專利名稱：控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制裝置，例如，涉及對(duì)由電機(jī)等所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載的位置或速度進(jìn)行控制的伺服(servo)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
以往，已知有按照目標(biāo)指令對(duì)由電機(jī)等所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載的位置或速度進(jìn)行控制的伺服機(jī)構(gòu)，例如，用于數(shù)值控制工作設(shè)備或數(shù)值控制坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。
并且，已知有以下這樣的伺服機(jī)構(gòu)，即在對(duì)低剛性負(fù)載進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的情況下，由除電流控制環(huán)、電機(jī)速度控制環(huán)、位置控制環(huán)之外、還具有負(fù)載速度控制環(huán)的4層環(huán)控制系統(tǒng)所構(gòu)成的伺服機(jī)構(gòu)，其中，所述低剛性負(fù)載因與電機(jī)的連接部具有低剛性部分等，而在位移、速度、加速度方面產(chǎn)生振蕩性響應(yīng)(例如，文獻(xiàn)1日本特開2004-118635號(hào)公報(bào))。
圖9表示這樣的伺服機(jī)構(gòu)。
在圖9中，將包含有電流控制環(huán)的電機(jī)速度控制環(huán)910的傳遞特性用GM表示，將負(fù)載110的特性用GF表示。
省略詳細(xì)的介紹，電流控制環(huán)包括電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)功率放大器、電機(jī)轉(zhuǎn)矩(torque)電流檢測(cè)器、以及電流特性補(bǔ)償器；電機(jī)速度控制環(huán)包括檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)位置的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置檢測(cè)器、對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置進(jìn)行微分計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的微分器、以及電機(jī)速度特性補(bǔ)償器。
負(fù)載速度控制環(huán)920包括對(duì)負(fù)載110的位置進(jìn)行微分來(lái)計(jì)算負(fù)載速度的微分器921、和速度特性補(bǔ)償裝置922；速度特性補(bǔ)償裝置922包括比例補(bǔ)償器(增益Kp)923和積分補(bǔ)償器924(增益Ki)。
位置控制環(huán)930包括檢測(cè)負(fù)載110的位置的位置檢測(cè)器931和位置補(bǔ)償器932。
通過(guò)象這樣具備負(fù)載速度控制環(huán)920，即使在負(fù)載110的剛性低的情況下，也能夠提高控制系統(tǒng)的減振性，使負(fù)載110的位置或速度穩(wěn)定，從而高精度地進(jìn)行控制。
但是，由于在位置控制環(huán)930的內(nèi)側(cè)，具有比位置控制環(huán)930響應(yīng)慢的負(fù)載速度控制環(huán)920，因此，就出現(xiàn)利用補(bǔ)償器的設(shè)定值(例如，比例補(bǔ)償器923和積分補(bǔ)償器924的增益)容易產(chǎn)生負(fù)載速度過(guò)沖(overshoot)這樣的問(wèn)題。
圖11表示在輸入了例如圖10所示那樣的斜坡狀的位置目標(biāo)指令pr的情況下的負(fù)載速度的仿真結(jié)果。從圖11可知，在過(guò)渡狀態(tài)下，將產(chǎn)生負(fù)載速度過(guò)沖。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，提供一種控制裝置，在穩(wěn)定狀態(tài)下提高控制系統(tǒng)的減振性能，并且在過(guò)渡狀態(tài)下也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的控制。
本發(fā)明提供一種對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行預(yù)定的控制的控制裝置，包括第1控制環(huán)，具有抑制振蕩性動(dòng)作的減振性能補(bǔ)償元件；和第2控制環(huán)，構(gòu)成在上述第1控制環(huán)的外側(cè)，且其響應(yīng)快于上述第1控制環(huán)，所述控制裝置的特征在于，包括第1切換裝置，設(shè)置在上述控制對(duì)象的前段，從上述第1控制環(huán)的信號(hào)和上述第2控制環(huán)的信號(hào)中，選擇并切換對(duì)上述控制對(duì)象的輸入。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，通過(guò)第1切換裝置進(jìn)行切換，使對(duì)控制對(duì)象的輸入在來(lái)自第1控制環(huán)的信號(hào)和第2控制環(huán)的信號(hào)之間進(jìn)行選擇切換。于是，例如按照控制對(duì)象的狀態(tài)來(lái)切換給控制對(duì)象的信號(hào)，總是能夠?qū)刂茖?duì)象進(jìn)行最佳的控制。
例如，有以下的情況，即第1控制環(huán)雖然具有抑制振蕩性的動(dòng)作的減振功能，但為了減振補(bǔ)償，需要一定的時(shí)間，響應(yīng)較慢。這樣，如果包含響應(yīng)上有延遲的第1控制環(huán)，則在目標(biāo)值進(jìn)行較大變化的情況下，存在引起過(guò)沖這樣的問(wèn)題。
對(duì)于該問(wèn)題，在本發(fā)明中，因?yàn)橛傻?切換裝置對(duì)第1控制環(huán)和第2控制環(huán)進(jìn)行切換，所以，在例如目標(biāo)值進(jìn)行較大變化時(shí)，能夠通過(guò)不包括第1控制環(huán)的第2控制環(huán)的信號(hào)快速地進(jìn)行控制的響應(yīng)，并且，能夠防止例如過(guò)沖。并且，在目標(biāo)值的變化較小的情況下，則包含第1控制環(huán)地進(jìn)行控制對(duì)象的減振補(bǔ)償，能夠提高減振性能。
這樣，因?yàn)閷?duì)第1控制環(huán)和第2控制環(huán)進(jìn)行切換，所以能夠根據(jù)控制對(duì)象的狀態(tài)由第1控制環(huán)和第2控制環(huán)進(jìn)行最佳的控制。
進(jìn)而，第1控制環(huán)，在例如目標(biāo)值進(jìn)行較大變化的狀態(tài)下被從控制環(huán)中除去，在目標(biāo)值穩(wěn)定時(shí)被包含進(jìn)控制環(huán)中，因此，在第1控制環(huán)的控制設(shè)計(jì)中，不必有例如抑制過(guò)渡狀態(tài)下的過(guò)沖等顧忌，僅關(guān)注于穩(wěn)定狀態(tài)下的減振性能即可。由此，第1控制環(huán)，在控制增益等的設(shè)定等中也能夠?yàn)榱艘种聘蓴_等而設(shè)定較高的增益等，能夠自由地提高穩(wěn)定狀態(tài)中的減振性能等控制性能。
其結(jié)果，例如，能夠在過(guò)渡狀態(tài)下以第2控制環(huán)的快速的響應(yīng)，迅速接近目標(biāo)值并防止過(guò)沖，在穩(wěn)定狀態(tài)下由第1控制環(huán)進(jìn)行充分的減振性能補(bǔ)償?shù)龋箍刂菩阅芴岣摺?br>
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，上述第2控制環(huán)包括進(jìn)行比例補(bǔ)償?shù)牡?比例補(bǔ)償元件；上述第1切換裝置設(shè)置在上述控制對(duì)象的前段側(cè)，從來(lái)自上述減振性能補(bǔ)償元件的輸出和來(lái)自上述第2比例補(bǔ)償元件的輸出中，選擇并切換對(duì)上述控制對(duì)象的輸入。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，通過(guò)用第1切換裝置進(jìn)行切換，使對(duì)控制對(duì)象的輸入在來(lái)自減振性能補(bǔ)償元件(第1控制環(huán))的輸出和來(lái)自第2比例補(bǔ)償元件(第2控制環(huán))的輸出中進(jìn)行選擇并切換。于是，例如能夠在過(guò)渡狀態(tài)下，以第2控制環(huán)的快速的響應(yīng)，迅速接近目標(biāo)值并防止過(guò)沖，在穩(wěn)定狀態(tài)下，由第1控制環(huán)進(jìn)行充分的減振性能補(bǔ)償?shù)?，使控制性能提高?br>
