CN103907070B

CN103907070B - 伺服控制装置

Info

Publication number: CN103907070B
Application number: CN201280014728.9A
Authority: CN
Inventors: 池田英俊; 丸下贵弘; 马原功次; 长谷川澄; 尾木英优
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: DE112012007053B4; KR101347921B1; JPWO2014064815A1; TWI516888B; JP5283804B1; DE112012007053T5; US20140117919A1; WO2014064815A1; US8890460B2; CN103907070A; TW201416812A

Abstract

伺服控制装置具有：追随控制部（2），其针对利用电动机驱动机械系统的控制对象（1），以与电动机位置或电动机速度相对应的电动机运动追随电动机运动指令的方式进行控制；指令函数部（51），其输入表示控制对象（1）执行的周期动作的相位的相位信号（θ），利用预先设定的第1函数，计算与相位信号（θ）相对应的机械运动指令；二阶导函数部（52），其使用预先设定的第2函数，计算与相位信号相对应的第2函数的值，将该值作为二阶微分基础信号，其中，该第2函数作为利用相位信号对第1函数进行二阶微分后得到的函数即二阶导函数；校正值运算部（53），其使用相位速度的平方值、二阶微分基础信号和第1常数的积，对用于校正电动机运动指令的第1指令校正值进行运算；以及校正值相加部（54A），其基于第1指令校正值和机械运动指令的相加值，计算电动机运动指令。

Description

伺服控制装置

技术领域

本发明涉及一种对控制对象进行驱动控制的伺服控制装置。

背景技术

在对工业用机器人、冲压装置、生产线自动化装置等工业用机械进行驱动控制的伺服控制装置中，生成与驱动机械系统的电动机的运动（位置和速度）相关的指令，以电动机的运动追随该指令的方式进行控制。在机械系统的刚性低的情况（所驱动的机械系统为手臂状的情况或经由低刚性的轴或减速器驱动负载机械的情况等）下，由于低刚性部弯曲，导致机械前端的运动与电动机的运动产生差异。另外，在机械系统的刚性低的情况下，在停止等指令变化后产生振动。由于上述原因，机械前端的运动相对于指令存在误差，控制精度变差。

针对由上述低刚性所引起的问题，根据专利文献1记载的技术，针对由位置指令模块生成的位置指令值，求出关于时间的二阶微分值，并将其与增益常数相乘而求出校正值。并且，以使电动机追随将该校正值与原始的位置指令值相加后得到的校正位置指令值的方式进行控制。

另外，在专利文献1记载的技术中，记载有可以不使用纯微分而使用模拟微分。并且记载有：在指令速度的图案为梯形的情况下，提取指令的加速度变化的时刻，使用预先设定的时间序列的校正图案生成校正值。

另外，伺服控制装置有时按照并不一定固定的周期，使工业用机械执行特定图案的动作。在上述情况下，使用例如称为电子凸轮的、具有指令函数部的方式。在该方式中，使用表示周期内的相位并随时间经过而增加或减少的相位信号。并且，指令函数部使用基于相位信号的公式或参照数据表而生成周期性的位置指令。由此，相对于相位而反复生成同一形状的位置指令，并使电动机位置追随该位置指令。作为通过利用具有上述指令函数部的伺服控制装置进一步对位置指令进行校正而提高控制精度的技术，存在专利文献2中记载的技术。

该专利文献2中记载的技术以提高周期性地执行同一图案的动作的伺服控制装置的控制精度为目的，进行指令校正。在该技术中，以相位信号（相位指令值）作为输入，使用指令函数部（位置图案发生器）生成周期性的位置指令（位置图案）。并且，为了校正追随控制部（位置控制系统）的延迟，指令函数部使用将相位提前的位置指令，并且，将位置指令的关于时间的二阶微分值或三阶微分值与系数相乘而计算校正值。

另外，在专利文献2所记载的技术中记载有下述技术，即，对应于位置指令的二阶微分值或三阶微分值的绝对值的大小，通过切换是否与上述的校正值相加，从而抑制噪声与位置指令叠加。

专利文献1：日本特开2003－76426号公报

专利文献2：日本特开2011－67016号公报

发明内容

但是，在上述前者的现有技术中，由于如果进行位置指令的二阶微分，则信号被噪声化，因此存在难以进行高精度控制的问题。另外，作为针对噪声问题的对策，如果取代纯微分而使用模拟微分，则存在由于相位延迟而难以进行高精度控制的问题。另外，在提取出指令的加速度变化的时刻而按照规定的图案求出校正值的方法中，存在只能应对特定的指令形状的问题。

