電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種包括電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)控制裝置在內(nèi)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，其中，上述電動(dòng)機(jī)使動(dòng)作對(duì)象物進(jìn)行動(dòng)作，上述電動(dòng)機(jī)控制裝置對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，作為使機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)的控制裝置，已知有一種通過(guò)P-PI控制(比例、比例積分控制)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置(例如參照專利文獻(xiàn)1)。在進(jìn)行P-PI控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置中，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置和旋轉(zhuǎn)速度被反饋，并且對(duì)旋轉(zhuǎn)位置的偏差進(jìn)行比例控制，對(duì)旋轉(zhuǎn)速度的偏差進(jìn)行比例積分控制(PI控制)。
[0003]在包括進(jìn)行P-PI控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置和由該電動(dòng)機(jī)控制裝置控制的電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)用方框圖表示以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置指令作為輸入、以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置作為輸出的閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)，例如圖5所示那樣。在圖5中，Kp是位置環(huán)增益，Κν是速度環(huán)增益，Ki是積分增益。另外，K是包括朝電動(dòng)機(jī)供給電力的放大器的固定增益和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)在內(nèi)的固定值除以機(jī)器人及電動(dòng)機(jī)的慣量后獲得的值即增益，P是與機(jī)器人及電動(dòng)機(jī)的粘性相關(guān)的項(xiàng)除以機(jī)器人及電動(dòng)機(jī)的慣量后獲得的值即增益，s是拉普拉斯算子。此外，是濾波器的截止頻率，利用濾波器將旋轉(zhuǎn)位置轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)速度。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2006-244300號(hào)公報(bào)
[0005]為了在使電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定的狀態(tài)下恰當(dāng)?shù)乜刂齐妱?dòng)機(jī)，即便機(jī)器人及電動(dòng)機(jī)的慣量等發(fā)生變動(dòng)，也可與所控制的機(jī)器人及電動(dòng)機(jī)的特性相配合地設(shè)定圖5所示的閉環(huán)系統(tǒng)的特性(即電動(dòng)機(jī)對(duì)旋轉(zhuǎn)位置指令的響應(yīng)特性)，并將該特性保持為一定，這是較為理想的。在圖5所示的閉環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)機(jī)器人及電動(dòng)機(jī)的慣量等發(fā)生變動(dòng)時(shí)，若恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)速度環(huán)增益Κν，則即便機(jī)器人及電動(dòng)機(jī)的慣量等發(fā)生變動(dòng)，或許也能將該閉環(huán)系統(tǒng)的特性保持為一定。然而，為了與所控制的機(jī)器人及電動(dòng)機(jī)的特性相配合地設(shè)定該閉環(huán)系統(tǒng)的特性自身，難以平衡良好、自動(dòng)地對(duì)位置環(huán)增益Κρ、速度環(huán)增益Κν及積分增益Ki進(jìn)行調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，能根據(jù)動(dòng)作對(duì)象物、電動(dòng)機(jī)的特性對(duì)以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置指令作為輸入、以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置作為輸出的閉環(huán)系統(tǒng)的特性進(jìn)行設(shè)定，且即便動(dòng)作對(duì)象物、電動(dòng)機(jī)的慣量等發(fā)生變動(dòng)，也能自動(dòng)地將閉環(huán)系統(tǒng)的特性保持為一定。
[0007]另外，為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括:使動(dòng)作對(duì)象物進(jìn)行動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)；以及對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于，當(dāng)用方框圖表示以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置指令作為輸入、以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置作為輸出的閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)包括比例增益要素、積分濾波要素、電動(dòng)機(jī)增益要素、電動(dòng)機(jī)要素及微分濾波要素作為傳遞要素，并包括從閉環(huán)系統(tǒng)的輸入部朝向輸出部的前向通路和從閉環(huán)系統(tǒng)的輸出部朝向輸入側(cè)的第一反饋通路及第二反饋通路，在前向通路中，在信號(hào)的傳遞方向上依次配置有第一相加點(diǎn)、比例增益要素、第二相加點(diǎn)、積分濾波要素、電動(dòng)機(jī)增益要素及電動(dòng)機(jī)要素，旋轉(zhuǎn)位置指令輸入第一相加點(diǎn)，第一反饋通路以負(fù)反饋方式與第一相加點(diǎn)連接，第二反饋通路以負(fù)反饋方式與第二相加點(diǎn)連接，并且微分濾波要素配置于第二反饋通路中，當(dāng)將包括朝電動(dòng)機(jī)供給電力的放大器的固定增益和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)在內(nèi)的固定值除以動(dòng)作對(duì)象物及電動(dòng)機(jī)的慣量而獲得的值即增益設(shè)為K，將與動(dòng)作對(duì)象物及電動(dòng)機(jī)的粘性相關(guān)的項(xiàng)除以動(dòng)作對(duì)象物及電動(dòng)機(jī)的慣量而獲得的值即增益設(shè)為P，并將拉普拉斯算子設(shè)為S時(shí)，具有用于根據(jù)動(dòng)作對(duì)象物恰當(dāng)?shù)乜刂齐妱?dòng)機(jī)的閉環(huán)系統(tǒng)的希望特性的傳遞函數(shù)即希望傳遞函數(shù)由m。/(s^mjs+mo)規(guī)定，比例增益要素是m。，積分濾波要素是由(s^qis+q。) / (sZ+ap)表示的傳遞函數(shù)，電動(dòng)機(jī)增益要素是1/K，電動(dòng)機(jī)要素是由K/(s2+ps)表示的傳遞函數(shù)，微分濾波要素是由(b^+bisVR+qiS+q。)表示的傳遞函數(shù)，a:、V b2滿足以下的關(guān)系，
[0008]a!= q i+mfp
[0009]b!= q οΠ?!
