TW412669B - Position control apparatus - Google Patents

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412669 Α7 Β7 五、發明說明（1 ) 〔技術領域〕 本發明係關於具備有一種當馬達驅動控制對象而控制 <晴先W讀背面之注$項再填寫本頁) 位置時，用以抑制馬達驅動之機構所產生之振動之補償裝 置之位置控制裝置，又，尤其是關於低頻干擾較大時可在 短時間內以高精度定位之位置控制裝置者。 〔背景技術〕 一般而言，在位置控制中，將安裝在伺服馬達之編碼 器等之位置信號予以微分而成爲速度回饋訊號，實行速度 控制之同時，根據安裝在以上述伺服馬達驅動之機械可動 部之線狀刻度等（或安裝在'伺服馬達之編碼器等）之位置 檢測器之位置回饋訊號來控制位置。該位置控制系之方塊 續圖係如第9圖所示。 在第9圖中，9 0 1係位置控制部而位置控制增益係 Kp者。902係速度控制部，903係伺服馬達， 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 9 0 4係機械可動部。從數値控制裝置所輸出之位置指令 y r減去位置回饋訊號y f而求位置偏差e ρ，從該位置 偏差乘以位置控制增益K p而求速度指令V r。從該速度 指V r減去速度回饋訊號V而求速度偏差e v，根據該速 度偏差e v在速度控制部9 0 2求轉矩指令（電流指令） Tr ，根據該轉矩指令Tr驅動伺服馬達9 0 3，機械可 動部9 0 4 ^ 來自安裝在以馬達驅動之機械可動部之直線刻度等之 位置檢出器之訊號實行位置控制之馬達之控制方式係周知 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公蘧） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 412669 A7 _ B7 五、發明說明（2 ) 爲閉合環路方式。然而，馬達與機械可動部之結合部之剛| 性較弱，以彈簧結合之狀態時，需要馬達與機械可動部之 動作無法一致而發生振動。該時，降低環路增益而使環路 穩定，或未降低環路增益之狀態下，機械可動部位置，或 機械可動部速度及馬達位置，或以馬達速度爲根據而對轉 矩指令値加修整來使環路穩定等之方法。關於對轉矩指令 値加修整而使環路穩定之方法爲，例如有曰本專利申請特 開平3 - 1 10607號案》該方法是根據機械可動部速 度與馬達速度而對轉矩指令値相加修而使環路穩定。又， 根據機械可動部速度與馬達速度之差對轉矩指令値加以修 正而使環路穩定。又，根據機械可動部速度與馬達速度之 差，修整轉矩指令値而使環路穩定之方法係在文獻等中也 有記載（例如「A C伺服系統之理論與設計之實際」杉本 英彥著，總合電子出版社出版）。 第8圖係說明修整轉矩指令値而使環路穩定之以往之 方法用之方塊圖。 在第8圖中，1 2係輸入位置指令·Ρ r e f與檢測出 之機械可動部位置訊號P f b 1而輸出速度指令V r e f *控制馬達之位置而使前述兩個輸入訊號一致之位置控制 部，1 3係輸入速度指令V r e f與運算之馬達速度訊號 V f bm而輸出轉矩指令T r e f，控制馬達之速度而使 前述兩個輸入訊號一致之速度控制部，18係接受作爲馬 達位置檢測器之輸出訊號之馬達位置訊號P f bm而予以 微分運算，輸出前述馬達速度V f b m之速度運算部， n n n a If KB ϋ (請先閱讀背面之注意事項再滇寫本頁) I l· f 訂·111! ·*^ ‘ _^. 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5- 412669 A7 B7 五、發明說明（3 ) <諳先閱讀背面之注意事項再填窝本頁> 3 2係接受作爲機械可動部位置檢測器之輸出訊號之機械 可動部位置訊號P f b 1而予以微分運算，輸出前述機械 可動部速度V i b 1之機械可動部速度運算部。2 1係從 位置指令P r e f減去機械可動部位置P f b 1而輸出位 置偏差之減算器，2 2係接受位置偏差而輸出速度指令 V r e f之位置控制器，2 3係從速度指令V r e ί減去 馬達速度V f bm而輸出速度偏差之減算器，2 4係接受 速度偏差而輸出轉矩指令T r e f之速度控制器，2 5係 運算機械可動部速度訊號V f b 1與馬達速度訊號 V i bm之差而輸出之減算器，2 8係前述機械可動部速 度訊號V f bm之差乘以轉作爲矩修整增益之係數α而輸 出轉矩修整訊號之係數器，3 1係從轉矩指令減算轉矩修 整訊號而輸出新轉矩指令T r e f之減算器。 第1 0圖係適用位置控制系統之系統構成圖。其中， 1 0 0爲底座，1 0 1係滾珠絲杠，1 0 2係平台， 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 1 0 3係伺服馬達，1 0 4係檢測出平台位置之直線刻度 ，1 0 5係測定頭。伺服馬達1 0 3.係藉滾珠絲杠1 0 1 而驅動平台1 0 2。驅動機構與被驅動體之不可動部分係 均固定在同一底座1 0 0上，底座1 0 0係設置在地面上 。直線刻度1 0 4係其本體配置在底座1 0 0上，測定頭 1 ◦ 5安裝在平台1 0 2。控制系統係根據直線刻度 1 0 4之位置訊號而控制平台1 0 2之位置。 近年來，在產業用機械中，對高速化之要求日益增加 •因此，儘量縮短加（減）速時間（換言之儘量使加（減 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6- A7 412669 ___B7_ 五、發明說明（4 ) (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) )速度爲大）來指令之。