專利名稱：伺服電動機的驅動控制裝置以及驅動控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用學習控制來控制對機床的進給軸等進行驅動的伺服電動 機的驅動控制裝置以及驅動控制方法。
技術背景學習控制是在重復執(zhí)行相同動作的場合對于提高動作精度來說非常有效 的控制方式，在學習控制收斂時能夠得到非常高的動作精度。因此，通過觀測 在應用學習控制時的速度指令或者轉矩指令，能夠推定用于得到高動作精度的 速度指令或者轉矩指令。在機床等的移動軸翻轉動作時，因為與移動軸關聯(lián)的相對移動物品間的摩 擦方向翻轉，所以發(fā)生移動軸的動作瞬間延遲的現(xiàn)象。例如，在用兩個軸進行 圓弧動作的情況下，由于這種延遲的現(xiàn)象，產生一般稱為象限突起的不理想的 位置偏差。為減小該位置偏差，在移動方向翻轉時在短期間內在速度指令或者 轉矩指令上加上修正量，來加速移動軸的翻轉動作。關于該修正量的最佳值，現(xiàn)有的一般方法是一邊觀測移動軸的位置， 一邊通過嘗試來進行調整，但是已 開發(fā)了通過應用學習控制來實現(xiàn)高動作精度、通過解析此時的速度指令計算最 佳修正量的技術。例如在日本國專利第3805309號公報中公開了一種伺服電動機的驅動控 制裝置，其在加工在工作臺上安裝的被加工物時，減少在進給軸的移動方向翻 轉時在加工面上產生的突起。在該驅動控制裝置的一個實施方式中，把通過學 習控制而得到的速度指令作為修正數(shù)據(jù)，從位置指令翻轉時起持續(xù)預定時間， 通過修正數(shù)據(jù)修正速度指令。另外，在JP特開平4—100116號公報中公開了 一種學習控制器，其4M企測到的電動機的位置和目標位置指令的差作為速度指 令來輸入，根據(jù)該輸入信號預測未來的速度指令，以使其值達到最小的方式輸 出針對當前的速度指令的修正速度指令。在現(xiàn)有方式中，因為需要在調整中使學習控制有效，所以與學習的程序的4時間對應地需要較多的學習用存儲器。因此，需要使用具有大容量的內部RAM 的CPU，或者另外準備高速的RAM，尤其難以在低價格區(qū)間的控制裝置中應 用這種方式。 發(fā)明內容因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種伺服電動機的驅動控制裝置以及驅動 控制方法，其即僅j吏用存儲器少的CPU也能進行學習控制，而且可以實現(xiàn)學 習控制時間的縮短。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個形態(tài)提供一種驅動控制裝置，其根據(jù)從上 位控制裝置以預定采樣周期發(fā)送的位置指令與位置反饋的位置偏差，在每一預 定周期輸出速度指令來驅動控制伺服電動機，其特征在于，具有學習控制部和 速度指令修正部，前者一邊重復執(zhí)行對用所述伺服電動機驅動的控制對象進行 驅動的驅動程序， 一邊進行學習控制以便減小所述位置偏差，后者使用解析速 度指令所求得的速度修正數(shù)據(jù)，為減小在使所述控制對象的移動方向翻轉時產 生的位置偏差而進行速度指令的修正，所述速度指令通過在所述學習控制部的 輸出和所述位置偏差的和上乘以增益而得到，所述學習控制部構成為，只在所 述驅動程序中的位置指令的符號翻轉前后的預定時間進行學習處理。理想的情況是，所述學習控制部，在所述驅動程序的第一次執(zhí)行時不進行 學習控制而監(jiān)視所述位置指令，把在所述第 一次執(zhí)行時位置指令的符號翻轉的 時刻作為基準來決定進行學習控制的預定時間范圍。或者，所述學習控制部，也可以把所述上位控制裝置預先解析預定區(qū)間的 驅動程序的結果作為基準，決定進行學習控制的預定時間范圍。理想的情況是，所述學習控制部構成為，在執(zhí)行學習控制的范圍內，在使 學習控制有效后的第一時間范圍內，在作為針對學習控制的輸入的位置偏差上 乘以從零以上且小于1的值到1單調增加的第一系數(shù)，在直到使學習控制無效 為止的第二時間范圍內，在所述位置偏差上乘以從1到零以上且小于1的值單 調減小的第二系數(shù)?