TWI540402B - 馬達控制裝置 - Google Patents

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TWI540402B
TWI540402B TW104101772A TW104101772A TWI540402B TW I540402 B TWI540402 B TW I540402B TW 104101772 A TW104101772 A TW 104101772A TW 104101772 A TW104101772 A TW 104101772A TW I540402 B TWI540402 B TW I540402B
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篠原暢宏
関口裕幸
池田英俊
藤田智哉
長岡弘太朗
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三菱電機股份有限公司
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Description

馬達控制裝置
本發明係關於馬達控制裝置。
近年來，以NC工作機械(數值控制工作機械)為代表之工作機械以及以產業用機器人(robot)為代表之機器人為了提高加工效率及生產效率，都希望能在進行高速且高加減速驅動的同時也實現高精度的軌跡控制。工作機械及機器人因為上述的理由而受到在驅動上要高加減速化之要求，但只單純地在各軸使位置控制系統高響應化，並不能使從指令到機械端的位置之轉移函數(transfer function)一致，機械端的軌跡會相對於曲線軌跡的指令發生偏差變形。
在作為先前技術的一例之專利文獻1中揭示有：在單軸的定位控制方面將機械共振列入考慮而設計控制器，藉此來抑制高加減速驅動時的刀具端的振動之技術。在作為另一例之專利文獻2中揭示有：為了補償相對於位置、速度及加速度等被控制量的指令值之響應的延遲，在利用設定於比任一軸的位置控制迴路(loop)的伺服(servo)帶域都低的頻率之高通濾波器將指令值予以轉換之 後，進行前授控制(feed-forward control)來使各軸的轉移函數的特性大致相同而提高同步特性之技術。
[先前技術文獻]
(專利文獻)
(專利文獻1)日本特開平8-23691號公報
(專利文獻2)日本特開2000-339032號公報
然而，根據上述的先前技術，提高低剛性的機械的響應性而以高加減速進行驅動時，卻會發生就算是使各軸的響應高速化也會因為機械系統的低剛性而導致各軸的轉移函數不同使得在各軸之相對於指令的過渡性變化不相同之情形。因而，有會發生軌跡偏差變形之問題。尤其，以工作機械或機器人進行加工之際，在往復進行對稱的軌跡的動作之情況，由於如此的偏差變形而產生的誤差的影響很大，是造成加工面刮傷或加工精度降低的原因。
本發明係有鑑於上述課題而完成者，其目的在得到即使是以低剛性機械系統構成之控制對象也可進行高精度的軌跡控制之馬達控制裝置。
為了解決上述的課題，達成本發明的目的，本發明之馬達控制裝置，係對於連結至第一控制對象內的第一負載機械之第一馬達及連結至第二控制對象內的第二 負載機械之第二馬達進行控制者，具備有：檢測前述第一馬達的位置之第一檢測器；檢測前述第二馬達的位置之第二檢測器；輸出對於前述第一控制對象的位置指令，亦即第一位置指令及對於前述第二控制對象的位置指令，亦即第二位置指令之軌跡指令產生器；進行使響應修正濾波器作用於前述第一位置指令之演算而輸出修正後位置指令之響應修正部；以來自前述響應修正部的前述修正後位置指令及由前述第一檢測器所檢測出的位置作為輸入而產生用來使前述第一檢測器所檢測出的位置與前述修正後位置指令一致之第一轉矩(torque)指令之第一位置控制部；以前述第二位置指令及由前述第二檢測器所檢測出的位置作為輸入而產生用來使前述第二檢測器所檢測出的位置與前述第二位置指令一致之第二轉矩指令之第二位置控制部；檢測前述第二控制對象內的第二負載機械的機械端變位，亦即位置或速度或加速度之測定器；根據前述第二轉矩指令或前述第二位置指令及前述機械端變位，抽出從前述第二轉矩指令到前述機械端變位之轉移函數的零點的特性之零點推測部；以及利用前述零點推測部所抽出的前述零點的特性來進行前述響應修正部的前述響應修正濾波器的設定之響應修正參數決定部，其中，將前述第一位置控制部產生的第一轉矩指令輸入至前述第一馬達，將前述第二位置控制部產生的第二轉矩指令輸入至前述第二馬達。
根據本發明，就會產生可得到即使是以低剛 性機械系統構成之控制對象也可進行高精度的軌跡控制之馬達控制裝置的效果。
1,301‧‧‧軌跡指令產生器
2,202,302‧‧‧響應修正參數決定部
11‧‧‧X軸位置控制部
12,212‧‧‧X軸控制對象
12a,212a‧‧‧X軸馬達
12b,212b‧‧‧X軸負載機械
12c,212c‧‧‧X軸檢測器
13‧‧‧X軸響應修正部
14‧‧‧X軸測定器
15,415‧‧‧X軸零點推測部
16‧‧‧X軸加振訊號產生部
21,221‧‧‧Y軸位置控制部
22‧‧‧Y軸控制對象
22a‧‧‧Y軸馬達
22b‧‧‧Y軸負載機械
22c‧‧‧Y軸檢測器
23‧‧‧Y軸響應修正部
24‧‧‧Y軸測定器
25,425‧‧‧Y軸零點推測部
26‧‧‧Y軸加振訊號產生部
31‧‧‧Z軸位置控制部
32‧‧‧Z軸控制對象
32a‧‧‧Z軸馬達
32b‧‧‧Z軸負載機械
32c‧‧‧Z軸檢測器
33‧‧‧Z軸響應修正部
34‧‧‧Z軸測定部
35‧‧‧Z軸零點推測部
36‧‧‧Z軸加振訊號產生部
403‧‧‧自動調整判斷部
417‧‧‧X軸機械特性分析部
427‧‧‧Y軸機械特性分析部
504‧‧‧頻率響應顯示部
504a‧‧‧第一監視器部
504b‧‧‧第二監視器部
504c‧‧‧使用者輸入裝置
a1‧‧‧X軸機械端變位訊號
a2‧‧‧Y軸機械端變位訊號
a3‧‧‧Z軸機械端變位訊號
T1‧‧‧X軸轉矩指令
T2‧‧‧Y軸轉矩指令
T3‧‧‧Z軸轉矩指令
第1圖係顯示實施形態1之馬達控制裝置的構成之方塊圖。
第2圖係顯示實施形態1之馬達控制裝置的指令軌跡與刀具前端部所走的實際位置軌跡的關係之方塊圖。
第3圖係作為實施形態1之馬達控制裝置的比較例之未使用X軸響應修正部及Y軸響應修正部的狀態下的X軸及Y軸的轉移函數的波德圖。
第4圖係實施形態1之馬達控制裝置之使用了X軸響應修正部及Y軸響應修正部的狀態下的X軸及Y軸的轉移函數的波德圖。
第5圖係顯示實施形態2之馬達控制裝置的構成之方塊圖。
第6圖係顯示實施形態3之馬達控制裝置的構成之方塊圖。
第7圖係顯示實施形態4之馬達控制裝置的構成之方塊圖。
第8圖係顯示實施形態5之馬達控制裝置的構成之方塊圖。
第9圖係顯示實施形態5之馬達控制裝置的構成所具備的頻率響應顯示部之圖。
以下，根據圖式來詳細說明本發明之馬達控制裝置的實施形態。惟本發明並不受此實施形態所限定。
實施形態1.
