專利名稱：伺服控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種對作為負載的電動機進行位置控制的伺服控制器，特別是涉及一種應用于多軸驅動機械的同步控制中的伺服控制器。
背景技術：
有這樣一種2軸驅動機械，其利用并排的2個滾軸絲杠支撐移動臺，通過對分別與這2個滾軸絲杠連接的2個伺服電動機進行同步控制，來驅動移動臺。2軸驅動機械的移動臺上一般安置有可動的上位結構體，借助于上位結構體的位置和由該上位結構體保持的負載等，移動臺的重心發生變化。
此外，作為與驅動工作機械的工作臺、電動式工業用機器人的臂這樣的負載機械的電動機(直流電動機、感應電動機、同步電動機等)的位置控制裝置相關的技術，有專利文獻1(特開平6-30578號公報)所公開的電動機位置控制裝置。
專利文獻1的目的是得到具有高速響應性能，同時不發生機械振動，并且即使負載機械的慣性力矩發生變化，也總是具有恒定響應頻率的電動機位置控制裝置，在專利文獻1的電動機位置控制裝置中，通過第一位置控制電路得到第一速度信號，通過將機械系統模擬電路作為控制對象的第二位置控制電路得到第二速度信號。此外，將第一和第二速度信號相加，得到第三速度信號，然后通過被輸入了第三速度信號的第一速度控制電路，得到第一轉矩信號。同樣，從第二和第三速度控制電路，得到第二和第三轉矩信號，然后以跟蹤將第一～第三轉矩信號相加而得到的最終轉矩信號的方式，來控制電動機的發生轉矩(第5頁右欄的第23行～第36行)。
在專利文獻1的電動機位置控制裝置中，通過附加第二位置控制電路、第二速度控制電路和機械系統模擬電路，而具有能夠改善位置控制對旋轉角度指令信號變化的響應性能的效果。此外，通過附加第三速度控制電路，而具有能夠改善位置控制對負載轉矩變化的響應性能的效果。
此外，作為如下的技術，有專利文獻2(特開昭62-226206號公報)公開的同步位置控制方式，該技術是在具有門型等可動結構體的工作機械等中，與對其兩側的腳部進行同步定位的控制方式相關的技術，其目的是得到不會產生由干擾導致的非對稱性的同步位置控制方式。
專利文獻2是這樣的技術，即，在可動結構體的兩側，分別設置根據位置指令值而使各側移動的位置控制系統，通過該兩位置控制系統來對可動結構體的兩側進行同步定位，在這樣的方式中，求出可動結構體兩側的移動位置差值，然后對該差值施加補償要素，求出補償值，然后將該補償值分別反饋給各位置控制系統，由此來消除由干擾導致的非對稱性的問題(第2頁左下欄的第3行～第10行)。
在將上述專利文獻1的電動機位置控制裝置應用于2軸驅動機械的控制中時，在2軸的負載慣量(inertia)平衡的情況下，由于第一軸和第二軸進行同樣的動作，所以能夠進行正確的驅動。但是，存在如下問題，即，在2軸的負載慣量不平衡的情況下，由于第一軸和第二軸的動作不一致，所以在第一軸的實際位置和第二軸的實際位置之間產生偏差(軸間位置偏差)，該軸間位置偏差使移動臺的定位精度惡化，同時由于使機械產生應力，所以使機械的壽命下降，在最嚴重的情況下，將導致機械的損傷。
因此，上述專利文獻1的電動機位置控制裝置存在如下問題，即其不能應用于存在較大負載不平衡的2軸驅動機械的控制中。
此外，上述專利文獻2的同步位置控制方式，是將2個位置控制系統的位置差值(軸間位置偏差)反饋給2個位置指令值，從而消除非對稱性的技術，在應用于2軸驅動機械的控制中時，能夠進行某一程度的軸間位置偏差的抑制，但為了抑制較大的軸間位置偏差，需要將位置指令校正部的響應(這里是系數H1)設定得極大。在將該位置指令校正部的響應設定得極大的情況下，如果是高剛性的機械，則沒有問題，但對于剛性低的機械，則存在引起機械的振動而變得不穩定的問題。
此外，如果將增益設定得較高，則會助長在存在位置檢測誤差等的情況下發生的軸間沖突現象。如果發生軸間沖突現象，則存在如下問題，即，由于在軸間互相作用的轉矩，電動機發熱，從而會妨礙高速、高精度控制，在最嚴重的情況下，由于軸間的互相作用，機械會受到損傷。
因此，存在如下問題，即不能將上述專利文獻2的同步位置控制方式應用于低剛性的機械、存在位置檢測誤差的機械中。
本發明就是為了解決上述問題而提出的，其目的在于，提供一種能夠應用于低剛性機械或存在位置檢測誤差的2軸驅動機械中的伺服控制器。
發明內容
本發明的伺服控制器具有位置反饋校正部，其根據本軸位置和另一軸位置，對位置反饋信號進行校正；位置控制部，其利用從上述位置反饋校正部輸出的校正位置反饋信號，進行位置控制，然后輸出速度指令；速度反饋校正部，其根據本軸速度和另一軸速度，對速度反饋信號進行校正；以及速度控制部，其根據從上述位置控制部輸出的速度指令和從上述速度反饋校正部輸出的校正速度反饋信號，輸出反饋的轉矩指令，因此，通過同時進行軸間位置偏差的反饋和軸間速度偏差的反饋，能夠獲得軸間位置偏差的大幅度抑制效果。