當底座1 0 0爲低剛性的機構而 配置在地面時，如果平台1 0 2爲以大的加（減）速度驅 動時，底座1 0 0係受到其加（減）速度之反動力而大爲 振動之。對控制系統而言，底座1 0 0之振動成爲位置訊 訊號之干擾訊號。加以，伺服馬達1 0 3與平台1 0 2之 連結機構之剛性愈低|底座1 0 0之振動給予定位之影響 愈大。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 然而，前述第9圖之以往技術中，當低頻干擾之影響 較大時，有在短時間內無法高精度定位之大缺點存在。前 述第8圖之以往技術中，有低頻之干擾存在而產生微小振 動時，振動之相位不合而無法抑制干擾，有使響應性惡化 之問題點存在。又，速度訊號係根據位置訊號運算的關係 >微小振動時，關於轉矩修整訊號無法得到充分之分辨能 力，有無法穩定環路之問題存在。舉例來說，速度訊號係 從位置訊號之微分求得的關係，如果位置訊號爲以數脈衝 振動時，其速度訊號波形變粗，精度減低。轉矩修整訊號 係擷取粗的速度訊號之差的關係，變成更粗的波形而無法 得到充分的分辨能力。 於是，本發明之目的在於提做一種能解決該等問題之 位置控制裝置者。 〔發明之揭示〕 爲解決上述問題，本發明係在具備有： 輸入位置指令與機械可動部位置而輸出速度指令之位 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 412669 A7 ___B7__ 五、發明說明（5 ) 置控制部， 輸入前述速度指令與馬達速度而輸出轉矩指令之速度 控制部， 接受前述轉矩指令，放大而輸出電流之電流控制部， 供給前述電流而旋轉之馬達， 檢測出前述馬達之軸之旋轉位置而輸出馬達位置訊號 之馬達位置檢測器， 接受前述馬達之位置訊號而輸出馬達速度訊號之速度 運算部， 檢測出以前述馬達所驅動之機械可動部之位置而輸出 機械可動部位置訊號之機械可動部位置檢測器， 具備有藉回饋控制而使前述速度指令與前述馬達速度 訊號一致之馬達之速度控制功能，及藉回饋控制而使前述 位置指令與前述機械可動部位置訊號爲一致之馬達之位置 控制功能之位置控制裝置中，其特徵爲，具備有： 從前述機械可動部位置訊號減算前述馬達位置訊號而 輸出扭轉角訊號之減算器， 接受前述扭轉角訊號，前進位相而輸出之高通濾波器 輸入前述高通濾波器之訊號，只割除高頻成分而輸出 之低通濾波器， 接受前述低通濾波器之訊號，乘以轉矩修整增益而輸 出修整訊號之係數器， 根據前述位置指令與前述機械可動部位置訊號之差之 (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) MW9 it I 訂 i -!_

I 線， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國圏家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8- 412669 A7 B7 五、發明說明（6) 位置偏差訊號而使前述轉矩修整增益變化之轉矩修整判定 部， (請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 前述轉矩指令加算前述轉矩修整訊號’成爲新的轉矩 指令之加算器； 再者，在前述轉矩修整判定部中，如果前述位置偏差 訊號之絕對値爲基準値以上時，即設前述轉矩修整增益爲 零，當前述位置偏差訊號之絕對値變化成基準値以下時將 前述轉矩修整增益從零變化成1定値，或者，在前述轉矩 修整增益轉換判定部中，如果前述位置偏差訊號之絕對値 在基準値以上時，設前述轉矩修整增益爲零，當前述位置 偏差訊號之絕對値變化成前述基準値以下時，將前述轉矩 修整增益從零至一定値爲止連續而變化爲其特徵者。 又，本發明係在具備有： 輸入位置指令與機械可動部位置而輸出速度指令之位 置控制部， 输入前述速度指令與馬達速度而輸出轉矩指令之速度 控制部1 ’ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 接受前述轉矩指令，放大而輸出電流之電流控制部， 供給前述電流而旋轉之馬達， 檢測出前述馬達之軸之旋轉位置而輸出馬達位置訊號 之馬達位置檢測器， 接受前述馬達之位置訊號而輸出馬達速度訊號之速度 運算部， ’ 檢測出以前述馬達所驅動之機械可動部之位置而輸出 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2】0 X 297公爱) 412669 A7 B7 五、發明說明（7) 機械可動部位置訊號之機械可動部位置檢測器， {請先閲讀背面之注$項再填寫本頁> 具備有藉回饋控制而使前述速度指令與前述馬達速度 訊號一致之馬達之速度控制功能，及藉回饋控制而使前述 位置指令與前述機械可動部位置訊號一致之馬達之位置控 制功能之位置控制裝置中，其特徵爲，具備有： 實行比例運算之比例運算裝置， 實行積分運算之積分運算裝置， 输入前述速度控制部輸出之轉矩指令之慣性樣式， 加算前述慣性樣式之輸出與前述比例運算裝置之輸出 與前述積分裝置之加算器， 將前述加算器之輸出予以積分，輸出推定速度之積分 器， 將從前述速度運算部所輸出之馬達速度減去前述推定 速度之差訊號輸入前述比例運算裝置與積分運算裝置之減 算器所構成，將從前述馬達速度減去推定速度之差訊號予 以輸出之觀察裝置， 接受前述觀察裝置輸出訊號，前進'位相而輸出之高通 濾波器， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 輸入前述高通濾波器之訊號，只割除高頻成分而輸出 之低通濾波器， 