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，具有控制上述第1切換裝置的切換動(dòng)作的第1切換控制裝置；上述第1切換裝置包括第1端子，將來(lái)自上述第2比例補(bǔ)償元件的輸出作為對(duì)上述控制對(duì)象的輸入，和第2端子，將來(lái)自上述減振性能補(bǔ)償元件的輸出作為對(duì)上述控制對(duì)象的輸入；上述第1切換控制裝置，在上述控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第2端子，在上述控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)處于過(guò)渡狀態(tài)的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第1端子。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在第1切換裝置選擇了第1端子的情況下，來(lái)自第2比例補(bǔ)償元件(第2控制環(huán))的信號(hào)成為對(duì)控制對(duì)象的輸入，在第1切換裝置選擇了第2端子的情況下，來(lái)自減振性能補(bǔ)償元件(第1控制環(huán))的信號(hào)成為對(duì)控制對(duì)象的輸入。并且，由第1切換控制裝置根據(jù)控制對(duì)象的過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)來(lái)使第1切換裝置切換第1端子和第2端子。這時(shí)，因?yàn)樵诳刂茖?duì)象處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)選擇第2端子，所以由減振補(bǔ)償元件抑制干擾等，由此進(jìn)行穩(wěn)定的控制。另一方面，因?yàn)樵诳刂茖?duì)象處于過(guò)渡狀態(tài)時(shí)選擇第1端子，所以能夠利用第2控制環(huán)(第2比例補(bǔ)償元件)進(jìn)行快速響應(yīng)的控制。
這樣，根據(jù)控制對(duì)象的狀態(tài)(過(guò)渡狀態(tài)、穩(wěn)定狀態(tài))由第1切換控制裝置進(jìn)行第1切換裝置的切換動(dòng)作，從而根據(jù)控制對(duì)象的狀態(tài)，總是對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行最佳的控制。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，上述第1切換控制裝置根據(jù)負(fù)載的加速度對(duì)上述第1切換裝置的切換動(dòng)作進(jìn)行控制。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，在上述第1切換控制裝置中，設(shè)定作為用于判斷上述第1切換裝置的切換定時(shí)的閾值的加速度閾值；上述第1切換控制裝置，在負(fù)載加速度的絕對(duì)值大于上述加速度閾值的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第1端子，在負(fù)載加速度的絕對(duì)值小于上述加速度閾值的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第2端子。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)在過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變時(shí)，在通過(guò)第1切換裝置的切換動(dòng)作切換第1控制環(huán)和第2控制環(huán)的情況下，根據(jù)加速度來(lái)判斷負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是過(guò)渡狀態(tài)還是穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)，在穩(wěn)定狀態(tài)下加速度幾乎為零，因此，在第1切換控制裝置中，通過(guò)判斷負(fù)載的加速度相對(duì)于預(yù)定的加速度閾值的大小，判斷負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是過(guò)渡狀態(tài)還是穩(wěn)定狀態(tài)。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，上述第1切換控制裝置根據(jù)負(fù)載的速度的大小，控制上述第1切換裝置的切換動(dòng)作。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，在上述第1切換控制裝置中設(shè)定有上述負(fù)載的目標(biāo)速度；上述第1切換控制裝置，在上述負(fù)載速度與上述目標(biāo)速度的差的大小大于或等于預(yù)定值的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第1端子；在上述負(fù)載速度與上述目標(biāo)速度的差的大小小于預(yù)定值的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第2端子。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)在過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變時(shí)，在通過(guò)第1切換裝置的切換動(dòng)作切換第1控制環(huán)和第2控制環(huán)的情況下，根據(jù)負(fù)載的速度來(lái)判斷負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是過(guò)渡狀態(tài)還是穩(wěn)定狀態(tài)。
此時(shí)，在由外部指示負(fù)載的目標(biāo)位置時(shí)，在速度目標(biāo)預(yù)先已知的情況下，在第1切換控制裝置中根據(jù)該負(fù)載的目標(biāo)速度與負(fù)載速度的偏差的大小，判斷出負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是過(guò)渡狀態(tài)還是穩(wěn)定狀態(tài)。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，預(yù)先設(shè)定由外部所指示的上述負(fù)載的目標(biāo)位置；在上述第1切換控制裝置中，預(yù)先設(shè)定有時(shí)刻信息，該時(shí)刻信息是上述負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)在過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間切換的時(shí)刻信息，上述第1切換控制裝置，根據(jù)上述負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)在過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間進(jìn)行切換的時(shí)刻信息，控制上述第1切換裝置的切換動(dòng)作。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)在過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變時(shí)，在通過(guò)第1切換裝置的切換動(dòng)作切換第1控制環(huán)和第2控制環(huán)的情況下，在預(yù)先設(shè)定的切換時(shí)刻執(zhí)行第1切換裝置的切換動(dòng)作。
即，在目標(biāo)位置和目標(biāo)速度的模式預(yù)先已知、過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行切換的時(shí)刻預(yù)先已知的情況下，預(yù)先設(shè)定輸入過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行切換的時(shí)刻信息。
