CN100504695C - 位置控制装置、测量装置以及加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供位置控制装置、测量装置以及加工装置。在包括具有控制电机电流(I)的电流控制环和控制电机速度(Vm)的电机速度控制环的驱动控制部(5)、控制被驱动体(2)的速度(Vd)的速度控制环(3)、以及控制被驱动体(2)的位置(Pd)的位置控制环(4)的4层环位置控制装置(1)中，设置加法器(6)，对来自位置控制环(4)的输出值和来自速度控制环(3)的输出值进行加法计算，将结果输入电机速度控制环。通过设置加法器(6)，位置控制装置(1)作为线性滞后系统的控制装置进行动作，因此即使从抑制被驱动体(2)的振动性的动作的角度设定了位置控制装置(1)的各项传递函数，也能可靠地防止发生过冲。

Description

位置控制装置、测量装置以及加工装置

技术领域

本发明涉及位置控制装置、测量装置以及加工装置。详细地说，涉及根据预定的位置指令控制由驱动装置驱动的被驱动体的位置的位置控制装置、包括该位置控制装置的测量装置及加工装置。

背景技术

以往，根据预定的位置指令控制由电机等驱动的被驱动体的位置的伺服机构已为人所知(例如，参照文献1：日本特开2004-118635号公报)。该伺服机构被用于NC(numerical control：数值控制)坐标测量机、NC工作设备等。

而且，在对由于在与电机的联结部具有低刚性部分等而在位移、速度、加速度上产生振动性响应的低刚性负载(被驱动体)进行驱动控制时，由包括电流控制环、电机速度控制环、控制负载的位置的位置控制环、以及控制负载的速度的速度控制环的4层环控制系统构成的伺服机构已经被设计出来(参照上述文献1)。

图25表示这样的以往的伺服机构10的结构。

在图25中，将电流控制环和电机速度控制环汇总在一起，显示为具有传递函数Gm的驱动控制部50。另外，从驱动控制部50输出的是作为来自电机速度控制环的输出的电极速度Vm。此外，将被驱动体20的传递特性表示为Gf。

另外，省略详细说明，电流控制环包括电机、电机驱动功率放大器、电机转矩电流检测器、以及电流特性补偿器；电机速度控制环包括检测电机的转动位置的电机转动位置检测器、对电机转动位置进行微分以算出电机的转动速度的微分器、以及电机速度特性补偿器。

速度控制环30包括对被驱动体20的位置Pd进行微分以算出被驱动体20的速度Vd的微分器330、对从位置控制环40输出的速度指令Vdr和由微分器算出的被驱动体20的速度Vd进行比较而输出速度偏差Evd＝Vdr-Vd的速度比较器310、以及具有传递函数Glv的速度特性补偿器320。另外，来自速度特性补偿器320的输出，为对于电机速度控制环的电机速度指令Vmr。

位置控制环40包括对被驱动体20的当前位置Pd和预定的位置指令Pdr进行比较而输出位置偏差Epd＝Pdr-Pd的位置比较器410、和具有比例增益K的位置特性补偿器420。图25中的430为具有传递函数1/s(s为拉普拉斯算子)的积分元件，对被驱动体20的速度Vd进行积分以算出被驱动体20的位置Pd。

这样，通过具有速度控制环30，即使在被驱动体20的刚性低的情况下，也能够提高控制系统的抗振性，使被驱动体20的位置和速度稳定，从而高精度地进行控制。

该伺服机构10，可以通过将上述各传递函数·增益设定为适当的值来实现所希望的传递特性。各传递函数·增益的设定可以基于各种各样的角度来进行，例如，既可以从抑制由包含于驱动控制部50中的电机的转矩脉动(ripple)、作用于被驱动体20的摩擦力等干扰导致的被驱动体20的振动性动作的角度来设定传递函数·增益，也可以从不使被驱动体20的位置Pd、速度Vd对于位置指令Pdr、速度指令Vdr形成过冲(overshoot)(逸出)的角度来设定各传递函数·增益。

接着，对该伺服机构10的传递特性进行研究。

以下，为了简化说明，方便起见假设以下的情况为例子进行传递特性的研究，该情况为：驱动控制部50(传递函数Gm)的响应频率与被驱动体20(传递函数Gf)的共振频率，比速度控制环30的速度特性补偿器320(传递函数Glv)的拐点频率高出足够量。在该假设的情况下，可以近似为

、，能够将图25的伺服机构10修改为如图26那样的伺服机构10。进而，只需对图26的速度控制环30进行等效变换，就能通过图27而得到图28。然后，得知通过对图28进一步进行等效变换(省略图示)，则从位置指令Pdr到位置输出Pd的传递函数Gc可由下面的式(1)来表示。