；蛘?，所述驅動控制裝置也可以進一步具有在重復運行所述驅動程序時進 行前饋控制的前饋控制部。本發(fā)明的另 一個形態(tài)提供驅動控制方法，其根據(jù)從上位控制裝置以預定釆樣周期發(fā)送的位置指令與位置反饋的位置偏差，在每一預定周期輸出速度指令來驅動控制伺服電動機，其特征在于，具有以下步驟 一邊重復執(zhí)行對用所述 伺服電動機驅動的控制對象進行驅動的程序， 一邊進行學習控制以便減小所述 位置偏差的步驟；以及使用解析速度指令所求得的速度修正數(shù)據(jù)，為減小在使 所述控制對象的移動方向翻轉時產生的位置偏差而進行速度指令的修正的步 驟，所述速度指令通過在所述學習控制的輸出和所述位置偏差的和上乘以增益 而得到，所述進行學習控制的步驟包含，只在所述驅動程序中的位置指令的符 號翻轉前后的預定時間進行學習處理。


本發(fā)明的上述或者其他的目的、特征以及優(yōu)點，通過參照附圖對以下合適 的實施方式進行說明會更加明了 。圖l是本發(fā)明的驅動控制裝置的重要部分的框圖。圖2是通過學習控制生成速度修正數(shù)據(jù)時的重要部分的框圖。圖3是表示學習控制的處理的流程圖。圖4是表示圖3的代替例的流程圖。圖5是表示求取應該在作為針對學習控制的輸入的位置偏差上相乘的系 數(shù)的處理的流程圖。圖6是說明相當于在作為針對學習控制的輸入的位置偏差上乘以系數(shù)的 時間范圍的、第一時間范圍(Cfm)以及第二時間范圍(Cfout)的圖。
具體實施方式
圖1是本發(fā)明的伺服電動機的驅動控制裝置10的重要部分的框圖。驅動 控制裝置10具有減法器16,其用于從數(shù)值控制裝置等上位控制裝置12以 預定采樣周期發(fā)送的位置指令中減去伺服電動機或者用伺服電動機驅動的可 動部等控制對象14的實際位置的反饋，來求取位置偏差；和在該位置偏差上 乘以位置增益Kp來求取速度指令的增益部18。另外，驅動控制裝置IO具有 檢測位置指令的符號翻轉的翻轉檢測部20;在接收到從翻轉檢測部20輸出的 修正開始指令時，在上述速度指令上加上基于后述的速度修正數(shù)據(jù)的修正量， 來進行修正的速度指令修正部22。圖2是在驅動控制裝置10中包含的、通過學習控制求取在上述的速度指6令修正部22中使用的速度修正數(shù)據(jù)的結構的重要部分的框圖。在該結構中， 構成為在位置環(huán)路控制系統(tǒng)中追加了學習控制部24，學習控制部24如后所 述僅在翻轉動作前后的預定時間內進行學習控制。解析通過在學習控制部24 的輸出與位置偏差的和上乘以增益18而得到的速度指令，從而得到在上述速 度指令修正部22中設定的速度修正數(shù)據(jù)。即，用減法器16從由上位控制裝置 12所指示的位置指令中減去用伺服電動機驅動的被驅動部等的位置反饋，求 得位置偏差。學習控制部24, —邊重復執(zhí)行對由伺服電動機驅動的被驅動部 進行驅動的程序， 一邊存儲上述位置偏差，同時根據(jù)重復使用的周期的l周期 前的位置偏差求得修正量，用加法器26在位置偏差上加上(修正)該修正量。 在修正后的位置偏差上乘以位置增益Kp，以預定時間間隔對得到的速度指令 進行采樣，通過進行函數(shù)近似等解析得到速度修正數(shù)據(jù)。以上的結構和在上述 的專利第3805309號公報中記載的結構相同。這里，通常的做法是，學習控制，在最初執(zhí)行成為對象的程序時設為有效 (ON)、在該程序結束時設為無效(OFF)。這是因為在學習控制的原理上， 在把學習控制從ON切換到OFF或者相反地進行切換時輸出的修正量不連續(xù)， 結果，速度指令也不連續(xù)，從而影響動作精度。但是，即使在將學習控制ON/OFF時產生少許誤差，如果在位置指令翻轉 的前后學習控制收斂，則因為在生成象限突起修正量方面得到成為參考的速度 指令，所以也不成為很大的問題。本發(fā)明利用這一事實，能夠在中途將學習控 制ON/OFF。下面具體說明在什么樣的時刻進行學習控制的ON/OFF。圖3是表示學習控制中的處理的流程的流程圖。首先在步驟S1中，檢查 重復動作是否已開始。如果未開始，則因為不需要進行學習處理，所以把計數(shù) 值C復位為零(步驟S2)。