并且，第1切換控制裝置按照該時(shí)刻信息，使第1切換裝置執(zhí)行切換動(dòng)作。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，上述第1控制環(huán)包括調(diào)整裝置，對(duì)上述減振性能補(bǔ)償元件的功能進(jìn)行抵消；第2切換裝置，設(shè)置在上述減振性能補(bǔ)償元件和上述調(diào)整裝置之間，對(duì)上述減振性能補(bǔ)償元件與上述調(diào)整裝置的連接和斷開進(jìn)行切換。
在此，所謂調(diào)整裝置抵消減振性能補(bǔ)償元件的功能，是指例如調(diào)整裝置的傳遞函數(shù)為減振性能補(bǔ)償元件的傳遞函數(shù)的倒數(shù)，減振性能補(bǔ)償元件與調(diào)整裝置連接時(shí)的傳遞函數(shù)變成“1”。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，包括第2切換控制裝置，對(duì)上述第2切換裝置的切換動(dòng)作進(jìn)行控制；上述減振性能補(bǔ)償元件，具有第1比例補(bǔ)償元件和相對(duì)于該第1比例補(bǔ)償元件并聯(lián)設(shè)置的積分補(bǔ)償元件，輸出上述第1比例補(bǔ)償元件的輸出值與上述積分補(bǔ)償元件的輸出值的和；上述第2切換裝置，設(shè)置在上述積分補(bǔ)償元件和上述調(diào)整裝置之間，并且，具有將上述調(diào)整裝置的輸出作為對(duì)上述積分補(bǔ)償元件的輸入的第3端子，和將對(duì)上述第1比例補(bǔ)償元件的輸入作為對(duì)上述積分補(bǔ)償元件的輸入的第4端子；上述第2切換控制裝置，在上述第1切換裝置從上述第1端子切換為上述第2端子時(shí)，使上述第2切換裝置執(zhí)行從上述第3端子切換到上述第4端子的切換動(dòng)作。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，在通過(guò)第1切換裝置的切換動(dòng)作，使對(duì)控制對(duì)象的輸入從第2控制環(huán)(的信號(hào))切換到第1控制環(huán)(的信號(hào))時(shí)，由第2切換裝置使調(diào)整裝置和減振性能補(bǔ)償裝置從連接狀態(tài)切換成斷開狀態(tài)。即，在對(duì)控制對(duì)象的輸入從第2控制環(huán)的信號(hào)變?yōu)榈?控制環(huán)的信號(hào)時(shí)，通過(guò)第2切換控制裝置的控制，第2切換裝置執(zhí)行從第3端子切換為第4端子的切換動(dòng)作。
在此，在第1切換裝置的切換動(dòng)作中，從第2控制環(huán)切換為第1控制環(huán)時(shí)，最初，在第1控制環(huán)中，以調(diào)整裝置與減振性能補(bǔ)償元件連接的狀態(tài)抵消減振性能補(bǔ)償元件的功能，因此，即使對(duì)控制對(duì)象的輸入從第2控制環(huán)的信號(hào)切換為第1控制環(huán)的信號(hào)，信號(hào)值也不會(huì)發(fā)生大的變化。并且，之后通過(guò)第2切換裝置使調(diào)整裝置與減振性能補(bǔ)償元件斷開，從而使由減振性能補(bǔ)償元件進(jìn)行了特性補(bǔ)償?shù)男盘?hào)向控制對(duì)象輸出。
這樣，在由第1切換裝置將第2端子(第2控制環(huán))切換為第1端子(第1控制環(huán))時(shí)，在第2切換裝置中將調(diào)整裝置與減振性能補(bǔ)償元件從連接狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，從而使對(duì)控制對(duì)象的輸入不會(huì)進(jìn)行臺(tái)階狀的變化，而是平滑地從第2控制環(huán)的信號(hào)向第1控制環(huán)的信號(hào)轉(zhuǎn)變。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，上述第2控制環(huán)，包括進(jìn)行比例補(bǔ)償?shù)牡?比例補(bǔ)償元件；上述控制對(duì)象是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載；上述第2控制環(huán)，包括檢測(cè)上述負(fù)載的位置的位置檢測(cè)裝置，和位置比較器，對(duì)由上述位置檢測(cè)裝置檢測(cè)出的負(fù)載位置與由外部所指示的目標(biāo)位置進(jìn)行比較，將其位置偏差向上述的2比例補(bǔ)償元件輸出；上述第2比例補(bǔ)償元件根據(jù)上述位置偏差輸出上述負(fù)載的速度指令；上述第1控制環(huán)，包括檢測(cè)上述負(fù)載的速度的速度檢測(cè)裝置，和速度比較器，對(duì)由上述速度檢測(cè)裝置檢測(cè)出的負(fù)載速度與來(lái)自上述第2比例補(bǔ)償元件的負(fù)載速度指令進(jìn)行比較，輸出其負(fù)載速度偏差。
根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)按照由外部所指示的目標(biāo)位置對(duì)負(fù)載的位置進(jìn)行控制的伺服機(jī)構(gòu)。
特別地，在負(fù)載的剛性低或者負(fù)載與電機(jī)的連接具有低剛性部分的情況下，能夠在穩(wěn)定狀態(tài)中通過(guò)第1控制環(huán)的減振性能補(bǔ)償而穩(wěn)定地控制負(fù)載，并且，能夠在過(guò)渡狀態(tài)中由不包括第1控制環(huán)的第2控制環(huán)進(jìn)行迅速的控制，抑制過(guò)沖等的產(chǎn)生。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，上述第1控制環(huán)具有次數(shù)差補(bǔ)償元件，該次數(shù)差補(bǔ)償元件與上述負(fù)載產(chǎn)生的共振模式對(duì)應(yīng)且具有相對(duì)次數(shù)為零的特性。
在這樣的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)包括具有相對(duì)次數(shù)為零的傳遞特性的次數(shù)差補(bǔ)償元件，能夠在某種程度下自由地設(shè)定第1控制環(huán)的傳遞特性，通過(guò)將減振性能補(bǔ)償元件的增益設(shè)定得較高等，能夠提高抑制干擾的性能。
圖1是表示本發(fā)明的控制裝置的伺服機(jī)構(gòu)的第1實(shí)施方式的框圖。
圖2是說(shuō)明在上述第1實(shí)施方式中第1切換器、第2切換器的切換動(dòng)作的圖。
圖3是說(shuō)明在上述第1實(shí)施方式中第1切換器、第2切換器的切換動(dòng)作的圖。
圖4是在上述第1實(shí)施方式中對(duì)負(fù)載的速度變化進(jìn)行了仿真的圖。
圖5是表示本發(fā)明的控制裝置的伺服機(jī)構(gòu)的第2實(shí)施方式的框圖。
圖6是在上述第2實(shí)施方式中對(duì)負(fù)載的速度變化進(jìn)行了仿真的圖。
圖7是表示本發(fā)明的控制裝置的伺服機(jī)構(gòu)的變形例1的框圖。
圖8是表示本發(fā)明的控制裝置的伺服機(jī)構(gòu)的變形例2的框圖。
圖9是表示以往的伺服機(jī)構(gòu)的框圖。
圖10是表示輸入給伺服機(jī)構(gòu)的位置目標(biāo)指令的例子的圖。
圖11是在以往的伺服機(jī)構(gòu)中對(duì)負(fù)載的速度變化進(jìn)行了仿真的圖。
具體實(shí)施例方式
以下，用附圖表示本發(fā)明的實(shí)施方式，并參照對(duì)圖中各要素所添加的標(biāo)號(hào)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
(第1實(shí)施方式)對(duì)作為本發(fā)明的控制裝置的伺服機(jī)構(gòu)的第1實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是表示第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)的框圖。圖2和圖3是說(shuō)明第1切換器400和第2切換器250的切換動(dòng)作的圖，圖4是在第1實(shí)施方式中輸入了位置目標(biāo)指令pr的情況下的負(fù)載速度變化的仿真結(jié)果。
該伺服機(jī)構(gòu)100，作為整體，按照從外部時(shí)時(shí)刻刻輸入的位置目標(biāo)指令pr，利用電機(jī)(未圖示)使作為控制對(duì)象的負(fù)載110進(jìn)行位移，并且，伺服機(jī)構(gòu)100按從內(nèi)到外的順序包括施加電流控制環(huán)(該路經(jīng)未圖示)、電機(jī)速度控制環(huán)(該路徑未圖示)、作為第1控制環(huán)的速度控制環(huán)200、作為第2控制環(huán)的位置控制環(huán)300，來(lái)控制負(fù)載110的位置和速度。
