CN108345269B - 控制装置、控制系统及记录介质 - Google Patents

控制装置、控制系统及记录介质 Download PDF

Info

Publication number
CN108345269B
CN108345269B CN201710989500.6A CN201710989500A CN108345269B CN 108345269 B CN108345269 B CN 108345269B CN 201710989500 A CN201710989500 A CN 201710989500A CN 108345269 B CN108345269 B CN 108345269B
Authority
CN
China
Prior art keywords
command
control
compensation
control target
drive device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710989500.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108345269A (zh
Inventor
茜蒂艾莎·阿济兹赞
浪江正树
真锅美树子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Original Assignee
Omron Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp filed Critical Omron Corp
Publication of CN108345269A publication Critical patent/CN108345269A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108345269B publication Critical patent/CN108345269B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/19—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path
    • G05B19/27—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an absolute digital measuring device
    • G05B19/31—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an absolute digital measuring device for continuous-path control
    • G05B19/311—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by positioning or contouring control systems, e.g. to control position from one programmed point to another or to control movement along a programmed continuous path using an absolute digital measuring device for continuous-path control the positional error is used to control continuously the servomotor according to its magnitude
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/402—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for positioning, e.g. centring a tool relative to a hole in the workpiece, additional detection means to correct position
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/35—Nc in input of data, input till input file format
    • G05B2219/35408—Calculate new position data from actual data to compensate for contour error
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37506—Correction of position error
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41154—Friction, compensation for friction
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/41—Servomotor, servo controller till figures
    • G05B2219/41161—Adaptive friction compensation

Abstract

一种在进行位置控制时，根据控制对象的动态特性而适当地减少由动摩擦引起的误差的控制装置、控制系统及记录介质。控制装置包括：第1识别部件，对驱动装置提供作为指令值的第1指令，并决定控制对象遵从第1指令所需的扭矩；第2识别部件，对驱动装置提供作为指令值的第2指令及作为补偿指令的第3指令，并基于控制对象的响应决定先行切换时间；指令值更新部件，基于预定目标轨道，依次更新提供给驱动装置的指令值；以及补偿指令更新部件，根据提供给驱动装置的指令值，依次更新提供给驱动装置的补偿指令。当在提前先行切换时间的时刻，目标轨道中产生控制对象移动方向的反转时，补偿指令更新部件将补偿指令的值更新为与反转后移动方向对应的值。