在開始了重復動作的情況下，檢查該動作是否是初次(步驟S3 )。在圖3 的例子中，在初次的情況下不進行學習處理、設定在第二次以后進行學習處理 的計數(shù)值范圍(預定時間范圍)。詳細說，在步驟S4中檢查位置指令是否已翻 轉(位置指令的符號是否已變化)，如果未翻轉則將計數(shù)值C增加l(步驟S5 )。 另一方面，如果已翻轉，則在步驟S6中檢查符號是從負變?yōu)檎€是反過來變 化，如果是前者則前進到步驟S7，如果是后者則前進到步驟S8。在前進到步驟S7的情況下，把當前的計數(shù)值C作為正計數(shù)值Cp，進而把從正計數(shù)值Cp 中減去第一偏移值al后的值作為正開始計數(shù)值Cps， ^J巴在正計數(shù)值Cp上加上 第二偏移值a2后的值作為正結束計數(shù)值Cpe，存儲在適當?shù)拇鎯ζ髦?。另?方面，在前進到步驟S8的情況下，把當前的計數(shù)值C作為負計數(shù)值Cn,進 而把從負計數(shù)值Cn中減去第一偏移值bl后的值作為負開始計數(shù)值Cns,把在 負計數(shù)值Cn上加上第二偏移值b2后的值作為負結束計數(shù)值Cne,存儲在適當 的存儲器中。
在步驟S3中判定為重復動作是第二次以后的情況下，前進到步驟S9進 行學習范圍的4全查。具體說，如果當前的計數(shù)值在步驟S7或者步驟S8中求 得的范圍內(CpsSC^Cpe或者Cns^C^Cne)，則前進到步驟S10進行學習 處理。在范圍外時不進行學習處理，前進到步驟S5，將計數(shù)值C增加1。
上述的偏移值，用計數(shù)值規(guī)定在翻轉動作前后進行學習處理的時間。例如 在1計數(shù)值相當于lms (毫秒)，偏移值al以及a2分別是50以及200的情況 下，從執(zhí)行翻轉動作的時刻的50ms前起250ms的期間，成為進行學習處理的 時間。此外，如此例那樣,.理想的是與翻轉前相比，使翻轉后的學習控制有效 時間較長。其理由是，本申請中發(fā)明的主要目的在于改善與翻轉時摩擦方向逆 轉相伴隨的移動軸的動作延遲所引起的影響，所以在摩擦方向尚未逆轉的翻轉 前進行學習控制的必要性比翻轉后低。學習控制變得有效的理想的時間范圍， 也取決于伺服電動機或者^皮驅動部的結構等，例如從翻轉動作前100~30ms 起、到翻轉動作后100~300ms。
另外，因為偏移值al以及a2的合計的上限依賴于存儲器的容量，所以偏 移值通常根據(jù)使用的控制裝置的技術條件來設定上限，而且可以根據(jù)經驗，在 生成象限突起修正量方面不成為問題的范圍內設定。此外，關于偏移值bl以 及b2也可以基于同樣的思路來設定，因此在多數(shù)情況下，al和bl互相相等， a2和b2互相相等。但是，當然可以根據(jù)作為控制對象的伺服電動機或者由伺 服電動機驅動的可動部的結構等取互相不同的值。
圖3表示的方法，作為應用學習控制的范圍的決定方法，通過在程序動作 的最初的第一次不進行學習處理而可靠地掌握位置指令的翻轉的時刻，來決定 第二次以后的學習處理的范圍。下面使用圖4說明的方法，是在生成位置指令的上位控制裝置解析程序的基礎上決定翻轉的時刻、并通知給伺服電動機的驅 動控制裝置的方法。
在圖4表示的流程圖中，步驟S21以及S22可以和圖3的步驟S1以及S2 相同。在步驟S23中，檢查是否已經取得進行學習處理的預定時間范圍，如果 未取得則前進到步驟S24，把根據(jù)上述偏移值求得的Cps以及Cpe、或者Cns 以及Cne作為進行學習處理的范圍來取得。此外，在圖4的例子中，因為上 位控制裝置已經解析程序，而取得翻轉的時刻，所以如果給出偏移值則能夠得 到使學習控制成為有效的預定的時間范圍。
