專利名稱：位置控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于數(shù)控機(jī)床的軸控制的位置控制裝置。

背景技術(shù)：
通常，在使用的控制裝置中，用于使待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)加速或減速的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被所述裝置的基座支撐并且固定在所述裝置的基座上，并且作用在所述基座上的位移力被待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的反作用力補(bǔ)償。圖11為示意性地顯示機(jī)床中的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一根軸的機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的模型，所述機(jī)床是應(yīng)用數(shù)字控制的一種機(jī)床。所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有在其中驅(qū)動(dòng)力Fx被施加給將被伺服電動(dòng)機(jī)(未示出)驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)C的結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)C在也用作在方向x2的導(dǎo)面(guiding surface)的結(jié)構(gòu)B上移動(dòng)。位于結(jié)構(gòu)B兩側(cè)的結(jié)構(gòu)A支撐且固定結(jié)構(gòu)B，并且每個(gè)結(jié)構(gòu)A的一側(cè)剛性地安裝且固定在地面上。當(dāng)待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)C在x2方向上被加速或被減速時(shí)，作為基座的結(jié)構(gòu)A承受來自待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)C的反作用力，在方向x1上變形并且產(chǎn)生振動(dòng)。在結(jié)構(gòu)B上，設(shè)置了用于檢測(cè)待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2的線性標(biāo)尺(未示出)。
接下來，通過假設(shè)圖11的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模型為目標(biāo)設(shè)備(target plant)來確定運(yùn)動(dòng)方程式。在這種情況下，在廣義坐標(biāo)系，可以利用待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2和所述基座的位移x1，并且可以獲得下面兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方程式 (Mb+Mc)·d2x1/dt2-Mc·d2x2/dt2+Ra·x1＝0(1) Mc{d2x2/dt2-d2x1/dt2}＝Fx (2) 其中Mb表示結(jié)構(gòu)B的質(zhì)量Mb，Mc表示待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)C的質(zhì)量Mc，并且Ra表示結(jié)構(gòu)A在x1的方向上的方向剛性Ra。
圖12為顯示了用于目標(biāo)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)方程式(1)和(2)的方塊圖，并且將在稍后描述的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說明中進(jìn)行詳細(xì)描述。
圖13為現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置的方塊圖。由采用函數(shù)的上位機(jī)(upper device)(未示出)生成的位置指令值X被輸入加速和減速處理器50。對(duì)于由加速和減速處理器50輸出的位置指令值Xc，二階函數(shù)加速和減速處理被應(yīng)用在加速和減速處理器50中以便即使當(dāng)X關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)dX/dt是分段的時(shí)侯，dXc/dt關(guān)于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)也是有界的。為了加速位置指令響應(yīng)，在微分器54和55中對(duì)位置指令值Xc關(guān)于時(shí)間求導(dǎo)(S為拉普拉斯算子)，以計(jì)算指令速度和指令加速度的前饋量Vf和Af。換算塊Cb是用于確定對(duì)應(yīng)于用于生成加速度Af的電機(jī)推力的推力的前饋量的換算塊，并且所述前饋量通常通過將待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)C的質(zhì)量Mc和加速度Af相乘來替代。
對(duì)于目標(biāo)設(shè)備58的位置檢測(cè)值，使用由上述線性標(biāo)尺檢測(cè)的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2。通過減法器51從位置指令值Xc減去待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2，并且通過位置偏差放大器Gp將由減法器51輸出的位置偏差放大系數(shù)Gp，并且在加法器52中將速度前饋量Vf加到位置偏差放大器Gp的輸出以獲得速度指令值V。減法器53從速度指令值V減去待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的速度v，速度v是通過由微分器56對(duì)待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2關(guān)于時(shí)間求導(dǎo)獲得的，并且作為速度偏差的減法器53的輸出被速度偏差放大器Gv放大。速度偏差放大器Gv通常包括比例積分放大器和各種用于抑制目標(biāo)設(shè)備的產(chǎn)生大約一百Hz的高頻振動(dòng)現(xiàn)象的濾波器。速度偏差放大器Gv的輸出和速度前饋量Vf通過加法器57相加，并且加法器的輸出成為電機(jī)產(chǎn)生的推力，即待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)C的驅(qū)動(dòng)力Fx。
圖14顯示了當(dāng)目標(biāo)設(shè)備參數(shù)被設(shè)定為Mb＝500[Kg]，Mc＝300[Kg]，并且Ra＝19.6·106[Nm/m]并且優(yōu)選地調(diào)整作為控制參數(shù)的放大系數(shù)Gp和Gv時(shí)，圖13的現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置的二階函數(shù)加速度響應(yīng)(最大加速度2[m/sec2])的模擬結(jié)果。如圖11所示，在這種情況下位置控制裝置200試圖根據(jù)位置指令值Xc來控制目標(biāo)設(shè)備的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置(x2-x1)。然而，因?yàn)閳D13的位置控制裝置200沒有考慮基座的位移x1，所以如圖14所示，在加速期間造成絕對(duì)位置的大的誤差εo＝Xc-(x2-x1)。