第1圖係顯示本發明之馬達控制裝置的實施形態1的構成之方塊圖。本發明之馬達控制裝置係進行高精度的軌跡控制。此處，所謂軌跡控制，係指使兩軸或兩軸以上之多軸同時運動而使刀具前端部或機器人的抓持部的軌跡追隨指令的曲線之控制，所謂的軌跡，係指將利用複數個可動軸而構成之刀具前端部於運動中在空間中經過的位置予以連接起來之線。以可動軸為作為第一軸之X軸及作為第二軸之Y軸這樣的兩軸構成之情況為例來說明的話，指令軌跡及刀具前端部所走的實際位置軌跡係為如第2圖所示之在二維平面上描繪出的線。第2圖中，以實線表示指令軌跡，以虛線表示實際位置軌跡。
軌跡指令產生器1，係輸出X軸位置指令訊號及Y軸位置指令訊號來各別作為對於X軸及對於Y軸之位置指令訊號。X軸響應修正部13，係利用響應修正濾波器Gxrc(s)來修正軌跡指令產生器1輸出的X軸位置指令訊號，而將修正後X軸位置指令輸出至X軸位置控制部11。Y軸響應修正部23，係利用響應修正濾波器Gyrc(s)來修正軌跡指令產生器1輸出的Y軸位置指令訊號，而將修正後Y軸位置指令輸出至Y軸位置控制部21。響應修正濾波器 Gxrc(s),Gyrc(s)係如後述，其特性係由響應修正參數決定部2所決定。
X軸控制對象12係由：X軸馬達12a、安裝於X軸馬達12a之X軸檢測器12c、以及連結至X軸馬達12a之X軸負載機械12b所構成。藉由X軸馬達12a產生與X軸轉矩指令T1對應之轉矩的方式，而驅動X軸控制對象12。而且，X軸控制對象12安裝有X軸測定器14，以計測相當於刀具前端部之X軸負載機械12b的機械端的位置、速度、加速度之中的任一者的變位訊號。在以下的說明中，將屬於加速度之此變位訊號記為X軸機械端變位訊號a1。
X軸位置控制部11，係依據輸入的修正後X軸位置指令及X軸檢測器12c所檢測出的位置檢測值，而藉由PID控制或二自由度控制之演算算出用來使X軸馬達12a的位置能不發生振動地正確追隨從X軸響應修正部13所輸出的隨時間變化的修正後X軸位置指令之X軸轉矩指令T1，並將之輸出至X軸馬達12a。
Y軸控制對象22係由：Y軸馬達22a、安裝於Y軸馬達22a之Y軸檢測器22c、以及連結至Y軸馬達22a之Y軸負載機械22b所構成。藉由Y軸馬達22a產生與Y軸轉矩指令T2對應之轉矩的方式，而驅動Y軸控制對象22。而且，Y軸控制對象22安裝有Y軸測定器24，以計測相當於刀具前端部之Y軸負載機械22b的機械端的位置、速度、加速度之中的任一者的變位訊號。在以下的 說明中，將屬於加速度之此變位訊號記為Y軸機械端變位訊號a2。
Y軸位置控制部21，係依據輸入的修正後Y軸位置指令及Y軸檢測器22c所檢測出的位置檢測值，而藉由PID控制或二自由度控制之演算算出用來使Y軸馬達22a的位置能不發生振動地正確追隨從Y軸響應修正部23所輸出的隨時間變化的修正後Y軸位置指令之Y軸轉矩指令T2，並將之輸出至Y軸馬達22a。
關於X軸位置控制部11及Y軸位置控制部21，其控制參數係設定成：讓從修正後X軸位置指令到以X軸機械端變位訊號a1(加速度)的二次積分加以表示之X軸機械端的位置之響應延遲、與從修正後Y軸位置指令到以Y軸機械端變位訊號a2(加速度)的二次積分加以表示之Y軸機械端的位置之響應延遲一致。此處，所謂響應延遲，係指在指令以一定的速度變化之情況相對於指令而延遲之時間。如上述使在X軸與在Y軸之響應延遲一致，在X軸位置指令與Y軸位置指令都以一定的速度變化時，X軸機械端的位置及Y軸機械端的位置所描出的軌跡會與修正後X軸位置指令及修正後Y軸位置指令的位置所描出的軌跡一致。
X軸加振訊號產生部16，係在進行本實施形態之馬達控制裝置的參數調整之際，在由使用者進行的調整開始的指示操作所決定的時間當中產生M序列(M sequence)波形的訊號，且將M序列加振訊號加到X軸轉矩 指令T1來驅動X軸馬達12a而對X軸控制對象12進行激勵。
Y軸加振訊號產生部26，係與X軸加振訊號產生部16一樣在所決定的時間當中產生M序列波形的訊號，且將M序列加振訊號加到Y軸轉矩指令T2來驅動Y軸馬達22a而對Y軸控制對象22進行激勵。此處，M序列加振訊號係擬似白雜訊(pseudo white noise)之隨機訊號(random signal)。
X軸零點推測部15，係進行以如上述之X軸加振訊號產生部16產生加振訊號時之X軸轉矩指令T1及X軸測定器14所檢測出的X軸機械端變位訊號a1作為輸出入資料之系統辨識(system identification)，推測出從X軸轉矩指令T1到X軸機械端變位訊號a1之轉移函數Gfax(s)，再將該轉移函數Gfax(s)的X軸的零點的資訊予以抽出並將抽出的結果輸出至響應修正參數決定部2。
Y軸零點推測部25，係進行以如上述之Y軸加振訊號產生部26產生加振訊號時之Y軸轉矩指令T2及Y軸測定器24所檢測出的Y軸機械端變位訊號a2作為輸出入資料之系統辨識，推測出從Y軸轉矩指令T2到Y軸機械端變位訊號a2之轉移函數Gfay(s)，再將該轉移函數Gfay(s)的Y軸的零點的資訊予以抽出並將抽出的結果輸出至響應修正參數決定部2。
響應修正參數決定部2根據上述的Y軸的零點的資訊來決定及設定X軸響應修正部13的響應修正濾 波器Gxrc(s)的特性，根據上述的X軸的零點的資訊來決定及設定Y軸響應修正部23的響應修正濾波器Gyrc(s)的特性。
X軸零點推測部15中之系統辨識(system identification)，係在X軸加振訊號產生部16將M序列加振訊號加到X軸轉矩指令T1而對X軸控制對象12進行激勵，而取得以X軸轉矩指令T1及X軸測定器14所檢測出的X軸機械端變位訊號a1的響應的資料，然後，針對該M序列激勵時的輸出入資料，利用例如最小平方法來推測出從X軸轉矩指令T1到X軸機械端變位訊號a1之轉移函數Gfax(s)。在此，針對上述之從X軸轉矩指令T1到X軸機械端變位訊號a1之轉移函數Gfax(s)的特徵進行說明。轉移函數Gfax(s)在機械端變位訊號a1為機械端的加速度之情況，一般係以如下之數式(1)來做近似。
其中，s為拉普拉斯運算子(Laplace operator)，Jx為X軸控制對象12的慣性矩(inertia moment)，ωpxi為i次模式(mode)的共振頻率，ζpxi為i次模式的共振頻率的衰減比，ωzxj為第j個反共振頻率，亦即複數零點的絕對 值，ζzxj為第j個反共振特性，亦即複數零點的衰減比。
