本發(fā)明涉及一種伺服控制裝置以及伺服控制方法，特別是涉及一種伺服電動機的伺服控制裝置以及伺服控制方法。

背景技術(shù)：

例如在專利文獻(xiàn)1中記載了伺服電動機的伺服控制裝置。在專利文獻(xiàn)1中記載了伺服控制裝置將扭矩指令或電流指令的采樣值變換為頻率下的伺服電動機的扭矩強度，將伺服電動機的扭矩強度為峰值的頻帶判斷為振蕩頻帶，并在調(diào)整速度控制增益時設(shè)定帶阻濾波器以使振蕩頻帶中的伺服電動機的扭矩強度衰減。

然而，在專利文獻(xiàn)1中，當(dāng)控制增益不僅針對共振峰值振幅而且針對共振頻率造成影響時，無法進(jìn)行將其頻率變動量也考慮在內(nèi)的濾波器調(diào)整。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2013-126266號公報(摘要、段落0008、圖2等)

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種在控制增益不僅針對共振峰值振幅而且針對共振頻率也造成影響時，能夠進(jìn)行將其頻率變動量也考慮在內(nèi)的濾波器調(diào)整的伺服控制裝置以及伺服控制方法。

(1)本發(fā)明的伺服控制裝置(例如，后述的伺服控制裝置10)具備：速度指令制作部(例如，后述的速度指令制作部100)，其制作伺服電動機(例如，后述的伺服電動機20)的速度指令值；速度檢測部(例如，后述的速度檢測部107)，其檢測所述伺服電動機的速度；速度控制增益(例如，后述的速度控制增益101)，其作為速度控制環(huán)的控制增益；扭矩指令制作部(例如，后述的扭矩指令制作部102)，其制作針對所述伺服電動機的扭矩指令值；至少一個濾波器(例如，后述的濾波器103)，其使所述扭矩指令值中包含的特定的頻帶成分衰減；正弦波掃描輸入部(例如，后述的正弦波掃描輸入部104)，其在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行正弦波掃描；頻率特性計算部(例如，后述的頻率特性計算部105)，其計算所掃描的正弦波的頻率特性；濾波器調(diào)整部(例如，后述的濾波器調(diào)整部106)，其調(diào)整所述濾波器以使所述扭矩指令值中包含的特定的頻帶成分衰減，所述速度控制增益、所述扭矩指令制作部、所述濾波器以及所述速度檢測部構(gòu)成所述速度控制環(huán)，對所述速度控制增益輸入在所述速度指令值與檢測到的所述速度的差中加入了從所述正弦波掃描輸入部輸出的正弦波而得的信號，所述濾波器調(diào)整部變更所述速度控制增益的值的同時檢測所述頻率特性計算部計算的頻率特性中包含的共振頻率，并測定所述速度控制增益對共振頻率以及共振峰值振幅造成的影響，由此來調(diào)整所述濾波器。

(2)在(1)所記載的伺服控制裝置中，所述濾波器調(diào)整部也可以根據(jù)所述速度控制增益的值與從所述頻率特性計算部獲得的頻率特性的共振峰值振幅之間的定量關(guān)系來決定共振特性的評價以及所述濾波器的可用性。

(3)在(1)或(2)所記載的伺服控制裝置中，所述濾波器調(diào)整部也可以根據(jù)所述速度控制增益的值與從所述頻率特性計算部獲得的頻率特性的共振頻率之間的定量關(guān)系來決定共振特性的評價以及所述濾波器的可用性。

(4)本發(fā)明的伺服控制裝置的伺服控制方法制作伺服電動機的速度指令值，檢測所述伺服電動機的速度，對速度控制增益輸入在所述速度指令值與檢測到的所述速度的差中加入了在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)掃描的正弦波而得的信號，基于來自所述速度控制增益的輸出來制作針對所述伺服電動機的扭矩指令值，通過至少一個濾波器使所述扭矩指令值中包含的特定的頻帶成分衰減，根據(jù)所述特定的頻帶成分已衰減的所述扭矩指令值來驅(qū)動所述伺服電動機，該方法計算在所述預(yù)定的頻率范圍內(nèi)掃描的所述正弦波的頻率特性，變更所述速度控制增益的值的同時檢測計算出的頻率特性中包含的共振頻率，測定所述速度控制增益的值對共振頻率以及共振峰值振幅造成的影響，由此調(diào)整所述濾波器以使所述扭矩指令值中包含的特定的頻帶成分衰減。