接受前述低通濾波器之訊號，乘以轉矩修整增益而輸 出轉矩修整訊號之係數器， 根據前述位置指令與前述機械可動部位置訊號之差之 位置偏差訊號而使前述轉矩修整增益變化之轉矩修整判定 -10- 本紙張尺度適用中國圉家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 412669 a7 _ B7_____ 五、發明說明（8 ) 部， 從前述轉矩指令減算前述轉矩修整訊號，成爲新的轉 矩指令之減算器： 再者，在前述轉矩修整判定部中，如果前述位置偏差 訊號之絕對値爲基準値以上時，即設前述轉矩修整增益爲 零，當前述位置僻偏差訊號之絕對値變化成基準値以下時 將前述轉矩修整增益從零變化成一定値，或者，在前述轉 矩修整判定部中，如果前述位置偏差訊號之絕對値在基準 値以上時，設前述轉矩修整增益爲零，當前述位置偏差訊 號之絕對値變化成前述基準値以下時，將前述轉矩修整增 益從零至一定値爲止連續而變化爲其特徵者。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印繁 再者，本發明爲，在根據伺服馬達之旋轉位置訊號予 以微分之速度回饋訊號而控制速度之同時，以前述伺服馬 達所驅動之機械可動部，或根據安裝在前述伺服馬達之旋 轉軸之位置檢測器之位置回饋訊號而控制位置之機械可動 部之位置控製裝置中，具備有：如果位置指令與前述位置 回饋訊號之位置偏差大於預定之基準値’以上時即設可變增 益爲零，當前述位置偏差成爲前述預定之基準値以下時將 前述可變增益成爲一定之正數之修整判別部，前述位置偏 差乘以前述可變增益之値予以微分之微分處理部，及輸入 該微分處理部之輸出而輸出速度指令修整量之低通濾波器 ，將該速度指令修整量加算於速度指令基本量而作爲前述 伺服馬達之速度指令爲其特徵； 再者，在根據將伺服馬達之旋轉位置訊號予以微分之 -11 - {諳先閱讀背面之注項再填寫本頁) 線- 本紙張尺度適用令國困家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 412669 at _B7_ 五、發明說明（9 ) 速度回饋訊號而控制速度之同時，根據以前述伺服馬達所 驅動之機械可動部或安裝在前述伺服馬達之旋轉軸之位置 檢測器之位置回饋訊號而控制位置之機械可動部之位置控 制裝置中，具備有：如果位置指令與前述位置回饋訊號之 位置偏差大於預定之基準値以上時即設可變增益爲零，當 前述位置偏差成爲前述預定之基準値以下時將前述可變增 益成爲一定之正數之修整判別部，及前述位置偏差乘以前 述可變增益之値予以輸入而輸出速度修整量之高通濾波器 ，將該速度指令修整量加算於速度指令基本量而作爲前述 伺服馬達之速度指令爲其特徵者。 〔圖式之簡單說明〕 第1圖爲顯示適用本發明第1實施例之馬達控制系統 之方塊圖。 第2圖爲顯示本發明第1實施例之方塊圖。 第3圖爲用以說明轉矩修整增益之變化之圖。 第4圖爲顯示本發明第2實施例之'方塊圖。 第5圖爲顯示本發明第3實施例之方塊圖。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 第6圖爲用以說明速度指令修整量之作法之圖。 第7圖爲用以說明速度指令修整量之作法之圖。 第8圖爲用以說明對轉矩指令値相加修整來穩定環路 之以往方法之方塊圖。 第9圖爲顯示以往之位置控制系統之方塊圖。 第1 0圖爲顯示適用位置控制系統之系統構成圖。 -12- <锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁》 本紙張尺度適用中圉國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 412669 A7 B7 五、發明說明（1Q) 主要元件對照表 經濟部智慧財產局員工消費合作社印^ 1 1 指 令 發 生 部 1 3 速 度控制部 1 5 馬 達 1 6 馬 達 位 置 檢 1 7 機 械 可 動 部 1 8 速 度 運 算 部 1 9 轉 矩 修 整 訊 2 1 減 算 器 2 3 減 算 器 2 5 減 算 器 2 7 低 通 濾 波 器 2 9 轉 矩 修 整 判 3 0 加 算 器 3 2 機 械 可 動 部 1 0 0 底 座 1 0 2 平 台 1 0 4 直 線 刻 度 4 2 1 減 算 器 4 2 3 減 算 器 4 2 5 觀 察 裝 置 4 2 7 低 通 濾 波 器 4 2 9 轉 矩 修 整 判 4 3 0 減 算 器 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 1 2 位置控制部 1 4 電流控制部 出部 位置檢測部 號運算部 2 2 位置控制器 2 4 速度控制器 2 6 高通濾波器 2 8 係數器 定部 3 1 減算器 速度運算部 .1 0 1 滾珠絲杠 1 0 3' 伺服馬達 1 0 5 測定頭 4 2 2 位置控制器 4 2 4 速度控制器 4 2 6 高通濾波器 4 2 8 係數器 定部 4 3 3 比例運算裝置 <諳先《讀背面之注意事項再填寫本頁) -13- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 412669 A7 __ B7 五、發明說明（11 ) 4 3 4 積 分 運算裝 置 4 3 5 減 算 器 4 3 6 加 算器 4 3 7 慣 性 模式 4 3 8 積 分器 5 0 1 位 置 控制部 5 0 2 速 度控 制部 5 0 3 伺 服 馬達 5 0 5 編 碼器 5 0 6 位 置 檢測器 5 0 7 微 分處 理 部 5 0 8 速 度指令修 整 部 6 0 1 修 整 判別部 6 0 2 增益設 定 部 6 0 3 微 分 處理部 