此處，在控制對象為利用彈簧(spring)將馬達與負載慣性結合起來的二慣性系、或利用彈簧將馬達與複數個負載慣性串聯結合起來的多慣性系，且以其前端的變位作為機械端變位訊號之情況，並不會出現反共振，分子的次數為0，亦即可使m=0來做近似。然而，實際的機械系統的構造很複雜，從馬達所產生的轉矩到機械端變位之轉移函數含有很多反共振的零點，如此的情況必須使m≧1來進行模型化(modeling)。
實際的機械系統雖然嚴格來說係無限次的系統，但可將之低次化到可得到近似的響應之次數而進行模型化，可使分子的次數為m=1或2來做近似。若將此時的轉移函數的分子記為Nx(s)，則Nx(s)可表示成如下之數式(2)。
X軸零點推測部15藉由上述的動作而將零點的資訊，亦即上述的數式(2)之多項式的資訊輸出至響應修正參數決定部2。
Y軸零點推測部25中之系統辨識，係與上述之X軸的情況一樣，在Y軸加振訊號產生部26將M序列加振訊號加到Y軸轉矩指令T2而對Y軸控制對象22進行 激勵，而取得以Y軸轉矩指令T2及Y軸測定器24所檢測出的Y軸機械端變位訊號a2的響應的資料。然後，針對該M序列激勵時的輸出入資料，利用例如最小平方法來推測出從Y軸轉矩指令T2到Y軸機械端變位訊號a2之轉移函數Gfay(s)。此處，轉移函數Gfay(s)在機械端變位訊號a2為機械端的加速度之情況，一般係以如下之數式(3)來做近似。
其中，Jy為Y軸控制對象22的慣性矩，ωpyi為i次模式的共振頻率，ζpyi為i次模式的共振頻率的衰減比，ωzyj為第j個反共振頻率，亦即複數零點的絕對值，ζzyj為第j個反共振特性，亦即複數零點的衰減比。
此處，與上述的X軸的情況一樣，在Y軸方面也可使分子的次數為m=1或2來做近似。若將此時的轉移函數的分子記為Ny(s)，則Ny(s)可表示成如下之數式(4)。
Y軸零點推測部25藉由上述的動作而將零點的資訊，亦即上述的數式(4)之多項式的資訊輸出至響應修正參數決定部2。
響應修正參數決定部2，係使用Y軸零點推測部25所抽出之表示從Y軸轉矩指令T2到Y軸機械端變位訊號a2之轉移函數Gfay(s)所具有的零點之轉移函數的多項式Ny(s)、及低通濾波器(low pass filter)F(s)而以如下之數式(5)來決定出X軸響應修正部13的響應修正濾波器Gxrc(s)。
[數式5]G xrc (s)=F(s)*N y (s)…(5)
數式(5)右邊的F(s)為低通濾波器，係用來使響應修正濾波器Gxrc(s)適當化(proper)者，此低通濾波器F(s)係減低軌跡指令產生器1所輸出的X軸位置指令訊號之中之比控制帶域高的頻率成分以抑制急峻的變化，使X軸位置指令訊號變平滑。在產生的X軸位置指令訊號原本就很平滑之情況可使F(s)=1。
另外，響應修正參數決定部2，係使用X軸零點推測部15所抽出之表示從X軸轉矩指令T1到X軸機械端變位訊號a1之轉移函數Gfax(s)所具有的零點之轉移函數的多項式Nx(s)、及低通濾波器F(s)而以如下之數式(6)來決定出Y軸響應修正部23的響應修正濾波器Gyrc(s)。
[數式6]Gyrc(s)=F(s)*Nx(s)…(6)
數式(6)右邊的F(s)與數式(5)一樣為低通濾波器。
在X軸位置控制部11及Y軸位置控制部21中，將X軸位置控制部11及Y軸位置控制部21的控制參數設定成：讓從修正後X軸位置指令到以X軸機械端變位訊號a1(加速度)的二次積分加以表示之X軸機械端的位置之響應延遲、與從修正後Y軸位置指令到以Y軸機械端變位訊號a2(加速度)的二次積分加以表示之Y軸機械端的位置之響應延遲一致之目的，係如上述要使在X軸及在Y軸之相對於指令的延遲時間相同。
因此，在假設X軸控制對象及Y軸控制對象沒有零點之情況，若將從X軸位置指令xref到X軸機械端位置xa之轉移函數的分母多項式記為D(s)，則從xref到xa之轉移函數可表示成如下之數式(7)。而且，因為從修正後X軸位置指令到X軸機械端變位訊號a1之響應延遲、與從修正後Y軸位置指令到Y軸機械端變位訊號a2之響應延遲一致，所以Y軸位置指令yref與Y軸機械端位置ya之間的關係可表示成如下之數式(8)。
另一方面，在控制對象之從X軸轉矩指令T1到X軸機械端位置xa之轉移函數以及從Y軸轉矩指令T2到Y軸機械端位置ya之轉移函數有零點之情況，則因為即使變更X軸位置控制部11的位置控制器的特性來變更指令響應特性也仍然保有零點，所以以如下之數式(9)來表示X軸位置指令xref與X軸機械端位置xa之間的關係。另外，與上述的X軸的情況一樣，以如下之數式(10)來表示Y軸位置指令yref與Y軸機械端位置ya之間的關係。
因此，在X軸與Y軸的零點的特性不同之情況(Nx(s)≠Ny(s))，會因為零點的影響而使得X軸機械端位置xa及Y軸機械端位置ya的軌跡相對於修正後X軸位置指令及修正後Y軸位置指令所指示的指令曲線發生偏差變 形。因此，必須進行修正而修正成即使如上述X軸控制對象及Y軸控制對象有零點也不會產生偏離曲線之偏差變形。此處，進行上述的修正之方法，最初可想到的是：使出現在上述數式(9)、(10)中之零點Nx(s)及Ny(s)抵銷掉之方式。在假設採用此一方式之情況，若將Nx(s)的反函數設定作為X軸響應修正部13的響應修正濾波器Gxrc(s)的特性，而將Ny(s)的反函數設定作為Y軸響應修正部23的響應修正濾波器Gyrc(s)的特性，則在理想的數式上，相對於X軸位置指令xref之X軸機械端位置xa的響應以及相對於Y軸位置指令yref之Y軸機械端位置ya的響應會如以下的數式(11)、(12)所示兩者相等。
不過，如此設定的話，就要在X軸及Y軸使用二次共振系的濾波器來作為響應修正濾波器，所以就算各軸的機械端位置不會振動，轉矩指令及馬達的位置也會 振動。而且，在零點的推測有誤差之情況機械端也會振動。因此，如上述以讓反共振特性抵銷掉之方式來設定X軸及Y軸的響應修正濾波器之作法並不適當。所以，在本實施形態中，係利用響應修正參數決定部2的動作將Y軸的零點的特性Ny(s)代入X軸響應修正部13的響應修正濾波器Gxrc(s)，將X軸的零點的特性Nx(s)代入Y軸響應修正部23的響應修正濾波器Gyrc(s)。此時，從X軸位置指令xref到X軸機械端位置xa之特性及從Y軸位置指令yref到Y軸機械端位置ya之特性分別如以下之數式(13)、(14)所示。
根據如此的構成，從X軸的位置指令到X軸的負載機械位置之轉移函數及從Y軸的位置指令到Y軸的負載機械位置之轉移函數就會相同。
第3圖係與某一工作機械有關之未使用X軸響應修正部及Y軸響應修正部的狀態下的X軸及Y軸的轉移函數的波德圖(Bode diagram)。第3圖中，由於各軸的零點的影響，使得在X軸與在Y軸的轉移函數為不同的特性。
