CN1146764C - 同步控制装置 - Google Patents

Abstract

提供一种实现了精度高的同步控制、而且即使在位置指令的输入或主轴位置的检测中存在滞后的情况下同步精度的下降也较小的同步控制装置。具备指令生成装置1、主轴装置2和副轴装置3，指令生成装置1具备：存储从过去到现在的多个点上输入的主轴位置指令增量值的存储器7；输出被存储的值内在M-1次取样前输入的主轴位置指令增量值Δr_s(i)的输出装置7′；存储在从过去到现在的多个点上输入的主轴位置增量值的存储器8；利用包含d次取样的滞后的主轴装置的动态特性模型、被存储的主轴位置指令增量值和主轴位置增量值求出未来几次取样的多个主轴位置增量值的预测值的运算器9；以及由所得到的多个主轴位置增量值的预测值求出多个副轴未来位置指令的变换器10。

Description

同步控制装置

技术领域

本发明涉及与主轴电机同步地驱动副轴电机的同步控制装置。

背景技术

在现有的同步控制技术中，或是将已同步的指令分别提供给主轴电机的控制装置和副轴电机的控制，或是与主轴电机的现在位置同步地对副轴电机的控制装置提供指令。再者，作为将预期、预测控制应用于同步控制的现有技术，有在特愿平6-288994号说明书中本申请人提出的同步控制装置。该装置使用预测主轴的未来位置而求出的副轴的未来位置指令来预测并控制副轴。

但是，在现有的同步控制技术中，由于主轴和副轴的动态特性不同，故进行精度高的同步控制是困难的。在特愿平6-288994号说明书中记载的装置是为了解决该问题而提出的，是使同步精度提高的装置。但是，在该装置中，由于在预测未来主轴位置时不是使用未来的主轴位置指令而是使用现在时刻的主轴位置指令，故存在主轴位置指令的变化时与该变化的对应滞后，同步精度下降的问题。

此外，在这些现有技术中，在对主轴控制装置和副轴控制装置的位置指令的输入及主轴位置的检测方面存在滞后的情况下，存在同步精度与该滞后的部分相对应而进一步下降的问题。

因此，本发明的目的在于提供这样一种同步控制装置，该装置实现了精度比现有技术高的同步控制，而且即使在位置指令的输入及主轴位置的检测方面存在滞后的情况下，同步精度的下降也较小。

发明内容

为了解决上述问题，本发明是与主轴电机同步地驱动副轴电机的同步控制装置，由指令生成装置、主轴装置和副轴装置构成，其中，上述指令生成装置输入主轴位置指令的取样周期间的增量值Δr_s(i+M-1)和K(K≥0)次取样前的主轴位置增量值Δy_s(i-k)，输出主轴位置指令增量值Δr_s(i)和未来几次取样的多个副轴未来位置指令增量值Δr_Z(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M，上述主轴装置输入上述主轴位置指令增量值的滞后d(d≥0)次取样的信号Δr_s(i-d)，驱动并控制主轴电机，输出主轴位置增量值Δy_s(i)，上述副轴装置输入上述多个副轴未来位置指令增量值的滞后D(D≥0)次取样的信号Δr_Z(i+m)，m＝1、2、…、M，驱动并控制副轴电机，使得用副轴的动态特性模型预测的副轴位置与副轴未来位置指令一致，其中，Δ表示取样周期间的增量值；其中，下标s和z分别表示主轴和副轴；“i”表示取样时间i；M(M＞0，整数)表示用来预测副轴装置中的副轴位置的取样周期数目，就是说，预测周期；K(K≥0，整数)表示主轴位置增量值的输入延迟；d(d≥0，整数)表示主轴位置指令增量值的输入延迟；D(D≥0，整数)表示副轴未来位置指令增量值的输入延迟；上述指令生成装置具备：存储在从过去到现在的多个点上输入的上述主轴位置指令增量值的第1存储装置；输出在上述第1存储装置中存储的值内在M-1次取样前输入的上述主轴位置指令增量值Δr_s(i)的输出装置；存储在从过去到现在的多个点上输入的上述主轴位置增量值的第2存储装置；利用包含d次取样的滞后的主轴装置的动态特性模型、被存储的上述主轴位置指令增量值和上述主轴位置增量值求出未来几次取样的多个主轴位置增量值的预测值的运算器；以及由利用上述运算器得到的多个主轴位置增量值的预测值求出多个副轴未来位置指令增量值的变换器。

此外，本发明是与主轴电机同步地驱动副轴电机的同步控制装置，具备微调整装置和切换装置，其中，上述微调整装置将对主轴位置的取样周期间的增量值、或将该预测值乘了K₁倍的信号和将主轴位置指令增量值乘了K₂倍的信号进行了加法运算的信号作为偏离同步的微调整信号输入到副轴电机的控制装置中，上述切换装置根据上述主轴位置增量值的正负切换上述乘数K₁的值。