6 0 4 低通濾 波器 7 0 5 增 益 設定部 7 0 6 高 通濾 波 器 9 0 1 位 置 控制部 9 0 2 速 度控制部 9 0 3 伺 服 馬達 9 0 4 機 械可 動 部 C 實 施 發 明之 最佳 形 態〕 茲 根 據附 圖， 將 本發明 之 第 1 具 體實 施 例 說明 如 下 0 第 1 圖 爲 顯示 適用 本 發明第 1 實 施 例 之馬 達 控 制系 統 之 方 塊 圖 0 圖 中， 11 係 輸出位 置 指令 P r ' e f 之 指令 發 生 部 1 1 2 係 輸入 位置 指令P r e f 與所檢出 之 機 械可 動 部位 置 P f b 1而 輸出 速 度指令 V r e f ，控 制 馬 達之位 置 而 使 前述 兩 個之 輸入 訊 號爲一 致 之 位 置 控制部 > 13 係 輸 入 速 度 指 令 V r e f 與 運算之馬 達 速 度 V f b m 而輸出 轉 矩 指 令 T r e f ，控 制 馬達之 速 度 而 使前述 2 個 輸入 訊 號 爲 一 致 之 速 度控制部 > 1 4係 接 收 轉 矩指令 T r e f 而 對 馬 達1 5供給電流之電流控制部’ 1 6係連接於馬達1 5之 (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -14- 412669 ：； 五、發明說明（12) 旋轉軸等來檢測出旋轉軸之旋轉位置之馬達位置檢出器， <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 7係用以檢測出以馬達1 5驅動之機械可動部2 0之位 置之機械可動部位置檢測器，1 8係接受馬達位置檢測器 之輸出訊號之馬達位置訊號P f b m而予以微分運算，輸 出前述馬達速度V i bm之速度運算部，1 9係輸入前述 馬達位置訊號P f bm與機械可動部位置檢測器之輸出訊 號之機械可動部位置訊號P f b I ，輸出轉矩修整訊號之 轉矩修整訊號運算部。 第2圖係顯示本發明之實施例之詳細方塊圖。圖中， 2 1係從位置指令P r e f減去機械可動部位置訊號 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印數 P f b 1而輸出位置偏差訊號之減算器，2 2係接受位置 偏差訊號而輸出速度指令V r e f之位置控制器，2 3係 速度指令V r e f減去馬達速度訊號V f bm而輸出速度 偏差訊號之減算器，2 4係接受速度偏差訊號而輸出轉矩 指令T r e f之速度控制器，2 5係運算機械可動部位置 訊號P f b 1與馬達位置訊號P f bm之差而輸出扭轉角 訊號之減算器，2 6係接受扭轉角訊號前進位相而輸出之 高通濾波器，2 7係割除前述高通濾波器之輸出訊號之高 頻成分而輸出低通濾波器，2 8係對前述低通濾波器之輸 出乘以轉矩修整增益之係數α而輸出轉矩修整訊號之係數 器，2 9係根據前述位置偏號而使前述轉矩修整增益變化 之轉矩修整判定部，3 0係對轉矩指令相加轉矩修整訊號 而輸出新的轉矩‘指令T r e f之加算器。 馬達與以馬達驅動之機械可動部之結合部之剛性弱而 •15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） 412669 A7 B7 五、發明說吗（13) (請先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印叛 呈彈簧結合之狀態時，機械可動部速度與馬達速度之差作 爲轉矩修整訊號而從轉矩指令値減去之結果可使環路穩定 而抑制振動。然而，有低頻之干擾存在，因其影響而產生 微小的振動時，振動之位相與轉矩修整訊號之位相不合’ 無法抑制振動。又.，速度訊號係根據位置訊號而運算的關 係，在微小的振動時，關於轉矩修整訊號無法得到充分的 分辨能力，無法穩定環路。於是，在本實施例中，將機械 可動部位置與馬達位置之差之扭轉角訊號作爲轉矩修整値 來確保關於轉矩修整訊號之分辨能力。又，以高通濾波器 2 6來前進轉矩修整訊號之位相，使振動之位相與轉矩修 整訊號之位相符合來可抑制振動。又，欲抑制微小的振動 時需要加大轉矩修整增益，但加大轉矩修整增益時會使全 體之響應性惡化。於是，在轉矩修整判定部中位置偏差之 絕對値大於預定之基準値時，使轉矩修整增益爲需，當位 置偏差之絕對値成爲預定之基準値以下時使轉矩修整增益 成爲一定之値之結果，雖然加大轉矩修整增益，但全體之 響應性不變，而可抑制微小之振動。再’者，使轉矩修整增 益連續變化之結果，可減弱使轉矩修整增益變化時之衝擊 ，可防止環路變成振動性。 第3圖係用以說明轉矩修整增益之變化之圖。在第3 圖（a )中，位置偏差之絕對値變成基準値以下之點時， 增益係不採取中間値，從零直接變化成α。又，在第3圖 (b )中，從位置偏差之絕對値成爲基準値以下之點起， 增益係隨著時間從零開始變大而成爲α。各別之效果係如 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 412669 五、發明說明（14) 同前述。 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁> 第4圖係顯示本發明之第2實施例之詳細方塊圖。圖 中，4 2 1係從位置指令P r e f減去機械可動部位置訊 號P f b 1而輸出位置偏差訊號之減算器，4 2 2係接受 位置偏差訊號而輸出速度指令V r e f之位置控制器， 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 2 3係從速度指令V r e f減去馬達速度訊號V f bm 而輸出速度偏差訊號之減算器4 2 4係接受速度偏差訊號 而輸出轉矩指令Tr e f之速度控制器_，4 2 5係輸入轉 矩指令T r e f及前述馬達速度V f bm，運算推定速度 ，輸出從馬達速度減去推定速度之差訊號之觀察裝置。