CN107390635B - 伺服控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明所涉及的伺服控制装置具备速度指令制作部、转矩指令制作部、速度检测部、速度控制环、设定速度控制环的速度控制增益的速度控制增益设定部、对速度控制环进行正弦波扫描的正弦波干扰输入部、频率特性计算部以及增益调整部，在由于提高速度控制增益导致速度控制环陷入振荡状态而变得不稳定时，降低速度控制增益并暂停正弦波扫描，使用比不稳定时的速度控制增益低的速度控制增益来使速度控制环变得稳定后重新开始正弦波扫描。

Description

伺服控制装置
技术领域
本发明涉及一种伺服控制装置，特别涉及一种具有使控制系统自主地变得稳定来进行自动调整的功能的伺服控制装置。
背景技术
与伺服控制装置的控制系统的频率特性的测定有关的装置、方法被大量提出，在机床的进给轴的传递特性的测量中也被广泛运用。另外，还已知自动地调整控制增益的方法。
另外，已知如下一种技术：对伺服控制装置的控制系统提供扫描正弦波作为干扰，从而调整增益(例如，日本再表2009/19953号公报。下面称为“专利文献1”。)。图1中示出了以往的电动机控制装置的结构图。在图1中，电动机控制装置1000具有电动机1001、检测部1002、控制部1003、机械1004、干扰信号发生部1005、补偿驱动力检测部1006、振动计算部1007、振荡检测部1008、振动存储部1009以及开环模拟增益运算部1010。专利文献1中公开了以下内容：干扰信号发生部1005对从控制部1003输出的驱动力施加扫描正弦波的干扰信号。
然而，在以往技术中存在以下问题：在控制系统的在线自动调整中当变为不稳定的状态时无法自主地应对。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在控制系统的在线自动调整中能够在变得不稳定时自主地变得稳定来将调整程序(sequence)实施到最后的伺服控制装置。
本发明的一个实施例所涉及的伺服控制装置是具有由伺服电动机驱动的进给轴的机床的伺服控制装置，特征在于，具备：速度指令制作部，其制作伺服电动机的速度指令值；转矩指令制作部，其制作伺服电动机的转矩指令值；速度检测部，其检测伺服电动机的速度；速度控制环，其包括速度指令制作部、转矩指令制作部以及速度检测部；速度控制增益设定部，其设定作为速度控制环的控制增益的速度控制增益；正弦波干扰输入部，其对速度控制环进行正弦波扫描(sinusoidal sweep)；频率特性计算部，其用于根据对速度控制环输入正弦波时的速度控制环的输出来估计速度控制环输入输出信号的增益和相位；以及增益调整部，其在线调整速度控制增益，其中，在由于提高速度控制增益导致速度控制环陷入振荡状态而变得不稳定时，降低速度控制增益并暂停正弦波扫描，使用比不稳定时的速度控制增益低的速度控制增益来使速度控制环变得稳定后重新开始正弦波扫描。
附图说明
通过与附图相关联的以下的实施方式的说明，本发明的目的、特征以及优点会变得更进一步明确。在该附图中，
图1是表示以往的电动机控制装置的结构的框图，
图2是表示本发明的实施例所涉及的伺服控制装置的结构的框图，以及
图3是用于说明本发明的实施例所涉及的伺服控制装置的动作过程的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本发明的实施例所涉及的伺服控制装置。图2是表示本发明的实施例所涉及的伺服控制装置的结构的框图。本发明的实施例所涉及的伺服控制装置101是具有由伺服电动机20驱动的进给轴的机床的伺服控制装置，具有速度指令制作部1、转矩指令制作部2、速度检测部3、速度控制环4、速度控制增益设定部5、正弦波干扰输入部6、频率特性计算部7以及增益调整部8。本发明的实施例所涉及的伺服控制装置101的特征在于，在由于提高速度控制增益导致速度控制环4陷入振荡状态而变得不稳定时，降低速度控制增益并暂停正弦波扫描，使用比不稳定时的速度控制增益低的速度控制增益来使速度控制环4变得稳定后重新开始正弦波扫描。作为使速度控制增益降低的方法，例如，可以将速度控制增益变更为指定的增益余裕或相位余裕的范围内的最低值。
速度指令制作部1制作伺服电动机20的速度指令值。速度指令制作部1制作出的速度指令值被输出到加法运算器10。加法运算器10将从正弦波干扰输入部6输入的正弦波干扰与速度指令值相加，并且减去速度检测部3检测出的伺服电动机20的速度检测值。加法运算器10将计算结果输出到速度控制增益设定部5。
转矩指令制作部2制作伺服电动机20的转矩指令值。具体地说，转矩指令制作部2获取对加法运算器10的计算结果乘以速度控制增益所得到的值，输出转矩指令来驱动伺服电动机20。伺服电动机20借助传递机构30使驱动体(未图示)进行动作。
速度检测部3检测伺服电动机20的速度。例如能够通过对伺服电动机20设置编码器来检测伺服电动机20的速度，但是不限于此。
速度控制环4构成为包括速度指令制作部1、转矩指令制作部2以及速度检测部3。速度控制增益设定部5对由加法运算器10计算出的计算结果设定由增益调整部8调整后的速度控制增益，其中，该计算结果是使从正弦波干扰输入部6输入的正弦波干扰与速度指令值相加所得到的值减去速度检测部3检测出的伺服电动机20的速度检测值所得到的结果。
正弦波干扰输入部6对速度控制环4进行正弦波扫描。具体地说，正弦波干扰输入部6对加法运算器10输入正弦波干扰。
频率特性计算部7根据对速度控制环4输入正弦波时的速度控制环4的输出来估计速度控制环输入输出信号的增益和相位。并且，频率特性计算部7利用以来自正弦波干扰输入部6的干扰输入频率为基本频率的、包括任意的项数的傅里叶级数来表达速度控制环4的输出，通过计算该傅里叶级数的基波分量的振幅和相位来在线计算频率特性。
增益调整部8在线调整速度控制增益。优选的是，增益调整部8基于作为目标的期望的评价函数值与对实际的扫描的评价函数值之差来决定速度控制增益的调整量。
在由于提高速度控制增益导致速度控制环4陷入振荡状态而变得不稳定时，伺服控制装置101降低速度控制增益并暂停正弦波扫描。之后，伺服控制装置101使用比不稳定时的速度控制增益低的速度控制增益来使速度控制环4变得稳定后重新开始正弦波扫描。这样，本发明的实施例所涉及的伺服控制装置的特征在于，在执行在线自动调整的过程中控制系统变得不稳定的情况下，暂时大幅减小控制增益来使控制系统变得稳定。通过设为这种结构，能够在原理上将调整程序实施到最后。并且，即使在产生大的振荡的情况下，也立即暂停程序并重新开始，因此对操作员来说甚至可以不用意识到控制系统变得不稳定，从而能够实现安全且安心的自动调整。
接着，使用图3所示的流程图来说明本发明的实施例所涉及的伺服控制装置的动作过程。首先，在步骤S101中，正弦波干扰输入部6使输入频率初始化。接着，在步骤S102中，正弦波干扰输入部6更新输入频率。接着，在步骤S103中，正弦波干扰输入部6对速度控制环4输入正弦波干扰。
接着，在步骤S104中，速度检测部3检测伺服电动机20的速度。接着，在步骤S105中，转矩指令制作部2根据速度指令值、速度检测值以及速度控制增益来制作转矩指令值。
接着，在步骤S106中，增益调整部8判断是否检测出速度控制环4的不稳定化。具体地说，在由于提高速度控制增益而使得速度控制环4陷入振荡状态的情况下，增益调整部8判断为速度控制环4变得不稳定。
在步骤S106中增益调整部8检测出速度控制环4的变得不稳定的情况下，在步骤S107中，增益调整部8在能够容许的范围内降低速度控制增益。作为在能够容许的范围内使速度控制增益降低的方法，例如可以将速度控制增益变更为能够容许的最低值。
接着，在步骤S108中，正弦波干扰输入部6停止正弦波扫描。即，正弦波干扰输入部6停止对速度控制环4输入正弦波干扰。接着，在步骤S109中，增益调整部8暂停用于增益调整的频率特性的测量。
接着，在步骤S110中，增益调整部8在经过充分的时间后重新开始频率特性的测量。接着，在步骤S111中，增益调整部8调整速度控制增益。即，通过使用比速度控制环4变得不稳定时的速度控制增益低的速度控制增益来使速度控制环4变得稳定后重新开始正弦波扫描。之后，返回到步骤S101，再次执行步骤S101～S106的各步骤。
另一方面，在步骤S106中增益调整部8未检测出速度控制环4的不稳定化的情况下，在步骤S112中，频率特性计算部7计算该频率下的频率特性。
接着，在步骤S113中，正弦波干扰输入部6判断正弦波干扰的输入频率是否达到最大值。
在步骤S113中正弦波干扰输入部6判断为正弦波干扰的输入频率已达到最大值的情况下，返回到步骤S101，再次执行步骤S101～S113的各步骤。
另一方面，在步骤S113中正弦波干扰输入部6判断为正弦波干扰的输入频率未达到最大值的情况下，在步骤S114中，增益调整部8调整速度控制增益。
接着，在步骤S115中，增益调整部8判断是否达到稳定的速度控制增益。
在步骤S115中增益调整部8判断为已达到稳定的速度控制增益的情况下，结束一系列处理。另一方面，在步骤S115中增益调整部8判断为未达到稳定的速度控制增益的情况下，返回到步骤S101，再次执行步骤S101～S115的各步骤。
如以上那样，在速度控制环4变得不稳定的情况下，伺服控制装置101直到速度控制环4变得稳定为止重复速度控制增益的变更和正弦波扫描，在速度控制环4变得稳定之后重新开始速度控制环4的频率特性的测量。
如以上所说明的那样，根据本发明的实施例所涉及的伺服控制装置，在执行在线自动调整的过程中控制系统变得不稳定的情况下，能够暂时大幅减小控制增益来使控制系统变得稳定。
根据本发明的实施例所涉及的伺服控制装置，在控制系统的在线自动调整中能够在变得不稳定时自主地变得稳定来将调整程序实施到最后。

Claims (2)

1.一种机床的伺服控制装置，所述机床具有由伺服电动机驱动的进给轴，所述伺服控制装置的特征在于，具备：
速度指令制作部，其制作伺服电动机的速度指令值；
转矩指令制作部，其制作伺服电动机的转矩指令值；
速度检测部，其检测伺服电动机的速度；
速度控制环，其包括所述速度指令制作部、所述转矩指令制作部以及所述速度检测部；
速度控制增益设定部，其设定作为所述速度控制环的控制增益的速度控制增益；
正弦波干扰输入部，其对所述速度控制环进行正弦波扫描；
频率特性计算部，其用于根据对所述速度控制环输入正弦波时的速度控制环的输出来估计速度控制环输入输出信号的增益和相位；以及
增益调整部，其在线调整所述速度控制增益，
其中，在由于提高所述速度控制增益导致所述速度控制环陷入振荡状态而变得不稳定时，降低速度控制增益并暂停正弦波扫描，使用比不稳定时的速度控制增益低的速度控制增益来使所述速度控制环变得稳定后重新开始正弦波扫描。
2.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，
在所述速度控制环变得不稳定的情况下，直到所述速度控制环变得稳定为止重复速度控制增益的变更和正弦波扫描，在所述速度控制环变得稳定之后重新开始所述速度控制环的频率特性的测量。
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