Description

控制装置、控制系统及记录介质
技术领域
本发明涉及一种控制装置、控制程序及控制系统，尤其涉及一种在位置控制系统中减少由动摩擦引起的误差的技术。
背景技术
以往，已知使用马达等来控制装置的位置这样的技术。存在利用位置控制的各种应用(application)。在此种位置控制中，会对构造物进行驱动，因此伴随物体的移动而产生动摩擦。此种动摩擦自位置控制的控制系统来看则为误差。所产生的动摩擦的大小依存于物体间的相互关系等而发生变化，因此难以实现对所述误差进行补偿的设定(setting)等。
作为用以补偿此种由动摩擦引起的误差的技术，存在如下所述的现有技术。
日本专利特开2003-323216号公报(专利文献1)揭示一种启动时摩擦补偿功能，其解决如下问题：关于现有的位置控制装置的启动时摩擦补偿功能，在轴停止前后的移动方向不同的情况下，在启动方向上进行摩擦补偿动作，在轴停止前后的移动方向一致的情况下，不进行摩擦补偿动作，因此，实际上由静摩擦引起的轴的动作延迟发生的时机、与摩擦补偿动作进行的时机不一致。
日本专利特开2012-108892号公报(专利文献2)揭示一种数值控制装置，其在双螺母(double nut)增压方式的传送驱动机构中也可在低速至高速的区域中以高精度推断摩擦力或摩擦扭矩从而修正象限突起。
日本专利特开2016-039737号公报(专利文献3)中揭示如下结构：进行波动齿轮减速机的动摩擦扭矩识别，并通过前馈(feedforward)来提供对所述动摩擦扭矩进行补偿的扭矩，由此而对大部分的摩擦扭矩进行补偿。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2003-323216号公报
[专利文献2]日本专利特开2012-108892号公报
[专利文献3]日本专利特开2016-039737号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
若考虑通用的位置控制系统，则会使用各种结构体或驱动装置作为控制对象。所述专利文献1的目的在于解决现有的位置控制装置所存在的固有问题，并非可通用地加以应用者。而且，专利文献2所揭示的数值控制装置适合于双螺母增压方式的传送驱动机构，若控制对象等不同，则无法直接应用。专利文献3着眼于波动齿轮减速机，若控制对象等不同，则无法直接应用。
要求一种在进行位置控制时，根据控制对象的动态特性而更适当地减少由动摩擦引起的误差的技术。
[解决问题的技术手段]
依据本发明的一方案，提供一种控制装置，其对驱动控制对象的驱动装置提供指令值及补偿指令来进行控制对象的位置控制。驱动装置构成为：基于来自控制装置的指令值与来自控制对象的反馈值来算出针对控制对象的操作量，并且在基于来自控制装置的补偿指令对所述算出的操作量进行修正后提供给控制对象。控制装置包括：第1识别部件，对驱动装置提供作为指令值的第1指令，并且决定控制对象遵从第1指令而所需的扭矩；第2识别部件，对驱动装置提供作为指令值的第2指令及作为补偿指令的第3指令，并且基于来自控制对象的响应决定先行切换时间；指令值更新部件，基于预定的目标轨道，依次更新提供给驱动装置的指令值；以及补偿指令更新部件，根据对驱动装置所提供的指令值，依次更新提供给驱动装置的补偿指令。当在提前了先行切换时间的时刻，在目标轨道中产生控制对象的移动方向的反转时，补偿指令更新部件将补偿指令的值更新为与所述反转后的移动方向对应的值。
优选的是，第1识别部件将用以使控制对象以预定的速度向第1方向移动的指令、及用以使控制对象以预定的速度向与第1方向不同的第2方向移动的指令作为第1指令提供给驱动装置，且基于在第1方向上移动时所需的扭矩来决定第1方向上的第1补偿量，并且基于在第2方向上移动时所需的扭矩来决定第2方向上的第2补偿量。
优选的是，第2识别部件将用以使控制对象自在所述第2方向上移动的状态变化为静止状态的指令作为第2指令提供给驱动装置，并且将使控制对象的移动方向朝第1方向反转这样的指令作为第3指令提供给驱动装置，且基于自开始对驱动装置提供补偿指令起至来自控制对象的反馈值的时间变化的方向发生反转为止所需的时间来决定先行切换时间。
优选的是，第2识别部件基于第1补偿量及第2补偿量来决定第3指令。
优选的是，第2识别部件以自控制装置所提供的指令值的更新周期的整数倍来规定先行切换时间。
优选的是，第1识别部件在针对第1指令的来自控制对象的扭矩已整定的状态下，决定第1补偿量或第2补偿量。
优选的是，第1识别部件通过将关于扭矩的多次测定结果平均化来决定第1补偿量或第2补偿量。
优选的是，驱动装置构成为：对基于来自控制装置的补偿指令而做出了修正的控制量实施滤波而提供给控制对象，补偿指令更新部件反映滤波器具有的特性的逆特性，并更新提供给驱动装置的补偿指令。
依据本发明的另一方案，提供一种控制程序，其在对驱动控制对象的驱动装置提供指令值及补偿指令来进行控制对象的位置控制的控制装置中执行。驱动装置构成为：基于来自控制装置的指令值与来自控制对象的反馈值来算出针对控制对象的操作量，并且在基于来自控制装置的补偿指令对所述算出的操作量进行修正后提供给控制对象。
控制程序使控制装置执行：对驱动装置提供作为指令值的第1指令，并且决定控制对象遵从作为指令值的第1指令而所需的扭矩的步骤；对驱动装置提供作为指令值的第2指令及作为补偿指令的第3指令，并且基于来自控制对象的响应决定先行切换时间的步骤；基于预定的目标轨道，依次更新提供给驱动装置的指令值的步骤；以及根据对驱动装置所提供的指令值，依次更新提供给驱动装置的补偿指令的步骤。依次更新补偿指令的步骤包括：当在提前了先行切换时间的时刻，在目标轨道中产生控制对象的移动方向的反转时，将补偿指令的值更新为与所述反转后的移动方向对应的值的步骤。
依据本发明的又一方案的控制系统包括：驱动控制对象的驱动装置、及对驱动装置提供指令值及补偿指令来进行控制对象的位置控制的控制装置。驱动装置构成为：基于来自控制装置的指令值与来自控制对象的反馈值来算出针对控制对象的操作量，并且在基于来自控制装置的补偿指令对所述算出的操作量进行修正后提供给控制对象。控制装置包括：第1识别部件，对驱动装置提供作为指令值的第1指令，并且决定控制对象遵从第1指令而所需的扭矩；第2识别部件，对驱动装置提供作为指令值的第2指令及作为补偿指令的第3指令，并且基于来自控制对象的响应决定先行切换时间；指令值更新部件，基于预定的目标轨道，依次更新提供给驱动装置的指令值；以及补偿指令更新部件，根据对驱动装置所提供的指令值，依次更新提供给驱动装置的补偿指令。当在提前了先行切换时间的时刻，在目标轨道中产生控制对象的移动方向的反转时，补偿指令更新部件将补偿指令的值更新为与所述反转后的移动方向对应的值。
[发明的效果]
依照本发明的某一实施方式，可实现根据控制对象的动态特性而更适当地减少由动摩擦引起的误差的位置控制。
附图说明
图1是表示依据本实施方式的控制系统的结构例的示意图。
图2是表示依据本实施方式的控制装置的硬件结构的一例的示意图。
图3是表示依据本实施方式的控制装置上所连接的伺服驱动器的功能结构的一例的示意图。
图4是表示位置控制系统中的动摩擦补偿的方法的一例的示意图。
图5是表示图4所示的位置控制系统中的动摩擦补偿的方法中产生的位置偏差的一例的示意图。
图6是表示依据本实施方式的控制系统中的动摩擦补偿的方法的一例的示意图。
图7是表示依据本实施方式的控制装置所执行的处理流程的流程图。
图8是表示依据本实施方式的控制装置中执行动摩擦特性的识别处理时的功能结构的示意图。
图9是表示依据本实施方式的控制装置中执行控制对象的位置控制时的功能结构的示意图。
图10是表示利用依据本实施方式的动摩擦特性的识别处理来进行的正向/逆向的动摩擦扭矩的测定例的图表。图10中，(A)表示关于控制对象的位置的时间变化，(B)表示关于控制对象的速度的时间变化，以及(C)表示关于控制对象的扭矩的时间变化。
图11是表示利用依据本实施方式的动摩擦特性的识别处理来进行的与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间的测定例的图表。
图12是表示依据本实施方式的控制对象的位置控制的测定例的图表。
图13是表示依据本实施方式的控制对象的位置控制的另一测定例的图表。
图14是表示依据本实施方式的位置控制中与动摩擦扭矩的补偿相关的测定例的图表。
图15是表示与依据本实施方式的位置控制加以比较的比较例的图表。
[符号的说明]
1：控制系统
2：致动器
4：壳体
6：滚珠丝杠
8：螺母
10：伺服马达
12：编码器
100：控制装置
101：现场总线
102：处理器
104：芯片组
106：主存储器
108：闪速存储器
110：系统程序
112：用户程序
112A：序列程序
112B：运动程序
116：外部网络控制器
118：存储卡接口
120：存储卡
122：内部总线控制器
124：现场总线控制器
126：I/O单元
150：动摩擦特性识别模块
160：动摩擦特性信息
170：指令值修正控制模块
180：轨道生成模块
200：伺服驱动器
202：控制器
204：驱动电路
210、214：差分运算部
212：位置控制部
216：速度控制部
218：加法部
220：扭矩滤波器
222：电流控制部
224：速度检测部
S100～S126：步骤
t1、t2、t3：时刻
Δt：时间(先行切换时间)
具体实施方式
参照附图来详细地说明本发明的实施方式。另外，对于附图中的相同或相当的部分，标注相同的符号而不重复其说明。
＜A.控制系统的结构例＞
首先说明依据本实施方式的控制系统1的结构例。图1是表示依据本实施方式的控制系统1的结构例的示意图。
参照图1，控制系统1包括：控制装置100、及一个或多个驱动装置。图1所示的示例中，作为驱动装置的一例，例示驱动伺服马达(servo motor)的伺服驱动器200。其中，作为驱动装置，并不限定于伺服驱动器，可根据作为被驱动装置的马达而采用相应的驱动装置。例如，在驱动感应马达或同步马达的情况下，作为驱动装置，也可采用反相器驱动器等。
