專利名稱：使高速搖動動作高精度化的伺服控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)，特別涉及使高速搖動動作高精度化的伺服控制 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在夾具磨床等中，要求能夠通過磨具的高速搖動動作(振動動作)進(jìn)行高精度加 工的控制系統(tǒng)。特別要求在上下的搖動動作中的上死點(diǎn)或者下死點(diǎn)的高精度化。夾具磨床是精加工磨削夾具、沖模、或者量規(guī)等機(jī)械工具等的側(cè)表面或者孔內(nèi)表 面的機(jī)床。如圖13所示，夾具磨床一邊在轉(zhuǎn)動軸7的軸方向上上下?lián)u動以轉(zhuǎn)動軸7作為中 心軸自轉(zhuǎn)的圓筒磨具6，一邊用圓筒磨具6的磨具外周部研磨在工作臺(未圖示)上載放的 工件2的側(cè)表面4。在夾具磨床中使用的現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中，為抑制伺服控制的追隨滯后，通過對指 令進(jìn)行修正來提高精度。具體說，通過比較搖動指令和伺服的動作來慢慢增大指令的振幅， 來提高上下死點(diǎn)的精度(參照特開平4489903號公報(bào)以及特開平3-31906號公報(bào))。但是，該方法為得到希望的精度所需的追隨時(shí)間長，在通過振幅的變化等的加工 條件的變化而引起發(fā)散等的穩(wěn)定性方面也有問題。另一方面，作為對于重復(fù)指令高速實(shí)現(xiàn)高精度的追隨性的方法，有學(xué)習(xí)控制(重 復(fù)控制)。在學(xué)習(xí)控制中，有把時(shí)間作為基準(zhǔn)進(jìn)行學(xué)習(xí)的時(shí)間同步方式(參照特開平 3-175502號公報(bào))、和把角度作為基準(zhǔn)進(jìn)行學(xué)習(xí)的角度同步方式(參照特開2004-280772 號公報(bào))。上述的時(shí)間同步方式的學(xué)習(xí)控制，因?yàn)樵诳刂破髦芯哂信c指令的重復(fù)周期等長的 延遲存儲器，所以在指令的重復(fù)周期動態(tài)變化的場合不能應(yīng)用。另一方面，上述的角度同步 方式的學(xué)習(xí)控制，因?yàn)樾枰c指令的重復(fù)動作同步的單調(diào)增加的基準(zhǔn)角度，所以在不能給 出基準(zhǔn)角度的場合不能應(yīng)用。在夾具磨床等中的高速搖動動作中，根據(jù)加工條件指令的重復(fù)周期動態(tài)變化。另 外，沒有應(yīng)該與指令的重復(fù)動作同步的基準(zhǔn)角度。因此，因?yàn)椴荒茉谒欧刂浦惺褂闷浠鶞?zhǔn) 角度，所以不能應(yīng)用時(shí)間同步方式和角度同步方式的任何一種。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)，其能夠在夾具磨床等中的高 速搖動動作中應(yīng)用角度同步方式的學(xué)習(xí)控制。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的伺服電動機(jī)系統(tǒng)是驅(qū)動進(jìn)行周期性地高速搖動的被驅(qū) 動體、控制機(jī)床或者產(chǎn)業(yè)機(jī)械的伺服電動機(jī)的、伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)，包含控制裝置和伺服 控制裝置。所述控制裝置具有計(jì)算基準(zhǔn)角度的基準(zhǔn)角度計(jì)算單元；和基于所述基準(zhǔn)角度 和加工條件計(jì)算周期性的搖動指令的搖動指令計(jì)算單元。另外，所述伺服控制裝置具有檢 測所述伺服電動機(jī)的位置的位置檢測單元；在每一指令分配周期運(yùn)算作為所述搖動指令和檢出的所述伺服電動機(jī)的位置的差的位置偏差的位置偏差運(yùn)算單元；和基于所述基準(zhǔn)角度 和所述搖動指令和所述位置偏差進(jìn)行學(xué)習(xí)控制的學(xué)習(xí)控制單元。通過所述學(xué)習(xí)控制單元修 正通過所述位置偏差運(yùn)算單元運(yùn)算的位置偏差，驅(qū)動控制所述伺服電動機(jī)。