CN112217438A - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动机控制装置，即使是用于校正指令值的校正滤波器具有在特定的频域提高增益的滤波器特性的情况，也能够防止指令值的微小变动的放大，从而防止被驱动部的振动或异响的发生。电动机控制装置具备：指令部，其输出用于控制伺服电动机的指令值，该伺服电动机用于驱动作为被驱动部的机械；电动机控制部，其基于指令值来控制伺服电动机；校正滤波器，其用于校正指令值；以及预处理部，其设置于校正滤波器的前级，其中，校正滤波器具有增益大于1的频域，在由校正滤波器校正前的指令值的变动为规定的值以下的情况下，预处理部执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理。

Description

电动机控制装置
技术领域
本发明涉及一种电动机控制装置。
背景技术
以往，已知有如下技术(例如，参照专利文献1)：在对用于驱动产业机械等的被驱动部的电动机进行控制的电动机控制装置中，使用从电动机到机械的传递特性的反向特性滤波器(inverse characteristic filter)等，来校正指令值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-175890号公报
发明内容
发明要解决的问题
在这样的电动机控制装置中，在校正滤波器例如具有在特定的频域提高增益的滤波器特性的情况下存在如下情况：在该特定的频域中，由于离散化处理等而产生的指令值的微小变动被放大，其结果，在由指令值控制的机械的被驱动部中产生振动或异响。在产业机械等中，期望防止这样的振动或异响的产生。
用于解决问题的方案
本公开的电动机控制装置的一个方式构成为具备：指令部，其输出用于控制电动机的指令值，所述电动机用于驱动被驱动部；电动机控制部，其基于所述指令值来控制电动机；校正滤波器，其用于校正所述指令值；以及预处理部，其设置于所述校正滤波器的前级，其中，所述校正滤波器具有增益大于1的频域，在由所述校正滤波器校正前的所述指令值的变动为规定的值以下的情况下，所述预处理部执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理。
发明的效果
根据一个方式的电动机控制装置，即使是用于校正指令值的校正滤波器具有在特定的频域提高增益的滤波器特性的情况，也能够防止指令值的微小变动的放大，从而能够防止被驱动部的振动或异响的产生。
附图说明
图1是示出电动机控制装置的一个实施方式的框图。
图2是表示从伺服电动机到机器的传递特性的曲线图。
图3是表示反向特性滤波器的滤波器特性的曲线图。
图4是示出从指令部输出的指令值的曲线图。
图5是示出由反向特性滤波器对未被进行预处理的指令值进行了校正时的校正后指令值的曲线图。
图6是示出在进行了预处理后、由反向特性滤波器进行了处理的校正后指令值的曲线图。
图7是示出电动机控制装置的一个实施方式的处理的流程图。
附图标记说明
100：电动机控制装置；110：指令部；120：电动机控制部；121：减法器；122：位置控制部；123：加法器；124：减法器；125：速度控制部；126：加法器；127：伺服电动机(电动机)；128：旋转编码器；129：积分器；130：位置前馈部；131：速度前馈部；150：校正滤波器；160：预处理部；200：机器(被驱动部)；300：传递机构。
具体实施方式
下面，参照附图来说明本公开的电动机控制装置的一个实施方式。
图1是示出电动机控制装置的一个实施方式的框图。
如图1所示，电动机控制装置100具备指令部110、电动机控制部120、校正滤波器150以及预处理部160。另外，图1中示出作为被电动机控制装置100驱动的被驱动部的机械200。
作为电动机控制装置100的控制对象的机械200，例如能够举出机床。但是，电动机控制装置100的控制对象不限定于此，例如，可以是除机床以外的产业机械等。产业机械包括机床、产业用机器人、其它机械(包括服务用机器人、锻压机械、注射成型机之类的各种机械)。另外，电动机控制装置100可以作为产业机械等的一部分来设置。