[0010]b2= (q !-p) (m1-p)+q0
[0011 ] 電動(dòng)機(jī)控制裝置包括自適應(yīng)辨識(shí)元件，該自適應(yīng)辨識(shí)元件根據(jù)朝電動(dòng)機(jī)要素的輸入和來(lái)自電動(dòng)機(jī)要素的輸出推定出增益K，電動(dòng)機(jī)控制裝置根據(jù)由自適應(yīng)辨識(shí)元件推定出的增益K對(duì)電動(dòng)機(jī)增益要素進(jìn)行更新，從而使閉環(huán)系統(tǒng)的特性與希望傳遞函數(shù)一致。
[0012]在本發(fā)明中，例如，自適應(yīng)辨識(shí)元件以規(guī)定時(shí)間間隔逐次執(zhí)行增益K的推定，電動(dòng)機(jī)控制裝置根據(jù)由自適應(yīng)辨識(shí)元件推定出的增益K以規(guī)定時(shí)間間隔逐次對(duì)電動(dòng)機(jī)增益要素進(jìn)行更新。
[0013]在本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，當(dāng)用方框圖表示以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置指令作為輸入、以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置作為輸出的閉環(huán)系統(tǒng)時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)如上所述構(gòu)成。另外，在本發(fā)明中，根據(jù)朝電動(dòng)機(jī)要素的輸入和來(lái)自電動(dòng)機(jī)要素的輸出，利用自適應(yīng)辨識(shí)元件推定出增益K，并且根據(jù)由自適應(yīng)辨識(shí)元件推定出的增益K對(duì)電動(dòng)機(jī)增益要素進(jìn)行更新，因此，能抵消慣量要素。此外，在本發(fā)明中，根據(jù)由自適應(yīng)辨識(shí)元件推定出的增益K對(duì)電動(dòng)機(jī)增益要素進(jìn)行更新，從而使閉環(huán)系統(tǒng)的特性與希望傳遞函數(shù)一致。因此，在本發(fā)明中，能根據(jù)動(dòng)作對(duì)象物、電動(dòng)機(jī)的特性設(shè)定閉環(huán)系統(tǒng)的特性，并且即便動(dòng)作對(duì)象物、電動(dòng)機(jī)的慣量等發(fā)生變動(dòng)，也能自動(dòng)地使閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與希望傳遞函數(shù)一致。因此，在本發(fā)明中，能根據(jù)動(dòng)作對(duì)象物、電動(dòng)機(jī)的特性設(shè)定閉環(huán)系統(tǒng)的特性，并且即便動(dòng)作對(duì)象物、電動(dòng)機(jī)的慣量等發(fā)生變動(dòng)，也能自動(dòng)地將閉環(huán)系統(tǒng)的特性保持為一定。
[0014]在本發(fā)明中，較為理想的是，自適應(yīng)辨識(shí)元件根據(jù)朝電動(dòng)機(jī)要素的輸入和來(lái)自電動(dòng)機(jī)要素的輸出推定出增益P (即包括與粘性相關(guān)的成分在內(nèi)的增益P)。若采用上述結(jié)構(gòu)，則即便增益P的值增大，也能根據(jù)推定出的增益P將積分濾波要素及微分濾波要素作為恰當(dāng)?shù)膫鬟f函數(shù)。
[0015]如上所述，在本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，能根據(jù)動(dòng)作對(duì)象物、電動(dòng)機(jī)的特性對(duì)以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置指令作為輸入、以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置作為輸出的閉環(huán)系統(tǒng)的特性進(jìn)行設(shè)定，且即便動(dòng)作對(duì)象物、電動(dòng)機(jī)的慣量等發(fā)生變動(dòng)，也能自動(dòng)地將閉環(huán)系統(tǒng)的特性保持為一定。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)的框圖。
[0017]圖2是在圖1所示的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置指令作為輸入、并以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置作為輸出時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)的方框圖。
[0018]圖3是用于對(duì)圖2所示的閉環(huán)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)與具有閉環(huán)系統(tǒng)的希望特性的傳遞函數(shù)即希望傳遞函數(shù)相等進(jìn)行說(shuō)明的圖。