图1中，作为典型例，示出控制装置100与一个或多个伺服驱动器200之间经由现场总线(field bus)101而连接的结构。但是，并不限定于此种结构，可采用任意的通信部件。或者，也可在控制装置100与伺服驱动器200之间直接以信号线连接。进而，也可采用将控制装置100与伺服驱动器200一体化的结构。只要是如以下所说明的、可实现用以减少由动摩擦引起的误差的算法(algorithm)者，则可采用任何的实现形态。
伺服驱动器200驱动也为控制对象的一部分的伺服马达10。图1所示的示例中，作为控制对象，示出使用滚珠丝杠(ball screw)的致动器(actuator)2。致动器2包括以将上部贯穿的方式配置于壳体(housing)4的中心部的滚珠丝杠6。在所述滚珠丝杠6上卡合有作为移动构件的螺母8。螺母8以使旋转被制止的状态配置于壳体4的内部。在滚珠丝杠6的一端结合有伺服马达10，通过伺服马达10进行旋转，而滚珠丝杠6与螺母8相对旋转，结果，螺母8沿滚珠丝杠6的轴方向进行移动。利用此种机构，可控制作为移动构件的螺母8的位置。
例如，在作为移动构件的螺母8的移动方向上配置工件(work)。即，滚珠丝杠6的位置因滚珠丝杠6的旋转而发生变化，由此移动构件与工件之间的相对距离发生变化。并且，通过使螺母8或和螺母8机械连结的未图示的其他构件与工件接触，而可对工件施加负荷。如图1所示的致动器2例如也可用于某些在基板上配置零件这样的用途中。
在伺服马达10的旋转轴上配置有编码器12，编码器12将伺服马达10的位置、旋转速度、累计次数等作为伺服马达10的反馈值输出至伺服驱动器200。另外，来自伺服马达10的反馈值也可直接输入至控制装置100。
＜B.控制系统的硬件结构＞
接下来说明构成控制系统1的控制装置100及伺服驱动器200的硬件结构的一例。
(b1：控制装置100)
首先说明依据本实施方式的控制装置100的硬件结构的一例。作为一例，本实施方式的控制装置100可使用可编程逻辑控制器(programmable logic controller，PLC)(可编程控制器)来实现。控制装置100通过使处理器执行预先保存的控制程序(包括如下文所述的系统程序及用户程序)而实现如下文所述的减少由动摩擦引起的误差的处理。
图2是表示依据本实施方式的控制装置100的硬件结构的一例的示意图。参照图2，控制装置100包括：中央处理器(Central Processing Unit，CPU)或微处理器(Micro-Processing Unit，MPU)等处理器(processor)102、芯片组(chip set)104、主存储器(mainmemory)106、闪速存储器(flash memory)108、外部网络控制器116、存储卡接口(memorycard interface)118、内部总线控制器122、及现场总线控制器124。
处理器102读出保存在闪速存储器108中的系统程序110及用户程序112，并展开至主存储器106来执行，由此而实现对控制对象的任意的控制。系统程序110包括用以提供数据的输入输出处理或执行时序控制等控制装置100的基本功能的指令码(instructioncode)。用户程序112是根据控制对象而任意设计，包括用以执行序列控制的序列程序112A及用以执行运动(motion)控制的运动程序112B。
芯片组104通过对各组件(component)进行控制而实现控制装置100整体的处理。
内部总线控制器122是与通过内部总线而和控制装置100连结的各种器件进行数据交换的接口。作为此种器件的一例，连接有输入输出(Input Output，I/O)单元126。
现场总线控制器124是与通过现场总线而和控制装置100连结的各种器件进行数据交换的接口。作为此种器件的一例，连接有伺服驱动器200。
内部总线控制器122及现场总线控制器124可对所连接的器件提供任意的指令值，并且可获取器件所管理的任意的数据(含测定值)。
外部网络控制器116控制通过各种有线/无线网络进行的数据交换，存储卡接口118构成为能够拆装存储卡120，且能够对存储卡120写入数据并从存储卡120读出数据。
控制装置100通过执行控制程序而提供的功能的一部分或全部也可以专用的硬接线(hard-wired)电路的形式来实现。作为硬接线电路，例如可使用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)等来实现。
(b2：伺服驱动器200)
再次参照图1，伺服驱动器200包括：用以执行与如下文所述的控制回路相关的运算的控制器202、及用以基于控制器202中的运算结果来驱动伺服马达10的驱动电路204。控制器202例如也可使用专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)等来实现。或者，也可通过使处理器执行程序来实现控制器202。驱动电路204典型而言包括：将交流电力转换为直流电力的转换器(converter)、及将由转换器所生成的直流电力转换为具有指定的相位及频率的交流电力的逆变器(inverter)电路。
＜C.伺服驱动器的功能结构＞
接下来说明依据本实施方式的控制装置100上所连接的伺服驱动器200的功能结构的一例。图3是表示依据本实施方式的控制装置100上所连接的伺服驱动器200的功能结构的一例的示意图。图3所示的各功能块是通过伺服驱动器200的控制器202(参照图1)来实现。
依据本实施方式的控制系统1中，自控制装置100对伺服驱动器200提供作为指令值的指令位置。伺服驱动器200以作为控制对象的致动器2的实际位置与来自控制装置100的指令位置一致的方式来控制供给至伺服马达10的驱动电流。
除了指令位置以外，控制装置100还对伺服驱动器200提供用以减少由动摩擦引起的误差的补偿指令。以下，作为补偿指令的一例，说明使用扭矩偏移量(torque offset)的结构，所述扭矩偏移量表示针对指令扭矩的补偿量。但是，也可使用像不补偿指令扭矩而是补偿速度或加速度等那样的补偿指令。
作为用以算出扭矩偏移量的信息，控制装置100获取来自伺服马达10的反馈值(实际位置)。作为将伺服马达10的实际位置反馈至控制装置100的方法，图3中例示经由伺服驱动器200的结构，但也可自伺服马达10的编码器12向控制装置100输出反馈值。对伺服驱动器200所提供的扭矩偏移量的详细算出方法将后述。
如上所述，控制装置100对驱动控制对象的驱动装置(伺服驱动器200)提供指令值(指令位置)及补偿指令(扭矩偏移量)来进行控制对象的位置控制。
伺服驱动器200基于来自控制装置100的指令值(指令位置)与来自控制对象的反馈值(实际位置或实际速度)来算出针对控制对象的操作量，并且在基于来自控制装置100的补偿指令(扭矩偏移量)对所述算出的操作量进行修正后提供给控制对象。
更具体而言，伺服驱动器200中实现了除了包括关于位置的主回路(main loop)以外还包括关于速度的副回路(minor loop)的控制回路。具体而言，作为功能结构，伺服驱动器200包括：差分运算部210、差分运算部214、位置控制部212、速度控制部216、加法部218、扭矩滤波器220、电流控制部222、及速度检测部224。
位置控制部212是构成关于位置的控制回路的控制运算部，输出与差分运算部210中算出的、指令位置与实际位置(反馈值)的偏差相应的控制量。作为位置控制部212，典型而言也可使用P(比例)控制。即，位置控制部212将指令位置与实际位置的偏差乘以预定的比例系数所得的值作为控制量输出。
速度控制部216是构成关于速度的控制回路的控制运算部，输出与差分运算部214中算出的、来自位置控制部212的控制量与来自速度检测部224的实际速度的偏差相应的控制量。作为速度控制部216，典型而言也可使用PI(比例积分)控制。即，速度控制部216输出对来自位置控制部212的指令速度与实际速度的偏差乘以比例系数所得的值、与由积分要素进行积分所得的值的和作为控制量。
加法部218对来自速度控制部216的扭矩指令(或操作量)，加上自控制装置100提供的扭矩偏移量。即，来自速度控制部216的扭矩指令(或操作量)由来自控制装置100的扭矩偏移量进行修正。加法部218输出对来自速度控制部216的控制量加上扭矩偏移量(即动摩擦补偿扭矩)所得的控制量。自加法部218输出的操作量相当于伺服马达10中所应产生的指令扭矩。
扭矩滤波器220以自加法部218输出的控制量(伺服马达10中所应产生的扭矩的指令值)的每单位时间的变化程度(变化速度)不会变得过大的方式来缓和时间变化的程度。即，扭矩滤波器220削减自加法部218输出的控制量。来自扭矩滤波器220的控制量被提供给电流控制部222。
电流控制部222对应于来自扭矩滤波器220的控制量来决定驱动电路204(参照图1)中的开关时机(switching timing)。即，电流控制部222以可实现扭矩滤波器220中决定出的指令扭矩的方式来决定供给至伺服马达10的电流的大小、时机、波形等。依据电流控制部222中决定出的控制量，驱动电路204被驱动。由于自驱动电路204供给的电流，致动器2的伺服马达10被旋转驱动，在致动器2中产生位移。
作为表示致动器2的位移的反馈值，自编码器12(参照图1)输出实际位置，速度检测部224对来自编码器12的实际位置进行微分而算出实际速度。
伺服驱动器200通过将如上所述的功能加以组合而可实现对包括伺服马达10在内的控制对象的位置控制。
＜D.概要＞
接下来说明依据本实施方式的控制系统1中的处理的概要。
一般而言，位置控制系统中，对应于控制对象的全部或一部分构件中产生的速度的方向来产生动摩擦。因此，仅通过自控制装置对伺服驱动器等提供指令值(指令位置或指令速度)，有时会受到所产生的动摩擦的影响而控制对象不会按照指令值做出行为。
因此，为了减少此种由动摩擦引起的误差，而执行像产生更多的扭矩那样的动摩擦补偿。首先说明一般的位置控制系统中的动摩擦补偿的方法。
