TWI674743B

TWI674743B - 同動機構的伺服驅動器控制系統

Info

Publication number: TWI674743B
Application number: TW107132571A
Authority: TW
Inventors: 王士銓; 朱勝嵐; 林立任; 許志榮; 林秉毅; 賴炎生
Original assignee: 士林電機廠股份有限公司
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2019-10-11
Also published as: TW202013877A

Abstract

一種同動機構的伺服驅動器控制系統，包括一上位控制器、一伺服驅動器、一第1軸伺服馬達、一第1軸伺服馬達之編碼器、一第2軸伺服馬達、一第2軸伺服馬達之編碼器及一同動機構，在伺服驅動器中更包括有：一平均回授補償器，係可對於同動機構在兩軸之位置對位置控制、位置對速度控制、位置對電流控制、速度對速度控制、速度對電流控制及電流對電流控制的情況下，達到同動機構之同動誤差最小化的控制，可有效避免同動機構之在負載不平衡的情況下所造成的應力損害。

Description

同動機構的伺服驅動器控制系統

本發明係關於一種同動機構的伺服驅動器控制系統，特別是關於一種多軸同動機構下使用的伺服驅動器控制系統，可使多軸同動機構之同動誤差可以達到最小化的控制及應用。

多軸同動機構是指有多個伺服馬達連結在一同動機構上作同動運轉的設備，例如龍門加工機(Gantry)即為雙軸同動應用的其中一種設備，如圖1所示，即為習知驅動同動機構400運轉的串聯式同動控制系統方塊圖，此同動控制系統有一位置命令經由第1軸位置控制2031、第1軸速度控制2041、第1軸電流控制2051至第1軸伺服馬達301，控制第1軸伺服馬達301運轉至位置命令所指定的位置，而第1軸伺服馬達301之編碼器3011之脈波輸出則做為第2軸伺服馬達302的位置命令之用，同樣經由第2軸位置控制2032、第2軸速度控制2042及第2軸電流控制2052傳送至第2軸伺服馬達302，控制第2軸伺服馬達302運轉至指定位置。

在所有的同動控制系統接收到位置命令控制伺服馬達同動運轉時，都需要先知道同動機構400每一軸目前的位置、速度及電流，進行回授計算後才能做出正確的同動控制，因此在第1軸及第2軸的位置控制、速度控制及電流控制之前，都會與目前的位置回授、速度回授及電流回授相減，如位置命令會先與位置回授相減才送至第1軸位置控制2031、第2軸位置控制2032，位置控制的輸出再與速度回授相減後才送至第1軸速度控制2041、第2軸速度控制2042，速度控制的輸出再與電流回授相減後才送至第1軸電流控制2051、第2軸電流控制2052，最後才送至伺服馬達301、302，以控制伺馬達同動運轉至指定位置。

然而此串聯式同動控制系統是屬於主、從式控制架構，缺點在於同動機構400剛性稍弱的情況下，由於主、從式位置命令的傳遞方式將有可能造成信號延遲，將使得同動機構400的同動誤差更大，造成同動機構400的拉扯，使同動機構400損害的可能性大增。

如圖2所示，為習知另一種並聯式的同動控制系統方塊圖，此控制系統的位置命令是同時在雙軸的控制迴路中傳遞，如位置命令經由第1軸位置控制2031、第1軸速度控制2041、第1軸電流控制2051至第1軸伺服馬達301，同時位置命令亦經由第2軸位置控制2032、第2軸速度控制2042、第2軸電流控制2052至第2軸伺服馬達302，以同時控制第1軸及第2軸的伺服馬達301、302同時運轉至指定位置。

然而此並聯式同動控制系統的缺點在於，位置命令在雙軸迴路中的信號傳遞至伺服馬達的時間並不一定達到同步，或是同動機構400上兩側的負載不平均的情況下，由於兩軸間的伺服馬達，彼此之間的位置回授並不知道且不相同，仍然可能造成同動機構400之同動誤差發生，亦造成同動機構400的拉扯，使同動機構400損害可能性發生。

如圖3所示，係為習知並聯式含交叉耦合補償的同動控制系統方塊圖。圖3是改良圖1與圖2的主要問題與缺點，因此圖3的控制系統與圖2的並聯式同動控制系統相近，僅增加了一交叉耦合補償器208，交叉耦合補償器208的輸入側連結了兩軸間伺服馬達301、302之編碼器³⁰¹¹、³⁰²¹後，即擁有了兩軸間伺服馬達301、302彼此之間的位置回授信號，再經由交叉耦合補償器208之補償量回授至兩軸的電流控制迴路，藉此來補償兩軸間伺服馬達301、302的位置回授不相等的情況。