本發(fā)明的伺服控制程序使作為伺服電動機的伺服控制裝置的計算機執(zhí)行如下處理：制作伺服電動機的速度指令值的處理，檢測所述伺服電動機的速度的處理，對速度控制增益輸入在所述速度指令值與檢測到的所述速度的差中加入了在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)掃描的正弦波而得的信號的處理，基于來自所述速度控制增益的輸出來制作針對所述伺服電動機的扭矩指令值的處理，通過至少一個濾波器使所述扭矩指令值中包含的特定的頻帶成分衰減的處理，根據(jù)所述特定的頻帶成分已衰減的所述扭矩指令值來驅(qū)動所述伺服電動機的處理，計算在所述預(yù)定的頻率范圍內(nèi)掃描的所述正弦波的頻率特性，變更所述速度控制增益的值的同時檢測計算出的頻率特性中包含的共振頻率，測定所述速度控制增益的值對共振頻率以及共振峰值振幅造成的影響，以衰減所述扭矩指令值所包含的特定的頻帶成分的方式調(diào)整所述濾波器。

根據(jù)本發(fā)明，在控制增益不僅針對共振峰值振幅而且針對共振頻率也造成的影響時，能夠進(jìn)行將其頻率變動量也考慮在內(nèi)的濾波器調(diào)整。

附圖說明

圖1是表示包含本發(fā)明的一個實施方式的伺服控制裝置、伺服電動機、以及傳動機構(gòu)的系統(tǒng)的框圖。

圖2是本發(fā)明的一個實施方式的伺服控制裝置中的，表示速度控制增益變動時的頻率與共振峰值增益(共振峰值振幅)之間的關(guān)系的特性圖。

圖3是本發(fā)明的一個實施方式的伺服控制裝置中的，在橫軸(x軸)上用分貝表示速度控制增益，在縱軸(y軸)上用分貝表示共振峰值增益(共振峰值振幅)的特性圖。

圖4是表示本發(fā)明的一個實施方式的伺服控制裝置的動作的流程圖。

附圖標(biāo)記說明

10：伺服控制裝置；

20：伺服電動機；

30：傳動機構(gòu)；

100：速度指令制作部；

101：速度控制增益；

102：扭矩指令制作部；

103：濾波器；

104：正弦波掃描輸入部；

105：頻率特性計算部；

106：濾波器調(diào)整部；

107：速度檢測部。

具體實施方式

以下，使用附圖來說明本發(fā)明的實施方式。

圖1是表示包含本發(fā)明的一個實施方式的伺服控制裝置、伺服電動機、以及傳動機構(gòu)的系統(tǒng)的框圖。

如圖1所示，伺服控制裝置10具備：制作伺服電動機20的速度指令值的速度指令制作部100、作為速度控制環(huán)的控制增益的速度控制增益101、制作伺服電動機20的扭矩指令值的扭矩指令制作部102、使扭矩指令值中包含的特定的頻帶成分衰減的濾波器103。

另外，伺服控制裝置10具備：檢測伺服電動機20的速度的速度檢測部107、在預(yù)定的頻率范圍內(nèi)對速度控制環(huán)進(jìn)行正弦波掃描的正弦波掃描輸入部(也稱為正弦波干擾輸入部)104、計算由正弦波掃描輸入部104掃描的正弦波頻率特性的頻率特性計算部105、調(diào)整濾波器103以使扭矩指令值所包含的特定的頻帶成分衰減的的濾波器調(diào)整部106。

速度控制增益101、扭矩指令制作部102、濾波器103以及速度檢測部107構(gòu)成用于控制伺服電動機20的轉(zhuǎn)速的速度控制環(huán)。在圖1中表示了一個濾波器103，但是也可以設(shè)置多個。

傳動機構(gòu)30是機床的進(jìn)給軸、使伺服電動機20的角速度進(jìn)行減速的減速機、將伺服電動機20的旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動的變換結(jié)構(gòu)等。

濾波器調(diào)整部106變更速度控制增益101的值，同時參照速度控制增益101的輸出值，檢測頻率特性計算部105計算的頻率特性所包含的共振頻率。然后，濾波器調(diào)整部106通過測定速度控制增益101對該共振頻率以及共振峰值振幅造成的影響來調(diào)整濾波器103要衰減的頻帶。例如，如圖2所示，濾波器調(diào)整部106將速度控制增益101的速度控制增益的值ω變更為200、400、800、1600(％)，同時參照速度控制增益101的輸出值，檢測頻率特性計算部105計算的頻率特性所包含的共振頻率。然后，濾波器調(diào)整部106通過測定速度控制增益101對該共振頻率以及共振峰值振幅造成的影響，調(diào)整濾波器103以使扭矩指令所包含的特定的頻帶成分衰減。

