CN108400746A - 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，通过恢复与频率特性对应起来的参数，在自动调整后根据用户的请求或调整结果的评价，能够适当恢复到调整前的状态或过去的状态。伺服控制装置(10)具有：速度指令制作部(11)、转矩指令制作部(12)、速度检测部(13)、速度控制环(30)、速度控制增益(14)、滤波器(21)、参数保持部(24)、正弦波干扰输入部(15)、频率特性计算部(22)、以及参数调整部(23)。参数保持部(24)将频率特性计算部(22)获得的过去的频率特性的历史信息与过去的参数历史信息对应起来进行保持。

Description

伺服控制装置
技术领域
本发明涉及机床所使用的伺服控制装置，该机床具有由伺服电动机驱动的进给轴。
背景技术
以往，已知具有如下功能的伺服控制装置：通过恢复所保存的参数，可以返回到以前的控制条件。作为公开这种技术的发明例如存在专利文献1和专利文献2。
在专利文献1中记载了如下方法：可以简单地设定数值控制装置内的特别是与伺服控制相关的参数。通过应用专利文献1的结构，即使不熟悉机械结构，也能够简单地指定电动机控制的参数。在专利文献2中记载了如下方法：将过去执行的自动调整的结果作为历史信息而保存，从该历史信息恢复参数。这里的历史信息与机械结构的结构信息(重量、尺寸、材质、型式等)和调整方法(直动机构用、滚珠丝杠用、近似刚体用这样的代表性参数用的调整规则)对应。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2007-52505号公报
专利文献2：日本特开2012-103827号公报
另外，在具有自动调整功能的伺服控制装置中，在增益和滤波器的自动调整的结果无法满足的情况下、或因忘记实施自动调整等而使得控制特性不适合于加工物或加工条件的情况下等，有时想要恢复到过去的适当的控制条件。特别是，由于用户可以容易地进行自动调整，因此有想要恢复到原来的状态的需求。这方面，在专利文献1所记载的控制装置中，虽然能够容易地进行参数的指定或变更，但是难以返回到可以实现以前的特性的参数。此外，也有时因误操作而使得参数变更。
还存在个人电脑的操作系统中的恢复点这样的想法，但是所谓的恢复点不过是与某个时间点(日期)对应起来而保存了设定。在专利文献2所记载的控制参数调整装置中，虽然作为历史信息而保存了自动调整的结果，但是机械结构的信息需在事前所知，而且无法灵活地应对谐振频率的变动或润滑状态的变动这样的控制上的模型化误差。例如，在改造了机床的机构部分时，在现实的机械结构与登记的机械结构的信息之间产生不同，造成根据历史信息进行了调整而得的结果与实际情况不符。
发明内容
本发明的目的在于提供一种伺服控制装置，其可以在自动调整后根据用户的要求或调整结果的评价，适当恢复到调整前的状态或过去的状态。
(1)、本发明涉及一种机床(例如，后述的机床1)中的伺服控制装置(例如，后述的伺服控制装置10)，该机床具有由伺服电动机(例如，后述的伺服电动机3)驱动的进给轴(例如，后述的传递机构2)，其特征在于，该伺服控制装置具有：速度指令制作部(例如，后述的速度指令制作部11)，其制作所述伺服电动机的速度指令值；转矩指令制作部(例如，后述的转矩指令制作部12)，其制作所述伺服电动机的转矩指令值；速度检测部(例如，后述的速度检测部13)，其检测所述伺服电动机的速度；速度控制环(例如，后述的速度控制环30)，其由所述速度指令制作部、所述转矩指令制作部、所述速度检测部构成；速度控制增益(例如，后述的速度控制增益14)，其是所述速度控制环的控制增益；滤波器(例如，后述的滤波器21)，其使所述转矩指令制作部制作的转矩指令所包含的特定频率成分衰减；参数保持部(例如，后述的参数保持部24)，其保持用于指定所述速度控制增益和所述滤波器的特性的参数；正弦波干扰输入部(例如，后述的正弦波干扰输入部15)，其进行对所述速度控制环的正弦波扫描；频率特性计算部(例如，后述的频率特性计算部22)，其用于根据将正弦波输入到所述速度控制环时的所述速度控制环的输出，推定速度控制环输入输出信号的增益和相位；以及参数调整部(例如，后述的参数调整部23)，其根据所述频率特性计算部计算的频率特性来调整所述参数保持部保持的参数，所述参数保持部将所述频率特性计算部获得的过去的频率特性的历史信息与过去的参数历史信息对应起来进行保持。
