制裝置，將不取決于指令模式或控制對(duì)象3的特性，始終自動(dòng)抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。自動(dòng)防止轉(zhuǎn)矩指令T*形成過(guò)大的值。通過(guò)使前置濾波器單元8的參數(shù)設(shè)定全部自動(dòng)進(jìn)行，則控制裝置的操作性提高。實(shí)施形態(tài)5的控制方法及控制裝置，即使因控制對(duì)象的特性變動(dòng)而引起振動(dòng)頻率變化，也將自適應(yīng)地改變?yōu)V波器的參數(shù)值始終減少振動(dòng)。
本實(shí)施形態(tài)的控制方法及控制裝置，由于不需要實(shí)施形態(tài)1的圖1的振動(dòng)檢測(cè)單元5，因此比實(shí)施形態(tài)1便宜。
在圖25的步驟S25、S26及S27中，計(jì)算出控制對(duì)象3的振動(dòng)頻率ωa。ωa的推定方法不限于式(20)-式(25)。若是根據(jù)電動(dòng)機(jī)2及控制對(duì)象3的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型，利用伺服控制器6內(nèi)部的狀態(tài)量求出ωa的方法，則能夠采用任何方法。
在圖24中的指令跟蹤控制單元12的構(gòu)成，若是進(jìn)行控制使得電動(dòng)機(jī)位置θM跟蹤電動(dòng)機(jī)位置指令θM*的構(gòu)成，則也可以是其它構(gòu)成。利用那樣的構(gòu)成，也能夠得到與本實(shí)施形態(tài)相同的效果。
以上，本實(shí)施形態(tài)是對(duì)位置控制系統(tǒng)進(jìn)行了說(shuō)明，但與實(shí)施形態(tài)1中說(shuō)明的相同，對(duì)于速度控制系統(tǒng)也可以采用本發(fā)明。在這種情況下，前置濾波器單元也可以配置在生成速度指令模式并輸出速度指令的速度指令生成單元的內(nèi)部。
圖24的濾波器單元9的構(gòu)成，若包括圖4(a)那樣降低規(guī)定頻率ωa及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性，則可以是任意構(gòu)成。
圖24的前置濾波器單元8也可以配置在位置指令生成單元1的內(nèi)部。
在圖24的控制對(duì)象位置θL以多個(gè)振動(dòng)頻率振動(dòng)時(shí)，濾波器單元9為降低多個(gè)振頻率及它們附近頻率的增益且抑制高頻區(qū)增益的特性。
在圖25的流程圖中，步驟S2的處理也可以在步驟S1之前進(jìn)行。
電動(dòng)機(jī)不限定于特定的種類(lèi)。電動(dòng)機(jī)可以是直流電動(dòng)機(jī)、永磁同步電動(dòng)機(jī)或感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)不限定于旋轉(zhuǎn)型電動(dòng)機(jī)，也可以是直線電動(dòng)機(jī)。
位置指令θ*的指令模式也可以不是用位置指令生成單元1生成，而是用伺服控制器6內(nèi)部的位置指令輸入單元7生成。在這種情況下，位置指令輸入單元7根據(jù)生成的指令模式，每隔一定周期，輸出位置指令θ*。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)前置濾波器同時(shí)包括降低規(guī)定頻率ωa及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性，能夠得到抑制因控制對(duì)象(負(fù)載)本身或連接電動(dòng)機(jī)與控制對(duì)象的連接軸的剛性低而產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)的效果。
根據(jù)本發(fā)明，能夠不取決于指令模式或控制對(duì)象的特性，始終抑制電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的振動(dòng)。得到能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)防止轉(zhuǎn)矩指令T*形成過(guò)大的值的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將同時(shí)包括降低規(guī)定頻率ωa及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器傳遞函數(shù)進(jìn)行等效變換，作為前饋型前置濾波器，得到能夠?qū)崿F(xiàn)不產(chǎn)生因運(yùn)算的退位等而引起的電動(dòng)機(jī)位置的收斂值誤差、不需要運(yùn)算誤差校正且高定位精度的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)根據(jù)反饋環(huán)內(nèi)的狀態(tài)量生成對(duì)指令進(jìn)行推定的推定批定，將同時(shí)包括降低規(guī)定頻率ωa及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器傳遞函數(shù)等效變換為常數(shù)項(xiàng)及前饋補(bǔ)償項(xiàng)之和，使推定指令作用于前饋補(bǔ)償項(xiàng)，決定內(nèi)部補(bǔ)償量，構(gòu)成將該內(nèi)部補(bǔ)償量輸入至反饋內(nèi)部的內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器，則即使在指令生成單元及控制方框的構(gòu)成改變自由度受到限制的情況下，也可以得到能夠?qū)崿F(xiàn)在不損害控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及響應(yīng)性情況下抑制振動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使規(guī)定頻率ωa的增益。