如上所述，圖2是表示在速度控制增益發(fā)生變動時的，頻率與共振峰值增益(共振峰值振幅)之間的關(guān)系的特性圖。如圖2所示，可知在濾波器調(diào)整部106將速度控制增益的值ω變更為200、400、800、1600(％)時，對應(yīng)于速度控制增益的上升，共振峰值增大。另外，可知在濾波器調(diào)整部106將速度控制增益的值ω變更為200、400、800、1600(％)時，對應(yīng)于速度控制增益的上升，在860hz附近的頻率區(qū)域，兩個共振峰值增益的值的大小關(guān)系改變(即，獲得最大共振峰值增益的共振頻率向高頻側(cè)移動)，在1150hz附近、1310hz附近的頻率區(qū)域獲得共振峰值增益時的共振頻率向低頻側(cè)移動。

此外，由于其他原因產(chǎn)生共振頻率的偏移，例如，在非專利文獻(xiàn)1(h.-c.mo··hring(2)etal.cirpannals-manufacturingtechnology64(2015)725-748)中對機械結(jié)構(gòu)的共振進(jìn)行了報告，記載了與扭轉(zhuǎn)振動相比彎曲振動的共振頻率的偏移相對較大，在作為彎曲起因的共振模式中共振頻率容易變化。在本實施方式中，關(guān)注于這樣的特性，并在速度控制增益101造成的影響對于共振頻率顯著時，濾波器調(diào)整部106將其頻率變動量也考慮在內(nèi)，調(diào)整濾波器103以使扭矩指令所包含的特定的頻帶成分衰減。

濾波器調(diào)整部106能夠在算式中記述速度控制增益101的值與從頻率特性計算部105獲得的頻率特性的共振峰值振幅之間的定量關(guān)系來決定共振特性的評價以及濾波器的可用性。圖3是在橫軸(x軸)上用分貝表示速度控制增益，在縱軸(y軸)上用分貝表示共振峰值增益(共振峰值振幅)的特性圖。在圖3中，表示了在860hz附近的頻率范圍的共振峰值增益、在1150hz附近的頻率范圍的共振峰值增益、在1310hz附近的頻率范圍的共振峰值增益。在圖2中分別以虛線表示這些頻率范圍。

速度控制增益與共振峰值增益之間的定量關(guān)系在速度控制增益的值ω為200、400、800、1600時，分別如圖3所示，能夠用以下的三個算式(算式1～算式3)所表示的直線來表示。y表示共振峰值增益、x表示速度控制增益。在圖3中，r²是決定系數(shù)，表示由算式1～算式3示出的直線適合到哪種程度。

[算式1]

y＝1.2633x－36.367(860hz附近的頻率范圍)。

[算式2]

y＝1.3368x－30.048(1150hz附近的頻率范圍)。

[算式3]

y＝1.1812x－39.204(1310hz附近的頻率范圍)。

在這里，速度控制增益與共振峰值增益之間的定量關(guān)系如果是線性系統(tǒng)(彈簧質(zhì)量阻尼系統(tǒng))，則直線傾斜應(yīng)該為1。但是，如算式1～算式3所示的那樣，直線的斜率大于1。大于1的斜率增大表示非線性的共振成長的“速度”增大。濾波器調(diào)整部106如果按照該“速度”的順序決定濾波器適用的優(yōu)先度，則非線性的共振成長越快越能夠優(yōu)先地調(diào)整濾波器。如從算式1～算式3所明確的那樣，因為斜率為1.3368＞1.2633＞1.1812，所以優(yōu)先順序為，從優(yōu)先順序高的開始，為1150hz附近的頻率范圍、860hz附近的頻率范圍、1310hz附近的頻率范圍。因此，濾波器調(diào)整部106能夠針對速度控制增益調(diào)查各增益峰值(共振模式)的成長方法，通過將其定量化后的參數(shù)值來明確地決定優(yōu)先度。其結(jié)果是，能夠?qū)崿F(xiàn)通過在不同的控制增益下的多次頻率響應(yīng)測量進(jìn)行的共振模式的定量評價、基于該定量評價的濾波器強度調(diào)整以及優(yōu)先度的決定。

另外，濾波器調(diào)整部106能夠根據(jù)速度控制增益101的值與從頻率特性計算部105獲得的頻率特性的共振頻率之間的定量關(guān)系來決定共振特性的評價以及濾波器的可用性。如上所述，從圖2可知，在將速度控制增益的值ω變更為200、400、800、1600(％)時，共振峰值振幅時的共振頻率向高頻側(cè)或低頻側(cè)移動。因此，濾波器調(diào)整部106能夠根據(jù)速度控制增益的值，評價共振峰值在哪個頻率下產(chǎn)生，并能夠判斷應(yīng)在哪個頻帶適用濾波器。