所述基準(zhǔn)角度計(jì)算單元能夠使用從加工條件中給出的角速度ω、和所述指令分配 周期Τ，計(jì)算時(shí)刻t( = nT;式中η = 1、2、3、……)時(shí)的所述基準(zhǔn)角度《t。所述學(xué)習(xí)控制單元可以具有第一變換單元，用于把在每一所述指令分配周期取 得的所述位置偏差變換為每一所述基準(zhǔn)角度的偏差；修正量計(jì)算單元，用于從變換后的每 一所述基準(zhǔn)角度的偏差計(jì)算所述基準(zhǔn)角度處的修正量；修正量存儲單元，用于存儲所述周 期地高速搖動的所述被驅(qū)動體的至少相當(dāng)于1周期量的所述算出的修正量；第二變換單 元，用于把在所述修正量存儲單元中存儲的修正量變換為每一所述指令分配周期性的修正 量；和相位超前濾波器，用于使通過所述第二變換單元求得的修正量的相位向前移動。所述伺服控制裝置還可以具有從所述搖動指令和所述伺服電動機(jī)的位置計(jì)算搖 動開始時(shí)的超調(diào)量的單元；和從所述超調(diào)量調(diào)整所述相位超前濾波器的輸出的單元。所述伺服控制裝置還可以具有從所述搖動指令和所述伺服電動機(jī)的位置計(jì)算搖 動速度變化時(shí)的超調(diào)量的單元；和從所述超調(diào)量調(diào)整在所述修正量存儲單元中存儲的修正 量的大小的單元。所述伺服控制裝置還可以具有在搖動開始時(shí)檢測所述位置偏差是否在零附近的 規(guī)定范圍內(nèi)的單元，在所述位置偏差處于零附近的規(guī)定范圍內(nèi)后，所述第一變換單元開始 把在每一所述指令分配周期取得的所述位置偏差變換為每一所述基準(zhǔn)角度的偏差。所述伺服控制裝置還可以具有在搖動結(jié)束時(shí)從所述伺服電動機(jī)的位置數(shù)據(jù)求伺 服電動機(jī)的速度數(shù)據(jù)的單元；和使用所述伺服電動機(jī)的速度數(shù)據(jù)調(diào)整所述相位超前濾波器 的輸出的單元。通過具有上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明能夠提供在夾具磨床等中的高速搖動動作中能夠應(yīng)用 角度同步方式的學(xué)習(xí)控制的伺服控制系統(tǒng)。


從以下參照附圖對實(shí)施例的說明中可以明了本發(fā)明的上述以及其他的目的以及 特征。附圖中圖1是說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的圖；圖2是說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的第一實(shí)施方式的圖；圖3是圖2所示的伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行的角度同步方式的學(xué)習(xí)控制處理的流程圖；圖4是說明在搖動動作中無超調(diào)的重要性的圖；圖5是說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的第二實(shí)施方式的圖；圖6A以及圖6B是說明正弦波形指令開始時(shí)的超調(diào)(超過上下死點(diǎn)的量)變小的 圖；圖7是說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的第三實(shí)施方式的圖；圖8A-圖8C是說明在正弦波形指令中指令頻率從2Hz減速到IHz的場合的超調(diào) (超過上下死點(diǎn)的量)變小的圖；圖9是說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的第四實(shí)施方式的圖IOA-圖IOC是說明正弦波形指令開始時(shí)的沖擊變小的圖；圖11是說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的第五實(shí)施方式的圖；圖12A-圖12B是說明正弦波形指令結(jié)束時(shí)的沖擊變小的圖；圖13是說明夾具磨床的圖