另外，在上述后者的现有技术中，由于使用由指令函数部输出的位置指令的关于时间的二阶微分或三阶微分而对校正值进行运算，因此，指令噪声大，存在难以进行高精度控制的问题。另外，通过对应于位置指令的二阶微分值或三阶微分值的大小而切换是否进行位置指令的校正以应对噪声问题，但最终在进行校正的情况下会受到噪声的影响，因此，存在难以进行高精度的控制的问题。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种伺服控制装置，根据该伺服控制装置，即使控制对象的刚性低，也能够高精度地控制周期动作。

为了解决上述课题而实现目的，本发明的特征在于，具有：追随控制部，其针对由电动机及利用所述电动机驱动的机械系统构成的控制对象，以使与所述电动机的电动机位置或电动机速度相对应的电动机运动追随电动机运动指令的方式，对所述电动机进行控制；指令函数部，其输入表示所述控制对象执行的周期动作的相位的相位信号，利用预先设定的第1函数，计算与所述相位信号相对应的机械运动指令；二阶导函数部，其输入所述相位信号，使用预先设定的第2函数，计算与所述相位信号相对应的所述第2函数的值，将该值作为二阶微分基础信号，其中，该第2函数作为利用所述相位信号对所述第1函数进行二阶微分后得到的函数即二阶导函数；校正值运算部，其输入表示所述相位信号的时间微分值的相位速度和所述二阶微分基础信号，使用所述相位速度的平方值、所述二阶微分基础信号和第1常数的积，对用于校正所述电动机运动指令的第1指令校正值进行运算；以及校正相加部，其基于所述第1指令校正值和所述机械运动指令的相加值，计算所述电动机运动指令。

发明的效果

根据本发明，具有下述效果：即使控制对象的刚性低，也能够高精度地控制周期动作。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的伺服控制装置的结构的框图。

图2是表示控制对象的结构例的示意图。

图3是表示本发明的实施方式2所涉及的伺服控制装置的结构的框图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的伺服控制装置进行详细说明。此外，本发明并不限定于下述实施方式。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的伺服控制装置的结构的框图。实施方式1所涉及的伺服控制装置100A对由电动机（后述的电动机11）和利用电动机11驱动的机械系统构成的控制对象1进行驱动控制。

控制对象1例如为工业用机器人、冲压装置、生产线自动化装置等工业用机械，具有电动机11和与电动机11连接的机械系统。伺服控制装置100A使用伺服电动机等致动器，对控制对象1进行驱动控制。伺服控制装置100A通过使控制对象1的电动机产生电动机扭矩τm，从而使控制对象1进行期望的动作。具体来说，伺服控制装置100A通过基于检测器（未图示）检测出的电动机位置ym而依次变更电动机扭矩τm，从而控制电动机11的动作位置以使控制对象1进行期望的动作。

伺服控制装置100A包含相位发生部3A、指令生成部5A、追随控制部2而构成。相位发生部3A产生表示使控制对象1执行的周期动作的相位的相位信号θ和表示相位信号θ的变化速度的相位速度ω，并输出至指令生成部5A。指令生成部5A通过后述的运算而计算电动机位置指令yr，并将计算出的电动机位置指令yr输出至追随控制部2。

追随控制部2输入从指令生成部5A输出的电动机位置指令yr和控制对象1检测到的电动机位置ym，以使电动机位置ym追随电动机位置指令yr的方式生成电动机扭矩τm。即，追随控制部2以由电动机位置ym表示的电动机运动追随电动机位置指令yr即电动机运动指令的方式，生成电动机扭矩τm而进行控制。

此外，在本实施方式中，对相位发生部3A位于伺服控制装置100A的内部的情况进行说明，但在伺服控制装置100A的内部也可以没有相位发生部3A。伺服控制装置100A也可以构成为从外部输入例如进行旋转动作的外部装置的旋转位置等信号，以使外部装置的动作同步。

相位发生部3A通过按照时间的经过对例如从外部指定的相位速度ω进行积分而生成相位信号θ，将相位速度ω和相位信号θ输出至指令生成部5A。或者，相位发生部3A可以将从外部输入的随时间增大或减少的相位信号θ输出至指令生成部5A，并且，将相当于相位信号θ的时间微分值的相位速度ω输出至指令生成部5A。在此情况下，相位发生部3A使用噪声去除效果足够大的滤波器对相位速度ω进行运算，以使得包含在相位信号θ中的由量子化等产生的噪声成分不因微分运算而变大。如上所述，相位发生部3A将相位信号θ和以不包含噪声成分的方式生成的相位速度ω输出至指令生成部5A。