如圖4所示，係為圖3中交叉耦合補償器的方塊圖，交叉耦合補償器208的輸入為第1軸位置回授與第2軸位置回授之信號，分別經由一X常數增益C_X 2081與一Y常數增益C_Y 2082，再經由一減法器2083後，透過一同動控制器2084作同動控制後，輸出分別再經由一X常數增益C_X 2081與一Y常數增益C_Y 2082作為第1軸補償量與第2軸補償量之用。

圖3的控制系統改善了原本兩軸間伺服馬達301、302彼此之間的位置回授並不知道的問題，並針對兩軸間的位置回授信號之差異，也就是同動機構400之同動誤差進行彼此互相追隨而產生抵銷之效果。但是此控制系統的主要缺點一為交叉耦合補償器208含同動控制器2084之參數，最少有3個參數需要進行調整；缺點二為補償之方式乃採用兩軸間伺服馬達之位置回授信號相減進行，亦也可能造成在同動控制器2084控制參數設定不佳的情況下，造成同動誤差之追隨產生振盪與收斂時間較長的問題發生。

如圖5所示，係為習知兩個伺服驅動器控制同動機構的方塊圖，圖5是將圖3的並聯式交叉耦合補償同動控制系統分別整合在兩個伺服驅動器201、202中進行實現，位置/速度/電流命令僅由一個上位控制器100產生一個輸出命令即可，分別送入第1軸的伺服驅動器201及第2軸的伺服驅動器202，圖3中的第1軸與第2軸的位置控制迴路、速度控制迴路、電流控制迴路與交叉耦合補償器208分別在此兩個伺服驅動器201、202中進行演算法實現，而此兩個伺服驅動器201、202又分別驅動第1軸伺服馬達301與第2軸伺服馬達302，並將第1軸及第2軸伺服馬達之編碼器3011、3021的位置/速度回授分別傳送至兩個伺服驅動器201、202中。

由於要實現圖4的交叉耦合補償器，需要將第1軸伺服馬達與第2軸伺服馬達之位置回授資訊讓兩個伺服驅動器201、202相互擷取到，故使用此兩個伺服驅動器201、202之脈波輸出2011、2021與光學尺2012、2022兩個端子的信號相互連結，方可讓兩個伺服驅動器201、202可以計算出彼此間伺服馬達之位置回授差異，也就是同動機構400之同動誤差為何。此兩個伺服驅動器201、202控制同動機構400的控制系統，主要缺點在於兩個伺服驅動器201、202之脈波輸出2011、2021與光學尺2012、2022兩個端子的信號需要相互連結，故會導致實際兩軸間伺服馬達之位置回授信號產生延遲，以及額外配線有可能導致高頻信號的相互干擾，反而使得要達成同動機構400之同動誤差最小化會有一個限制存在。

本發明之目的在於解決上述習知同動控制系統的缺點，藉由單一的伺服驅動器進行同動機構之同動誤差最小化控制，因此不會有脈波輸出與光學尺兩個端子的信號相互連結，所造成信號延遲與額外配線產生之高頻信號干擾問題。

為達成上述目的，本發明主要技術特徵係在於提出一種同動機構的伺服驅動器控制系統，包括一同動機構連結至少二伺服馬達之軸端，每一伺服馬達皆設有編碼器，一伺服驅動器接收一上位控制器所產生之位置/速度/電流命令，產生可同時驅動伺服馬達運轉的位置/速度/電流控制，並分別接收編碼器產生之伺服馬達的一位置/速度回授資訊進行回授補償，以達成同動機構之同動誤差最小化控制的目的。

為達成上述目的，本發明之次要技術特徵係在於提供上述同動機構的伺服驅動器控制系統，其中伺服驅動器包括有一平均回授補償器，可在伺服驅動器中直接計算第1軸伺服馬達之編碼器與第2軸伺服馬達之編碼器位置/速度回授信號之平均值，也就是使用同動機構之同動誤差之一半的位置/速度來進行各軸伺服馬達的補償，而只需要調整1個同動控制器之控制增益即可，故本發明可以有效改善習知的並聯式含交叉耦合補償同動控制下所造成同動誤差之追隨產生振盪與收斂時間較長的問題，故擁有更小的同動機構之同動誤差之優點。本發明又比習知的並聯式含交叉耦合補償同動控制所需調整的3個參數少兩個，更增添同動控制應用上的便利性。