第4圖係在本發明中使用了X軸響應修正部及Y軸響應修正部的狀態下的X軸及Y軸的轉移函數的波德圖。第4圖中，因為使用了X軸響應修正部及Y軸響應修正部，所以在X軸與在Y軸的轉移函數相同。
本實施形態之馬達控制裝置係藉由進行如上述之動作，而使得在X軸與在Y軸即使是相對於指令之過渡性的響應也會相同，所以具有如下之效果，亦即，即使在使剛性低的控制對象循著曲線的軌跡動作之情況，也可一邊抑制與指令軌跡之軌跡追隨誤差及振動，一邊進行相對於指令軌跡以高速高精度做沒有偏差變形的響應之軌跡控制。此外，還可提高真圓度(做圓弧動作之情況的指標)。
另外，在本實施形態中，X軸零點推測部15係以X軸轉矩指令T1作為輸入且使用X軸轉矩指令T1來推測X軸的零點，但如上述即使變更X軸位置控制部11的特性，零點也不變，所以即使使用X軸位置指令來替代X軸轉矩指令T1，也可抽出從X軸轉矩指令T1到X軸機械端變位訊號a1之轉移函數的零點。同樣的，在Y軸零點推測部25亦可使用Y軸位置指令。
又，在本實施形態中，在X軸馬達12a及Y軸馬達22a方面，亦可採用直流馬達、永久磁鐵同步馬達及感應馬達之任一種馬達，而且不限於旋轉式的馬達，亦可採用線性馬達(linear motor)。
又，在本實施形態中，從X軸加振訊號產生部16輸入之要加到X軸轉矩指令之訊號，只要是包含有 各種頻率成分之訊號，且能夠使X軸負載機械12b以預定的加速度以上的加速度動作即可，可使用M序列加振訊號、正弦掃描訊號(sine sweep signal)或隨機訊號來作為輸入訊號。從Y軸加振訊號產生部26輸入之要加到Y軸轉矩指令之訊號也與X軸的情況一樣，可使用M序列加振訊號、正弦掃描訊號或隨機訊號來作為輸入訊號。此外，若機械預先具備有將上述的任一種加振訊號輸入至X軸轉矩指令及Y軸轉矩指令之機能，則亦可不設置X軸加振訊號產生部16及Y軸加振訊號產生部26。
又，在本實施形態中，係採用最小平方法來進行系統辨識，但不限於此，亦可採用頻譜(spectral)分析法、根據ARX模型之多級降頻(Multi-Decimation)辨識法或以MOESP(Multivariable Output Error State Space)法為代表之其他方法。
又，在本實施形態中，用來檢測出X軸機械端變位訊號a1及Y軸機械端變位訊號a2之X軸測定器14及Y軸測定器24係只在參數調整時才需要，所以可將X軸測定器14及Y軸測定器24做成可裝拆，然後在調整後將之拆除。亦即，在作為馬達控制裝置而動作之際並未設有該感測器(sensor)。
如以上說明的，根據本實施形態，響應修正參數決定部根據在零點推測部得到之各軸的零點的特性而設定各軸的響應修正部，使各軸之從指令到機械端位置之轉移函數相同，因此就算是由低剛性機械系統構成的控制 對象也可進行高精度的軌跡控制。
實施形態2.
第5圖係顯示本發明之馬達控制裝置的實施形態2的構成之方塊圖。實施形態2中，與實施形態1之第1圖相同符號之方塊都具有相同的功能，以下將重複的構成及動作之說明予以省略。
X軸控制對象212係由：X軸馬達212a、安裝於X軸馬達212a之X軸檢測器212c、以及連結至X軸馬達212a之X軸負載機械212b所構成。X軸馬達212a與X軸負載機械212b係以高剛性相連結，X軸負載機械212b的舉動係由X軸檢測器212c加以檢測出。X軸控制對象212係藉由X軸馬達212a產生與X軸轉矩指令T1對應之轉矩的方式而被驅動。具有如此的剛性之控制對象的一例可舉出的有例如NC(Numerical Control)車床。
關於X軸位置控制部11及Y軸位置控制部221，係設定：用來使從修正後X軸位置指令到以X軸機械端變位訊號a1(加速度)的二次積分加以表示之X軸機械端的位置之響應延遲、與從Y軸位置指令到以Y軸機械端變位訊號a2(加速度)的二次積分加以表示之Y軸機械端的位置之響應延遲一致之要用於X軸位置控制部11及Y軸位置控制部221的控制演算中之控制參數。
響應修正參數決定部202，係使用Y軸零點推測部25所抽出之表示從Y軸轉矩指令T2到Y軸機械端 變位訊號a2之轉移函數Gfay(s)所具有的零點之轉移函數的多項式Ny(s)、及低通濾波器F(s)而以如下之數式(15)來決定出X軸響應修正部13的響應修正濾波器Gxrc(s)。下述之數式(15)右邊的F(s)與實施形態一樣，係減低軌跡指令產生器1所輸出的X軸位置指令訊號之中之比控制帶域高的頻率成分以抑制急峻的變化，使X軸位置指令訊號變平滑。
[數式15]G xrc (s)=F(s)*N y (s)…(15)
在X軸控制對象212的剛性高之情況，從X軸轉矩指令T1到X軸的機械端的加速度之轉移函數Gfax(s)可用如下之數式(16)來做近似。此處，X軸的機械端的加速度因為X軸馬達212a與X軸負載機械212b係以高剛性相連結，所以可將X軸檢測器212c的檢測值予以二次微分來得出。另外，關於Y軸控制對象22，其從Y軸轉矩指令T2到Y軸測定器24所檢測出的Y軸機械端變位訊號a2之轉移函數Gfay(s)，在與實施形態1一樣假設Y軸機械端變位訊號a2係機械端的加速度之情況可用如下之數式(17)來做近似。
此時，從X軸位置指令xref到X軸機械端位置xa之轉移函數若將其中之分母多項式記為D(s)，就可用多項式D(s)將從xref到xa之轉移函數表示成如下之數式(18)。同樣的，可將從Y軸位置指令yref到Y軸機械端位置ya之轉移函數表示成如下之數式(19)。
此處，與實施形態1一樣，響應修正參數決定部202並非利用反函數來抵銷掉零點，而是採用將Y軸的零點的特性Ny(s)代入X軸響應修正部13的響應修正濾波器Gxrc(s)之方法。此時，從X軸位置指令xref到X軸機械端位置xa之特性及從Y軸位置指令yref到Y軸機械端位置ya之特性係分別如以下之數式(20)、(21)所示，可使X 軸及Y軸的轉移特性一致。
本實施形態之馬達控制裝置係藉由進行如上述之動作，而使得在X軸與在Y軸即使是對於指令之過渡性的響應也會相同，所以具有如下之效果，亦即，即使在使混合存在有剛性低的軸及剛性高的軸之控制對象循著曲線的軌跡動作之情況，也可一邊抑制與指令軌跡之軌跡追隨誤差及振動，一邊進行相對於指令軌跡以高速高精度做沒有偏差變形的響應之軌跡控制。此外，還可提高真圓度(做圓弧動作之情況的指標)。以及，在控制對象的兩軸之中的一軸的剛性高之情況，以較少的量測感測器及修正演算就可進行軌跡控制。
實施形態3.