為可變，得到能夠?qū)崿F(xiàn)更提高振動(dòng)抑制效果的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使前置濾波器、前饋型前置濾波器或內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器的抑制高頻區(qū)增益的特性根據(jù)轉(zhuǎn)矩指令T*是容易成為過(guò)大值的期間還是難以成為過(guò)大值的期間而變化，得到能夠?qū)崿F(xiàn)減少因抑制高頻區(qū)增益的特性而引起響應(yīng)性滯后的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)前置濾波器單元、前饋型前置濾波器或內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器至少根據(jù)規(guī)定頻率ωa自動(dòng)決定抑制高頻區(qū)增益的特性，得到能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)響應(yīng)性好的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)前置濾波器單元、前饋型前置濾波器或內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器自動(dòng)設(shè)定規(guī)定頻率ωa，得到能夠?qū)崿F(xiàn)即使因控制對(duì)象的特性變動(dòng)而引起振動(dòng)頻率改變也始終穩(wěn)定并減小振動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的有效效果。
本發(fā)明是檢測(cè)控制對(duì)象的振動(dòng)，并根據(jù)該振動(dòng)頻率來(lái)決定規(guī)定的頻率ωa。通過(guò)這樣，得到能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)進(jìn)行最佳響應(yīng)并包括快速響應(yīng)性的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定時(shí)，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率來(lái)決定規(guī)定的頻率ωa得到能夠?qū)崿F(xiàn)不用控制對(duì)象的振動(dòng)檢測(cè)單元、廉價(jià)的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)在振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定時(shí)，推定電動(dòng)機(jī)及控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)數(shù)學(xué)模型來(lái)決定規(guī)定的頻率ωa，得到能夠?qū)崿F(xiàn)不用控制對(duì)象的振動(dòng)檢測(cè)單元、廉價(jià)的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)所述濾波器同時(shí)包括降低從所述電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩起到電動(dòng)機(jī)位置為止的系統(tǒng)具有的反共振頻率附近的頻率ωa及其其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性，實(shí)現(xiàn)抑制控制對(duì)象的振動(dòng)、包括快速響應(yīng)性的控制方法及控制裝置。
本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置在將安裝有電動(dòng)機(jī)的裝置作為控制對(duì)象時(shí)，能夠適用于例如引線鍵合機(jī)、小芯片鍵合機(jī)、裝配機(jī)、印刷機(jī)、多軸機(jī)器人或機(jī)床等因機(jī)械剛性低而容易產(chǎn)生振動(dòng)的任意裝置。通過(guò)這樣，能夠得到上述效果。
以上對(duì)發(fā)明在某種程度上比較詳細(xì)地說(shuō)明了理想的實(shí)施形態(tài)，但該理想形態(tài)現(xiàn)在所揭示的內(nèi)容在構(gòu)成的細(xì)小部分當(dāng)然有變化的，各要素的組合及順序的變化在不超出權(quán)利要求的發(fā)明范圍及思想的情況下是能夠?qū)崿F(xiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入步驟，使所述指令作用于同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器，并輸出跟蹤指令值的前置濾波器步驟，以及進(jìn)行控制使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制步驟。
2.一種電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入步驟，將同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器傳遞函數(shù)等效變換為常數(shù)項(xiàng)與前饋補(bǔ)償項(xiàng)之和，使所述指令作用于所述常數(shù)項(xiàng)后輸出跟蹤指令值，并使所述指令作用于前饋補(bǔ)償項(xiàng)，輸出前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量的前饋型前置濾波器步驟，以及根據(jù)所述前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量及所述跟蹤指令值進(jìn)行控制，使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制步驟。
3.一種電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入步驟，根據(jù)前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量及跟蹤指令值進(jìn)行控制，使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤根據(jù)所述指令的所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制步驟，輸出根據(jù)所述指令跟蹤控制步驟內(nèi)部的狀態(tài)量推定所述指令的推定指令的推定指令步驟，以及將同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器傳遞函數(shù)等效變換為常數(shù)項(xiàng)及前饋補(bǔ)償項(xiàng)之和，使所述推定指令作用于前饋補(bǔ)償項(xiàng)后輸出所述前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量的內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器步驟。