接下來，使用圖4的流程圖來說明伺服控制裝置的動作。

首先，速度指令制作部100輸出速度指令值(速度的目標(biāo)值)，正弦波掃描輸入部104在預(yù)定的頻率范圍輸出正弦波(正弦波干擾)(步驟s201)。例如，正弦波掃描輸入部104例如在500hz到2000hz的頻率范圍進(jìn)行正弦波掃描。速度檢測部107檢測伺服電動機20的實際速度值(步驟s202)，并輸出速度檢測值。

其次，對速度指令值與實際的速度檢測值之間的速度誤差(vsub)加入正弦波(α)作為加算值，并將該加算值輸入到速度控制增益101。濾波器調(diào)整部106設(shè)定速度控制增益101的速度控制增益的值ω。扭矩指令制作部102基于速度控制增益101的輸出值(ω×(vsub+α))來生成扭矩指令值(步驟s203)，并輸出到濾波器103。頻率特性計算部105計算由正弦波掃描輸入部104掃描的正弦波的頻率特性(步驟s204)。

濾波器調(diào)整部106基于速度控制增益101的輸出值(ω×(vsub+α))和通過頻率特性計算部105計算出的頻率特性，檢測頻率特性計算部105計算的頻率特性所包含的共振頻率和共振峰值振幅(步驟s205)。

接著，濾波器調(diào)整部106變更速度控制增益，并再次判斷是否計算頻率特性(步驟s206)。在變更速度控制增益，并再次計算頻率特性時(s206，是)，濾波器調(diào)整部106調(diào)整速度控制增益(步驟s207)，并返回到步驟s201。

另一方面，在沒有變更速度控制增益時(s206，否)，濾波器調(diào)整部106分別匹配速度控制增益與每個共振峰值振幅、共振頻率之間的定量關(guān)系(步驟s208)，決定應(yīng)適用濾波器的共振(步驟s209)，針對濾波器103指定用于濾波對象的共振的濾波器特性(步驟s210)。

以上說明的實施方式的伺服控制裝置的全部或一部分能夠通過硬件、軟件或它們的組合來實現(xiàn)。在這里，通過軟件來實現(xiàn)意味著通過計算機讀入程序進(jìn)行執(zhí)行來實現(xiàn)。在由硬件構(gòu)成時，如圖1所示，伺服控制裝置的一部分或全部例如能夠由lsi(largescaleintegratedcircuit：大規(guī)模集成電路)、asic(applicationspecificintegratedcircuit：專用集成電路)、門陣列、fpga(fieldprogrammablegatearray：現(xiàn)場可編程門陣列)等集成電路(ic)構(gòu)成。

在通過軟件構(gòu)成伺服控制裝置的全部或一部分時，在存儲了已記述圖4的流程圖所示的伺服控制裝置的動作的全部或一部分的程序的硬件、rom等存儲部、存儲運算所需要的數(shù)據(jù)的dram、cpu、以及連接各部件的總線構(gòu)成的計算機中，能夠?qū)⑦\算所需要的信息存儲到dram，并通過由cpu運行該程序來實現(xiàn)。

能夠使用各種類型的計算機可讀取的介質(zhì)(computerreadablemedium)來存儲程序，并供給到計算機。計算機可讀取介質(zhì)包括各種類型的實體記錄介質(zhì)(tangiblestoragemedium：有形存儲介質(zhì))。作為計算機可讀取介質(zhì)的例子，包括磁記錄介質(zhì)(例如，軟盤、磁帶、硬盤驅(qū)動器)、光磁記錄介質(zhì)(例如，光磁盤)、cd－rom(readonlymemory：只讀存儲器)、cd－r、cd－r/w、半導(dǎo)體存儲器(例如，掩膜rom、prom(programmablerom：可編程只讀存儲器)、eprom(erasableprom：可擦可編程只讀存儲器)、閃存rom、ram(randomaccessmemory：隨機存取存儲器))。

根據(jù)以上說明的本實施方式的伺服控制裝置以及伺服控制方法，通過將增益和濾波器一體化而掌握了行為的基礎(chǔ)上分析共振特性，能夠不依賴感覺自動地調(diào)整，并能夠最大限度的靈活運用有限個數(shù)的濾波器。

另外，根據(jù)本實施方式的伺服控制裝置以及伺服控制方法，通過包含共振模式的非線性行為來進(jìn)行定量化，能夠提高調(diào)整的準(zhǔn)確性，并且能夠容易地實現(xiàn)更健全的控制系統(tǒng)。