第6圖係顯示本發明之馬達控制裝置的實施形態3的構成之方塊圖。實施形態3中，與實施形態1之第1圖相同符號之方塊都具有相同的功能，以下將重複的構成及動 作之說明予以省略。如第6圖所示，本實施形態之馬達控制裝置係為在實施形態1之馬達控制裝置的構成上再加上作為第三軸之Z軸後的構成。
軌跡指令產生器301，係輸出對於X軸及Y軸及Z軸之位置指令訊號，亦即X軸位置指令訊號、Y軸位置指令訊號及Z軸位置指令訊號。
Z軸響應修正部33，係利用響應修正濾波器Gzrc(s)來修正軌跡指令產生器301輸出的Z軸位置指令訊號，而將修正後Z軸位置指令輸出至Z軸位置控制部31。響應修正濾波器Gzrc(s)係如後述，其特性由響應修正參數決定部302所決定。
Z軸控制對象32係由：Z軸馬達32a、安裝於Z軸馬達32a之Z軸檢測器32c、以及連結至Z軸馬達32a之Z軸負載機械32b所構成。Z軸控制對象32係藉由Z軸馬達32a產生與Z軸轉矩指令T3對應之轉矩的方式而被驅動。而且，Z軸控制對象32安裝有Z軸測定器34，以計測相當於刀具前端部之Z軸負載機械32b的機械端的位置、速度、加速度之中的任一者之變位訊號。在以下的說明中，將計測的是加速度之此變位訊號記為Z軸機械端變位訊號a3。
Z軸位置控制部31，係依據輸入的修正後Z軸位置指令及Z軸檢測器32c所檢測出的位置檢測值，而以PID控制或二自由度控制之演算算出用來使Z軸馬達32a的位置不發生振動地正確追隨Z軸響應修正部33輸出 的隨時間變化的修正後Z軸位置指令之Z軸轉矩指令T3並將之輸出至Z軸馬達32a。
關於X軸位置控制部11、Y軸位置控制部21及Z軸位置控制部31，其控制參數係設定成：讓從修正後X軸位置指令到以X軸機械端變位訊號a1(加速度)的二次積分加以表示之X軸機械端的位置之響應延遲、與從修正後Y軸位置指令到以Y軸機械端變位訊號a2(加速度)的二次積分加以表示之Y軸機械端的位置之響應延遲、與從修正後Z軸位置指令到以Z軸機械端變位訊號a3(加速度)的二次積分加以表示之Z軸機械端的位置之響應延遲一致。
Z軸加振訊號產生部36，係在進行本實施形態之馬達控制裝置的參數調整之際，在由使用者進行的調整開始的指示操作所決定的時間當中產生M序列波形的訊號，且將M序列加振訊號加到Z軸轉矩指令T3來驅動Z軸馬達32a而對Z軸控制對象32進行激勵。
Z軸零點推測部35，係進行以如上述之Z軸加振訊號產生部36產生加振訊號時之Z軸轉矩指令T3及Z軸測定器34所檢測出的Z軸機械端變位訊號a3作為輸出入資料之系統辨識，而推測出從Z軸轉矩指令T3到Z軸機械端變位訊號a3之轉移函數Gfaz(s)，再將與該轉移函數Gfaz(s)的Z軸的零點有關的資訊予以抽出並將抽出的結果輸出至響應修正參數決定部302。
響應修正參數決定部302，係根據上述的Y 軸的零點的資訊及Z軸的零點的資訊而決定及設定X軸響應修正部13的響應修正濾波器Gxrc(s)的特性，根據上述的X軸的零點的資訊及Z軸的零點的資訊而決定及設定Y軸響應修正部23的響應修正濾波器Gyrc(s)的特性，以及根據上述的X軸的零點的資訊及Y軸的零點的資訊而決定及設定Z軸響應修正部33的響應修正濾波器Gzrc(s)的特性。
Z軸零點推測部35中之系統辨識，係與實施形態1中說明過之X軸或Y軸的情況一樣，在Z軸加振訊號產生部36將M序列加振訊號加到Z軸轉矩指令T3而對Z軸控制對象32進行激勵，而取得Z軸轉矩指令T3及Z軸測定器34所檢測出的Z軸機械端訊號a3的響應的資料。然後，針對該M序列激勵時的輸出入資料，利用例如最小平方法來推測出從Z軸轉矩指令T3到Z軸機械端變位訊號a3之轉移函數Gfaz(s)。在此，針對上述之從Z軸轉矩指令T3到Z軸機械端變位訊號a3之轉移函數Gfaz(s)的特徵進行說明。轉移函數Gfaz(s)在機械端變位訊號a3為機械端的加速度之情況，一般係以如下之數式(22)來做近似。
其中，Jz為Z軸控制對象32的慣性矩，ωpzi 為i次模式的共振頻率，ζpzi為i次模式的共振頻率的衰減比，ωzzj為第j個反共振頻率，亦即複數零點的絕對值，ζzzj為第j個反共振特性，亦即複數零點的衰減比。此處，與上述實施形態的X軸或Y軸一樣，在Z軸方面可使分子的次數為m=1或2來做近似。若將此時的轉移函數的分子記為Nz(s)，則Nz(s)可表示成如下之數式(23)。
Z軸零點推測部35藉由上述的動作而將零點的資訊，亦即上述的數式(23)之多項式的資訊輸出至響應修正參數決定部302。
響應修正參數決定部302，係使用Y軸零點推測部25所抽出之表示從Y軸轉矩指令T2到Y軸機械端變位訊號a2之轉移函數Gfay(s)所具有的零點之轉移函數的多項式Ny(s)、Z軸零點推測部35所抽出之表示從Z軸轉矩指令T3到Z軸機械端變位訊號a3之轉移函數Gfaz(s)所具有的零點之轉移函數的多項式Nz(s)、及低通濾波器F(s)而以如下之數式(24)來決定出X軸響應修正部13的響應修正濾波器Gxrc(s)。
[數式24]G xrc (s)=F(s)*N y (s)*N z (s)…(24)
數式(24)右邊的F(s)為低通濾波器，係用來使響應修正濾波器Gxrc(s)適當化者，此低通濾波器F(s)係減低軌跡指令產生器301所輸出的X軸位置指令訊號之中之比控制帶域高的頻率成分以抑制急峻的變化，使X軸位置指令訊號變平滑。在產生的X軸位置指令訊號原本就很平滑之情況可使F(s)=1。
另外，響應修正參數決定部302，係使用X軸零點推測部15所抽出之表示從X軸轉矩指令T1到X軸機械端變位訊號a1之轉移函數Gfax(s)所具有的零點之轉移函數的多項式Nx(s)、Z軸零點推測部35所抽出之表示從Z軸轉矩指令T3到Z軸機械端變位訊號a3之轉移函數Gfaz(s)所具有的零點之轉移函數的多項式Nz(s)、及低通濾波器F(s)而以如下之數式(25)來決定出Y軸響應修正部23的響應修正濾波器Gyrc(s)。
[數式25]G yrc (s)=F(s)*N x (s)*N z (s)…(25)
數式(25)右邊的F(s)與上述的數式(24)一樣為低通濾波器。
又，響應修正參數決定部302，係使用X軸零點推測部15所抽出之表示從X軸轉矩指令T1到X軸機械端變位訊號a1之轉移函數Gfax(s)所具有的零點之轉移函數的多項式Nx(s)、Y軸零點推測部25所抽出之表示從Y軸轉矩指令T2到Y軸機械端變位訊號a2之轉移函數Gfay(s) 所具有的零點之轉移函數的多項式Ny(s)、及低通濾波器F(s)而以如下之數式(26)來決定出Z軸響應修正部33的響應修正濾波器Gzrc(s)。
[數式26]G zrc (s)=F(s)*N x (s)*N y (s)…(26)
數式(26)右邊的F(s)與數式(24)一樣為低通濾波器。
本實施形態中，也與實施形態1之情況一樣，在X軸位置控制部11、Y軸位置控制部21及Z軸位置控制部31中，將X軸位置控制部11、Y軸位置控制部21及Z軸位置控制部31的控制參數設定成：讓從修正後X軸位置指令到X軸機械端變位訊號a1之響應延遲、與從修正後Y軸位置指令到Y軸機械端變位訊號a2之響應延遲、與從修正後Z軸位置指令到Z軸機械端變位訊號a3之響應延遲一致之目的，係如上述要使在X軸及在Y軸及在Z軸之對於指令的延遲時間相同。