此外，本发明是与主加电机同步地驱动副轴电机的同步控制装置，由指令生成装置、主轴装置、副轴装置和微调整装置构成，其中，上述指令生成装置具备：输入主轴位置指令的取样周期间的增量值Δr_s(i+M-1)和K(K≥0)次取样前的主轴位置增量值Δy_s(i-k)、分别存储输入的上述主轴位置指令增量值和上述主轴位置增量值的存储装置；输出在上述存储装置中存储的值内在M-1次取样前输入的主轴位置指令增量值Δr_s(i)的输出装置；求出未来几次取样的多个主轴位置增量值的预测值的运算器；以及由利用上述运算器得到的多个主轴位置增量值的预测值求出多个副轴未来位置指令增量值Δr_z(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M并输出的变换器，上述主轴装置输入上述主轴位置指令增量值的滞后d(d≥0)次取样的信号Δr_s(i-d)，驱动并控制主轴电机，输出主轴位置增量值Δy_s(i)，上述副轴装置输入上述多个副轴未来位置指令增量值的滞后D(D≥0)次取样的信号Δr_z(i+m)，m＝0、1、…、M，对副轴电机进行预测控制，使得用副轴的动态特性模型预测的副轴位置与副轴未来位置指令一致，上述微调整装置将对上述主轴位置增量值、或将该预测值乘上乘数的信号和将上述主轴位置指令增量值乘上乘数的信号进行了加法运算的信号的滞后D(D≥0)次取样的信号作为偏离同步的微调整信号输入到副轴装置中，其中，Δ表示取样周期间的增量值；其中，下标s和z分别表示主轴和副轴；“i”表示取样时间i；M(M＞0，整数)表示用来预测副轴装置中的副轴位置的取样周期数目，就是说，预测周期；K(K≥0，整数)表示主轴位置增量值的输入延迟；d(d≥0，整数)表示主轴位置指令增量值的输入延迟；D(D≥0，整数)表示副轴未来位置指令增量值的输入延迟；上述指令生成装置的运算器具备：由上述存储装置中存储的主轴位置指令增量值Δr_s来计算主轴位置指令r_S并进行存储的装置；由上述存储装置中存储的主轴位置增量值Δy_s来计算主轴位置y_S并进行存储的装置；以及将主轴位置增量值的预测值Δy_S ^*(i+m)作为下式(在此，y_S ^*(i₂/i₁)是在时刻i₁处预测的时刻i₂的主轴位置预测值，N_a、N_b、A_mn、B_mn是从主轴装置的动态特性模型求出的常数)来确定的装置。

${y_s}^{*}(\stackrel{\‾}{i+m}/i)=\underset{n=K}{\overset{N_a+K}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{mn}}{y}_s(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b+K+m}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{mn}}{r}_s(i+m-n)$

Δy_s ^*(i+D)＝y_s ^*( i+D/i)-y_s ^*( i-1+D/ i-1)，  m＝D

Δy_s ^*(i+m)＝y_s ^*( i+m/i)-y_s ^*( i+m-1/i)，    m＝D+1，D+2，…，D+M

附图说明

图1是示出与本发明有关的同步控制装置的第1实施形态的结构的框图；图2是示出与本发明有关的同步控制装置的第2实施形态的结构的框图；以及图3是示出与本发明有关的同步控制装置的第3实施形态的结构的框图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施形态。

图1是示出本发明的第1实施形态的同步控制装置的结构的框图。

在图1中，指令生成装置1在现在时刻i处输入主轴旋转位置的目标指令的取样周期间的增量值Δr_s(i+M-1)和K(K≥0)次取样前的主轴位置增量值Δy_s(i-k)、输出现在时刻的主轴位置指令增量值Δr_s(i)和未来几次取样的多个副轴未来位置指令增量值Δr_z(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M。其中，Δ表示取样周期间的增量值；其中，下标s和z分别表示主轴和副轴；“i”表示取样时间i；M(M＞0，整数)表示用来预测副轴装置中的副轴位置的取样周期数目，就是说，预测周期；K(K≥0，整数)表示主轴位置增量值的输入延迟；d(d≥0，整数)表示主轴位置指令增量值的输入延迟；D(D≥0，整数)表示副轴未来位置指令增量值的输入延迟。

在指令生成装置1中，存储器7存储在从过去到现在的多个点上输入的主轴位置指令增量值。输出装置7’将存储器7中存储的值内在M-1次取样前输入的主轴位置指令增量值Δr_s(i)作为现在时刻的主轴位置指令增量值来输出。存储器8存储在从过去到现在的多个点上输入的主轴位置增量值。运算器9利用包含延迟元件4的主轴装置2的动态特性模型、被存储的主轴位置指令增量值和主轴位置增量值求出未来几次取样的多个主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M。变换器10由所得到的多个主轴位置增量值的预测值求出多个副轴未来位置指令增量值Δr_z(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M。例如，在主轴与副轴的动作为相似形的情况下，用乘以常数的乘法运算器来实现。