歡 察裝置係實行比例運算之比例運算裝置4 3 3，實行積分 運算之積分運算裝置4 3 4，輸入慣性樣式4 3 7，加算 慣性樣式之輸出及比例運算裝置之輸出及積分裝置之輸出 之加算器4 3 6，加算器之輸出予以積分而輸出推定速度 之積分器4 3 8，將從馬達速度減去推定速度之差訊號輸 入比例運算裝置及積分運算裝置之減算器4 3 6所構成。 4 2 6係接受觀察裝置輸出訊號，前進'位相而輸出之高通 濾波器，4 2 7係割除前述高通濾波器之輸出訊號之高頻 成分而輸出之低通濾波器，4 2 8係前述低通濾波器之輸 出乘以作爲轉矩修整增益之係數α而輸出轉矩修整訊號之 係數器，4 2 9係前述位置偏差訊號而使前述轉矩修整增 益變化之轉矩修整判定部，4 3 0係從轉矩指令減算轉矩 修整訊號而輸出新的轉矩指令T r e ί之減算器。 馬達與以馬達驅動之機械可動部之結合部之剛性較弱 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐〉 A7 412669 B7___ 五、發明說明（15) (請先閱讀背面之注^*項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 而呈彈簧結合之狀態時，將機械可動部速度與馬達速度之 差作爲轉矩修整訊號而從轉矩指令値減去之結果，可使環 路穩定化而抑制振動。然而，有低頻之干擾存在，因其影 響而產生微小的振動時，振動之位相與轉矩修整訊號之位 相不合，無法抑制振動。又，速度訊號係根據位置訊號而 運算的關係，在微小的振動時，關於轉矩修整訊號無法得 到充分的分辨能力，無法穩定環路。於是，在本實施例中 ，由觀察裝置來運算推定速度，從馬達速度減去推定速度 之差訊號作爲轉矩修整値之結果，雖然是低頻而微小之振 動也以高分辨能力來檢測出振動成分而可作爲轉矩修整訊 號。又，又，以高通濾波器4 2 6來前進轉矩修整訊號之 位相，使振動之位相與轉矩修整訊號之位相符合來可抑制 振動。又，欲抑制微小的振動時需要加大轉矩修整增益， 但加大轉矩修整增益時會使全體之響應性惡化。於是，在 轉矩修整判定部中，位置偏差之絕對値大於預定之基準値 時，使轉矩修整增益爲需，當位置偏差之絕對値成爲預定 之基準値以下時使轉矩修整增益成爲一'定之値之結果，雖 然加大轉矩修整增益，但全體之響應性不變，而可抑制微 小之振動。再者，使轉矩修整增益連續變化之結果，可減 弱轉換轉矩修整增益時之衝擊，可防止轉矩修整增益轉換 時環路變成振動性。 在圖中將本發明之第3實施例說明如下。第5圖係控 制係之原理構成方塊圖。第5圖係對以往之位置控制係統 相加速度指令修整部5 0 8者。運算與來自位置指令y r -18- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格<210 * 297公釐） A7 B7 五、發明說明（16) <諳先闓讀背面之注意事項再填寫本頁) 與直線刻度等之位置檢測器5 0 6之位置回饋訊號y f之 位置偏差e P。位置控制系統構成半閉合環路時，從安裝 在伺服馬達5 0 3之編碼器5 0 5得到位置回饋訊號，運 算位置偏差e p。在位置控制部5 0+1中，對前述位置偏 差e p乘以位置控制增益Kp而求速度指令基本量V r b ，如後述，根據前述位置偏差e p，在速度指令修整部 5 0 8運算速度指令修整量V r h。速度指令基本量 V r b與速度指令修整量V r h予以合成之訊號作爲速度 指令V r。速度控制部5 0 2係根據將前述速度指令V r 與來自安裝在伺服馬達5 0 3之編碼器5 0 5之伺服馬達 之位置訊號ym用微分處理部5 0 7予以微分運算之速度 回饋訊號V f之速度偏差e v來運算轉矩指令T r，向伺 服馬達5 0 3輸出。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第6圖及第7圖係說明速度指令修整量之作法之圖， 係說明本發明之一實施例者。在第6圖中，前述位置偏差 e p大於預定之基準値E p時，修整判別部6 0 1將增益 設定部6 0 2之可變增益K d設定成零·，當前述位置偏差 e p變成預定之基準値E p以下時，前述修整判別部 6 0 1爲以前述可變增益K d爲一定正數，對前述位置偏 差e p乘以可變增益Kd之値爲在微分處理部6 0 3微分 ，藉低通濾波器604(l/(l+rs); ^爲時常數 ，s係拉普拉斯（laplace)運算子，以下相同）而成爲速 度指令修整量V r h。另一方面’在第7圖中，前述位置 偏差e p大於預定之基準値E p時’修整判別部6 〇 1以 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 412669 A7 B7 五、發明說明（17) (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) 增益設定部7 0 5之可變增益K a爲零，當前述位置偏差 e p成爲預定之基準値E p以下時，前述修整判別部 6 0 1爲以前述可變增益Kh爲一定正數，對前述位置偏 差e p乘以可變增益Kh之値爲，藉高通濾波器7 0 6 ( f s / ( 1 + r s ))而成爲速度指令修整量vr h。在 第6，7圖中，以可變增益Kd，Kh爲一定正數是等於 對位置環路系相加阻尼補償器者。換言之，位置偏差e p 變小時，發生阻尼效果，以抑制低頻率之干擾，另一方面 ，位置偏差e p變大時，消除阻尼效果的關係，可迅速地 使控制量追隨目標，可縮短全般之定位時間。 