CN106557073B - 具有测定学习控制器的特性的功能的伺服控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有测定学习控制器的特性的功能的伺服控制装置，具备：位置指令生成部，其生成位置指令；位置检测部，其检测进给轴的位置；位置偏差取得部，其计算位置指令值和位置检测值之间的差值即位置偏差；位置控制环路；频带限制滤波器，其使位置偏差的高频成分衰减；动态特性补偿元件，其针对位置偏差实施进相；学习控制器，其包括频带限制滤波器以及动态特性补偿元件；正弦波扫描输入部，其对位置控制环路进行正弦波扫描；以及频率特性计算部，其推定位置控制环路输入输出信号的增益和相位，频率特性计算部根据位置控制环路的频率特性的测定值、频带限制滤波器以及动态特性补偿元件计算表示包括学习控制器的位置控制的特性的评价函数。

Description

具有测定学习控制器的特性的功能的伺服控制装置
技术领域
本发明涉及一种伺服控制装置，特别涉及具有测定学习控制器的特性的功能的伺服控制装置。
背景技术
近年来，机床中与学习控制相关的技术的实用化不断取得进展。如果简单地说明学习控制，学习控制是针对某个相同的动作将前馈信号最优化的控制。通过重复进行相同的动作，更新前馈信号，最终稳定在某个形状。在该时间点，结束学习，不更新通过学习控制得到的前馈信号而将其直接使用。
报告一种使用学习控制的重复动作的高精度化原理(例如，井上悳等：重放伺服系统的高精度控制(プレイバックサーボ系の高精度制御)，电气学会论文杂志(電気学会論文誌)C，101卷，4号，p.89-96(1981)。以下称为“非专利文献1”)。在非专利文献1中，也进行评价函数自身的导出。但是，在非专利文献1中不进行实际测量伺服系统的频率响应的技术和实验模态分析，不进行名义(nominal)上的特性以上的计算。
发明内容
本发明的目的在于提供一种伺服控制装置，在学习控制中通过将重要的学习的收敛性和干扰响应性可视化，能够选择适合机械特性和运行条件的学习参数。
本发明一个实施例的伺服控制装置，在具有通过伺服电动机驱动的进给轴的机床的伺服控制装置中，具备：位置指令生成部，其生成用于以预定的相同动作模式驱动进给轴的位置指令；位置检测部，其检测进给轴的位置；位置偏差取得部，其取得由位置指令生成部生成的位置指令值以及由位置检测部检测出的位置检测值，并计算位置指令值和位置检测值之间的差值即位置偏差；位置控制环路，其包括位置指令生成部、位置检测部以及位置偏差取得部；频带限制滤波器，其使从位置偏差取得部输出的位置偏差的高频成分衰减；动态特性补偿元件，其针对从频带限制滤波器输出的位置偏差实施进相；学习控制器，其包括频带限制滤波器以及动态特性补偿元件；正弦波扫描输入部，其对位置控制环路进行正弦波扫描；以及频率特性计算部，其用于根据对位置控制环路输入正弦波时的位置控制环路的输出来推定位置控制环路输入输出信号的增益和相位，频率特性计算部根据位置控制环路的频率特性的测定值、频带限制滤波器以及动态特性补偿元件计算表示包括学习控制器的位置控制的特性的评价函数。
附图说明
通过说明与附图关联的以下实施方式，能够更加明确本发明的目的、特征以及优点。在这些附图中：
图1是本发明的实施例的伺服控制装置的结构图。
图2是本发明的实施例的伺服控制装置的学习控制器的结构图。
图3是表示本发明的实施例的伺服控制装置的过渡响应收敛性的图表。
图4是用于说明本发明的实施例的伺服控制装置的动作步骤的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的伺服控制装置。图1是本发明的实施例的伺服控制装置100的结构图。关于本发明实施例1的伺服控制装置100，在具有通过伺服电动机进行驱动的进给轴的机床的伺服控制装置中，具备位置指令生成部1、位置检测部2、位置偏差取得部3、位置控制环路4、频带限制滤波器5、动态特性补偿元件6、学习控制器7、正弦波扫描输入部8以及频率特性计算部9。
位置指令生成部1生成用于经由传输机构30由伺服电动机20以预定的相同动作模式来驱动进给轴的位置指令。位置指令生成部1所生成的位置指令被输出给位置偏差取得部3。
位置检测部2检测进给轴的位置。作为位置检测部2能够使用编码器或旋转变压器，但不限于这些。位置检测部2检测出的进给轴的位置检测值被输出给位置偏差取得部3。
位置偏差取得部3取得由位置指令生成部1生成的位置指令值以及由位置检测部2检测出的位置检测值，并计算位置指令值和位置检测值之间的差值即位置偏差。包括上述的位置指令生成部1、位置检测部2以及位置偏差取得部3来构成位置控制环路4。
频带限制滤波器5使从位置偏差取得部3输出的位置偏差的高频成分衰减。频带限制滤波器5是用于截止某个频率区域的高频区域的信号的低通滤波器，有稳定控制系统的效果。
动态特性补偿元件6针对从频带限制滤波器5输出的位置偏差实施进相。动态特性补偿元件6是推进某个频率区域的高频区域的信号的相位并进一步提高增益的滤波器，有补偿控制系统的延迟和增益下降的效果。包括上述的频带限制滤波器5以及动态特性补偿元件6来构成学习控制器7。
正弦波扫描输入部8对位置控制环路4进行正弦波扫描。例如，正弦波扫描输入部8可以针对构成位置控制环路4的位置偏差取得部3输入由正弦波组成的干扰。但是，不限于这样的例子。
频率特性计算部9根据将正弦波输入到位置控制环路4时的位置控制环路4的输出来推定位置控制环路输入输出信号的增益和相位。频率特性计算部9根据位置控制环路4的频率特性的测定值、频带限制滤波器5以及动态特性补偿元件6计算表示包括学习控制器7的位置控制的特性的评价函数。
这里，频率特性计算部9可以通过一个刚体模式以及至少一个共振模式来记述位置控制环路4的频率特性。
接着，使用图2说明学习控制器7的结构。位置指令r被输入到减法器11中，通过减法器11计算位置指令r与位置检测部检测出的实际位置y之间的差值即位置偏差e。学习控制器7的第一加法器14将位置偏差e和存储在设置在频带限制滤波器5中的延迟存储器(未图示)中的一个模式周期前的修正量相加。频带限制滤波器5将第一加法器14的输出进行滤波处理并求出修正量。能够使用学习周期L将频带限制滤波器5表示为F(s)e-sL。动态特性补偿元件(Gx(s))6补偿控制对象的相位延迟和增益下降，学习控制器7将修正量输出给第二加法器12。第二加法器12将该修正量与位置偏差e相加，在速度指令生成部10中乘以通常伺服(位置/速度控制系统)的位置增益G0(s)生成速度指令。另外，在图2所示的例子中，表示在第3加法器13中将速度指令和干扰d相加的例子。
接着，说明频率特性计算部9根据位置控制环路4的频率特性的测定值、频带限制滤波器5以及动态特性补偿元件6计算表示包括学习控制器7的位置控制的特性的评价函数。
首先，知道通过附加学习控制器，在同步输入后经过了充分长的时间后的最终偏差的各角频率成分能够将最终偏差相对于基本伺服系统的控制偏差设为非常小。另外，在成为|F(jω)|≤1的滤波器的截止区域，通过基本伺服系统的响应来决定最终偏差特性(非专利文献1)。另外，同步输入是指相对于学习同步L来说r+d具有固定值或L或L的整数部分的一个周期。
这里，通过以下的公式(1)表示G(jω)。
Figure BDA0001121654360000041
能够通过以下的公式(2)表示指标AT(ω)，该指标AT(ω)表示过渡偏差的收敛性。
AT(ω)＝|F(jω)[1-G(jω)]| (2)
AT(ω)的值越小，jω附近的根造成的过渡响应成分的收敛越快。另外，AT＝1表示响应成分的振幅没有以恒定进行收敛。
这里，图3表示特性量AT(ω)的值的一例。知道在目标值的功率集中的低频中，AT(ω)的值小，过渡偏差的收敛性良好。
这里，能够实际测量G0，能够通过公式定义Gx，F。因此，能够基于实际测量计算AT。因此，根据本发明实施例的伺服控制装置，能够包括机械特性地测量包含学习控制器的伺服控制特性。
接着，使用图4所示的流程图说明本发明实施例的伺服控制装置的动作步骤。首先，在步骤S101中，正弦波扫描输入部8输入正弦波干扰。
接着，在步骤S102中，位置检测部2检测位置检测值。
接着，在步骤S103中，频率特性计算部9计算位置控制环路4的频率特性。
接着，在步骤S104中，频率特性计算部9针对频率特性进行模式分离计算。使用实验模态分析的方法通过一个刚体模式以及多个共振模式来记述频率传输函数，因此计算各个模式的固有常数。在确定共振模式时，使用共振曲线的峰值以及半值宽度来进行曲线拟合是最简单的方法。但是，也可以使用其他的确定方法。
接着，在步骤S105中，频率特性计算部9计算频带限制滤波器5以及动态特性补偿元件6的频率特性。
接着，在步骤S106中，频率特性计算部9计算针对包括了学习控制的控制系统的评价函数。
如以上所说明的那样，根据本发明，通过在学习控制中将重要的学习收敛性和干扰响应性进行可视化，能够选择适合于机械特性和运行条件的学习参数。