另一方面，如果在步驟S23中已經取得了預定的時間范圍，則前進到步驟 S25。因為步驟S25、 S26以及S27可以分別與圖3的步驟S9、 S10以及S5同 樣，所以省略說明。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，只在翻轉動作前后的預定時間范圍(例如250ms )、 即學習控制有效時間內進行學習處理，所以與以往相比能夠大幅減少使用的存 儲器，即使用較低成本的控制裝置也能夠進行高精度的驅動控制。但是，當在 翻轉動作前后的某時刻簡單地將學習控制ON/OFF時，隨著學習的進行，有時 在該時刻速度指令變得不連續(xù)，在包含控制對象的機械或者系統(tǒng)中發(fā)生大的沖 擊或者振動。因此，為了減少在將學習控制ON/OFF的時刻可能發(fā)生的沖擊等， 通過設定前饋來減小將學習控制ON/OFF時的位置偏差是有效的。具體來說， 如圖2所示，使用包含前饋系數(shù)28的前饋控制部，將與前饋控制的控制量相 當?shù)奈恢弥噶畹奈⒎种迪嗉?。此外，前饋控制也可以應用于圖1的結構中。
或者，在將學習控制ON/OFF時的位置偏差上乘以零以上且小于1的系數(shù) 來減小該位置偏差也是有效的。具體來說，如圖5的流程圖所示，首先在步驟 S31中進行學習范圍的4全查，如果當前的計數(shù)值C在預定范圍內(Cps^C^ Cpe或者CnsSCSCne),則在下面的步驟S32中，檢查C是否被包含在預定 的第一時間范圍、即漸入(fadein)計數(shù)值Cfm所規(guī)定的范圍內。這里Cfin 值如圖6所示，從應該進行學習處理的范圍的最初的計數(shù)值(Cps或者Cns) 直到計數(shù)Cfm為止，不直接把作為針對學習控制的輸入的位置偏差用于反饋， 而作為在位置偏差上乘以小于1的系數(shù)kl的時間范圍來使用。圖6表示概略 表示被驅動部的位置的曲線Gl、以與曲線Gl相同的時間軸表示遵照現(xiàn)有技術進行學習控制的ON/OFF (有效/無效)的例子的曲線G2、和以與曲線Gl 相同的時間軸表示遵照本發(fā)明進行學習控制的ON/OFF (有效/無效)的例子的 曲線G3。例如"l巴Cfin"i殳定為10~20，在步驟S33中例如通過下式(1)計算 kl。
kl = (C - Cps) / Cfm或者kl = (C - Cns) / Cfin( 1)
根據(jù)式(l),例如在Cfin是lO、學習控制從翻轉時起50計數(shù)值前開始變 為有效的情況下，從翻轉時起50計數(shù)值前到40計數(shù)值前，在學習控制輸入值 上乘以kl。更詳細說，kl在從翻轉時起50計數(shù)值前是零，在40計數(shù)值前是 1,而且從50計數(shù)值前到40計數(shù)值前單調增加。通過在步驟S33中進行這樣 的處理，防止在學習控制成為有效的時刻(在該例中是從翻轉時起50計數(shù)值 前)速度指令變得不連續(xù)而發(fā)生不合適的振動等。
同樣，在步驟S34中，檢查C是否被包含在預定的第二時間范圍、即漸 出(fadeout)計數(shù)值Cfout所規(guī)定的范圍內。這里Cfout值，從應該進行學習 處理的范圍的最后的計數(shù)值(Cpe或者Cne)起計數(shù)Cfout前直到該最后的計 數(shù)值為止，不直接把作為針對學習控制的輸入的位置偏差用于反饋，而為了在 位置偏差上乘以小于1的系數(shù)k2而使用。例如4巴Cfout設定為10-50,更理 想是設定為10~30,在步驟S35中例如通過下式(2)計算k2。
k2 = (Cpe - C) / Cfout或者k2 = (Cne - C) / Cfout( 2 )
根據(jù)式(2 ),例如在Cfout是30、學習控制從翻轉時起到200計數(shù)值前變 得有效的情況下，從翻轉時起170計數(shù)值后到200計數(shù)值后，在學習控制輸入 值上乘以k2。更詳細說，k2在從翻轉時起170計數(shù)值后是1,在200計數(shù)值 后是O,而且從170計數(shù)值后到200計數(shù)值后單調減小。通過在步驟S35中進 行這樣的處理，防止在學習控制成為無效的時刻(在該例中，是從翻轉時起 200計數(shù)值后)速度指令變得不連續(xù)而發(fā)生不合適的振動等。接著在步驟S36 中進行學習處理。
根據(jù)本發(fā)明，進行學習控制的時間范圍被限定于位置指令的符號翻轉的前 后，所以能夠節(jié)約學習控制所需要的存儲器的大小，即使用低成本的控制裝置， 也能夠應用使用了學習控制的象限突起調整，同時也能夠縮短學習控制時間。