延迟元件4、5和6是在各装置间传递位置指令增量值和主轴位置增量值时为了传送、运算、检测等处理而产生的。主轴位置指令增量值Δr_s(i)因延迟运算4而滞后d(d≥0)次取样，将Δr_s(i-d)输入到主轴装置2中。

在主轴装置2中，运算器13由被输入的主轴位置指令增量值Δr_s(i-d)求出主轴位置指令r_s(i-d)。主轴控制器11输入主轴位置指令r_s(i-d)，根据该值控制主轴电机12的位置y_s(i)。差分器14从主轴位置y_s(i)求出增量值Δy_s(i)。将主轴位置增量值Δy_s(i)从主轴装置2输出，因延迟元件5而滞后K(K≥0)次取样，成为Δy_s(i-k)，输入到指令生成装置1中。

多个副轴未来位置指令增量值因延迟元件6而滞后D(D≥0)次取样，将Δr_z(i+m)，m＝1、2、…、M输入到副轴装置3中。

在副轴装置3中，副轴控制器16根据输入的速度指令，控制副轴电机17的速度。差分器18由副轴电机17的位置y_z(i)求出增量值Δy_Z(i)。预测控制器15根据预测控制来确定速度指令v(i)，使得利用包含副轴控制器16的副轴电机17的动态特性模型和副轴位置增量值Δy_Z(i)预测的未来几次取样的副轴的位置与由多个副轴未来位置指令增量值Δr_z(i+m)，m＝1、2、…、M确定的副轴未来位置指令r_z(i+m)，m＝1、2、…、M一致。作为该预测控制器15，例如在使用了在特愿平5-197956号说明书中提出的控制器的情况下，速度指令v(i)由下述的(1)式来确定。

$v\left(i\right)=\underset{m=1}{\overset{M_z}{\mathrm{\Σ}}}{v}_m{\mathrm{\Δr}}_z(i+m)-\underset{n=0}{\overset{N_{\mathrm{az}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_n{\mathrm{\Δy}}_z(i-n)+\mathrm{Ee}\left(i\right)-\underset{n=1}{\overset{N_{\mathrm{bz}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{n}v(i-n).......\left(1\right)$

在此，M_Z是预测区间，e(i)是位置偏差，即，e(i)＝r_Z(i)-y_Z(i)，N_azN_bz是副轴的动态特性模型的次数，V_m、p_n、E、g_n是预测控制用常数。

加法运算器20将用预测控制求出的速度指令v(i)与微调整装置19的输出的滞后D(D≥0)次取样的信号相加，将该加法运算值作为速度指令输入到副轴控制器16中。

上述微调整装置19输出将指令生成装置1的存储器7中被存储的主轴位置指令增量值Δr_S乘上乘数的信号K₂Δr_s和指令生成装置1的存储器8中被存储的主轴位置增量值Δy_S(或，主轴位置增量值的预测值Δy_S ^*)乘上乘数的信号K₁Δy_S(或，KΔy_S ^*)进行了加法运算的信号。在此，乘数K₁和K₂是可变的，作为偏离同步的微调整来使用。

以下，说明指令生成装置1内的运算器9。

运算器9通过具备下述装置来实现，这些装置是：由存储器7中被存储的主轴位置指令增量值Δr_S来计算主轴位置指令r_S(i+M-1)、r_S(i+M-2)、…、r_S(i+M-N_b)并存储的装置；由存储器8中被存储的主轴位置增量值Δy_S来计算主轴位置y_S(i-K)、y_S(i-K-1)…、y_S(i-K-N_a)并存储的装置；以及由这些装置中被存储的主轴位置指令r_S和主轴位置y_s利用下述的(2)式来确定主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M的装置。

在此，N_a、N_b、A_mn、B_mn是从包含延迟元件4的主轴装置2的动态特性模型求出的常数。

此外，运算器9也能通过具备下述装置来实现，该装置是从在存储器7和存储器8中存储的主轴位置指令增量值Δr_s和主轴位置增量值Δy_s利用下述的(3)式来确定主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M的装置。

${{\mathrm{\Δy}}_s}^{*}(i+m)=\underset{n=K}{\overset{N_a+K}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\Δy}}_s(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b+K+m-1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\Δr}}_s(i+m-n)...........\left(3\right)$

在此，N_a、N_b、A_mn、B_mn是从包含延迟元件4的主轴装置2的动态特性模型求出的常数。

再者，运算器9也能通过具备下述装置来实现，这些装置是：从在存储器7中存储的主轴位置指令增量值Δr_s计算主轴位置指令r_S(i+M-1)、r_S(i+M-2)、…、r_S(i-K-N_b+1)并进行存储的装置和从被存储的主轴位置指令r_S和在存储器8中存储的主轴位置增量值Δy_s利用下述的(4)式来确定主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M的装置。