具體實(shí)施例方式圖1是說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的圖。伺服控制系統(tǒng)10是具有數(shù)值控制裝置 20、伺服控制裝置40、以及伺服電動機(jī)80的、用于控制機(jī)床或者產(chǎn)業(yè)機(jī)械的系統(tǒng)。數(shù)值控制裝置20計(jì)算位置指令Pc，向伺服控制裝置40輸出。伺服電動機(jī)80具 有用于檢測電動機(jī)的轉(zhuǎn)動位置的位置檢測器82。通過該位置檢測器82檢出的位置信息， 作為位置反饋Pf向伺服控制裝置40反饋。伺服控制裝置40使用位置指令Pc和位置反饋 Pf驅(qū)動控制伺服電動機(jī)80。如后所述，伺服控制系統(tǒng)10具有在夾具磨床等中的高速搖動 動作中能夠應(yīng)用角度同步方式的學(xué)習(xí)控制的單元。首先，參照圖2說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的第一實(shí)施方式。圖2是說明在重復(fù) 指令中應(yīng)用角度同步方式的學(xué)習(xí)控制的方法的圖。數(shù)值控制裝置20通過搖動指令計(jì)算單元22根據(jù)成形條件計(jì)算搖動指令F (t)。例 如，用F(t) =A.cos( t)表示搖動指令(這里，系數(shù)A是振幅)。數(shù)值控制裝置20以搖 動指令F(t)為基礎(chǔ)在每一指令分配周期向伺服控制裝置40分配位置指令Pc。另外，在基 準(zhǔn)角度計(jì)算單元M中，從某時(shí)間t = nT(式中η = 1、2、3、…)和作為加工條件的角速度 ω計(jì)算每一指令分配周期的基準(zhǔn)角度θ = cot。使用基準(zhǔn)角度θ ( = cot)計(jì)算搖動指令 F(t)。本發(fā)明中的伺服控制裝置40具有基于位置指令Pc、作為伺服電動機(jī)的現(xiàn)在位置 的位置反饋Pf、以及作為參照角度的基準(zhǔn)角度θ ( = on)進(jìn)行學(xué)習(xí)控制的功能。另外，在 作為加工條件是正弦波形的場合，也可以從切線速度和振幅求角速度ω。另外，也有搖動動 作F(t)不是正弦波而是三角波形的情況。從數(shù)值控制裝置20輸出的位置指令Pc中，用運(yùn)算器41減去來自在伺服電動機(jī)80 上安裝的、用于檢測伺服電動機(jī)80的位置的位置檢測器82的位置反饋Pf，求取位置偏差 ε。在該位置偏差ε上，用運(yùn)算器48加上來自后述的第一學(xué)習(xí)控制器70的修正量，修正 位置偏差ε，在該修正后的位置偏差ε ’上乘以位置增益Κρ09)求速度指令Vc，亦即進(jìn)行 位置回路控制處理。對于該求得的速度指令Vc，通過速度控制器(未圖示)進(jìn)行速度回路控制處理，求 電流指令。根據(jù)該求得的電流指令和從電流檢測器(未圖示)反饋的電流反饋量用電流控 制器進(jìn)行電流回路控制處理，通過電流放大器(未圖示)驅(qū)動控制伺服電動機(jī)80。上述的結(jié)構(gòu)以及作用，除用運(yùn)算器48在位置偏差上加上來自第一學(xué)習(xí)控制器70 的修正量這點(diǎn)外，與現(xiàn)有的伺服控制裝置一樣。通過數(shù)值控制裝置20把計(jì)算重復(fù)的位置指令Pc的作為基準(zhǔn)的基準(zhǔn)角度θ = cot 與位置指令Pc —起交給伺服控制裝置40，伺服控制裝置40就能夠參照該基準(zhǔn)角度θ = ω t進(jìn)行角度同步學(xué)習(xí)控制。下面說明用于進(jìn)行角度同步方式的學(xué)習(xí)控制的第一學(xué)習(xí)控制器70。該第一學(xué)習(xí)控制器70，具有時(shí)間一角度變換單元42、加法器43、帶限濾波器44、延遲存儲器45、角度一時(shí) 間變換單元46、以及相位超前濾波器47。時(shí)間一角度變換單元42是使用位置偏差ε和作為參照角度的基準(zhǔn)角度θ (= ω t)把(每一指令分配周期的)位置偏差ε變換為每一規(guī)定角度的位置偏差ε的第一變 換單元。亦即，該第一變換單元把以時(shí)間為基準(zhǔn)的位置偏差ε變換為以角度為基準(zhǔn)的位置 偏差ε。加法器43把用第一變換單元(時(shí)間一角度變換單元4 求得的規(guī)定角度θ ’(m) (m= 1、2、3、…mmax)中的位置偏差ε加在在延遲存儲器45中存儲的對應(yīng)的1圖形周期前 的規(guī)定角度θ，(m)中的修正數(shù)據(jù)上。