指令部110输出位置指令值来作为用于控制伺服电动机127的指令值，该伺服电动机127作为用于驱动机械200的电动机。指令部110按照从未图示的作为上位控制器的上位控制装置或外部输入装置等输入的程序或命令，来生成位置指令。位置指令也可以由作为上位控制器的上位控制装置或外部输入装置等生成。生成位置指令以改变脉冲频率，从而使伺服电动机127的速度变化。位置指令成为控制指令。从指令部110输出的位置指令值在通过后述的预处理部160、校正滤波器150后，输入到电动机控制部120。
电动机控制部120基于由指令部110输出的指令来控制伺服电动机127。电动机控制部120具备减法器121、位置控制部122、加法器123、减法器124、速度控制部125、加法器126、伺服电动机127、积分器129、位置前馈部130以及速度前馈部131。减法器121、位置控制部122、加法器123、减法器124、速度控制部125、加法器126、伺服电动机127以及积分器129构成位置反馈环。另外，减法器124、速度控制部125、加法器126以及伺服电动机127构成速度反馈环。在成为电动机的伺服电动机127上安装有旋转编码器128。旋转编码器128和积分器129成为检测器，积分器129将位置检测值作为位置反馈信息输出到减法器121。在下面的说明中，将伺服电动机127设为进行旋转运动的电动机来进行说明，但伺服电动机127也可以是进行直线运动的线性电动机。
减法器121求出从后述的校正滤波器150输出的整形后的位置指令值与位置反馈来的检测位置之差，并将该差作为位置偏差输出到位置控制部122。
位置控制部122将使位置偏差乘以位置增益Kp而得到的值作为速度指令值输出到加法器123。
加法器123将速度指令值与位置前馈部130的输出值(位置前馈项)相加，并作为经过前馈控制的速度指令值输出到减法器124。减法器124求出加法器123的输出与速度反馈来的速度检测值之差，并将该差作为速度偏差输出到速度控制部125。
速度控制部125将使速度偏差乘以积分增益K1v并积分得到的值与使速度偏差乘以比例增益K2v而得到的值相加，并作为转矩指令值输出到加法器126。
加法器126将转矩指令值与速度前馈部131的输出值(速度前馈项)相加，并作为经过了前馈控制的转矩指令值输出到伺服电动机127。
基于转矩指令值被控制的伺服电动机127的旋转经由传递机构300被传递到机械200。作为传递机构300，例如使用滚珠丝杠。
旋转编码器128检测伺服电动机127的旋转角度位置。基于检测出的旋转角度位置的速度检测值作为速度反馈信息(速度FB信息)被输入到减法器124。
积分器129对从旋转编码器128输出的速度检测值进行积分，来输出位置检测值。位置检测值作为位置反馈信息(位置FB信息)被输入到减法器121。
位置前馈部130对将从校正滤波器150输出的位置指令值进行微分并乘以常数而得到的值，进行式(1)所示的传递函数G(s)所示的位置前馈处理，并将其处理结果作为位置前馈项输出到加法器123。式(1)的系数ai、bj(m、n≥i、j≥0，m、n为自然数)为传递函数G(s)的各系数。
【数1】
Figure BDA0002575480940000041
速度前馈部131对将位置指令值进行二阶微分并乘以常数而得到的值，进行式(2)所示的传递函数H(s)所示的速度前馈处理，并将其处理结果作为速度前馈项输出到加法器126。式(2)的系数ci、dj(m、n≥i、j≥0，m、n为自然数)是传递函数H(s)的各系数。系数ci、dj为第二系数。自然数m、n可以是与数式2的自然数m、n相同的值，也可以是其它的值。
【数2】
Figure BDA0002575480940000051
如以上那样构成电动机控制部120。
校正滤波器150被设置于电动机控制部120的前级，被输入位置指令值。校正滤波器150是用于对所输入的位置指令值进行整形的位置指令值整形器。
作为校正滤波器150，例如使用反向特性滤波器，该反向特性滤波器具有从伺服电动机127到机械200的基于双惯性模型的传递特性的反向特性的滤波器特性。
在此，对于表示从伺服电动机127到机械200的传递特性的传递函数G(s)，基于双惯性模型用式(3)来表示。
【数3】
Figure BDA0002575480940000052
其中，ω0为机械共振频率，ζ为阻尼系数。
传递函数G(s)用将机械的共振频率ω0设为截止频率的二阶低通滤波器来表现。作为例子，图2示出ω0＝1[Hz]、ζ＝0.1的情况下的传递特性。在图2中，横轴为频率[Hz]，纵轴为增益[dB]。