將電機(jī)速度控制環(huán)910的傳遞特性用GM表示，將負(fù)載110的特性用GF表示，在以下的說(shuō)明中，電機(jī)速度控制環(huán)910也可以包含施加電流控制環(huán)。
并且，該伺服機(jī)構(gòu)100包括第1切換器(第1切換裝置)400和進(jìn)行第1切換器400的切換控制的切換控制部500，該第1切換器400使對(duì)電機(jī)速度控制環(huán)910的輸入信號(hào)在位置控制環(huán)300的信號(hào)和速度控制環(huán)200的信號(hào)之間切換。由該第1切換器400根據(jù)過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)來(lái)切換包括速度控制環(huán)200的4層環(huán)(電流控制環(huán)、電機(jī)速度控制環(huán)、速度控制環(huán)200、位置控制環(huán)300)，和不包括速度控制環(huán)200的3層環(huán)(電流控制環(huán)、電機(jī)速度控制環(huán)、位置控制環(huán)300)。
在此，作為負(fù)載110，并沒(méi)有特別的限定，例如，可以具有低剛性部分，也可以在與電機(jī)的連接部分具有低剛性部分。這是因?yàn)閷?duì)于這樣的低剛性負(fù)載也能夠利用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)來(lái)抑制振蕩、進(jìn)行穩(wěn)定的控制。
以下，參照?qǐng)D1的框圖說(shuō)明第1實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)。
位置控制環(huán)300是構(gòu)成在最外側(cè)的反饋環(huán)，包括積分元件310、位置比較器320、以及位置補(bǔ)償器(第2比例補(bǔ)償元件)330，其中，所述積分元件310作為位置檢測(cè)裝置，將來(lái)自檢測(cè)負(fù)載速度ve的速度檢測(cè)器(速度檢測(cè)裝置)210的速度信息做成位置信息；所述位置比較器320，將來(lái)自上述積分元件310的負(fù)載位置信息pe與從外部輸入的位置目標(biāo)指令pr進(jìn)行比較并進(jìn)行減法運(yùn)算；所述位置補(bǔ)償器330對(duì)來(lái)自位置比較器320的輸出進(jìn)行特性補(bǔ)償。
位置補(bǔ)償器330輸出負(fù)載110的速度指令vr。
并且，來(lái)自位置補(bǔ)償器330的速度指令vr在點(diǎn)340分支，一支通過(guò)第1切換器400直接輸出到電機(jī)速度控制環(huán)910，另一支輸入到速度控制環(huán)200。
速度控制環(huán)200構(gòu)成在位置控制環(huán)300的內(nèi)側(cè)。
速度控制環(huán)200包括速度檢測(cè)器210，檢測(cè)負(fù)載速度ve；速度比較器220，對(duì)從位置補(bǔ)償器330輸出的速度指令vr與來(lái)自速度檢測(cè)器210的負(fù)載速度ve進(jìn)行比較；速度特性補(bǔ)償裝置(減振性能補(bǔ)償元件)230，對(duì)來(lái)自速度比較器220的輸出進(jìn)行負(fù)載速度ve的特性補(bǔ)償；調(diào)整裝置240，取消(抵消)速度特性補(bǔ)償裝置230的功能；第2切換器(第2切換裝置)250，從速度比較器220的輸出和調(diào)整裝置240的輸出中選擇并切換對(duì)速度特性補(bǔ)償裝置230的輸入。
速度比較器220，從位置比較器320的速度指令vr減去由速度檢測(cè)器210檢測(cè)出的負(fù)載速度ve，輸出速度偏差ev。
速度特性補(bǔ)償裝置230包括增益為Kp的比例補(bǔ)償器(第1比例補(bǔ)償元件)231，對(duì)來(lái)自速度比較器220的輸出進(jìn)行比例補(bǔ)償；增益為Ki的積分補(bǔ)償器(積分補(bǔ)償元件)232，在與速度比較器220之間夾有第2切換器250，且與比例補(bǔ)償器231并聯(lián)地設(shè)置；加法器233，對(duì)比例補(bǔ)償器231的輸出與積分補(bǔ)償器232的輸出進(jìn)行加法運(yùn)算。
調(diào)整裝置240設(shè)置在速度比較器220的前段與第2切換器250之間，具有對(duì)來(lái)自位置比較器320的速度指令進(jìn)行微分的微分器241，和使積分補(bǔ)償器232的增益Ki的倒數(shù)乘以該微分器241的輸出的乘法器242。
即，將調(diào)整裝置240和積分補(bǔ)償器232合并在一起后的傳遞函數(shù)為“1”。
來(lái)自乘法器242的輸出，通過(guò)第2切換器被輸出到積分補(bǔ)償器232。
第2切換器250，設(shè)置在積分補(bǔ)償器232的前段，包括與調(diào)整裝置240連接的第3端子b1、與速度比較器220連接的第4端子b2。
通過(guò)切換第3端子b1和第4端子b2，從來(lái)自調(diào)整裝置240的輸出和來(lái)自速度比較器的輸出中選擇并切換對(duì)積分補(bǔ)償器232的輸入。
第1切換器400，設(shè)置在電機(jī)速度控制環(huán)910的前段，包括與位置補(bǔ)償器330直接連接的第1端子a1和與加法器233(速度控制環(huán)200)連接的第2端子a2。
通過(guò)切換第1端子a1和第2端子a2，從來(lái)自位置補(bǔ)償器330的速度指令vr和來(lái)自加法器233的輸出中選擇并切換對(duì)電機(jī)速度控制環(huán)910的輸入。
切換控制部(第1切換控制裝置、第2切換控制裝置)500包括加速度檢測(cè)部510，對(duì)來(lái)自速度檢測(cè)器210的速度信息ve進(jìn)行微分，檢測(cè)負(fù)載110的加速度ge；切換定時(shí)判斷部520，根據(jù)負(fù)載的加速度ge判斷第1切換器400和第2切換器250的切換時(shí)刻；以及切換驅(qū)動(dòng)部530，根據(jù)來(lái)自切換定時(shí)判斷部520的指令，使第1切換器400和第2切換器250執(zhí)行切換動(dòng)作。
切換定時(shí)判斷部520，包括加速度閾值設(shè)定部521，設(shè)定作為用于判斷第1切換器400和第2切換器250的切換動(dòng)作定時(shí)的閾值的加速度閾值(G)；和加速度判斷部522，比較加速度閾值G與負(fù)載的加速度ge來(lái)進(jìn)行判斷。
加速度閾值G為用于判斷負(fù)載110的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是過(guò)渡狀態(tài)還是穩(wěn)定狀態(tài)的閾值，在穩(wěn)定狀態(tài)中由于負(fù)載110的加速度幾乎為零，所以加速度閾值G被設(shè)定為接近0的預(yù)定值。
加速度判斷部522，判斷負(fù)載110的加速度ge的絕對(duì)值是否大于加速度閾值G，將其結(jié)果輸出到切換驅(qū)動(dòng)部530。
驅(qū)動(dòng)部530，在加速度判斷部522判斷為負(fù)載加速度ge的絕對(duì)值|ge|大于或等于加速度閾值G的情況下，使第1切換器400選擇第1端子a1，使第2切換器250選擇第3端子b1。另外，切換驅(qū)動(dòng)部530，在加速度判斷部522判斷為負(fù)載加速度ge的絕對(duì)值|ge|小于加速度閾值G的情況下，使第1切換器400選擇第2端子a2，使第2切換器250選擇第4端子b2。
下面，對(duì)具有這樣的結(jié)構(gòu)的第1實(shí)施方式的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
在輸入了圖10所示的斜坡狀的位置目標(biāo)指令pr的情況下，開始(t＜T1)，負(fù)載110的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)，成為第1切換器400選擇第2端子a2、第2切換器250選擇了第4端子b2的狀態(tài)。
并且，以從穩(wěn)定狀態(tài)(t＜T1)開始、之后轉(zhuǎn)變到過(guò)渡狀態(tài)(T2＞t≥T1)、然后再轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定狀態(tài)(t≥T2)的情況作為例子來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
