位置控制裝置的制造方法
【專利說明】位置控制裝置
[0001]優(yōu)先權(quán)信息
本申請(qǐng)要求以下日本專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán):2014年4月14日提交的2014-083131、2014年8月21日提交的2014-168655和2015年3月4日提交的2015-042781 ;上述專利文件均以引用方式全文并入本申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種用于機(jī)器工具的進(jìn)給軸等的位置控制裝置。更為具體地，涉及對(duì)一種在移動(dòng)方向反向時(shí)補(bǔ)償后續(xù)延遲的位置控制裝置的改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0003]當(dāng)機(jī)器工具的進(jìn)給軸移動(dòng)方向反向時(shí)，由于摩擦力作用的方向變?yōu)榉聪颍仨憫?yīng)受到延遲，且觀察到的延遲是相對(duì)于位置命令的后續(xù)延遲。為了降低該后續(xù)延遲，傳統(tǒng)技術(shù)中有以下幾種嘗試。
[0004]圖12是展示傳統(tǒng)位置控制裝置的示例的方框圖。圖12中，減法器I根據(jù)主機(jī)設(shè)備(未顯示)發(fā)出的位置命令值Pc和安裝在目標(biāo)工廠12中的馬達(dá)或被驅(qū)動(dòng)體上的位置檢測(cè)器的位置檢測(cè)值Pd來計(jì)算位置偏差Pdif。計(jì)算所得的位置偏差Pdif由速度命令計(jì)算裝置2 (比例增益Kp)按比例放大，再由加法器4與速度前饋Vff相加得到速度命令值Vc，其中所述前饋速度Vff是微分器3對(duì)位置命令值Pc進(jìn)行微分所得。然后，減法器5計(jì)算速度命令值Vc和速度檢測(cè)值Vd之間的差異，其中速度檢測(cè)值Vd來自對(duì)位置檢測(cè)值Pd的微分或直接來自目標(biāo)工廠12中安裝的速度檢測(cè)器。然后，分別由力矩命令計(jì)算裝置6 (比例增益Pv)和力矩命令計(jì)算裝置7 (積分增益增益Iv)比例放大和積分放大，并由加法器8進(jìn)行相加以確定反饋力矩Tfb。此外，由加法器11令反饋力矩Tfb和前饋力矩Tff相加來得到力矩命令值Tc，其中前饋力矩Tff是由微分器9對(duì)前饋速度Vff進(jìn)行微分后，乘以目標(biāo)工廠12中的可動(dòng)單元的馬達(dá)軸轉(zhuǎn)換慣量10所得。目標(biāo)工廠12通過目標(biāo)工廠12中的馬達(dá)產(chǎn)生等于力矩命令值的力矩，驅(qū)動(dòng)目標(biāo)工廠12中設(shè)有的被驅(qū)動(dòng)體穿過例如滾珠螺桿。
[0005]接下來，將描述移動(dòng)方向反向時(shí)的力矩響應(yīng)延遲。當(dāng)沿一個(gè)方向驅(qū)動(dòng)被驅(qū)動(dòng)體時(shí)，主要需要2種力矩，其中之一是用于令被驅(qū)動(dòng)體加速和減速的力矩，另一種則是用于克服滑動(dòng)阻力(如摩擦力)進(jìn)行移動(dòng)的力矩。圖12中，前者由根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程所得的前饋力矩Tff來補(bǔ)償；后者則被檢測(cè)為位置檢測(cè)值Pd對(duì)位置命令值Pc的后續(xù)延遲或速度檢測(cè)值Vd對(duì)速度命令值Vc的后續(xù)延遲，由反饋力矩Tfb來補(bǔ)償。特別是當(dāng)被驅(qū)動(dòng)體按命令移動(dòng)時(shí)，速度命令值Vc和速度檢測(cè)值Vd幾乎處于相等狀態(tài)，且用于克服滑動(dòng)阻力移動(dòng)的力矩由力矩命令計(jì)算裝置7 (積分增益Iv)的輸出來補(bǔ)償。
[0006]在此，當(dāng)向被驅(qū)動(dòng)體發(fā)出命令來反轉(zhuǎn)移動(dòng)方向時(shí)，被驅(qū)動(dòng)體的移動(dòng)方向反向，同時(shí)，作用于被驅(qū)動(dòng)體的滑動(dòng)阻力也反向。因此，移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后，用于克服滑動(dòng)阻力而移動(dòng)的力矩極性也反向，且力矩命令計(jì)算裝置7 (積分增益Iv)的輸出極性也反向。在此，當(dāng)移動(dòng)方向反向時(shí)，若力矩命令計(jì)算裝置7 (積分增益Iv)的輸出可以迅速反轉(zhuǎn)，就可以減小位置偏差Pdif。根據(jù)圖12所示的現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)補(bǔ)償切換裝置51檢測(cè)到移動(dòng)方向反向時(shí)，積分增益Iv增加，力矩命令計(jì)算裝置7 (積分增益Iv)的輸出迅速反轉(zhuǎn)。如上所述的能夠檢測(cè)移動(dòng)方向反向并改變積分增益Iv的補(bǔ)償切換裝置公開在JP2005-304155A等文件中。