从图2能够确认：从伺服电动机127到机械200的传递特性在共振频率ω0附近具有0[dB]以上的增益。因此，在共振频率ω0附近容易产生机械系统的振动。另外，从图2还能够确认：该传递特性具有在比共振频率ω0高的频域中增益下降的特征。因此，在比共振频率ω0高某个程度的频域，机械系统不响应。
为了消除这样的因传递特性而引起的问题，作为校正滤波器150，使用从伺服电动机127到机械200的传递特性的反向特性滤波器。
从伺服电动机127到机械200的基于双惯性模型的传递特性的反向特性的滤波器的特性F(s)用下述的式(4)来表示。
【数4】
Figure BDA0002575480940000061
图3示出该反向特性滤波器的滤波器特性。在图3中，横轴是频率[Hz]，纵轴是增益[dB]。
通过使用这样的反向特性滤波器来作为校正滤波器150，能够实现在共振频率ω0附近的残余振动少的位置控制。另外，能够实现即使在比共振频率ω0高的频域、机械系统也会进行响应的位置控制。
在此，图3所示的校正滤波器150具有增益大于1的频域。具体地说，在比共振频率ω0高的频域中存在增益大于1的频域。
另一方面，在这样的频域中，输入到校正滤波器150的指令值有时也会因离散化处理等而产生微小变动。
在这样的情况下，由于由校正滤波器150对指令值进行校正，而使指令值的微小变动被放大，其结果，在机械的被驱动部中有时产生振动或异响。
因此，在校正滤波器150的前级设置后述的预处理部160，以消除这样的状况。
此外，校正滤波器150被设置在电动机控制部120之外、即位置反馈环和速度反馈环之外，但是也可以设为设置在电动机控制部120的位置反馈环或者速度反馈环之中、来对用于控制电动机的各种指令值进行校正的方式。例如，可以将校正滤波器150连接于位置指令、速度指令、转矩指令之类的指令后，具体为位置控制部122的输出侧、速度控制部125的输出侧、加法器123的输出侧或者加法器126的输出侧。另外，可以将校正滤波器150设置于前馈部之前，具体为位置前馈部130的输入侧、速度前馈部131的输入侧。
但是，优选的是，校正滤波器150设置于位置反馈环或者速度反馈环之外，以抑制电动机控制部120的反馈环(位置反馈环、速度反馈环)之外的振动因素。在图1中，校正滤波器150配置于用于求位置偏差的减法器121之前，校正滤波器150的输出被输出到减法器121和位置前馈部130。
此外，校正滤波器150可以是具有增益大于1的频域的其它滤波器，例如可以是陷波滤波器或设定加减速时间常数的滤波器等。
接着，说明预处理部160。
预处理部160设置于校正滤波器150的前级。在由校正滤波器150校正前的指令值(位置指令值)的变动为规定的值以下的情况下，预处理部160执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理。
图4是示出从指令部110输出的指令值、即由校正滤波器150校正前的指令值的一例的曲线图。如图4的区域A所示，指令值有时因离散化处理等而产生微小变动。
在此，在校正滤波器150具有在特定的频域提高增益的滤波器特性的情况下存在如下情况：指令值的微小变动由于被校正滤波器150校正而放大，其结果，在机械的被驱动部产生振动或异响。
图5是示出由校正滤波器150对未被进行预处理的指令值进行了校正时的校正后指令值的一例的曲线图。对图4和图5进行比较可知，图4的区域A中示出的指令值的微小变动(变动量C)在图5的区域A中示出的校正后指令值中被放大(变动量C’)。像这样，在校正滤波器150具有在特定的频域提高增益的滤波器特性的情况下，在指令值的频带包含于该特定的频域的情况下，因离散化处理等而产生的无益的微小变动可能被校正滤波器150放大。
因此，在由校正滤波器150校正前的指令值的变动为规定的值以下的情况下，预处理部160执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理。
具体地说，决定用于判定变动的大小的规定的阈值B(未图示)，在指令值的变动量C为规定的阈值B以下的情况下，使用过去的指令值来作为本次的指令值。在该情况下，用于判定变动的大小的规定的阈值B形成死区，如果指令值的变动量C处于死区的范围内，则不更新指令值，直接使用过去的指令值(例如，前次的指令值)。
