CN108011564B - 伺服控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种伺服控制装置，其在无法从上位控制装置接收指令的控制周期n中，根据加加速度和在控制周期n的上一个控制周期中控制所述伺服马达所使用的移动量来计算代替指令移动量，该加加速度是基于该控制周期n之前的控制周期中控制伺服马达所使用的移动量而计算出的。并且，伺服控制装置在无法从上位控制装置接收到指令的控制周期n中，使用代替指令移动量控制伺服马达的移动。

Description

伺服控制装置
技术领域
本发明涉及一种伺服控制装置，尤其涉及恢复无法从上位控制装置接收的指令的伺服控制装置。
背景技术
伺服控制装置与上位控制装置之间通过串行通信等信道连接，伺服控制装置按每个控制周期(通信周期)从该上位控制装置接收指令，并且基于接收到的指令涉及的移动量来移动控制伺服马达。
若在伺服控制装置与上位控制装置之间产生通信故障，则伺服控制装置无法在产生该通信故障的控制周期从上位控制装置获得指令，伺服控制装置在该控制周期中不能基于该指令来决定应向伺服马达输出的移动量。若伺服控制装置所控制的伺服马达以预定的速度进行驱动的过程中产生此种通信故障则会存在如下问题：当伺服控制装置在该控制周期无法向伺服马达输出移动量时，伺服马达急停从而在机械中产生震动。
为了应对上述问题，例如在日本特开平7－271441号公报中公开了如下马达控制装置：在该马达控制装置与上位控制装置之间产生通信异常时，该马达控制装置基于前次控制周期中接收到的指令涉及的移动量来制作代替指令移动量并输出给马达，同时向上位控制装置请求再次发送无法接收到的指令。该马达控制装置在产生通信故障的之后的控制周期中接收被再次发送的前次的指令，并且为了消除与指令未接收时的代替指令之间的误差而校正移动量来收敛误差。
图5是对上述日本特开平7－271441号公报中公开的马达控制装置的通信故障产生时的处理进行说明的图(图表)，横轴表示时间，纵轴表示各控制周期向马达输出的移动量(将控制周期看作单位时间时的速度)，并且表示在控制周期n中产生通信故障的情况。
就特开平7－271441号公报公开的马达控制装置而言，若在控制周期n产生通信故障，且在该控制周期无法从上位控制装置接收应接收的指令(移动量(3))时，在该控制周期(控制周期n)中将与前面的控制周期(即控制周期(n－1))接收到的指令涉及的移动量相同的移动量作为代替移动量(移动量(1))向马达输出(代替指令输出)。并且，在后面的控制周期(n+1)中马达控制装置获得在该控制周期(n+1)中从上位控制装置接收到的指令涉及的移动量(2)、和在控制周期n中未接收到的实际的指令涉及的移动量(3)，且该马达控制装置计算控制周期n的实际的指令涉及的移动量(3)与代替移动量(移动量(1))之间的差分即残留移动量(移动量(4))，并将该计算出的残留移动量(移动量(4))加入本次周期(控制周期(n+1))的指令涉及的移动量(2)中来进行输出(消除残留移动量)。
在如上述进行动作的日本特开平7－271441号公报记载的马达控制装置中，由于在控制周期(n+1)全部消除在前次控制周期n中无法输出的残留移动量(移动量(4))，因而在残留移动量较大的情况下，例如从控制周期(n－1)到控制周期n加速中或减速中的情况下，则控制周期(n+1)中马达会变为急加速、急减速，从而可能在机械中产生震动。
发明内容
因此，本发明其目的在于提供一种即使在无法从上位控制装置接收指令的情况下也能够防止控制对象即伺服马达急加速或急减速的伺服控制装置。
本发明的伺服控制装置根据在过去的预定个数的控制周期中向伺服马达输出的移动量而计算出的加加速度来计算在无法从上位控制装置接收指令的控制周期中向伺服马达输出的代替移动量，从而解决上述问题。
另外，本发明的伺服控制装置控制成：在无法从上位控制装置接收指令的控制周期的后面的控制周期中消除残留移动量时，基于由预定参数等设定的指定加速度和代替移动量来计算指令移动量上限值，并且向伺服马达输出由计算出的指令移动量上限值固定的移动量。并且，将因固定而无法输出的移动量作为剩余移动量在该控制周期之后的控制周期中进行消除。
本发明涉及的伺服控制装置，其基于以预定的控制周期从上位控制装置接收到的指令涉及的移动量来控制伺服马达，其中，所述伺服控制装置具备：代替指令计算部，其在无法从所述上位控制装置接收到指令的控制周期n中，基于加加速度和在该控制周期n的上一个控制周期中控制所述伺服马达所使用的移动量来计算代替指令移动量，该加加速度是基于在该控制周期n之前的控制周期中控制所述伺服马达所使用的移动量而计算出的；以及指令移动量调整部，其在无法从所述上位控制装置接收到指令的控制周期n中，使用所述代替指令移动量控制所述伺服马达的移动。