圖15為顯示現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置的另一個(gè)示范結(jié)構(gòu)的方塊圖。該裝置具有增加了用于JP2007-025961A中所示的基座位移x1的補(bǔ)償塊的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在將描述所增加的部分的結(jié)構(gòu)。
圖15的基座振動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)應(yīng)塊59為對(duì)應(yīng)于JP 2007-025961A的基座振動(dòng)監(jiān)測(cè)的塊。因?yàn)樵诨駝?dòng)中沒有清除元件(dumping component)，所以根據(jù)JP 2007-025961A的該塊的操作，Xsw＝McS2/(MbS2+Ra)Xc成為不穩(wěn)定傳遞函數(shù)，因此，Xsw＝(McS2/Ra)Xc被應(yīng)用在示范結(jié)構(gòu)中，將更多重點(diǎn)放在等加速度下的操作。這里，Xsw表示用于基座振動(dòng)補(bǔ)償?shù)闹噶钪?。加法?0將位置指令值Xc加到基座振動(dòng)補(bǔ)償指令值Xsw上，得到用于控制的位置指令值Xco?；駝?dòng)補(bǔ)償指令值Xsw也由微分器61和63關(guān)于時(shí)間求導(dǎo)，以便計(jì)算出用于基座振動(dòng)補(bǔ)償?shù)乃俣戎噶钪礦sw和用于基座振動(dòng)補(bǔ)償?shù)募铀俣戎噶钪礎(chǔ)sw。在加法器62中，速度指令值Vsw被加到速度前饋量Vf上，并且將待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量Mc和加速度指令值A(chǔ)sw相乘，得到用于基座振動(dòng)補(bǔ)償?shù)耐屏χ噶钪礔sw，推力指令值Fsw接著在加法器64中和推力前饋量Ff相加。
圖16顯示了當(dāng)類似于圖14的目標(biāo)設(shè)備參數(shù)、控制參數(shù)和二階函數(shù)加速處理被應(yīng)用在圖15的現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置上時(shí)的響應(yīng)的模擬結(jié)果。因?yàn)椴捎昧搜a(bǔ)償基座位移的控制結(jié)構(gòu)，所以減小了絕對(duì)位置的誤差εo。然而，因?yàn)闆]有清除元件，所以所述響應(yīng)具有在加速始末由加速度導(dǎo)數(shù)指令值Bc(＝d3Xc/dt3)產(chǎn)生的殘余振動(dòng)，同時(shí)振動(dòng)隨著指令值Bc被增加而放大。
圖17為現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置的另一個(gè)示范結(jié)構(gòu)的方塊圖。在該示范結(jié)構(gòu)中，利用了山本曉洋(Akihiro YAMAMOTO)(和其他四人)在日本精密工學(xué)會(huì)(Japan Society for Precision Engineering)的日本精密工學(xué)會(huì)志(Journal of the Japan Society for Precision Engineering)，文獻(xiàn)增刊(Supplement Contributed Papers)，2004，Vol.70，No.5，p.645-650的“用于沒有基座振動(dòng)的線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)臺(tái)的高速位置控制”中描述的技術(shù)。利用目標(biāo)設(shè)備的反傳遞函數(shù)實(shí)現(xiàn)推力前饋并且抑制了基座的振動(dòng)。接下來，將描述和已經(jīng)描述的現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置不同的部分。
傳遞函數(shù)P2表示從驅(qū)動(dòng)力Fx到待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2的傳遞函數(shù)，并且基于圖12由下面方程式3給出。
P2＝{(Mb+Mc)S2+Ra}/{McS2(MbS2+Ra)} (3) 這里，因?yàn)閭鬟f函數(shù)P2的反傳遞函數(shù)P2-1不穩(wěn)定，所以考慮由下面方程式4表示的傳遞函數(shù)F，以便設(shè)定具有一階延遲分量的穩(wěn)定極點(diǎn)(S＝-ωo)的P2-1·F。
F＝{ωo/(S+·ωo)}{(Mb+Mc)S2+Ra}/Ra(4) 因此，P2-1·F為 P2-1·F＝{ωoMcS2(MbS2+Ra)}/{(S+ωo)Ra}(5) 利用Ff＝P2-1·F·Xc計(jì)算出推力的前饋量Ff，因?yàn)槲恢弥噶钪礨c關(guān)于時(shí)間的三階導(dǎo)數(shù)是有界的，所以可以計(jì)算出圖11中的推力前饋量Ff。
圖18顯示了當(dāng)類似于圖14的目標(biāo)設(shè)備參數(shù)、控制參數(shù)和二階函數(shù)加速度處理被應(yīng)用在圖17的現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置上且參數(shù)ωo＝10000時(shí)的響應(yīng)的模擬結(jié)果?；旧?，因?yàn)椴捎昧嗽谄渲写?qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2和用于控制的位置指令值Xco相一致的結(jié)構(gòu)，所以實(shí)現(xiàn)了抑制所述響應(yīng)的振動(dòng)。然而，當(dāng)速度指令值Vc不為零(Vc≠0)時(shí)，由于位置指令偏差εc＝Xc-Xco的發(fā)生，在軸操作期間的絕對(duì)位置εo的誤差不變。


發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置中，考慮到由基座的剛度引起的振動(dòng)和基座位移的發(fā)生，不可能精確地控制待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置，所述待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)被支撐和固定在所述基座上。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是提供了一種位置控制裝置，其中即使在加速和減速期間也可以抑制待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，并且可以減小待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置相對(duì)于位置指令的誤差。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是提供了一種位置控制裝置，其實(shí)現(xiàn)防止裝置的各個(gè)部件的感應(yīng)振動(dòng)并抑制在裝置參數(shù)改變期間的振動(dòng)。