$\mathrm{Gc}=\frac{1}{1+(1+\frac{1}{\mathrm{Glv}})\frac{s}{K}}$ …式(1)

如式(1)所示那样，传递函数Gc包含在速度控制环30中的速度特性补偿器320的传递函数Glv。

在如以上这样具有包含Glv的传递函数Gc的伺服机构10中，在以抑制被驱动体20的振动性动作为目的而设定了Glv时，其结果有可能会发生过冲。其原因在于以抑制振动性动作为目的而设定的Glv，并不一定适于防止被驱动体20的位置Pd、速度Vd对位置指令Pdr、速度指令Vdr的过冲的发生。另外，与此相反，在以防止过冲的发生为目的而设定了Glv时，所设定的Glv并不一定适于抑制被驱动体20的振动性的动作，因此被驱动体20有可能进行振动性的动作。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种既能抑制被驱动体的振动性的动作，又能可靠地防止被驱动体的位置、速度的过冲的发生的位置控制装置、包括该位置控制装置的测量装置及加工装置。

本发明的位置控制装置，根据预定的位置指令控制由驱动装置驱动的被驱动体的位置，其特征在于，包括：位置控制环，具有将上述被驱动体的当前位置与上述位置指令进行比较的位置比较器、和根据该位置比较器的比较结果进行上述被驱动体的位置特性补偿的位置特性补偿器；速度控制环，具有将来自上述位置特性补偿器的输出值作为速度指令，将上述被驱动体的当前速度与该速度指令进行比较的速度比较器，和根据该速度比较器的比较结果进行上述被驱动体的速度特性补偿的速度特性补偿器；加法器，对来自上述位置特性补偿器的输出值和来自上述速度特性补偿器的输出值进行加法计算；驱动控制部，根据上述加法器的加法计算结果，使上述驱动装置动作来驱动上述被驱动体。

此处，控制被驱动体的位置的“位置控制环”，不限于直接控制被驱动体的位置的控制环，还包括通过控制驱动被驱动体的驱动装置的可动部(例如转动电机的转子、线性电动机的直动部件)的位置，而间接地控制被驱动体的位置的控制环。同样地，控制被驱动体的速度的“速度控制环”，不限于直接控制被驱动体的速度的控制环，还包括通过控制驱动装置的可动部的速度，而间接地控制被驱动体的速度的控制环。

将以上这样的本发明的位置控制装置的结构例表示为图1。

本发明不限于图1所示的结构例，只要在能够实现本发明的范围内对该结构例进行了变形，尤其是仅对图1的结构例进行了等效变换，就都包含在本发明的技术范围内。

在图1中，1表示本发明的位置控制装置，2表示被驱动体，3表示速度控制环，4表示位置控制环，5表示驱动控制部，6表示加法器，31表示速度比较器，32表示速度特性补偿器，41表示位置比较器，42表示位置特性补偿器。此外，33是对被驱动体2的位置Pd进行微分以算出速度的微分器，43是积分元件。此处，具有传递函数1/s(s为拉普拉斯算子)的积分元件43，在实际的装置结构中，构成为检测被驱动体2的位置Pd的位置检测器等。另外，驱动装置与驱动控制部5汇总在一起进行图示，而未单独图示。

本发明的位置控制装置1在具有加法器6这一点上，与图25所示的以往的伺服机构10的结构存在很大的差异。

对本发明的位置控制装置1的传递特性进行研究。

以下，与对以往的伺服机构10的说明同样地，为了简化说明，方便起见以假设以下的情况为例子进行传递特性的研究，该情况为：驱动控制部5(传递函数Gm)的响应频率与被驱动体2(传递函数Gf)的共振频率，比速度控制环3的速度特性补偿器32(传递函数Glv)的拐点频率高出足够量。因而，可以近似为

、，能够将图1的位置控制装置1修改为图2那样的位置控制装置1。

将图2等效变换成图3，进而对图3的位置特性补偿器42和积分元件43之间的部分进行等效变换，就变成图4那样。而且，分别对图4中用虚线围起的2个部分进行等效变换，就变成图5那样。在图5中，进行了等效变换而生成的各部分的传递函数分别为(Glv+1)/Glv、和Glv/(Glv+1)，处于互为倒数的关系，因此通过乘法计算，传递函数变为1。然后，可以得知通过对图5作进一步的等效变换(省略图示)，从位置指令Pdr到位置输出Pd的传递函数Gn可由下面的式(2)来表示。