為達成上述目的，本發明之再一技術特徵係提供上述同動機構的伺服驅動器控制系統，可使用在同動機構剛性一般情況下，對於伺服驅動器進行位置對位置控制與速度信號平均回授補償之同動驅動控制，或者進行位置對位置控制與位置信號平均回授補償之同動驅動控制，又或者進行速度對速度控制與位置信號平均回授補償之同動驅動控制，再或者進行電流對電流控制與位置信號平均回授補償之同動驅動控制。

為達成上述目的，本發明之又一技術特徵係提供上述同動機構的伺服驅動器控制系統，可使用在同動機構剛性較高情況下，對於伺服驅動器進行位置對速度控制與位置信號平均回授補償之同動驅動控制。

為達成上述目的，本發明之另一技術特徵係提供上述同動機構的伺服驅動器控制系統，可使用在同動機構剛性最高情況下，對於伺服驅動器進行位置對電流控制與位置信號平均回授補償，以及進行速度對電流控制與位置信號平均回授補償之同動驅動控制。

100‧‧‧上位控制器

200‧‧‧伺服驅動器

201‧‧‧伺服驅動器

2011‧‧‧脈波輸出

2012‧‧‧光學尺

202‧‧‧伺服驅動器

2021‧‧‧脈波輸出

2022‧‧‧光學尺

2031‧‧‧第1軸位置控制

2032‧‧‧第2軸位置控制

2041‧‧‧第1軸速度控制

2042‧‧‧第2軸速度控制

2051‧‧‧第1軸電流控制

2052‧‧‧第2軸電流控制

206‧‧‧減法器

207‧‧‧加法器

208‧‧‧交叉耦合補償器

2081‧‧‧X常數增益

2082‧‧‧Y常數增益

2083‧‧‧減法器

2084‧‧‧同動控制器

209‧‧‧平均回授補償器

2091‧‧‧加法器

2092‧‧‧平均值計算器

2093‧‧‧減法器

2094‧‧‧同動控制器

301‧‧‧第1軸伺服馬達

3011‧‧‧編碼器

302‧‧‧第2軸伺服馬達

3021‧‧‧編碼器

400‧‧‧同動機構

圖1為習知的串聯式同動控制系統方塊圖。

圖2為習知的並聯式同動控制系統方塊圖。

圖3為習知並聯式含交叉耦合補償同動控制系統方塊圖。

圖4為圖3中交叉耦合補償器的方塊圖。

圖5為習知兩個伺服驅動器控制同動機構的方塊圖。

圖6為本發明同動機構的伺服驅動器控制系統方塊圖。

圖7A為本發明位置對位置控制與速度信號回授補償之系統方塊圖。

圖7B為本發明位置對位置控制與位置信號回授補償之系統方塊圖。

圖7C為本發明的平均回授補償器方塊圖。

圖8A為本發明位置命令響應圖。

圖8B為本發明與習知比較之同動誤差響應圖。

圖9A為本發明位置對速度控制與位置信號回授補償之系統方塊圖。

圖9B為本發明位置對電流控制與位置信號回授補償之系統方塊圖。

圖10A為本發明速度對速度控制與位置信號回授補償之系統方塊圖。

圖10B為本發明速度對電流控制與位置信號回授補償之系統方塊圖。

圖11為本發明電流對電流控制與位置信號回授補償之系統方塊圖。

請參閱圖6所示，圖6係為本發明同動機構的伺服驅動器控制系統方塊圖。本發明同動機構的伺服驅動器控制系統主要包括：一同動機構400、一上位控制器100及一伺服驅動器200，其中該同動機構400連接有至少二組伺服馬達301、302的軸端，如龍門加工平台的兩軸伺服馬達，而每組伺服馬達301、302上皆設有一編碼器3011、3021。其中該上位控制器100可產生一位置/速度/電流命令連結至該伺服驅動器200，該伺服驅動器200可同時驅動該第1軸伺服馬達301及該第2軸伺服馬達302運轉的位置/速度/電流控制，而該第1軸伺服馬達301及該第2軸伺服馬達302之軸端分別連結到該同動機構400，以使該同動機構400作同動控制。

其中該第1軸伺服馬達301之編碼器3011及該第2軸伺服馬達302之編碼器3021會同時將所對應之各軸伺服馬達目前即時的位置/速度回授資訊傳送至該伺服驅動器200來進行位置或速度的平均回授補償，使該同動機構400之同動誤差控制在最小化的範圍內。