[0007]在圓弧驅(qū)動(dòng)時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)令補(bǔ)償隨切線方向速度(驅(qū)動(dòng)加速度)變化，JP2005-304155A測(cè)定了積分增益Iv的增量，如圖13所示。圖13中，當(dāng)圓弧命令速度高時(shí)，移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)后到達(dá)完成補(bǔ)償所需的目標(biāo)移動(dòng)距離的所需時(shí)間短，則可以降低積分增益Iv的增量。另一方面，當(dāng)圓弧命令速度低時(shí)，到達(dá)完成補(bǔ)償所需的目標(biāo)移動(dòng)距離的所需時(shí)間長(zhǎng)，則可以增加積分增益Iv的增量。因此，對(duì)于各種圓弧驅(qū)動(dòng)速度而言，均可以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，迅速反轉(zhuǎn)力矩命令計(jì)算裝置7 (積分增益Iv)的輸出。
[0008]另一方面，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)各種處理?xiàng)l件的補(bǔ)償，JP2005-304155A中，儲(chǔ)存了對(duì)應(yīng)于存在或不存在功能(例如形狀錯(cuò)誤補(bǔ)償)和圓弧驅(qū)動(dòng)速度的補(bǔ)償模式，并根據(jù)處理?xiàng)l件切換補(bǔ)償模式。
[0009]但是，圖12所示的傳統(tǒng)位置控制裝置在移動(dòng)方向反向時(shí)，有損害控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的可能。這是因?yàn)椋ㄟ^增加積分增益Iv來迅速反轉(zhuǎn)反饋力矩Tfb。反而言之，假設(shè)移動(dòng)方向反向時(shí)會(huì)增加積分增益Iv，則正常驅(qū)動(dòng)時(shí)提前降低積分增益Iv也是可能的，但這會(huì)在正常驅(qū)動(dòng)時(shí)過度地保持增益余量，使得控制性能(例如命令后續(xù)性質(zhì))降低。而且，由于積分增益Iv的增量是通過方向反轉(zhuǎn)后的移動(dòng)距離來限定的，因此哪怕滑動(dòng)阻力降低，仍會(huì)應(yīng)用與高滑動(dòng)阻力時(shí)相同的補(bǔ)償，這是因?yàn)橛糜趯?dǎo)引被驅(qū)動(dòng)體的導(dǎo)軌的滑動(dòng)平面因?yàn)槔玳L(zhǎng)期的改變等而達(dá)到適切性，從而帶來補(bǔ)償過度、移動(dòng)過度(例如超出目標(biāo))或被驅(qū)動(dòng)體響應(yīng)偶爾振蕩的問題。
[0010]此外，JP2005-304155A的位置控制裝置需要存儲(chǔ)每種處理?xiàng)l件的補(bǔ)償模式，因此需要大儲(chǔ)藏能力來處理隨機(jī)處理?xiàng)l件。此外，需要對(duì)每種處理?xiàng)l件設(shè)定補(bǔ)償模式，因此存在消耗大量時(shí)間和勞力的問題，而且，如果發(fā)生長(zhǎng)期變化，則必須重新設(shè)定補(bǔ)償模式。
[0011]本發(fā)明解決了上述問題，并提供了一種位置控制裝置，其能夠在移動(dòng)方向反轉(zhuǎn)時(shí)，通過少量補(bǔ)償參數(shù)有效補(bǔ)償后續(xù)延遲，而不會(huì)損害控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且能夠根據(jù)長(zhǎng)期變化(例如滑動(dòng)阻力變化)對(duì)補(bǔ)償進(jìn)行優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的位置控制裝置用于根據(jù)主機(jī)設(shè)備發(fā)出的位置命令值驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)從而控制可動(dòng)單元的位置，所述位置控制裝置包括:速度命令輸出單元，用于根據(jù)至少所述位置命令值來輸出速度命令值；反饋力矩輸出單元，用于根據(jù)力矩補(bǔ)償量和所述速度命令值與所述可動(dòng)單元的速度檢測(cè)值之間的偏差經(jīng)比例積分放大所得的值來輸出反饋力矩；前饋力矩輸出單元，用于根據(jù)所述位置命令值和所述可動(dòng)單元的慣量來輸出前饋力矩；力矩命令值輸出單元，用于根據(jù)所述反饋力矩和前饋力矩來輸出力矩命令值；馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