(2)、在(1)所记载的伺服控制装置中，所述参数调整部可以在将执行参数调整前的参数保持于所述参数保持部之后执行参数调整。
(3)、在(1)或(2)所记载的伺服控制装置中，所述参数保持部可以保持所述参数调整部进行了调整而得的结果的频率特性的历史信息，从该历史信息中指定频率特性来恢复对应参数。
(4)、在(1)～(3)中任一项所记载的伺服控制装置中，所述参数保持部可以将频率特性的历史信息保持为图表、增益裕量、相位裕量、加工精度信息或者它们的组合。
发明效果
根据本发明的伺服控制装置，通过恢复与频率特性对应起来的参数，能够在自动调整后根据用户的请求或调整结果的评价，适当恢复到调整前的状态或过去的状态。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式涉及的伺服控制装置的结构的框图。
图2是表示本实施方式的伺服控制装置进行的参数恢复处理的流程图。
图3是表示加工物变更前的频率特性的说明图(伯德图)。
图4是表示随着加工物变更而进行了自动调整之后的频率特性的说明图(伯德图)。
图5是表示参数恢复后的频率特性的说明图(伯德图)。
符号说明
1 机床
2 传递机构(进给轴)
3 伺服电动机
10 伺服控制装置
11 速度指令制作部
12 转矩指令制作部
13 速度检测部
14 速度控制增益
15 正弦波干扰输入部
21 滤波器
22 频率特性计算部
23 参数调整部
24 参数保持部
30 速度控制环
具体实施方式
以下，作为本发明优选的实施方式，一边参照附图一边说明伺服控制装置，该伺服控制装置控制具有进给轴的机床的伺服电动机。
图1是表示本发明的一实施方式涉及的伺服控制装置10的结构的框图。本实施方式的伺服控制装置10进行经由传递机构(进给轴)2使机床1的驱动体(省略图示)可动的伺服电动机3的控制。例如，传递机构2是滚珠丝杠，驱动体是通过滚珠丝杠可动的工作台。
接下来，对伺服控制装置10的结构进行说明。如图1所示，伺服控制装置10具有：速度指令制作部11、转矩指令制作部12、滤波器21、速度检测部13、速度控制环30、加法器20、速度控制增益14、正弦波干扰输入部15、滤波器21、频率特性计算部22、参数调整部23、以及参数保持部24。
速度指令制作部11制作用于驱动伺服电动机3的速度指令值。由速度指令制作部11制作出的速度指令值被输出给加法器20。
转矩指令制作部12制作伺服电动机3的转矩指令值。由转矩指令制作部12制作出的转矩指令值被输送至滤波器21。
滤波器21使转矩指令值所包含的特定频率成分衰减。伺服电动机3根据由滤波器21而使特定频率成分衰减了的转矩指令值来进行驱动。本实施方式的滤波器21的特性通过从参数保持部24输入的参数而被调整。
速度检测部13检测伺服电动机3的速度作为速度检测值。例如，根据由设置于伺服电动机3的编码器测定出的测定值来计算速度检测值。
速度控制环30构成为包含速度指令制作部11、转矩指令制作部12、速度检测部13。
在加法器20中，从由速度指令制作部11制作出的速度指令值中减去由速度检测部13检测出的速度检测值，并且向速度控制环30加上由进行正弦波扫描的正弦波干扰输入部15制作出的正弦波干扰。该正弦波干扰输入部15的频率被逐次变更。
速度控制增益14设定与加法器20的计算结果相乘的控制增益。在本实施方式中，根据由速度控制增益14设定的控制增益和加法器20的计算结果通过转矩指令制作部12来制作转矩指令值。本实施方式的速度控制增益14的控制增益通过参数保持部24的参数而被调整。
正弦波干扰从正弦波干扰输入部15输入到频率特性计算部22中。频率特性计算部22根据向伺服控制装置10的速度控制环30输入了正弦波干扰时的速度控制环30的输出，推定速度控制环30的输入输出信号的增益和相位。并且，频率特性计算部22通过将来自正弦波干扰输入部15的干扰输入频率设为基本频率的、由任意项数构成的傅里叶级数来表现速度控制环30的输出，计算该傅里叶级数的基本波成分的振幅和相位，从而在线计算频率特性。由频率特性计算部22计算出的频率特性被输送给参数调整部23。