此外，在位置反饋校正部中，使用使軸間位置偏差通過濾波器、然后乘以增益而得到的值，對位置反饋信號進行校正，所述軸間位置偏差是上述本軸位置與上述另一軸位置之間的差，因此，如果僅反饋軸間位置偏差的低頻成分，就不會引起高頻成分導致的振動，從而能夠獲得軸間位置偏差的抑制效果。
在位置反饋校正部中，與軸間位置偏差相乘的增益是可變的，所述軸間位置偏差是上述本軸位置與上述另一軸位置之間的差，因此，通過切換增益，可以切換為主從控制，從而在不增大軟件負擔的情況下，能夠用于多用途。
此外，在速度反饋校正部中，使用使軸間速度偏差通過濾波器、然后乘以增益而得到的值，對速度反饋信號進行校正，所述軸間速度偏差是上述本軸速度與上述另一軸速度之間的差，因此，如果僅反饋軸間速度偏差的低頻成分，不會引起高頻成分導致的振動，從而能夠獲得軸間位置偏差的抑制效果。
此外，在速度反饋校正部中，與軸間速度偏差相乘的增益是可變的，所述軸間速度偏差是上述本軸速度與上述另一軸速度之間的差，因此，通過切換增益，可以切換為主從控制，從而在不增大軟件負擔的情況下，能夠用于多用途。
此外，本發明的伺服控制器，具有標準模型控制部，其根據位置指令，運算模型位置、模型加速度；位置控制部，其利用上述模型位置與本軸位置之間的差值，進行位置控制，然后輸出速度指令；速度控制部，其根據從上述位置控制部輸出的速度指令和本軸速度，輸出反饋的轉矩指令；模型轉矩運算部，其根據上述本軸位置和另一軸位置，對上述模型加速度進行校正，然后運算模型轉矩；以及加法器，其根據上述模型轉矩和上述反饋的轉矩指令，運算轉矩指令，因此，通過模型轉矩校正部進行軸間位置偏差的校正，能夠利用前饋成分進行校正，即使增大增益，也不易變得不穩定，所以能夠獲得軸間位置偏差的大幅度抑制效果。
此外，上述標準模型控制部的構成方式為，根據位置指令，運算模型位置、模型速度、模型加速度，并且上述速度控制部的構成方式為，根據從上述位置控制部輸出的速度指令和上述模型速度、本軸速度，輸出反饋的轉矩指令，因此，能夠對應于高加減速指令的用途。
此外，在模型轉矩校正部中，相應于時刻或速度指令波形，進行校正動作的開始/停止或校正增益的變更，因此，在發生較大軸間位置偏差時變更為高增益，在其余期間變更為低增益或停止校正，由此能夠抑制噪聲或干擾的影響，提高模型轉矩校正的精度，從而提高軸間位置偏差的抑制性能。
此外，在模型轉矩校正部中，利用被輸入的模型加速度通過高通濾波器而得到的值的符號，使極性反轉，因此，在軸間位置偏差的符號隨條件而發生變化的情況下，也能夠正確地進行校正，從而能夠提高軸間位置偏差的抑制性能。
此外，本發明的伺服控制器具有標準模型控制部，其根據位置指令，運算模型位置、模型加速度；位置反饋校正部，其根據本軸位置和另一軸位置，對位置反饋信號進行校正；位置控制部，其利用上述模型位置與上述位置反饋校正部輸出的校正位置反饋信號之間的差值，進行位置控制，然后輸出速度指令；速度反饋校正部，其根據本軸速度和另一軸速度，對速度反饋信號進行校正；速度控制部，其根據從上述位置控制部輸出的速度指令和從上述速度反饋校正部輸出的校正速度反饋信號，輸出反饋的轉矩指令；模型轉矩運算部，其根據另一軸模型加速度以及上述本軸位置、上述另一軸位置，對上述模型加速度進行校正，然后運算模型轉矩；以及加法器，其根據上述模型轉矩和上述反饋的轉矩指令，運算轉矩指令，因此，通過模型轉矩校正部進行軸間位置偏差的校正，能夠利用前饋成分進行完全的校正，從而不會擔心引起不穩定，獲得軸間位置偏差的抑制效果。
此外，標準模型控制部的構成方式為，根據位置指令，運算模型位置、模型速度、模型加速度，并且速度控制部的構成方式為，根據從上述位置控制部輸出的速度指令、上述模型速度以及從上述速度反饋校正部輸出的校正速度反饋信號，輸出反饋的轉矩指令，因此，能夠對應于高加減速指令的用途。
圖1是表示2軸驅動機械的構成的圖。
圖2是表示在本發明第一實施方式的2軸驅動機械中使用的伺服控制器的構成的圖。
圖3是表示伺服控制器的標準模型控制部1的構成的圖。
圖4是表示伺服控制器的標準模型控制部1的另一個構成的圖。
圖5是表示本發明第一實施方式的第一軸伺服控制器102a的位置反饋校正部3的構成的圖。
圖6是表示本發明第一實施方式的第一軸伺服控制器102a的速度反饋校正部6的構成的圖。
圖7是表示本發明第一實施方式的第一軸伺服控制器102a的位置反饋校正部3的構成的圖。
圖8是用于說明本發明第一實施方式的第一軸伺服控制器102a的位置反饋校正部3的增益切換例的圖。
圖9是表示本發明第一實施方式的第一軸伺服控制器102a的速度反饋校正部6的構成的圖。
圖10是表示在本發明第二實施方式的2軸驅動機械中使用的伺服控制器的構成的圖。