$\mathrm{Gn}=\frac{1}{1+\frac{1}{K}s}$ …式(2)

将该式(2)与对于以往的伺服机构10的式(1)进行比较，可以得知与式(1)中Gc包含传递函数Glv相比，式(2)中Gn不包含Glv。而且，式(2)的右边的分母构成拉普拉斯算子s的一次式，因此，可以得知本发明的位置控制装置1为线性滞后系统的控制装置。

另外，以图1～图5的流程进行的等效变换，不过是为了说明本发明的位置控制装置1是线性滞后系统的控制装置，进行这样的等效变换并不构成本发明的结构上的必要条件。

众所周知，以上这样的线性滞后系统的控制装置不发生被驱动体的位置、速度的过冲。因此，根据本发明的位置控制装置1，能够可靠地防止发生过冲。

而且，由于式(2)不包含Glv，因此不管如何设定Glv，始终能够防止发生过冲。因而，只需以抑制被驱动体的振动性的动作为目的来设定Glv，就既能抑制被驱动体的振动性的动作，又能可靠地防止发生过冲。

本发明的位置控制装置，优选的是，上述驱动装置设有以可运动的方式设置的可动部，上述被驱动体与上述可动部联结而被驱动，上述驱动控制部具有控制上述驱动装置的可动部的驱动速度的驱动速度控制环，上述驱动速度控制环具有：驱动速度比较器，将上述加法器的加法计算结果作为驱动速度指令，将上述可动部的当前的驱动速度与该驱动速度指令进行比较，和驱动速度特性补偿器，根据该驱动速度比较器的比较结果，进行上述可动部的驱动速度特性补偿。