帶限濾波器44濾波處理加法器43的輸出，求修正數(shù)據(jù)，把求得的修正數(shù)據(jù)(每一 規(guī)定角度的修正數(shù)據(jù))向存儲有基準(zhǔn)角度的360度量的延遲存儲器45輸出。該延遲存儲 器45存儲從帶限濾波器44接收的修正數(shù)據(jù)。角度一時(shí)間變換單元46，是從延遲存儲器45的各規(guī)定角度θ，(m)中讀出與基準(zhǔn) 角度θ (= cot)對應(yīng)的修正數(shù)據(jù)、把該讀出的修正數(shù)據(jù)(以角度為基準(zhǔn)的修正數(shù)據(jù))變換 為以時(shí)間為基準(zhǔn)的修正數(shù)據(jù)的第二變換單元。通過該第二變換單元(角度一時(shí)間變換單元 46)被變換為對于時(shí)間的修正數(shù)據(jù)的修正數(shù)據(jù)，通過相位超前濾波器47補(bǔ)償控制對象的相 位延遲后向運(yùn)算器48輸出。用運(yùn)算器48把位置偏差ε加在來自第一學(xué)習(xí)控制器70的修 正量上。這里，進(jìn)一步詳細(xì)說明第一變換單元(時(shí)間一角度變換單元4 和第二變換單元 (角度一時(shí)間變換單元46)。第一變換單元(時(shí)間一角度變換單元4 把在每一指令分配周期(每一位置、速 度回路處理周期)中求得的位置偏差ε變換為基準(zhǔn)角度θ ’(m)中的位置偏差。延遲存儲 器45具有如下這樣的存儲器部亦即，該存儲器部存儲被重復(fù)指令的加工形狀等的分割其 重復(fù)動作的1圖形周期性的每一規(guī)定角度的角度位置θ，(m)的修正數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)1圖形周 期為2 π、分割寬度為d時(shí)，至少具有(2πΜ)個(gè)存儲器部。例如，如果設(shè)(2πΜ) =q，則 延遲存儲器45具有存儲1圖形周期中的從θ，(0) = 0到θ，(q-1) = 2 π -d的各角度位 置θ ’(m)處的修正數(shù)據(jù)的存儲器部。第二變換單元(角度一時(shí)間變換單元46)在每一指令分配周期根據(jù)在該周期中求 得的基準(zhǔn)角度θ (η)，通過該基準(zhǔn)角度θ (η)的前和后的基準(zhǔn)角度θ ’(m)和θ ’ (m+Ι)處 的修正數(shù)據(jù)的插補(bǔ)處理，求當(dāng)前采樣時(shí)的修正數(shù)據(jù)δ (η)。該求得的修正數(shù)據(jù)δ (η)成為當(dāng) 前采樣時(shí)的修正數(shù)據(jù)(以時(shí)間為基礎(chǔ)的修正數(shù)據(jù))。圖3是圖2所示的伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行的角度同步方式的學(xué)習(xí)控制處理的流程圖。 下面遵照各步驟進(jìn)行說明。[步驟100]給數(shù)值控制裝置設(shè)定加工條件。該學(xué)習(xí)控制處理中的加工條件是角速 度ω。[步驟102]數(shù)值控制裝置計(jì)算每一分配指令周期T的基準(zhǔn)角度ωt。ω是角速度 (加工條件)，t是經(jīng)過時(shí)間(t = nXT)。另外，η = 1、2、3…。[步驟104]數(shù)值控制裝置計(jì)算搖動指令。在該學(xué)習(xí)控制處理中計(jì)算COs( t)。[步驟106]數(shù)值控制裝置分配位置指令Pc和基準(zhǔn)角度θ，向伺服控制裝置輸出。[步驟108]伺服控制裝置基于在伺服電動機(jī)上安裝的位置檢測器的位置反饋Pf檢測伺服電動機(jī)的現(xiàn)在位置。[步驟110]伺服控制裝置計(jì)算位置指令Pc和位置反饋Pf的差(位置偏差ε)。[步驟112]伺服控制裝置使用位置偏差ε和基準(zhǔn)角度θ進(jìn)行第一變換(從以時(shí) 間為基準(zhǔn)的位置偏差向以角度為基準(zhǔn)的位置偏差的變換)。[步驟114]伺服控制裝置計(jì)算學(xué)習(xí)控制的修正量。[步驟116]伺服控制裝置存儲1周期量的修正量。[步驟118]伺服控制裝置使用修正量和基準(zhǔn)角度θ進(jìn)行第二變換(從以角度為 基準(zhǔn)的修正數(shù)據(jù)向以時(shí)間為基準(zhǔn)的修正數(shù)據(jù)的變換)。[步驟120]伺服控制裝置進(jìn)行相位超前濾波處理。