${{\mathrm{\Δy}}_s}^{*}(i+m)=\underset{n=K}{\overset{N_a+K-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\Δy}}_s(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b+K+m-1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{mn}}{r}_s(i+m-n).......\left(4\right)$

在此，N_a、N_b、A_mn、B_mn是从包含延迟元件4的主轴装置2的动态特性模型求出的常数。

首先，进行(2)式的导出。现在，如果假定从主轴位置指令r_S(i)到主轴位置y_S(i)的传递函数模型能用下述的(5)式的离散时间系统来得到，

Gry(z)＝(b₁Z^-1+…+b_NbZ^-Nb)/(1-a₁Z^-1…-a_NaZ^-Na)  (5)

则其输入输出模型成为下述的(6)式。

${\hat{y}}_s\left(i\right)=\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{\hat{y}}_s(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n{r}_s(i-n)............\left(6\right)$

由于在时刻i处可得到到时刻i-K为止的主轴位置实测值y_S(i-n)(n≥K)，故在其之后的主轴位置的模型推测值成为下述的(7)式。

如果使用实测值来表示模型推测值 ${\hat{y}}_s(i+m)(m\≥-K+1),$ 则从下述的(7a)和(7b)式而成为下述的(8)式。

${\hat{y}}_s(i-K+1)=\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{y}_s(i-K+1-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n{r}_s(i-K+1-n)........\left(7a\right)$

                                    m=-K+1

${\hat{y}}_s(i+m)=\underset{n=1}{\overset{m+K-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{\hat{y}}_s(i+m-n)+\underset{n=m+K}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{y}_s(i+m-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n{r}_s(i+m-n).......\left(7b\right)$

                                    m>-K+l

${\hat{y}}_s(i+m)=\underset{n=K}{\overset{N_a+K-1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{a}}_{\mathrm{mn}}{y}_s(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b+K+m-1}{\mathrm{\Σ}}}{\hat{b}}_{\mathrm{mn}}{r}_s(i+m-n)..........\left(8\right)$

                                    m≥-K+l

在此，系数_mn，_mn由下述的(9)式来给出。

其中，a_n＝0(n＞N_a)，b_n＝0(n＞N_b)，_mn＝0(n＜1)。

因此，如果用下述的(10)式来预测时刻i-K以后的主轴位置，则得到上述的(2)式。

${y_s}^{*}(i+m)={\hat{y}}_s(i+m)+\{y_s(i-K)-\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{y}_s(i-K-n)-\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n{r}_s(i-K-n)\}$

                              m≥-K+1(10)

其中，系数A_mn、B_mn由下述的(11)式和(9)式来给出。

其次，进行(3)式的导出。现在，如果假定从主轴位置指令增量值Δr_s(i)到主轴位置增量值Δy_s(i)的传递函数模型能用下述的(12)式的离散时间系统来得到，

Gdd(z)＝(b₁Z^-1+…+b_NbZ^-Nb)/(1-a₁Z^-1-…-a_NaZ^-Na)    (12)

则其输入输出模型成为下述的(13)式。

${\mathrm{\Δ}\hat{y}}_s\left(i\right)=\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n\mathrm{\Δ}{\hat{y}}_s(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n\mathrm{\Δ}{r}_s(i-n)...........\left(13\right)$

由于在时刻i处可得到直到时刻i-K为止的主轴位置增量值的实测值Δy_s(i-n)(n≥K)，故如果用实测值利用下述的(14a)、(14b)来测定在其之后的主轴位置增量值，则得到上述的(3)式。

${{\mathrm{\Δy}}_s}^{*}(i-K+1)=\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{\mathrm{\Δy}}_s(i-K+1-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n{\mathrm{\Δr}}_s(i-K+1-n)$

                                   m＝-K+1(14a)

${{\mathrm{\Δy}}_s}^{*}(i+m)=\underset{n=1}{\overset{m+K-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n\mathrm{\Δ}{y_s}^{*}(i+m-n)+\underset{n=m+K}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{\mathrm{\Δy}}_s(i+m-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n{\mathrm{\Δr}}_s(i+m-n)$

                                   m＞-K+1(14b)

其中，系数A_mn，B_mn由下述的(15)式来给出。

$B_{\mathrm{mn}}=\underset{j=1}{\overset{m+K-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j{B}_{(m-j)(n-j)}+b_n$ m＞-K+1，1≤n≤N_b+K+m-1

其中，a_n＝0(n＞N_a)，b_n＝0(n＞N_b)，B_mn＝0(n＜1)。

再者，进行(4)式的导出。现在，如果假定从主轴位置指令r_s(i)到主轴位置增量值Δy_s(i)的传递函数模型能用下述的(16)式的离散时间系统来得到，

Grd(z)＝(b₁Z^-1+…+b_NbZ^-Nb)/(1-a₁Z^-1-…-a_NaZ^-Na)  (16)