首先，對(duì)從穩(wěn)定狀態(tài)(t＜T1)轉(zhuǎn)變到過(guò)渡狀態(tài)(T2＞t≥T1)的情況進(jìn)行說(shuō)明。
接收到位置目標(biāo)指令pr后，在位置比較器320中對(duì)目標(biāo)位置指令pr和負(fù)載位置pe進(jìn)行比較，輸出位置偏差ep。該位置偏差ep由位置補(bǔ)償器330進(jìn)行比例補(bǔ)償后，從該位置補(bǔ)償器330輸出速度指令vr。
在此，因?yàn)榈?切換器400選擇了第2端子a2，所以來(lái)自位置補(bǔ)償器330的速度指令vr經(jīng)由速度控制環(huán)200，通過(guò)第1切換器400輸入到電機(jī)速度控制環(huán)910，對(duì)負(fù)載110進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
另外，因?yàn)榈?切換器250選擇了第4端子b2，所以來(lái)自位置補(bǔ)償器330的信號(hào)(速度指令vr)不通過(guò)調(diào)整裝置240。
來(lái)自位置補(bǔ)償器330的速度指令vr，在點(diǎn)340分支，輸入到速度比較器220，在速度比較器220中，速度指令vr與來(lái)自速度檢測(cè)器210的速度信息ve進(jìn)行比較后，輸出速度偏差ev。
該速度偏差ev，在速度特性補(bǔ)償裝置230中由比例補(bǔ)償器231和積分補(bǔ)償器232進(jìn)行信號(hào)補(bǔ)償，之后由加法器233對(duì)來(lái)自比例補(bǔ)償器231的信號(hào)和來(lái)自積分補(bǔ)償器232的信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算。來(lái)自加法器233的信號(hào)，通過(guò)第1切換器400(第2端子a2)輸入到電機(jī)速度控制環(huán)910，對(duì)負(fù)載110進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
按照位置目標(biāo)指令pr驅(qū)動(dòng)控制負(fù)載110，對(duì)負(fù)載的位移進(jìn)行微分，由速度檢測(cè)器210進(jìn)行檢測(cè)。
來(lái)自速度檢測(cè)器210的速度信息ve，被轉(zhuǎn)到對(duì)速度控制200的反饋和對(duì)通過(guò)了積分元件310的位置控制環(huán)300的反饋中，并輸出到切換控制部500。
在切換控制部500中，來(lái)自速度檢測(cè)器210的速度信息ve在加速度檢測(cè)部510進(jìn)行微分，負(fù)載110的加速度信息ge從加速度檢測(cè)部510輸出到切換定時(shí)判斷部520。
在切換定時(shí)判斷部520中，在加速度閾值設(shè)定部521中設(shè)定有用于判斷負(fù)載110的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是過(guò)渡狀態(tài)還是穩(wěn)定狀態(tài)的閾值G時(shí)，在加速度判斷部522中對(duì)負(fù)載的加速度ge的大小(絕對(duì)值)與加速度閾值G進(jìn)行比較，判斷這兩者的大小。
在此，如圖10所示，在t＜T1和T2＞t≥T1的情況下用斜率不同的位置目標(biāo)指令pr進(jìn)行指示，負(fù)載110的加速度ge變大，在加速度判斷部522中，判斷為負(fù)載的加速度ge的絕對(duì)值大于加速度閾值G。
加速度判斷部522的判斷結(jié)果被輸出到切換驅(qū)動(dòng)部530。
根據(jù)加速度判斷部522的判斷結(jié)果，由切換驅(qū)動(dòng)部530進(jìn)行第1切換器400和第2切換器250的切換動(dòng)作。
在此，因?yàn)樵诩铀俣扰袛嗖?22判斷為負(fù)載的加速度ge的絕對(duì)值|ge|大于加速度閾值G，所以切換驅(qū)動(dòng)部530使第1切換器400選擇第1端子a1，使第2切換器250選擇第3端子b1，使第1切換器400和第2切換器250如此執(zhí)行切換動(dòng)作。
通過(guò)這樣進(jìn)行切換器(第1切換器400、第2切換器250)的切換動(dòng)作，從包括速度控制環(huán)200的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴话ㄋ俣瓤刂骗h(huán)200的控制系統(tǒng)。
下面，對(duì)過(guò)渡狀態(tài)中的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
將第1切換器400選擇了第1端子a1、第2切換器250選擇了第3端子b1的狀態(tài)表示在圖2中。
在過(guò)渡狀態(tài)中，負(fù)載110的加速度ge(的大小)變大，只要在加速度判斷部522中判斷為負(fù)載的加速度ge的絕對(duì)值|ge|大于加速度閾值G，就通過(guò)切換控制部500的控制，使第1切換器400選擇第1端子a1，使第2切換器250選擇第3端子b1。
并且，在第1切換器400中，由于當(dāng)初是第1端子a1被選擇，所以來(lái)自位置補(bǔ)償器330的速度指令vr通過(guò)第1切換器400輸入到電機(jī)速度控制環(huán)910，對(duì)負(fù)載110進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
下面，對(duì)從過(guò)渡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定狀態(tài)的情況進(jìn)行說(shuō)明。
在負(fù)載110的位置逐漸接近位置目標(biāo)指令pr，負(fù)載110的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)開始向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變，加速度檢測(cè)部510所檢測(cè)出的加速度ge逐漸接近零。
然后，在加速度判斷部522中，判斷為負(fù)載的加速度ge的大小|ge|小于加速度閾值G。此時(shí)，切換驅(qū)動(dòng)部530使第1切換器400選擇第2端子a2，使第2切換器250選擇第4端子b2。
在圖3中表示在切換動(dòng)作的過(guò)程中，使第1切換器400選擇第2端子a2，第2切換器250連接于第3端子b1的狀態(tài)。
如圖3所示，由第1切換器400選擇第2端子a2后，來(lái)自位置補(bǔ)償器330的速度指令vr，經(jīng)由速度控制環(huán)200輸入到電機(jī)速度控制環(huán)910。
來(lái)自位置補(bǔ)償器330的速度指令vr，在點(diǎn)340分支，進(jìn)入到速度控制環(huán)200之后，又在點(diǎn)260分支。
在點(diǎn)260分支的一支信號(hào)，從速度比較器220開始，由速度特性補(bǔ)償裝置230的比例補(bǔ)償器231進(jìn)行信號(hào)補(bǔ)償后，輸入到加法器233。此時(shí)，因?yàn)樨?fù)載110的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)接近穩(wěn)定狀態(tài)、負(fù)載速度接近速度指令vr，所以來(lái)自速度比較器220的速度偏差ev接近于零，來(lái)自比例補(bǔ)償器231的輸出信號(hào)也幾乎為零。
在點(diǎn)260分支的另一支信號(hào)，從調(diào)整裝置240開始，通過(guò)第2切換器250和積分補(bǔ)償器232，輸入到加法器233。
此時(shí)，調(diào)整裝置240的傳遞函數(shù)是積分補(bǔ)償器232的傳遞函數(shù)的倒數(shù)，將調(diào)整裝置240和積分補(bǔ)償器232合并后的傳遞函數(shù)為“1”，所以在點(diǎn)260分支的信號(hào)實(shí)質(zhì)上原樣地輸入到加法器233。
來(lái)自比例補(bǔ)償器231的信號(hào)幾乎為零，通過(guò)了調(diào)整裝置240和積分補(bǔ)償器232的信號(hào)，與來(lái)自位置補(bǔ)償器330的信號(hào)(速度指令vr)一樣，所以從加法器233輸出的信號(hào)幾乎等于來(lái)自位置補(bǔ)償器330的速度指令vr。
于是，在由第1切換器400從第1端子a1切換成第2端子a2時(shí)，從加法器233(速度控制環(huán)200)通過(guò)第2端子a2輸入到電機(jī)速度控制環(huán)910的信號(hào)，與來(lái)自位置補(bǔ)償器330的速度指令vr相同，即，與第1切換器400進(jìn)行切換前的信號(hào)幾乎相同。