圖11是表示本發明第二實施方式的第一軸伺服控制器102a的模型轉矩校正部32a的構成的圖。
圖12是用于說明在本發明第二實施方式的第一軸伺服控制器102a的模型轉矩校正部32a中，PI校正器46對在PI校正中使用的比例增益Gjp和積分增益Gji進行增益切換的例子的圖。
圖13是用于說明在本發明第二實施方式的第一軸伺服控制器102a的模型轉矩校正部32a中，PI校正器46對在PI校正中使用的比例增益Gjp和積分增益Gji進行增益切換的例子的圖。
圖14是用于說明在本發明第二實施方式的第一軸伺服控制器102a的模型轉矩校正部32a中，PI校正器46對在PI校正中使用的比例增益Gjp和積分增益Gji進行增益切換的例子的圖。
圖15是表示在本發明第三實施方式的2軸驅動機械中使用的伺服控制器的構成的圖。
圖16是表示本發明第三實施方式的第一軸伺服控制器102a的模型轉矩校正部32b的構成的圖。
圖17是表示在本發明第四實施方式的2軸驅動機械中使用的伺服控制器的構成的圖。
圖18是表示本發明第四實施方式的第一軸伺服控制器102a的模型轉矩校正部32c的構成的圖。
具體實施例方式
第一實施方式以下利用圖1，對2軸驅動機械的構成和動作進行說明。
位置指令輸出裝置101將位置指令pm*輸出給第一軸伺服控制器102a和第二軸伺服控制器102b。
第一軸伺服控制器102a根據從位置指令輸出裝置101輸出的位置指令pm*和第一軸實際位置pm1，將轉矩指令Tm*1輸出給第一軸轉矩控制單元103a。第一軸轉矩控制單元103a相應于轉矩指令Tm*1來控制第一軸伺服電動機104a。
第二軸伺服控制器102b根據從位置指令輸出裝置101輸出的位置指令pm*和第二軸實際位置pm2，將轉矩指令Tm*2輸出給第二軸轉矩控制單元103b。第二軸轉矩控制單元103b相應于轉矩指令Tm*2，來控制第二軸伺服電動機104b。
第一軸伺服電動機104a、第二軸伺服電動機104b分別與第一軸滾軸絲杠105a、第二軸滾軸絲杠105b連接，通過驅動兩個軸，使移動臺106移動。2軸驅動機械的移動臺106上安置有上位結構體107，借助于上位結構體107的位置等，移動臺106的重心發生變化。
此外，L是軸間(第一軸滾軸絲杠105a、第二軸滾軸絲杠105b間)的距離，x是從軸間的中心位置到上位結構體107的中心位置的距離。
此外，采用這樣的構成，即在兩軸的伺服控制器之間，能夠交換彼此的實際位置信息、實際速度信息。
此外，第一軸伺服控制器102a和第二軸伺服控制器102b的控制是相同的，以下以第一軸伺服控制器102a為例，對伺服控制器的控制進行說明。
以下，利用圖2，以第一軸伺服控制器102a為例，對第一實施方式的伺服控制器的構成和處理進行說明。
標準模型控制部1輸入從位置指令輸出裝置101(未圖示)輸出的位置指令pm*，運算并輸出模型位置pa1、模型速度wa1和模型加速度aa1。
模型轉矩運算部2使第一軸的慣量設定值Je1與模型加速度aa1相乘，然后輸出模型轉矩Ta1。
位置反饋校正部3利用作為本軸位置的第一軸位置pm1和作為另一軸位置的第二軸位置pm2，輸出第一軸位置反饋信號pmfb1。位置控制部4從減法器5輸入模型位置pa1與第一軸位置反饋信號pmfb1之間的偏差，進行位置控制，輸出速度指令。
速度反饋校正部6利用作為本軸速度的第一軸速度wm1和作為另一軸速度的第二軸速度wm2，輸出第一軸速度反饋信號wmfb1。運算器7將模型速度wa1和從位置控制部5輸出的速度指令相加，然后減去第一軸速度反饋信號wmfb1，輸出校正后的速度指令。速度控制部8根據從運算器7輸出的速度指令，輸出反饋的轉矩指令Tfb1。
加法器9將反饋的轉矩指令Tfb1和從模型轉矩運算部2輸出的模型轉矩Ta1相加，作為第一軸的轉矩指令Tm*1輸出。
在第一實施方式的伺服控制器中，采用交換彼此的實際位置信息、實際速度信息的構成。在圖2中，示出了在第一軸伺服控制器102a中使用第二軸位置pm2和第二軸速度wm2的例子。
接下來，利用圖3，對標準模型控制部1的構成和處理進行說明。標準模型控制部1，是輸出用于根據位置指令來模擬機械的理想動作的模型位置pa1、模型速度wa1、模型加速度aa1的裝置。
模型位置控制部110輸入從位置指令輸出裝置101(未圖示)輸出的位置指令pm*與從機械系統模擬部112輸出的模型位置pa之間的差值，生成模型速度指令，然后輸出給模型速度控制部111。模型速度控制部111輸入模型速度指令與模型速度wa之間的差值，生成模型加速度aa，然后輸出給機械系統模擬部112。機械系統模擬部112輸入模型加速度aa，運算模型速度wa、模型位置pa。
此外，利用圖4，對標準模型控制部1的另一個結構例和處理進行說明。