下面，对指令生成部5A的结构和动作进行说明。指令生成部5A输入从相位发生部3A输出的相位信号θ和相位速度ω，计算电动机位置指令yr并输出至追随控制部2。指令生成部5A包含指令函数部51、二阶导函数部52、校正值运算部53和校正值相加部54A而构成。

在指令生成部5A中，向指令函数部51及二阶导函数部52输入从相位发生部3A输出的相位信号θ，将从相位发生部3A输出的相位速度ω输入至校正值运算部53。

指令函数部51基于相位信号θ，计算针对控制对象1的机械位置指令yr0。此时，指令函数部51使用预先设定的指令函数f（θ）计算机械位置指令yr0。换言之，指令函数部51通过预先设定的指令函数f（θ）（第1函数），计算与相位信号θ相对应的机械运动指令。指令函数f（θ）例如是公式或数据表。

在指令函数f（θ）为数据表的情况下，将相位信号θ的点（值）和机械位置指令yr0的点（值）的对应关系预先设定在数据表中。在数据表中预先以规定数量设定所述对应关系。指令函数部51通过针对所输入的任意值的相位信号θ，对数据表参照值实施插补而计算机械位置指令yr0。此时，指令函数部51如果使用直线插补，则能够容易地计算机械位置指令yr0。此外，指令函数部51也可以使用复杂的样条插补等。指令函数部51将计算出的机械位置指令yr0输出至校正值相加部54A。

在二阶导函数部52中预先设定有相当于指令函数f（θ）的二阶导函数f’’（θ）的函数（第2函数）。在此，所谓二阶导函数f’’（θ）是指，通过相位信号θ对指令函数f（θ）进行二阶微分后得到的函数。二阶导函数部52计算与输入的相位信号θ相对应的函数值，将该值作为二阶微分基础信号xb，并输出至校正值运算部53。在此，二阶导函数部52的第2函数与指令函数f（θ）相同地，例如为公式或数据表。另外，有些情况下，第2函数近似地表示指令函数f（θ）的二阶导函数f’’（θ），但在下面无需严格地记述的情况下，记述时不对第2函数和二阶导函数f’’（θ）区分。

在二阶导函数部52中的第2函数为数据表的情况下，将相位信号θ的点（值）和相当于二阶导函数f’’（θ）的点（值）的对应关系即相位信号θ的点（值）和二阶微分基础信号xb的点（值）的对应关系预先设定在数据表中。二阶导函数部52通过针对所输入的任意值的相位信号θ，对数据表参照值实施插补而计算二阶微分基础信号xb。二阶导函数部52将计算出的二阶微分基础信号xb输出至校正值运算部53。

校正值运算部53输入二阶微分基础信号xb和相位速度ω，使用相位速度ω的平方、规定的常数（第1常数）和二阶微分基础信号xb的积，对用于校正机械位置指令yr0的指令校正值yh进行计算。校正值运算部53将计算出的指令校正值yh输出至校正值相加部54A。在此，规定的常数是对应于与控制对象1的刚性或振动关联的机械常数而设定的，以成为后述的控制对象1的反共振频率的平方的倒数的方式设定。

校正值运算部53具有平方运算部53a、常数相乘部53b、二阶微分相乘部53c。在校正值运算部53中，平方运算部53a计算相位速度ω的平方并输出至常数相乘部53b。并且，常数相乘部53b使来自平方运算部53a的输出与规定的常数（例如，基于控制对象1的反共振频率ω_z的平方的倒数的值）相乘。常数相乘部53b将相乘后的值输出至二阶微分相乘部53c。并且，二阶微分相乘部53c将来自常数相乘部53b的输出和二阶微分基础信号xb相乘而计算指令校正值yh。并且，二阶微分相乘部53c将指令校正值yh输出至校正值相加部54A。

在此，校正值运算部53内的各部的相乘顺序并不特别限定于上述顺序。校正值运算部53只要进行计算以使指令校正值yh成为相位速度ω的平方、反共振频率ω_z的平方值的倒数和二阶微分基础信号xb的积即可。

校正值相加部54A将指令函数部51输出的机械位置指令yr0与校正值运算部53输出的指令校正值yh相加的结果（相加值）作为电动机位置指令yr输出至追随控制部2。这样，指令生成部5A通过上述动作，基于相位信号θ和相位速度ω计算电动机位置指令yr并输出至追随控制部2。