则其输入输出模型成为下述的(17)式。

$\mathrm{\Δ}{\hat{y}}_s\left(i\right)=\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n\mathrm{\Δ}{\hat{y}}_s(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n{r}_s(i-n)........\left(17\right)$

由于在时刻i处可得到直到时刻i-K为止的主轴位置增量值的实测值Δy_s(i-n)(n≥K)，故如果用实测值利用下述的(18a)、(18b)来测定在其之后的主轴位置增量值，则得到上述的(4)式。

$\mathrm{\Δ}{y_s}^{*}(i-K+1)=\underset{n=1}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n\mathrm{\Δ}{y}_s(i-K+1-n)-\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n{r}_s(i-K+1-n)$

                              m＝-K+1(18a)

$\mathrm{\Δ}{y_s}^{*}(i+m)=\underset{n=1}{\overset{m+K-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n\mathrm{\Δ}{y_s}^{*}(i+m-n)+\underset{n=m+K}{\overset{N_a}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n\mathrm{\Δ}{y}_s(i+m-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b}{\mathrm{\Σ}}}{b}_n{r}_s(i+m-n)$

                              m＞-K+1(18b)

其中，系数A_mn，B_mn由下述的(19)式来给出。

其中，a_n＝0(n＞N_a)，b_n＝0(n＞N_b)，B_mn＝0(n＜1)。

此外，在主轴装置2及副轴装置3中，在其取样周期是指令生成装置1的取样周期的1/n的情况下，将输入的位置指令增量值乘以1/n来使用即可。

这样，在第1实施形态中，具备指令生成装置1、主轴装置2和副轴装置3，指令生成装置1具备：存储在从过去到现在的多个点上输入的主轴位置指令增量值的存储器7；输出被存储的值内在M-1次取样前输入的主轴位置指令增量值Δr_s(i)的输出装置7’；存储在从过去到现在的多个点上输入的主轴位置增量值的存储器8；利用包含d次取样的滞后的主轴装置的动态特性模型、被存储的主轴位置指令增量值和主轴位置增量值求出未来几次取样的多个主轴位置增量值的预测值的运算器9；以及由所得到的多个主轴位置增量值的预测值求出多个副轴未来位置指令的变换器10。利用该结构，可提供一种能实现精度高的同步控制、而且即使在位置指令的输入或主轴位置的检测中存在滞后的情况下同步精度的下降也较小的同步控制装置。

图2是示出本发明的第2实施形态的同步控制装置的结构的框图。再有，在该图中，对于与上述的图1共同的部分附以相同的符号。在第1实施形态的同步控制装置中，在主轴的动态特性在正旋转时和反旋转时不同的情况下，存在同步精度下降的担心。为了解决该问题，在第2实施形态的同步控制装置中，具备微调整装置21，该装置具有根据主轴位置增量值Δy_s的正负来切换乘数K₁的值的功能。

微调整装置21输出将指令生成装置1的存储器7中被存储的主轴位置指令增量值Δr_s乘上乘数的信号K₂Δr_s和指令生成装置1的存储器8中被存储的主轴位置增量值Δy_s(或，主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*)乘上乘数的信号K₁Δy_s(或，K₁Δy_s ^*)进行了加法运算的信号。乘数K₁和K₂如以上所述，是作为偏离同步的微调整用来使用的参数，其值在预调时设定，将其存储在微调整装置21中。特别是关于K₁，存储了主轴正转时用和反转时用的两种乘数K_1P，K_1N、在主轴位置增量值Δy_s(i-K)是零以上时使用K_1P，负时使用K_1N。

在K_1P和K_1N的设定中，首先在主轴正旋转的状态下进行调整，设定并存储正转时用的乘数K_1p其次，在主轴反旋转的状态下进行再调整，设定并存储反转时用的乘数K_1N＝K_1P+K_PN。在此，K_PN校正正转时和反转时的主轴的动态特性的差别。也可存储K_PN由上式算出K_1N，来代替存储K_1N。再有，这样来设定K₂，使得主轴在处于加减速状态时的同步偏离变小。

这样，在第2实施形态中，具备将主轴位置的取样周期间的增量值、或其预测值乘上乘数K₁的信号和主轴位置指令增量乘上乘数K₂的信号进行了加法运算的信号作为偏离同步的微调整信号输入到副轴电机的控制装置中的微调整装置21，存储了两种乘数K₁，以便根据主轴位置增量值的正负来切换。由此，能提供一种在主轴的动态特性在正转时和反转时不同的情况不同步精度的也不下降的同步控制装置。

图3是示出本发明的第3实施形态的结构的框图。再有，在该图中，对于与上述的图1共同的部分附以相同的符号。

在第1实施形态的同步控制装置中，存在因转矩的饱和或干扰转矩等缘故主轴位置增量值的预测精度有一些下降的担心。为了解决该问题，在第3实施形态的同步控制装置中，在求出主轴位置增量值的预测值时，考虑了在1次取样之前求出的预测值。