图4是表示位置控制系统中的动摩擦补偿的方法的一例的示意图。图4中示出控制对象像图1所示的致动器2那样沿规定的移动方向移动时的位置控制系统的行为。以下的说明中，将控制对象的移动方向的其中一个方向规定为“正向”，将另一方向规定为“逆向”。
图4所示的指令速度在使控制对象自初始位置朝正向暂时移动后，使移动方向反转为逆向，从而返回至同一初始位置。为了便于说明，图4中仅示出速度指令的时间变化，但实际上相当于速度指令的时间积分的位置指令有时也会被提供给伺服驱动器。
使控制对象分别向正向及逆向移动时所产生的动摩擦力有时也会彼此不同，因此关于用以修正朝各个方向移动时产生的动摩擦力的扭矩偏移量(动摩擦扭矩的补偿量)，也是针对每个方向分别决定。
图4中，将控制对象正向移动时的动摩擦扭矩的补偿量即正向扭矩偏移量、及控制对象逆向移动时的动摩擦扭矩的补偿量即逆向扭矩偏移量分别设为预先设定者。
若使用此种预先设定的扭矩偏移量来对控制对象提供正向及逆向的指令速度，则分别设定正向及逆向的扭矩偏移量。图4所示的示例中，指令速度在时刻t1开始自零增加。在所述时刻t1，设定正向扭矩偏移量作为扭矩偏移量。然后，在时刻t2，指令速度自正向反转为逆向。在所述时刻t2，设定逆向扭矩偏移量作为扭矩偏移量。并且，在时刻t3，速度指令恢复为零，维持扭矩偏移量。
通过此种扭矩偏移量的设定及切换，相当于所产生的动摩擦的扭矩会产生剩余，从而控制对象会按照指令值进行移动。
关于图4所示的位置控制系统中的动摩擦补偿的方法，宏观来看则顺利地发挥功能，微观来看则有时会产生某种程度的位置偏差。
图5是表示图4所示的位置控制系统中的动摩擦补偿的方法中产生的位置偏差的一例的示意图。图5中示出图4的时刻t2附近的、指令位置与控制对象的时间位置的关系的一例。
如图5所示，在时刻t2，控制对象被提供将其移动方向自正向反转为逆向的指令值，并且关于扭矩偏移量，也被设定为与逆向的移动相应者。但是，实际上根据扭矩偏移量而开始发挥动摩擦补偿的功能时，会产生某种程度的延迟时间。
结果，如图5所示，控制对象的实际位置无法立刻与来自控制装置100的指令位置的变化相对应，会产生某种程度的位置偏差(参照图5的“响应延迟”)。控制系统的目的在于使控制对象的实际位置尽可能与预先指定的目标轨道(指令位置)一致，因此对应于指令速度的移动方向的变化来切换扭矩偏移量(动摩擦扭矩的补偿量)时有时会延迟。即，有时无法提高控制对象的实际位置对目标轨道的追随性。
因此，在依据本实施方式的位置控制中，针对指令速度的移动方向的变化，先行切换扭矩偏移量(动摩擦扭矩的补偿量)。
图6是表示依据本实施方式的控制系统中的动摩擦补偿的方法的一例的示意图。图6中示出提供与图4相同的指令速度时的行为。
参照图6，指令速度在时刻t1开始自零增加。在比所述时刻t1提前时间Δt时，设定正向扭矩偏移量作为扭矩偏移量。同样地，关于速度指令，在时刻t2，速度指令自正向反转为逆向。在比所述时刻t2提前时间Δt时，设定逆向扭矩偏移量作为扭矩偏移量。
以下，也将此种用以先于速度指令的变化时机来设定或切换扭矩偏移量的时间Δt称为“先行切换时间”，通过使用如图6所示的先行切换时间，可减少如图5所示的实际位置与指令位置的背离。
依据本实施方式的位置控制中，除了正向及逆向的扭矩偏移量以外，先行切换时间也是由预先实施的动摩擦特性的识别处理来决定。通过利用此种识别处理来获取动摩擦特性，可实现使用了适合于控制对象的特性值的位置控制。
而且，依据本实施方式的控制系统1中，设为自控制装置100对伺服驱动器200提供指令值及扭矩偏移量(动摩擦扭矩的补偿量)此两者，作为包括控制装置100及伺服驱动器200的控制系统而言的调谐(tuning)变容易。而且，有时也会在根据控制装置100的动态特性对目标轨道进行修正后，算出自控制装置100至伺服驱动器200的指令值。在使用此种修正后的指令值的情况下，也可在控制装置100中一并决定扭矩偏移量(动摩擦扭矩的补偿量)，因此可避免产生控制装置100与伺服驱动器200之间的补偿的冲突等问题。
＜E.处理顺序＞
接下来说明依据本实施方式的控制装置100中执行的处理流程的概要。图7是表示依据本实施方式的控制装置100所执行的处理流程的流程图。图7所示的各步骤也可通过控制装置100的处理器102执行控制程序(包含图2所示的系统程序110及用户程序112)来实现。图7所示的处理流程中包括：用以获取控制对象的动摩擦特性的动摩擦特性的识别处理；及用以基于所述所获取的动摩擦特性来进行控制对象的位置控制的控制处理。
参照图7，控制装置100若被指示执行依据本实施方式的位置控制的初始设定(步骤S100中为是(YES)的情况)，则执行步骤S102～步骤S108中所示的动摩擦特性的识别处理。即，步骤S102～步骤S108中，执行对驱动装置(伺服驱动器200)提供作为指令值的第1指令，并且决定控制对象遵从所述第1指令而所需的扭矩的处理。
具体而言，控制装置100生成识别输入并提供作为控制回路的指令值(步骤S102)，并且获取响应于所述指令值的动作结果(步骤S104)。控制装置100基于识别输入及动作结果来识别控制对象的动摩擦特性(步骤S106)，决定正向及逆向的动摩擦扭矩以及与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间(步骤S108)。控制装置100将决定出的动摩擦扭矩及与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间作为控制对象的动摩擦特性来保存。
继而，控制装置100若被指示开始依据本实施方式的位置控制(步骤S110中为是(YES)的情况)，则执行步骤S112～步骤S126中所示的、包括使用识别出的结果的动摩擦补偿的位置控制。即，步骤S112～步骤S126中执行对驱动装置(伺服驱动器200)提供作为指令值的第2指令及作为补偿指令的第3指令，并且基于来自控制对象的响应来决定先行切换时间的处理。
具体而言，控制装置100基于预先指定的目标轨道的信息来生成指令位置(步骤S112)。控制装置100获取与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间(步骤S114)，并基于预先指定的目标轨道，判断在提前了所述所获取的先行切换时间的时刻，是否产生关于指令速度的速度方向的反转(步骤S116)。即，判断是否在提前了先行切换时间的时刻，在目标轨道中产生控制对象的移动方向的反转。
在判断为在提前了先行切换时间的时刻，产生关于指令速度的速度方向的反转的情况(步骤S116中为是(YES)的情况)下，控制装置100将当前的扭矩偏移量的值变更为逆向的动摩擦扭矩的值(步骤S118)。
另一方面，在判断为在提前了先行切换时间的时刻，未产生关于指令速度的速度方向的反转的情况(步骤S116中为否(NO)的情况)下，控制装置100维持当前的扭矩偏移量的值(步骤S120)。
并且，控制装置100将决定出的指令位置及扭矩偏移量输出至伺服驱动器200(步骤S122)。
控制装置100基于致动器2的实际位置来判断是否到达预先指定的目标轨道的终点(步骤S124)。若未到达预先指定的目标轨道的终点(步骤S124中为否(NO)的情况)，则等待至下一控制周期的到来(步骤S126)，并反复进行步骤S112及其以下的处理。
与此相对，若到达预先指定的目标轨道的终点(步骤S124中为是(YES)的情况)，则结束处理。
通过如上所述的处理流程而实现依据本实施方式的位置控制。
＜F.功能结构＞
接下来说明用以实现依据本实施方式的位置控制的控制装置100的功能结构。
图8是表示依据本实施方式的控制装置100中执行动摩擦特性的识别处理时的功能结构的示意图。图9是表示依据本实施方式的控制装置100中执行控制对象的位置控制时的功能结构的示意图。
参照图8及图9，作为依据本实施方式的控制装置100的功能结构，包括：动摩擦特性识别模块(module)150、指令值修正控制模块170、及轨道生成模块180。各模块也可通过控制装置100的处理器102执行控制程序来实现。
动摩擦特性识别模块150主要执行用以获取控制对象的动摩擦特性的动摩擦特性的识别处理。指令值修正控制模块170及轨道生成模块180主要执行用以基于动摩擦特性信息160来进行控制对象的位置控制的控制处理。
参照图8，在动摩擦特性的识别处理中，动摩擦特性识别模块150生成关于指令位置及扭矩偏移量的识别输入，并输出至伺服驱动器200。动摩擦特性识别模块150获取来自伺服驱动器200的包括实际位置等信息的动作结果。
并且，动摩擦特性识别模块150基于识别输入及动作结果来识别控制对象的动摩擦特性，并将其结果作为动摩擦特性信息160输出。动摩擦特性信息160包括正向及逆向的动摩擦扭矩以及与各动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间。
参照图9，在控制对象的位置控制中，轨道生成模块180具有预先指定的目标轨道的信息，且以致动器2的实际位置沿目标轨道发生变化的方式依次输出指令位置。
指令值修正控制模块170参照动摩擦特性信息160来决定各控制周期中的扭矩偏移量的值。即，指令值修正控制模块170判断是否在提前了先行切换时间的时刻，在目标轨道中产生控制对象的移动方向的反转。更具体而言，指令值修正控制模块170基于预先指定的目标轨道，判断在提前了所述所获取的先行切换时间的时刻，是否产生关于指令速度的速度方向的反转，并在产生切换的情况下更新扭矩偏移量的值。并且，指令值修正控制模块170将指令位置及扭矩偏移量输出至伺服驱动器200。
＜G.动摩擦特性的识别处理的详细情况＞
接下来说明动摩擦特性的识别处理的详细情况。以下说明的处理的详细情况对应于图7的步骤S102～步骤S108的处理、以及图8所示的动摩擦特性识别模块150的功能。