追随控制部2输入由指令生成部5A输出的电动机位置指令yr和从控制对象1检测到的电动机位置ym。追随控制部2以电动机位置ym追随并与电动机位置指令yr一致的方式，控制控制对象1中的电动机11的电流并产生电动机扭矩τm。追随控制部2使用例如由电动机位置控制、电动机速度控制、电动机电流控制构成的串级控制等。

下面，为了说明通过本实施方式得到的效果，首先，对本实施方式中考虑的控制对象1的特性进行说明。图2是表示控制对象的结构例的示意图。

在控制对象1中，利用轴等弹性部12将电动机11和机械负载13结合。并且，在控制对象1中，通过伺服控制装置100A所产生的电动机扭矩τm驱动电动机11，并经由弹性部12而驱动机械负载13。

机械负载13的负载惯性为JL，进行动作的机械负载13的位置即负载位置为yL，弹性部12的弹簧常数为Kg，弹性部12的粘性常数为Cg，电动机11的电动机惯性为JM。

在通过电动机扭矩τm驱动控制对象1的情况下，负载位置yL和电动机位置ym的关系由下式（1）表示。此外，以下，符号s为拉普拉斯运算符，是等价于时间微分的运算符。

yL/ym=1/（s²/ω_z ²+2ζ·s/ω_z+1）···（1）

公式（1）的ω_z为控制对象1的反共振频率，ζ为衰减系数，分别由下式（2）和（3）表示。

ω_z=（Kg/JL）^（1/2）···（2）

ζ=Cg/｛2（JL·Kg）^（1/2）｝···（3）

在此，将作为通过追随控制部2的作用进行控制的结果的、从电动机位置指令yr至电动机位置ym的传递函数表示为G（s）。即，在以下的公式（4）成立时，从电动机位置指令yr至负载位置yL的传递函数成为下式（5）。

ym/yr=G（s）···（4）

yL/yr=G（s）｛1/（s²/ω_z ²+2ζ·s/ω_z+1）｝···（5）

在控制对象1中的机械系统的刚性低的情况下，通常由于衰减系数ζ远小于1，因此，如果将衰减系数ζ视作足够小而忽略，则公式（5）能够近似为下面的公式（6）。

yL/yr=G（s）｛1/（s²/ω_z ²+1）｝···（6）

因此，即使使追随控制部2的响应形成为高速高精度（即使传递函数G（s）接近1），公式（6）也包含2次共振特性。因此，可知负载位置yL的响应存在误差，另外，相对于电动机位置指令yr的变化，以反共振频率ω_z进行振动动作。如上所述，反共振频率ω_z与机械系统的振动频率相对应。

下面，对指令生成部5A的详细特性进行说明。指令生成部5A通过进行上述动作，相对于相位信号θ的输入，计算由以下的公式（7）表示的指令校正值yh。

yh=f’’（θ）·ω²/ω_z ²···（7）

在此，考虑机械位置指令yr0（即f（θ））的时间微分。机械位置指令yr0的一阶微分值及二阶微分值由下面的公式（8）及（9）表示。

df（θ）／dt=｛df（θ）／dθ｝（dθ／dt）···（8）

d²f（θ）／dt²=｛d²f（θ）／dθ²｝（dθ／dt）²+｛df（θ）／dθ｝（d²θ／dt²）···（9）

在此，作为相位信号θ的时间微分的相位速度ω，如果在所考虑的期间中恒定或变化非常小，则公式（9）成为下面的公式（10）。

d²f（θ）／dt²=｛d²f（θ）／dθ²｝（dθ／dt）²···（10）

在公式（10）中，如果将d²f（θ）／dθ²改写为f’’（θ），将dθ／dt改写为ω，将f（θ）改写为yr0，将时间微分改写为运算符s，则公式（10）改写为下面的公式（11）。并且，表示指令校正值yh的公式（7）通过下面的公式（12）表示。

s²yr0=f’’（θ）ω²···（11）

yh=（s²／ω_z ²）yr0···（12）

如上所述，在实际上，即使不针对机械位置指令yr0进行时间微分的运算，也可以等价地将机械位置指令yr0的关于时间的二阶微分值与规定的常数相乘的信号，运算作为指令校正值yh。

另外，电动机位置指令yr由于是yr0与yh的和，因此，从机械位置指令yr0至电动机位置指令yr的传递函数成为下面的公式（13）。其结果，从机械位置指令yr0至负载位置yL的传递函数通过合并公式（6）和公式（13）而成为下面的公式（14）。

yr／yr0＝（s²／ω_z ²+1）···（13）

yL／yr0=G（s）···（14）

因此，通过使追随控制部2的响应为高速高精度，使传递函数G（s）接近1，即使控制对象1的刚性低，也能够以负载位置yL高速高精度地追随机械位置指令yr0的方式进行控制。