此处，所谓驱动装置的“可动部”，指的是使转动动力产生的转动电机的转子(rotor)、使线性动力产生的线性电动机的直动部件等。

以上这样结构的位置控制装置，可以通过驱动速度控制环，精密地控制驱动装置的运转部的驱动速度，因此，能够更精密地控制被驱动体的速度、位置。

并且，在本发明的位置控制装置中，优选的是，上述被驱动体是使位置控制装置的控制特性劣化的低刚性负载。

这样，即使在将被驱动体设定为低刚性负载的情况下，也能够通过速度控制环精密地控制低刚性负载的速度，因此，能够抑制低刚性负载的振动性的动作，能够防止控制特性的劣化。

此外，在本发明的位置控制装置中，优选的是上述速度特性补偿器包含比例积分补偿器。

此外，在本发明的位置控制装置中，优选的是上述位置特性补偿器包含比例补偿器。

本发明的测量装置的特征在于：包括本发明的位置控制装置，上述被驱动体为参与被测量物的测量的测头。

本发明的加工装置的特征在于：包括本发明的位置控制装置，上述被驱动体为参与被加工物的加工的工具。

这样的测量装置和加工装置，包括上述本发明的位置控制装置，因此能够发挥以上针对本发明的位置控制装置所说明的作用和效果。

附图说明

图1是表示本发明的位置控制装置的结构例的框图。

图2是在对图1进行了

、的近似的情况下的修改后的框图。

图3是对图2进行等效变换而获得的框图。

图4是对图3进行等效变换而获得的框图。

图5是对图4进行等效变换而获得的框图。

图6是表示作为本发明的实施方式的位置控制装置的结构的框图。

图7是表示施加了干扰转矩的以往的伺服机构的结构的框图。

图8是在图7中进行

、

的近似，进而将干扰转矩当作对伺服机构的输入进行了配置变更而获得的框图。

图9是对图8进行等效变换而获得的框图。

图10是对图9进行等效变换而获得的框图。

图11是在将位置指令Pdr设定为0的基础上对图10进行等效变换而获得的框图。

图12是对图11进行等效变换而获得的框图。

图13是对图12进行等效变换而获得的框图。

图14是对图13进行等效变换而获得的框图。

图15是表示施加了干扰转矩的本实施方式的位置控制装置的结构的框图。

图16是在图15中进行

、

的近似，进而将干扰转矩当作对位置控制装置的输入进行了配置变更而获得的框图。

图17是对图16进行等效变换而获得的框图。

图18是对图17进行等效变换而获得的框图。

图19是对图18进行等效变换而获得的框图。

图20是在将位置指令Pdr设定为0的基础上对图19进行等效变换而获得的框图。

图21是对图20进行等效变换而获得的框图。

图22是对图21进行等效变换而获得的框图。

图23是对图22进行等效变换而获得的框图。

图24是表示本实施方式的位置控制装置与以往的伺服机构的比较模拟结果的曲线图。

图25是表示以往的伺服机构的结构的框图。

图26是在对图15进行

、

的近似的基础上进行修改后的框图。

图27是对图26进行等效变换而获得的框图。

图28是对图27进行等效变换而获得的框图。

图29是表示本发明的测量装置、加工装置的结构例的框图。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

图6是表示本发明的位置控制装置1的框图。

位置控制装置1是根据预定的位置指令Pdr，控制由作为驱动装置的电机(未图示)驱动的被驱动体2的位置Pd的装置。电机具有以可转动的方式设置的转子(可动部)，通过使该转子转动而产生转动动力，通过适当的动力传导装置驱动与转子联结的被驱动体2。另外，作为被驱动体2，使用低刚性负载。

位置控制装置1为按从内侧向外侧的顺序包括电流控制环(未图示)、作为驱动速度控制环的电机速度控制环(未图示)、速度控制环3、以及位置控制环4合计4个控制环(反馈环)的4层环位置控制装置，其中，电流控制环控制使电机动作的电流I；作为驱动速度控制环的电机速度控制环控制电机的转子的转动速度Vm(驱动速度)；速度控制环3控制被驱动体2的速度Vd；位置控制环4控制被驱动体2的位置Pd。

另外，电机、电流控制环、以及电机速度控制环汇总在一处，图示为具有传递函数Gm的驱动控制部5。

位置控制环4具有：算出并输出从外部输入的位置指令Pdr与被驱动体2的当前位置Pd的位置偏差Epd＝Pdr-Pd的位置比较器41；和通过将比例增益K与位置偏差Epd相乘而进行被驱动体2的位置特性补偿的位置特性补偿器42。此处，位置特性补偿器42为具有比例增益K的比例补偿器(P补偿器)。

速度控制环3具有：速度比较器31，将来自位置特性补偿器42的输出值K·Epd作为速度指令Vdr，算出并输出该速度指令Vdr与被驱动体2的当前速度Vd的速度偏差Evd＝Vdr-Vd；和速度特性补偿器32，通过将传递函数Glv与速度偏差Evd相乘而进行被驱动体2的速度特性补偿。

速度特性补偿器32为比例积分补偿器(PI补偿器)，具有相互并联连接的比例补偿器321和积分补偿器322。比例补偿器321具有比例增益Kp。积分补偿器322由表示积分的1/s和增益Ki串联连接而构成。此处，速度特性补偿器32的传递函数Glv，可以作为比例补偿器321的传递函数Kp与积分补偿器322的传递函数Ki/s的和，而表示为Glv＝Kp+(Ki/s)。

在速度控制环3和驱动控制部5之间，设置有将来自位置特性补偿器42的输出值(＝K·Epd＝速度指令Vdr)与来自速度特性补偿器32的输出值(＝Glv·Evd)相加的加法器6。加法器6将该加法计算结果输入至作为驱动控制部5的外侧的控制环的电机速度控制环。

电机速度控制环具有：电机速度比较器(驱动速度比较器)，将从加法器6所输入的加法计算结果作为电机速度指令Vmr(驱动速度指令)，算出并输出该电机速度指令Vmr与电机的转子的当前的转动速度Vm的电机速度偏差Evm＝Vmr-Vm；和电机速度特性补偿器(驱动速度特性补偿器)，通过将预定的传递函数与电机速度偏差Evm相乘而进行电机速度的特性补偿。

在驱动控制部5中设置于电机速度控制环的内侧的电流控制环，具有：电流比较器，将来自电机速度特性补偿器的输出值作为电流指令Ir，算出并输出该电流指令Ir与输入到电机的当前的电流I的电流偏差Ei＝Ir-I；和将相当于电流偏差Ei的电流追加到电机中的电流源。由此，与电流指令Ir相等的所希望的电流流入到电机中。

象以上这样，能够进行精密的控制，使得电机速度Vm通过电机速度控制环达到所希望的值；被驱动体2的速度Vd通过速度控制环3达到所希望的值；被驱动体2的位置Pd通过位置控制环4达到所希望的值。

另外，变成以下情况，即：电流控制环具有检测电机电流I的电机电流检测器，所检测出的电流I输入到电流比较器。

而且，变成以下情况，即：电机速度控制环，具有检测转子的转动位置的转动位置检测器、和对检测出的转动位置进行微分以算出转子的转动速度Vm的微分器，所算出的Vm输入到电机速度比较器。