[步驟122]伺服控制裝置，通過在位置偏差ε上加上濾波器輸出，修正位置偏差 ε ο[步驟124]伺服控制裝置使用修正的位置偏差ε，控制伺服電動機(jī)。下面參照圖5說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的第二實(shí)施方式。圖5是說明進(jìn)行角度 同步方式的學(xué)習(xí)控制處理的場合的高速搖動動作開始時(shí)的超調(diào)對策的圖。在高速搖動動作中應(yīng)用角度同步方式的場合，有時(shí)在搖動動作開始時(shí)發(fā)生超調(diào)。 在夾具磨床等中，根據(jù)工件2的形狀，當(dāng)在圓筒磨具6的上下死點(diǎn)處，即使振幅比指令振幅 稍大一點(diǎn)，有時(shí)也會使圓筒磨具6等工具破損(參照圖4、圖13)。圖4是說明在搖動動作 中無超調(diào)的重要性的圖。當(dāng)發(fā)生超調(diào)時(shí)，如圖4所示，圓筒磨具6的尖端會和工件2的一個(gè) 端面沖突。為防止該沖突，本發(fā)明的第二實(shí)施方式具有在工件2的加工前決定最優(yōu)的學(xué)習(xí)控 制的參數(shù)、從搖動開始時(shí)的超調(diào)量調(diào)整學(xué)習(xí)控制的相位超前濾波器47的輸出foe的單元。圖5表示的伺服控制系統(tǒng)具有的第二學(xué)習(xí)控制器72，在圖2表示的伺服控制系統(tǒng) 具有的第一學(xué)習(xí)控制器70之外，附加了微分器50、開始判定器51、超調(diào)量計(jì)算器52、增益調(diào) 整器53、乘法器M。在第二學(xué)習(xí)控制器72中，當(dāng)檢測到通過微分器50對基準(zhǔn)角度θ進(jìn)行微分得到的 角速度ω成為0以外的值時(shí)，開始判定器51判斷為搖動開始。超調(diào)量計(jì)算器52分別計(jì)算 從搖動開始起到基準(zhǔn)角度θ成為360度之間的位置指令Pc和位置反饋Pf的最大值以及 最小值，進(jìn)而，在位置反饋Pf的最大值或者最小值的絕對值比位置指令Pc的絕對值大的場 合，計(jì)算其差作為超調(diào)量0ν。增益調(diào)整器53根據(jù)超調(diào)量Ov計(jì)算增益調(diào)整值。乘法器討通 過在相位超前濾波器47的輸出foe上乘以該增益調(diào)整值把輸出調(diào)整為foe’。亦即，根據(jù)超調(diào) 量Ov例如使用Gx’ = (1-α XOv) Xfoc的公式減小相位超前濾波器47先前的輸出foe。這 里，設(shè)當(dāng)foe彡0、0v彡0時(shí)0v = 0。另外，α是常數(shù)(參照圖5、圖6Α、圖6Β)，在加工前作 為參數(shù)設(shè)定。使用圖6Α以及圖6Β說明通過正弦波指令在搖動開始時(shí)的超調(diào)(超過上下死點(diǎn)的
量)O圖6Α說明不通過增益調(diào)整器53進(jìn)行增益的調(diào)整、輸出foe是100%的場合，圖6B 說明通過增益調(diào)整器53進(jìn)行增益的調(diào)整、調(diào)整后的輸出foe是50%的場合。如圖6A的圖表 (無增益調(diào)整)所示，在搖動動作開始后發(fā)生超調(diào)(超過上下死點(diǎn)的量)，但是如果進(jìn)行增 益調(diào)整，則如圖6B所示，可知搖動開始后的超調(diào)變小。
另外，在學(xué)習(xí)控制的追隨過程中，當(dāng)相位超前濾波器47的增益設(shè)定不適當(dāng)時(shí)發(fā)生 超調(diào)。下面參照圖7說明本發(fā)明的控制系統(tǒng)的第三實(shí)施方式。圖7是說明在進(jìn)行角度同 步方式的學(xué)習(xí)控制處理的場合的高速搖動動作的變速時(shí)的超調(diào)對策的圖。在高速搖動動作中應(yīng)用角度同步方式的學(xué)習(xí)控制的場合，有時(shí)在搖動動作的變速 時(shí)發(fā)生超調(diào)。基于與上述第二實(shí)施方式(圖5)中說明的同樣的理由，該超調(diào)有抑制的必 要。特別，在搖動動作從高速減速到低速的場合，學(xué)習(xí)控制不能追隨其速度變化，結(jié)果，有時(shí) 會成為過補(bǔ)償，從而發(fā)生超調(diào)。