本發(fā)明通過在位置控制裝置上加上推力前饋結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了上述優(yōu)點(diǎn)，所述推力前饋結(jié)構(gòu)用于無振動(dòng)地操作待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述控制結(jié)構(gòu)同時(shí)補(bǔ)償由推力前饋結(jié)構(gòu)引起的位置偏差和由基座位移引起的位置偏差。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方案，提供了一種位置控制裝置，其中將加速和減速操作應(yīng)用于待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被支撐且固定在基座上，并且通過待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的反作用力提供了用于在基座中引起的力位移的補(bǔ)償，并且通過檢測(cè)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置以及根據(jù)上位機(jī)的位置指令值計(jì)算補(bǔ)償后的位置指令值來控制待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置，所述位置控制裝置包括加速和減速處理器，所述加速和減速處理器接收位置指令值作為輸入并且在加速和減速處理后輸出位置指令值，其中輸出位置指令值關(guān)于時(shí)間的三階導(dǎo)數(shù)是有界的；調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)塊，其接收補(bǔ)償后的位置指令值作為輸入并且輸出用于控制的位置指令值；塊，其基于補(bǔ)償后的位置指令值計(jì)算推力前饋并且將推力前饋加到伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力上；塊，其基于加速和減速處理后的位置指令值關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)來計(jì)算補(bǔ)償由于調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)造成的位置指令偏差和基座位移的位置偏差補(bǔ)償量；及塊，其從加速和減速處理后的位置指令值減去位置偏差補(bǔ)償量，以獲得補(bǔ)償后的位置指令值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，優(yōu)選地，在所述位置控制裝置中，計(jì)算位置偏差補(bǔ)償量作為由于調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)造成的位置指令偏差的補(bǔ)償量。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，提供了一種位置控制裝置，其中將加速和減速操作應(yīng)用于待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被支撐且固定在基座上，并且通過待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的反作用力提供了用于在基座中引起的力位移的補(bǔ)償，并且通過檢測(cè)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置根據(jù)上位機(jī)的位置指令值計(jì)算補(bǔ)償后的位置指令值來控制待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置，所述位置控制裝置包括加速和減速處理器，所述加速和減速處理器接收位置指令值作為輸入并且在加速和減速處理后輸出位置指令值，其中輸出位置指令值的關(guān)于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)是有界的；塊，其具有陷波濾波器(notch filter)，作為傳遞函數(shù)，所述陷波濾波器表示由伺服電動(dòng)機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)力和由驅(qū)動(dòng)力獲得的驅(qū)動(dòng)位置之間的關(guān)系并且具有作為切口角頻率(notch angle frequency)的傳遞函數(shù)的傳遞極點(diǎn)，并且該塊輸出加速和減速處理后從加速和減速處理器輸出的位置指令值作為用于控制的位置指令值；塊，其計(jì)算使得待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置和用于控制的位置指令值一致的推力前饋量；塊，其基于用于控制的所述位置指令值計(jì)算基座位移并且將所述基座位移加到用于控制的位置指令值上，以計(jì)算對(duì)應(yīng)于待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置的位置指令值；以及塊，其對(duì)對(duì)應(yīng)于待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置的位置指令值關(guān)于時(shí)間求導(dǎo)，以計(jì)算速度前饋量。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方案，優(yōu)選地，在所述位置控制裝置中，輸出加速和減速處理后從加速和減速處理器輸出的位置指令值作為用于控制的位置指令值的所述塊具有陷波濾波器，作為傳遞函數(shù)，所述陷波濾波器表示由伺服電動(dòng)機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)力和由驅(qū)動(dòng)力獲得的驅(qū)動(dòng)位置之間的關(guān)系并且具有作為切口角頻率的傳遞函數(shù)的傳遞零點(diǎn)，并且該塊輸出加速和減速處理后從加速和減速處理器輸出的位置指令值作為用于控制的位置指令值。
根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方案的位置控制裝置，通過包括根據(jù)用于控制的位置指令值控制待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的推力前饋結(jié)構(gòu)以及同時(shí)并精確地補(bǔ)償由推力前饋結(jié)構(gòu)引起的位置指令偏差和由于基座位移引起的位置偏差的位置偏差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，可以抑制產(chǎn)生的振動(dòng)并且使得目標(biāo)設(shè)備的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置(x2-x1)精確地遵循包括加速和減速的軸操作期間的位置指令值Xc。另外，因?yàn)榭刂频牧靠梢詢?yōu)選地根據(jù)加速度指令值A(chǔ)c和加速度偏差指令值Bc的大小而改變，所以可以不管這些指令值的大小而獲得高的控制優(yōu)勢(shì)。
另外，本發(fā)明的各種方案的位置控制裝置包括用于根據(jù)所述位置指令值控制所述待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的推力和速度的前饋結(jié)構(gòu)，并且通過應(yīng)用陷波濾波器結(jié)構(gòu)的加速和減速處理來計(jì)算用于控制的位置指令值，所述陷波濾波器結(jié)構(gòu)對(duì)位置指令值的引入影響很小。利用所述結(jié)構(gòu)，各個(gè)前饋量中的振動(dòng)被去除，并且待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置和基座位移的響應(yīng)可以沒有振動(dòng)并具有高精確度地被控制。此外，因?yàn)榇?qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置和基座位移的響應(yīng)中的振動(dòng)被抵消，所以在所述裝置的各種部件中沒有引起振動(dòng)，并且即使當(dāng)所述裝置參數(shù)被改變時(shí)也可以保持非常有利的振動(dòng)抑制。