而本發明為達到同動機構之同動誤差最小化控制，因此在該伺服驅動器200中設計了一平均回授補償器209，其在該上位控制器100產生位置命令、速度命令或者電流命令之不同情況下，本發明伺服驅動系統將該平均回授補償器209做不同實施例之說明如下：實施例一：該上位控制器100產生位置命令，且兩軸的控制迴路皆為位置命令之情況；請參閱圖7A所示，係為本發明位置對位置控制與速度信號回授補償之伺服驅動器控制系統方塊圖。其中該伺服驅動器200中除了平均回授補償器209外更包括六減法器206、二加法器207、第1軸控制迴路及第2軸控制迴路，其中第1軸控制迴路中包括有一第1軸位置控制2031、一第1軸速度控制2041、一第1軸電流控制2051，而第2軸控制迴路中包括有一第2軸位置控制2032、一第2軸速度控制2042、一第2軸電流控制2052。

其中該上位控制器100所產生的位置/速度/電流命令為一位置命令，該位置命令作為該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達302之位置控制使用，在此時該第1軸伺服馬達301之編碼器3011輸出的是第1軸伺服馬達的速度回授信號，該第2軸伺服馬達302之編碼器3021輸出的是第2軸伺服馬達的速度回授信號，同時將兩軸的速度回授信號回傳至該伺服驅動器200中的平均回授補償器209，進行同動誤差最小化控制的回授補償。

其中該上位控制器100產生的位置命令會同時分別傳送至該第1軸位置控制2031及該第2軸位置控制2032，並同時分別經該第1軸速度控制2041及該第2軸速度控制2042、該第1軸電流控制2051及該第2軸電流控制2052後，該伺服驅動器200直接驅動該第1軸伺服馬達301及該第2軸伺服馬達302運轉，該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達302分別同時連結至該同動機構400的兩側作同動控制。

其中位置命令在傳送至該第1軸位置控制2031前會先經該減法器206與第1軸位置回授相減，同時位置命令亦會先經該減法器206與第2軸位置回授相減，才會傳送至該第2軸位置控制2032。而該第1軸位置控制2031之輸出則會經該減法器206與第1軸速度回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第1軸補償量相加後，才傳送至該第1軸速度控制2041，同時該第2軸位置控制2032之輸出亦經該減法器206與第2軸速度回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第2軸補償量相加後才傳送至該第2軸速度控制2042。又該第1軸速度控制2041之輸出經該減法器206與第1軸電流回授相減後傳送至該第1軸電流控制2051，同時該第2軸速度控制2042之輸出經該減法器206與第2軸電流回授相減後傳送至該第2軸電流控制2052。

請參閱圖7B所示，係為本發明位置對位置控制與位置信號回授補償之伺服驅動器控制系統方塊圖。與圖7A的差異在於：圖7A的該伺服驅動器200中第1軸伺服馬達301之編碼器3011與第2軸伺服馬達302之編碼器3021是產生速度回授信號，且該平均回授補償器209的輸出是同時分別回授到該第1軸速度控制2041前及該第2軸速度控制2042前，而圖7B中該第1軸伺服馬達301之編碼器3011與該第2軸伺服馬達302之編碼器3021是產生位置回授信號，回傳至該伺服驅動器200中的平均回授補償器209，且該平均回授補償器209的輸出則同時分別回授到該第1軸電流控制2051前及該第2軸電流控制2052前。

因此在圖7B中，該第1軸位置控制2031的輸出經該減法器206與第1軸速度回授相減後直接傳送至該第1軸速度控制2041，同時該第2軸位置控制2032的輸出經該減法器206與第2軸速度回授相減後直接傳送至該第2軸速度控制2042，而該第1軸速度控制2041之輸出經該減法器206與第1軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第1軸補償量相加後才傳送至該第1軸電流控制2051，同時該第2軸速度控制2042之輸出經該減法器206與第2軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第2軸補償量相加後才傳送至該第2軸電流控制2052。

本發明為達同動機構之同動誤差最小化控制，因此提出一種平均回授補償器的控制法則，請參閱圖7C所示，係為本發明平均回授補償器的方塊圖。本發明的平均回授補償器209包括有：一加法器2091、一平均值計算器2092、二減法器2093及一同動控制器2094。該平均回授補償器209具有二輸入端，分別為第1軸回授量與第2軸回授量，回授量可為兩軸間伺服馬達的位置或速度回授信號，此兩軸的回授量經由該加法器2091相加處理後，經由該平均值計算器2092計算其平均量，再分別與原本各軸回授量經由該減法器2093進行相減，各軸分別獲得一與該同動機構400平均位置/速度量的差值，此時再透過該同動控制器2094來調整，可分別獲得第1軸補償量與第2軸補償量，再分別回傳各軸的補償量至第1軸控制迴路及第2軸控制迴路。