圖7表示的伺服控制系統(tǒng)具有的第三學(xué)習(xí)控制器74，在圖2表示的伺服控制系統(tǒng) 具有的第一學(xué)習(xí)控制器70之外，附加了微分器50、變速判定器55、超調(diào)量計(jì)算器52、學(xué)習(xí)修 正輸出調(diào)整器56、乘法器57。為抑制搖動動作的變速時(shí)的超調(diào)，在該第三學(xué)習(xí)控制器74中，變速判定器55從用 微分器50微分基準(zhǔn)角度θ得到的角速度ω檢測變速點(diǎn)。亦即，通過變速判定器55檢測該 角速度ω的變化來判斷搖動動作的變速。超調(diào)量計(jì)算器52分別計(jì)算從搖動動作有變速起 到基準(zhǔn)角度θ成為360度之間的位置指令Pc和位置反饋Pf的最大值以及最小值，進(jìn)而， 在位置反饋Pf的最大值或者最小值的絕對值比位置指令Pc的絕對值大的場合，計(jì)算其差 作為超調(diào)量0ν。學(xué)習(xí)修正輸出調(diào)整器56根據(jù)該算出的超調(diào)量Ov計(jì)算學(xué)習(xí)控制的修正值。 亦即，根據(jù)超調(diào)量Ov例如使用Cm’ = (l-β XOv) XCm的公式減小學(xué)習(xí)控制的輸出修正量 Cm。這里，設(shè)當(dāng)Cm彡0、0ν彡0時(shí)0ν = 0。另外，β是常數(shù)(參照圖7、圖8Α-圖8C)，在加 工前作為參數(shù)事先設(shè)定好。圖8Α-圖8C是說明在正弦波形指令中指令頻率從2Hz減速到IHz的場合的超調(diào) (超過上下死點(diǎn)的量)變小的圖。圖8A表示學(xué)習(xí)控制的輸出修正量Cm在減速時(shí)無限制的 場合，圖8B表示學(xué)習(xí)控制的輸出修正量Cm被限制到50%的場合，圖8C表示學(xué)習(xí)控制的輸 出修正量Cm被限制到0%的場合。在正弦波形指令中指令頻率從2Hz減速到IHz的場合，如果對減速時(shí)在學(xué)習(xí)控制 的輸出修正量Cm加以限制，則如圖8B以及圖8C所示，可知超調(diào)變小。另外，因?yàn)楫?dāng)在IHz 下輸出在2Hz下學(xué)習(xí)控制的修正量時(shí)會成為過補(bǔ)償，所以發(fā)生超調(diào)。下面參照圖9說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的第四實(shí)施方式。圖9是說明進(jìn)行角度 同步方式的學(xué)習(xí)控制處理的場合的搖動動作開始時(shí)的沖擊對策的圖。學(xué)習(xí)控制因?yàn)榧眲〉厥刮恢闷钍諗康搅?，所以就會根?jù)學(xué)習(xí)控制開始時(shí)的位置 偏差的大小而輸出大的修正量。其結(jié)果，在學(xué)習(xí)控制開始時(shí)，根據(jù)其修正量的大小，伺服控 制裝置40指令大的轉(zhuǎn)矩，有時(shí)這是發(fā)生機(jī)械沖擊的原因。因?yàn)榇蟮臎_擊會引起機(jī)械損壞， 所以希望抑制機(jī)械沖擊。圖9表示的伺服控制系統(tǒng)具有抑制在高速搖動動作中應(yīng)用角度同步方式的學(xué)習(xí) 控制的場合能夠發(fā)生的搖動動作開始時(shí)的機(jī)械沖擊的單元。該伺服控制系統(tǒng)具有的第四 學(xué)習(xí)控制器76，在圖2表示的伺服控制系統(tǒng)具有的第一學(xué)習(xí)控制器70之外，附加了微分器 50、開始判定器51、偏差監(jiān)視器59、開始定時(shí)調(diào)整器60、以及開關(guān)61，在搖動動作開始時(shí)監(jiān) 視偏差，在該偏差到達(dá)零附近之前使學(xué)習(xí)開始的時(shí)刻延遲。微分器50對基準(zhǔn)角度θ進(jìn)行微分得到角速度ω。當(dāng)開始判定器51檢測到用該微分器50算出的角速度ω成為0以外的值時(shí)，判斷為搖動運(yùn)動開始。當(dāng)判斷為搖動運(yùn)動 開始時(shí)，偏差監(jiān)視器59開始監(jiān)視偏差ε的值。然后，當(dāng)偏差監(jiān)視器59檢測到偏差ε的值 瞬間到達(dá)零附近的規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，開始通過時(shí)間一角度變換單元42把每一指令分配周期 的偏差ε變換為每一規(guī)定角度的位置偏差ε，起動學(xué)習(xí)控制。