在程序的第一次執(zhí)行時不進行學習控制而監(jiān)視位置指令，由此能夠準確地獲知位置指令的翻轉的時刻。
或者，通過由上位控制裝置解析程序，也能夠獲知位置指令的時刻。 在使學習控制成為有效后的第 一時間范圍、以及直到使學習控制成為無效 為止的第二時間范圍內，通過分別在位置偏差上乘以從零以上且小于1的值到 1單調增加的第一系數(shù)、以及從1到零以上且小于1的值單調減小的第二系數(shù)， 防止在把學習控制從有效切換到無效或者反過來切換時速度指令變得不連續(xù) 而發(fā)生機械振動等。
或者，通過進行前饋控制，也能夠抑制上述振動等。
權利要求
1.一種驅動控制裝置(10)，其根據(jù)從上位控制裝置(12)以預定采樣周期發(fā)送的位置指令與位置反饋的位置偏差，在每一預定周期輸出速度指令來驅動控制伺服電動機，其特征在于，具有學習控制部(24)，其一邊重復執(zhí)行對用所述伺服電動機驅動的控制對象進行驅動(14)的驅動程序，一邊進行學習控制以便減小所述位置偏差；和速度指令修正部(22)，其使用解析速度指令所求得的速度修正數(shù)據(jù)，為減小在使所述控制對象(14)的移動方向翻轉時產生的位置偏差而進行速度指令的修正，所述速度指令通過在所述學習控制部(24)的輸出和所述位置偏差的和上乘以增益而得到，所述學習控制部(24)構成為，只在所述驅動程序中的位置指令的符號翻轉前后的預定時間進行學習處理。
2. 根據(jù)權利要求1所述的驅動控制裝置，其特征在于， 所述學習控制部(24),在所述驅動程序的第一次執(zhí)行時不進行學習控制而監(jiān)視所述位置指令，把在所述第一次執(zhí)行時位置指令的符號翻轉的時刻作為 基準，決定進行學習控制的預定時間范圍。
3. 根據(jù)權利要求1所述的驅動控制裝置，其特征在于， 所述學習控制部(24)，把所述上位控制裝置(12)預先解析預定區(qū)間的驅動程序的結果作為基準，決定進行學習控制的預定時間范圍。
4. 根據(jù)權利要求1 ~3中任何一項所述的驅動控制裝置，其特征在于， 所述學習控制部(24)構成為，在執(zhí)行學習控制的范圍內，在使學習控制有效后的第一時間范圍內，在作為針對學習控制的輸入的位置偏差上乘以從零 以上且小于1的值到1單調增加的第一系數(shù)，在直到使學習控制無效為止的第 二時間范圍內，在所述位置偏差上乘以從1到零以上且小于1的值單調減小的 第二系數(shù)。
5. 根據(jù)權利要求1 ~3中任何一項所述的驅動控制裝置，其特征在于， 還具有在重復運行所述驅動程序時進行前饋控制的前饋控制部(28 )。
6. —種驅動控制方法，其根據(jù)從上位控制裝置(12)以預定采樣周期發(fā) 送的位置指令與位置反饋的位置偏差，在每一預定周期輸出速度指令來驅動控 制伺服電動機，其特征在于，具有以下步驟一邊重復執(zhí)行對用所述伺服電動機驅動的控制對象(14)進行驅動的程序， 一邊進行學習控制以便減小所述位置偏差的步驟；和使用解析速度指令所求得的速度修正數(shù)據(jù)，為減小在使所述控制對象(14) 的移動方向翻轉時產生的位置偏差而進行速度指令的修正的步驟，所述速度指 令通過在所述學習控制的輸出和所述位置偏差的和上乘以增益而得到，所述進行學習控制的步驟包含，只在所述程序中的位置指令的符號翻轉前 后的預定時間進^f亍學習處理。
全文摘要
提供一種伺服電動機的驅動控制裝置，其即使用存儲器少的CPU也能進行學習控制，而且能夠縮短學習時間。驅動控制裝置(10)具有在位置環(huán)路控制系統(tǒng)上追加的學習控制部(24)，學習控制部(24)構成為只在翻轉動作前后的預定時間進行學習控制。解析通過學習控制而得的速度指令所求得的速度修正數(shù)據(jù)，被用于為減小翻轉動作時產生的位置偏差而進行的速度指令的修正。
文檔編號G05B19/04GK101620421SQ200910203118
公開日2010年1月6日 申請日期2009年5月27日 優(yōu)先權日2008年6月30日
發(fā)明者上野裕也, 巖下平輔, 河村宏之, 置田肇 申請人:發(fā)那科株式會社