可以是，所述指令移动量调整部计算在所述控制周期n的接下来的控制周期(n+1)中从所述上位控制装置接收到的指令涉及的移动量与在所述控制周期n中移动控制所述伺服马达所使用的所述代替指令移动量之间的差分，对控制所述伺服马达所使用的移动量进行调整，使得在所述控制周期(n+1)以后消除该差分。
可以是，所述伺服控制装置还具备：指令上限值计算部，其在每个控制周期中基于预先设定的加速度和在上一个控制周期控制所述伺服马达所使用的移动量，计算该控制周期中的所述伺服马达的移动量的上限即指令移动量上限值；以及残留移动量计算部，其在每个控制周期根据从所述指令移动量调整部输出的剩余移动量计算残留移动量，将计算出的残留移动量输出给该控制周期的接下来的控制周期，在每个控制周期，所述指令移动量调整部通过所述指令移动量上限值对从所述上位控制装置接收到的指令涉及的移动量与所述残留移动量进行加法运算而得的移动量进行固定，来作为该控制周期中控制所述伺服马达所使用的移动量，将被所述指令移动量上限值固定了的移动量作为剩余移动量输出到所述残留移动量计算部。
根据本发明，在因通信故障等而无法从上位控制装置接收指令情况下，伺服控制装置由于计算精度较高的代替移动量来控制伺服马达，因而能够防止伺服马达急加速或急减速。另外，由于在不超过指定加速度的范围内在各控制周期进行消除残留移动量的控制，因而能够防止伺服马达急加速或急减速。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的伺服控制装置的主要部分的硬件结构图。
图2是本发明的一实施方式的伺服控制装置的概略功能框图。
图3是表示本发明的一实施方式的指令移动量调整部的动作的流程图。
图4是说明本发明的一实施方式的伺服控制装置的移动控制的图。
图5是说明现有技术的马达控制装置的问题点的图。
具体实施方式
图1是表示本发明一实施方式的伺服控制装置的主要部分的硬件结构图。
伺服控制装置1所具备的CPU11是整体控制伺服控制装置1的处理器。CPU11经由总线20读取ROM12中存储的数据，并且根据该数据控制伺服控制装置1整体。RAM13中存储有临时的计算数据或显示数据或操作员经由CRT/MDI单元70输入的各种数据等。
非易失性存储器14例如以未图示的电池进行备用等，是即使伺服控制装置1的电源断开也能保持存储状态的存储器。非易失性存储器14中存储有经由接口15读取的各种参数等数据或经由后述的CRT/MDI单元70输入的数据。
接口15是用于将伺服控制装置1和外部装置72连接的接口。该外部装置72是伺服控制装置1的上位控制装置。从该上位控制装置72侧读取指令或各种输入信号或各种参数等。另外，可以向上位控制装置72输出伺服控制装置1内的反馈数据或各种输出信号等数据。
CRT/MDI单元70是具备显示器或键盘等的手动数据输入装置，接口18接收来自CRT/MDI单元70的键盘的指令或数据并传递给CPU11。接口19连接于具备手动脉冲发生器等的操作面板71。
用于控制工作机械所具备的轴的轴控制电路30从CPU11接收轴的移动指令量并输出给伺服放大器40。伺服放大器40接收该移动指令，从而驱动使工作机械具备的轴移动的伺服马达50。轴的伺服马达50内置有未图示的脉冲编码器，来自该脉冲编码器的位置反馈信号被反馈到轴控制电路30，从而进行位置反馈控制。另外，在图1的硬件结构图中，轴控制电路30、伺服放大器40、伺服马达50每一个仅示出一个，但是实际上可以根据工作机械中具备的轴的数量来准备。
图2是本实施方式的伺服控制装置的概略功能框图。
本实施方式的伺服控制装置100具备：存储从上位控制装置72接收到的指令的指令接收存储器101、选择性地切换通常时和通信故障产生时的移动量的输入的选择器102、计算通信故障产生时的代替指令移动量的代替指令计算部103、以不引起急加速或急减速的方式调整移动量的指令移动量调整部104、位置反馈控制中使用的位置偏差计数器105、控制伺服马达50的位置的位置控制部106、计算控制周期中的移动量的上限值的指令上限值计算部107、计算在控制周期中无法输出的残留移动量的残留移动量计算部108。
伺服控制装置100若从上位控制装置72接收指令，则将该接收到的指令存储于指令接收存储器101。选择器102被设置为通常时(指令接收存储器101存储有指令时)使指令移动量调整部104读取指令接收存储器101存储的指令涉及的移动量，指令移动量调整部104将从指令接收存储器101读取的指令涉及的移动量作为输出指令移动量输出给位置偏差计数器105。位置偏差计数器105基于从指令移动量调整部104获取的输出指令移动量、和来自伺服马达50的脉冲编码器51的位置反馈来计算位置偏差。位置控制部106基于该计算出的位置偏差移动控制伺服马达50。