参数调整部23输出根据从频率特性计算部22输入的频率特性调整参数保持部24保持的参数的信号。
参数保持部24对用于指定速度控制增益14和滤波器21的特性的参数进行保持。另外，作为保持于参数保持部24的参数，是设定于速度控制增益14的增益值、滤波器21的频率、深度、倾斜、频带宽度等特性信息等。参数保持部24的参数根据频率特性计算部22的频率特性而被调整。这样，本实施方式的伺服控制装置10具有自动调整功能，在任意的时机或预先设定的时机进行自动调整。
此外，在参数保持部24中，由频率特性计算部22计算出的频率特性和与其对应的参数或关联信息被对应起来进行存储。作为关联信息是伯德图(Bode diagram)等的频率特性的图表、增益裕量、相位裕量、加工精度信息等，这些关联信息被组合后而进行存储。作为加工精度信息例如可以使用表示超过规定精度条件等的备忘录等文本信息。
接下来，对本实施方式的伺服控制装置10涉及的从过去的频率特性的历史信息恢复参数设定的恢复功能进行说明。恢复功能是在速度控制增益14或滤波器21的自动调整的结果无法满意的情况下或因忘记实施自动调整等而使得控制特性不适合于加工物或加工条件的情况下使用的功能。
图2是表示本实施方式的伺服控制装置10进行的参数恢复处理的流程图。图3是表示加工物变更前的频率特性的说明图。
在机床1的加工对象即加工物变更时，为了进行微调整而通过伺服控制装置10来实施自动调整。参数调整部23在开始速度控制增益14和滤波器21的自动调整时(步骤S101)，参数保持部24保存执行自动调整前的频率特性和参数而存储为历史信息(步骤S102)。例如，图3所示的频率特性和与该频率特性对应的参数被存储于参数保持部24。
正弦波干扰输入部15输入正弦波干扰(步骤S103)，并且速度检测部13检测速度检测值(步骤S104)。转矩指令制作部12根据速度指令值和速度检测值制作转矩指令值(步骤S105)。
图4是表示随着加工物变更而进行了自动调整之后的频率特性的说明图。频率特性计算部22在线计算频率特性(步骤S106)，参数调整部23根据频率特性计算部22计算出的频率特性来调整参数保持部24的参数，变更速度控制增益14和滤波器21的特性(步骤S107)。例如，图3所示的频率特性被变更成图4所示的频率特性。
步骤S107的处理之后，判定参数是否与加工条件相适合(步骤S108)。在该步骤S108的处理中，当参数与加工条件相适合时，结束流程，当参数与加工条件不适合时，转移到判定是否恢复参数的处理(步骤S109)。例如，在图4所示的频率特性中，由于精度不足而与加工条件不符，因此转移向步骤S109的处理。
在步骤S109的处理中，当不恢复参数时结束流程。当在步骤S109的处理中选择了恢复参数时，从保存为历史信息的频率特性中指定规定频率特性，与规定频率特性相对应的参数通过参数保持部24而被恢复(步骤S110)。
图5是表示参数恢复后的频率特性的说明图。在步骤S109和步骤S110中，如果从历史信息中选择过去满足了精度条件的其他频率特性，则参数保持部24恢复与该频率特性对应的参数。通过恢复的参数，变更速度控制增益14和滤波器21的特性，结果，频率特性从图4所示的状态变化为图5所示的状态，可以避免伴随调整时间的中断时间(down time)。
另外，在步骤S108～S110的处理中，也可以根据预先设定的评价基准和调整结果的评价来自动进行是否恢复参数和指定过去的频率特性，还可以根据用户经由显示画面或操作部等的接口(省略图示)选择和指定的结果(用户的请求)使参数恢复。
以上说明的本实施方式以如下方式构成。
本实施方式的伺服控制装置10具有：速度指令制作部11、转矩指令制作部12、速度检测部13、速度控制环30、速度控制增益14、滤波器21、参数保持部24、正弦波干扰输入部15、频率特性计算部22、以及参数调整部23。参数保持部24将频率特性计算部22获得的过去的频率特性的历史信息与过去的参数历史信息对应起来进行保持。
