本發(fā)明涉及一種電動機控制裝置，特別是涉及一種具有抑制振動的功能的電動機控制裝置。

背景技術：

以往，在通過電動機驅動機械的電動機控制裝置中，伺服控制系統(tǒng)通過具有低通濾波器或陷波濾波器來應對高頻諧振。這些濾波器是在伺服的控制循環(huán)內存在的濾波器，其目的不是對位置指令進行校正，而是提高伺服的響應性和穩(wěn)定性。

另一方面，以往，針對低頻諧振采用如下的方法：使用平滑的指令(例如，日本特開2009-237916號公報)、對指令實施陷波濾波、對指令使用輸入成形(例如，“preshapingcommandinputstoreducesystemvibration”，massachusettsinstituteoftechnologyartificialintelligencelaboratory，a.i.memono.1027(aim-1027)，1988-01-01)等。這些方法與應對高頻諧振的方法不同，是設計位置指令以根據對伺服控制系統(tǒng)賦予的位置指令來使機械系統(tǒng)進行諧振的頻率的能量足夠小的方法。

在機床中的電動機的控制裝置中，一般來說，進行不依賴于移動路徑的ptp(pointtopoint：點對點)控制和按照移動路徑控制機械的位置的軌跡控制這兩者。本發(fā)明是與后者即軌跡控制關聯的發(fā)明。不希望的是，在電動機的控制裝置進行軌跡控制的情況下，伺服控制系統(tǒng)與用戶所計劃的指令大幅度地脫離。

現在，考慮對某個伺服控制軸賦予時間序列的位置指令。伺服控制系統(tǒng)的目的在于，使機械按照時間序列的位置指令運動。然而，存在由于機械的諧振的影響而使機械不按照位置指令運動的情況。機械諧振在軸停止時產生殘留振動，如果是在機床加工期間，會產生在加工工件上留下條痕等問題。

在使用作為現有技術的陷波濾波器、輸入成形等技術的情況下，通過陷波濾波器或輸入成形而與諧振頻率對應的能量成分被截止，從而殘留振動減少。然而，這些濾波器雖然使殘留振動減少，但是會變更指令軌跡。因此，產生機械不按照被賦予的指令軌跡運動這樣的現象。例如，在對指令實施陷波濾波的情況下，一般來說，產生過沖。其原因在于陷波濾波器的階段式響應產生過沖，這是能夠容易理解的。如果由于使用陷波濾波器而指令軌跡發(fā)生過沖，則在加工工件上留下與過沖相應的痕跡，會發(fā)生加工質量沒有達到理想這樣的問題。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠在半閉環(huán)控制中假定兩個慣性系統(tǒng)的模型并使兩個慣性系統(tǒng)的負荷側沒有軌跡誤差地運動的電動機控制裝置。

本發(fā)明的一個實施例所涉及的電動機控制裝置的特征在于，在對伺服電動機與通過伺服電動機驅動的被驅動部之間的彈性變形進行校正的電動機控制裝置中，具有：位置指令部，其用于指示被驅動部的位置；校正濾波器部，其用于對由位置指令部輸出的位置指令進行校正；以及伺服控制部，其基于由校正濾波器部輸出的校正后位置指令來對伺服電動機的移動進行控制，校正濾波器部包括：逆特性濾波器，其對從電動機位置至機械位置的傳遞特性的逆特性進行近似；以及高頻截止濾波器，其使位置指令的高頻成分降低，其中，逆特性濾波器是使機械諧振頻率ω0的增益降低的濾波器，高頻截止濾波器針對逆特性濾波器中已設定的機械諧振頻率ω0使用1以上的常數a而具有常數a倍的高頻截止頻率aω0。

附圖說明

本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點通過對與附圖關聯起來的以下的實施方式的說明會更加明顯。在該附圖中，