此外，变成以下情况，即：速度控制环3具有对被驱动体2的位置Pd进行微分以算出速度Vd的微分器33(传递函数s)，所算出的Vd输入到速度比较器31。

并且，变成以下情况，即：位置控制环4具有对被驱动体2的速度Vd进行积分以算出位置Pd的积分元件43(传递函数1/s)，所算出的Pd输入到位置比较器41。另外，积分元件43在实际的装置结构中，构成为直接检测被驱动体2的位置Pd的位置检测器等。

<关于过冲的研究>

接着，针对具有以上结构的位置控制装置1，进行关于被驱动体2的位置Pd、速度Vd的过冲的研究。

通过以传递函数Glv置换速度特性补偿器32的传递函数Kp+(Ki/s)，图6可以修改成与已说明的图1大致相同的图。因而，可以得知，以后只需进行与图1→图2→图3→图4→图5的流程同样的等效变换，从位置指令Pdr到位置输出Pd的传递函数Gn就可以与式(2)完全相同地进行表示。此处，式(2)的右边的分母变成拉普拉斯算子s的一次式，位置控制装置1变成线性滞后系统的控制装置，因此，根据位置控制装置1，能够可靠地防止发生被驱动体2的位置Pd、速度Vd的过冲。

<关于被驱动体2的振动性的动作的研究>

接着，针对被驱动体2的振动性的动作，一边与图25所示结构的以往的伺服机构10进行对比，一边进行研究。另外，为了正确地进行对比，对于把位置控制装置1和伺服机构10之间共用的增益·传递函数(K、Kp、Glv等)设为相互等同的情况进行说明。

以下，针对向控制系统施加了作为被驱动体2的振动性动作的原因的干扰转矩的情况进行研究。此处，所谓干扰转矩，指的是对驱动控制部5所包含的电机的转矩脉动或作用于被驱动体2的摩擦力进行了等效变换等。

图7表示施加了干扰转矩的以往的伺服机构10(未设置有本实施方式的加法器6)。干扰转矩原本是施加在电机的输出(转矩)上的，但在图7中为等效地将干扰转矩经由Gt(从干扰转矩到电机速度输出Vm的传递函数)施加到电机速度输出Vm上。另外，为了准确地进行位置控制装置1与伺服机构10的对比，速度特性补偿器320，与本实施方式的速度特性补偿器32同样地，设定为是具有比例补偿器3210(增益Kp)和积分补偿器3220(增益Ki)的比例积分补偿器。

与以上的说明同样地，以进行的近似的情况进行说明。只需进行这样的近似，并将干扰转矩当作对伺服机构10的输入而进行配置变更，就能将图7修改成图8。

接着，只需将比例补偿器3210和积分补偿器3220汇总在一起作成传递函数为Kp+(Ki/s)＝Glv的速度特性补偿器320，就能获得图9，对此进行进一步的等效变换就能获得图10。

接着，为了只考虑干扰转矩的影响而将位置指令Pdr设为0，进而，进行去掉虚线的等效变更(参照图10的虚线)，就获得图11。

然后，对图11进行等效变换而获得图12。此处，图12的向前元件F1a、F1b，是对图11的向后元件B1进行了等效变换而得到的；此外，图12的向前元件F2a、F2b，是对图11的向后元件B2进行了等效变换而得到的。

将图12的向前元件F1B与向前元件F2a进行乘法计算(乘法计算结果为K)，并且，对包含图12的向前元件F2b的反馈环(用虚线框起的部分)进行等效变换，就能获得图13。然后，只需对图13的反馈环进行等效变换，就能获得图14。

通过这样获得的图14，以往的伺服机构10的从干扰转矩到位置输出Pd的传递函数Gc，变成下面的式(3)。

$\mathrm{Gc}=\frac{\mathrm{Gt}}{\mathrm{sGlv}+\mathrm{KGlv}+s}$ …式(3)

接着，对本实施方式的位置控制装置1进行同样的等效变换。

图15表示施加了干扰转矩的本实施方式的位置控制装置1。

与前面同样地进行

、

的近似，进而将干扰转矩当作对位置控制装置1的输入而进行配置变更，就能将图15修改成图16(另外，将速度特性补偿器32的传递函数汇总在Glv中进行了表示)。进而，将图16等效变换成图17。