請一併參閱圖8A及圖8B所示，圖8A係為本發明之位置命令響應圖，圖8B係為本發明與習知比較之同動誤差響應圖。由圖8A可知在位置命令改變的過程中造成同動機構有加速度的變化，而從圖8B可看出習知並聯式同動控制(粗實線)、習知並聯式含交叉耦合補償同動控制(點虛線)與本發明平均回授補償器同動控制(短虛線)，分別對於同動機構之同動誤差之響應可發現：本發明所提出的平均回授補償器的控制法則皆優於習知的控制法則，且同動誤差更小、同動誤差所需收斂時間更短，故證實本發明之伺服驅動器控制系統能有效改善習知的問題與缺點。

實施例二：該上位控制器100產生位置命令，第1軸控制迴路為位置命令，第2軸控制迴路為速度命令或電流命令之情況；請參閱圖9A所示，係為本發明位置對速度控制與位置信號回授補償之伺服驅動器控制系統方塊圖，其中該伺服驅動器200包括五減法器206、二加法器207、第1軸控制迴路、第2軸控制迴路及平均回授補償器209，其中第1軸控制迴路中包括有一第1軸位置控制2031、一第1軸速度控制2041、一第1軸電流控制2051，而第2軸控制迴路中包括有一第2軸速度控制2042、一第2軸電流控制2052。

其中該上位控制器100所產生的位置/速度/電流命令為一位置命令，該位置命令作為該第1軸伺服馬達301之位置控制使用，而該第2軸伺服馬達302之速度命令則是由該第1軸位置控制2031之輸出而來，在此時該第1軸伺服馬達301之編碼器3011與該第2軸伺服馬達302之編碼器3021的輸出為位置回授信號，同時回傳至該伺服驅動器200中的平均回授補償器209，進行該同動機構400之同動誤差最小化控制的回授補償。

其中該上位控制器100產生的位置命令經該減法器206與第1軸位置回授相減後傳送至該第1軸位置控制2031，該第1軸位置控制2031之輸出經該減法器206與第1軸速度回授相減後傳送至該第1軸速度控制2041，同時該第1軸位置控制2031之輸出經該減法器206與第2軸速度回授相減後傳送至該第2軸速度控制2042。在該第1軸速度控制2041之輸出經該減法器206與第1軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制2051，同時該第2軸速度控制2042之輸出經該減法器206與第2軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制2052，該第1軸電流控制2051及該第2軸電流控制2052分別直接驅動該第1軸伺服馬達301及該第2軸伺服馬達302運轉，該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達 302分別同時連結至該同動機構400的兩側作同動控制。

請參閱圖9B所示，係為本發明位置對電流控制與位置信號回授補償之伺服驅動器控制系統方塊圖。與圖9A的差異在於該伺服驅動器200包括：四減法器206，且在第2軸迴路中僅只有一第2軸電流控制2052，而該上位控制器100輸出的位置命令係作為該第1軸伺服馬達301之位置控制使用，該第2軸伺服馬達302之電流命令則是由該第1軸速度控制2041之輸出而來。同樣地，該第1軸伺服馬達301之編碼器3011與該第2軸伺服馬達302之編碼器3021的輸出是位置回授信號，回傳至該伺服驅動器200中的平均回授補償器209，且該平均回授補償器209的輸出則同時分別回授到該第1軸電流控制2051前及該第2軸電流控制2052前。

因此在圖9B中，該第1軸位置控制2031之輸出經該減法器206與第1軸速度回授相減後僅傳送至該第1軸速度控制2041，而該第1軸速度控制2041之輸出經該減法器206與第1軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制2051，同時該第1軸速度控制2041之輸出經該減法器206與第2軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制2052，該第1軸電流控制2051與該第2軸電流控制2052的輸出直接分別驅動該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達302運轉，該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達302分別同時連結至該同動機構400的兩側作同動控制。

實施例三：該上位控制器100產生速度命令，第1軸控制迴路為速度命令，第2軸控制迴路為速度命令或電流命令之情況；請參閱圖10A所示，係為本發明速度對速度控制與位置信號回授補償之伺服驅動器控制系統方塊圖，其中該伺服驅動器200包括四減法器206、二加法器207、第1軸控制迴路、第2軸控制迴路及平均回授補償器209，其中第1軸控制迴路中包括有一第1軸速度控制2041及一第1軸電流控制2051，而第2軸控制迴路中包括有一第2軸速度控制2042及一第2軸電流控制2052。