动摩擦特性的识别处理中，作为用以补偿控制对象的动摩擦扭矩的特性值，决定在实际速度为正向的情况下控制对象中产生的动摩擦扭矩(相当于正向的扭矩偏移量)、以及在实际速度为逆向的情况下控制对象中产生的动摩擦扭矩(相当于逆向的扭矩偏移量)。
同时，在动摩擦特性的识别处理中，决定先行切换时间，所述先行切换时间表示相对于指令速度的速度方向的反转时间点，以何种程度先行切换用以补偿正向/逆向的动摩擦扭矩的扭矩偏移量。其中，若在切换根据指令位置所算出的指令速度的正逆(指令速度的移动方向)的时机更新扭矩偏移量(动摩擦扭矩的补偿量)则太迟，因此设定为与切换指令速度的正逆的时机相比，某种程度上提前地切换扭转偏移量的值。
典型而言，与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间(先行切换动摩擦补偿扭矩的时间)也可以指令速度的更新周期即控制周期为基准，以其整数倍进行规定。即，也可以自控制装置100所提供的指令值的更新周期的整数(例如0、1、2……)倍来规定先行切换时间。
(g1：正向/逆向的动摩擦扭矩)
接下来说明测定正向的动摩擦扭矩及逆向的动摩擦扭矩的方法。
为了测定正向地进行动作的情况下控制对象中产生的动摩擦扭矩，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)对伺服驱动器200提供指令位置(或指令速度)，使其以低速的固定速度向正向进行动作。测定实际速度相对于指令值已充分整定的状态下的实际扭矩，并决定为正向的动摩擦扭矩。例如，所谓低速下的动作，使用例如几分之1mm/秒～几mm/秒。
而且，为了测定逆向地进行动作的情况下控制对象中产生的动摩擦扭矩，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)对伺服驱动器200提供指令位置(或指令速度)，使其以低速的固定速度向逆向进行动作。测定实际速度相对于指令值已充分整定的状态下的实际扭矩，并决定为逆向的动摩擦扭矩。例如，所谓低速下的动作，使用例如-几分钟的1mm/秒～-几mm/秒。
如上所述，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)具有对驱动装置(伺服驱动器200)提供作为指令值的第1指令，并且决定控制对象遵从所述第1指令而所需的扭矩的功能。作为所述功能的具体处理，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)将用以使控制对象以预定的速度向正向(第1方向)移动的指令、及用以使控制对象以预定的速度向逆向(与第1方向不同的第2方向)移动的指令作为第1指令提供给伺服驱动器200。同时，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)基于正向移动时所需的实际扭矩来决定正向的动摩擦扭矩(第1方向上的第1补偿量)，并且基于逆向移动时所需的实际扭矩来决定逆向的动摩擦扭矩(第2方向上的第2补偿量)。
如上所述，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)在针对第1指令的来自控制对象的实际扭矩已整定的状态下，决定正向的动摩擦扭矩(第1补偿量)或逆向的动摩擦扭矩(第2补偿量)。
其中，也可代替充分整定的状态而设为提供指令值并经过预定时间后。
关于实际扭矩的测定，为了减少测定误差或测定噪声的影响，也可使用多个控制周期的测定值的平均值。即，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)将关于实际扭矩的多次测定结果平均化，由此来决定正向的动摩擦扭矩(第1补偿量)或逆向的动摩擦扭矩(第2补偿量)。
另外，伺服驱动器200具有与图3所示的控制回路相关的控制增益(gain)，关于这些控制增益，优选的是使用公知的自动调谐技术等预先进行调谐。但是，所述调谐结果未必需要得到最佳化。
图10是表示利用依据本实施方式的动摩擦特性的识别处理来进行的正向/逆向的动摩擦扭矩的测定例的图表。图10中，(A)表示关于控制对象的位置的时间变化，(B)表示关于控制对象的速度的时间变化，以及(C)表示关于控制对象的扭矩的时间变化。
如图10中的(A)所示，作为识别输入，以指令速度成为正向及逆向的方式使指令位置发生变化。即，使指令位置在变化为正向后变化为逆向，由此而如图10中的(B)所示，指令速度在维持正向侧的某值后，维持逆向侧的某值。根据指令速度为正向及逆向的各个的情况下的实际扭矩的值来决定正向的动摩擦扭矩及逆向的动摩擦扭矩。
(g2：与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间)
其次说明测定与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间的方法。
在如上所述的正向/逆向的动摩擦扭矩的测定后，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)对伺服驱动器200提供指令位置(或指令速度)，以使控制对象停止。在控制对象停止之前，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)将某种程度上大的扭矩偏移量(动摩擦补偿扭矩)提供至伺服驱动器200。
通过此种扭矩偏移量，控制对象的反馈值(实际位置)在朝向指令位置减少后，转而增加。即，自控制装置100对伺服驱动器200提供的指令位置(或指令速度)是指示控制对象的停止者，但某种程度上大的扭矩偏移量会指示控制对象的移动，因此控制对象不会停止，而使移动速度再上升。
在对伺服驱动器200提供了某种程度上大的扭矩偏移量后，将至来自控制对象的反馈值(实际位置)转而增加为止的时间决定为与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间。当与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间如上所述是以指令速度的更新周期即控制周期为基准来规定时，在对伺服驱动器200提供了某种程度上大的扭矩偏移量后，测定至来自控制对象的反馈值(实际位置)转而增加为止出现多少周期的控制周期。
再者，在出现移动速度的变化(暂时下降后再上升)后，扭矩偏移量恢复为零。
当对伺服驱动器200提供扭矩偏移量(即动摩擦补偿扭矩)时，与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间是指，至控制对象中实际产生补偿的效果为止所需的时间。即，与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间是指自控制装置100来看的、存在于包括伺服驱动器200及控制对象的系统中的一种“延迟时间”。
如上所述，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)具有对驱动装置(伺服驱动器200)提供作为指令值的第2指令及作为补偿指令的第3指令，并且基于来自控制对象的响应来决定先行切换时间的功能。作为所述功能的具体处理的一例，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)将用以使控制对象自逆向(第2方向)移动的状态变化为静止状态的指令提供给伺服驱动器200，并且将使控制对象的移动方向朝正向(第1方向)反转这样的指令作为扭矩偏移量(补偿指令)提供给伺服驱动器200。同时，控制装置100(图8的动摩擦特性识别模块150)基于自开始对伺服驱动器200提供扭矩偏移量(补偿指令)起至来自控制对象的实际位置的时间变化(即实际速度)(反馈值的时间变化)的方向发生反转为止所需的时间来决定先行切换时间。
另外，如图10所示，在提供有使控制对象自逆向移动的状态变化为静止状态的指令的情况下，通过提供使控制对象的移动方向朝正向反转这样的扭矩偏移量(补偿指令)，可决定先行切换时间，但并不限于此，移动方向也可为不同的方向。即，也可通过提供使控制对象自正向移动的状态变化为静止状态的指令，并且提供使控制对象的移动方向朝逆向反转这样的扭矩偏移量(补偿指令)，来决定先行切换时间。此时，可将仅测定其中任一者而获得的先行切换时间用作共用的先行切换时间，也可将在两个方向上分别测定出的两个先行切换时间与各个方向相关联地选择使用。
以上所述的某种程度上大的扭矩偏移量优选采用接近额定的值。例如，在采用100％(额定值)作为某种程度上大的扭矩偏移量的情况下，可考虑被各个方向上产生的动摩擦抵消的部分而如下所述来决定。
扭矩偏移量(％)＝100％+正向的动摩擦扭矩-逆向的动摩擦扭矩(％)
例如，在正向的动摩擦扭矩为12.4％、逆向的动摩擦扭矩为-12.6％的情况下，将12.4-(-12.6)+100＝125％设定为某种程度上大的扭矩偏移量。另外，并非一定要采用额定值(100％)，例如也可采用额定值的70％～125％程度。
也可如上所述，基于正向的动摩擦扭矩(第1补偿量)及逆向的动摩擦扭矩(第2补偿量)来决定扭矩偏移量(补偿指令)。
另外，来自控制对象的反馈值(实际位置)自减少转而增加的位置的判定有时会受测定噪声等的影响。因此，在对反馈值进行滤波(filtering)等而反馈值的增加量为预定值以下的情况下，也可无视。或者，也可将偏离通过多次测定而获得的结果的值等除外后，加以平均化来决定。
图11是表示利用依据本实施方式的动摩擦特性的识别处理来进行的与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间的测定例的图表。在右侧示出将图11的左侧所示的图表放大者。图11中，(A)表示关于控制对象的位置的时间变化，(B)表示关于扭矩偏移量的时间变化，以及(C)表示关于控制对象的扭矩的时间变化。