由此，该参数的历史信息与过去的特性历史信息被关联起来而保持，因此，能够恢复与控制特性对应起来的参数。通过拥有伺服控制装置的恢复点，容易从轴的控制特性不适合的状态解脱，能够减少伴随调整的时间或因此生成的中断时间从而能够活用自动调整。
此外，由于能够再现从与特性(控制性能)对应起来的设定历史信息中指定的控制特性，因此即使自动调整的结果不适合于加工条件或加工物的实际情况，也能够容易地返回到以前的控制条件。由于自动调整对于用户来说能够容易地进行，因此也有时没有备忘录等而进行多次重复，但是即使是这样的情况也能够容易地返回到以前的状态。
此外，不需要机械结构的事前信息，还可以灵活地应对谐振频率的变动或润滑状态的变动这样的控制上的模型化误差。
此外，有时因改造机构部分或追加部件而使得结构变化得大。例如，有时通过后安装将耳轴装载于三轴加工机而设为四轴或五轴的加工机。这样的情况下，也能够活用过去的历史信息来比较改造前后的参数。能够简单地调整参数本身，并且能够实现从明示了返回到怎样的控制性能的状态的内容中进行选择这样的结构。
此外，在本实施方式中，参数调整部23在将执行参数调整前的参数保持于参数保持部24之后来执行参数调整。
由此，过去的参数被自动保持，因此，能够可靠地防止因用户的忘记操作而没有保持参数这样的事态。
此外，在本实施方式中，参数保持部24对参数调整部23进行了调整而得的结果的频率特性的历史信息进行保持，从该历史信息中指定频率特性从而恢复对应参数。
由此，实际计测出的频率应答(例如，伯德图(Bode diagram)或尼奎斯特图(Nyquist diagram))本身被与参数对应起来而保存。参数与根据机械结构或加工对象等而决定的实际的频率特性相对应，因此，能够高精度地将机床的实际状态反映到恢复处理。
此外，在本实施方式中，参数保持部24将频率特性的历史信息保持为图表、增益裕量、相位裕量、加工精度信息或者它们的组合。
由此，用户易于掌握的信息或与实际情况相符的信息作为参数而被存储，因此，可以进一步提升恢复时的再现性。
以上，对本发明优选的实施方式进行了说明，但是本发明并非局限于上述实施方式，能够进行适当变更。例如，速度控制环30作为一例而被示出，速度控制环30的结构本身不重要，可以将图1所示的虚线部视为具有一个输入输出关系的系统。此外，对于滤波器21来说也可以配置两个以上。即使在具有多个滤波器21的情况下，在本实施方式中，各滤波器21的参数与频率特性被对应起来而保存，因此，能够快速执行恢复处理。

Claims (4)

1.一种机床中的伺服控制装置，该机床具有由伺服电动机驱动的进给轴，其特征在于，该伺服控制装置具有：
速度指令制作部，其制作所述伺服电动机的速度指令值；
转矩指令制作部，其制作所述伺服电动机的转矩指令值；
速度检测部，其检测所述伺服电动机的速度；
速度控制环，其由所述速度指令制作部、所述转矩指令制作部、所述速度检测部构成；
速度控制增益，其是所述速度控制环的控制增益；
滤波器，其使所述转矩指令制作部制作的转矩指令所包含的特定频率成分衰减；
参数保持部，其保持用于指定所述速度控制增益和所述滤波器的特性的参数；
正弦波干扰输入部，其进行对所述速度控制环的正弦波扫描；
频率特性计算部，其用于根据将正弦波输入到所述速度控制环时的所述速度控制环的输出，推定速度控制环输入输出信号的增益和相位；以及
参数调整部，其根据所述频率特性计算部计算的频率特性来调整所述参数保持部保持的参数，
所述参数保持部将所述频率特性计算部获得的过去的频率特性的历史信息与过去的参数历史信息对应起来进行保持。
2.根据权利要求1所述的伺服控制装置，其特征在于，
所述参数调整部在将执行参数调整前的参数保持于所述参数保持部之后执行参数调整。
3.根据权利要求1或2所述的伺服控制装置，其特征在于，
所述参数保持部保持所述参数调整部进行了调整而得的结果的频率特性的历史信息，从该历史信息中指定频率特性来恢复对应参数。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的伺服控制装置，其特征在于，
所述参数保持部将频率特性的历史信息保持为图表、增益裕量、相位裕量、加工精度信息或者它们的组合。
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