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，所述前置濾波器步驟、所述前饋型前置濾波器步驟或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器步驟，在降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性中，特別將所述規(guī)定頻率的增益設(shè)為可變。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，所述前置濾波器步驟、所述前饋型前置濾波器步驟或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器步驟，根據(jù)動(dòng)作狀態(tài)改變所述抑制高頻區(qū)增益的特性。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，所述前置濾波器步驟、所述前饋型前置濾波器步驟或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器步驟，根據(jù)至少?zèng)Q定所述規(guī)定頻率的參數(shù)，自動(dòng)決定抑制高頻區(qū)增益的特性。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，所述前置濾波器步驟、所述前饋型前置濾波器步驟或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器步驟，包括自動(dòng)設(shè)定所述規(guī)定頻率的振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定步驟。
8.如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定步驟，包括檢測(cè)所述控制對(duì)象振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)步驟，以及根據(jù)檢測(cè)的所述振動(dòng)提取振動(dòng)頻率后決定所述規(guī)定頻率的頻率決定步驟。
9.如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定步驟根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率，決定所述規(guī)定頻率。
10.如權(quán)利要求7所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定步驟根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)，推定所述電動(dòng)機(jī)及所述控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，再根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型決定所述規(guī)定頻率。
11.如權(quán)利要求1至10任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，所述規(guī)定頻率為從所述電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩到所述電動(dòng)機(jī)位置或速度為止的系統(tǒng)具有的反共振頻率附近的頻率。
12.一種電動(dòng)機(jī)控制方法，其特征在于，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與電動(dòng)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入步驟，以及進(jìn)行控制，使所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述指令的控制步驟，在所述控制步驟中，使所述指令作用于同時(shí)包括降低從所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩到所述電動(dòng)機(jī)位置或速度為止的系統(tǒng)具有的反共振頻率附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器，輸出跟蹤指令值，并進(jìn)行控制，使得具有與所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的所述狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值相同或等效特性。
13.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入單元，包括同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器，使所述指令作用于所述濾波器并輸出跟蹤指令值的前置濾波器單元，以及進(jìn)行控制，使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令的指令跟蹤控制單元。
14.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入單元，將同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器傳遞函數(shù)等效變換為常數(shù)項(xiàng)與前饋補(bǔ)償項(xiàng)之和，使所述指令作用于所述常數(shù)項(xiàng)后輸出跟蹤指令值，并使所述指令作用于前饋補(bǔ)償項(xiàng)后輸出前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量的前饋型前置濾波器單元，以及根據(jù)所述前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量及所述跟蹤指令值進(jìn)行控制，使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制單元。
15.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入單元，根據(jù)前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量及跟蹤指令值，進(jìn)行控制，使得所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤根據(jù)所述指令的所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制單元，輸出根據(jù)所述指令跟蹤控制單元內(nèi)部的狀態(tài)量推定所述指令的推定指令的推定指令單元，以及將同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器傳遞函數(shù)等效變換為常數(shù)項(xiàng)及前饋補(bǔ)償項(xiàng)之和，使所述推定指令作用于所述前饋補(bǔ)償項(xiàng)后輸出所述前饋補(bǔ)償項(xiàng)補(bǔ)償量的內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器單元。