在此，指令值的变动量C能够通过各种方法来求出。例如，可以基于前一次的指令值与本次的指令值之差来求出。另外，还可以基于规定时间前的指令值与本次的指令值之差来求出。或者，还可以基于过去的规定期间内的指令值的平均值与本次的指令值之差来求出。
另外，在指令值的变动为规定的值以下的情况下，作为用作本次的指令值的过去的指令值，能够使用最近由预处理部160输出的指令值(前次的指令值)或过去的规定期间内的指令值的平均值等。
图6是示出由预处理部160对图4所示的指令值进行预处理、并进一步由校正滤波器150进行了校正时的校正后指令值的一例的曲线图。通过像这样，在由校正滤波器150进行校正前，由预处理部160执行预处理，即使是校正滤波器150具有在特定的频域提高增益的滤波器特性的情况，因离散化处理等而产生的指令值的微小变动也不会被放大。
此外，也可以为，在由校正滤波器150校正前的指令值的变动在规定的期间为规定的值以下的情况下，执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理。
例如，可以为，在指令值的变动在过去的规定期间为规定的值以下的情况下，使用过去的规定期间内的指令值的平均值来作为本次的指令值。
由此，能够更加可靠地判定是无益的微小变动，执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理。
此外，通过在校正滤波器150的前级设置这样的预处理部160，无论是校正滤波器150具有在高频域提高增益的滤波器特性的情况，还是校正滤波器150具有在低频域提高增益的滤波器特性的情况，都能够防止指令值的微小变动的放大。即，不管校正滤波器150的滤波器特性(提高增益的频带)如何，均能够防止指令值的微小变动的放大。
另外，无论指令值的信号的频带是高频带还是低频带，均能够防止指令值的微小变动的放大。即，无论具有微小变动的信号的频率如何，均能够防止指令值的微小变动的放大。
即，根据本实施方式，与在校正滤波器150的前级设置低通滤波器等带通滤波器的情况相比，能够在宽范围的状况下防止指令值的微小变动的放大。
另外，在校正滤波器150的前级仅设置了低通滤波器等带通滤波器的情况下，成为无论指令值的变动状态如何、均对指令值一律进行整形的状况，本方式也能够防止这样的处理。
此外，该结构也能够适当地应用于通过机器学习等对校正滤波器150的滤波器特性进行优化的方式的电动机控制装置。例如，在能够变更校正滤波器150的滤波器特性的电动机控制装置中，即使在变更校正滤波器150的滤波器特性、从而提高增益的频域发生变化的情况下，也能够防止指令值的微小变动的放大。
此外，对于指令值的变动是否为规定的值以下的判定，优选的是，基于进入电动机控制部120的反馈环(位置反馈环、速度反馈环)前的指令值来进行。具体地说，优选的是，生成指令值的指令部110或者其上位控制器(上位控制装置、外部输入装置等)基于电动机控制部120的反馈环之外且进入反馈环前的指令值，来判定指令值的变动是否为规定的值以下。指令部110等基于其判定结果，来决定是否由预处理部160执行预处理。
由此，能够抑制电动机控制部120的反馈环(位置反馈环、速度反馈环)之外的振动因素。
接着，使用图7的流程图来说明电动机控制装置100的一个实施方式的处理。
首先，在步骤S1中，判定指令值的变动量C是否为阈值B以下。
在指令值的变动量C为阈值B以下的情况下(步骤S1为“是”)，在步骤S2中，预处理部160执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理。然后，在执行步骤S2的预处理后，在步骤S3中，由校正滤波器150执行滤波处理。
另一方面，在指令值的变动量C不是阈值B以下的情况下(步骤S1为“否”)，转移到步骤S3，由校正滤波器150执行滤波处理。
通过进行这样的处理，即使是用于校正指令值的校正滤波器150具有在特定的频域提高增益的滤波器特性的情况，也能够防止指令值的微小变动的放大，从而能够防止被驱动部的振动或异响的产生。
此外，可以构成为，能够由操作员来设定用于判定指令值的变动是否为规定的值以下的阈值。另外，还可以构成为，在指令值的变动在规定的期间为规定的值以下的情况下、执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理的情况下，能够由操作员来设定规定的期间和规定的值。由此，能够根据装置的状态等来恰当地设定判定基准。