在控制對象之從X軸轉矩指令T1到X軸機械端位置xa之轉移函數、從Y軸轉矩指令T2到Y軸機械端位置ya之轉移函數以及從Z軸轉矩指令T3到Z軸機械端位置za之轉移函數有零點之情況，X軸位置指令xref與X軸機械端位置xa之間的關係可表示成如下之數式(27)，Y軸位置指令yref與Y軸機械端位置ya之間的關係可表示成如下之數式(28)、Z軸位置指令zref與Z軸機械端位置za 之間的關係可表示成如下之數式(29)。
因此，在X軸、Y軸、Z軸的零點的特性不同，亦即Nx(s)≠Ny(s)≠Nz(s)之情況，會因為零點的影響而使得X軸機械端位置xa及Y軸機械端位置ya的軌跡相對於修正後X軸位置指令及修正後Y軸位置指令所指示的指令曲線發生偏差變形。因此，必須進行修正而修正成即使如上述X軸控制對象、Y軸控制對象及Z軸控制對象有零點也不會產生偏離曲線之偏差變形。此處，進行上述的修正之方法，因為實施形態1中說明過的理由而不利用反函數，而是採用在響應修正參數決定部302中，將Y軸的零點的特性Ny(s)及Z軸的零點的特性Nz(s)代入X軸響應修正部13的響應修正濾波器Gxrc(s)，將X軸的零點的特性 Nx(s)及Z軸的零點的特性Nz(s)代入Y軸響應修正部23的響應修正濾波器Gyrc(s)，將X軸的零點的特性Nx(s)及Y軸的零點的特性Ny(s)代入Z軸響應修正部33的響應修正濾波器Gzrc(s)之方法。此時，從X軸位置指令xref到X軸機械端位置xa之特性可表示成如下之數式(30)，從Y軸位置指令yref到Y軸機械端位置ya之特性可表示成如下之數式(31)，從Z軸位置指令zref到Z軸機械端位置za之特性可表示成如下之數式(32)。藉由使X軸的轉移特性、Y軸的轉移特性、Z軸的轉移特性一致，來使零點的影響相同。
根據如此的構成，從X軸的位置指令訊號到X軸的負載機械位置之轉移函數、從Y軸的位置指令訊號到Y軸的負載機械位置之轉移函數、從Z軸的位置指令訊 號到Z軸的負載機械位置之轉移函數就會都相同。
本實施形態之馬達控制裝置係藉由進行如上述之動作，而使得在X軸與在Y軸與在Z軸即使是對於指令之過渡性的響應也會相同，所以具有如下之效果，亦即，即使在使剛性低的控制對象循著曲線的軌跡動作之情況，也可一邊抑制與指令軌跡之軌跡追隨誤差及振動，一邊進行相對於指令軌跡以高速高精度做沒有偏差變形的響應之軌跡控制。
此外，本實施形態係使驅動系統為三軸構成，但不限於此，亦可用同樣的方法來使驅動系統為三軸以上之多軸構成。
實施形態4.
第7圖係顯示本發明之馬達控制裝置的實施形態4的構成之方塊圖。實施形態4中，與實施形態1之第1圖相同符號之方塊都具有相同的功能，以下省略重複的構成及動作之說明。如第7圖所示，本實施形態之馬達控制裝置係為在實施形態1之馬達控制裝置的構成上再加上X軸機械特性分析部417、Y軸機械特性分析部427及自動調整判斷部403的構成。
X軸機械特性分析部417，係以X軸加振訊號產生部16之加振訊號產生時的X軸轉矩指令T1及X軸測定器14所檢測出的X軸機械端變位訊號a1作為輸出入資料而進行從時域到頻域之轉換，並將X軸的頻率特性輸 出至自動調整判斷部403。
Y軸機械特性分析部427，係以Y軸加振訊號產生部26之加振訊號產生時的Y軸轉矩指令T2及Y軸測定器24所檢測出的Y軸機械端變位訊號a2作為輸出入資料而進行從時域到頻域之轉換，並將Y軸的頻率特性輸出至自動調整判斷部403。
自動調整判斷部403，係從X軸機械特性分析部417所輸出之X軸的頻率特性檢測出X軸有無反共振特性，並在有反共振特性之情況將動作命令輸出至X軸零點推測部415。自動調整判斷部403對於Y軸也一樣，從Y軸機械特性分析部427所輸出之Y軸的頻率特性檢測出Y軸有無反共振特性，並在有反共振特性之情況將動作命令輸出至Y軸零點推測部425。有無反共振特性之檢測，係針對取得的頻率特性，利用移動平均濾波器對之實施平滑化處理，抑制相鄰接的頻率間的微小的增益(gain)值的變動而得到概略波形，再從平滑化處理後的頻率特性導出極小點，藉此而進行。
X軸零點推測部415，係若有動作命令從自動調整判斷部403輸出，就進行以X軸加振訊號產生部16之加振訊號產生時的X軸轉矩指令T1及X軸測定器14所檢測出的X軸機械端變位訊號a1作為輸出入資料之系統辨識，推測出從X軸轉矩指令T1到X軸機械端變位訊號a1之轉移函數Gfax(s)，再將與該轉移函數Gfax(s)的X軸的零點有關之資訊予以抽出並將抽出的結果，亦即將表示零 點之轉移函數的多項式Nx(s)的資訊輸出至響應修正參數決定部2。若沒有動作命令從自動調整判斷部403輸出，則將以下之數式(33)輸出至響應修正參數決定部2。
[數式33]N x (s)=1…(33)
Y軸零點推測部425，係若有動作命令從自動調整判斷部403輸出，就進行以Y軸加振訊號產生部26之加振訊號產生時的Y軸轉矩指令T2及Y軸測定器24所檢測出的Y軸機械端變位訊號a2作為輸出入資料之系統辨識，推測出從Y軸轉矩指令T2到Y軸機械端變位訊號a2之轉移函數Gfay(s)，再將與該轉移函數Gfay(s)的Y軸的零點有關之資訊予以抽出並將抽出的結果，亦即將表示零點之轉移函數的多項式Ny(s)的資訊輸出至響應修正參數決定部2。若沒有動作命令從自動調整判斷部403輸出，則將以下之數式(34)輸出至響應修正參數決定部2。
[數式34]N y (s)=1…(34)
形成為如此的構成，即使在控制對象混合存在有剛性低的軸及剛性高的軸之情況，也可自動判別剛性低的軸與剛性高的軸而進行適切的參數調整。具體而言，係在所有軸的剛性都高之情況，將上述的數式(33)及(34)輸入至響應修正參數決定部2，所以若將從X軸位置指令 xref到X軸機械端位置xa之轉移函數的分母多項式記為D(s)，則從X軸位置指令xref到X軸機械端位置xa之特性可用低通濾波器F(s)而將之表示成如下之數式(35)。
同樣的，從Y軸位置指令yref到Y軸機械端位置ya之特性可表示成如下之數式(36)。
如此，就可使X軸的轉移特性與Y軸的轉移特性一致。另外，在有任一個軸的剛性低之情況，係與實施形態2中的X軸與Y軸的關係一樣，可使X軸的轉移特性與Y軸的轉移特性一致。在所有軸的剛性都低之情況，則是與實施形態1中的X軸與Y軸的關係一樣，可使X軸的轉移特性與Y軸的轉移特性一致。
本實施形態之馬達控制裝置係藉由進行如上述之動作，而在使混合存在有剛性低的軸及剛性高的軸之控制對象循著曲線的軌跡動作之情況，即使各軸的剛性的高低不明也可自動判別剛性低的軸與剛性高的軸而進行適切的參數調整，使得在X軸與在Y軸即使是相對於指令之 過渡性的響應也會相同，所以具有如下之效果，亦即，可一邊抑制與指令軌跡之軌跡追隨誤差及振動，一邊進行相對於指令軌跡以高速高精度做沒有偏差變形的響應之軌跡控制。
此外，本實施形態係使驅動系統為二軸構成，但不限於此，亦可用同樣的方法來使驅動系統為三軸以上之多軸構成。
實施形態5.