從位置指令輸出裝置101(未圖示)輸出的位置指令pm*被用作模型位置pa，速度前饋運算部113輸入位置指令pm*，運算模型速度wa，然后輸出。加速度前饋運算部114輸入模型速度wa，運算模型加速度aa，然后輸出。
速度前饋運算部113和加速度前饋運算部114，一般由微分器或高通濾波器構成。
接下來，利用圖5，對第一軸伺服控制器102a的位置反饋校正部3的構成和處理進行說明。
利用減法器11計算出第一軸實際位置pm1與第二軸實際位置pm2之間的偏差(＝軸間位置偏差)，然后利用系數乘法器13使系數Gp2與通過濾波器12的值相乘。此外，利用加法器15，將利用系數乘法器14使系數Gp1與第一軸實際位置pm1相乘得到的值和利用系數乘法器13乘以系數Gp2而得到的值相加，計算出第一軸位置反饋信號pmfb1。
獲得第一軸位置反饋信號pmfb1與位置指令pa1的差值，然后用于位置控制中。
用低通濾波器來構成輸入軸間位置偏差的濾波器12，由此能夠防止高頻成分的通過，與上述專利文獻2相比，不易引起振動，因此能夠進一步提高增益，從而能夠提高軸間位置偏差的抑制性能。
接下來，利用圖6，對第一軸伺服控制器102a的速度反饋校正部6的構成和處理進行說明。
利用減法器21計算出第一軸實際速度wm1和第二軸實際速度wm2之間的偏差(＝軸間速度偏差)，然后利用系數乘法器23，使系數Gw2與通過濾波器22后得到的值相乘。此外，利用加法器25，使利用系數乘法器24將系數Gw1與第一軸實際速度wm1相乘而得到的值和利用系數乘法器23乘以系數Gw2而得到的值相加，計算出第一軸速度反饋信號wmfb1。
獲得第一軸速度反饋信號wmfb1與速度指令wa1的差值，然后用于速度控制中。
用低通濾波器來構成輸入軸間速度偏差的濾波器22，由此能夠防止高頻成分的通過，與上述專利文獻2相比，不易引起振動，因此能夠進一步提高增益，從而能夠提高軸間速度偏差的抑制性能。
接下來，利用圖7，對位置反饋校正部3的另一個結構例和處理進行說明。如果將圖7所示的系數乘法器13的系數Gp2和系數乘法器14的系數Gp1設定為Gp1＝-Gp2＞0，則位置反饋校正部的構成與圖5的大致等價。
利用加法器18，使第一軸實際位置pm1通過高通濾波器16后得到的值和第二軸實際位置pm2通過低通濾波器17后得到的值相加，輸出第一軸位置反饋信號pmfb1。
在圖7的構成中，高頻成分反饋本軸(第一軸)的實際位置，低頻成分反饋另一軸(第二軸)的實際位置。其結果是，成為近似于主從(master slave)的形式，即本軸按照另一軸的位置而進行定位，因此，即使是有位置檢測誤差的情況下，也不會發生軸間的沖突現象。
以下利用圖8，對位置反饋校正部3中的系數乘法器13的系數Gp2和系數乘法器14的系數Gp1的切換例進行說明。圖8(a)是表示速度指令變化的圖，圖8(b)是表示系數乘法器14的系數Gp1的變化的圖，圖8(c)是表示系數乘法器13的系數Gp2的變化的圖。
在速度指令生成中，由于發生軸間位置偏差，所以如圖8(c)所示，通過系數乘法器13的系數Gp2＞0，來進行軸間位置偏差的抑制，在停止期間和停止后，使系數Gp2＝-Gp1＝-1，來切換為主從控制，防止軸間的沖突。
通過使系數乘法器13、14的系數值可變，能夠容易地切換控制器的構成，從而能夠抑制軸間位置偏差，同時防止軸間的沖突。
接下來，利用圖9，對速度反饋校正部6的另一個構成例和處理進行說明。如果將圖6所述的系數乘法器23的系數Gw2和系數乘法器24的系數Gw1設定為Gw1＝-Gw2＞0，則速度反饋校正部的構成與圖9的大致等價。
利用加法器28，將第一軸實際速度wm1通過高通濾波器26后得到的值和第二軸實際速度wm2通過低通濾波器27后得到的值相加，輸出第一軸速度反饋信號wmfb1。
在圖9的構成中，高頻成分反饋本軸(第一軸)的實際速度，低頻成分反饋另一軸(第二軸)的實際速度。其結果是，成為近似于主從(master slave)的形式，即本軸按照另一軸的速度而決定速度，因此，即使是有速度檢測誤差的情況下，也不會發生軸間的沖突現象。
由于第一實施方式的伺服控制器對位置偏差和速度偏差兩者進行校正，所以在應用于2軸驅動機械的控制中的情況下，與上述專利文獻2相比，能夠以低的增益獲得同等程度的效果，因此能夠更穩定地進行機械的軸間位置偏差抑制。
此外，由于采用防止軸間位置偏差的高頻成分通過的構成，所以與上述專利文獻2相比，不易引起振動，從而也能夠應用于低剛性的機械。
此外，能夠簡單地切換為主從控制，能夠防止軸間的沖突，從而也能夠應用于有位置檢測誤差的機械。
由于第一實施方式的伺服控制器只要在現有的進行位置反饋和速度反饋的部分中加入了位置反饋校正部、速度反饋校正部即可，所以可以容易地替換現有的伺服控制器。此外，由于能夠用1種構成來切換為多種控制構造，所以能夠減輕軟件的負擔。