圖1是與本發(fā)明關聯的發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的框圖，

圖2是示出將機械的諧振頻率ω0設為截止頻率的二階低通濾波器的特性的曲線圖，

圖3是本發(fā)明的實施例所涉及的電動機控制裝置的框圖，

圖4是示出移動平均濾波器的時間序列數據的特性的曲線圖，以及

圖5是示出移動平均濾波器的頻率特性數據的特性的曲線圖。

具體實施方式

下面，參照附圖來說明本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置。

首先，對與本發(fā)明關聯的發(fā)明且由申請人申請的關聯申請(日本特愿2015-007219)所涉及的發(fā)明進行說明。在圖1中，示出與本發(fā)明關聯的發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的框圖。該關聯發(fā)明所涉及的電動機控制裝置是使用從電動機位置至機械位置的逆特性濾波器f(s)來對位置指令進行校正的電動機控制裝置。

圖1所示的電動機控制裝置1000具有位置指令部1001、校正濾波器部1002、伺服控制部1003、表示從轉矩至機械位置的傳遞特性的要素1004以及表示從轉矩至電動機位置的傳遞特性的要素1005。

在圖1中，向校正濾波器部1002輸入由位置指令部1001制作的位置指令。校正濾波器部1002輸出進行了校正的位置指令、即校正后位置指令。伺服控制部1003基于校正后位置指令來輸出轉矩并對電動機(未圖示)的移動進行控制。

圖1所記載的關聯發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的概要如下所述。

電動機控制裝置1000是半閉環(huán)結構的電動機控制系統(tǒng)，因此由于利用前饋控制而響應快。即，想要使從圖1中的校正后位置指令(b)至電動機位置(c)的傳遞特性大致為1。

關聯發(fā)明的目的在于，改善從位置指令(a)至機械位置(d)的傳遞特性。即，想要使從位置指令(a)至機械位置(d)的傳遞特性接近1。

出于上述的目的，對位置指令(a)設置具有從電動機位置(c)至機械位置(d)的逆特性的濾波器。

通過上述的關聯發(fā)明所涉及的電動機控制裝置，在逆特性濾波器的導出中使用作為振動模型的兩個慣性系統(tǒng)，因此能夠實現殘留振動少的位置控制。

關于關聯申請中的逆特性濾波器的具體導出，導出的是在兩個慣性系統(tǒng)中利用下述的式(1)表示從電動機位置(c)至機械位置(d)的傳遞特性的逆特性濾波器f(s)。

其中，ω0是機械諧振頻率，ζ是阻尼系數。

在關聯申請中省略導出，但是利用下述的式(2)表示從電動機位置(c)至機械位置(d)的傳遞特性g(s)。

圖1所記載的從電動機位置(c)至機械位置(d)的傳遞特性通過將機械的諧振頻率(以下也簡稱為“諧振頻率”)ω0設為截止頻率的二階低通濾波器來表示。作為例子，在圖2中示出ω0＝1[hz]、ζ＝0.1的情況的特性。在圖2中，橫軸是頻率[hz]，縱軸是增益[db]。

從該圖可知，從電動機位置(c)至機械位置(d)的傳遞特性具有下述的兩點的特性。

(i)在諧振頻率ω0下具有0[db]以上的增益。其要因在于機械系統(tǒng)以頻率ω0搖動。

(ii)在比諧振頻率ω0足夠高的頻率下，增益下降。因而，在具有低頻諧振的系統(tǒng)中，在比諧振頻率ω0足夠高的頻率下機械系統(tǒng)不響應。

在關聯申請中，為了消除上述兩點的特性，而使用針對圖2所記載的特性的逆特性濾波器來進行校正。

由于上述的(ii)的特性，具有低頻諧振的機械系統(tǒng)對于頻率大幅度地超過諧振頻率ω0不響應。針對這種機械，認為理想的是，根據位置指令的頻率特性(原本機械系統(tǒng)不響應)，截止大幅度地超過ω0的頻率，對平滑的位置指令實施位置控制。