〔產業上之利用可能性〕 如上述，可提供一種用閉合環路方式實行控制時，有 低頻之千擾存在而產生微小振動時也不會使全體之響應性 惡化之狀態下，可抑制振動之位置控制裝置。 又，有較大的低頻干擾存在時，依位置偏差之大小來 調節速度指令修整增益的結果，可縮短定位所需之時間。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 只有位置偏差變成預定之基準以下時，實行速度指令 修整之結果，所控制之可動部遠離目標位置時可消除阻尼 效果，可迅速地使控制量追隨於目標，當控制之可動部接 近目標位置時，發生阻尼效果，抑制較低頻率之干擾’可 在短時間內實行高精度之定位。 -20- 本紙張尺度適用t國困家標準（CNS)A4規格<210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 公告本 A8 B8 CS D8 4丨 申請專利範圍 焴請姿員明示·本僉#^後是^鋩更原實質-;' 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 第8 8 1 1 6 6 7 3號專利申請案 中文申請專利範圍更正本 民國90年4月更正 1 · 一種位置控制裝置，係在具備有： 輸入位置指令與機械可動部位置而輸出速度指令之位 置控制部， 輸入前述速度指令與馬達速度而輸出轉矩指令之速度 控制部1 接受前述轉矩指令，放大而輸出電流之電流控制部， 供給前述電流而旋轉之馬達， 檢測出前述馬達之軸之旋轉位置而輸出馬達位置訊號 之馬達位置檢測器， 接受前述馬達之位置訊號而輸出馬達速度訊號之速度 運算部， 臉.測出以前述馬達所驅動之機械可動部之位置而輸出 機械可動部位置訊號之機械可動部位置檢測器’ 具備有藉回饋控制而使前述速度指令與前述馬達速度 訊號爲一致之馬達之速度控制功能，及藉回饋控制而使前 述位置指令與前述機械可動部位置訊號爲一致之馬達之位 置控制功能之位置控制裝置中’其特徵爲’具備有： 從前述機械可動部位置訊號減算前述馬達位置訊號而 輸出扭轉角訊號之減算器* 接受前述扭轉角訊號，前進位相而輸出之高通滅波器 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .A I. -線_ A8B8C8D8 412669 六、申請專利範圍 1 .一種位置控制裝置，係在具備有： 輸入位置指令與機械可動部位置而輸出速度指令之位 置控制部， 輸入前述速度指令與馬達速度而輸出轉矩指令之速度 控制部， 接受前述轉矩指令，放大而輸出電流之電流控制部， 供給前述電流而旋轉之馬達， 檢測出前述馬達之軸之旋轉位置而輸出馬達位置訊號 之馬達位置檢測器， 接受前述馬達之位置訊號而輸出馬達速度訊號之速度 運算部， 檢測出以前述馬達所驅動之機械可動部之位置而輸出 機械可動部位置訊號之機械可動部位置檢測器， 具備有藉回饋控制而使前述速度指令與前述馬達速度 訊號爲一致之馬達之速度控制功能，及藉回饋控制而使前 述位置指令與前述機械可動部位置訊號爲一致之馬達之位 置控制功能之位置控制裝置中，其特徵·爲，具備有： 從前述機械可動部位置訊號減算前述馬達位置訊號而 輸出扭轉角訊號之減算器， 接受前述扭轉角訊號，前進位相而輸出之高通濾波器 ， 輸入前述高通濾波器之訊號，只割除高頻成分而輸出 之低通濾波器，’ 接受前述低通濾波器之訊號，乘以轉矩修整增益而輸 <請先閱讀背面之注意事項再填V.表頁) -裝-------Ί訂 J — —·----線—— 經濟部智慧財1局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 * 297公爱） -21 - ASB8C8D8 412669 六、申請專利範圍 出修整訊號之係數器， 根據前述位置指令與前述機械可動部位置訊號之差之 位置偏差訊號而使前述轉矩修整增益變化之轉矩修整判定 部， 前述轉矩指令加算前述轉矩修整訊號，成爲新的轉矩 指令之加算器者。 2 .如申請專利範圍第1項之位置控制裝置，其中在 前述轉矩修整判定部中， 如果前述位置偏差訊號之絕對値爲基準値以上時，即 設前述轉矩修整增益爲零，當前述位置偏差訊號之絕對値 變化成基準値以下時將前述轉矩修整增益從零變化成一定 値者。 3 .如申請專利範圍第1項之位置控制裝置，其中在 前述轉矩修整判定部中， 如果前述位置偏差訊號之絕對値爲基準値以上時，即 設前述轉矩修整增益爲零，當前述位置偏差訊號之絕對値 變化成基準値以下時，將前述轉矩修整'增益從零至一定値 爲止連續而變化者。 4 . 一種位置控制裝置，係在具備有： 輸入位置指令與機械可動部位置而輸出速度指令之位 置控制部， 輸入前述速度指令與馬達速度而輸出轉矩指令之速度 控制部* 接受前述轉矩指令，放大而输出電流之電流控制部’ J— Μ--------裝-------訂._;1-1·! ί 線 (請先閱讀背面之注i項再填hr本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -22- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 412669 六、申請專利範圍 供給前述電流而旋轉之馬達， 檢測出前述馬達之軸之旋轉位置而輸出馬達位置訊號 之馬達位置檢測器， 接受前述馬達之位置訊號而輸出馬達速度訊號之速度 運算部， 檢測出以前述馬達所驅動之機械可動部之位置而輸出 機械可動部位置訊號之機械可動部位置檢測器， 具備有藉回饋控制而使前述速度指令與前述馬達速度 訊號一致之馬達之速度控制功能，及藉回饋控制而使前述 位置指令與前述機械可動部位置訊號一致之馬達之位置控 制功能之位置控制裝置中，其特徵爲，具備有： 實行比例運算之比例運算裝置， 實行積分運算之積分運算裝置， 