[0019]圖4是表示本發(fā)明另一實(shí)施方式的微分濾波要素的方框圖。
[0020]圖5是在現(xiàn)有技術(shù)的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置指令作為輸入、并以電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置作為輸出時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)的方框圖。
[0021](符號(hào)說(shuō)明)
[0022]1 電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)
[0023]2 動(dòng)作對(duì)象物
[0024]3 電動(dòng)機(jī)
[0025]4 電動(dòng)機(jī)控制裝置
[0026]8 閉環(huán)系統(tǒng)
[0027]9 比例增益要素
[0028]10 積分濾波要素
[0029]11 電動(dòng)機(jī)增益要素
[0030]12 電動(dòng)機(jī)要素
[0031]13 微分濾波要素
[0032]15 前向通路
[0033]16 第一反饋通路
[0034]17 第二反饋通路
[0035]18 第一相加點(diǎn)
[0036]19 第二相加點(diǎn)
[0037]21 自適應(yīng)辨識(shí)元件
【具體實(shí)施方式】
[0038]以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
[0039](電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu))
[0040]圖1是表示本發(fā)明實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)1的示意結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是在圖1所示的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)1中以電動(dòng)機(jī)3的旋轉(zhuǎn)位置指令作為輸入、并以電動(dòng)機(jī)3的旋轉(zhuǎn)位置作為輸出時(shí)的閉環(huán)系統(tǒng)8的方框圖。
[0041]本實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)1包括:使動(dòng)作對(duì)象物2進(jìn)行動(dòng)作的電動(dòng)機(jī)3 ；以及對(duì)電動(dòng)機(jī)3進(jìn)行控制的電動(dòng)機(jī)控制裝置4。電動(dòng)機(jī)3是交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)，例如使動(dòng)作對(duì)象物2即工業(yè)用機(jī)器人的臂進(jìn)行動(dòng)作。另外，電動(dòng)機(jī)3包括用于對(duì)電動(dòng)機(jī)3的旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行檢測(cè)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)(編碼器)5。檢測(cè)機(jī)構(gòu)5的輸出信號(hào)被輸入至電動(dòng)機(jī)控制裝置4。在電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)1中，當(dāng)用方框圖表示閉環(huán)系統(tǒng)8時(shí)，就如圖2所示那樣，其中，上述閉環(huán)系統(tǒng)8以電動(dòng)機(jī)3的旋轉(zhuǎn)位置指令作為輸入，并以電動(dòng)機(jī)3的旋轉(zhuǎn)位置作為輸出。另外，在本實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)控制裝置4的電動(dòng)機(jī)控制電路是模擬電路(連續(xù)時(shí)間類的電路)，但電動(dòng)機(jī)控制電路既可以是數(shù)字電路(離散時(shí)間類的電路)，也可以由軟件構(gòu)成。
[0042]如圖2所示，閉環(huán)系統(tǒng)8包括比例增益要素9、積分濾波要素10、電動(dòng)機(jī)增益要素11、電動(dòng)機(jī)要素12及微分濾波要素13作為傳遞要素。另外，閉環(huán)系統(tǒng)8由從閉環(huán)系統(tǒng)8的輸入部朝向輸出部的前向通路15和從閉環(huán)系統(tǒng)8的輸出部朝向輸入側(cè)的第一反饋通路(第一回饋通路)16及第二反饋通路(第二回饋通路)17構(gòu)成。
[0043]在前向通路15中，在信號(hào)的傳遞方向上，依次配置有輸入旋轉(zhuǎn)位置指令的第一相加點(diǎn)18、比例增益要素9、第二相加點(diǎn)19、積分濾波要素10、電動(dòng)機(jī)增益要素11及電動(dòng)機(jī)要素12。第一反饋通路16以負(fù)反饋方式與第一相加點(diǎn)18連接。第二反饋通路17以負(fù)反饋方式與第二相加點(diǎn)19連接