圖IOA-圖IOC是說明正弦波形指令開始時(shí)的沖擊變小的圖。如圖IOA所示，在不 延遲學(xué)習(xí)開始的場合，在正弦波形指令開始時(shí)發(fā)生沖擊，但是如圖IOB所示，通過調(diào)整學(xué)習(xí) 開始的延遲( 度的延遲)，能夠消除沖擊。下面參照圖11說明本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的第五實(shí)施方式。圖11是說明進(jìn)行角 度同步方式的學(xué)習(xí)控制處理的場合的搖動動作結(jié)束時(shí)的沖擊對策的圖。在高速搖動動作中應(yīng)用角度同步方式的學(xué)習(xí)控制的場合，在搖動動作停止時(shí)存在 發(fā)生沖擊的問題。圖11表示的伺服控制系統(tǒng)具有抑制那樣的搖動動作停止時(shí)的沖擊的單元。為停止搖動動作，雖然在用某一時(shí)間常數(shù)減速角速度沒有問題，但是在立即停止 搖動動作的場合、在為中斷搖動動作進(jìn)行通常的直線式減速而急劇停止學(xué)習(xí)控制的場合， 因?yàn)樾拚客蝗怀蔀榱悖晕恢闷罴眲≡黾?，會發(fā)生沖擊。該現(xiàn)象依賴于搖動動作停止 時(shí)的速度的大小。如上所述，因?yàn)榇蟮臎_擊會引起機(jī)械損壞，因此希望抑制沖擊。圖11表示的伺服控制系統(tǒng)，通過使用搖動動作停止時(shí)的電動機(jī)速度和其時(shí)的相 位超前濾波器的輸出，根據(jù)電動機(jī)的減速速度減低輸出，來抑制沖擊。該伺服控制系統(tǒng)具有 的第五學(xué)習(xí)控制器78，在圖2表示的伺服控制系統(tǒng)具有的第一學(xué)習(xí)控制器70之外，附加了 微分器50、微分器58、結(jié)束判定器62、速度依存修正輸出單元63。搖動動作的開始和結(jié)束，用由微分器50微分基準(zhǔn)角度θ = cot得到的角速度ω 的值進(jìn)行判斷。同時(shí)，用該角速度ω的變化來判斷開啟了學(xué)習(xí)控制還是關(guān)閉了學(xué)習(xí)控制。 其理由是，當(dāng)角速度ω成為零時(shí)角度同步方式的學(xué)習(xí)控制不工作。這里，檢測角速度ω成為了零判斷搖動動作和學(xué)習(xí)的結(jié)束。暫時(shí)保存好結(jié)束瞬間 相位超前濾波器47的輸出Gx。其后，使該輸出(Gx’)依存速度Ve，例如應(yīng)用Gx’ = GxXVe/ Vo的公式，慢慢變小。另外，通過用微分器50對位置反饋Pf進(jìn)行微分求速度Ve(參照圖 11、圖 12A、圖 12B)。圖12A-圖12B是說明正弦波形指令結(jié)束時(shí)沖擊變小的圖。如圖12A所示，因?yàn)樵?減速開始的定時(shí)角速度ω成為零，輸出foe也成為零，所以沖擊大。通過角度同步的學(xué)習(xí)控 制，參照基準(zhǔn)角度θ進(jìn)行學(xué)習(xí)，能夠在基準(zhǔn)角度θ不變化時(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)。因此，當(dāng)使相位超 前濾波器47的輸出foe — 口氣成為零時(shí)會發(fā)生沖擊。另一方面，在依存減速時(shí)速度調(diào)整to 的場合，因?yàn)樵跍p速開始的時(shí)刻角速度成為零，且輸出to慢慢變小，所以沖擊小。
權(quán)利要求
1.一種伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)，用于控制機(jī)床或者產(chǎn)業(yè)機(jī)械的伺服電動機(jī)，所述伺服電 動機(jī)驅(qū)動進(jìn)行周期性的高速搖動的被驅(qū)動體，該伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)包含控制裝置和伺服 控制裝置，所述控制裝置具有計(jì)算基準(zhǔn)角度的基準(zhǔn)角度計(jì)算單元；和根據(jù)所述基準(zhǔn)角度和加工條件計(jì)算周期性的搖動指令的搖動指令計(jì)算單元， 所述伺服控制裝置具有 檢測所述伺服電動機(jī)的位置的位置檢測單元；對于每一指令分配周期運(yùn)算所述搖動指令和所檢出的所述伺服電動機(jī)的位置間的差 