輸入前述速度控制部輸出之轉矩指令之慣性樣式， 加算前述慣性樣式之輸出與前述比例運算裝置之輸出 與前述積分裝置之加算器， 將前述加算器之輸出予以積分，輸’出推定速度之積分 器， 將從前述速度運算部所輸出之馬達速度減去前述推定 速度之差訊號輸入前述比例運算裝置與積分運算裝置之減 算器所構成，將從前述馬達速度減去推定速度之差訊號予 以輸出之觀察裝置’ 接受前述觀察裝置輸出訊號，前進位相而輸出之高通 濾波器， ^-----；---11 ! i I ----r 訂--i·. — ·-----線 (請先閱讀背面之注意事項再填穿本I) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -23· 8 δ ABCD 412669 ^、申請專利範圍 輸入前述高通濾波器之訊號’只割除高頻成分而輸出 之低通濾波器， 接受前述低通濾波器之訊號，乘以轉矩修整增益而輸 出轉矩修整訊號之係數器， 根據前述位置指令與前述機械可動部位置訊號之差之 位置偏差訊號而使前述轉矩修整增益變化之轉矩修整判定 部， 從前述轉矩指令減算前述轉矩修整訊號，成爲新的轉 矩指令之減算器者。 5 :如申請專利範圍第4項之位置控制裝置，其中在 前述轉矩修整判定部中， 如果前述位置偏差訊號之絕對値爲基準値以上時，即 設前述轉矩修整增益爲零，當前述位置偏差訊號之絕對値 變化成基準値以下時，將前述轉矩修整增益從零.變化成一 定値者。 6 .如申請專利範圍第4項之位置控制裝置，其中在 前述轉矩修整判定部中， · 如果前述位置偏差訊號之絕對値爲基準値以上時\即 設前述轉矩修整增益爲零，當前述位置偏差訊號之絕對値 變化成基準値以下時，將前述轉矩修整增益從零至一定値 爲止連續而變化者。 7 . —種位置控制裝置，係在根據伺服馬達之旋轉位 置訊號予以微分之速度回饋訊號而控制速度之同時，以前 述伺服馬達所驅動之機械可動部，或根據安裝在前述伺服 ii^-----^------I-------- J—-—.---- (請先閱讀背面之注意事項再填穹本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用争國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） -24- —D8 412669 六、申請專利範圍 馬達之旋轉軸之位置檢測器之位置回饋訊號而控制位置之 機械可動部之位置控製裝置中，其特徵爲，具備有： 如果位置指令與前述位置回饋訊號之位置偏差大於預 定之基準値以上時即設可變增益爲零，當前述位置偏差成 爲前述預定之基準値以下時，將前述可變增益成爲一定之 正數之修整判別部，前述位置偏差乘以前述可變增益之値 予以微分之微分處理部，及輸入該微分處理部之輸出而輸 出速度指令修整量之低通濾波器，將該速度指令修整量加 算於速度指令基本量而作爲前述伺服馬達之速度指令者。 8 · —種位置控制裝置，係在根據伺服馬達之旋轉位 置訊號予以微分之速度回饋訊號而控制速度之同時，以前 述伺服馬達所驅動之機械可動部，或根據安裝在前述伺服 馬達之旋轉軸之位置檢測器之位置回饋訊號而控制位置之 機械可動部之位置控製裝置中，其特徵爲，具備有： 如果位置指令與前述位置回饋訊號之位置偏差大於預 定之基準値以上時即設可變增益爲零，當前述位置偏差成 爲前述預定之基準値以下時，將前述可、變增益成爲一定之 正數之修整判別部，前述位置偏差乘以前述可變增益之値 予以微分之微分處理部，及輸入該微分處理部之輪出而輸 出速度指令修整量之高通濾波器，將該速度指令修整量加 算於速度指令基本量而作爲前述伺服馬達之速度指令者。 II ,1 I -----------------1 ^ · 1 1· ΙΪ I I l· I <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） -25- 公告本 A8 B8 CS D8 4丨 申請專利範圍 焴請姿員明示·本僉#^後是^鋩更原實質-;' 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 第8 8 1 1 6 6 7 3號專利申請案 中文申請專利範圍更正本 民國90年4月更正 1 · 一種位置控制裝置，係在具備有： 輸入位置指令與機械可動部位置而輸出速度指令之位 置控制部， 輸入前述速度指令與馬達速度而輸出轉矩指令之速度 控制部1 接受前述轉矩指令，放大而輸出電流之電流控制部， 供給前述電流而旋轉之馬達， 檢測出前述馬達之軸之旋轉位置而輸出馬達位置訊號 之馬達位置檢測器， 接受前述馬達之位置訊號而輸出馬達速度訊號之速度 運算部， 臉.測出以前述馬達所驅動之機械可動部之位置而輸出 機械可動部位置訊號之機械可動部位置檢測器’ 具備有藉回饋控制而使前述速度指令與前述馬達速度 訊號爲一致之馬達之速度控制功能，及藉回饋控制而使前 述位置指令與前述機械可動部位置訊號爲一致之馬達之位 置控制功能之位置控制裝置中’其特徵爲’具備有： 從前述機械可動部位置訊號減算前述馬達位置訊號而 輸出扭轉角訊號之減算器* 接受前述扭轉角訊號，前進位相而輸出之高通滅波器 表紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .A I. -線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 CS D8 六、申請專利範圍 · 輸入前述高通濾波器之訊號’只割除局頻成分而輸出 之低通濾波器， 接受前述低通濾波器之訊號’乘以轉矩修整增益而輸 出修整訊號之係數器， 根據前述位置指令與前述機械可動部位置訊號之差之 位置偏差訊號而使前述轉矩修整增益變化之轉矩修整判定 部， 前述轉矩指令加算前述轉矩修整訊號’成爲新的轉矩 指令之加算器者。 