其中該上位控制器100所產生的位置/速度/電流命令為一速度命令，作為該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達302之速度控制使用，在此時該第1軸伺服馬達301之編碼器3011與該第2軸伺服馬達302之編碼器3021的輸出為位置回授信號，同時回傳至該伺服驅動器200中的平均回授補償器209，進行該同動機構400之同動誤差最小化控制的回授補償。

其中該上位控制器100產生的速度命令經該減法器206與第1軸速度回授相減後傳送至該第1軸速度控制2041，同時速度命令經該減法器206與第2軸速度回授相減後傳送至該第2軸速度控制2042。在該第1軸速度控制2041之輸出經該減法器206與第1軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制2051，同時該第2軸速度控制2042之輸出經該減法器206與第2軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制2052，該第1軸電流控制2051及該第2軸電流控制2052分別直接驅動該第1軸伺服馬達301及該第2軸伺服馬達302運轉，該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達302分別同時連結至該同動機構400的兩側作同動控制。

請參閱圖10B所示，係為本發明速度對電流控制與位置信號回授補償之伺服驅動器控制系統方塊圖。與圖10A的差異在於該伺服驅動器200係包括三減法器206，且在第2軸迴路中僅只有一第2軸電流控制2052，而該上位控制器100輸出的位置命令係作為該第1軸伺服馬達301之位置控制使用，該第2軸伺服馬達302之電流命令則是由該第1軸速度控制2041之輸出而來。同樣地，該第1軸伺服馬達301之編碼器3011與該第2軸伺服馬達302之編碼器3021的輸出是位置回授信號，回傳至該伺服驅動器200中的平均回授補償器209，且該平均回授補償器209的輸出則同時分別回授到該第1軸電流控制2051前及該第2軸電流控制2052前。

因此在圖10B中，該上位控制器100產生速度命令經該減法器206與第1軸速度回授相減後傳送至該第1軸速度控制2041，該第1軸速度控制2041之輸出經該減法器206與第1軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制2051，同時該第1軸速度控制2041之輸出經該減法器206與第2軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制2052，該第1軸電流控制2051與該第2軸電流控制2052的輸出直接分別驅動該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達302運轉，該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達302分別同時連結至該同動機構400的兩側作同動控制。

實施例四：該上位控制器100產生電流命令，且兩軸控制迴路皆為電流命令之情況；請參閱圖11所示，係為本發明電流對電流控制與位置信號回授補償之伺服驅動器控制系統方塊圖，其中該伺服驅動器200包括二減法器206、二加法器207、第1軸控制迴路、第2軸控制迴路及平均回授補償器209，其中第1軸控制迴路中包括有一第1軸電流控制2051，而第2軸控制迴路中包括有一第2軸電流控制2052。其中該上位控制器100所產生的位置/速度/電流命令為一電流命令，作為該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達302之電流控制使用，在此時該第1軸伺服馬達301之編碼器3011與該第2軸伺服馬達302之編碼器3021的輸出為位置回授信號，同時回傳至該伺服驅動器200中的平均回授補償器209，進行該同動機構400之同動誤差最小化控制的回授補償。

其中該上位控制器100產生的電流命令經該減法器206與第1軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制2051，同時電流命令經該減法器206與第2軸電流回授相減，再經該加法器207與該平均回授補償器209之第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制2052，該第1軸電流控制2051及該第2軸電流控制2052分別直接驅動該第1軸伺服馬達301及該第2軸伺服馬達302運轉，該第1軸伺服馬達301與該第2軸伺服馬達302分別同時連結至該同動機構400的兩側作同動控制。

本發明所提供之同動機構的伺服驅動器控制系統具備下列優點：

1、不需要使伺服驅動器之脈波輸出與光學尺兩個端子的信號相互連結所造成之信號延遲與額外配線所產生之高頻信號干擾問題。

2、僅需在平均回授補償器調整1個控制參數，比習知的並聯式含交叉耦合補償同動控制所需調整的3個參數少兩個，更增添同動機構應用上的便利性。

3、平均回授補償器的控制法則優於習知的控制法則，且同動誤差更小、同動誤差所需收斂時間更短，可達同動機構之同動誤差最小化控制。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不但在技術思想上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應以充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