接着，进行加上虚线的等效变更(图17的P1→图18的P2)，就能获得图18，对图18中用虚线框起的部分进行等效变换，就能获得图19。

接着，为了只考虑干扰转矩的影响而将位置指令Pdr设为0，进而，进行去掉虚线的等效变更(参照图19的虚线)，就能获得图20。

然后，对图20进行等效变换而获得图21(与以往的伺服机构10的图11→图12的等效变换同样)。

进而，对图21中用虚线框起的部分进行等效变换，就能获得图22。然后，对图22的反馈环(图22中用虚线框起的部分)进行等效变换，就能获得图23。

通过这样获得的图23，本实施方式的位置控制装置1的从干扰转矩到位置输出Pd的传递函数Gn，变成下面的式(4)。

$\mathrm{Gn}=\frac{\mathrm{Gt}}{\mathrm{sGlv}+\mathrm{KGlv}+s+K}$ …式(4)

对式(3)的Gc和式(4)的Gn进行比较，两者的差异仅在于分母的K。此处，K为位置特性补偿器42(420)的比例增益，因此为正。因而Gn的增益<Gc的增益是始终成立的。这表示对于干扰转矩，本实施方式的位置控制装置1(传递函数Gn)的被驱动体2的位置Pd，比以往的伺服机构10(传递函数Gc)的被驱动体20的位置Pd更不容易变动。因而，可以得知本实施方式的位置控制装置1，与以往的伺服机构10相比，能够抑制被驱动体2(20)的振动性的动作。

尤其是，在如以上的例子那样，速度特性补偿器32(320)为比例积分补偿器时，将Glv＝Kp+(Ki/s)＝[Kp(Tc·s+1)]/Tc·s代入式(3)和式(4)，就能获得下面的式(5)和式(6)。其中，Tc为速度特性补偿器32(320)的时间常数，Tc＝Kp/Ki。

$\mathrm{Gc}=\mathrm{Gt}\frac{\mathrm{Tc}\&CenterDot;s}{\mathrm{K\; Kp}}\frac{\frac{\mathrm{K\; Kp}}{\mathrm{Tc}(1+\mathrm{Kp})}}{s^2+\frac{\mathrm{Kp}(1+K\&CenterDot;\mathrm{Tc})}{\mathrm{Tc}(1+\mathrm{Kp})}s+\frac{\mathrm{K\; Kp}}{\mathrm{Tc}(1+\mathrm{Kp})}}$

$=\mathrm{Gt}\frac{\mathrm{Tc}\&CenterDot;s}{\mathrm{K\; Kp}}\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2}{s^2+2\mathrm{\&zeta;c}\&CenterDot;\mathrm{\&omega;}\&CenterDot;s+{\mathrm{\&omega;}}^2}$ …式(5)

其中， $\mathrm{\&zeta;c}=\frac{\mathrm{Kp}(1+\mathrm{K\; Tc})}{2\sqrt{\mathrm{K\; KpTc}(1+\mathrm{Kp})}},$ $\mathrm{\&omega;}=\sqrt{\frac{\mathrm{K\; Kp}}{\mathrm{Tc}(1+\mathrm{Kp})}}$

$\mathrm{Gn}=\mathrm{Gt}\frac{\mathrm{Tc}\&CenterDot;s}{\mathrm{K\; Kp}}\frac{\frac{\mathrm{K\; Kp}}{\mathrm{Tc}(1+\mathrm{Kp})}}{s^2+\frac{\mathrm{Kp}(1+K\&CenterDot;\mathrm{Tc})+K\&CenterDot;\mathrm{Tc}}{\mathrm{Tc}(1+\mathrm{Kp})}s+\frac{\mathrm{K\; Kp}}{\mathrm{Tc}(1+\mathrm{Kp})}}$

$=\mathrm{Gt}\frac{\mathrm{Tc}\&CenterDot;s}{\mathrm{K\; Kp}}\frac{{\mathrm{\&omega;}}^2}{s^2+2\mathrm{\&zeta;n}\&CenterDot;\mathrm{\&omega;}\&CenterDot;s+{\mathrm{\&omega;}}^2}$ …式(6)

其中， $\mathrm{\&zeta;n}=\frac{\mathrm{Kp}(1+\mathrm{K\; Tc})+K\&CenterDot;\mathrm{Tc}}{2\sqrt{\mathrm{K\; KpTc}(1+\mathrm{Kp})}},$ $\mathrm{\&omega;}=\sqrt{\frac{\mathrm{K\; Kp}}{\mathrm{Tc}(1+\mathrm{Kp})}}$

对式(5)的Gc和式(6)的Gn进行比较，两者的差异仅在于衰减比(ζc和ζn)。进而，衰减比ζc和衰减比ζn的差异，仅在于加在ζn的分子上的K·Tc这一项。此处，位置特性补偿器42(420)的比例增益K与速度特性补偿器32(320)的时间常数Tc皆为正，因此ζc<ζn成立。因而与频率ω无关，Gn的增益<Gc的增益。这表示本实施方式的位置控制装置1，与以往的伺服机构10相比，能够抑制被驱动体2(20)的振动性的动作。