將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中 圖1為顯示依照本發(fā)明的位置控制裝置的第一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的方塊圖； 圖2為由如圖1所示的位置控制裝置提供的目標(biāo)設(shè)備的加速度響應(yīng)的說明圖； 圖3為顯示依照本發(fā)明的位置控制裝置的第二優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的方塊圖； 圖4為由如圖3所示的位置控制裝置提供的目標(biāo)設(shè)備的加速度響應(yīng)的說明圖； 圖5為顯示依照本發(fā)明的位置控制裝置的第三優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的方塊圖； 圖6為由如圖5所示的位置控制裝置提供的目標(biāo)設(shè)備的加速度響應(yīng)的說明圖； 圖7為在裝置參數(shù)變化期間由如圖5所示的位置控制裝置提供的目標(biāo)設(shè)備的加速度響應(yīng)的說明圖； 圖8為顯示依照本發(fā)明的第四優(yōu)選實(shí)施例的位置控制裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖； 圖9為由如圖8所示的位置控制裝置提供的目標(biāo)設(shè)備的加速度響應(yīng)的說明圖； 圖10為在裝置參數(shù)變化期間由如圖8所示的位置控制裝置提供的目標(biāo)設(shè)備的加速度響應(yīng)的說明圖； 圖11為目標(biāo)設(shè)備的示意機(jī)構(gòu)圖； 圖12為描述圖11的目標(biāo)設(shè)備運(yùn)動(dòng)的方塊圖； 圖13為顯示現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置的第一示范結(jié)構(gòu)的方塊圖； 圖14為由如圖13所示的位置控制裝置提供的目標(biāo)設(shè)備的加速度響應(yīng)的說明圖； 圖15為顯示現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置的第二示范結(jié)構(gòu)的方塊圖； 圖16為由如圖15所示的位置控制裝置提供的目標(biāo)設(shè)備的加速度響應(yīng)的說明圖； 圖17為顯示現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置的第三示范結(jié)構(gòu)的方塊圖；及 圖18為由如圖17所示的位置控制裝置提供的目標(biāo)設(shè)備的加速度響應(yīng)的說明圖。

具體實(shí)施例方式 現(xiàn)在將描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例(下文也稱為“實(shí)施例”)。本實(shí)施例的特征在于調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)M(s)被用于抑制具有推力前饋Ff＝P2-1M·Xc的振動(dòng)?；旧?，因?yàn)榇?qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2與用于控制的位置指令值相匹配，Xco＝M·Xc，所以位置x2和Xc不匹配。因此，在補(bǔ)償Xc*之后引入位置指令值來設(shè)定Xco＝M·Xc*，并且確定Ff＝P2-1M·Xc*。此外，采用了具有位置偏差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)的表格，所述位置偏差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)同時(shí)補(bǔ)償由M(s)引起的位置指令上的偏差(Xc*-Xco)和基座位移x1的位置偏差。
考慮了如下控制根據(jù)位置指令值Xc控制目標(biāo)設(shè)備的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置(x2-x1)。當(dāng)考慮到用于實(shí)現(xiàn)防止振動(dòng)和位置偏差補(bǔ)償兩者的限制時(shí)，可以獲得下述限制(a)-(c)。
(限制a)調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)M(s)是必須的并且可以用下面利用穩(wěn)定多項(xiàng)式Go(s)的方程式(6)表示。
M＝{(Mb+Mc)S2+Ra}/Go (6) (限制b)可以計(jì)算出方程式(7)的推力前饋Ff。
Ff＝P2-1M·Xc*＝({McS2(MbS2+Ra)}/Go)Xc* (7) 這里，因?yàn)閤2＝Xco＝M·Xc*＝({(Mb+Mc)S2+Ra}/Go)Xc*，并且基于圖12，所以x1/x2＝McS2/{(Mb+Mc)S2+Ra}，x1＝(McS2/Go)Xc*。因此，待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置(x2-x1)可以由下面的方程式8來表示。
x2-x1＝{(MbS2+Ra)/Go}Xc* (8) 因此，考慮到定義位置偏差補(bǔ)償量α(Xc)、原始位置指令值Xc的函數(shù)及Xc和Xc*之間的關(guān)系Xc*＝Xc-α(Xc)的位置偏差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)。在這種情況下，位置偏差補(bǔ)償?shù)南拗谱優(yōu)? Xc-(x2-x1)＝{Xc-Xc*}+{Xc*-(x2-x1)} ＝α(Xc)+{(Go-MbS2-Ra)/Go}Xc* ＝α(Xc)+{(Go-MbS2-Ra)/Go}{Xc-α(Xc)} ＝0(9) 如果從方程式9求出α(Xc)，則可以獲得下面的限制。
(限制c)位置偏差補(bǔ)償量α(Xc)滿足方程式10。
α(Xc)＝{(MbS2+Ra-Go)/(MbS2+Ra)}Xc(10) 在這些限制中，因?yàn)榉匠淌?0不是穩(wěn)定有理函數(shù)，所以限制(c)不能嚴(yán)格地被滿足，但是使用可以實(shí)現(xiàn)的近似表格利用下面的方程式11確定Go(s)和α(Xc) Go(s)＝Ra α(Xc)＝(S2/{S2+βS+(Ra/Mb)})Xc(11) 其中β為正實(shí)數(shù)的任意參數(shù)。當(dāng)β被設(shè)定為達(dá)到0(β→0)時(shí)，近似值隨著位置偏差補(bǔ)償被改善，但是位置偏差補(bǔ)償量α(Xc)振動(dòng)的更大。
基于方程式6、7等可以確定M、P2-1M和Xc* M＝{(Mb+Mc)S2+Ra}/Ra (12) P2-1M＝{McS2(MbS2+Ra)}/Ra(13) Xc*＝Xc-(S2/{S2+βS+(Ra/Mb)})Xc (14) 圖1為依照本實(shí)施例的位置控制裝置的方塊圖?，F(xiàn)在將描述和上述現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置不同的部分?；诜匠淌?1，利用加速度指令值A(chǔ)c(＝d2Xc/dt2)的輸入確定位置偏差補(bǔ)償量α(Xc)?；谏厦娴拿枋?，通過在減法器2處從位置指令值Xc減去位置偏差補(bǔ)償量α(Xc)計(jì)算出補(bǔ)償后的位置指令值Xc*?；谏厦娴拿枋?，用于控制的位置指令值Xco由Xco＝M·Xc*確定。另外，推力前饋Ff被確定為Ff＝P2-1M·Xc*。