在上述第一實施方式中，對采用使用了根據位置指令來運算模型位置、模型速度、模型加速度的標準模型控制部這樣的構成，位置控制部根據模型位置與從位置反饋校正部輸出的校正位置反饋信號之間的差值，進行位置控制，然后輸出速度指令，并且，速度控制部根據從位置控制部輸出的速度指令、模型速度以及校正速度反饋信號，輸出反饋的轉矩指令的例子進行了說明，但也可以不使用標準模型控制部。但是，在指令脈沖不平滑，或者位置指令急劇變化的情況下，通過使用標準模型控制部，可以改善目標值響應性能。
第二實施方式以下利用圖10，以第一軸伺服控制器102a為例，對第二實施方式的伺服控制器的構成和處理進行說明。
標準模型控制部31輸入從位置指令輸出裝置101(未圖示)輸出的位置指令pm*，運算并輸出模型位置pa1、模型速度wa1和模型加速度aa1。
模型轉矩校正部32a利用模型加速度aa1和作為本軸位置的第一軸實際位置pm1和作為另一軸位置的第二軸實際位置pm2，輸出模型轉矩Ta1。
位置控制部34從減法器35輸入模型位置pa1與作為本軸位置的第一軸實際位置pm1之間的偏差，進行位置控制，輸出速度指令。
運算器37使模型速度wa1和從位置控制部35輸出的速度指令相加，然后減去作為本軸速度的第一軸實際速度wm1，輸出校正后的速度指令。
速度控制部38根據從運算部37輸出的速度指令，輸出反饋的轉矩指令Tfb1。
加法器39使反饋的轉矩指令Tfb1和從模型轉矩校正部32a輸出的模型轉矩Ta1相加，然后作為第一軸的轉矩指令Tm*1而輸出。
第二實施方式的第一軸伺服控制器的構成為，將第一實施方式的第一軸伺服控制器中的模型轉矩運算部2替換為模型轉矩校正部32a。
在第二實施方式的伺服控制器中，采用交換彼此的實際位置信息的構成。在圖10中，示出了在第一軸伺服控制器102a中使用第二軸位置pm2的例子。
接下來，利用圖11，對模型轉矩校正部32a的構成和處理進行說明。
使從標準模型控制部1(未圖示)輸出的模型加速度aa1通過高通濾波器41后，在符號檢測器42中檢測出模型加速度的符號。
利用乘法器45，在使由減法器43求出的第一軸實際位置pm1和第二軸實際位置pm2之間的偏差通過高通濾波器44后得到的值上，附加由符號檢測器42求出的模型加速度的符號，然后輸出給PI校正器46。
PI校正器46利用比例增益Gjp和積分增益Gji來進行PI校正，輸出慣量校正值ΔJe1。
利用減法器47，從由標稱的系數乘法器48設定的模型慣量值Je1中減去慣量校正值ΔJe1。
利用乘法器49，使由減法器47求出的值與從標準模型控制部31(未圖示)輸出的模型加速度aa1相乘，從而得到校正后的模型轉矩Ta1。
在第二實施方式的第一軸伺服控制器102a的模型轉矩校正部32a中，如果由標稱的系數乘法器48設定的模型慣量值Je1與實際的驅動慣量一致，則能夠借助于模型轉矩Ta1而使得實際的位置與模型位置大致一致地動作。
此外，在模型慣量值Je1有誤差的情況下，根據軸間位置偏差進行校正，使得與實際的慣量一致。例如，在上位結構體位于相反側，實際的慣量由于負載不平衡而比模型慣量值Je1小的情況下，如果加速度的變化為正，則產生正的軸間位置偏差，如果加速度的變化為負，則產生負的軸間位置偏差。因此，利用模型加速度aa1通過高通濾波器后得到的值的極性，使軸間位置偏差校正輸入反轉，由此能夠總是向使模型慣量值變小的方向，即與實際的慣量一致的方向校正。通過這樣的校正，控制第一軸位置和第二軸位置使得它們一致，從而抑制了軸間位置偏差。
此外，根據控制器或機械的條件，有時在加速時產生正的軸間位置偏差，在減速時產生負的軸間位置偏差。在這樣的情況下，如果將高通濾波器的增益設定為0等較小值，則同樣能夠總是對模型慣量值進行校正，從而抑制軸間位置偏差。
高通濾波器、PI校正器46的增益是相應于標準模型控制部、位置控制部、速度控制部的響應、機械的構成而決定的，但高通濾波器的增益，根據條件，可以為0，也可以為直達項。
以下利用圖12，對PI校正器46進行的用于PI校正的比例增益Gjp和積分增益Gji的增益切換的例子進行說明。圖12(a)是表示速度指令變化的圖，圖12(b)是表示比例增益Gjp和積分增益Gji的變化的圖。
由于軸間位置偏差在加減速中途和加減速開始點、結束點等產生較大的值，所以對于PI校正增益，在這些點的附近，進行可提高增益等的可變增益。
在圖12中，示出了在停止時使PI增益為0，在速度指令wm*進入的瞬間，使增益變為最大，然后單獨減小，在某一恒定期間內，使其落到某一恒定值的例子。通過這樣的構成，由于在校正中進入很多重要信號的期間，能夠進行更多的校正，所以不易受噪聲、干擾等的影響，從而能夠提高校正慣量運算的運算精度。