16.如權(quán)利要求13至15任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述前置濾波器單元、所述前饋型前置濾波器單元或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器單元，在降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性中，特別將所述規(guī)定頻率的增益設(shè)為可變。
17.如權(quán)利要求13至16任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述前置濾波器單元、所述前饋型前置濾波器單元或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器單元，根據(jù)動(dòng)作狀態(tài)改變所述抑制高頻區(qū)增益的特性。
18.如權(quán)利要求13至17任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述前置濾波器單元、所述前饋型前置濾波器單元或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器單元，根據(jù)至少?zèng)Q定所述規(guī)定頻率的參數(shù)，自動(dòng)決定抑制高頻區(qū)增益的特性。
19.如權(quán)利要求13至18任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述前置濾波器單元、所述前饋型前置濾波器單元或所述內(nèi)部構(gòu)成型前置濾波器單元，包括自動(dòng)設(shè)定所述規(guī)定頻率的振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定單元。
20.如權(quán)利要求19所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定單元，包括檢測(cè)所述控制對(duì)象振動(dòng)的振動(dòng)檢測(cè)單元，以及根據(jù)檢測(cè)的所述振動(dòng)提取振動(dòng)頻率后決定所述規(guī)定頻率的頻率決定單元。
21.如權(quán)利要求19所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定單元根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)頻率，決定所述規(guī)定頻率。
22.如權(quán)利要求19所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述振動(dòng)頻率自動(dòng)設(shè)定單元，根據(jù)所述電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)，推定所述電動(dòng)機(jī)及所述控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，并根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型，決定所述規(guī)定頻率。
23.如權(quán)利要求13至22任一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，所述規(guī)定頻率為從所述電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩到所述電動(dòng)機(jī)位置或速度為止的系統(tǒng)具有的反共振頻率附近的頻率。
24.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與電動(dòng)連接的控制對(duì)象的指令進(jìn)行輸入的指令輸入單元，以及進(jìn)行控制，使所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的狀態(tài)量跟蹤所述指令的控制單元，所述控制單元，使所述指令作用于同時(shí)包括降低從所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩到所述電動(dòng)機(jī)位置或速度為止的系統(tǒng)具有的反共振頻率附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器，輸出跟蹤指令值，并進(jìn)行控制，使得具有與所述電動(dòng)機(jī)或所述控制對(duì)象的所述狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值相同或等效特性。
25.一種裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求13至24任一項(xiàng)所述的控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供減小因控制對(duì)象的剛性低而產(chǎn)生的振動(dòng)、不取決于指令模式及控制對(duì)象的特性而確保減振性能、并實(shí)現(xiàn)高定位精度的電動(dòng)機(jī)控制方法及控制裝置。本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制方法，包括對(duì)電動(dòng)機(jī)或與所述電動(dòng)機(jī)連接的負(fù)載輸入指令的指令輸入步驟，使所述指令作用于同時(shí)具備降低規(guī)定頻率及其附近頻率的增益的特性及抑制高頻區(qū)增益的特性的濾波器并輸出跟蹤指令值的前置濾波器步驟，以及進(jìn)行控制使得所述電動(dòng)機(jī)或所述負(fù)載的狀態(tài)量跟蹤所述跟蹤指令值的指令跟蹤控制步驟。
文檔編號(hào)H02P29/00GK1448816SQ0310839
公開(kāi)日2003年10月15日 申請(qǐng)日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者大山一朗, 飯島友邦, 田澤徹, 楢崎和成, 鈴木健一, 西園勝 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社