下列方程式15、16和17給出了各種參數(shù)的實(shí)際計(jì)算 Ff＝P2-1M·Xc* ＝({McS2(MbS2+Ra)}/Ra)(Xc-[S2/{S2+βS+(Ra/Mb)}]Xc) ＝McAc+{McMbβS2/(Ra{S2+βS+(Ra/Mb)})}Bc (15) Xco＝M·Xc* ＝({(Mb+Mc)S2+Ra}/Ra){Xc-(S2/{S2+βS+(Ra/Mb)})Xc} ＝Xc+[{(Mb+Mc)βS+(McRa/Mb)}/(Ra{S2+βS+(Ra/Mb)})]Ac (16) Vf＝dXco/dt ＝Vc+[{(Mb+Mc)βS+(McRa/Mb)}/(Ra{S2+βS+(Ra/Mb)})]Bc (17) 其中Bc＝d3Xc/dt3。
因此，加速和減速處理器1為這樣的處理器其對(duì)位置指令值X應(yīng)用二階函數(shù)加速和減速處理以便速度指令值Vc＝dXc/dt的關(guān)于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)Bc＝d3Xc/dt3為有界的，并且輸出位置指令值Xc。
圖2顯示了當(dāng)在圖1所示的本實(shí)施例的位置控制裝置中設(shè)定參數(shù)β＝4時(shí)的二階函數(shù)加速度響應(yīng)的模擬結(jié)果，并且給出了類似于圖14的目標(biāo)設(shè)備參數(shù)和控制參數(shù)。選擇了類似于已經(jīng)描述的圖14、16和18的二階函數(shù)加速度處理的條件，用于二階函數(shù)加速度處理。當(dāng)表達(dá)式S2+βS+(Ra/Mb)和二階方程系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式S2+2ζωnS+ωn2相關(guān)時(shí)，β＝4對(duì)應(yīng)于衰減率ζ＝0.01。因此，本實(shí)施例的位置控制裝置可以將絕對(duì)位置的誤差εo的生成量和包括加速和減速的軸操作期間的振動(dòng)抑制到很小的值。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的位置控制裝置，通過包含根據(jù)用于控制的位置指令值控制待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的推力前饋結(jié)構(gòu)以及同時(shí)并精確地補(bǔ)償由推力前饋結(jié)構(gòu)的引入造成的位置指令偏差和由基座位移引起的位置偏差的位置偏差補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，在包括加速和減速的軸操作期間，可以抑制振動(dòng)的發(fā)生以使得目標(biāo)設(shè)備的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置(x2-x1)高度精確地遵循位置指令值Xc。另外，因?yàn)榭刂屏績(jī)?yōu)選地根據(jù)加速度指令值A(chǔ)c和加速度偏差指令值Bc的大小而變化，所以可以不管這些參數(shù)的大小而實(shí)現(xiàn)很好的控制優(yōu)勢(shì)。
接下來，將描述其中根據(jù)本發(fā)明的位置控制裝置被應(yīng)用到控制軸以在圖11中的結(jié)構(gòu)B上控制待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)C的位置的實(shí)例。在這種情況下，將根據(jù)位置指令值Xc被控制的參數(shù)是目標(biāo)設(shè)備的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2。這里，用于實(shí)現(xiàn)防振動(dòng)的限制為已經(jīng)描述的限制(a)和(b)。而基于Xc*-x2＝({Go-(Mb+Mc)S2-Ra}/Go)Xc*，用于實(shí)現(xiàn)位置振動(dòng)補(bǔ)償?shù)南拗茷? Xc-x2＝{Xc-Xc*}+{Xc*-x2} ＝α(Xc)+({Go-(Mb+Mc)S2-Ra}/Go)Xc* ＝α(Xc)+({Go-(Mb+Mc)S2-Ra}/Go){Xc-α(Xc)} ＝0 (18) 從方程式18可以解出α(Xc)以獲得限制 (限制d)位置偏差補(bǔ)償量α(Xc)滿足方程式19 α(Xc)＝[{(Mb+Mc)S2+Ra-Go)}/{(Mb+Mc)S2+Ra)}]Xc (19) 類似于第一優(yōu)選實(shí)施例，關(guān)于限制(d)，下面通過近似的表格利用方程式20確定Go(s)和α(Xc)。
Go(s)＝Ra， α(Xc)＝[S2/(S2+βS+{Ra/(Mb+Mc)})]Xc (20) M和P2-1M可以基于方程式12和13由下面方程式21表示。
Xc*＝Xc-[S2/(S2+βS+{Ra/(Mb+Mc)})]Xc(21) 圖3為根據(jù)本實(shí)施例的位置控制裝置的方塊圖。該結(jié)構(gòu)類似于圖1所示第一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，除了由方程式21確定的補(bǔ)償后的位置指令值Xc*。通過方程式22、23和24給出了各種參數(shù)的實(shí)際計(jì)算。
Ff＝P2-1M·Xc* ＝({McS2(MbS2+Ra)}/Ra)(Xc-[S2/{S2+βS+Ra/(Mb+Mc)}]Xc) ＝McAc+{(MbMcβS2-{Mc2Ra/(Mb+Mc)}S)/(Ra{S2+βS+ Ra/(Mb+Mc)})}Bc (22) Xco＝M·Xc* ＝({(Mb+Mc)S2+Ra}/Ra){Xc-(S2/{S2+βS+Ra/(Mb+ Mc)})Xc} ＝Xc+{(Mb+Mc)βS/(Ra{S2+βS+Ra/(Mb+Mc)})}Ac(23) Vf＝dXco/dt ＝Vc+{(Mb+Mc)βS/(Ra{S2+βS+Ra/(Mb+Mc)})}Bc (24) 圖4顯示了當(dāng)在如圖3所示的本實(shí)施例的位置控制裝置4中類似圖2設(shè)定對(duì)應(yīng)于衰減率ζ＝0.01的參數(shù)β以及應(yīng)用類似于圖2的其它條件時(shí)的二階函數(shù)加速度響應(yīng)的模擬結(jié)果。所述結(jié)果顯示在包括加速和減速的軸操作期間的位置誤差Xc-x2的生成量和振動(dòng)被抑制到很小的值，并且可以理解，類似于待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)C的絕對(duì)位置的控制，當(dāng)待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)C在結(jié)構(gòu)B上的位置被控制時(shí)，本實(shí)施例的位置控制裝置是有效的。
本發(fā)明的特征在于，為了抵消待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置和基座位移的響應(yīng)的振動(dòng)，采用了如下形式具有小的引入影響(introduction impact)的加速和減速處理函數(shù)在正常的加速和減速處理之后被應(yīng)用到位置指令值上以抵消各種前饋量和補(bǔ)償量的振動(dòng)，以確定用于控制的位置指令值。