在上述圖12中，示出了在發生較大軸間位置偏差的加減速中途和加減速開始點、結束點附近提高增益的例子，但在預先知道上位結構體等的動作時序的情況下，通過與沿該時序的時刻對應地來進行可變增益，同樣能夠提高運算精度。以下利用圖13、圖14，對另一個增益的可變例進行說明。圖13(a)是表示速度指令變化的圖，圖13(b)是表示比例增益Gjp和積分增益Gji的變化的圖。此外，圖14(a)是表示速度指令變化的圖，圖14(b)是表示比例增益Gjp和積分增益Gji的變化的圖。
圖13中是在加速時和減速時軸間位置偏差變大情況下的增益的可變例，其對于校正運算的精度提高和軸間位置偏差的抑制是有效的。
此外，圖14是在加減速開始點、結束點軸間位置偏差變大情況下的增益的可變例，其對于校正運算的精度提高和軸間位置偏差的抑制是有效的。
模型轉矩校正部32a不限于上述方式，例如，可以使用如下方式來替代PI校正器46，所述方式是利用以P控制或PID控制、相位前進補償、逐次最小二乘法為代表的統計方法的方式。此外，在上述說明中，示出了使用軸間位置偏差通過高通濾波器后得到的值的例子，但也可以直接使用軸間位置偏差，并且對軸間位置偏差設置死區(dead zone)。
在將第二實施方式的伺服控制器應用于2軸驅動機械的控制中的情況下，由于對軸間位置偏差的發生要因直接且實時地校正，所以即使在由于移動臺的上位結構體的動作等而使得負載不平衡發生變化的情況下，也能夠抑制軸間位置偏差。
此外，與上述專利文獻2不同，由于是在前饋側進行校正，所以不必將增益設定得很高，就能夠穩定且高速地進行軸間位置偏差的抑制，從而也能夠應用于剛性不高的機械中。此外，在利用PI校正等的情況下，由于不必進行數學公式運算，所以能夠以較少的運算量得到抑制效果，并且能夠容易地應用于不能正確地得到2軸間距離或剛性、各部分的質量等機械常數的機械。
第二實施方式的伺服控制器，由于只要將現有的系數乘法器即模型轉矩運算部分變更為模型轉矩校正部即可，所以能夠容易地替換現有的伺服控制器。
此外，通過相應于速度指令或時刻來進行可變增益，能夠進一步提高校正慣量值的運算精度，從而能夠提高軸間位置偏差的抑制性能。
在上述第二實施方式中，示出了標準模型控制部采用根據位置指令而運算模型位置、模型速度、模型加速度的構成，速度控制部根據從位置控制部輸出的速度指令、模型速度以及本軸速度，輸出反饋的轉矩指令的例子，但也可以不使用模型速度。但是，在高加減速指令的用途中，通過使用模型速度，能夠提高軸間位置偏差的抑制性能。
第三實施方式以下利用圖15，以第一軸伺服控制器102a為例，對第三實施方式的伺服控制器的構成和處理進行說明。在圖15中，1、34～39與圖10的相同，所以省略其說明。
模型轉矩校正部32b利用從標準模型控制部31輸出的第一軸模型加速度aa1和從第二軸伺服控制器(未圖示)的標準模型控制部輸出的第二軸模型加速度aa2，輸出校正后的模型轉矩Ta1。
在第三實施方式的伺服控制器中，采用交換彼此的模型加速度信息的構成。在圖15中，示出了在第一軸伺服控制器102a中使用第二軸模型加速度aa2的例子。
以下利用圖16，對模型轉矩校正部32b的構成和處理進行說明。
利用加法器53，將利用系數乘法器51使系數J11與從標準模型控制部31輸出的第一軸模型加速度aa1相乘而得到的值和利用系數乘法器52使系數J12與從第二軸伺服控制器(未圖示)的標準模型控制部輸出的第二軸模型加速度aa2相乘而得到的值相加，輸出校正后的模型轉矩Ta1。其中，J11是為系數乘法器51設定的自身慣量，J12是為系數乘法器設定的干涉慣量。
此外，對于圖1所示構成的2軸驅動機械的機械慣量，如果設第一軸慣量為J1，第二軸慣量為J2，移動臺慣量為J3，上位結構體的慣量為J4，從這4個慣量得到的重心附近的轉動力矩為J0，建立運動方程式，則能夠由下式得到自身慣量J11和干涉慣量J12。
J11＝J1+J3/4+(1/2-x/L)2·J4+J0/L2J12＝J1+J3/4+(1/2-x/L)2·J4+J0/L2其中，L是軸間距離，x是從軸間中心位置到上位結構體中心位置的距離。
因此，通過將圖16的系數乘法器51的J11和系數乘法器52的J12設定為上式的值，可以與上述第二實施方式同樣地，得到使實際位置與模型位置一致的正確模型轉矩，向第一軸位置和第二軸位置一致的方向進行控制，從而抑制軸間位置偏差。
在移動臺的負載分配是固定的情況下，只要將系數乘法器51、系數乘法器52的設定值設定為常數即可，但在例如上位結構體的位置發生變化等、負載分配變動的情況下，只要從上位的控制器等變更設定值即可。例如，可以考慮接受上式的x(從軸間中心位置到上位結構體中心位置的距離)的值，然后進行運算并設定的方法，或者在上位的控制器中運算慣量值，然后接受并變更參數值的方法等。