在控制对象的实际位置到达指令位置之前(即实际速度成为零之前)，如图11中的(B)所示，将扭矩偏移量设定为规定值。然后，如图11中的(A)所示，设为在某一时机，控制对象的实际位置自减少反转为增加。将自变更扭矩偏移量的时机起至实际位置的反转点为止的时间决定为先行切换时间。另外，若反转点被确定，则扭矩偏移量被重置为零。
＜H.控制对象的位置控制的详细情况＞
基于如上所述的动摩擦特性的识别处理中所获取的正向/逆向的动摩擦扭矩、及与动摩擦扭矩的补偿相关的先行切换时间，以如下方式来执行控制对象的位置控制。以下说明的与控制对象的位置控制相关的处理的详细情况对应于图7的步骤S110～步骤S126的处理、以及图8所示的指令值修正控制模块170及轨道生成模块180的功能。
基本上，对每个控制周期算出与由控制装置100的轨道生成模块180(图9)所生成的轨道对应的指令位置，并且判断在各控制周期中，是否在过了先行切换时间后产生速度方向的反转。并且，在判断为在过了先行切换时间后产生速度方向的反转的情况下，将提供给伺服驱动器200的扭矩偏移量的值切换为正向/逆向的动摩擦扭矩的任一者。
即，控制装置100(指令值修正控制模块170)具有基于预定的目标轨道依次更新提供给伺服驱动器200的指令值的功能；以及根据对伺服驱动器200提供的指令值，依次更新提供给伺服驱动器200的补偿指令(扭矩偏移量)的功能。
更具体而言，根据在与当前控制周期相比提前了先行切换时间的控制周期中是否产生指令速度的速度方向的反转、及所述所产生的切换的内容，以如下方式决定扭矩偏移量的值。
(1)未产生指令速度的速度方向的反转的情况下：扭矩偏移量的值维持不变
(2)指令速度的速度方向自正向变为零的情况下：扭矩偏移量的值维持不变
(3)指令速度的速度方向自逆向变为零的情况下：扭矩偏移量的值维持不变
(4)指令速度的速度方向自零或逆向反转为正向的情况下：将正向的动摩擦扭矩设定为扭矩偏移量
(5)指令速度的速度方向自零或正向反转为逆向的情况下：将逆向的动摩擦扭矩设定为扭矩偏移量
如上所述，当在提前了先行切换时间的时刻，指令值使控制对象的移动方向反转时，控制装置100(指令值修正控制模块170)基于正向的动摩擦扭矩(第1补偿量)及逆向的动摩擦扭矩(第2补偿量)来将补偿指令(扭矩偏移量)的值更新为与所述反转后的移动方向对应的值(相当于所述(4)及(5))。另外，当在提前了先行切换时间的时刻，指令值使控制对象的移动停止时，控制装置100(指令值修正控制模块170)维持补偿指令(扭矩偏移量)的值(相当于所述(2)及(3))。
图12是表示依据本实施方式的控制对象的位置控制的测定例的图表。在右侧示出将图12的左侧所示的图表放大者。图12中，(A)表示关于控制对象的位置的时间变化，(B)表示关于位置偏差的时间变化，(C)表示关于扭矩偏移量的时间变化，以及(D)表示关于控制对象的扭矩的时间变化。
如图12中的(A)所示，当存在指令位置自增加转而减少的位置、即指令速度自正向反转为逆向的位置(反转点)时，在与所述反转点相比提前了先行切换时间的点，扭矩偏移量的值发生变更。在图12中的(C)所示的示例中，可知自正向的动摩擦扭矩(正值)切换为逆向的动摩擦扭矩(负值)。伴随所述扭矩偏移量的值的变更，如图12中的(D)所示，可知在到达反转点之前的阶段起，实际扭矩的减少速度变快。
通过采用此种对扭矩偏移量的值进行切换这样的控制，如图12中的(A)所示，可知控制对象的实际位置充分追随指令位置。另外，在图12中的(A)的放大前的图表(左侧的图表)上，指令位置与实际位置之间并无实质上的差别，因此自容易看清附图的观点而言，将两者描绘为同一者。后述的图13中的(A)及图15中的(A)的放大前的图表、以及图14中的(A)也同样如此。
另外，当在伺服驱动器200的控制回路内安装有扭矩滤波器(参照图3)时，自控制装置100提供的扭矩偏移量并不直接发挥功能，而是基于扭矩滤波后的值来算出指令值。即，有可能会因伺服驱动器200内的扭矩滤波器而降低动摩擦补偿的效果。
此种情况下，也可对自控制装置100输出的扭矩偏移量赋予扭矩滤波器具有的滤波器特性的逆特性，以免降低动摩擦补偿的效果。
图13是表示依据本实施方式的控制对象的位置控制的另一测定例的图表。在右侧示出将图13的左侧所示的图表放大者。图13中，(A)表示关于控制对象的位置的时间变化，(B)表示关于位置偏差的时间变化，(C)表示关于扭矩偏移量的时间变化，以及(D)表示关于控制对象的扭矩的时间变化。
如图13中的(A)所示，当存在指令位置自增加转而减少的位置、即指令速度自正向反转为逆向的位置(反转点)时，在与所述反转点相比提前了先行切换时间的点，扭矩偏移量的值发生变更。在图13中的(C)所示的示例中，自正向的动摩擦扭矩(正值)切换为逆向的动摩擦扭矩(负值)。此时，被赋予扭矩滤波器的滤波器特性的逆特性，因此对于扭矩偏移量，在切换时机设定的是小于实际的逆向的动摩擦扭矩(负值)的值。并且，随着时间经过而被提供像恢复为逆向的动摩擦扭矩(负值)的本来的值那样的时间变化。
通过使扭矩偏移量的值如图13中的(C)所示发生变化，可发挥动摩擦补偿的效果。结果，如图13中的(B)所示，可知在反转点之后，位置偏差在变小的方向上发生变化。
如上所述，当伺服驱动器200具有像对基于来自控制装置100的补偿指令(扭矩偏移量)而做出了修正的控制量实施滤波而提供给控制对象那样的扭矩滤波器(图3所示的扭矩滤波器220)时，控制装置100(指令值修正控制模块170)也可反映扭矩滤波器具有的特性的逆特性，并更新提供给伺服驱动器200的补偿指令(扭矩偏移量)。
通过反映此种扭矩滤波器的逆特性，可发挥本来的动摩擦补偿的效果。
＜I.效果例＞
(i1：依据本实施方式的位置控制的效果)
接下来说明依据本实施方式的位置控制的效果的一例。
图14是表示依据本实施方式的位置控制中与动摩擦扭矩的补偿相关的测定例的图表。图14中，案例(case)1及案例2是比较例，案例1表示未应用动摩擦补偿扭矩的补偿的情况，案例2表示虽然应用动摩擦补偿扭矩的补偿，但先行切换时间＝0的情况。另一方面，案例3表示实际使用了进行动摩擦特性的识别处理而获得的先行切换时间的情况。本测定例中，通过动摩擦特性的识别处理而算出先行切换时间＝控制周期×6倍。
图14的各案例中，(A)表示关于控制对象的位置的时间变化，(B)表示关于位置偏差的时间变化，(C)表示关于扭矩偏移量的时间变化，(D)表示关于控制对象的扭矩的时间变化。
另外，位置控制的目的在于使控制对象的反馈值(实际位置)尽可能与目标轨道一致，其性能可基于控制中产生的位置偏差的大小来评价。即，可以说位置偏差越小则位置控制的性能越高。
首先，图14的案例1(无动摩擦补偿)中，可知指令位置自增加转而减少(即速度方向的反转)后，立刻产生在逆向具有大的峰值的位置偏差。与此相对，图14的案例2(先行切换时间＝0)中，案例1中产生的位置偏差的峰值得到抑制，可知即便不使用先行切换时间也可获得一定程度的动摩擦补偿的效果。
进而，案例3(通过识别处理而决定出的先行切换时间)中，可知案例1中产生的位置偏差基本未产生。
如上所述，通过对案例1～案例3加以比较，可知：通过使用先行切换时间来先行切换扭矩偏移量，而可提高位置控制的精度。进而可知，通过使用依据本实施方式的识别处理来决定与控制对象相应的先行切换时间，可抑制在指令速度的速度方向发生反转的时机产生的、由动摩擦引起的外部干扰的影响，并将位置偏差维持得较小。
如上所述，通过利用如下处理，即，用以获取控制对象的动摩擦特性的动摩擦特性的识别处理、及用以基于所述所获取的动摩擦特性来进行控制对象的位置控制的控制处理，可减少位置控制系统中由动摩擦引起的误差。
(i2：比较例)
接下来，作为比较例，说明使用一般的具有动摩擦补偿功能的伺服驱动器时的控制性能的一例。
例如，在图3所示的伺服驱动器200的控制系统中，在伺服驱动器200内执行补偿动摩擦的功能，而非自控制装置100提供扭矩偏移量。此种结构中，典型而言，指令速度根据正向/逆向的任一者来切换扭矩偏移量的值。因此，当在控制装置100中实现指令值修正控制时，若参与对伺服驱动器200侧的动摩擦进行补偿的功能，则根据所指定的目标轨道不同，有时会产生不良状况。
图15是表示与依据本实施方式的位置控制加以比较的比较例的图表。在右侧示出将图15的左侧所示的图表放大者。图15中，(A)表示关于控制对象的位置的时间变化，(B)表示关于控制对象的速度的时间变化，以及(C)表示关于控制对象的扭矩的时间变化。
如图15中的(A)所示，为了通过控制装置100的指令值修正控制来提高追随性，作为修正后指令位置，有时在一旦跨越修正前的指令位置的停止位置后输出恢复变动。此种情况下，在恢复的时机产生动摩擦补偿扭矩的不需要的切换，其成为触发(trigger)，如图15中的(B)及图15中的(C)所示，有时会引起振动行为。
依据本实施方式的控制系统1中，除了指令值(指令位置及/或指令速度)以外，控制装置100还决定扭矩偏移量(即动摩擦补偿扭矩)，因此不会产生振动行为。
＜J.结论＞
根据本实施方式，自控制装置100对作为驱动装置的一例的伺服驱动器200提供如上所述的识别输入作为指令值，由此可分别决定控制对象正向移动时的动摩擦扭矩的补偿量即正向扭矩偏移量、及控制对象逆向移动时的动摩擦扭矩的补偿量即逆向扭矩偏移量。而且，自控制装置100对作为驱动装置的一例的伺服驱动器200提供如上所述的识别输入作为指令值，由此还可决定用以先于速度指令的变化时机来设定或切换扭矩偏移量的先行切换时间。
这些被决定的扭矩偏移量及先行切换时间是根据控制对象的特性而动态决定。通过使用这些被识别出的控制对象的特征量来进行位置控制，可减少由动摩擦引起的误差，从而提高相对于目标轨道的轨迹精度。因此，即便控制对象是动摩擦相对大的机械机构，也可实现良好的轨迹精度。
而且，如上所述的识别处理是自动执行，因此不需要进行要求与位置控制相关的技能的调整等，可不费工夫地提高位置控制的控制性能。
应认为，此次揭示的实施方式在所有方面仅为例示，并非限制者。应意识到，本发明的范围是由权利要求书而非所述说明所示，包含与权利要求书均等的含义及范围内的所有变更。