指令生成部5A的特性是通过使用作为控制对象1的机械特性（例如与刚性或振动频率关联的机械特性）的反共振频率ω_z，将规定的常数设定在常数相乘部中而得到的。例如通过从外部对应于控制对象1的机械特性而设定指令生成部5A的特性，从而能够实现针对控制对象1的高精度控制。

另外，反共振频率ω_z与控制对象1的振动频率相对应。因此，可以以例如在伺服控制装置100A内自动测定振动频率而在指令生成部5A中设定反共振频率ω_z的方式构成伺服控制装置100A。

对于上述高速高精度控制所得到的效果，从原理上说，只要使从机械位置指令yr0至电动机位置指令yr的传递函数形成为公式（13）那样就能够得到上述效果。其性质在原理上说与专利文献1中记载的方法相同。

另一方面，本实施方式所涉及的伺服控制装置100A的1个特征为，使用设定有针对相位信号θ的函数的二阶导函数部52，计算二阶微分基础信号xb，将相位速度ω的平方、二阶微分基础信号xb和规定的常数的积运算作为指令校正值yh。如上所述，在伺服控制装置100A中，不直接进行二阶的时间微分，而运算公式（12）表示的指令校正值yh。

作为现有技术和伺服控制装置100A的比较，考虑假设实际上实时运算公式（12）所示的二阶时间微分的情况。在实际的伺服控制装置100A的运算中，使用有效位数为有限长度的数值运算。在此情况下，在相位发生部3A中的相位信号θ的运算时，向理想值中混入量化噪声。另外，在指令函数部51中，在根据相位信号θ输出机械位置指令yr0的过程（通过参照数据表进行插补运算的过程）的各四则运算中，混入有因舍入误差（rounding error）或截断误差（Truncationerror）产生的量化噪声。

针对混入有上述量化噪声的机械位置指令yr0，如果进行二重时间微分这样的二阶微分运算，则量化噪声的成分非常大，无法直接用于指令校正值yh的运算。另外，如果为了抑制量化噪声，在实时运算中使用滤波器，则由滤波器产生延迟，难以实现高精度的控制。

针对该问题，在本实施方式中，由于基于设定有针对相位信号θ的函数或数据表的二阶导函数部52的参照值，进行指令校正值yh的计算，因此，能够抑制因数值的量子化和时间微分引起的噪声成分的增大。其结果，无需追加滤波器等就可以容易地实现高精度的控制。

如上所述，伺服控制装置100A通过二阶导函数部52计算二阶微分基础信号xb，其中，二阶微分基础信号xb相当于机械位置指令yr0的关于相位信号θ的二阶微分值。并且，伺服控制装置100A将二阶微分基础信号xb、由相位发生部3A以不包含噪声成分的方式生成的相位速度ω的平方和规定的常数相乘而计算指令校正值yh。由此，也能够应对相位速度ω的变更（控制对象1所执行的周期动作的周期的变更），实现与使用机械位置指令yr0的二阶时间微分相同的控制特性。另外，由于在实际的运算中不进行时间微分，因此，能够计算抑制了信号的噪声成分的电动机位置指令yr。

另外，在相位发生部3A中的相位速度ω的运算中，即使使用了用于去除噪声的慢低通滤波器，如果相位速度ω的变化缓慢，则低通滤波器的延迟对指令校正值yh的运算造成的影响很小。因此，伺服控制装置100A不会使控制精度恶化，能够去除噪声的不良影响。

在本实施方式中，对通过预先设定的数值表和插补运算计算指令函数部51的指令函数f（θ）及二阶导函数部52的二阶导函数f’’（θ）的情况进行了说明。该数值表的生成方法并没有特别的限定。在能够作为针对相位信号θ的公式而运算指令函数f（θ）及二阶导函数f’’（θ）的情况下，即使对于非常复杂的运算，通过预先进行表格化而能够避免在实时动作中由计算时间引起的问题。另外，在预先生成相当于二阶导函数f’’（θ）的数值表时，如果使用高精度的浮点运算等对数据表进行运算，则能够在不混入噪声误差的状态下生成数据表。因此，不会产生高频噪声问题而能够实现高精度控制。