Claims (1)

1.一种伺服控制装置，其是具有通过伺服电动机进行驱动的进给轴的机床的伺服控制装置，其特征在于，
该伺服控制装置具备：
位置指令生成部，其生成用于以预定的相同动作模式驱动进给轴的位置指令；
位置检测部，其检测进给轴的位置；
位置偏差取得部，其取得由上述位置指令生成部生成的位置指令值以及由上述位置检测部检测出的位置检测值，并计算位置指令值和位置检测值之间的差值即位置偏差；
位置控制环路，其包括上述位置指令生成部、上述位置检测部以及上述位置偏差取得部；
频带限制滤波器，其使从上述位置偏差取得部输出的位置偏差的高频成分衰减；
动态特性补偿元件，其针对从上述频带限制滤波器输出的位置偏差实施进相；
学习控制器，其包括上述频带限制滤波器以及上述动态特性补偿元件；
正弦波扫描输入部，其对上述位置控制环路进行正弦波扫描；以及
频率特性计算部，其用于根据对上述位置控制环路输入正弦波时的上述位置控制环路的输出来推定位置控制环路输入输出信号的增益和相位，
上述频率特性计算部根据上述位置控制环路的频率特性的测定值、上述频带限制滤波器以及上述动态特性补偿元件来计算表示包括学习控制器的位置控制的特性的评价函数，
上述频率特性计算部通过一个刚体模式以及至少一个共振模式来记述上述位置控制环路的频率特性，并且基于所述共振模式的特性的峰值以及半值宽度来计算所述评价函数。
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