第8圖係顯示本發明之馬達控制裝置的實施形態5的構成之方塊圖。實施形態5中，與實施形態1之第1圖相同符號之方塊都具有相同的功能，以下省略重複的構成及動作之說明。如第8圖所示，本實施形態之馬達控制裝置係具備有頻率響應顯示部504來取代實施形態1之馬達控制裝置的X軸零點推測部15及Y軸零點推測部25。頻率響應顯示部504係具備有第一監視器(monitor)部504a、第二監視器部504b以及使用者(user)輸入裝置504c。第9圖係顯示本發明之馬達控制裝置的實施形態5的構成所具備的頻率響應顯示部504之圖。
第一監視器部504a，係進行以X軸加振訊號產生部16之加振訊號產生時的X軸轉矩指令T1及X軸測定器14所檢測出的X軸機械端變位訊號a1作為輸出入資料之系統辨識，並將從X軸轉矩指令T1到X軸機械端變位訊號a1之頻率特性Frx、及將頻率特性Frx予以低維度模 型化而得到的轉移函數Gfax5(s)的頻率特性Ffax5(s)顯示在同一個圖表(graph)上。在第9圖中，係以實線表示頻率特性Frx，以虛線表示頻率特性Ffax5。
第二監視器部504b，係進行以Y軸加振訊號產生部26之加振訊號產生時的Y軸轉矩指令T2及Y軸測定器24所檢測出的Y軸機械端變位訊號a2作為輸出入資料之系統辨識，並將從Y軸轉矩指令T2到Y軸機械端變位訊號a2之頻率特性Fry、及將頻率特性Fry予以低維度模型化而得到的轉移函數Gfay5(s)的頻率特性Ffay5顯示在同一個圖表上。在第9圖中，係以實線表示頻率特性Fry，以虛線表示頻率特性Ffay5。
使用者輸入裝置504c，係為可由使用者針對低維度模型化所得到的Gfax5(s)、Gfay5(s)以手動操作變更各個轉移函數的參數，以及指示要在第一監視器部504a進行參數變更後的頻率特性Ffax5的刷新、要在第二監視器部504b進行參數變更後的頻率特性Ffay5的刷新之構成。
最後，在使用者並未以手動操作進行參數變更之情況，使用者輸入裝置504c將最初在第一監視器部504a及第二監視器部504b導出的低維度模型化的轉移函數Gfax5(s)、Gfay5(s)的結果輸出至頻率響應顯示部504，在使用者以手動操作進行了參數變更之情況，將參數變更後的低維度模型化的轉移函數Gfax5(s)、Gfay5(s)的結果輸出至頻率響應顯示部504。
頻率響應顯示部504，係根據從使用者輸入 裝置504c輸出的低維度模型化的轉移函數Gfax5(s)、Gfay5(s)的結果，而將各軸的調整用參數輸出至響應修正參數決定部2並將之顯示出來。使用者在判斷有必要再調整X軸的響應性之情況就利用使用者輸入裝置504c調整Y軸的低維度模型Gfay5(s)的轉移函數的參數，在判斷有必要再調整Y軸的響應性之情況就利用使用者輸入裝置504c調整X軸的低維度模型Gfax5(s)的轉移函數的參數。
根據如此的構成，就具有：在X軸及Y軸的響應修正參數之調整時，可一邊以頻率響應顯示部504所導出的各軸的調整用參數為基本，一邊在使用者希望再加上手動調整的情況在畫面上確認參數的變更程度而簡單地進行設定作業之效果。
此外，本實施形態係使驅動系統為二軸構成，但不限於此，亦可形成為用同樣的方法來使驅動系統為三軸以上之多軸構成，且具備有與各軸對應的複數個監視器之構成。
以上，如在實施形態1至5中說明過的，本發明之馬達控制裝置，係具備有：藉由針對各軸之位置回授(feedback)而做控制之位置控制部；從各軸的轉矩指令及連結至馬達之負載機械的變位訊號來推測各軸的零點的特性之零點推測部；根據零點推測部所推測出的零點的特性，而演算出各軸的響應修正濾波器之響應修正參數決定部；以及依照響應修正參數決定部所演算出的響應修正濾波器對於要給各軸之位置指令實施轉換而得到修正後位置 指令並將之輸入至各位置控制部之響應修正部，且響應修正參數決定部係根據在零點推測部得到的各軸的零點的特性來設定各軸的響應修正部，使各軸之從指令到機械端位置之轉移函數相同，因此在對於控制對象進行驅動之馬達控制裝置中，即使是剛性低的機械也可用高加減速來加以驅動，可進行能夠使機械端所走的軌跡不發生偏差地追隨指令曲線之軌跡控制。
(產業上之可利用性)
如以上所述，本發明之馬達控制裝置可利用於控制對象由低剛性機械系統所構成之工作機械及機器人，尤其適合利用於NC工作機械及產業用機器人。
1‧‧‧軌跡指令產生器
11‧‧‧X軸位置控制部
13‧‧‧X軸響應修正部
22‧‧‧Y軸控制對象
22a‧‧‧Y軸馬達
22b‧‧‧Y軸負載機械
22c‧‧‧Y軸檢測器
24‧‧‧Y軸測定器
25‧‧‧Y軸零點推測部
26‧‧‧Y軸加振訊號產生部
202‧‧‧響應修正參數決定部
212‧‧‧X軸控制對象
212a‧‧‧X軸馬達
212b‧‧‧X軸負載機械
212c‧‧‧X軸檢測器
221‧‧‧Y軸位置控制部
a2‧‧‧Y軸機械端變位訊號
T1‧‧‧X軸轉矩指令
T2‧‧‧Y軸轉矩指令

Claims (6)

  1. 一種馬達控制裝置，係對於連結至第一控制對象內的第一負載機械之第一馬達及連結至第二控制對象內的第二負載機械之第二馬達進行控制者，具備有：第一檢測器，檢測前述第一馬達的位置；第二檢測器，檢測前述第二馬達的位置；軌跡指令產生器，輸出對於前述第一控制對象的位置指令，亦即第一位置指令、及對於前述第二控制對象的位置指令，亦即第二位置指令；響應修正部，進行使響應修正濾波器作用於來自前述軌跡指令產生器的前述第一位置指令之演算而輸出修正後位置指令；第一位置控制部，以來自前述響應修正部的前述修正後位置指令及由前述第一檢測器所檢測出的位置作為輸入而產生用來使前述第一檢測器所檢測出的位置與前述修正後位置指令一致之第一轉矩指令；第二位置控制部，以來自前述軌跡指令產生器的前述第二位置指令及由前述第二檢測器所檢測出的位置作為輸入而產生用來使前述第二檢測器所檢測出的位置與前述第二位置指令一致之第二轉矩指令；測定器，檢測前述第二控制對象內的第二負載機械的機械端變位；零點推測部，依據前述第二轉矩指令或前述第二位置指令及前述機械端變位，抽出從前述第二轉矩指 令到前述機械端變位之轉移函數的零點的特性；以及響應修正參數決定部，使用前述零點推測部所抽出的前述零點的特性來進行前述響應修正部的前述響應修正濾波器的設定，且前述第一位置控制部產生的第一轉矩指令係被輸入至前述第一馬達，前述第二位置控制部產生的第二轉矩指令係被輸入至前述第二馬達。