因此，本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置101如圖3所示的框圖那樣保證位置指令的平滑，因此其特征在于，在對位置指令設置的濾波器校正部2中不僅具有逆特性濾波器21，同時還具有高頻截止濾波器22這點。本發(fā)明的實施例所涉及的電動機控制裝置101在對伺服電動機(未圖示。以下也簡稱為“電動機”)與通過伺服電動機驅動的被驅動部(未圖示)之間的彈性變形進行校正的電動機控制裝置中具有位置指令部1、校正濾波器部2以及伺服控制部3，校正濾波器部2包含逆特性濾波器21和高頻截止濾波器22。電動機控制裝置101還具有表示從轉矩至機械位置的傳遞特性的要素4、以及表示從轉矩至電動機位置的傳遞特性的要素5。

位置指令部1指示被驅動部的位置(機械位置(d))。向校正濾波器部2輸入由位置指令部1制作出的位置指令。

校正濾波器部2對由位置指令部1輸出的位置指令進行校正。校正濾波器部2輸出進行了校正的位置指令、即校正后位置指令。在本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置中，為了對負荷位置進行高精度控制，根本在于從上級控制裝置(未圖示)所指示的位置起變更電動機的指令位置這點。因此，本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置對來自上級控制裝置的位置指令進行校正。

伺服控制部3基于由校正濾波器部2輸出的校正后位置指令來對伺服電動機(電動機)的移動進行控制。通過電動機的移動，經由傳遞機構(未圖示)而使機械移動。

逆特性濾波器21對從電動機位置(c)至機械位置(d)的傳遞特性的逆特性進行近似。逆特性濾波器21是使機械諧振頻率ω0的增益降低的濾波器。此外，在本實施例中，使用簡單的逆特性濾波器。由于使用簡單的逆特性濾波器，因此能夠得到程序安裝方面的優(yōu)點。

高頻截止濾波器22使位置指令的高頻成分降低。高頻截止濾波器22針對逆特性濾波器21中已設定的機械諧振頻率ω0使用1以上的常數a而具有常數a倍的高頻截止頻率aω0。a的值因機械剛性、模型化精度而不同，但是認為大概1～5左右是適當的值。高頻截止濾波器22也可以是低通濾波器。

高頻截止濾波器22也可以是移動平均濾波器。移動平均濾波器是與被稱為輸入成形的技術的最簡單的構造相同的構造，具有梳形的頻率特性。作為例子，圖4中示出1秒的移動平均濾波器的時間序列數據。在圖4中，橫軸是時間[sec]，縱軸是振幅。另外，圖5中示出移動平均濾波器的頻率特性數據。在圖5中，橫軸是頻率[hz]，縱軸是增益[db]。

在圖3所示的本發(fā)明的實施例所涉及的電動機控制裝置的框圖中，基本上將機械諧振的增益降低的是逆特性濾波器21。然而，在由于模型化誤差的問題等而通過逆特性濾波器21抑制振動不充分的情況下，使用具有梳型特性的移動平均濾波器來作為高頻截止濾波器22是有效的。具體地說，通過使用設為a＝1的移動平均濾波器，能夠在振動抑制中利用移動平均濾波器的梳形的增益降低效果。本發(fā)明是關于同時具有逆特性濾波器21和高頻截止濾波器22的控制構造的發(fā)明，特別是通過設為a＝1能得到以下效果：用作高頻截止濾波器22的移動平均濾波器具有輸入成形效果。

使用機械諧振頻率ω0和阻尼系數ζ，通過上述的式(1)表示逆特性濾波器21。在本發(fā)明中，在二維標準系統(tǒng)中將相當于阻尼常數的值、即ζ設為非零的值來處理。在實際的機械中，振動一定衰減，因此認為在具有與阻尼常數相當的調整參數的本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置中振動抑制的效果好。

通過本發(fā)明的實施例所涉及的電動機控制裝置，能夠得到一種如下的電動機控制裝置：能夠在半閉環(huán)控制中假定兩個慣性系統(tǒng)的模型并使兩個慣性系統(tǒng)的負荷側沒有軌跡誤差地運動。