本實(shí)施例試圖根據(jù)位置指令值Xc控制目標(biāo)設(shè)備的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置(x2-x1)。首先，引入加速和減速處理函數(shù)H(s)，其中在二階函數(shù)加速和減速處理之后的位置指令值Xc作為輸入并且用于控制的位置指令值Xco作為輸出，并且考慮實(shí)現(xiàn)Xco＝x2-x1的控制。稍后將描述加速和減速處理函數(shù)H(s)的引入的影響。
基于圖12，驅(qū)動(dòng)力Fx和待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置(x2-x1)之間的關(guān)系可以由下面的方程式25表示。
x2-x1＝{1/(McS2)}Fx (25) 因此，可以利用方程式26表示用于控制Xco＝(x2-x1)的推力前饋量Ff。
Ff＝McS2(x2-x1)＝McS2Xco＝McS2HXc (26) 利用方程式27和28表示待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2和基座位移x1的響應(yīng)。
x2＝[{(Mb+Mc)S2+Ra}/{McS2(MbS2+Ra)}]McHAc (27) x1＝{1/(MbS2+Ra)}McHAc＝McP1HAc(28) 這里，P1表示從驅(qū)動(dòng)力Fx到基座位移x1的傳遞函數(shù)，并且可以基于圖12利用方程式29表示。
P1＝1/(MbS2+Ra) (29) 對(duì)于相應(yīng)的前饋結(jié)構(gòu)，可以考慮方程式30和31。
Xco*＝Xco+x1＝HXc+McS2P1HXc (30) Vf＝dXco*/dt＝SHXc+McS2P1HSXc(31) 參數(shù)Xco*為對(duì)應(yīng)于待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2的位置指令值。
這里，為了抵消待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2和基座位移x1的響應(yīng)的振動(dòng)，并且降低引入的影響，利用方程式32定義加速和減速處理函數(shù)H(s)。
H(s)＝(MbS2+DS+Ra)/(MbS2+αS+Ra) (32) 這里，α和D為正實(shí)數(shù)的任意參數(shù)。當(dāng)α被設(shè)定為達(dá)到0(α→0)時(shí)，H(s)的引入影響被降低，但是待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置和基座位移的響應(yīng)振動(dòng)更大。關(guān)于參數(shù)D，如果結(jié)構(gòu)A中存在清除元件，則可以設(shè)定近似值。
圖5為根據(jù)本實(shí)施例的位置控制裝置5的方塊圖?，F(xiàn)在將描述和已經(jīng)描述的現(xiàn)有技術(shù)中的位置控制裝置不同的部分。作為加速和減速處理器50的輸出的位置指令值Xc被輸入方程式32所示的加速和減速處理函數(shù)H(s)中，并且所述函數(shù)H(s)包含以目標(biāo)設(shè)備58的傳遞極點(diǎn)作為切口角頻率的陷波濾波器結(jié)構(gòu)。加速和減速處理函數(shù)H(s)的輸出為用于控制的位置指令值Xco。加法器3將方程式30的右側(cè)的第一項(xiàng)和第二項(xiàng)相加并且輸出對(duì)應(yīng)于待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2的位置指令值Xco*。加法器52利用微分器4對(duì)位置指令值Xco*求導(dǎo)，并且輸出方程式31中顯示的速度前饋量Vf。此外，用于控制的位置指令值Xco被McS2相乘以便方程式26所示的推力前饋量Ff被計(jì)算出并被輸入加法器57。
圖6顯示了當(dāng)在圖5所示的本實(shí)施例的位置控制裝置中設(shè)定參數(shù)α＝198·103且給出了類似于圖16的目標(biāo)設(shè)備參數(shù)、控制參數(shù)和二階函數(shù)加速度條件時(shí)二階函數(shù)加速度響應(yīng)的模擬結(jié)果。當(dāng)H(s)的分母中的多項(xiàng)式MbS2+αS+Ra和二階的標(biāo)準(zhǔn)式S2+2ζωnS+ωn2相關(guān)時(shí)，α＝198·103對(duì)應(yīng)于為1的衰減率ζ(ζ＝1)。結(jié)果顯示，利用本實(shí)施例的位置控制裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)于Xco＝x2-x1的包括加速和減速時(shí)間的控制(圖6中的右上圖)。因?yàn)閷⒋蟮闹当环峙浣o衰減率ζ，所以推力前饋量Ff和速度前饋量的振動(dòng)可以被去除，因此，驅(qū)動(dòng)力Fx的振動(dòng)(圖6中的左下圖)和基座位移x1的振動(dòng)(圖6中的右下圖)可以被抑制。
圖7顯示了當(dāng)和圖6中的條件相比僅僅目標(biāo)設(shè)備的一側(cè)上的結(jié)構(gòu)A的剛度Ra被降低(-10％)時(shí)的二階函數(shù)加速度響應(yīng)的模擬結(jié)果。因?yàn)樵诳刂苽?cè)的計(jì)算中使用的剛度Ra和圖6中的相同，所以這個(gè)結(jié)果模擬在裝置參數(shù)被改變時(shí)的響應(yīng)。由于剛度Ra的降低，基座位移x1被增加(圖7中的右下圖)，并且所述增加造成加速期間的控制誤差(圖7中的右上圖)。然而，和圖16中的現(xiàn)有技術(shù)中的示范控制結(jié)構(gòu)相比，振動(dòng)抑制性能非常高。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，目標(biāo)設(shè)備的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2根據(jù)位置指令值Xc被控制。同樣在這種情況下，類似于第三優(yōu)選實(shí)施例，首先，引入加速和減速處理函數(shù)Hr(s)，其中將在二階函數(shù)加速和減速處理后的位置指令值Xc作為輸入并且將用于控制的位置指令值Xco作為輸出，并且考慮實(shí)現(xiàn)Xco＝x2的控制。稍后將描述加速和減速處理函數(shù)Hr(s)的引入的影響。
基于圖12，驅(qū)動(dòng)力Fx和待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2之間的關(guān)系可以用下面的方程式33表示。
x2＝P2Fx＝[{(Mb+Mc)S2+Ra}/{McS2(MbS2+Ra)}]Fx (33) 因此，用于實(shí)現(xiàn)Xco＝x2的控制的推力前饋量Ff由下面的方程式34表示。
Ff＝P2-1Xco＝P2-1HrXc＝[{McS2(MbS2+Ra)}/{(Mb+Mc)S2+ Ra}]HrXc (34) 待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2和基座位移x1對(duì)于推力前饋量Ff的響應(yīng)可以由下面的方程式35和36表示。
x2＝P2Ff＝Xco＝HrXc (35) x1＝{1/(MbS2+Ra)}Ff＝[McS2/{(Mb+Mc)S2+Ra}]HrXc (36) 因此，對(duì)于對(duì)應(yīng)的前饋結(jié)構(gòu)，考慮下面的方程式37和38。
Xco＝HrXc(37) Vf＝dXco/dt＝SHrXc (38) 這里，為了消除待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2和基座位移x1的響應(yīng)的振動(dòng)并降低引入的影響，用下面的方程式39定義加速和減速處理函數(shù)Hr(s)。