Claims

一種同動機構的伺服驅動器控制系統，係包括：一同動機構，係連結至少二伺服馬達之軸端，其中該些伺服馬達皆設有一編碼器；及一伺服驅動器，係連接該些伺服馬達及其該些編碼器，接收一上位控制器所產生之位置/速度/電流命令，產生可同時驅動該些伺服馬達運轉的位置/速度/電流控制，並分別接收該些編碼器產生之該些伺服馬達的一位置/速度回授資訊進行回授補償，以控制該同動機構之同動誤差最小化；該伺服驅動器係包括一平均回授補償器，該平均回授補償器更包括：至少二輸入端，分別連接該些編碼器之該些位置/速度回授資訊，用以輸入該些伺服馬達的位置或速度的一回授量；一加法器，接收該些回授量進行相加處理；一平均值計算器，接收該加法器相加之該些回授量計算一平均量；至少二減法器，將該平均量分別與該些回授量相減，分別獲得與該同動機構平均位置/速度量的一差值；及一同動控制器，將該些差值調整後分別獲得二補償量，再分別回傳該些補償量以進行回授補償。
如請求項1所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該些伺服馬達至少具有一第1軸伺服馬達及一第2軸伺服馬達，其中該伺服驅動器係包括：一第1軸控制迴路，對應連接至該第1軸伺服馬達，其中更包括一第1軸位置控制、一第1軸速度控制及一第1軸電流控制。
如請求項2所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：一第2軸控制迴路，對應連接至該第2軸伺服馬達，其中更包括一第2軸位置控制、一第2軸速度控制及一第2軸電流控制。
如請求項3所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該上位控制器產生之位置/速度/電流命令為一位置命令，分別傳送至該第1軸位置控制及該第2軸位置控制，分別經該第1軸速度控制及該第2軸速度控制，再分別經該第1軸電流控制及該第2軸電流控制後，分別傳送至該第1軸伺服馬達及該第2軸伺服馬達，使該第1軸伺服馬達與該第2軸伺服馬達運轉，以使該同動機構作同動控制。
如請求項4所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括六減法器，係分別設置於該第1軸位置控制、該第1軸速度控制、該第1軸電流控制、該第2軸位置控制、該第2軸速度控制及該第2軸電流控制之輸入端前。
如請求項5所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該位置命令經該減法器與一第1軸位置回授相減後傳送至該第1軸位置控制，同時該位置命令經該減法器與一第2軸位置回授相減後傳送至該第2軸位置控制。
如請求項6所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：二加法器，係分別連接於該第1軸速度控制與該第2軸速度控制的輸入端之前；及一平均回授補償器，係分別接收該第1軸伺服馬達之編碼器與該第2軸伺服馬達之編碼器產生的一速度回授信號，進行速度平均值計算後分別產生一第1軸補償量及一第2軸補償量，再分別傳送至該些加法器進行該第1軸速度控制與該第2軸速度控制的回授補償。
如請求項7所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該第1軸位置控制之輸出經該減法器與一第1軸速度回授相減後，再經該加法器與該第1軸補償量相加後傳送至該第1軸速度控制，同時該第2軸位置控制之輸出經該減法器與一第2軸速度回授相減後，再經該加法器與該第2軸補償量相加後傳送至該第2軸速度控制。
如請求項8所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該第1軸速度控制之輸出經該減法器與一第1軸電流回授相減後傳送至該第1軸電流控制，同時該第2軸速度控制之輸出經該減法器與一第2軸電流回授相減後傳送至該第2軸電流控制。
如請求項6所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：二加法器，係分別連接於該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的輸入端之前；及一平均回授補償器，係分別接收該第1軸伺服馬達之編碼器與該第2軸伺服馬達之編碼器產生的一位置回授信號，進行位置平均值計算後分別產生一第1軸補償量及一第2軸補償量，再分別傳送至該些加法器進行該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的回授補償。
如請求項10所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該第1軸位置控制之輸出經該減法器與一第1軸速度回授相減後傳送至該第1軸速度控制，同時該第2軸位置控制之輸出經其中一該減法器與一第2軸速度回授相減後傳送至該第2軸速度控制。
如請求項11所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該第1軸速度控制之輸出經該減法器與一第1軸電流回授相減後，再經該加法器與該第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制，同時該第2軸速度控制之輸出經該減法器與一第2軸電流回授相減後，再經該加法器與該第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制。
如請求項2所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：一第2軸控制迴路，對應連接至該第2軸伺服馬達，其中更包括一第2軸速度控制及一第2軸電流控制。
如請求項13所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該上位控制器產生之位置/速度/電流命令為一位置命令，傳送至該第1軸位置控制，而該第1軸位置控制的輸出作為該第2軸伺服馬達的一速度命令，分別傳送至該第1軸速度控制與該第2軸速度控制，再分別經該第1軸電流控制及該第2軸電流控制後，分別傳送至該第1軸伺服馬達及該第2軸伺服馬達，使該第1軸伺服馬達與該第2軸伺服馬達運轉，以使該同動機構作同動控制。