即位置偏差的位置偏差運(yùn)算單元；和根據(jù)所述基準(zhǔn)角度和所述搖動指令以及所述位置偏差進(jìn)行學(xué)習(xí)控制的學(xué)習(xí)控制單元， 通過所述學(xué)習(xí)控制單元修正由所述位置偏差運(yùn)算單元所運(yùn)算出的位置偏差，并對所述 伺服電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述基準(zhǔn)角度計(jì)算單元使用由加工條件所給出的角速度ω、和所述指令分配周期T， 計(jì)算時(shí)刻t = ηΤ時(shí)的所述基準(zhǔn)角度cot，其中η = 1、2、3、……。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)，其中， 所述學(xué)習(xí)控制單元具有第一變換單元，用于把在每一所述指令分配周期所取得的所述位置偏差變換為每一所 述基準(zhǔn)角度的偏差；修正量計(jì)算單元，用于根據(jù)變換后的每一所述基準(zhǔn)角度的偏差計(jì)算所述基準(zhǔn)角度的修正量；修正量存儲單元，用于存儲所述周期性的高速搖動的所述被驅(qū)動體的至少相當(dāng)1周期 的所述算出的修正量；第二變換單元，用于把在所述修正量存儲單元中存儲的修正量變換為每一所述指令分 配周期的修正量；和相位超前濾波器，用于使通過所述第二變換單元求得的修正量的相位向前移動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)，其中， 所述伺服控制裝置還具有以下單元根據(jù)所述搖動指令和所述伺服電動機(jī)的位置計(jì)算搖動開始時(shí)的超調(diào)量的單元；和 根據(jù)所述超調(diào)量調(diào)整所述相位超前濾波器的輸出的單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)，其中， 所述伺服控制裝置還具有以下單元根據(jù)所述搖動指令和所述伺服電動機(jī)的位置計(jì)算搖動速度變化時(shí)的超調(diào)量的單元；和 根據(jù)所述超調(diào)量調(diào)整在所述修正量存儲單元中存儲的修正量的大小的單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)，其中，所述伺服控制裝置，還具有在搖動開始時(shí)檢測所述位置偏差是在零附近的規(guī)定范圍內(nèi) 的單元，在所述位置偏差處于零附近的規(guī)定范圍內(nèi)后，所述第一變換單元才開始把在每一 所述指令分配周期所取得的所述位置偏差變換為每一所述基準(zhǔn)角度的偏差。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)，其中， 所述伺服控制裝置還具有以下單元在搖動結(jié)束時(shí)根據(jù)所述伺服電動機(jī)的位置數(shù)據(jù)求取該伺服電動機(jī)的速度數(shù)據(jù)的單元;和使用所述伺服電動機(jī)的速度數(shù)據(jù)調(diào)整所述相位超前濾波器的輸出的單元。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使高速搖動動作高精度化的伺服控制系統(tǒng)，其可在夾具磨床等中的高速搖動動作中應(yīng)用角度同步方式的學(xué)習(xí)控制，該伺服控制系統(tǒng)由數(shù)值控制裝置和伺服控制裝置構(gòu)成。數(shù)值控制裝置計(jì)算基準(zhǔn)角度θ(＝ωt)，另外，根據(jù)該基準(zhǔn)角度θ和加工條件(角速度ω)計(jì)算周期性的搖動指令F(t)。另一方面，伺服控制裝置在每一規(guī)定周期計(jì)算搖動指令F(t)和伺服電動機(jī)的位置的差(位置偏差ε)，根據(jù)基準(zhǔn)角度θ和搖動指令F(t)以及位置偏差ε進(jìn)行學(xué)習(xí)控制。
文檔編號G05B19/404GK102096392SQ201010519108
公開日2011年6月15日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月9日
發(fā)明者豐澤雪雄, 園田直人, 置田肇 申請人:發(fā)那科株式會社