元，用于根據(jù)所述力矩命令值來驅(qū)動(dòng)所述伺服馬達(dá)；相關(guān)性信息構(gòu)成裝置，用于計(jì)算相關(guān)性信息，所述相關(guān)性信息表示作用于所述可動(dòng)單元的滑動(dòng)阻力、從向所述可動(dòng)單元發(fā)出反向移動(dòng)命令的時(shí)刻到所述可動(dòng)單元實(shí)際反轉(zhuǎn)并開始移動(dòng)的時(shí)刻所述位置命令值上的移動(dòng)距離之間的關(guān)系；補(bǔ)償量輸出裝置，用于在所述位置命令值的移動(dòng)方向反向時(shí)，根據(jù)所述相關(guān)性信息和所述反饋力矩，相應(yīng)地計(jì)算與所述位置命令值相對(duì)應(yīng)的力矩補(bǔ)償量。
[0013]本發(fā)明的位置控制裝置用于根據(jù)主機(jī)設(shè)備發(fā)出的位置命令值驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)從而控制可動(dòng)單元的位置，所述位置控制裝置包括:速度命令輸出單元，用于根據(jù)至少所述位置命令值來輸出速度命令值；反饋力矩輸出單元，用于根據(jù)力矩補(bǔ)償量和所述速度命令值與所述可動(dòng)單元的速度檢測(cè)值之間的偏差經(jīng)比例積分放大所得的值來輸出反饋力矩；前饋力矩輸出單元，用于根據(jù)所述位置命令值和所述可動(dòng)單元的慣量來輸出前饋力矩；力矩命令值輸出單元，用于根據(jù)所述反饋力矩和前饋力矩來輸出力矩命令值；馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元，用于根據(jù)所述力矩命令值來驅(qū)動(dòng)所述伺服馬達(dá)；相關(guān)性信息構(gòu)成裝置，用于計(jì)算相關(guān)性信息，所述相關(guān)性信息表示作用于所述可動(dòng)單元的滑動(dòng)阻力、從向所述可動(dòng)單元發(fā)出反向移動(dòng)命令的時(shí)刻到所述可動(dòng)單元實(shí)際反轉(zhuǎn)并開始移動(dòng)的時(shí)刻所述位置命令值上的移動(dòng)距離、驅(qū)動(dòng)加速度之間的關(guān)系；以及補(bǔ)償量輸出裝置，用于在所述位置命令值的移動(dòng)方向反向時(shí)，根據(jù)所述相關(guān)性信息和所述反饋力矩，相應(yīng)地計(jì)算與所述位置命令值相對(duì)應(yīng)的力矩補(bǔ)償量。
[0014]本發(fā)明另一個(gè)方面中的位置控制裝置，用于根據(jù)主機(jī)設(shè)備發(fā)出的位置命令值驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)從而控制可動(dòng)單元的位置，所述位置控制裝置包括:速度命令輸出單元，用于根據(jù)至少所述位置命令值和速度補(bǔ)償量來輸出速度命令值；反饋力矩輸出單元，用于根據(jù)所述速度命令值與所述可動(dòng)單元的速度檢測(cè)值之間的偏差經(jīng)過比例積分放大后的值來輸出反饋力矩；前饋力矩輸出單元，用于根據(jù)所述位置命令值和所述可動(dòng)單元的慣量來輸出前饋力矩；力矩命令值輸出單元，用于根據(jù)所述反饋力矩和前饋力矩來輸出力矩命令值；馬達(dá)驅(qū)動(dòng)單元，用于根據(jù)所述力矩命令值來驅(qū)動(dòng)所述伺服馬達(dá)；相關(guān)性信息構(gòu)成裝置，用于計(jì)算相關(guān)性信息，所述相關(guān)性信息表示作用于所述可動(dòng)單元的滑動(dòng)阻力、接收到所述位置命令值時(shí)從向所述可動(dòng)單元發(fā)出反向移動(dòng)命令的時(shí)刻到所述可動(dòng)單元實(shí)際反轉(zhuǎn)并開始移動(dòng)的時(shí)刻的移動(dòng)距離之間的關(guān)系；補(bǔ)償量輸出裝置，用于在所述位置命令值的移動(dòng)方向反向時(shí)，根據(jù)所述相關(guān)性信息和所述反饋力矩，相應(yīng)地計(jì)算與所述位置命令值相對(duì)應(yīng)的力矩補(bǔ)償量；低頻率截止濾波器，其具有與所述反饋力矩輸出單元相反逆轉(zhuǎn)換特性，將所述力矩補(bǔ)償量轉(zhuǎn)化為所述速度補(bǔ)償量并輸出。
[0015]本發(fā)明另一個(gè)方面中的位置控制裝置用于根據(jù)主機(jī)設(shè)備發(fā)出的位置命令值驅(qū)動(dòng)伺服馬達(dá)從而控制可動(dòng)單元的位置，所述位置控制裝置包括:速度命令輸出單元，用于根據(jù)至少所述位置命令值和速度補(bǔ)償量來輸出速度命令值；反饋力矩輸出單元，用于根據(jù)所述速度命令值與所述可動(dòng)單元的速度檢測(cè)值之間的偏差經(jīng)過比例積分放大后的值來輸出反饋力