  2. 如申請專利範圍第1項之馬達控制裝置，更具備有：第二響應修正部，進行使與作為第一響應修正濾波器之前述響應修正濾波器不同之作為另一修正濾波器之第二響應修正濾波器作用於前述第二位置指令之演算，而將與作為修正後第一位置指令之前述修正後位置指令不同之作為另一修正後位置指令之修正後第二位置指令輸出至與作為第一位置控制部之前述位置控制部不同之作為另一位置控制部之前述第二位置控制部；第一測定器，檢測前述第一控制對象內的第一負載機械的機械端變位，亦即第一機械端變位，且係與作為第二測定器之前述測定器不同者；以及第一軸零點推測部，依據前述第一轉矩指令、或前述第一位置指令及前述第一機械端變位，抽出從前述第一轉矩指令到前述第一機械端變位之轉移函數的零點，亦即第一軸零點的特性，且係與作為第二軸零點推測部之前述零點推測部不同者，且 前述響應修正參數決定部，係使用前述第一軸零點推測部所抽出的前述第一軸零點的特性來進行前述第二響應修正部的前述第二響應修正濾波器的設定。
  3. 如申請專利範圍第2項之馬達控制裝置，更具備有：第一軸加振訊號產生部，產生用以進行系統辨識而加到前述第一轉矩指令之第一加振訊號；以及第二軸加振訊號產生部，產生用以進行系統辨識而加到前述第二轉矩指令之第二加振訊號，且前述第一軸零點推測部，係從以前述第一加振訊號為基礎之輸入訊號及前述第一機械端變位，辨識出從前述第一加振訊號到前述第一機械端變位之轉移函數，來抽出第一軸零點的特性，前述第二軸零點推測部，係依據以前述第二加振訊號為基礎之輸入訊號及由前述第二測定器所檢測出的前述第二機械端變位，辨識出從前述第二加振訊號到前述第二機械端變位之轉移函數，來抽出第二軸零點的特性。
  4. 如申請專利範圍第3項之馬達控制裝置，更具備有：第一機械特性分析部，根據以前述第一加振訊號為基礎之輸入訊號及前述第一機械端變位，而求出前述第一控制對象的第一頻率特性；第二機械特性分析部，根據以前述第二加振訊號為基礎之輸入訊號及前述第二機械端變位，而求出前述第二控制對象的第二頻率特性；以及 自動調整判斷部，從前述第一頻率特性及前述第二頻率特性分別探究第一軸及第二軸有無反共振特性，而決定是否使前述第一軸零點推測部及前述第二軸零點推測部動作，且前述響應修正參數決定部進行前述第一響應修正濾波器及前述第二響應修正濾波器之設定時，在前述自動調整判斷部使前述第一軸零點推測部動作時係也使用前述第一軸的反共振特性來進行前述第二響應修正濾波器的設定，在前述自動調整判斷部使前述第二軸零點推測部動作時係也使用前述第二軸的反共振特性來進行前述第一響應修正濾波器的設定。
  5. 一種馬達控制裝置，係對於連結至第一控制對象內的第一負載機械之第一馬達及連結至第二控制對象內的第二負載機械之第二馬達進行控制者，具備有：第一檢測器，檢測前述第一馬達的位置；第二檢測器，檢測前述第二馬達的位置；軌跡指令產生器，輸出對於前述第一控制對象的位置指令，亦即第一位置指令、及對於前述第二控制對象的位置指令，亦即第二位置指令；第一響應修正部，進行使第一響應修正濾波器作用於來自前述軌跡指令產生器的前述第一位置指令之演算而輸出第一修正後位置指令；第一位置控制部，以來自前述第一響應修正部的前述第一修正後位置指令及由前述第一檢測器所檢測出 的位置作為輸入，而產生用來使前述第一檢測器所檢測出的位置與前述第一修正後位置指令一致之第一轉矩指令；第二響應修正部，進行使第二響應修正濾波器作用於來自前述軌跡指令產生器的前述第二位置指令之演算而輸出第二修正後位置指令；第二位置控制部，以來自前述第二響應修正部的前述第二修正後位置指令及由前述第二檢測器所檢測出的位置作為輸入而產生用來使前述第二檢測器所檢測出的位置與前述第二修正後位置指令一致之第二轉矩指令；第一測定器，檢測前述第一控制對象內的第一負載機械的第一機械端變位；第二測定器，檢測前述第二控制對象內的第二負載機械的第二機械端變位；頻率響應顯示部，依據前述第一轉矩指令或前述第一位置指令、前述第一機械端變位、前述第二轉矩指令或前述第二位置指令、及前述第二機械端變位，而顯示出頻率特性；前述頻率響應顯示部的第一監視器部，依據前述第一轉矩指令或前述第一位置指令及前述第一機械端變位，計算出從前述第一轉矩指令到前述第一機械端變位之第一頻率特性，而顯示出前述第一頻率特性及簡易地以轉移函數來表現前述第一頻率特性所得到的 第一簡易模型的頻率特性；前述頻率響應顯示部的第二監視器部，依據前述第二轉矩指令或前述第二位置指令及前述第二機械端變位，計算出從前述第二轉矩指令到前述第二機械端變位之第二頻率特性，而顯示出前述第二頻率特性及簡易地以轉移函數來表現前述第二頻率特性所得到的第二簡易模型的頻率特性；前述頻率響應顯示部的使用者輸入裝置，用來針對前述頻率響應顯示部的前述第一監視器部所顯示的前述第一簡易模型的頻率特性及前述第二監視器部所顯示的前述第二簡易模型的頻率特性進行圖形形狀的設定變更；以及響應修正參數決定部，使用前述頻率響應顯示部的前述第一監視器部所得到的前述第一簡易模型的轉移函數的資訊及前述第二監視器部所得到的前述第二簡易模型的轉移函數的資訊，而進行前述第一響應修正部的前述第一響應修正濾波器及前述第二響應修正部的前述第二響應修正濾波器的設定。
  6. 如申請專利範圍第5項之馬達控制裝置，更具備有：第一軸加振訊號產生部，產生用以進行系統辨識而加到前述第一轉矩指令之第一加振訊號；以及第二軸加振訊號產生部，產生用以進行系統辨識而加到前述第二轉矩指令之第二加振訊號，且前述第一監視器部，係依據已加上前述第一加振 訊號時的前述第一轉矩指令及前述第一機械端變位，計算出前述第一頻率特性，而顯示出前述第一頻率特性及簡易地以轉移函數來表現前述第一頻率特性所得到的第一簡易模型的頻率特性，前述第二監視器部，係依據已加上前述第二加振訊號時的前述第二轉矩指令及前述第二機械端變位，計算出前述第二頻率特性，而顯示出前述第二頻率特性及簡易地以轉移函數來表現前述第二頻率特性所得到的第二簡易模型的頻率特性。
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