之后，在第2切換器250中，從第3端子b1切換到第4端子b2后(該狀態(tài)表示在圖1中)，來(lái)自速度比較器220的速度偏差ev，在速度特性補(bǔ)償裝置230中由比例補(bǔ)償器231和積分補(bǔ)償器232進(jìn)行信號(hào)補(bǔ)償。來(lái)自比例補(bǔ)償器231的信號(hào)和來(lái)自積分補(bǔ)償器232的信號(hào)在加法器233中相加，來(lái)自加法器233的信號(hào)通過(guò)第1切換器400(第2端子a2)輸入到電機(jī)速度控制環(huán)910，對(duì)負(fù)載110進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。
在穩(wěn)定狀態(tài)中，由速度控制環(huán)200的速度特性補(bǔ)償裝置230使控制系統(tǒng)的減振性能提高，抑制干擾等影響，穩(wěn)定地控制負(fù)載110。
根據(jù)具有這樣的結(jié)構(gòu)的第1實(shí)施方式，能夠?qū)崿F(xiàn)以下的效果。
(1)通過(guò)由第1切換器400進(jìn)行切換，使對(duì)電機(jī)速度控制環(huán)910的輸入在來(lái)自位置控制環(huán)300的信號(hào)和來(lái)自速度控制環(huán)200的信號(hào)之間切換。并且，如圖4所示，在負(fù)載110的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，能夠由速度控制環(huán)200的速度特性補(bǔ)償裝置230提高減振性能，穩(wěn)定地控制負(fù)載110，另外，在負(fù)載110的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)為過(guò)渡狀態(tài)時(shí)，由不包括速度控制環(huán)200的位置控制環(huán)300，以快速的響應(yīng)將負(fù)載110的位置控制在目標(biāo)位置，從而能夠防止例如過(guò)沖。
(2)速度控制環(huán)200，在目標(biāo)值進(jìn)行較大變化的狀態(tài)下從控制系統(tǒng)除去，僅在目標(biāo)值穩(wěn)定時(shí)被加入控制系統(tǒng)，因此，在速度控制環(huán)200的控制設(shè)計(jì)中，不必有抑制過(guò)渡狀態(tài)下的過(guò)沖等顧忌，可以只關(guān)注于穩(wěn)定狀態(tài)中的減振性能。其結(jié)果，即使在速度控制環(huán)200的控制增益等的設(shè)定等中，也能為了抑制干擾等而設(shè)定較高的增益等，自由地提高穩(wěn)定狀態(tài)中的減振性能等控制性能。
(3)設(shè)置有調(diào)整裝置240，在第1切換器400的切換動(dòng)作中從位置控制環(huán)300切換到速度控制環(huán)200時(shí)，在速度控制環(huán)200中，以調(diào)整裝置240與積分補(bǔ)償器232連接的狀態(tài)使積分補(bǔ)償器232的功能被抵消。于是，即使對(duì)電機(jī)速度控制環(huán)910的輸入從位置控制環(huán)300的信號(hào)切換為速度控制環(huán)200的信號(hào)，也能夠使得信號(hào)值不發(fā)生大的變化。其結(jié)果，在由第1切換器400從第1端子a1切換為第2端子a2時(shí)，對(duì)電機(jī)速度控制環(huán)910的輸入并不會(huì)臺(tái)階狀地變化，而是能夠平滑地從位置控制環(huán)300的信號(hào)向速度控制環(huán)200的信號(hào)轉(zhuǎn)變，在進(jìn)行切換時(shí)也能夠穩(wěn)定地控制負(fù)載110。
(4)負(fù)載110的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)在過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變時(shí)，通過(guò)第1切換器400的切換動(dòng)作，在對(duì)速度控制環(huán)200和位置控制環(huán)200進(jìn)行切換時(shí)，根據(jù)加速度ge判斷負(fù)載110的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)是過(guò)渡狀態(tài)還是穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)出的負(fù)載110的加速度ge來(lái)判斷負(fù)載110的狀態(tài)(過(guò)渡狀態(tài)、穩(wěn)定狀態(tài))，因此即使在突發(fā)地產(chǎn)生干擾等導(dǎo)致負(fù)載110的狀態(tài)變成過(guò)渡狀態(tài)的情況下，也能夠采取切換這樣的方式來(lái)應(yīng)對(duì)。
(第2實(shí)施方式)下面，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
第2實(shí)施方式的基本結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同，但是，第2實(shí)施方式具有以下的特征速度控制環(huán)具有次數(shù)差補(bǔ)償器(次數(shù)差補(bǔ)償元件)。
在圖5中，速度控制環(huán)200在第1切換器400的第2端子a2和加法器233之間具有次數(shù)差補(bǔ)償器270。在圖5中，切換控制部500與第1實(shí)施方式(圖1)相同，所以省略其說(shuō)明。
次數(shù)差補(bǔ)償器270的傳遞函數(shù)的相對(duì)次數(shù)為零，該傳遞函數(shù)由負(fù)載110的傳遞特性、和具有與負(fù)載110的傳遞特性相同次數(shù)的速度控制環(huán)200的支配特性來(lái)表現(xiàn)。
在此，所謂傳遞函數(shù)的相對(duì)次數(shù)，指的是在表示控制系統(tǒng)的特性的傳遞函數(shù)中，(分子多項(xiàng)式中s的次數(shù))-(分母多項(xiàng)式中s的次數(shù))。其中，s是拉普拉斯算子。
下面，舉出一個(gè)次數(shù)差補(bǔ)償器270的傳遞函數(shù)的具體例子。
以ωz表示負(fù)載的振蕩的固有角頻率，以ζz表示衰減系數(shù)(0＜ζz＜1)，以s表示拉普拉斯算子，并設(shè)定角頻率ωp使ωp＞ωz，設(shè)定衰減系數(shù)ζp使ζp≥1。
并且，負(fù)載的特性GF用下式表示。
GF=ωz2S2+2ζzωz+ωz2]]>…(式1)對(duì)應(yīng)于該負(fù)載的特性，速度控制環(huán)要實(shí)現(xiàn)的支配特性Gn作為與負(fù)載110相同次數(shù)的特性，用下式表示。
Gn=ωp2s2+2ζpωp+ωp2]]>…(式2)這時(shí)，次數(shù)差補(bǔ)償器270的傳遞函數(shù)G用下式表示。
G=ωp2ωz2·s2+2ζzωz+ωz2s2+2ζpωp+ωp2]]>…(式3)通過(guò)具有這樣的次數(shù)差補(bǔ)償器270，能夠使速度控制環(huán)200的一周傳遞特性的相對(duì)次數(shù)降低，抑制振蕩性的動(dòng)作，穩(wěn)定地控制負(fù)載110。
通過(guò)包括這樣的具有相對(duì)次數(shù)為零的傳遞特性的次數(shù)差補(bǔ)償器270，能夠在某種程度下自由地設(shè)定速度控制環(huán)200的傳遞特性，通過(guò)恢復(fù)ωp和ωz之間的相位，將速度特性補(bǔ)償裝置230的比例補(bǔ)償器231的增益Kp和積分補(bǔ)償器232的增益Ki設(shè)定得較高等，從而能夠提高抑制干擾的性能。
另外，在負(fù)載110的特性GF不能以(式1)的形式正確表現(xiàn)的情況下，將次數(shù)差補(bǔ)償器270的傳遞特性設(shè)為(式3)，使ωz和ωp之間的頻率所產(chǎn)生的相位延遲恢復(fù)，能夠改善控制特性。
在第2實(shí)施方式中，由切換控制部根據(jù)負(fù)載110的加速度，在過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)下對(duì)第1切換器400和第2切換器250的切換動(dòng)作進(jìn)行控制，這樣的處理與第1實(shí)施方式是相同的。
圖6表示對(duì)第2實(shí)施方式的伺服機(jī)構(gòu)輸入了圖10所示的斜坡狀的位置目標(biāo)指令pr時(shí)的負(fù)載速度ve的仿真結(jié)果。根據(jù)圖6可知，在加速時(shí)和減速時(shí)的過(guò)渡狀態(tài)下，抑制過(guò)沖，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的控制。