Claims (8)

1.一种控制装置，其是对驱动控制对象的驱动装置提供指令值及补偿指令来进行所述控制对象的位置控制的控制装置，所述驱动装置构成为基于来自所述控制装置的所述指令值与来自所述控制对象的反馈值算出针对所述控制对象的操作量，基于来自所述控制装置的所述补偿指令对所述算出的操作量进行修正，并提供修正后的所述操作量给所述控制对象，其特征在于，所述控制装置包括：
第1识别部件，将用以使所述控制对象以预定的速度向第1方向移动的指令、及用以使所述控制对象以预定的速度向与所述第1方向不同的第2方向移动的指令提供给所述驱动装置，且基于向所述第1方向移动时所需的扭矩来决定所述第1方向上的第1补偿量，并且基于向所述第2方向移动时所需的扭矩来决定所述第2方向上的第2补偿量；
第2识别部件，将用以使所述控制对象自在所述第2方向上移动的状态变化为静止状态的指令提供给所述驱动装置，并且将使所述控制对象的移动方向朝所述第1方向反转的指令提供给所述驱动装置，且基于自开始对所述驱动装置提供所述补偿指令起至来自所述控制对象的反馈值的时间变化的方向发生反转为止所需的时间来决定先行切换时间；
指令值更新部件，基于预定的目标轨道，依次更新提供给所述驱动装置的所述指令值；以及
补偿指令更新部件，根据提供给所述驱动装置的所述指令值，依次更新提供给所述驱动装置的补偿指令，并且
当在所述目标轨道中产生所述控制对象的移动方向的反转提前了所述先行切换时间发生时，所述补偿指令更新部件将所述补偿指令的值更新为与所述反转后的移动方向对应的值。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述第2识别部件基于所述第1补偿量及所述第2补偿量来决定提供给所述驱动装置作为所述补偿指令的所述指令。
3.根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于，所述第2识别部件以自所述控制装置提供的所述指令值的更新周期的整数倍来规定所述先行切换时间。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述第1识别部件在针对由所述第1识别部件提供给所述驱动装置作为所述指令值的所述指令的来自所述控制对象的扭矩已整定的状态下，决定所述第1补偿量或所述第2补偿量。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述第1识别部件通过将关于所述扭矩的多次测定结果平均化来决定所述第1补偿量或所述第2补偿量。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述驱动装置构成为：对基于来自所述控制装置的所述补偿指令而做出了修正的控制量实施滤波而提供给所述控制对象，
所述补偿指令更新部件反映所述滤波器具有的特性的逆特性，并更新提供给所述驱动装置的补偿指令。
7.一种记录介质，记录有在对驱动控制对象的驱动装置提供指令值及补偿指令来进行控制对象的位置控制的控制装置中执行的控制程序，所述驱动装置构成为基于来自所述控制装置的所述指令值与来自所述控制对象的反馈值算出针对所述控制对象的操作量，基于来自所述控制装置的所述补偿指令对所述算出的操作量进行修正，并提供修正后的所述操作量给所述控制对象，其特征在于，
所述控制程序使所述控制装置执行：
将用以使所述控制对象以预定的速度向第1方向移动的指令、及用以使所述控制对象以预定的速度向与所述第1方向不同的第2方向移动的指令提供给所述驱动装置，且基于向所述第1方向移动时所需的扭矩来决定所述第1方向上的第1补偿量，并且基于向所述第2方向移动时所需的扭矩来决定所述第2方向上的第2补偿量的步骤；
将用以使所述控制对象自在所述第2方向上移动的状态变化为静止状态的指令提供给所述驱动装置，并且将使所述控制对象的移动方向朝所述第1方向反转的指令提供给所述驱动装置，且基于自开始对所述驱动装置提供所述补偿指令起至来自所述控制对象的反馈值的时间变化的方向发生反转为止所需的时间来决定先行切换时间的步骤；
基于预定的目标轨道，依次更新提供给所述驱动装置的所述指令值的步骤；以及
根据提供给所述驱动装置的所述指令值，依次更新提供给所述驱动装置的补偿指令的步骤，且
所述依次更新补偿指令的步骤包括：当在所述目标轨道中产生所述控制对象的移动方向的反转提前了所述先行切换时间发生时，将所述补偿指令的值更新为与所述反转后的移动方向对应的值的步骤。
8.一种控制系统，其特征在于，包括：
驱动装置，驱动控制对象；及
控制装置，对所述驱动装置提供指令值及补偿指令来进行所述控制对象的位置控制，
所述驱动装置构成为：基于来自所述控制装置的所述指令值与来自所述控制对象的反馈值来算出针对所述控制对象的操作量，并且在基于来自所述控制装置的所述补偿指令对所述算出的操作量进行修正后提供给所述控制对象，
所述控制装置包括：
第1识别部件，将用以使所述控制对象以预定的速度向第1方向移动的指令、及用以使所述控制对象以预定的速度向与所述第1方向不同的第2方向移动的指令提供给所述驱动装置，且基于向所述第1方向移动时所需的扭矩来决定所述第1方向上的第1补偿量，并且基于向所述第2方向移动时所需的扭矩来决定所述第2方向上的第2补偿量；
第2识别部件，将用以使所述控制对象自在所述第2方向上移动的状态变化为静止状态的指令提供给所述驱动装置，并且将使所述控制对象的移动方向朝所述第1方向反转的指令提供给所述驱动装置，且基于自开始对所述驱动装置提供所述补偿指令起至来自所述控制对象的反馈值的时间变化的方向发生反转为止所需的时间来决定先行切换时间；
指令值更新部件，基于预定的目标轨道，依次更新提供给所述驱动装置的所述指令值；以及
补偿指令更新部件，根据提供给所述驱动装置的所述指令值，依次更新提供给所述驱动装置的补偿指令，并且
当在提前了所述先行切换时间的时刻，在所述目标轨道中产生所述控制对象的移动方向的反转时，所述补偿指令更新部件将所述补偿指令的值更新为与所述反转后的移动方向对应的值。
CN201710989500.6A 2017-01-25 2017-10-20 控制装置、控制系统及记录介质 Active CN108345269B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-011079 2017-01-25
JP2017011079A JP6834528B2 (ja) 2017-01-25 2017-01-25 制御装置、制御プログラムおよび制御システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108345269A CN108345269A (zh) 2018-07-31
CN108345269B true CN108345269B (zh) 2020-09-29