这里，若在伺服控制装置100和上位控制装置72之间产生通信故障，则在该通信故障产生的控制周期(通信周期)中不能将指令存储于指令接收存储器101。此种情况下，选择器102切换连接使得从指令移动量调整部104读出代替指令计算部103计算的代替指令移动量。另外，向上位控制装置72请求再次发送因通信故障而无法接收的指令。该再次发送请求的接收由于需要在下次上位控制装置72发送指令开始前完成，因而优选在检测出通信故障后尽可能快的时刻再次发送请求。
另外，只要不覆盖指令的收发也可以使用残留有数据的环形缓冲器。在使用环形缓冲器的指令收发中，上位控制装置72在每个控制周期每次更新写指针且指令接收存储器101在每个控制周期每次更新读指针，由此指令接收存储器101在因通信故障而无法接收的控制周期之后的控制周期也可以同时接收到未收到的指令和该周期的指令。并且，在未更新读指针的情况下，上位控制装置72能够检测在前次的控制周期指令接收存储器101未接收到指令。
代替指令计算部103基于加加速度和前次的控制周期输出的输出指令移动量来计算代替指令移动量，该加加速度是基于过去的预定个数的控制周期中指令移动量调整部104输出的输出指令移动量而计算出的。代替指令计算部103可以根据至少过去3次控制周期中输出的输出指令移动量来计算加加速度，还可以考虑更加过去的控制周期中输出的输出指令移动量来计算加加速度。
在产生通信故障的控制周期的后面的控制周期中，伺服控制装置100从上位控制装置接收本次的控制周期的指令和前次的控制周期的指令。此时，指令移动量调整部104计算前次的控制周期的指令涉及的移动量与前次的控制周期中输出的输出指令移动量(代替指令移动量)之间的差分，并且将该计算出的差分与本次控制周期的指令涉及的移动量加法运算而得的移动量作为暂定的输出指令移动量。然后，指令移动量调整部104将计算出的暂定的输出指令移动量与指令上限值计算部107计算出的指令移动量上限值进行比较，若暂定的输出指令移动量超过指令移动量上限值，在将该暂定的输出指令移动量固定在指令移动量上限值。将该固定了的值作为输出指令移动量输出给位置偏差计数器105，另一方面，将因固定而未被输出的移动量作为“剩余移动量”输出给残留移动量计算部108。
指令上限值计算部107基于指令移动量调整部104在前次的控制周期中输出的输出指令移动量和通过预定参数等设定的指定加速度来计算指令移动量上限值，并向指令移动量调整部104输出。指令移动量上限值例如可以通过以下(1)式进行计算。
指令移动量上限值＝前次的控制周期中输出移动量+指定加速度×控制周期……(1)
残留移动量计算部108将从指令移动量调整部104获取的剩余移动量进行累计计算从而计算残留移动量，以加入到下次的指令移动量的方式输入到加减运送器109。
图3是表示图2的功能框图所示的伺服控制装置100所具备的指令移动量调整部104的动作的流程图。以下，根据各步骤进行说明。
[步骤SA01]指令移动量调整部104经由选择器102获取本次控制周期中的移动量。在可从上位控制装置72接收指令的控制周期中，指令移动量调整部104获取的移动量是该指令涉及的移动量与残留移动量计算部108输出的残留移动量的和值，另一方面，在无法从上位控制装置接收指令的控制周期中，指令移动量调整部104获取的移动量为代替指令计算部103输出的代替指令移动量。
[步骤SA02]指令移动量调整部104将步骤SA01获取的移动量作为暂定的输出指令移动量Vtmp。
[步骤SA03]指令移动量调整部104获取指令移动量上限计算部输出的指令移动量上限值Vlim。
[步骤SA04]指令移动量调整部104判断暂定的输出指令移动量Vtmp是否大于指令移动量上限值Vlim。当暂定的输出指令移动量Vtmp大于指令移动量上限值Vlim时移到步骤SA06进行处理，当暂定的输出指令移动量Vtmp小于等于指令移动量上限值Vlim时移到步骤SA05进行处理。
[步骤SA05]指令移动量调整部104将剩余移动量设定为0。
[步骤SA06]指令移动量调整部104将剩余移动量设定为(暂定的输出指令移动量Vtmp－指令移动量上限值Vlim)。
[步骤SA07]指令移动量调整部104将暂定的输出指令移动量Vtmp固定在指令移动量上限值Vlim(将指令移动量上限值Vlim设定为暂定的输出指令移动量Vtmp)。
[步骤SA08]指令移动量调整部104将暂定的输出指令移动量Vtmp作为输出指令移动量输出给位置偏差计数器105。
[步骤SA09]指令移动量调整部104向残留移动量计算部108输出剩余移动量。
图4是对具备上述结构的本实施方式的伺服控制装置100在通信故障产生时的移动控制进行说明的图(图表)，与说明现有技术的马达控制装置的图5一样，图4在横轴表示时间，在纵轴表示在各控制周期中向伺服马达输出的移动量(将控制周期看作单位时间时的速度)，且表示在控制周期n产生通信故障的情况。
如图4所示，在无法接收到来自上位控制装置72的指令的控制周期n中，本实施方式的伺服控制装置100基于加加速度和前次控制周期输出的输出指令移动量来计算代替指令移动量(移动量(1))，该加加速度是基于过去的预定个数控制周期中输出的输出指令移动量而计算出的，计算出的该指令移动量被输出到指令移动量调整部104。通过此种控制，本实施方式的伺服控制装置100与图5所示的现有技术的通信故障产生时的移动控制相比，能够提高代替指令移动量相对于原来指令涉及的移动量的精度，并且能够在后面的控制周期之后的消除残留移动量的控制中降低发生急加速或急减速的可能。
另外，在通信故障产生的控制周期n的后面的控制周期(n+1)中，本实施方式的伺服控制装置100控制成：可以根据情况全部消除在控制周期n未被输出的残留移动量(控制周期n的实际的指令移动量减去代替指令移动量的値、移动量(4))。即，为了不超出被参数等指定的加速度A，本实施方式的伺服控制装置100在控制周期(n+1)中将输出指令移动量固定为指令移动量上限值Vlim并进行输出，剩余移动量(移动量(6))继续作为下回的控制周期(n+2)的残留移动量。
然后，本实施方式的伺服控制装置100检查控制周期(n+2)中的来自上位控制装置的指令移动量(移动量(7))和前次的控制周期(n+1)的残留移动量(移动量(6))之和是否未超过指定加速度A后进行输出。通过此种控制，与图5所示的现有技术的通信故障产生时的移动控制相比较，根据本实施方式的伺服控制装置100，在消除残留移动量的控制中，由于在指定加速度A的范围内进行加速或减速，从而能够防止急加速或急减速的产生。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但是本发明并不局限于上述实施方式的例子，也可以通过适当的变更以各种方式进行实施。
例如，本发明的伺服控制装置可以广泛适用于数值控制装置、机器人、具备其他马达的机械控制中。

Claims (3)

1.一种伺服控制装置，其基于以预定的控制周期从上位控制装置接收到的指令涉及的移动量来控制伺服马达，其特征在于，所述伺服控制装置具备：
代替指令计算部，其在无法从所述上位控制装置接收到指令的控制周期n中，基于加加速度和在该控制周期n的上一个控制周期中控制所述伺服马达所使用的移动量来计算代替指令移动量，该加加速度是基于在该控制周期n之前的控制周期中控制所述伺服马达所使用的移动量而计算出的；以及
指令移动量调整部，其在无法从所述上位控制装置接收到指令的控制周期n中，使用所述代替指令移动量控制所述伺服马达的移动。
2.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，
所述指令移动量调整部计算在所述控制周期n的接下来的控制周期n+1中从所述上位控制装置接收到的所述控制周期n的实际的指令涉及的移动量与在所述控制周期n中移动控制所述伺服马达所使用的所述代替指令移动量之间的差分，对控制所述伺服马达所使用的移动量进行调整，使得在所述控制周期n+1以后消除该差分。
3.根据权利要求1或2所述的伺服控制装置，其特征在于，
所述伺服控制装置还具备：
指令上限值计算部，其在每个控制周期中基于预先设定的加速度和在上一个控制周期控制所述伺服马达所使用的移动量，计算该控制周期中的所述伺服马达的移动量的上限即指令移动量上限值；以及
残留移动量计算部，其在每个控制周期根据从所述指令移动量调整部输出的剩余移动量计算残留移动量，将计算出的残留移动量输出给该控制周期的接下来的控制周期，
在每个控制周期，所述指令移动量调整部通过所述指令移动量上限值对从所述上位控制装置接收到的指令涉及的移动量与所述残留移动量进行加法运算而得的移动量进行固定，来作为该控制周期中控制所述伺服马达所使用的移动量，该固定是指若该进行加法运算而得的移动量超过指令移动量上限值则将该进行加法运算而得的移动量固定在指令移动量上限值，将因该固定而未被输出的移动量作为剩余移动量输出到所述残留移动量计算部。
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