2 .如申請專利範圍第1項之位置控制裝置’其中在 前述轉矩修整判定部中， _ 如果前述位置偏差訊號之絕對値爲基準値以上時’即 設前述轉矩修整增益爲零’當前述位置偏差訊號之絕對値 變化成基準値以下時將前述’轉矩修整增益從零變化成一定 値者。 3 .如申請專利範圍第1項之位置控制裝置’其中在 前述轉矩修整判定部中， 如果前述位置偏差訊號之絕對値爲基準値以上時’即 設前述轉矩修整增益爲零’當前述位置偏差訊號之絕對値 變化成基準値以下時，將前述轉矩修整增益從零至一定値 爲止連續而變化者。 4 . 一種位置控制裝置，係在具備有： 輸入位置指令與機械可動部位置而輸出速度指令之位 置控制部， 1*1 n n n n n I 入 iiii * n n n n n I n-iT-5J« n I I (請先閱讀背面之注意事項再填鸾本頁) 私紙張尺度適用中國國家標準（CN§)A4規格（210 X 297公釐） -2 - 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 輸入前述速度指令與馬達速度而輸出轉矩指令之速度 控制部1 接受前述轉矩指令，放大而輸出電流之電流控制部， .供給前述電流而旋轉之馬達， 檢測出前述馬達之軸之旋轉位置而輸出馬達位置訊號 之馬達位置檢測器， 接受前述馬達之位置訊號而輸出馬達速度訊號之速度 運算部， 檢測出以前述馬達所驅動之機械可動部之位置而輸出 機械可動部位置訊號之機械可動部位置檢測器， 具備有藉回饋控制而使前述速度指令與前述馬達速度 訊號一致之馬達之速度控制功能，及藉回饋控制而使前述 位置指令與前述機械可動部位置訊號一致之馬達之位置控 制功能之位置控制裝置中，其特徵爲，具備有： 實行比例運算之比例運算裝置， 實行積分運算之積分運算裝置， 輸入前述速度控制部輸出之轉矩指令之慣性樣式， 加算前述慣性樣式之，輸出與前述比例運算裝置之輸出 與前述積分裝置之輸出之加算器， 將前述加算器之輸出予以積分，輸出推定速度之積分 □□ 爺， 將從前述速度運算部所輸出之馬達速度減去前述推定 速度之差訊號輸入前述比例運算裝置與積分運算裝置之減 算器所構成，將從前述馬達速度減去推定速度之差訊號予 紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） -3- ~~ -------------是--------訂·--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 . B8 cs D8 六、申請專利範圍 以輸出之觀察裝置， 接受前述觀察裝置輸出訊號，前進位相而輸出之高通 濾波器， -輸入前述高通濾波器之訊號，只割除高頻成分而輸出 之低通濾波器， _ 接受前述低通濾波器之訊號，乘以轉矩修整增益而輸 出轉矩修整訊號之係數器， ^ 根據前述位置指令與前述機械可動部位置訊號之差之 位置偏差訊號而使前述轉矩修整增益變化之轉矩修整判定 部， 從前述轉矩指令減算前述轉矩修整訊號，成爲新的轉 矩指令之減算器者。 ， 5 .如申請專利範圍第4項之位置控制裝置，其中在 前述轉矩修整判定部中， 如果前述位置偏差訊號之絕|彳値爲基準値以上時，即 設前述轉矩修整增益爲零，當前述位置偏差訊號之絕對値 .變化成基準値以下時，將前述轉矩修整增益從零變化成一 定値者。 6 ·如申請專利範圍第4項之位置控制裝置1其中在 前述轉矩修整判定部中， 如果前述位置偏差訊號之絕對値爲基準値以上時，即 設前述轉矩修整增益爲零，當前述位置偏差訊號之絕對値 變化成基準値以下時，將前述轉矩修整增益從零至一定値 爲止連續而變化者。 &張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) ~ ' ' 1 --------灯---------I * (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 AS. BS CS D3 六、申請專利範圍 7 . —種位置控制裝置，係在根據伺服馬達之旋轉位 置訊號予以微分之速度回饋訊號而控制速度之同時，以前 述伺服馬達所驅動之機械可動部，或根據安裝在前述伺服 馬達之旋轉軸之位置檢測器之位置回饋訊號而控制位置之 機械可動部之位置控製裝置中.其特徵爲，具備有： 如果位置指令與前述位置回饋訊號之位置偏差大於預 疋之基準値以上時即設可變增益爲零，當前述位置偏差成 爲前述預定之基準値以下時，將前述可變增益成爲一定之 正數之修整判別部’前述位置偏差乘以前述可變增益之値 予以微分之微分處理部，及輸入該微分處理部之輸出而輸 出速度指令修整量之低通濾波器，將該速度指令修整量加 算於速度指令基本量而作爲前述伺服馬達之速度指令者。 8 · —種位置控制裝置，係在根據伺服馬達之旋轉位 置訊號予以微分之速度回饋訊號而控制速度之同時，以前 述伺^服馬達所驅動之機械可動部，或根據安裝在'前述伺服 馬達之旋轉軸之位置檢測器之位置回饋訊號而控制位置之 機械可動部之位置控製裝置中，其特徵爲，具備有： 如果位置指令與前述位置回饋訊號之位置偏差大於預 定之基準値以上時即設可變增益爲零，當前述位置偏差成 爲前述預定之基準値以下時，將前述可變增益成爲一定之 正數之修整判別部：輸入將前述位置偏差乘以前述可變增 益之値，且輸出速度修整量之高通濾波器：將該速度指令 修整量加算於速度指令基本量而作爲前述伺服馬達之速度 指令者。 ---n - - n 1— - I 1J li I n ϋ n n n Γ— n^eJ* n I n I c請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) +紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公釐） -5 -