另外，在此基础上适当地设定Glv，能更进一步抑制被驱动体2(20)的振动性的动作。

<本实施方式的位置控制装置与以往的伺服机构的比较模拟>

图24表示本实施方式的位置控制装置1与以往的伺服机构10的比较模拟结果。在图24中，横轴表示时间t，纵轴表示被驱动体2(20)的速度。而且，用实线表示本实施方式的位置控制装置1的模拟结果，用虚线表示以往的伺服机构10的模拟结果。t1表示输入了斜坡函数形状的位置指令Pdr(与台阶函数形状的速度指令Vdr对应)的时刻，t2表示施加了台阶函数形状的干扰转矩的时刻。

如图24所示那样，可以得知在以往的伺服机构10中，紧随着时刻t₁，发生了速度Vd对于速度指令Vdr的过冲，但在本实施方式的位置控制装置1中却没有发生过冲。

而且，在施加了干扰转矩后(时刻t₂以后)，本实施方式的位置控制装置1与以往的伺服机构10相比，来自速度指令Vdr的速度变动小，对速度指令Vdr的恢复快。这表示本实施方式的位置控制装置1，与以往的伺服机构10相比，抑制了被驱动体2(20)的振动性的动作。

<实施方式的效果>

根据本实施方式，可以达到以下的效果。

通过设置加法器6，位置控制装置1变成线性滞后系统的控制装置，因此能够可靠地防止过冲。

而且，通过设置加法器6，与以往的伺服机构10相比更能够抑制被驱动体2的振动性的动作。

并且，为了构成能实现以上这2种效果的位置控制装置1，只需在以往的伺服机构10上附加加法器6即可，因此能够防止位置控制装置1的结构复杂化，也能将制造成本的增加抑制在更小的范围。

本实施方式的位置控制装置1为包括电流控制环、电机速度控制环、速度控制环3、以及位置控制环4合计4个控制环的4层环位置控制装置，因此与以往普通的3层环位置控制装置相比，可以精密地进行被驱动体2的位置控制，能够抑制振动性的动作。

尤其是，在被驱动体2和电机的联结部的刚性低等的情况下，电机的可动部(转子等)的运动与被驱动体2的运动并不完全一致，因此，通过如本实施方式这样，设置电机速度控制环和(被驱动体2的)速度控制环3，就能够精密地控制被驱动体2的位置Pd。

即使在将被驱动体2设定成使位置控制装置1的控制特性劣化那样的低刚性负载的情况下，也能够通过速度控制环3精密地控制低刚性负载的速度，因此可以抑制低刚性负载的振动特性，能够防止控制特性的劣化。

<变形例>

本发明不限于以上说明的实施方式，只要是在能够实现本发明的目的的范围内对该实施方式进行了变形，就都包含在本发明的技术范围内。

例如，在上述实施方式中，对于包括电流控制环、电机速度控制环、速度控制环3、以及位置控制环4合计4个控制环的4层环位置控制装置1进行了说明，但本发明也可以适用于包括电流控制环、速度控制环、以及位置控制环合计3个控制环的3层环位置控制装置。此时，位置控制环既可以直接控制被驱动体的位置，还可以通过控制驱动装置的可动部的位置而间接地控制被驱动体的位置。并且，速度控制环可以直接控制被驱动体的速度，也可以通过控制驱动装置的可动部的速度而间接地控制被驱动体的速度。另外，电流控制环控制输入到驱动装置的电流。在这样的3层环位置控制装置中，加法器将来自位置控制环的位置特性补偿器的输出值与来自速度控制环的速度特性补偿器的输出值相加，将该加法计算的结果作为电流指令，输入到电流控制环的电流比较器。

而且，在上述实施方式中，是通过位置检测器(相当于积分元件43)等检测出被驱动体2的位置Pd，用微分器33对位置Pd进行微分，从而算出被驱动体2的速度Vd，但在本发明中，也可以不是通过运算取得速度Vd，而代之以通过速度检测器直接检测出速度Vd。并且，不是通过位置检测器等直接检测出被驱动体2的位置Pd，而代之以通过由速度检测器检测出被驱动体2的速度Vd，对该速度Vd进行积分来算出被驱动体2的位置Pd，这在原理上也是可行的。