(變形例1)下面，參照?qǐng)D7說(shuō)明本發(fā)明的控制裝置的伺服機(jī)構(gòu)的變形例1。
變形例1的基本結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同，但是，變形例1具有以下的特征切換控制部600根據(jù)預(yù)先設(shè)定的切換時(shí)刻信息，控制第1切換器400和第2切換器250的切換動(dòng)作。
在圖7中，切換控制部600包括切換定時(shí)判斷部610和切換驅(qū)動(dòng)部620，切換定時(shí)判斷部610包括切換時(shí)刻設(shè)定部611、時(shí)刻判斷部612、以及時(shí)刻計(jì)數(shù)器613。
在位置目標(biāo)指令pr所指示的位置(或速度)是預(yù)先已知的情況下，在切換時(shí)刻設(shè)定部611中預(yù)先設(shè)定負(fù)載110的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)在過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變的時(shí)刻。
例如，在輸入圖10所示的位置目標(biāo)指令pr的情況下，在t＜T1時(shí)為穩(wěn)定狀態(tài)，在T1≤t＜T2時(shí)為過(guò)渡狀態(tài)，在T2≤t＜T3時(shí)為穩(wěn)定狀態(tài)，因此，將T1、T2、T3作為切換時(shí)刻設(shè)定在切換時(shí)刻設(shè)定部611中。
時(shí)刻判斷部612，根據(jù)來(lái)自時(shí)刻計(jì)數(shù)器613的時(shí)刻信息，判斷是否到達(dá)切換時(shí)刻(T1、T2、T3)，并將判斷結(jié)果輸出到切換驅(qū)動(dòng)部620。
切換驅(qū)動(dòng)部620，根據(jù)來(lái)自時(shí)刻判斷部612的判斷結(jié)果，使第1切換器400和第2切換器250執(zhí)行切換動(dòng)作。
例如，在t＜T1時(shí)，因?yàn)樘幱诜€(wěn)定狀態(tài)，所以第1切換器400選擇第2端子a2，第2切換器250選擇第4端子b2，在由時(shí)刻判斷部612指示到達(dá)t＝T1時(shí)，切換驅(qū)動(dòng)部620指示第1切換器400向第1端子a1切換，指示第2切換器250向第3端子b1切換。
另外，在T1≤t＜T2時(shí)，因?yàn)樘幱谶^(guò)渡狀態(tài)，所以第1切換器400選擇第1端子a1，第2切換器250選擇第3端子b1，在由時(shí)刻判斷部612指示到達(dá)t＝T2時(shí)，切換驅(qū)動(dòng)部620指示第1切換器400向第2端子a2切換，指示第2切換器250向第4端子b2切換。
根據(jù)這樣的實(shí)施例1，因?yàn)楦鶕?jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)刻信息指示第1切換器400和第2切換器250的切換動(dòng)作，所以能夠不偏離定時(shí)地在最佳時(shí)刻進(jìn)行第1切換器400和第2切換器250的切換動(dòng)作。其結(jié)果，能夠依照預(yù)先計(jì)劃的設(shè)定平滑地驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
(變形例2)下面，參照?qǐng)D8說(shuō)明本發(fā)明的控制裝置的伺服機(jī)構(gòu)的變形例2。
變形例2的基本結(jié)構(gòu)與第1實(shí)施方式相同，但是，變形例2具有以下特征切換控制部500根據(jù)負(fù)載的速度，控制第1切換器400和第2切換器250的切換動(dòng)作。
在圖8中，切換控制部700包括切換定時(shí)判斷部710和切換驅(qū)動(dòng)部720；切換定時(shí)判斷部710包括目標(biāo)速度設(shè)定部711、速度閾值設(shè)定部712、以及速度判斷部713。
在位置目標(biāo)指令pr所指示的模式(pattern)預(yù)先已知，作為目標(biāo)的速度已被預(yù)先設(shè)定的情況下，在目標(biāo)速度設(shè)定部711中設(shè)定有作為目標(biāo)的目標(biāo)速度。也可以是，目標(biāo)速度設(shè)定部711對(duì)位置目標(biāo)指令pr進(jìn)行微分，算出速度指令的模式，將該速度指令vr的模式設(shè)定為目標(biāo)速度。
在速度閾值設(shè)定部712中設(shè)定有速度閾值ε，該速度閾值ε用于根據(jù)負(fù)載110的速度ve來(lái)判斷從過(guò)渡狀態(tài)轉(zhuǎn)變到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)刻。
速度閾值ε作為用于判斷負(fù)載110的速度與目標(biāo)速度的差的大小(絕對(duì)值)是否落入預(yù)定范圍內(nèi)的閾值ε而被設(shè)定，例如，設(shè)定為目標(biāo)速度的5％。在這種情況下，在負(fù)載110的速度ve與目標(biāo)速度vr的差的大小(絕對(duì)值)在目標(biāo)速度的5％以內(nèi)時(shí)(|vr-ve|≤ε)，能判斷為穩(wěn)定狀態(tài)，在負(fù)載110的速度與目標(biāo)速度的差的大小(絕對(duì)值)超過(guò)目標(biāo)速度的5％時(shí)(|vr-ve|＞ε)，能判斷為處于過(guò)渡狀態(tài)。
速度判斷部713，判斷速度檢測(cè)器210所檢測(cè)出的負(fù)載110的速度ve與目標(biāo)速度vr的差的絕對(duì)值(|vr-ve|)是否大于速度閾值ε。將該判斷結(jié)果輸出到切換驅(qū)動(dòng)部720。
切換驅(qū)動(dòng)部720，在速度判斷部713判斷為負(fù)載110的速度ve與目標(biāo)速度vr的差的絕對(duì)值(|vr-ve|)大于速度閾值ε的情況下，因?yàn)樘幱谶^(guò)渡狀態(tài)，所以使第1切換器400選擇第1端子a1，使第2切換器250選擇第3端子b1。
另外，切換驅(qū)動(dòng)部720，在速度判斷部713判斷為負(fù)載110的速度ve與目標(biāo)速度vr的差的絕對(duì)值(|vr-ve|)小于速度閾值的情況下，因?yàn)樘幱诜€(wěn)定狀態(tài)，所以使第1切換器400選擇第2端子a2，使第2切換器250選擇第4端子b2。
根據(jù)這樣的變形例2，一邊根據(jù)由速度檢測(cè)器210檢測(cè)出的負(fù)載110的速度確認(rèn)負(fù)載110的實(shí)際的狀態(tài)，一邊進(jìn)行第1切換器400和第2切換器250的切換動(dòng)作，因此，能夠根據(jù)實(shí)際的負(fù)載110的狀態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài)、過(guò)渡狀態(tài))進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?。例如，即使在因突發(fā)的干擾而轉(zhuǎn)變到過(guò)渡狀態(tài)的情況下，通過(guò)第1切換器400和第2切換器250的切換進(jìn)行最佳的控制，能夠迅速地進(jìn)行應(yīng)對(duì)，穩(wěn)定地控制負(fù)載110。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)的變形、改良等也包括在本發(fā)明中。