在图3中，指令生成装置1在现在时刻i处输入主轴旋转位置的目标指令的取样周期间的增量值Δr_s(i+M-1)和K(K≥0)次取样前的主轴位置增量值Δy_s(i-K)，输出现在时刻的主轴位置指令增量值Δr_s(i)和几次未来取样的多个副轴未来位置指令增量值Δr_z(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M。

运算器22利用包含延迟元件4的主轴装置2的动态特性模型、被存储的主轴位置指令增量值和主轴位置增量值求出来几次取样的多个主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*(i+m)，m＝D、D+1、D+2…、D+M。变换器10由所得到的多个主轴位置增量值的预测值求出多个副轴未来位置指令增量值Δr_z(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M。

多个副轴未来位置指令增量值利用延迟元件6滞后D(D≥0)次取样，将Δr_z(i+m)，m＝0、1、2、…、M输入到副轴装置3中。预测控制器15利用预测控制来确定速度指令v(i)，使得利用包含副轴控制器16的副轴电机17的动态特性模型和副轴位置增量值Δy_z(i)预测的未平几次取样的副轴的位置与由多个副轴未来位置指令增量值Δr_z(i+m)，m＝1、2、…、M确定的副轴未来位置指令r_z(i+m)，m＝1、2、…、M一致。作为该预测控制器，例如在使用了在特愿平5-197956号说明书中提出的控制器的情况下，速度指令v(i)由下述的(20)式来确定。

$v\left(i\right)=\underset{m=1}{\overset{M_z}{\mathrm{\Σ}}}{v}_m{\mathrm{\Δr}}_z(i+m)-\underset{n=0}{\overset{N_{\mathrm{az}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{p}_n{\mathrm{\Δy}}_z(i-n)+\mathrm{Ee}\left(i\right)-\underset{n=1}{\overset{N_{\mathrm{bz}}-1}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{n}v(i-n).......\left(20\right)$

在此，M_Z是预测区间，e(i)是位置偏差，即，e(i)＝r_Z(i)-y_Z(i)，N_az、N_bz是副轴的上述动态特性模型的次数，v_m、p_n、E、g_n是预测控制用常数。

加法运算器20将用预测控制求出的速度指令v(i)与微调整装置19的输出的滞后D(D≥0)次取样的信号相加，将该加法运算值作为速度指令输入到副轴控制器16中。

微调整装置19输出将指令生成装置1的存储器7中被存储的主轴位置指令增量值Δr_s乘上乘数的信号K₂Δr_s和指令生成装置1的存储器8中被存储的主轴位置增量值Δy_s(或，主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*)乘上乘数的信号K₁Δy_s(或，K₁Δy_s ^*)进行了加法运算的信号。在此，乘数K₁和K₂是可变的，作为偏离同步的微调整用来使用。

运算器22通过具备下述的装置来实现，这些装置是：由存储器7中被存储的主轴位置指令增量值Δr_s来计算主轴位置指令r_s(i+M-1)、r_s(i+M-2)、…、r_s(i-k-N_b)并存储的装置；由存储器8中被存储的主轴位置增量值Δy_s来计算主轴位置y_s(i-K)、y_s(i-K-1)、…、y_s(i-K-N_a)并存储的装置；以及由这些装置中被存储的主轴位置指令r_s和主轴位置y_s利用下述的(21)、(22a)、(22b)式来确定主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M的装置。

${y_s}^{*}(i+m/i)=\underset{n=K}{\overset{N_a+K}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{mn}}{y}_s(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b+K+m}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{mn}}{r}_s(i+m-n)......\left(21\right)$

Δy_s ^*(i+D)＝y_s ^*( i+D/i)-y_s ^*( i-1+D/ i-1)，m＝D(22a)

Δy_s ^*(i+m)＝y_s ^*( i+m/i)-y_s ^*( i+m-1/i)，m＝D+1，D+2，…，D+M(22b)

在此，y_S ^*(i₂/i₁)是在时刻i₁处预测的时刻i₂的主轴位置预测值。

如果作为从主轴位置指令r_S(i)到主轴位置y_S(i)的传递函数模型使用下述的(23)式的离散时间系统，

Gry(z)＝(b₁Z^-1+…+b_NbZ^-Nb)/(1-a₁Z^-1-…-a_NaZ^-Na)  (23)

则系数A_mn、B_mn与第1实施形态的同步控制装置的情况相同，由下述的(24)式和(25)式来给出。

${\hat{b}}_{\mathrm{mn}}=\underset{j=1}{\overset{m+K-1}{\mathrm{\Σ}}}{a}_j\hat{b}(m-j)(n-j)+b_n$ m＞-K+1，1≤n≤N_b+K+m-1

其中，a_n＝0(n＞N_a)，b_n＝0(n＞N_b)，_mn＝0(n＜1)