此外，一个实施方式所涉及的电动机控制装置中包含的各功能能够通过硬件、软件或者它们的组合来分别实现。在此，通过软件来实现是指通过由计算机读入并执行程序来实现。
程序能够使用各种类型的非瞬态的计算机可读介质(Non-transitory computerreadable medium)来保存并提供到计算机。非瞬态的计算机可读介质包括各种类型的具有实体的记录介质(tangible storage medium)。非瞬态的计算机可读介质的例子包括：磁记录介质(例如软盘、磁带、硬盘驱动器)、磁光记录介质(例如磁光盘)、CD-ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、CD-R、CD-R/W、半导体存储器(例如，掩膜ROM、PROM(ProgrammableROM：可编程ROM)、EPROM(Erasable PROM：可擦除PROM)、闪存ROM、RAM)。另外，程序可以通过各种类型的瞬态的计算机可读介质(transitory computer readable medium)来提供到计算机。瞬态的计算机可读介质的例子包括电信号、光信号以及电磁波。瞬态的计算机可读介质能够经由无线通信路径或者电线及光纤等有线通信路径将程序提供到计算机。
以上换言之，本公开的电动机控制装置能够采取具有以下这样的结构的各种实施方式。
(1)本公开的电动机控制装置100具备：指令部110，其输出用于控制伺服电动机127的指令值，该伺服电动机127用于驱动被驱动部；电动机控制部120，其基于指令值来控制伺服电动机127；校正滤波器150，其用于校正指令值；以及预处理部160，其设置于校正滤波器150的前级，其中，校正滤波器150具有增益大于1的频域，在由校正滤波器150校正前的指令值的变动为规定的值以下的情况下，预处理部160执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理。
由此，即使是用于校正指令值的校正滤波器150具有在特定的频域提高增益的滤波器特性的情况，也能够防止指令值的微小变动的放大，从而能够防止被驱动部的振动或异响的发生。
(2)本公开的电动机控制装置100中，在由校正滤波器150校正前的指令值的变动在规定的期间为规定的值以下的情况下，预处理部160执行预处理。
由此，能够在更加可靠地判定了是无需变更指令值的微小变动之后，执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理。
(3)在本公开的电动机控制装置100中，电动机控制部120具有反馈环，指令部110或者其上位控制器基于进入反馈环前的指令值来判定指令值的变动是否为规定的值以下，并基于其判定结果来决定是否由预处理部160执行预处理。
由此，能够抑制反馈环之外的振动因素。
以上，说明了本公开的实施方式，但本公开并不限于上述的实施方式，能够进行各种变更和变形。另外，本实施方式中记载的效果只是列举了自本公开产生的最佳的效果，本公开的效果并不限定于本实施方式记载的效果。

Claims (3)

1.一种电动机控制装置，具备：
指令部，其输出用于控制电动机的指令值，所述电动机用于驱动被驱动部；
电动机控制部，其基于所述指令值来控制电动机；
校正滤波器，其用于校正所述指令值；以及
预处理部，其设置于所述校正滤波器的前级，
其中，所述校正滤波器具有增益大于1的频域，
在由所述校正滤波器校正前的所述指令值的变动为规定的值以下的情况下，所述预处理部执行使用过去的指令值来作为本次的指令值的预处理。
2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，
在由所述校正滤波器校正前的所述指令值的变动在规定的期间为规定的值以下的情况下，所述预处理部执行所述预处理。
3.根据权利要求1或2所述的电动机控制装置，其特征在于，
所述电动机控制部具有反馈环，
所述指令部或者其上位控制器基于进入所述反馈环前的指令值来判定所述指令值的变动是否为规定的值以下，并基于其判定结果来决定是否由所述预处理部执行所述预处理。
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