例如，在上述實(shí)施方式中，作為由第1控制環(huán)進(jìn)行切換的控制環(huán)，是將第1控制環(huán)設(shè)為速度控制環(huán)，將第2控制環(huán)設(shè)為位置控制環(huán)的，但是，不言而喻，作為切換對(duì)象的控制環(huán)并不特別限定，而是根據(jù)控制對(duì)象進(jìn)行各種設(shè)計(jì)變更。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行預(yù)定的控制的控制裝置，包括第1控制環(huán)，具有抑制振蕩性動(dòng)作的減振性能補(bǔ)償元件；和第2控制環(huán)，構(gòu)成在上述第1控制環(huán)的外側(cè)，且其響應(yīng)快于上述第1控制環(huán)，所述控制裝置的特征在于，包括第1切換裝置，設(shè)置在上述控制對(duì)象的前段，從上述第1控制環(huán)的信號(hào)和上述第2控制環(huán)的信號(hào)中，選擇并切換對(duì)上述控制對(duì)象的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于上述第2控制環(huán)，具有進(jìn)行比例補(bǔ)償?shù)牡?比例補(bǔ)償元件；上述第1切換裝置，設(shè)置在上述控制對(duì)象的前段側(cè)，從來(lái)自上述減振性能補(bǔ)償元件的輸出和來(lái)自上述第2比例補(bǔ)償元件的輸出中，選擇并切換對(duì)上述控制對(duì)象的輸入。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制裝置，其特征在于包括第1切換控制裝置，控制上述第1切換裝置的切換動(dòng)作；上述第1切換裝置，具有將來(lái)自上述第2比例補(bǔ)償元件的輸出作為對(duì)上述控制對(duì)象的輸入的第1端子，和將來(lái)自上述減振性能補(bǔ)償元件的輸出作為對(duì)上述控制對(duì)象的輸入的第2端子；上述第1切換控制裝置，在上述控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)處于穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第2端子，在上述控制對(duì)象的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)處于過(guò)渡狀態(tài)的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第1端子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于上述第1切換控制裝置，根據(jù)負(fù)載的加速度對(duì)上述第1切換裝置的切換動(dòng)作進(jìn)行控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制裝置，其特征在于在上述第1切換控制裝置中，設(shè)定有作為用于判斷上述第1切換裝置的切換定時(shí)的閾值的加速度閾值；上述第1切換控制裝置，在負(fù)載加速度的絕對(duì)值大于上述加速度閾值的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第1端子，在負(fù)載加速度的絕對(duì)值小于上述加速度閾值的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第2端子。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于上述第1切換控制裝置，根據(jù)負(fù)載的速度的大小，控制上述第1切換裝置的切換動(dòng)作。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于在上述第1切換控制裝置中，設(shè)定有上述負(fù)載的目標(biāo)速度；上述第1切換控制裝置，在上述負(fù)載速度與上述目標(biāo)速度的差的大小大于或等于預(yù)定值的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第1端子；在上述負(fù)載速度與上述目標(biāo)速度的差的大小小于預(yù)定值的情況下，使上述第1切換裝置選擇上述第2端子。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于預(yù)先設(shè)定由外部所指示的上述負(fù)載的目標(biāo)位置；在上述第1切換控制裝置中，預(yù)先設(shè)定有時(shí)刻信息，該時(shí)刻信息是上述負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)在過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間進(jìn)行切換的時(shí)刻信息，上述第1切換控制裝置，根據(jù)上述負(fù)載的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)在過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)之間進(jìn)行切換的時(shí)刻信息，控制上述第1切換裝置的切換動(dòng)作。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求8的任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于上述第1控制環(huán)，包括調(diào)整裝置，對(duì)上述減振性能補(bǔ)償元件的功能進(jìn)行抵消；第2切換裝置，設(shè)置在上述減振性能補(bǔ)償元件和上述調(diào)整裝置之間，對(duì)上述減振性能補(bǔ)償元件與上述調(diào)整裝置的連接和斷開進(jìn)行切換。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制裝置，其特征在于包括第2切換控制裝置，對(duì)上述第2切換裝置的切換動(dòng)作進(jìn)行控制；上述減振性能補(bǔ)償元件，具有第1比例補(bǔ)償元件和相對(duì)于該第1比例補(bǔ)償元件并聯(lián)設(shè)置的積分補(bǔ)償元件，輸出上述第1比例補(bǔ)償元件的輸出值與上述積分補(bǔ)償元件的輸出值的和；上述第2切換裝置，設(shè)置在上述積分補(bǔ)償元件和上述調(diào)整裝置之間，并且，具有將上述調(diào)整裝置的輸出作為對(duì)上述積分補(bǔ)償元件的輸入的第3端子，和將對(duì)上述第1比例補(bǔ)償元件的輸入作為對(duì)上述積分補(bǔ)償元件的輸入的第4端子；上述第2切換控制裝置，在上述第1切換裝置從上述第1端子切換為上述第2端子時(shí)，使上述第2切換裝置執(zhí)行從上述第3端子切換到上述第4端子的切換動(dòng)作。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求8的任一項(xiàng)所述的控制裝置，其特征在于上述第2控制環(huán)，包括進(jìn)行比例補(bǔ)償?shù)牡?比例補(bǔ)償元件；上述控制對(duì)象是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的負(fù)載；上述第2控制環(huán)，包括檢測(cè)上述負(fù)載的位置的位置檢測(cè)裝置，和位置比較器，對(duì)由上述位置檢測(cè)裝置檢測(cè)出的負(fù)載位置與由外部所指示的目標(biāo)位置進(jìn)行比較，將其位置偏差向上述的2比例補(bǔ)償元件輸出；上述第2比例補(bǔ)償元件根據(jù)上述位置偏差輸出上述負(fù)載的速度指令；上述第1控制環(huán)，包括檢測(cè)上述負(fù)載的速度的速度檢測(cè)裝置，和速度比較器，對(duì)由上述速度檢測(cè)裝置檢測(cè)出的負(fù)載速度與來(lái)自上述第2比例補(bǔ)償元件的負(fù)載速度指令進(jìn)行比較，輸出其負(fù)載速度偏差。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制裝置，其特征在于上述第1控制環(huán)，具有次數(shù)差補(bǔ)償元件，該次數(shù)差補(bǔ)償元件與上述負(fù)載產(chǎn)生的共振模式對(duì)應(yīng)且具有相對(duì)次數(shù)為零的特性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制裝置，所述控制裝置包括第1切換器(第1切換裝置)(400)，使對(duì)電機(jī)速度控制環(huán)(910)的輸入信號(hào)在位置控制環(huán)(300)的信號(hào)和速度控制環(huán)(200)的信號(hào)之間切換，和切換控制部(500)，進(jìn)行第1切換器(400)的切換控制；所述控制裝置，按照過(guò)渡狀態(tài)和穩(wěn)定裝置，利用該第1切換器(400)，對(duì)包括速度控制環(huán)(200)的4層環(huán)(電流控制環(huán)、電機(jī)速度控制環(huán)、速度控制環(huán)(200)、以及位置控制環(huán)(300))，和不包括速度控制環(huán)(200)的3層環(huán)(電流控制環(huán)、電機(jī)速度控制環(huán)、位置控制環(huán)(300))進(jìn)行切換。
文檔編號(hào)G05D13/02GK1801024SQ20051012742
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者清谷進(jìn)吾, 石川修弘 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