在將第三實施方式的伺服控制器應用于2軸驅動機械的控制中的情況下，能夠利用上述動作抑制軸間位置偏差。此外，有這樣的優點，即，由于完全是借助于前饋部分來進行校正，所以即使在增益設定值錯誤等情況下，也不會變得不穩定。在預先知道機械常數的情況下，或從上位控制器等得到信息的情況下，第三實施方式的伺服控制器與第一實施方式和第二實施方式相比，能夠減輕伺服控制器側的軟件負擔。
此外，該伺服控制器與第二實施方式的情況相同，只要將現有的系數乘法器即模型轉矩運算部分變更為校正前饋部即可，所以能夠容易地替換現有實施例的伺服控制器。
在上述第三實施方式中，示出了標準模型控制部采用根據位置指令而運算模型位置、模型速度、模型加速度的構成，速度控制部根據從位置控制部輸出的速度指令、模型速度以及從速度反饋校正部輸出的校正速度反饋信號，輸出反饋的轉矩指令的例子，但也可以不使用模型速度。但是，在高加減速指令的用途中，通過使用模型速度，能夠提高軸間位置偏差的抑制性能。
第四實施方式以下利用圖17，對第四實施方式的第一軸伺服控制器的構成和處理進行說明。在圖17中，1、3～9與圖2的相同，所以省略其說明。
模型轉矩校正部32c利用從標準模型控制部1輸出的第一軸模型加速度aa1、從第二軸伺服控制器(未圖示)的標準模型控制部輸出的第二軸模型加速度aa2以及作為本軸位置的第一軸位置pm1和作為另一軸位置的第二軸位置pm2，輸出校正后的模型轉矩Ta1。
以下利用圖18，對模型轉矩校正部32c的構成和處理進行說明。在圖18中，41～46與圖11的相同，所以省略其說明。
PI校正器46利用比例增益Gjp和積分增益Gji來進行PI校正，輸出慣量校正值ΔJe1。
利用減法器54，從自身慣量J11中減去慣量校正值ΔJe 1，然后利用乘法器55，使由減法器54求出的值與從標準模型控制部31(未圖示)輸出的模型加速度aa1相乘。利用加法器56，從干涉慣量J12中減去慣量校正值ΔJe1，然后利用乘法器57，使由減法器56求出的值與從第二軸伺服控制器(未圖示)的標準模型控制部輸出的第二軸模型加速度aa2相乘。其中，自身慣量J11和干涉慣量J12，使用與在圖16中為標稱的系數乘法器51、標稱的系數乘法器52設定的數值相同的數值。
利用加法器58，使由乘法器55求出的值和由乘法器57求出的值相加，從而得到校正后的模型轉矩Ta1。
在第四實施方式的第一軸伺服控制器的模型轉矩校正部32c中，通過從自身慣量J11中減去由PI校正器46得到的慣量校正值ΔJe1來進行校正，并且將由PI校正器46得到的慣量校正值ΔJe1與干涉慣量J12相加來進行校正，然后將這些校正后的值分別與模型加速度aa1、aa2相乘而得到的值相加，作為模型轉矩Ta1。
在第四實施方式的第一軸伺服控制器中，作為機械常數而預先得到的負載不平衡，與第三實施方式同樣地，通過由標稱的系數乘法器51、52設定的自身慣量J11、干涉慣量J12來進行校正。但是，對于機械常數有偏差時產生的不平衡量，與第二實施方式同樣地，通過由PI校正器46得到的慣量校正值ΔJe1來進行校正。通過這些慣量校正，能夠有效地抑制軸間位置偏差。對于即使如此也沒有完全抑制的軸間位置偏差，與第一實施方式同樣地，通過位置反饋校正部3和速度反饋校正部6來抑制。由此，能夠得到非常大的軸間位置偏差的抑制效果。
在將第四實施方式的第一軸伺服控制器應用于2軸驅動機械的控制中的情況下，對于作為機械常數而預先得到的負載不平衡，與第三實施方式同樣地進行前饋校正，對于該常數有偏差時產生的不平衡量，與第二實施方式同樣地進行校正，對于即使如此也沒有完全抑制的軸間位置偏差，與第一實施方式同樣地通過反饋來進行校正，所以能夠得到非常大的軸間位置偏差的抑制效果。
此外，通過同時使用第一～第三實施方式的技術，不必將模型轉矩校正部的PI校正增益或位置反饋校正部、速度反饋校正部的增益設定得很大，所以能夠穩定地得到所希望的軸間位置偏差的抑制效果。
在上述第四實施方式的第一軸伺服控制器中，對同時使用上述第一～第三實施方式所示的技術的例子進行了說明，但可以根據用途，僅同時使用上述第一～第三實施方式所示的技術中的2個。此外，也可以對應于速度指令或時刻，切換使用上述第一～第三實施方式所示的技術。
此外，在上述說明中，對將本發明的伺服控制器應用于2軸驅動機械的例子進行了說明，但本發明的適用對象不限于2軸驅動機械，在3軸或3軸以上的多個軸的情況下，也可以利用例如本軸以外的多個軸的平均位置與本軸位置之間的位置偏差等來應用本發明。此外，構成2軸驅動機械的2軸的同步不僅限于1∶1，在1∶N的情況下，將該比值作為系數相乘，同樣能夠應用本發明。
此外，以上對使用滾軸絲杠作為執行機構的例子進行了說明，但不限于滾軸絲杠。
此外，對于使用本發明的伺服控制器的機械，不僅適合直線運動系統的同步控制，也同樣適合轉動系統的同步控制。