Family

ID=60164598

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710989500.6A Active CN108345269B (zh) 2017-01-25 2017-10-20 控制装置、控制系统及记录介质

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10656616B2 (zh)
EP (1) EP3355140B1 (zh)
JP (1) JP6834528B2 (zh)
CN (1) CN108345269B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7092307B2 (ja) * 2019-02-01 2022-06-28 三菱電機株式会社 作業判別装置および作業判別方法
JP2020146104A (ja) * 2019-03-11 2020-09-17 本田技研工業株式会社 アシスト装置制御システム
JP7024751B2 (ja) * 2019-03-20 2022-02-24 オムロン株式会社 制御装置および制御プログラム
CN110161862B (zh) * 2019-06-05 2022-02-08 安徽大学 一种基于切换系统理论的伺服转台摩擦补偿控制系统及方法
JP2023032289A (ja) * 2021-08-26 2023-03-09 オムロン株式会社 温度制御装置および温度制御方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101893869A (zh) * 2009-05-21 2010-11-24 发那科株式会社 控制周期性往复动作的伺服电动机控制装置
CN106094701A (zh) * 2015-04-28 2016-11-09 欧姆龙株式会社 控制装置及其控制方法、控制系统、控制程序及记录介质

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2051408B (en) 1979-06-23 1983-04-13 Ferranti Ltd Friction compensating apparatus
DE3623602A1 (de) * 1986-07-12 1988-01-14 Zeiss Carl Fa Steuerung fuer koordinatenmessgeraete
JPS63148315A (ja) 1986-12-12 1988-06-21 Fanuc Ltd サ−ボモ−タ制御装置
JP4090666B2 (ja) * 1999-10-05 2008-05-28 三菱電機株式会社 数値制御システムおよびそれに用いられる位置指令値補正装置
JP3909796B2 (ja) * 2000-02-08 2007-04-25 株式会社リコー サーボ制御装置、該サーボ制御装置を有するスキャナ及び該スキャナを備えた画像処理装置
JP3585874B2 (ja) * 2001-09-04 2004-11-04 本田技研工業株式会社 車両の走行制御装置
JP3840429B2 (ja) 2002-04-30 2006-11-01 オークマ株式会社 位置制御装置
JP3805309B2 (ja) * 2003-01-30 2006-08-02 ファナック株式会社 サーボモータ駆動制御装置
WO2004074951A1 (en) * 2003-02-18 2004-09-02 Allesandro Dreoni Method and device for controlling a physical quantity having a programmed variation with a feed-forward control
JP4391218B2 (ja) 2003-02-20 2009-12-24 三菱電機株式会社 サーボ制御装置
GB2417090A (en) * 2003-04-28 2006-02-15 Stephen James Crampton CMM arm with exoskeleton
CN100507778C (zh) * 2005-01-19 2009-07-01 三菱电机株式会社 定位装置及定位方法
JP2007257515A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Toshiba Mach Co Ltd サーボモータの制御方法
JP4209435B2 (ja) 2006-10-19 2009-01-14 本田技研工業株式会社 制御装置
JP2010049599A (ja) * 2008-08-25 2010-03-04 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology 工作機械
US8786219B2 (en) 2010-01-27 2014-07-22 Mitsubishi Electric Corporation Motor control device
JP5649401B2 (ja) * 2010-10-18 2015-01-07 キヤノン株式会社 インクジェット記録装置及びキャリッジ制御方法
CN102455683B (zh) 2010-10-22 2014-08-06 兄弟工业株式会社 数值控制装置和摩擦补偿方法
JP5111589B2 (ja) * 2010-10-27 2013-01-09 株式会社牧野フライス製作所 送り軸反転時の補正方法
JP5657633B2 (ja) 2012-12-14 2015-01-21 ファナック株式会社 移動体が反転するときの位置誤差を補正するサーボ制御装置
CN103048949B (zh) 2012-12-22 2015-05-27 西安交通大学 一种数控机床伺服系统摩擦误差补偿方法
WO2014122822A1 (ja) 2013-02-07 2014-08-14 三菱電機株式会社 サーボ制御装置
JP6185374B2 (ja) * 2013-11-22 2017-08-23 国立大学法人 東京大学 制御装置及び制御方法
JP6659096B2 (ja) * 2014-07-09 2020-03-04 キヤノン株式会社 ロボット装置の制御方法、およびロボット装置
JP2016039737A (ja) 2014-08-08 2016-03-22 国立大学法人大阪大学 モータ制御装置及びモータ制御方法
JP6504864B2 (ja) * 2015-03-13 2019-04-24 キヤノン株式会社 ロボット制御方法、ロボット装置、プログラム、記録媒体及び物品の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101893869A (zh) * 2009-05-21 2010-11-24 发那科株式会社 控制周期性往复动作的伺服电动机控制装置
CN106094701A (zh) * 2015-04-28 2016-11-09 欧姆龙株式会社 控制装置及其控制方法、控制系统、控制程序及记录介质

Also Published As

Publication number Publication date
JP6834528B2 (ja) 2021-02-24
EP3355140B1 (en) 2021-01-27
JP2018120399A (ja) 2018-08-02
CN108345269A (zh) 2018-07-31
US10656616B2 (en) 2020-05-19
US20180210416A1 (en) 2018-07-26
EP3355140A1 (en) 2018-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108345269B (zh) 控制装置、控制系统及记录介质
CN102301582B (zh) 阀控制装置
US9280149B2 (en) Motor control device and motor control method
EP1258789B1 (en) Method and apparatus for controlling motor
JP5096019B2 (ja) サーボモータ制御装置
US9317028B2 (en) Electric motor control device
JP2007257515A (ja) サーボモータの制御方法
JP2010271854A (ja) デュアル位置フィードバック制御を行うサーボ制御装置
EP2670046A1 (en) Electric pump device
JP2018138790A (ja) シフトレンジ制御装置
JP2007209179A (ja) 振動波モーター駆動制御装置
US10175676B2 (en) Servomotor controller, servomotor control method, and computer-readable recording medium
JP2011176907A (ja) モータの制御方法及び装置
JP2011176907A5 (zh)
US7656115B2 (en) Calibrating stepper motor by driving fractional ranges
JP6921616B2 (ja) 制御装置、光学機器、制御方法、および、プログラム
US10459422B2 (en) Servomotor control device, servomotor control method, and computer-readable recording medium
JP2004023910A (ja) モータ制御装置
US10723320B2 (en) Wiper control device
JP4062228B2 (ja) 直流電動機の駆動装置
JPH05252779A (ja) ロボットのサーボ制御装置
US10354683B2 (en) Servo control method having first and second trajectory generation units
EP3678290B1 (en) Motor driving device
JP2011100203A (ja) 位置制御装置
CN116345982B (zh) 音圈电机控制方法、系统及设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant