DE112012007053B4

DE112012007053B4 - Servosteuerungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112012007053B4
Application number: DE112012007053.4T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Marushita; Koji Mahara; Hidemasa Ogi; Hidetoshi Ikeda; Kiyoshi Hasegawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: JP5283804B1; TW201416812A; CN103907070A; US8890460B2; CN103907070B; JPWO2014064815A1; DE112012007053T5; US20140117919A1; KR101347921B1; WO2014064815A1; TWI516888B

Abstract

Servosteuerungsvorrichtung (100A) mit: einer Nachlaufsteuerungseinheit (2), die einen Motor (11) in einem Steuerungsziel (1), das mit dem Motor (11) und einem durch den Motor angetriebenen mechanischen System ausgestaltet ist, so steuert, dass eine Motorbewegung, die einer Position oder einer Geschwindigkeit des Motors (11) entspricht, einem Motorbewegungsbefehl folgt; einer Befehlfunktionseinheit (51), der als Eingangssignal ein Phasensignal (θ) zugeführt wird, das eine Phase einer zyklischen Operation angibt, die durch das Steuerungsziel durchgeführt wird, und die einen Maschinenbewegungsbefehl (yr0) gemäß dem Phasensignal (θ) durch eine voreingestellte erste Funktion (f(θ)) berechnet; einer Zweite-Ableitung-Einheit (52), der als Eingangssignal das Phasensignal (θ) zugeführt wird und die eine voreingestellte zweite Funktion (f''(θ)) verwendet, die erhalten worden ist durch Differenzieren zweiter Ordnung der ersten Funktion (f(θ)) bezüglich des Phasensignals (θ), um einen Wert der zweiten Funktion (f''(θ)) gemäß dem Phasensignal (θ) als ein Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal (xb) zu berechnen; einer Korrekturwert-Berechnungseinheit (53), der als Eingangssignale eine Phasengeschwindigkeit (ω), die einen Zeitdifferentialwert des Phasensignals (θ) darstellt, und das Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal (xb) zugeführt werden, und die einen ersten Befehlkorrekturwert (yh) berechnet zum Korrigieren des Motorbewegungsbefehls durch Verwenden eines Produktes eines Quadratwertes der Phasengeschwindigkeit, des Differential-zweiter-Ordnung-Basissignals und einer ersten Konstanten; und einer Korrekturwert-Additionseinheit (54A), die den Motorbewegungsbefehl (yr) auf Grundlage eines summierten Wertes des ersten Befehlkorrekturwertes (yh) und des Maschinenbewegungsbefehls (yr0) berechnet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Servosteuerungsvorrichtung, die ein Steuerungsziel antreibt und steuert.
Hintergrund
Eine Servosteuerungsvorrichtung, die eine Industriemaschine, wie etwa einen Industrieroboter, eine Pressvorrichtung und eine Fertigungsautomatisierungsvorrichtung, antreibt und steuert, erzeugt einen Befehl hinsichtlich einer Bewegung (eine Position und eine Geschwindigkeit) eines Motors, der ein mechanisches Systems antreibt, und steuert die Bewegung des Motors, dem Befehl zu folgen. Wenn das mechanische System eine geringe Starrheit hat (etwa wenn das anzutreibende mechanische System ein Armtyp ist, oder wenn eine Lastmaschine durch eine Welle mit geringer Starrheit oder einem Verzögerer angetrieben wird), verursacht eine Deformation eines Teilstücks mit geringer Starrheit eine Differenz zwischen einer Bewegung eines distalen Endes der Maschine und der Bewegung des Motors. Wenn das mechanische System eine geringe Starrheit hat, treten Schwingungen nach den Befehländerungen zum Stoppen oder dergleichen auf. Wegen dieser Gründe gibt es einen Fehler in der Bewegung des distalen Endes der Maschine relativ zu dem Befehl, und deshalb wird die Steuerungsgenauigkeit verschlechtert.
Um die Probleme, die durch die geringe Starrheit wie oben beschrieben verursacht sind, zu lösen, gibt es eine in JP 2003-76426 A beschriebene Technologie, einen Wert eines Differentials zweiter Ordnung eines Positionsbefehlwertes, erzeugt durch einen Positionsbefehlblock, bezüglich der Zeit abzuleiten und den Wert des Differentials zweiter Ordnung mit einer Verstärkungsfaktorkonstanten zu multiplizieren, um einen Korrekturwert abzuleiten. Ein Motor wird gesteuert, einem korrigierten Positionsbefehlwert zu folgen, der erhalten worden ist durch Addieren des Korrekturwertes zu einem ursprünglichen Positionsbefehlwert.
Weiterhin wird in der in JP 2003-76426 A beschriebenen Technologie beschrieben, dass ein Pseudodifferential anstelle eines echten Differentials verwendet werden kann. Ferner wird es beschrieben, dass, wenn eine Befehlgeschwindigkeit ein Trapezmuster zeigt, ein Zeitpunkt, bei dem eine Befehlbeschleunigung sich ändert, extrahiert wird, und ein voreingestelltes Zeitreihenkorrekturmuster verwendet wird, um einen Korrekturwert zu erzeugen.
Es gibt einen Fall, wo die Servosteuerungsvorrichtung eine Industriemaschine in einem spezifischen Muster in Zyklen betreibt, die nicht notwendigerweise regulär sein können. In solch einem Fall wird ein Verfahren mit einer Befehlfunktionseinheit, die als ”elektronische Nocke” bezeichnet wird, beispielsweise verwendet. Dieses Verfahren verwendet ein Phasensignal, das eine Phase in einem Zyklus angibt, und das mit der verstrichenen Zeit zunimmt oder abnimmt. Die Befehlfunktionseinheit verwendet eine Gleichung oder referenziert eine Datentabelle auf Grundlage des Phasensignals, um einen zyklischen Positionsbefehl zu erzeugen. Deshalb wird der Positionsbefehl mit demselben Formmuster wiederholt zu der Phase erzeugt, und die Motorposition folgt dem Positionsbefehl. Es gibt eine in JP 2011-67016 A beschriebene Technologie, um einen Positionsbefehl durch eine Servosteuerungsvorrichtung mit Verwendung der wie oben beschriebenen Befehlfunktionseinheit weiter zu korrigieren, wodurch eine Steuerungsgenauigkeit verbessert wird.
Die in JP 2011-67016 A beschriebene Technologie dient zum Korrigieren eines Befehls für den Zweck eines Verbesserns der Steuerungsgenauigkeit der Servosteuerungsvorrichtung, die zyklisch in demselben Muster arbeitet. In dieser Technik wird eine Befehlfunktionseinheit (ein Positionsmustergenerator) mit einem Phasensignal (ein Phasenbefehlwert) als ein Eingangssignal verwendet, um einen zyklischen Positionsbefehl (ein Positionsmuster) zu erzeugen. Um eine Verzögerung einer Nachlaufsteuerungseinheit (ein Positionssteuerungssystem) zu korrigieren, verwendet die Steuerfunktionseinheit den Positionsbefehl, in dem die Phase vorgerückt ist, und berechnet auch einen Korrekturwert durch Multiplizieren eines Wertes eines Differentials zweiter Ordnung oder eines Wertes eines Differentials dritter Ordnung des Positionsbefehls bezüglich der Zeit mit einem Koeffizienten.
Weiterhin wird in der in JP 2011-67016 A beschriebenen Technologie beschrieben, dass, ob der oben beschriebene Korrekturwert addiert wird, ausgewählt wird gemäß der Größe eines Absolutwertes des Wertes eines Differentials zweiter Ordnung oder des Wertes eines Differentials dritter Ordnung des Positionsbefehls, wodurch eine Überlagerung eines Störsignals auf den Positionsbefehl unterdrückt wird.
DE 11 2004 000 639 T5 beschreibt eine Steuerverfahren für eine Doppelsynchronisation, bei dem ein Positionsbefehl für einen Motor unter Kombination mit einem Beschleunigungsbefehl verwendet wird. Der Beschleunigungsbefehl wird aus einer zweifachen Ableitung des Positionssignals erhalten.
Zusammenfassung
Technisches Problem
In der oben beschriebenen, früheren konventionellen Technologie gibt es jedoch ein Problem, dass, wenn ein Differential zweiter Ordnung eines Positionsbefehls durchgeführt wird, ein Signal störungsartig wird, und deshalb eine Steuerung mit hoher Genauigkeit schwierig ist. Weiterhin gibt es ein Problem, dass, wenn ein Pseudodifferential anstelle eines echten Differentials als eine Lösung für das Störsignalproblem verwendet wird, eine Phasenverzögerung auftritt, und deshalb ist die Steuerung mit hoher Genauigkeit schwierig. Ferner gibt es in einem Verfahren, so wie einem Extrahieren eines Zeitpunktes, bei dem eine Befehlbeschleunigung sich ändert, um einen Korrekturwert von einem vorbestimmten Muster abzuleiten, ein Problem, dass das Verfahren nur mit einer spezifischen Befehlform fertig wird.
In der oben beschriebenen letzteren konventionellen Technologie wird ein Differential zweiter Ordnung oder ein Differential dritter Ordnung eines Positionsbefehls, ausgegeben von einer Befehlfunktionseinheit, bezüglich der Zeit verwendet, um einen Korrekturwert zu berechnen. Deshalb gibt es ein Problem, dass der Pegel eines Befehlstörsignals hoch wird, und demgemäß ist die Steuerung mit hoher Genauigkeit schwierig. Ob eine Korrektur des Positionsbefehls durchgeführt wird, wird ferner gemäß der Größe eines Wertes eines Differentials zweiter Ordnung oder eines Wertes eines Differentials dritter Ordnung des Positionsbefehls ausgewählt, um mit dem Störsignalproblem fertig zu werden. Es gibt jedoch ein Problem, dass, wenn die Korrektur des Positionsbefehls schließlich durchgeführt wird, sie/es durch das Störsignal beeinflusst wird, und deshalb ist die Steuerung mit hoher Genauigkeit schwierig.
Die vorliegende Erfindung ist erzielt worden, um die obigen Probleme zu lösen, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Servosteuerungsvorrichtung bereitzustellen, die eine zyklische Operation eines Steuerungsziel mit einer hohen Genauigkeit steuern kann, selbst wenn das Steuerungsziel eine geringe Starrheit hat.
Lösung des Problems
Um die oben erwähnten Probleme zu lösen und um die Aufgabe zu erreichen, wird eine Servosteuerungsvorrichtung bereitgestellt mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Selbst wenn ein Steuerungsziel eine geringe Starrheit hat, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine zyklische Operation des Steuerungsziels mit einer hohen Genauigkeit gesteuert werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung einer Servosteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein schematisches Diagramm eines Ausgestaltungsbeispiels eines Steuerungsziels.
3 ist ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung einer Servosteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Servosteuerungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird unten im Detail mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen erläutert werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung einer Servosteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Servosteuerungsvorrichtung 100A gemäß der ersten Ausführungsform ist eine Vorrichtung, die einen Motor (ein später beschriebener Motor 11) antreibt und steuert und ein Steuerungsziel 1, das mit einem mechanischen System ausgestaltet ist, das durch den Motor 11 angetrieben wird.
Das Steuerungsziel 1 ist eine Industriemaschine, wie etwa ein Industrieroboter, eine Pressvorrichtung und eine Fertigungsautomatisierungsvorrichtung, und enthält den Motor 11 und ein mit dem Motor 11 verbundenes mechanisches System. Die Servosteuerungsvorrichtung 100A verwendet einen Aktuator, wie etwa einen Servomotor, um das Steuerungsziel 1 anzutreiben und zu steuern. Die Servosteuerungsvorrichtung 100A erzeugt ein Motordrehmoment τm in dem Motor des Steuerungsziels 1, wodurch das Steuerungsziel 1 zum Durchführen einer erwünschten Operation veranlasst wird. Genauer genommen ändert die Servosteuerungsvorrichtung 100A sukzessive das Motordrehmoment τm auf Grundlage einer durch einen Detektor (nicht gezeigt) erfassten Motorposition ym, wodurch eine Operationsposition des Motors 11 gesteuert wird, so dass das Steuerungsziel 1 eine erwünschte Operation durchführt.
Die Servosteuerungsvorrichtung 100A ist ausgestaltet, eine Phasenerzeugungseinheit 3A, eine Befehlerzeugungseinheit 5A und eine Nachlaufsteuerungseinheit 2 zu enthalten. Die Phasenerzeugungseinheit 3A erzeugt ein Phasensignal θ, das eine Phase einer zyklischen Operation angibt, die durch das Steuerungsziel 1 durchgeführt ist, und eine Phasengeschwindigkeit ω, die eine Änderungsgeschwindigkeit des Phasensignals θ angibt, und gibt das Phasensignal θ und die Phasengeschwindigkeit ω an die Befehlerzeugungseinheit 5A aus. Die Befehlerzeugungseinheit 5A berechnet einen Motorpositionsbefehl yr durch eine später beschriebene Berechnung und gibt den berechneten Motorpositionsbefehl yr an die Nachlaufsteuerungseinheit 2 aus.
Die Nachlaufsteuerungseinheit 2 erhält als Eingangssignal den von der Befehlerzeugungseinheit 5A ausgegebenen Motorpositionsbefehl yr und die in dem Steuerungsziel 1 erfasste Motorposition ym und erzeugt das Motordrehmoment τm, so dass die Motorposition ym dem Motorpositionsbefehl yr folgt. Und zwar erzeugt und steuert die Nachlaufsteuerungseinheit 2 das Motordrehmoment τm so, dass eine als die Motorposition ym angegebene Motorbewegung dem Motorpositionsbefehl yr, d. h. einem Motorbewegungsbefehl, folgt.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall erläutert, wo die Phasenerzeugungseinheit 3A innerhalb der Servosteuerungsvorrichtung 100A bereitgestellt ist. Jedoch ist die Phasenerzeugungseinheit 3A nicht notwendigerweise innerhalb der Servosteuerungsvorrichtung 100A bereitgestellt. Beispielsweise kann die Servosteuerungsvorrichtung 100A eine Ausgestaltung haben, in der ein Signal einer Rotationsposition einer rotierenden externen Vorrichtung extern eingegeben wird an die Servosteuerungsvorrichtung 100A, um mit der Operation der externen Vorrichtung zu synchronisieren.
Beispielsweise integriert die Phasenerzeugungseinheit 3A die Phasengeschwindigkeit ω, die extern spezifiziert wird, bezüglich der verstrichenen Zeit, wodurch das Phasensignal θ erzeugt wird, und gibt die Phasengeschwindigkeit ω und das Phasensignal θ an die Befehlerzeugungseinheit 5A aus. Für ein anderes Beispiel kann die Phasenerzeugungseinheit 3A das Phasensignal θ, das extern eingegeben wird und mit der Zeit zunimmt oder abnimmt, an die Befehlerzeugungseinheit 5A ausgeben und kann auch die Phasengeschwindigkeit ω entsprechend einem Zeitdifferentialwert des Phasensignals θ an die Befehlerzeugungseinheit 5A ausgeben. In diesem Fall verwendet die Phasenerzeugungseinheit 3A ein Filter mit einem ausreichend großen Störsignalentfernungseffekt, um die Phasengeschwindigkeit ω zu berechnen, so dass verhindert werden kann, dass eine Störsignalkomponente, die in dem Phasensignal θ enthalten ist und durch eine Quantisierung oder dergleichen veranlasst ist, aufgrund einer Differentialberechnung zunimmt. Auf diese Weise gibt die Phasenerzeugungseinheit 3A das Phasensignal θ und die Phasengeschwindigkeit ω, erzeugt, um keine Störsignalkomponente zu enthalten, an die Befehlerzeugungseinheit 5A aus.
Als Nächstes werden eine Ausgestaltung und eine Operation der Befehlerzeugungseinheit 5A erläutert. Die Befehlerzeugungseinheit 5A erhält als Eingangssignal das Phasensignal θ und die Phasengeschwindigkeit ω, die von der Phasenerzeugungseinheit 3A ausgegeben werden, um den Motorpositionsbefehl yr zu berechnen, und gibt den berechneten Motorpositionsbefehl yr an die Nachlaufsteuerungseinheit 2 aus. Die Befehlerzeugungseinheit 5A ist ausgestaltet, eine Befehlfunktionseinheit 51, eine Zweite-Ableitung-Einheit 52, eine Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 und eine Korrekturwert-Additionseinheit 54A zu enthalten.
In der Befehlerzeugungseinheit 5A wird das von der Phasenerzeugungseinheit 3A ausgegebene Phasensignal θ an die Befehlfunktionseinheit 51 und die Zweite-Ableitung-Einheit 52 eingegeben, und die von der Phasenerzeugungseinheit 3A ausgegebene Phasengeschwindigkeit ω wird an die Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 eingegeben.
Die Befehlfunktionseinheit 51 berechnet einen Maschinenpositionsbefehl yr0 zu dem Steuerungsziel 1 auf Grundlage des Phasensignals θ. Zu dieser Zeit verwendet die Befehlfunktionseinheit 51 eine voreingestellte Befehlfunktion f(θ), um den Maschinenpositionsbefehl yr0 zu berechnen. Die Befehlfunktionseinheit 51 berechnet mit anderen Worten einen Maschinenbewegungsbefehl gemäß dem Phasensignal θ aus der voreingestellten Befehlfunktion f(θ) (erste Funktion). Die Befehlfunktion f(θ) wir realisiert beispielsweise durch eine Gleichung oder durch eine Datentabelle.
Wenn die Befehlfunktion f(θ) eine Datentabelle ist, wird eine Zuordnungsbeziehung zwischen einem Punkt (ein Wert) des Phasensignals θ und einem Punkt (ein Wert) des Maschinenpositionsbefehls yr0 im Voraus in der Datentabelle gesetzt. In der Datentabelle wird eine vorbestimmte Anzahl der Zuordnungsbeziehungen gesetzt. Die Befehlfunktionseinheit 51 interpoliert Referenzwerte von der Datentabelle bezüglich einem beliebigen Eingabewert des Phasensignals θ, wodurch sie den Maschinenpositionsbefehl yr0 berechnet. Zu dieser Zeit kann die Befehlfunktionseinheit 51 den Maschinenpositionsbefehl yr0 einfach berechnen mittels Verwendung einer linearen Interpolation. Die Befehlfunktionseinheit 51 kann auch eine komplizierte Spline-Interpolation oder dergleichen verwenden. Die Befehlfunktionseinheit 51 gibt den berechneten Maschinenpositionsbefehl yr0 an die Korrekturwert-Additionseinheit 54A aus.
In der Zweite-Ableitung-Einheit 52 ist eine Funktion (zweite Funktion), die einer zweiten Ableitung f''(θ) der Befehlfunktion f(θ) entspricht, und ist im Voraus gesetzt. Die zweite Ableitung f''(θ) ist eine Funktion, die erhalten worden ist durch Differenzieren zweiter Ordnung der Befehlfunktion f(θ) bezüglich des Phasensignals θ. Die Zweite-Ableitung-Einheit 52 berechnet einen Wert der Funktion entsprechend einer Eingabe des Phasensignals θ als ein Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal xb und gibt das Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal xb an die Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 aus. Die zweite Funktion der Zweite-Ableitung-Einheit 52 wird realisiert beispielsweise durch eine Gleichung oder durch eine Datentabelle, ähnlich zu der Befehlfunktion f(θ). In manchen Fällen gibt die zweite Funktion ungefähr die zweite Ableitung f''(θ) der Befehlfunktion f(θ) an. Wenn es nicht erforderlich ist, die zweite Funktion und die zweite Ableitung f''(θ) exakt zu beschreiben, werden sie beschrieben, ohne zwischen diesen zu unterscheiden.
Wenn die zweite Funktion in der Zweite-Ableitung-Einheit 52 eine Datentabelle ist, ist eine Zuordnungsbeziehung zwischen einem Punkt (ein Wert) des Phasensignals θ und einem Punkt (ein Wert) entsprechend der zweiten Ableitung f''(θ), d. h. eine Zuordnungsbeziehung zwischen einem Punkt (ein Wert) des Phasensignals θ und einem Punkt (ein Wert) des Differential-zweiter-Ordnung-Basissignals xb, im Voraus in der Datentabelle gesetzt. Die Zweite-Ableitung-Einheit 52 interpoliert Referenzwerte von der Datentabelle bezüglich eines beliebigen Eingabewertes des Phasensignals θ, wodurch sie das Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal xb berechnet. Die Zweite-Ableitung-Einheit 52 gibt das berechnete Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal xb an die Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 aus.
Die Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 erhält das Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal xb und die Phasengeschwindigkeit ω als Eingangssignale zugeführt und berechnet einen Befehlkorrekturwert yh zum Korrigieren des Maschinenpositionsbefehls yr0 durch Verwenden des Produktes des Quadrates der Phasengeschwindigkeit ω, einer vorbestimmten Konstanten (erste Konstante) und des Differential-zweiter-Ordnung-Basissignals xb. Die Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 gibt den berechneten Befehlkorrekturwert yh an die Korrekturwert-Additionseinheit 54A aus. Die vorbestimmte Konstante ist gemäß einer Maschinenkonstanten mit Bezug zu der Starrheit oder Schwingungen des Steuerungsziels 1 gesetzt und ist gesetzt, um der Kehrwert des Quadrates einer Antiresonanzfrequenz des Steuerungsziels 1 zu sein, was später beschrieben wird.
Die Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 enthält eine Quadratberechnungseinheit 53a, eine Konstantenmultiplikationseinheit 53b und eine Differential-zweiter-Ordnung-Multiplikationseinheit 53c. In der Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 berechnet die Quadratberechnungseinheit 53a das Quadrat der Phasengeschwindigkeit ω und gibt das berechnete Quadrat der Phasengeschwindigkeit ω an die Konstantenmultiplikationseinheit 53b aus. Die Konstantenmultiplikationseinheit 53b multipliziert dann die Ausgabe von der Quadratberechnungseinheit 53a mit einer vorbestimmten Konstanten (beispielsweise ein Wert auf Grundlage des Kehrwertes des Quadrates einer Antiresonanzfrequenz ω_z des Steuerungsziels 1). Die Konstantenmultiplikationseinheit 53b gibt den multiplizierten Wert an die Differential-zweiter-Ordnung-Multiplikationseinheit 53c aus. Weiterhin multipliziert die Differential-zweiter-Ordnung-Multiplikationseinheit 53c die Ausgabe von der Konstantenmultiplikationseinheit 53b mit dem Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal xb, um den Befehlkorrekturwert yh zu berechnen. Die Differential-zweiter-Ordnung-Multiplikationseinheit 53c gibt dann den Befehlkorrekturwert yh an die Korrekturwert-Additionseinheit 54A aus.
Die Reihenfolge der durch die jeweiligen Einheiten in der Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 durchgeführten Multiplikationen ist nicht besonders auf die oben beschriebene Reihenfolge beschränkt. Es reicht aus, dass die Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 den Befehlkorrekturwert yh als das Produkt des Quadrates der Phasengeschwindigkeit ω, des Kehrwertes des Quadratwertes der Antiresonanzfrequenz ω_z und des Differential-zweiter-Ordnung-Basissignals xb berechnet.
Die Korrekturwert-Additionseinheit 54A addiert den von der Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 ausgegebenen Befehlkorrekturwert yh zu dem von der Befehlfunktionseinheit 51 ausgegebenen Maschinenpositionsbefehl yr0 und gibt ein Ergebnis der Addition (ein aufsummierter Wert) an die Nachlaufsteuerungseinheit 2 als den Motorpositionsbefehl yr aus. Auf diese Weise berechnet die Befehlerzeugungseinheit 5A den Motorpositionsbefehl yr auf Grundlage des Phasensignals θ und der Phasengeschwindigkeit ω und gibt den berechneten Motorpositionsbefehl yr an die Nachlaufsteuerungseinheit 2 durch die oben beschriebene Operation aus.
Die Nachlaufsteuerungseinheit 2 erhält als Eingangssignal den von der Befehlerzeugungseinheit 5A ausgegebenen Motorpositionsbefehl yr und die von dem Steuerungsziel 1 erfasste Motorposition ym. Die Nachlaufsteuerungseinheit 2 erzeugt das Motordrehmoment τm, während eines Steuerns eines Stroms des Motors 11 in dem Steuerungsziel 1, so dass die Motorposition ym dem Motorpositionsbefehl yr folgt und diesen erfüllt. Beispielsweise verwendet die Nachlaufsteuerungseinheit 2 eine Kaskadensteuerung, die mit einer Motorpositionssteuerung, einer Motorgeschwindigkeitssteuerung und einer Motorstromsteuerung ausgestaltet ist.
Als Nächstes werden Eigenschaften des Steuerungsziels 1, die in der vorliegenden Ausführungsform berücksichtigt werden, beschrieben, um eine von der vorliegenden Ausführungsform erhaltene Wirkung zu erläutern. 2 ist ein schematisches Diagramm eines Ausgestaltungsbeispiels eines Steuerungsziels.
In dem Steuerungsziel 1 sind der Motor 11 und eine Maschinenlast 13 mit einem elastischen Teilstück 12, wie etwa einer Welle, gekoppelt. In dem Steuerungsziel 1 wird der Motor 11 durch das durch die Servosteuerungsvorrichtung 100A erzeugte Drehmoment τm angetrieben, und die Maschinenlast 13 wird durch das elastische Teilstück 12 angetrieben.
Die Lastträgheit der Maschinenlast 13 wird als JL dargestellt. Eine Lastposition ist eine Position der Maschinenlast 13 im Betrieb und wird als yL dargestellt. Eine Federkonstante des elastischen Teilstücks 12 wird als Kg dargestellt. Eine Viskositätskonstante des elastischen Teilstücks 12 wird als Cg dargestellt. Eine Motorträgheit des Motors 11 wird als JM dargestellt.
Eine Beziehung zwischen der Lastposition yL und der Motorposition ym, wenn das Steuerungsziel 1 durch das Motordrehmoment τm angetrieben wird, wird durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt. In der folgenden Gleichung gibt das Symbol (s) einen Laplace-Operator an, der äquivalent zum Zeitdifferential ist. yL/ym = 1/(s²/ω_z ² + 2ζ·s/ω_z + 1) (1)
In der Gleichung (1) gibt ω_z eine Antiresonanzfrequenz des Steuerungsziels 1 an, und ζ gibt einen Dämpfungskoeffizienten an, die durch die folgende Gleichung (2) bzw. Gleichung (3) ausgedrückt werden. ω_z = (Kg/JL)^(1/2) (2) ζ = Cg/{2(JL·Kg)^(1/2)} (3)
Eine Transferfunktion von dem Motorpositionsbefehl yr zu der Motorposition ym als ein Ergebnis der Steuerung durch die Operation der Nachlaufsteuerungseinheit 2 wird als G(s) dargestellt. Wenn die folgende Gleichung (4) zutrifft, wird nämlich eine Transferfunktion von dem Motorpositionsbefehl yr zu der Lastposition yL durch die folgende Gleichung (5) ausgedrückt. ym/yr = G(s) (4) yL/yr = G(s){1/(s²/ω_z ² +2ζ·s/ω_z + 1)} (5)
Wenn das mechanische System in dem Steuerungsziel 1 eine geringe Starrheit hat, ist der Dämpfungskoeffizient ζ normalerweise viel kleiner als 1. Wenn der Dämpfungskoeffizient ζ klein genug ist, um vernachlässigt zu werden, kann deshalb die Gleichung (5) durch die folgende Gleichung (6) approximiert werden. yL/yr = G(s){1/(s²/ω_z ² + 1)} (6)
Selbst wenn die Antwort bzw. Reaktion der Nachlaufsteuerungseinheit 2 sehr schnell und sehr genau gemacht wird (selbst wenn die Transferfunktion G(s) nah zu 1 ist), enthält deshalb die Gleichung (6) eine zweite Resonanzcharakteristik. Deshalb ist es nachvollziehbar, dass es einen Fehler in der Reaktion der Lastposition yL gibt, und die Reaktion der Lastposition yL zeigt ein Schwingungsverhalten bei der Antiresonanzfrequenz ω_z bezüglich der Änderung in dem Motorpositionsbefehl yr. Folglich entspricht die Antiresonanzfrequenz ω_z einer Schwingungsfrequenz des mechanischen Systems.
Als Nächstes werden die Eigenschaften der Befehlerzeugungseinheit 5A im Detail erläutert. Die Befehlerzeugungseinheit 5A führt die oben beschriebene Operation durch, wodurch sie den Befehlkorrekturwert yh berechnet, der durch die folgende Gleichung (7) bezüglich einer Eingabe des Phasensignals θ ausgedrückt ist. yh = f''(θ)·ω²/ω_z ² (7)
Ein Zeitdifferential des Maschinenpositionsbefehls yr0 (das ist f(θ)) wird beschrieben. Ein Wert eines Differentials erster Ordnung und ein Wert eines Differentials zweiter Ordnung des Maschinenpositionsbefehls yr0 werden durch die folgende Gleichung (8) bzw. Gleichung (9) ausgedrückt. df(θ)/dt = {df(θ)/dθ}(dθ/dt) (8) d²f(θ)/dt² = {d²f(θ)/dθ²}(dθ/dt)² + {df(θ)/dθ}(d²θ/dt²) (9)
Wenn die Phasengeschwindigkeit ω, die ein Zeitdifferentialwert des Phasensignals θ ist, konstant ist, oder wenn eine Änderung der Phasengeschwindigkeit ω ausreichend klein während einer gegebenen Periode ist, wird die Gleichung (9) durch die folgende Gleichung (10) ausgedrückt. d²f(θ)/dt² = {d²(θ)/dθ²}(dθ/dt)² (10)
Wenn in der Gleichung (10) d²f(θ)/dθ² ersetzt wird mit f''(θ), dθ/dt ersetzt wird mit ω, f(θ) ersetzt wird mit yr0, und ein Zeitdifferential ersetzt wird mit dem Operator (s), wird die Gleichung (10) mit der folgenden Gleichung (11) ersetzt. Die den Befehlkorrekturwert yh ausdrückende Gleichung (7) wird durch die folgende Gleichung (12) ausgedrückt. s²yr0 = f''(θ)ω² (11) yh =(s²/ω_z ²)yr0 (12)
Obwohl wie oben beschrieben in der Praxis eine Zeitdifferentialberechnung nicht auf dem Maschinenpositionsbefehl yr0 durchgeführt wird, kann der Befehlkorrekturwert yh gleich als ein Signal berechnet werden, das erhalten worden ist durch Multiplizieren eines Wertes eines Differentials zweiter Ordnung des Maschinenpositionsbefehls yr0 bezüglich der Zeit mit einer vorbestimmten Konstanten.
Weil der Motorpositionsbefehl yr die Summe von yr0 und yh ist, wird eine Transferfunktion von dem Maschinenpositionsbefehl yr0 zu dem Motorpositionsbefehl yr durch die folgende Gleichung (13) ausgedrückt. Als ein Ergebnis wird eine Transferfunktion von dem Maschinenpositionsbefehl yr0 zu der Lastposition yL ausgedrückt durch die folgende Gleichung (14) durch Kombinieren der Gleichung (6) und der Gleichung (13). yr/yr0 = (s²/ω_z ² + 1) (13) yL/yr0 = G(s) (14)
Deshalb wird die Antwort bzw. Reaktion der Nachlaufsteuerungseinheit 2 sehr schnell und sehr genau gemacht, und die Transferfunktion G(s) wird nah zu 1 gemacht, wodurch es ermöglicht wird, die Lastposition yL zu steuern, dem Maschinenpositionsbefehl yr0 sehr schnell und sehr genau zu folgen, selbst wenn das Steuerungsziel 1 eine geringe Starrheit hat.
Die Eigenschaften der Befehlerzeugungseinheit 5A werden erhalten durch Setzen der vorbestimmten Konstanten in der Konstantenmultiplikationseinheit 53b durch Verwenden der Antiresonanzfrequenz ω_z, die eine mechanische Charakteristik bzw. Eigenschaft des Steuerungsziels 1 ist (beispielsweise eine mechanische Eigenschaft mit Bezug zu der Starrheit oder Schwingungsfrequenz). Zum Beispiel können die Eigenschaften der Befehlerzeugungseinheit 5A extern gemäß den mechanischen Eigenschaften des Steuerungsziels 1 gesetzt sein, wodurch eine Steuerung mit hoher Genauigkeit des Steuerungsziels 1 realisiert wird.
Die Antiresonanzfrequenz ω_z entspricht einer Schwingungsfrequenz des Steuerungsziels 1. Deshalb kann beispielsweise die Servosteuerungsvorrichtung 100A ausgestaltet sein zum automatischen Messen der Schwingungsfrequenz innerhalb der Servosteuerungsvorrichtung 100A, um die Antiresonanzfrequenz ω_z in der Befehlerzeugungseinheit 5A zu setzen.
Im Prinzip kann die Wirkung der oben beschriebenen Steuerung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit erhalten werden, wenn die Transferfunktion von dem Maschinenpositionsbefehl yr0 zu dem Motorpositionsbefehl yr durch die Gleichung (13) ausgedrückt wird. Dieses Merkmal ist im Prinzip dasselbe wie in dem in JP 2003-76426 A beschriebenen Verfahren.
Unterdessen ist es eine der Eigenschaften der Servosteuerungsvorrichtung 100A gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die Zweite-Ableitung-Einheit 52 zu verwenden, in der eine Funktion relativ zu dem Phasensignal θ gesetzt ist, das Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal xb zu berechnen, und den Befehlkorrekturwert yh als das Produkt des Quadrates der Phasengeschwindigkeit ω, des Differential-zweiter-Ordnung-Basissignals xb und einer vorbestimmten Konstanten zu berechnen. Wie oben beschrieben, berechnet die Servosteuerungsvorrichtung 100A den durch die Gleichung (12) ausgedrückten Befehlkorrekturwert yh ohne direktes Durchführen eines Zeitdifferentials zweiter Ordnung.
Für einen Vergleich zwischen der konventionellen Technik und der Servosteuerungsvorrichtung 100A wird ein Fall angenommen, wo ein Zeitdifferential zweiter Ordnung, wie durch die Gleichung (12) ausgedrückt, tatsächlich in Echtzeit berechnet wird. In einer tatsächlichen Berechnung in der Servosteuerungsvorrichtung 100A wird eine numerische Berechnung verwendet, in der die Anzahl signifikanter Stellen endlich ist. In diesem Fall mischt sich ein Quantisierungsrauschen hinein zu der Zeit eines Berechnens des Phasensignals θ in der Phasenerzeugungseinheit 3A, im Gegensatz zu einem Idealwert. Weiterhin mischt sich in der Befehlfunktionseinheit 51 das durch einen Rundungsfehler oder einen Abschneidefehler verursachte Quantisierungsrauschen in jede von vier arithmetischen Berechnungen in dem Prozess des Ausgebens des Maschinenpositionsbefehls yr0 von dem Phasensignal θ (der Prozess zum Durchführen einer Interpolationsberechnung auf Grundlage einer Referenz der Datentabelle).
Wenn eine Differential-zweiter-Ordnung-Berechnung, so wie ein doppeltes Zeitdifferential, auf dem Maschinenpositionsbefehl yr0 mit dem darin gemischten Quantisierungsrauschen durchgeführt wird, wird eine Komponente des Quantisierungsrauschens so stark erhöht, dass der Maschinenpositionsbefehl yr0, wie er ist, nicht in einer Berechnung des Befehlkorrekturwerts yh verwendet werden kann. Wenn ein Filter in einer Echtzeitberechnung verwendet wird, um das Quantisierungsrauschen zu unterdrücken, wird ferner durch das Filter eine Verzögerung verursacht. Deshalb ist es schwierig, die Steuerung mit hoher Genauigkeit zu realisieren.
Im Gegensatz wird in der vorliegenden Ausführungsform der Befehlkorrekturwert yh berechnet auf Grundlage eines Referenzwertes der Zweite-Ableitung-Einheit 52, in der eine Funktion oder eine Datentabelle relativ zu dem Phasensignal θ gesetzt ist. Demgemäß kann ein Anstieg in der durch eine numerische Quantisierung verursachten Rauschkomponente und einem Zeitdifferential unterdrückt werden. Als ein Ergebnis kann die Steuerung mit hoher Genauigkeit einfach realisiert werden, ohne ein Filter oder dergleichen hinzuzufügen.
Auf diese Weise berechnet die Servosteuerungsvorrichtung 100A das Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal xb, das einem Wert eines Differentials zweiter Ordnung des Maschinenpositionsbefehls yr0 bezüglich des Phasensignals θ entspricht, in der Zweite-Ableitung-Einheit 52. Die Servosteuerungsvorrichtung 100A berechnet dann den Befehlkorrekturwert yh durch Multiplizieren des Differential-zweiter-Ordnung-Basissignals xb mit dem Quadrat der Phasengeschwindigkeit ω, erzeugt in der Phasenerzeugungseinheit 3A, um keine Rauschkomponente zu enthalten, und mit einer vorbestimmten Konstanten. Auf diese Weise kann die Servosteuerungsvorrichtung 100A auch auf eine Änderung der Phasengeschwindigkeit ω (eine Änderung in dem Zyklus der zyklischen Operation, die durch das Steuerungsziel 1 durchgeführt wird) reagieren, und Steuerungseigenschaften gleich zu denen realisieren, die erhalten werden durch Verwenden eins Zeitdifferentials zweiter Ordnung des Maschinenpositionsbefehls yr0. Weil ein Zeitdifferential nicht in einer tatsächlichen Berechnung durchgeführt wird, kann weiterhin der Motorpositionsbefehl yr, in dem eine Rauschkomponente eines Signals unterdrückt wird, berechnet werden.
Selbst wenn ein langsames Tiefpassfilter zum Entfernen des Rauschens bzw. Störsignals verwendet wird in einer Berechnung der Phasengeschwindigkeit ω in der Phasenerzeugungseinheit 3A, wenn die Phasengeschwindigkeit ω sich schrittweise ändert, übt eine durch das Tiefpassfilter verursachte Verzögerung einen kleinen Einfluss auf eine Berechnung des Befehlkorrekturwertes yh aus. Deshalb kann die Servosteuerungsvorrichtung 100A einen ungünstigen Einfluss des Rauschens bzw. Störsignals ohne Verschlechtern der Steuerungsgenauigkeit entfernen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fall erläutert worden, wo die Befehlfunktion f(θ) in der Befehlfunktionseinheit 51 und die zweite Ableitung f''(θ) in der Zweite-Ableitung-Einheit 52 durch eine voreingestellte Datentabelle und eine Interpolationsberechnung berechnet werden. Ein Verfahren zum Erschaffen dieser Datentabelle ist nicht besonders begrenzt. In einem Fall, wo die Befehlfunktion f(θ) und die zweite Ableitung f''(θ) durch eine Gleichung relativ zu dem Phasensignal θ berechnet werden können, kann ein Problem, das durch eine in einer Echtzeitoperation verursachte Berechnungszeit verursacht wird, verhindert werden durch Erschaffen der Datentabelle, selbst wenn die Berechnung kompliziert ist. Wenn eine Datentabelle entsprechend der zweiten Ableitung f''(θ) im Voraus erschaffen wird, wird ferner eine Fließkomma-Arithmetik mit hoher Genauigkeit oder dergleichen zum Berechnen der Datentabelle verwendet. Deshalb kann die Datentabelle erschaffen werden, ohne irgendeinen Rauschfehler darein zu mischen. Demgemäß kann die Steuerung mit hoher Genauigkeit realisiert werden, ohne irgendein Problem des Hochfrequenzstörsignals zu bewirken.
Als die in der Befehlfunktionseinheit 51 zu setzende Funktion f(θ) kann ferner eine numerische Tabelle relativ zu der endlichen Anzahl von Punkten des Phasensignals θ ohne Verwendung einer numerischen Gleichung gesetzt sein. In diesem Fall kann eine zyklische Operation in einem beliebigen Muster, die/das schwierig durch die numerische Gleichung auszudrücken ist, einfach gesetzt sein. In solch einem Fall kann, mit der Annahme, dass als ein einfaches Verfahren auf Grundlage der Datentabelle der Befehlfunktion f(θ) in der Befehlfunktionseinheit 51 eine Differenzberechnung zwischen den benachbarten Punkten des Phasensignals θ doppelt durchgeführt wird, um eine Datentabelle entsprechend der zweiten Ableitung f''(θ) abzuleiten, dann eine Hochfrequenzkomponente in einem Bereich des Phasensignals θ manchmal übermäßig erhöht sein.
Wenn die Hochfrequenzkomponente übermäßig erhöht ist, ist eine Filterglättungsoperation erforderlich. Es reicht jedoch aus, dass die Glättungsoperation offline vor einer Echtzeitberechnung durchgeführt wird. Deshalb ist es möglich, die Hochfrequenzkomponente ohne Verursachen irgendeines Phasenfehlers zu unterdrücken.
Genauer genommen wird ein als ”Nullphasenfilter” bezeichnetes Verfahren in einer Filterberechnung verwendet, die auf dem Bereich des Phasensignals θ durchgeführt wird. Und zwar wird eine Filterberechnung mit Eigenschaften eines Unterdrückens einer Hochfrequenzkomponente des Phasensignals θ doppelt in der normalen Richtung und in der umgekehrten Richtung des Phasensignals θ angewendet. Deshalb kann eine Funktion entsprechend zu der zweiten Ableitung f''(θ) in der Zweite-Ableitung-Einheit 52 erschaffen werden, während eines Unterdrückens einer Hochfrequenzkomponente ohne Verursachen irgendeines Phasenfehlers. Als ein Ergebnis kann zu der Zeit einer Berechnung in einer Echtzeitoperation zum Durchführen eines Datentabellenverweises und einer Interpolationsberechnung in der Zweite-Ableitung-Einheit 52 eine Echtzeitberechnung mit hoher Genauigkeit auf Frequenzeigenschaften um die Antiresonanzfrequenz ω_z herum durchgeführt werden, die einen signifikanten Einfluss auf Schwingungen des Steuerungsziels 1 und auf einen Steuerungsfehler darin ausüben, ohne einen Pegel eines Hochfrequenzrauschens eines Ausgabesignals zu erhöhen. Deshalb ist es möglich, die Steuerung mit hoher Genauigkeit zu realisieren.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fall erläutert worden, wo die Funktion f(θ) in der Befehlfunktionseinheit 51 und eine Funktion entsprechend zu f''(θ) in der Zweite-Ableitung-Einheit 52 als eine Datentabelle relativ zu einer vorbestimmten Anzahl von Punkten des Phasensignals θ gesetzt sind. Jedoch kann eine Gleichungsberechnung als die Befehlfunktion f(θ) und die zweite Ableitung f''(θ) gesetzt sein. Wenn beispielsweise die Befehlfunktion f(θ) und die zweite Ableitung f''(θ) durch eine Funktion realisiert werden können, die fähig ist, in Echtzeit berechnet zu werden, ist es nicht erforderlich, eine Datentabelle festzulegen, und eine Gleichungsberechnung mit Bezug zu dem Phasensignal θ kann durchgeführt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fall beschrieben worden, wo die Servosteuerungsvorrichtung 100A eine Positionssteuerung durchführt. Genauer genommen berechnet die Befehlfunktionseinheit 51, der als Eingangssignal das Phasensignal θ zugeführt wird, den Maschinenpositionsbefehl yr0, berechnet die Korrekturwert-Berechnungseinheit 53, der als Eingangssignale das Phasensignal θ und die Phasengeschwindigkeit ω zugeführt werden, den Befehlkorrekturwert yh, und berechnet die Korrekturwert-Additionseinheit 54A den Motorpositionsbefehl yr. Die Nachlaufsteuerungseinheit 2 steuert dann das Steuerungsziel 1 so, dass die Motorposition ym dem Motorpositionsbefehl yr folgt.
Die Servosteuerungsvorrichtung 100A kann in der Geschwindigkeitsoperation mit derselben Ausgestaltung arbeiten. In diesem Fall werden exakt dieselben Wirkungen wie diese erhalten, die erhalten werden, wenn die Servosteuerungsvorrichtung 100A die Positionssteuerung durchführt. In diesem Fall berechnet die Befehlfunktionseinheit 51, der als Eingangssignal das Phasensignal θ zugeführt wird, einen Maschinengeschwindigkeitsbefehl als einen Maschinenbewegungsbefehl, berechnet die Korrekturwert-Berechnungseinheit 53, der als Eingangssignale das Phasensignal θ und die Phasengeschwindigkeit ω zugeführt werden, einen Geschwindigkeitsbefehl-Korrekturwert, und berechnet die Korrekturwert-Additionseinheit 54A einen Motorgeschwindigkeitsbefehl als einen Motorbewegungsbefehl. Die Nachlaufsteuerungseinheit 2 steuert dann das Steuerungsziel 1 so, dass eine Motorgeschwindigkeit, d. h. eine Motorbewegung, dem Motorgeschwindigkeitsbefehl folgt.
Wie oben beschrieben, kann gemäß der ersten Ausführungsform die Steuerung mit hoher Genauigkeit realisiert werden, ohne irgendein Störsignalproblem aufgrund einer Quantisierung eines Befehlsignals zu veranlassen, während Schwingungen und ein Steuerungsfehler, verursacht durch eine geringe Starrheit des Steuerungsziels 1, das zyklisch betrieben wird, unterdrückt werden, und auch reagierend auf eine zyklische Änderung. Selbst wenn das Steuerungsziel 1 eine geringe Starrheit hat, ist es deshalb möglich, eine zyklische Operation des Steuerungsziels mit der hohen Genauigkeit zu steuern.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf 3 erläutert. 3 ist ein Blockdiagramm einer Ausgestaltung einer Servosteuerungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter jeweiligen in 3 gezeigten Bestandteilelementen sind Bestandteilelemente, die identische Funktionen zu denen der in 1 gezeigten Servosteuerungsvorrichtung 100A realisieren und die in der ersten Ausführungsform beschrieben sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, und redundante Erläuterungen davon werden weggelassen werden.
Eine Servosteuerungsvorrichtung 100B gemäß der zweiten Ausführungsform führt eine kompliziertere Einstellung und Berechnung als die Servosteuerungsvorrichtung 100A durch, wodurch sie eine Steuerung mit höherer Genauigkeit als die Servosteuerungsvorrichtung 100A realisiert. Die Servosteuerungsvorrichtung 100B gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält eine Erste-Ableitung-Einheit 62 und eine Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63, wodurch sie eine Steuerungsgenauigkeit verbessert, selbst wenn die Phasengeschwindigkeit ω, die eine Änderungsgeschwindigkeit des Phasensignals θ angibt, nicht konstant ist. Weiterhin enthält die Servosteuerungsvorrichtung 100B die Erste-Ableitung-Einheit 62 und eine Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit 64, wodurch die Steuerungsgenauigkeit verbessert wird, selbst wenn Schwingungseigenschaften des Steuerungsziels 1 zu einem großen Ausmaß gedämpft sind.
Die Servosteuerungsvorrichtung 100B ist ausgestaltet zum Enthalten einer Phasenerzeugungseinheit 3B, einer Befehlerzeugungseinheit 5B und der Nachlaufsteuerungseinheit 2. Die Phasenerzeugungseinheit 3B gibt das Phasensignal θ und die Phasengeschwindigkeit ω an die Befehlerzeugungseinheit 5B ähnlich zu der Phasenerzeugungseinheit 3A in der ersten Ausführungsform aus. Die Phasenerzeugungseinheit 3B gibt auch eine Phasenbeschleunigung α entsprechend zu einem Zeitdifferentialwert der Phasengeschwindigkeit ω an die Befehlerzeugungseinheit 5B aus. Es ist möglich, die Phasenbeschleunigung α auszugeben, ohne dass sie irgendeine rauschartige Komponente enthält, durch Verwenden eines Verfahrens, so wie ein Voreinstellen der Phasenbeschleunigung α als ein Zeitreihenmuster.
Die Befehlerzeugungseinheit 5B erhält als Eingangssignal das Phasensignal θ, die Phasengeschwindigkeit ω und die Phasenbeschleunigung α, um den Motorpositionsbefehl yr zu berechnen, und gibt den berechneten Motorpositionsbefehl yr an die Nachlaufsteuerungseinheit 2 aus. Die Befehlerzeugungseinheit 5B ist ausgestaltet zum Enthalten der Befehlfunktionseinheit 51, der Zweite-Ableitung-Einheit 52, der Korrekturwert-Berechnungseinheit 53, einer Korrekturwert-Additionseinheit 54B, der Erste-Ableitung-Einheit 62, der Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63 und der Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit 64.
In der Befehlerzeugungseinheit 5B wird das von der Phasenerzeugungseinheit 3B ausgegebene Phasensignal θ an die Befehlfunktionseinheit 51, die Zweite-Ableitung-Einheit 52 und die Erste-Ableitung-Einheit 62 eingegeben. Die von der Phasenerzeugungseinheit 3B ausgegebene Phasengeschwindigkeit ω wird an die Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 und die Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit 64 eingegeben. Weiterhin wird die von der Phasenerzeugungseinheit 3B ausgegebene Phasenbeschleunigung α an die Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63 eingegeben.
In der Erste-Ableitung-Einheit 62 ist eine dritte Funktion entsprechend zu einer ersten Ableitung f'(θ) der Befehlfunktion f(θ) in der Befehlfunktionseinheit 51 im Voraus gesetzt. Die dritte Funktion entsprechend zu der ersten Ableitung f'(θ) ist eine Funktion, die erhalten worden ist durch Differenzieren erster Ordnung der Befehlfunktion f(θ) bezüglich des Phasensignals θ. Die Erste-Ableitung-Einheit 62 gibt einen Wert der dritten Funktion entsprechend zu einer Eingabe des Phasensignals θ als ein Differential-erster-Ordnung-Basissignal xb1 an die Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63 und die Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit 64 aus. Die dritte Funktion entsprechend zu der ersten Ableitung f'(θ) ist beispielsweise eine Gleichung oder eine Datentabelle, ähnlich zu der Befehlfunktion f(θ) und der zweiten Ableitung f''(θ).
Wenn die dritte Funktion entsprechend zu der ersten Ableitung f'(θ) eine Datentabelle ist, wird eine vorbestimmte Anzahl von Zuordnungsbeziehungen zwischen einem Punkt (ein Wert) des Phasensignals θ und einem Punkt (ein Wert) des Differential-erster-Ordnung-Basissignals xb1 im Voraus in der Datentabelle gesetzt. Die Erste-Ableitung-Einheit 62 interpoliert Referenzwerte von der Datentabelle bezüglich eines beliebigen Eingabewertes des Phasensignals θ, wodurch sie das Differential-erster-Ordnung-Basissignal xb1 berechnet. Die Erste-Ableitung-Einheit 62 gibt das berechnete Differential-erster-Ordnung-Basissignal xb1 an die Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63 und die Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit 64 aus.
Die Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63 erhält als Eingangssignal das Differential-erster-Ordnung-Basissignal xb1 und die Phasenbeschleunigung α, um das Produkt des Differential-erster-Ordnung-Basissignals xb1, der Phasenbeschleunigung α und einer vorbestimmten Konstanten (eine zweite Konstante) als einen Beschleunigungskorrekturwert yha zu berechnen. Die Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63 gibt den berechneten Beschleunigungskorrekturwert yha an die Korrekturwert-Additionseinheit 54B aus.
Die in der Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63 verwendete vorbestimmte Konstante ist gemäß einer Maschinenkonstante mit Bezug zu der Starrheit oder Schwingungen des Steuerungsziels 1 gesetzt, ähnlich zu der in der Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 in der ersten Ausführungsform verwendeten vorbestimmten Konstanten. Beispielsweise ist die in der Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63 verwendete vorbestimmte Konstante gesetzt, ein Kehrwert des Quadrates der Antiresonanzfrequenz ω_z des Steuerungsziels 1 zu sein. Deshalb wird der Beschleunigungskorrekturwert yha durch Verwendung der folgenden Gleichung (15) berechnet. yha = f'(θ)·α/ω_z (15)
Ein Wert eines Differentials zweiter Ordnung des Maschinenpositionsbefehls yr0 (das ist f(θ)) bezüglich der Zeit wird durch die Gleichung (9) ausgedrückt, wie in der ersten Ausführungsform erläutert. Wenn die Bedingung, in der eine Änderung der Phasengeschwindigkeit ω ausreichend klein ist, die in der ersten Ausführungsform angenommen wird, nicht erfüllt wird, wird die Gleichung (9) mit der folgenden Gleichung (16) ersetzt. Durch Verwenden der Gleichung (7) und der Gleichung (15) wird eine Summe des Befehlkorrekturwertes yh und des Beschleunigungskorrekturwertes yha durch die folgende Gleichung (17) ausgedrückt. s²yr0 = f''(θ)ω² + f'(θ)α (16) yh + yha = (s²/ω_z ²)yr0 (17)
Die Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit 64 erhält als Eingangssignal das Differential-erster-Ordnung-Basissignal xb1 und die Phasengeschwindigkeit ω, um das Produkt des Differential-erster-Ordnung-Basissignals xb1, der Phasengeschwindigkeit ω und einer vorbestimmten Konstanten (eine dritte Konstante) als einen Dämpfungskorrekturwert yhz zu berechnen. Die Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit 64 gibt den berechneten Dämpfungskorrekturwert yhz an die Korrekturwert-Additionseinheit 54B aus.
Die vorbestimmte Konstante in der Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit 64 basiert auf einem Wert, der beispielsweise erhalten worden ist durch Multiplizieren eines doppelten Dämpfungskoeffizienten ζ des Steuerungsziels 1 mit dem Kehrwert der Antiresonanzfrequenz ω_z. Weil die folgende Gleichung (18) mit Verwendung der Gleichung (8) in der ersten Ausführungsform zutrifft, wird der zu berechnende Dämpfungskorrekturwert yhz durch die folgende Gleichung (19) ausgedrückt. s·yr0 = f'(θ)ω (18) yhz = (2ζ·s/ω_z)yr0 (19)
Die Korrekturwert-Additionseinheit 54B addiert den von der Korrekturwert-Berechnungseinheit 53 ausgegebenen Befehlkorrekturwert yh, den von der Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63 ausgegebenen Beschleunigungskorrekturwert yha und den Dämpfungskorrekturwert yhz zu dem von der Befehlfunktionseinheit 51 ausgegebenen Maschinenpositionsbefehl yr0 und gibt ein Ergebnis der Addition an die Nachlaufsteuerungseinheit 2 als den Motorpositionsbefehl yr aus. Auf Grundlage der Gleichung (17) und der Gleichung (19) wird eine Transferfunktion von dem Maschinenpositionsbefehl yr0 zu dem Motorpositionsbefehl yr berechnet durch die folgende Gleichung (20). yr/yr0 = (s²/ω_z ² + 2ζs/ω_z + 1) (20)
Selbst wenn die Phasenbeschleunigung α, die eine Änderung der Phasengeschwindigkeit ω angibt, nicht vernachlässigbar ist, oder wenn der Dämpfungskoeffizient ζ des Steuerungsziels 1 nicht vernachlässigbar ist, kann deshalb eine Transferfunktion von dem Maschinenpositionsbefehl yr0 zu der Lastposition yL durch die Gleichung (14) ausgedrückt werden durch Kombinieren der Gleichung (6) und der Gleichung (20) ähnlich zu der ersten Ausführungsform.
Als ein Ergebnis wird die Antwort bzw. Reaktion der Nachlaufsteuerungseinheit 2 sehr schnell und sehr genau gemacht, und die Transferfunktion G(s) wird nah zu 1 gemacht, wodurch es möglich gemacht wird, das Steuerungsziel 1 zu steuern, so dass die Lastposition yL dem Maschinenpositionsbefehl yr0 sehr schnell und sehr genau folgt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Fall erläutert worden, wo der Befehlkorrekturwert yh, der Beschleunigungskorrekturwert yha und der Dämpfungskorrekturwert yhz alle zu dem Maschinenpositionsbefehl yr0 addiert werden, wodurch der Motorpositionsbefehl yr berechnet wird. Jedoch ist ein Verfahren zum Berechnen des Motorpositionsbefehls yr nicht darauf beschränkt. Es reicht aus, dass die Befehlerzeugungseinheit 5B wenigstens einen von dem Beschleunigungskorrekturwert yha und dem Dämpfungskorrekturwert yhz zu dem addierten Wert des Maschinenpositionsbefehls yr0 und dem Befehlkorrekturwert yh addiert, wodurch sie den Motorpositionsbefehl yr berechnet.
Wenn beispielsweise der Beschleunigungskorrekturwert yha nicht zu der Zeit eines Berechnens des Motorpositionsbefehls yr addiert wird, ist die Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit 63 nicht erforderlich. Wenn ferner der Dämpfungskorrekturwert yhz nicht zu der Zeit eines Berechnens des Motorpositionsbefehls yr addiert wird, ist die Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit 64 nicht erforderlich.
Selbst wenn eine Änderung der Phasengeschwindigkeit ω nicht vernachlässigbar ist, oder selbst wenn der Dämpfungskoeffizient ζ von Schwingungseigenschaften des Steuerungsziels 1 nicht vernachlässigbar ist, kann wie oben beschrieben gemäß der zweiten Ausführungsform eine Steuerung mit hoher Genauigkeit realisiert werden, ohne irgendein Störsignalproblem aufgrund einer Quantisierung eines Befehlsignals zu verursachen, während eines Unterdrückens von Schwingungen und eines Steuerungsfehlers, verursacht durch eine geringe Starrheit des Steuerungsziels, das zyklisch betrieben wird, und auch reagierend auf eine zyklische Änderung.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben, ist die Servosteuerungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet zum Steuern eines Steuerungsziels, das ein mechanisches System durch einen Motor antreibt.
Bezugszeichenliste

1 Steuerungsziel, 2 Nachlaufsteuerungseinheit, 3A, 3B Phasenerzeugungseinheit, 5A, 5B Befehlerzeugungseinheit, 11 Motor, 12 elastisches Teilstück, 13 Maschinenlast, 51 Befehlfunktionseinheit, 52 Zweite-Ableitung-Einheit, 53 Korrekturwert-Berechnungseinheit, 53a Quadratberechnungseinheit, 53b Konstantenmultiplikationseinheit, 53c Differential-zweiter-Ordnung-Multiplikationseinheit, 54A, 54B Korrekturwert-Additionseinheit, 62 Erste-Ableitung-Einheit, 63 Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit, 64 Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit, 100A, 100B Servosteuerungsvorrichtung.

Claims

Servosteuerungsvorrichtung (100A) mit: einer Nachlaufsteuerungseinheit (2), die einen Motor (11) in einem Steuerungsziel (1), das mit dem Motor (11) und einem durch den Motor angetriebenen mechanischen System ausgestaltet ist, so steuert, dass eine Motorbewegung, die einer Position oder einer Geschwindigkeit des Motors (11) entspricht, einem Motorbewegungsbefehl folgt; einer Befehlfunktionseinheit (51), der als Eingangssignal ein Phasensignal (θ) zugeführt wird, das eine Phase einer zyklischen Operation angibt, die durch das Steuerungsziel durchgeführt wird, und die einen Maschinenbewegungsbefehl (yr0) gemäß dem Phasensignal (θ) durch eine voreingestellte erste Funktion (f(θ)) berechnet; einer Zweite-Ableitung-Einheit (52), der als Eingangssignal das Phasensignal (θ) zugeführt wird und die eine voreingestellte zweite Funktion (f''(θ)) verwendet, die erhalten worden ist durch Differenzieren zweiter Ordnung der ersten Funktion (f(θ)) bezüglich des Phasensignals (θ), um einen Wert der zweiten Funktion (f''(θ)) gemäß dem Phasensignal (θ) als ein Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal (xb) zu berechnen; einer Korrekturwert-Berechnungseinheit (53), der als Eingangssignale eine Phasengeschwindigkeit (ω), die einen Zeitdifferentialwert des Phasensignals (θ) darstellt, und das Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal (xb) zugeführt werden, und die einen ersten Befehlkorrekturwert (yh) berechnet zum Korrigieren des Motorbewegungsbefehls durch Verwenden eines Produktes eines Quadratwertes der Phasengeschwindigkeit, des Differential-zweiter-Ordnung-Basissignals und einer ersten Konstanten; und einer Korrekturwert-Additionseinheit (54A), die den Motorbewegungsbefehl (yr) auf Grundlage eines summierten Wertes des ersten Befehlkorrekturwertes (yh) und des Maschinenbewegungsbefehls (yr0) berechnet.
Servosteuerungsvorrichtung (100A) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Konstante ausgestaltet ist, um extern gemäß mechanischen Eigenschaften des Steuerungsziels (1) gesetzt zu sein.
Servosteuerungsvorrichtung (100A) gemäß Anspruch 1, wobei die erste Konstante ein Wert auf Grundlage eines Kehrwertes eines Quadratwertes einer Antiresonanzfrequenz (ω_z) entsprechend einer Schwingungsfrequenz des Steuerungsziels (1) ist.
Servosteuerungsvorrichtung (100A) gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Funktion (f''(θ)) eine erste Datentabelle ist, die eine Zuordnungsbeziehung zwischen dem Phasensignal (θ) und dem Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal (xb) angibt, und die Zweite-Ableitung-Einheit (52) die erste Datentabelle verwendet, um das Differential-zweiter-Ordnung-Basissignal (xb) zu berechnen.
Servosteuerungsvorrichtung (100B) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 mit ferner: einer Erste-Ableitung-Einheit (62), der als Eingangssignal das Phasensignal (θ) zugeführt wird und die eine voreingestellte dritte Funktion (f'(θ)) verwendet, die erhalten worden ist durch Differenzieren der ersten Funktion (f(θ)) bezüglich des Phasensignals (θ), um einen Wert der dritten Funktion gemäß dem Phasensignal als ein Differential-erster-Ordnung-Basissignal (xb1) zu berechnen; und einer Beschleunigungskorrekturwert-Berechnungseinheit (63), der als Eingangssignale eine Phasenbeschleunigung (α), die einen Zeitdifferentialwert der Phasengeschwindigkeit (ω) darstellt, und das Differential-erster-Ordnung-Basissignal (xb1) zugeführt werden, und die einen zweiten Befehlkorrekturwert (yha) zum Korrigieren des Motorbewegungsbefehls berechnet durch Verwenden eines Produktes des Differential-erster-Ordnung-Basissignals, der Phasenbeschleunigung und einer zweiten Konstanten, wobei die Korrekturwert-Additionseinheit (54B) den Motorbewegungsbefehl (yr) auf Grundlage eines summierten Wertes der ersten und zweiten Befehlkorrekturwerte (yh, yha) und des Maschinenbewegungsbefehls (yr0) berechnet.
Servosteuerungsvorrichtung (100B) gemäß Anspruch 5, wobei die zweite Konstante ein Wert auf Grundlage eines Kehrwertes eines Quadratwertes einer Antiresonanzfrequenz (ω_z) entsprechend zu einer Schwingungsfrequenz des Steuerungsziels (1) ist.
Servosteuerungsvorrichtung (100B) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit ferner: einer Erste-Ableitung-Einheit (62), der als Eingangssignal das Phasensignal (θ) zugeführt wird, und die eine voreingestellte dritte Funktion (f'(θ)) verwendet, die erhalten worden ist durch Differenzieren der ersten Funktion (f(θ)) bezüglich des Phasensignals (θ), um einen Wert der dritten Funktion gemäß dem Phasensignal als ein Differential-erster-Ordnung-Basissignal (xb1) zu berechnen; und einer Dämpfungskorrekturwert-Berechnungseinheit (64), der als Eingangssignale das Differential-erster-Ordnung-Basissignal (xb1) und die Phasengeschwindigkeit (ω) zugeführt werden, und die einen dritten Befehlkorrekturwert (yhz) zum Korrigieren des Motorbewegungsbefehls (yr0) berechnet durch Verwenden eines Produktes des Differential-erster-Ordnung-Basissignals, der Phasengeschwindigkeit und einer dritten Konstanten, wobei die Korrekturwert-Additionseinheit (54B) den Motorbewegungsbefehl auf Grundlage eines summierten Wertes der ersten und dritten Befehlkorrekturwerte (yh, yhz) und des Maschinenbewegungsbefehls (yr0) berechnet.
Servosteuerungsvorrichtung (100B) gemäß Anspruch 7, wobei die dritte Konstante ein Wert auf Grundlage eines Produktes eines Dämpfungskoeffizienten des Steuerungsziels (1) und eines Kehrwertes einer Antiresonanzfrequenz (ω_z) entsprechend einer Schwingungsfrequenz des Steuerungsziels (1) ist.