Hr(s)＝{(Mb+Mc)S2+DS+Ra}/{(Mb+Mc)S2+γS+Ra} (39) 其中γ和D為正實(shí)數(shù)的任意參數(shù)。當(dāng)γ被設(shè)定為達(dá)到0(γ→0)時(shí)，Hr(s)的引入影響被降低，但是待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置和基座位移的響應(yīng)振動(dòng)更大。關(guān)于參數(shù)D，當(dāng)結(jié)構(gòu)A中存在清除元件時(shí)，設(shè)定近似值。
圖8為本實(shí)施例的位置控制裝置10的方塊圖?，F(xiàn)在將描述和已經(jīng)描述的位置控制裝置不同的部分。作為加速和減速處理器50的輸出的位置指令值Xc被輸入方程式39中顯示的加速和減速處理函數(shù)Hr(s)，并且所述函數(shù)Hr(s)包含以從驅(qū)動(dòng)力Fx到目標(biāo)設(shè)備59的待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置x2的傳遞零點(diǎn)作為切口角頻率的陷波濾波器結(jié)構(gòu)。加速和減速處理函數(shù)Hr(s)的輸出為用于控制的位置指令值Xco。方程式38所示的速度前饋量Vf通過利用微分器54對(duì)位置指令值Xco求導(dǎo)而確定。此外，因?yàn)槭沟肞2-1Hr為穩(wěn)定有界函數(shù)，所以方程式35所示的推力前饋量Ff可以通過將Xc和P2-1Hr相乘而確定。
當(dāng)Hr(s)的分母中的多項(xiàng)式(Mb+Mc)S2+γS+Ra和標(biāo)準(zhǔn)二階表達(dá)式S2+2ζωnS+ωn2相關(guān)時(shí)，γ＝250·103對(duì)應(yīng)于為1的衰減率ζ。圖9顯示了當(dāng)在圖8所示的本實(shí)施例的位置控制裝置中設(shè)定參數(shù)γ＝250·103并且給出了和圖6相同的目標(biāo)設(shè)備參數(shù)、控制參數(shù)和二階函數(shù)加速度條件時(shí)的二階函數(shù)加速度響應(yīng)的模擬結(jié)果。根據(jù)本實(shí)施例的位置控制裝置，即使在加速和減速期間也實(shí)現(xiàn)了Xco＝x2的控制(圖9中的右上圖)。因?yàn)樵O(shè)定了大的衰減率ζ，所以推力前饋量Ff和速度前饋量Vf的振動(dòng)可以被去除，因此，和第一優(yōu)選實(shí)施例中類似，驅(qū)動(dòng)力Fx的振動(dòng)(圖9中的左下圖)和基座位移x1的振動(dòng)(圖9中的右下圖)可以被抑制。
圖10顯示了當(dāng)僅僅目標(biāo)裝置的一側(cè)上的結(jié)構(gòu)A的剛度Ra與圖9的條件相比減少(-10％)時(shí)二階函數(shù)加速度響應(yīng)的模擬結(jié)果，類似于圖7相較于圖6的條件。因?yàn)橛糜谠诳刂苽?cè)的計(jì)算中使用的剛度Ra與圖9中的相同，所以這個(gè)結(jié)果模擬了當(dāng)裝置參數(shù)變化時(shí)的響應(yīng)。由于剛度Ra的減少，基座位移x1增加(圖10的右下圖)。然而，由(Xco-x2)定義的控制誤差(圖10中右上圖)沒有被直接影響，和第三優(yōu)選實(shí)施例相似，保持高的振動(dòng)抑制性能。
現(xiàn)在將描述方程式32中所示的加速與減速處理函數(shù)H(s)的引入影響。由于H(s)具有和方程式39中顯示的加速與減速處理函數(shù)Hr(s)相同的結(jié)構(gòu)，在接下來的描述中，要考慮到下面方程式40中的規(guī)范化F(s)。
F(s)＝(S2+c)/(S2+bS+c)＝(S2+ωn2)/(S2+2ζωnS+ωn2)(40) 相比于作為典型的位置加速與減速處理的線性加速與減速處理L(s)＝(1-e-TS)/TS(其中在線性加速與減速處理中T是時(shí)間常數(shù))，將考慮引入影響。
加速與減速處理對(duì)位置指令的直接影響是在加速與減速處理之前的位置指令X與加速與減速處理之后的位置指令Xo之間存在延遲。因此，考慮在穩(wěn)定狀態(tài)下的位置指令關(guān)于階躍速度指令dX/dt＝V的延遲εp＝X-Xo。在線性加速與減速處理的情況下， εp＝(T/2)V(41) 另一方面，在本發(fā)明的實(shí)施例中的加速與減速處理函數(shù)F(s)中的延遲εp為 εp(s)＝(V/S2)-{(S2+c)/(S2+bS+c)}(V/S2) ＝{bS/(S2+bS+c)}(V/S2)(42) 利用終值定理和方程式40的關(guān)系，εp可以用下面的方程式43表示。
εp＝(b/c)V＝(2ζ/ωn)V(43) 已知當(dāng)同時(shí)操作多根軸時(shí)，由加速與減速處理導(dǎo)致軌跡誤差。因此，通過同步操作兩根正交軸，相對(duì)于圓弧位置指令(半徑R和角速度ω)，考慮在穩(wěn)定狀態(tài)下的加速與減速處理后的響應(yīng)半徑Ro，并且以圓弧半徑減少量ΔR＝R-Ro來估算由于加速與減速處理產(chǎn)生的軌跡誤差。由于響應(yīng)半徑Ro與Xo(t)關(guān)于X(t)＝Rcosωt的穩(wěn)態(tài)振幅相等，在線性加速與減速處理中，Xo(s) Xo(s)＝{(1-e-TS)/TS}{Rs/(S2+ω2)} (44) 可以進(jìn)行拉普拉斯逆變換，而且，由于ωT比1小得多，即ωT＜＜1，在一般操作中，響應(yīng)半徑Ro可以用下面的方程式45來表示。
Ro＝(R/ωT)(2-2cosωT)1/2≈(R/ωT){ωT-(ωT)3/24} ＝R-R(ωT)2/24 (45) 用下面的方程式46可粗略估計(jì)圓弧半徑減少量ΔR。
ΔR＝R-Ro＝{(ωT)2/24}R (46) 在本發(fā)明的實(shí)施例的加速與減速處理函數(shù)F(s)的情況下， Xo(s)＝{(S2+c)/(S2+bS+c)}{RS/(S2+ω2)} (47) 進(jìn)行拉普拉斯逆變換，響應(yīng)半徑Ro為 Ro＝R(c-ω2)/{(bω)2+(c-ω2)2}1/2＝Rcosθ (48) 因此，圓弧半徑減少量ΔR由下面的方程式49表示。
ΔR＝R-Ro＝(1-cosθ)R(49) 這里，θ＝tan-1{bω/(c-ω2)}＝tan-1{2ζωnω/(ωn2-ω2)}。
當(dāng)選擇T＝200ms，ωn＝200rad/sec，V＝0.4m/sec，以及ζ＝1作為與上述模擬中采用的條件相似的條件時(shí)，位置指令的延遲εp在線性加速與減速處理中是40mm(εp＝40mm)，而在本發(fā)明的實(shí)施例中的加速與減速處理函數(shù)F(s)中是4mm(εp＝4mm)。另一方面，當(dāng)選擇R＝0.1m以及ω＝2rad/sec作為圓弧操作條件時(shí)，圓弧半徑減少量ΔR在線性加速與減速處理中大約是670μm(ΔR≈670μm)，在本發(fā)明的實(shí)施例中的加速與減速處理函數(shù)F(s)中大約是20μm(ΔR≈20μm)。換句話說，與位置指令的延遲和已經(jīng)存在的在加速與減速器中導(dǎo)致的軌跡誤差相比，由于引入本發(fā)明的實(shí)施例中的加速與減速處理函數(shù)H(s)或Hr(s)導(dǎo)致的位置指令的延遲和軌跡誤差足夠小，因此，可以理解由引入導(dǎo)致的影響是很小的。