另外，作为设定在指令函数部51中的函数f（θ），可以不基于公式而是针对有限个相位信号θ的点设定数值表。在此情况下，对通过公式难以表示的任意图案的周期动作能够容易地进行设定。在上述情况下，作为以指令函数部51的指令函数f（θ）的数据表为基础的单纯方式，如果假设通过关于相邻的相位信号θ的点进行二重差分运算而求出相当于二阶导函数f’’（θ）的数据表，则有时使相位信号θ的区域中的高频成分变得过大。

在高频成分过大的情况下，必须通过滤波器进行平滑化操作，由于不通过实时运算，而是事先离线进行平滑化操作即可，因此，不会产生相位误差，能够抑制高频成分。

具体来说，在作用于相位信号θ的区域的滤波器运算中，使用称为零相位滤波器的方法。即，将对关于相位信号θ的高频成分进行抑制的特性的滤波器运算双重地应用于相位信号θ的正向和逆向中。由此，能够在抑制高频成分而不会产生相位误差的同时，生成相当于二阶导函数部52中的二阶导函数f’’（θ）的函数。其结果，在通过二阶导函数部52进行数据表的参照和插补运算的实时动作运算时，不会增大输出信号的高频噪声，针对向控制对象1的振动或控制误差的影响大的反共振频率ω_z附近的频率特性，能够进行高精度的实时运算。因此，能够实现高精度控制。

另外，在本实施方式中，对指令函数部51的函数f（θ）及相当于二阶导函数部52的f’’（θ）的函数，设定为与规定数量的相位信号θ的点相对的数据表的情况进行了说明，但也可以将公式运算设定为指令函数f（θ）和二阶导函数f’’（θ）。例如，在能够通过可实时运算的函数实现指令函数f（θ）和二阶导函数f’’（θ）的情况下，无需设定数据表，可以进行针对相位信号θ的公式运算。

如上所述，在本实施方式中，对伺服控制装置100A进行位置控制的情况进行了说明。具体来说，由以相位信号θ作为输入的指令函数部51计算机械位置指令yr0，由以相位信号θ和相位速度ω作为输入的校正值运算部53计算指令校正值yh，校正值相加部54A计算电动机位置指令yr。并且，追随控制部2以电动机位置ym追随电动机位置指令yr的方式对控制对象1进行控制。

此外，伺服控制装置100A还能够在速度的维度上以相同的结构进行动作，在该情况下也能够得到与位置控制完全相同的效果。在此情况下，由以相位信号θ作为输入的指令函数部51计算机械速度指令，将该指令作为机械运动指令，由以相位信号θ和相位速度ω作为输入的校正值运算部53计算速度的指令校正值，校正值相加部54A计算电动机速度指令，将该指令作为电动机运动指令。并且，追随控制部2以电动机运动即电动机速度追随电动机速度指令的方式对控制对象1进行控制。

如上所述，根据实施方式1，能够一边对由进行周期动作的控制对象1的刚性低引起的振动或控制误差进行抑制，一边应对周期变更，与此同时，不会产生由指令的信号量子化引起的噪声的问题，实现高精度的控制。因此，即使控制对象1的刚性低，也能够高精度地控制周期动作。

实施方式2

下面，使用图3，对本发明的实施方式2进行说明。图3是表示本发明的实施方式2所涉及的伺服控制装置的结构的框图。在图3的各结构要素中，对实现与图1所示的实施方式1的伺服控制装置100A相同功能的结构要素，标注相同的标号，并省略重复说明。

实施方式2所涉及的伺服控制装置100B通过进行比伺服控制装置100A复杂的设定和运算，实现与伺服控制装置100A相比更高精度的控制。本实施方式的伺服控制装置100B通过具备一阶导函数部62及加速时校正值运算部63，从而在表示相位信号θ的变化速度的相位速度ω不恒定的情况下，也能够提高控制精度。另外，通过具备一阶导函数部62及衰减校正值运算部64，从而在控制对象1的振动特性中的衰减大的情况下，也能够提高控制精度。

伺服控制装置100B包含相位发生部3B、指令生成部5B、追随控制部2而构成。相位发生部3B与实施方式1中的相位发生部3A相同地，将相位信号θ和相位速度ω输出至指令生成部5B。另外，相位发生部3B将相当于相位速度ω的时间微分的相位加速度α输出至指令生成部5B。该相位加速度α通过预先设定为时间序列图案等的方法，能够在不包含噪声成分的情况下进行输出。

指令生成部5B输入相位信号θ、相位速度ω、相位加速度α而计算电动机位置指令yr，并将计算出的电动机位置指令yr输出至追随控制部2。指令生成部5B包含指令函数部51、二阶导函数部52、校正值运算部53、校正值相加部54B、一阶导函数部62、加速时校正值运算部63、衰减校正值运算部64而构成。

在指令生成部5B中，向指令函数部51、二阶导函数部52及一阶导函数部62输入从相位发生部3B输出的相位信号θ。另外，向校正值运算部53及衰减校正值运算部64输入从相位发生部3B输出的相位速度ω。并且，向加速时校正值运算部63输入从相位发生部3B输出的相位加速度α。

在一阶导函数部62中预先设定有与指令函数部51中的指令函数f（θ）的一阶导函数f’（θ）相当的第3函数。相当于一阶导函数f’（θ）的第3函数是相当于通过相位信号θ对指令函数f（θ）进行一阶微分的函数。一阶导函数部62将对应于输入的相位信号θ的第3函数的值作为一阶微分基础信号xb1而输出至加速时校正值运算部63及衰减校正值运算部64。该相当于一阶导函数f’（θ）的第3函数与指令函数f（θ）和二阶导函数f’’（θ）相同地，例如为公式或数据表。

在相当于一阶导函数f’（θ）的第3函数为数据表的情况下，将相位信号θ的点（值）和一阶微分基础信号xb1的点（值）之间的对应关系预先以规定数量设定在数据表中。一阶导函数部62通过针对所输入的任意值的相位信号θ，对数据表参照值实施插补而计算一阶微分基础信号xb1。一阶导函数部62将计算出的一阶微分基础信号xb1输出至加速时校正值运算部63及衰减校正值运算部64。

加速时校正值运算部63输入一阶微分基础信号xb1和相位加速度α，计算一阶微分基础信号xb1、相位加速度α和规定的常数（第2常数）的积作为加速时校正值yha。加速时校正值运算部63将计算出的加速时校正值yha输出至校正值相加部54B。

在加速时校正值运算部63中使用的规定的常数与在实施方式1中的校正值运算部53中使用的规定的常数相同地，是对应于与控制对象1的刚性或振动关联的机械常数而设定的。例如，在加速时校正值运算部63中使用的规定的常数以成为控制对象1的反共振频率ω_z的平方的倒数的方式设定。因此，加速时校正值yha使用下面的公式（15）进行运算。

yha=f’（θ）·α／ω_z···（15）

在此，机械位置指令yr0（即f（θ））的关于时间的二阶微分值如实施方式1的说明所示，通过公式（9）表示。在实施方式1中假设的相位速度ω的变化足够小的条件不成立的情况下，将公式（9）改写为下面的公式（16）。另外，利用公式（7）和公式（15），指令校正值yh和加速时校正值yha的和通过下面的公式（17）表示。

s²yr0=f’’（θ）ω²+f’（θ）α···（16）

yh+yha=（s²／ω_z ²）yr0···（17）

衰减校正值运算部64输入上述的一阶微分基础信号xb1和相位速度ω，计算一阶微分基础信号xb1、相位速度ω和规定的常数（第3常数）的积作为衰减校正值yhz。衰减校正值运算部64将计算出的衰减校正值yhz输出至校正值相加部54B。

衰减校正值运算部64中的规定的常数的值例如基于将控制对象1的衰减系数ζ的2倍与反共振频率ω_z的倒数相乘得到的值。另外，根据实施方式（1）中的公式（8），下面的公式（18）成立，因此，要运算的衰减校正值yhz通过下面的公式（19）表示。

s·yr0=f’（θ）ω···（18）

yhz=（2ζ·s／ω_z）yr0···（19）

校正值相加部54B将使指令函数部51输出的机械位置指令yr0与校正值运算部53输出的指令校正值yh、加速时校正值运算部63输出的加速时校正值yha、衰减校正值yhz相加得到的结果作为电动机位置指令yr而输出至追随控制部2。如果基于公式（17）和公式（19），计算从机械位置指令yr0至电动机位置指令yr的传递函数，则成为下面的公式（20）。

yr／yr0=（s²／ω_z ²+2ζs／ω_z+1）···（20）

因此，即使在无法忽略表示相位速度ω的变化的相位加速度α的情况或无法忽略控制对象1的衰减系数ζ的情况下，通过合并公式（6）和公式（20），能够与实施方式1相同地，通过公式（14）表示从机械位置指令yr0至负载位置yL的传递函数。

其结果，通过使追随控制部2的响应形成为高速高精度，使传递函数G（s）接近1，能够以负载位置yL高速高精度地追随机械位置指令yr0的方式，对控制对象1进行控制。

此外，在本实施方式中，对通过使机械位置指令yr0与指令校正值yh、加速时校正值yha及衰减校正值yhz全部相加，而计算电动机位置指令yr的情况进行了说明，但电动机位置指令yr的计算方法并不限定于该方法。指令生成部5B可以通过将机械位置指令yr0和指令校正值yh的相加值与加速时校正值yha及衰减校正值yhz的至少1个相加而计算电动机位置指令yr。

例如，在计算电动机位置指令yr时，不与加速时校正值yha相加的情况下，不需要加速时校正值运算部63。另外，在计算电动机位置指令yr时，不与衰减校正值yhz相加的情况下，不需要衰减校正值运算部64。

如上所述，根据实施方式2，即使在无法忽略相位速度ω的变化的情况或无法忽略控制对象1的振动特性的衰减系数ζ的情况下，也能够一边对由进行周期动作的控制对象1的刚性低引起的振动和控制误差进行抑制，一边应对周期变更，与此同时，不会产生由指令的信号量子化引起的噪声的问题，实现高精度控制。

工业实用性

如上所述，本发明所涉及的伺服控制装置适用于对利用电动机驱动机械系统的控制对象的控制。

标号的说明

1控制对象，2追随控制部，3A、3B相位发生部，5A、5B指令生成部，11电动机，12弹性部，13机械负载，51指令函数部，52二阶导函数部，53校正值运算部，53a平方运算部，53b常数相乘部，53c二阶微分相乘部，54A、54B校正值相加部，62一阶导函数部，63加速时校正值运算部，64衰减校正值运算部，100A、100B伺服控制装置。

Claims

1.一种伺服控制装置，其特征在于，具有：

追随控制部，其针对由电动机及利用所述电动机驱动的机械系统构成的控制对象，以使与所述电动机的电动机位置或电动机速度相对应的电动机运动追随电动机运动指令的方式，对所述电动机进行控制；

指令函数部，其输入表示所述控制对象执行的周期动作的相位的相位信号，利用预先设定的第1函数，计算与所述相位信号相对应的机械运动指令；

二阶导函数部，其输入所述相位信号，使用预先设定的第2函数，计算与所述相位信号相对应的所述第2函数的值，将该值作为二阶微分基础信号，其中，该第2函数作为利用所述相位信号对所述第1函数进行二阶微分后得到的函数即二阶导函数；

校正值运算部，其输入表示所述相位信号的时间微分值的相位速度和所述二阶微分基础信号，使用所述相位速度的平方值、所述二阶微分基础信号和第1常数的积，对用于校正所述电动机运动指令的第1指令校正值进行运算；以及

校正相加部，其基于所述第1指令校正值和所述机械运动指令的相加值，计算所述电动机运动指令。

2.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，

构成为，对应于所述控制对象的机械特征而从外部设定所述第1常数。

3.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，

所述第1常数是基于将与所述控制对象的振动频率相对应的反共振频率进行平方后的值的倒数的值。

4.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，

所述第2函数是表示所述相位信号和所述二阶微分基础信号的对应关系的第1数据表，

所述二阶导函数部使用所述第1数据表进行计算，作为所述二阶微分基础信号。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的伺服控制装置，其特征在于，还具有：

一阶导函数部，其输入所述相位信号，使用预先设定的第3函数，计算与所述相位信号相对应的所述第3函数的值，将该值作为一阶微分基础信号，其中，该第3函数作为利用所述相位信号对所述第1函数进行微分后得到的函数即一阶导函数；以及

加速时校正值运算部，其输入表示所述相位速度的时间微分值的相位加速度和所述一阶微分基础信号，使用所述一阶微分基础信号、所述相位加速度和第2常数的积，对用于校正所述电动机运动指令的第2指令校正值进行计算，

所述校正相加部基于所述第1及第2指令校正值和所述机械运动指令的相加值，计算所述电动机运动指令。

6.根据权利要求5所述的伺服控制装置，其特征在于，

所述第2常数是基于将与所述控制对象的振动频率相对应的反共振频率进行平方后的值的倒数的值。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的伺服控制装置，其特征在于，还具有：

衰减校正值运算部，其输入所述一阶微分基础信号和所述相位速度，使用所述一阶微分基础信号、所述相位速度和第3常数的积，对用于校正所述电动机运动指令的第3指令校正值进行计算，

所述校正相加部基于所述第1及第3指令校正值和所述机械运动指令的相加值，计算所述电动机运动指令。

8.根据权利要求7所述的伺服控制装置，其特征在于，

所述第3常数是基于所述控制对象的衰减系数和与所述控制对象的振动频率相对应的反共振频率的倒数之积的值。