此外，在上述实施方式中，作为速度特性补偿器32，使用了并联连接比例补偿器321和积分补偿器322的比例积分补偿器，但本发明不限于比例积分补偿器，可以自由地适当设定速度特性补偿器32的结构。即使在速度特性补偿器32不为比例积分补偿器的情况下，根据式(3)和式(4)，Gn(本发明)的增益<Gc(以往)的增益始终成立，因此，根据本发明始终能够抑制被驱动体的振动性的动作。

并且，在上述实施方式中，对控制被驱动体2的位置的位置控制装置1进行了说明，但包含这样的位置控制装置的测量装置和加工装置也包含在本发明的技术范围内。图29是表示测量装置8A、加工装置8B的结构例的框图。测量装置8A具有作为被测量体2的、参与被测量物W的测量的测头2A，加工装置8B具有作为被测量体2的、参与被加工物W的加工的工具2B。位置控制装置1，根据预定的位置指令，通过电机等的驱动装置7控制被驱动体2(测头2A，工具2B)的位置。

Claims (15)

1.一种位置控制装置，根据预定的位置指令控制由驱动装置驱动的被驱动体的位置，其特征在于，包括：

位置控制环，具有将上述被驱动体的当前位置与上述位置指令进行比较的位置比较器、和根据该位置比较器的比较结果进行上述被驱动体的位置特性补偿的位置特性补偿器；

速度控制环，具有将来自上述位置特性补偿器的输出值作为速度指令，将上述被驱动体的当前速度与该速度指令进行比较的速度比较器，和根据该速度比较器的比较结果进行上述被驱动体的速度特性补偿的速度特性补偿器；

加法器，对来自上述位置特性补偿器的输出值和来自上述速度特性补偿器的输出值进行加法计算；

驱动控制部，根据上述加法器的加法计算结果，使上述驱动装置动作来驱动上述被驱动体。

2.根据权利要求1所述的位置控制装置，其特征在于：

上述驱动装置设有以可运动的方式设置的可动部，上述被驱动体与上述可动部联结而被驱动，

上述驱动控制部具有控制上述驱动装置的可动部的驱动速度的驱动速度控制环，

上述驱动速度控制环具有：驱动速度比较器，将上述加法器的加法计算结果作为驱动速度指令，将上述可动部的当前的驱动速度与该驱动速度指令进行比较，和驱动速度特性补偿器，根据该驱动速度比较器的比较结果，进行上述可动部的驱动速度特性补偿。

3.根据权利要求1所述的位置控制装置，其特征在于：

上述被驱动体是使位置控制装置的控制特性劣化的低刚性负载。

4.根据权利要求1所述的位置控制装置，其特征在于：

上述速度特性补偿器包含比例积分补偿器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的位置控制装置，其特征在于：

上述位置特性补偿器包含比例补偿器。

6.一种测量装置，其特征在于：

包括权利要求1所述的位置控制装置，

上述被驱动体为参与被测量物的测量的测头。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于：

上述驱动装置设有以可运动的方式设置的可动部，上述被驱动体与上述可动部联结而被驱动，

上述驱动控制部具有控制上述驱动装置的可动部的驱动速度的驱动速度控制环，

上述驱动速度控制环具有：驱动速度比较器，将上述加法器的加法计算结果作为驱动速度指令，将上述可动部的当前的驱动速度与该驱动速度指令进行比较，和驱动速度特性补偿器，根据该驱动速度比较器的比较结果，进行上述可动部的驱动速度特性补偿。

8.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于：

上述被驱动体是使位置控制装置的控制特性劣化的低刚性负载。

9.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于：

上述速度特性补偿器包含比例积分补偿器。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的测量装置，其特征在于：

上述位置特性补偿器包含比例补偿器。

11.一种加工装置，其特征在于：

包括权利要求1所述的位置控制装置，

上述被驱动体为参与被加工物的加工的工具。

12.根据权利要求11所述的加工装置，其特征在于：

上述驱动装置设有以可运动的方式设置的可动部，上述被驱动体与上述可动部联结而被驱动，

上述驱动控制部具有控制上述驱动装置的可动部的驱动速度的驱动速度控制环，

上述驱动速度控制环具有：驱动速度比较器，将上述加法器的加法计算结果作为驱动速度指令，将上述可动部的当前的驱动速度与该驱动速度指令进行比较，和驱动速度特性补偿器，根据该驱动速度比较器的比较结果，进行上述可动部的驱动速度特性补偿。

13.根据权利要求11所述的加工装置，其特征在于：

上述被驱动体是使位置控制装置的控制特性劣化的低刚性负载。

14.根据权利要求11所述的加工装置，其特征在于：

上述速度特性补偿器包含比例积分补偿器。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的加工装置，其特征在于：

上述位置特性补偿器包含比例补偿器。

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