如上所述，本發(fā)明的實(shí)施例中的位置控制裝置具有根據(jù)用于控制的位置指令值控制待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的推力和速度的前饋結(jié)構(gòu)，同時(shí)通過將加速與減速處理加到配有具有小的引入影響的陷波濾波器結(jié)構(gòu)的位置指令值來計(jì)算用于控制的位置指令值。利用這個(gè)結(jié)構(gòu)，可以抵消不同前饋量中的振動(dòng)，并可以精確且無振動(dòng)地控制待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置和基座位移的響應(yīng)。因?yàn)榭刂屏績(jī)?yōu)選地根據(jù)加速度指令值A(chǔ)c(＝d2Xc/dt2)和加速度導(dǎo)數(shù)指令值Bc(＝d3Xc/dt3)的大小而改變，所以可以不考慮參數(shù)Ac和Bc的大小而獲得高的控制優(yōu)勢(shì)。此外，因?yàn)榇?qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置和基座位移的響應(yīng)的振動(dòng)被抵消，所以在所述裝置的各個(gè)部件中沒有引起振動(dòng)，并且即使當(dāng)裝置參數(shù)被改變時(shí)也可以獲得有利的高度的振動(dòng)抑制。
權(quán)利要求
1、一種位置控制裝置，其中將加速和減速操作應(yīng)用于待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被支撐且固定在基座上，并且通過所述待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的反作用力提供用于在基座中引起的力位移的補(bǔ)償，并且通過檢測(cè)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的所述待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置以及根據(jù)上位機(jī)的位置指令值計(jì)算補(bǔ)償后的位置指令值來控制所述待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置，所述位置控制裝置包括
加速和減速處理器，其接收所述位置指令值作為輸入并且在加速和減速處理后輸出位置指令值，其中輸出位置指令值關(guān)于時(shí)間的三階導(dǎo)數(shù)是有界的；
調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)塊，其接收補(bǔ)償后的所述位置指令值作為輸入并且輸出用于控制的位置指令值；
塊，其基于補(bǔ)償后的所述位置指令值計(jì)算推力前饋并且將所述推力前饋加到所述伺服電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)力上；
塊，其基于加速和減速處理后的所述位置指令值關(guān)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)來計(jì)算位置偏差補(bǔ)償量，所述位置偏差補(bǔ)償量補(bǔ)償由于所述調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)造成的位置指令偏差和基座位移；及
塊，其從加速和減速處理后的所述位置指令值減去位置偏差補(bǔ)償量，以獲得補(bǔ)償后的所述位置指令值。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置控制裝置，其中
計(jì)算所述位置偏差補(bǔ)償量作為由于所述調(diào)節(jié)傳遞函數(shù)造成的位置指令偏差的補(bǔ)償量。
3、一種位置控制裝置，其中將加速和減速操作應(yīng)用于待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)被支撐且固定在基座上，并且通過所述待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的反作用力提供用于在基座中引起的力位移的補(bǔ)償，并且通過檢測(cè)由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的所述待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置根據(jù)上位機(jī)的位置指令值來控制待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置，所述位置控制裝置包括
加速和減速處理器，其接收所述位置指令值作為輸入并且在加速和減速處理后輸出位置指令值，其中輸出位置指令值的關(guān)于時(shí)間的二階導(dǎo)數(shù)是有界的；
塊，其具有陷波濾波器，作為傳遞函數(shù)，所述陷波濾波器表示由伺服電動(dòng)機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)力和由驅(qū)動(dòng)力獲得的驅(qū)動(dòng)位置之間的關(guān)系并且具有作為切口角頻率的傳遞函數(shù)的傳遞極點(diǎn)，并且該塊輸出加速和減速處理后從所述加速和減速處理器輸出的所述位置指令值作為用于控制的位置指令值；
塊，其計(jì)算使得所述待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的絕對(duì)位置和用于控制的所述位置指令值一致的推力前饋量；
塊，其基于用于控制的所述位置指令值計(jì)算基座位移并且將所述基座位移加到用于控制的位置指令值上，以計(jì)算對(duì)應(yīng)于待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置的位置指令值；以及
塊，其對(duì)對(duì)應(yīng)于所述待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置的位置指令值關(guān)于時(shí)間求導(dǎo)，以計(jì)算速度前饋量。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的位置控制裝置，其中
輸出加速和減速處理后從加速和減速處理器輸出的位置指令值作為用于控制的位置指令值的所述塊具有陷波濾波器，作為傳遞函數(shù)，所述陷波濾波器表示由伺服電動(dòng)機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)力和由驅(qū)動(dòng)力獲得的驅(qū)動(dòng)位置之間的關(guān)系并且具有作為切口角頻率的傳遞函數(shù)的傳遞零點(diǎn)，并且該塊輸出加速和減速處理后從加速和減速處理器輸出的位置指令值作為用于控制的位置指令值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中用于無振動(dòng)地操作待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的推力前饋結(jié)構(gòu)和同時(shí)補(bǔ)償由所述推力前饋結(jié)構(gòu)引起的位置偏差和由基座位移引起的位置偏差的控制結(jié)構(gòu)被包含在位置控制裝置(3)中?？蛇x擇地，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中用于無振動(dòng)地實(shí)現(xiàn)待驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置和基座位移的響應(yīng)的加速和減速處理及確定關(guān)于加速和減速處理后的位置指令值的前饋量的控制結(jié)構(gòu)被設(shè)置在位置控制裝置上。
文檔編號(hào)G05B19/404GK101408764SQ200810161868
公開日2009年4月15日 申請(qǐng)日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月9日
發(fā)明者江口悟司 申請(qǐng)人:大隈株式會(huì)社