工業實用性如上所述，本發明的伺服控制器，能夠應用于低剛性機械或存在位置檢測誤差這樣的2軸驅動機械，所以適用于多軸驅動機械的同步控制。
權利要求
1.一種伺服控制器，其特征在于，具有位置反饋校正部，其根據本軸位置和另一軸位置，對位置反饋信號進行校正；位置控制部，其利用從上述位置反饋校正部輸出的校正位置反饋信號，進行位置控制，然后輸出速度指令；速度反饋校正部，其根據本軸速度和另一軸速度，對速度反饋信號進行校正；速度控制部，其根據從上述位置控制部輸出的速度指令和從上述速度反饋校正部輸出的校正速度反饋信號，輸出反饋的轉矩指令；模型轉矩運算部，其將本軸慣量設定值與上述模型加速度相乘，輸出模型轉矩；以及加法器，其根據上述模型轉矩和上述反饋的轉矩指令，運算轉矩指令。
2.根據權利要求1所述的伺服控制器，其特征在于，在位置反饋校正部中，使用使軸間位置偏差通過濾波器、然后乘以增益而得到的值，對位置反饋信號進行校正，所述軸間位置偏差是上述本軸位置與上述另一軸位置之間的差。
3.根據權利要求2所述的伺服控制器，其特征在于，在位置反饋校正部中，與軸間位置偏差相乘的增益是可變的，所述軸間位置偏差是上述本軸位置與上述另一軸位置之間的差。
4.根據權利要求1所述的伺服控制器，其特征在于，在速度反饋校正部中，使用使軸間速度偏差通過濾波器、然后乘以增益而得到的值，對速度反饋信號進行校正，所述軸間速度偏差是上述本軸速度與上述另一軸速度之間的差。
5.根據權利要求4所述的伺服控制器，其特征在于，在速度反饋校正部中，與軸間速度偏差相乘的增益是可變的，所述軸間速度偏差是上述本軸速度與上述另一軸速度之間的差。
6.一種伺服控制器，其特征在于，具有標準模型控制部，其根據位置指令，運算模型位置、模型加速度；位置控制部，其利用上述模型位置與本軸位置之間的差值，進行位置控制，然后輸出速度指令；速度控制部，其根據從上述位置控制部輸出的速度指令和本軸速度，輸出反饋的轉矩指令；模型轉矩運算部，其利用上述本軸位置和另一軸位置，對上述模型加速度進行校正，然后運算模型轉矩；以及加法器，其根據上述模型轉矩和上述反饋的轉矩指令，運算轉矩指令。
7.根據權利要求6所述的伺服控制器，其特征在于，上述標準模型控制部的構成方式為，根據位置指令，運算模型位置、模型速度、模型加速度，并且上述速度控制部的構成方式為，根據從上述位置控制部輸出的速度指令和上述模型速度、本軸速度，輸出反饋的轉矩指令。
8.根據權利要求6或7所述的伺服控制器，其特征在于，在模型轉矩校正部中，相應于時刻或速度指令波形，進行校正動作的開始/停止或校正增益的變更。
9.根據權利要求6至8任意一項所述的伺服控制器，其特征在于，在模型轉矩校正部中，利用被輸入的模型加速度通過高通濾波器而得到的值的符號，使極性反轉。
10.一種伺服控制器，其特征在于，具有標準模型控制部，其根據位置指令，運算模型位置、模型加速度；位置反饋校正部，其根據本軸位置和另一軸位置，對位置反饋信號進行校正；位置控制部，其利用上述模型位置與從上述位置反饋校正部輸出的校正位置反饋信號之間的差值，進行位置控制，然后輸出速度指令；速度反饋校正部，其根據本軸速度和另一軸速度，對速度反饋信號進行校正；速度控制部，其根據從上述位置控制部輸出的速度指令和從上述速度反饋校正部輸出的校正速度反饋信號，輸出反饋的轉矩指令；模型轉矩運算部，其利用另一軸模型加速度以及上述本軸位置、上述另一軸位置，對上述模型加速度進行校正，然后運算模型轉矩；以及加法器，其根據上述模型轉矩和上述反饋的轉矩指令，運算轉矩指令。
11.根據權利要求10所述的伺服控制器，其特征在于，上述標準模型控制部的構成方式為，根據位置指令，運算模型位置、模型速度、模型加速度，并且上述速度控制部的構成方式為，根據從上述位置控制部輸出的速度指令、上述模型速度以及從上述速度反饋校正部輸出的校正速度反饋信號，輸出反饋的轉矩指令。
全文摘要
在本發明的伺服控制器中，位置反饋校正部(3)利用作為本軸位置的第一軸位置(pm1)和作為另一軸位置的第二軸位置(pm2)，運算第一軸位置反饋信號(pmfb1)，位置控制部(4)從減法器(5)輸入模型位置(pa1)與第一軸位置反饋信號(pmfb1)之間的偏差，進行位置控制，然后輸出速度指令。速度反饋校正部(6)利用作為本軸速度的第一軸速度(wm1)和作為另一軸速度的第二軸速度(wm2)，運算第一軸速度反饋信號(wmfb1)，速度控制部(8)使模型速度(wa1)和從位置控制部(5)輸出的速度指令相加，減去第一軸速度反饋信號(wmfb1)，然后根據校正后的速度指令，輸出反饋的轉矩指令(Tfb1)。
文檔編號G05B13/04GK1745352SQ0382604
公開日2006年3月8日 申請日期2003年4月11日 優先權日2003年4月11日
發明者寺田啟, 長野鐵明, 高橋和孝, 磯田隆司 申請人:三菱電機株式會社