这样，在第3实施形态中，具备由主轴位置增量值的预测值来求出副轴未来位置指令增量值Δr_Z并输出的指令生成装置1、输出主轴位置增量值Δy_s的主轴装置2、预测并控制副轴电机17的副轴装置3和将偏离同步的微调整信号输入到副轴装置3中的微调整装置19，以在1次取样前的时刻i-1处预测了的主轴位置预测值为基础，由运算器22来确定主轴位置增量值的预测值。由此，可提供一种不因转矩的饱和或干扰转矩等而使主轴位置增量值的预测精度下降的同步控制装置。

如以上所述，按照本发明，可得到能实现与位置指令增量值的输入滞后、主轴位置增量值的检测滞后的有无无关的、能进行比现有技术的精度高的高精度同步工作的同步控制装置的效果。

此外，按照本发明，可得到能实现校正了主轴在正轴时和反转时的运态特性的差别的、能进行比现有技术的精度高的高精度同步工作的同步控制装置的效果。

此外，按照本发明，由于在求出主轴位置增量值的预测值时考虑在1次取样之前求出的预测值，故与现有技术相比提高了主轴位置增量值的预测精度，其结果，可得到能实现能进行更高精度的同步工作的同步控制装置的效果。

Claims (7)

1.一种与主轴电机同步地驱动副轴电机的同步控制装置，其特征在于：

由指令生成装置、主轴装置、副轴装置和偏离同步的微调整装置构成，其中，上述指令生成装置输入主轴位置指令的取样周期间的增量值Δr_s(i+M-1)和K次取样前的主轴位置增量值Δy_s(i-K)，输出主轴位置指令增量值Δr_s(i)和未来几次取样的多个副轴未来位置指令增量值Δr_z(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M，上述主轴装置输入上述主轴位置指令增量值的滞后d次取样的信号Δr_s(i-d)，驱动并控制主轴电机，输出主轴位置增量值Δy_s(i)，上述副轴装置输入上述多个副轴未来位置指令增量值的滞后D次取样的信号Δr_Z(i+m)，m＝1、2、…、M，驱动并控制副轴电机，使得用副轴的动态特性模型预测的副轴位置与副轴未来位置指令一致，其中，Δ表示取样周期间的增量值；下标s和z分别表示主轴和副轴；“i”表示取样时间i；M表示用来预测副轴装置中的副轴位置的取样周期数目，就是说，预测周期，M＞0，是整数；K表示主轴位置增量值的输入延迟，K≥0，是整数；d表示主轴位置指令增量值的输入延迟，d≥0，是整数；D表示副轴未来位置指令增量值的输入延迟，D≥0，是整数；

上述指令生成装置具备：

存储在从过去到现在的多个点上输入的上述主轴位置指令增量值的第1存储装置；

输出在上述第1存储装置中存储的值内在M-1次取样前输入的上述主轴位置指令增量值Δr_s(i)的输出装置；

存储在从过去到现在的多个点上输入的上述主轴位置增量值的第2存储装置；

利用包含d次取样的滞后的主轴装置的动态特性模型、被存储的上述主轴位置指令增量值和上述主轴位置增量值求出未来几次取样的多个主轴位置增量值的预测值的运算器；以及

由利用上述运算器得到的多个主轴位置增量值的预测值求出多个副轴未来位置指令增量值的变换器，

上述微调整装置具备：

将上述指令生成装置的上述第1存储装置中被存储的主轴位置指令增量值Δr_s乘上乘数的信号与上述第2存储装置中被存储的主轴位置增量值Δy_s或将由上述运算器得到的主轴位置增量值的预测值Δ1002y_s ^*乘上乘数的信号进行加法运算的装置；96.7

将该加法运算值的滞后了D次取样的信号加到上述副轴装置内的预测控制运算值上的装置；以及

通过使上述各乘数值变化来进行同步偏离的微调整的装置。

2.如权利要求1中所述的同步控制装置，其特征在于：

上述指令生成装置的运算器具备：

由上述第1存储装置中存储的主轴位置指令增量值Δr_s来计算主轴位置指令r_s并进行存储的装置；

由上述第2存储装置中存储的主轴位置增量值Δy_s来计算主轴位置y_s并进行存储的装置；以及

由这些装置中被存储的主轴位置指令r_s和主轴位置y_s作为下式来确定主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M的装置

${y_S}^{*}(i+m)=\underset{n=K}{\overset{N_a+K}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{mn}}{y}_S(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b+K-m}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{mn}}{r}_S(i+m-n)$

Δy_S ^*(i+m)＝y_S ^*(i+m)-y_S ^*(i+m-1)

在此，N_a、N_b、A_mn、B_mn是从主轴装置的动态特性模型求出的常数b

3.如权利要求1中所述的同步控制装置，其特征在于：

上述指令生成装置的运算器具备下述装置，该装置从在上述第1存储装置中存储的主轴位置指令增量值Δr_s和上述第2存储装置中存储的主轴位置增量值Δy_s作为下式来确定主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M

${y_S}^{*}(i+m)=\underset{n=K}{\overset{N_a+K-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\Δy}}_S(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b+K+m-1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\Δr}}_S(i+m-n)$

在此，N_a、N_b、A_mn、B_mn是从主轴装置的动态特性模型求出的常数。

4.如权利要求1中所述的同步控制装置，其特征在于：

上述指令生成装置的运算器具备：

由上述第1存储装置中存储的主轴位置指令增量值Δr_s来计算主轴位置指令r_s并进行存储的装置；以及

由该装置中被存储的主轴位置指令r_s和上述第2存储装置中存储的主轴位置增量值Δy_s作为下式来确定主轴位置增量值的预测值Δy_s ^*(i+m)，m＝D+1、D+2、…、D+M的装置

${y_S}^{*}(i+m)=\underset{n=K}{\overset{N_a+K-1}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{mn}}{\mathrm{\Δy}}_S(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b+K+m-1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{mn}}{r}_S(i+m-n)$

在此，N_a、N_b、A_mn、B_mn是从主轴装置的动态特性模型求出的常数。

5.如权利要求1中所述的同步控制装置，其特征在于：

具备根据主轴位置增量值的正负来切换上述乘数K₁的值的切换装置。

6.如权利要求5中所述的同步控制装置，其特征在于：

上述切换装置具有上述乘数K₁的主轴正转时的值和反转时的值，在上述主轴位置增量值为零以上时，选择主轴正转时的值，负时选择反转时的值。

7.一种与主轴电机同步地驱动副轴电机的同步控制装置，其特征在于：

由指令生成装置、主轴装置、副轴装置和微调整装置构成，其中，上述指令生成装置具备：输入主轴位置指令的取样周期间的增量值Δr_s(i+M-1)和K次取样前的主轴位置增量值Δy_s(i-k)、分别存储输入的上述主轴位置指令增量值和上述主轴位置增量值的存储装置；输出在上述存储装置中存储的值内在M-1次取样前输入的上述主轴位置指令增量值Δr_s(i)的输出装置；求出未来几次取样的多个主轴位置增量值的预测值的运算器；以及由利用上述运算器得到的多个主轴位置增量值的预测值求出多个副轴未来位置指令增量值Δr_Z(i+m)，m＝D、D+1、D+2、…、D+M并输出的变换器，上述主轴装置输入上述主轴位置指令增量值的滞后d次取样的信号Δr_s(i-d)，驱动并控制主轴电机，输出主轴位置增量值Δy_s(i)，上述副轴装置输入上述多个副轴未来位置指令增量值的滞后D次取样的信号Δr_Z(i+m)，m＝0、1、…、M，进行预测控制，使得用副轴的动态特性模型预测的副轴位置与副轴未来位置指令一致，上述微调整装置将对主轴位置增量值或将该预测值乘上乘数的信号和将上述主轴位置指令增量值乘上乘数的信号进行了加法运算的信号的滞后D次取样的信号作为偏离同步的微调整信号输入到副轴装置中，其中，Δ表示取样周期间的增量值；下标s和z分别表示主轴和副轴；“i”表示取样时间i；M表示用来预测副轴装置中的副轴位置的取样周期数目，就是说，预测周期，M＞0，是整数；K表示主轴位置增量值的输入延迟，K≥0，是整数；d表示主轴位置指令增量值的输入延迟，d≥0，是整数；D表示副轴未来位置指令增量值的输入延迟，D≥0，是整数；

上述指令生成装置的运算器具备：

由上述存储装置中存储的主轴位置指令增量值Δr_S来计算主轴位置指令r_s并进行存储的装置；

由上述存储装置中存储的主轴位置增量值Δy_S来计算主轴位置y_s并进行存储的装置；以及

将主轴位置增量值的预测值Δy_S ^*(i+m)作为下式来确定的装置，

${y_S}^{*}(\stackrel{\‾}{i+m}/i)=\underset{n=K}{\overset{N_a+K}{\mathrm{\Σ}}}{A}_{\mathrm{mn}}{y}_S(i-n)+\underset{n=1}{\overset{N_b+K+m}{\mathrm{\Σ}}}{B}_{\mathrm{mn}}{r}_S(i+m-n)$

Δy_s ^*(i+D)＝y_s ^*( i+D/i)-y_s ^*( i-1+D/ i-1)，  m＝D

Δy_s ^*(i+m)＝y_s ^*( i+m/i)-y_s ^*( i+m-1/i)，    m＝D+1，D+2，…，D+M

在此，y_S ^*(i₂/i₁)是在时刻i₁处预测的时刻i₂的主轴位置预测值，N_a、N_b、A_mn、B_mn是从主轴装置的动态特性模型求出的常数。

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