如請求項14所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括五減法器，係分別設置於該第1軸位置控制、該第1軸速度控制、該第1軸電流控制、該第2軸速度控制及該第2軸電流控制之輸入端前。
如請求項15所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該位置命令經該減法器與一第1軸位置回授相減後傳送至該第1軸位置控制，而該第1軸位置控制之輸出經該減法器與一第1軸速度回授相減後傳送至該第1軸速度控制，同時該第1軸位置控制之輪出經該減法器與一第2軸速度回授相減後傳送至該第2軸速度控制。
如請求項16所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：二加法器，係分別連接於該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的輸入端之前；及一平均回授補償器，係分別接收該第1軸伺服馬達之編碼器與該第2軸伺服馬達之編碼器產生的一位置回授信號，進行位置平均值計算後分別產生一第1軸補償量及一第2軸補償量，再分別傳送至該些加法器進行該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的回授補償。
如請求項17所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該第1軸速度控制之輸出經該減法器與一第1軸電流回授相減後，再經該加法器與該第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制，同時該第2軸速度控制之輸出經該減法器與一第2軸電流回授相減後，再經該加法器與該第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制。
如請求項2所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：一第2軸控制迴路，對應連接至該第2軸伺服馬達，其中更包括一第2軸電流控制。
如請求項19所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該上位控制器產生之位置/速度/電流命令為一位置命令，傳送至該第1軸位置控制，再傳送至該第1軸速度控制，而該第1軸速度控制的輸出作為該第2軸伺服馬達的一電流命令，分別傳送至該第1軸電流控制與該第2軸電流控制，再分別傳送至該第1軸伺服馬達及該第2軸伺服馬達，使該第1軸伺服馬達與該第2軸伺服馬達運轉，以使該同動機構作同動控制。
如請求項20所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括四減法器，係分別設置於該第1軸位置控制、該第1軸速度控制、該第1軸電流控制及該第2軸電流控制之輸入端前。
如請求項21所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該位置命令經該減法器與一第1軸位置回授相減後傳送至該第1軸位置控制，該第1軸位置控制之輸出經該減法器與一第1軸速度回授相減後傳送至該第1軸速度控制。
如請求項22所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：二加法器，係分別連接於該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的輸入端之前；及一平均回授補償器，係分別接收該第1軸伺服馬達之編碼器與該第2軸伺服馬達之編碼器產生的一位置回授信號，進行位置平均值計算後分別產生一第1軸補償量及一第2軸補償量，再分別傳送至該些加法器進行該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的回授補償。
如請求項23所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該第1軸速度控制之輸出經該減法器與一第1軸電流回授相減後，再經該加法器與該第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制，同時該第1軸速度控制之輸出經該減法器與一第2軸電流回授相減後，再經該加法器與該第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制。
如請求項1所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該些伺服馬達至少具有一第1軸伺服馬達及一第2軸伺服馬達，其中該伺服驅動器係包括：一第1軸控制迴路，對應連接至該第1軸伺服馬達，其中更包括一第1軸速度控制及一第1軸電流控制。
如請求項25所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：一第2軸控制迴路，對應連接至該第2軸伺服馬達，其中更包括一第2軸速度控制及一第2軸電流控制。
如請求項26所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該上位控制器產生之位置/速度/電流命令為一速度命令，同時傳送至該第1軸速度控制與該第2軸速度控制，再分別經該第1軸電流控制及該第2軸電流控制後，分別傳送至該第1軸伺服馬達及該第2軸伺服馬達，使該第1軸伺服馬達與該第2軸伺服馬達運轉，以使該同動機構作同動控制。
如請求項27所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括四減法器，係分別設置於該第1軸速度控制、該第1軸電流控制、該第2軸速度控制及該第2軸電流控制之輸入端前。
如請求項28所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該速度命令經該減法器與一第1軸速度回授相減後傳送至該第1軸速度控制，同時該速度命令經該減法器與一第2軸速度回授相減後傳送至該第2軸速度控制。
如請求項29所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：二加法器，係分別連接於該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的輸入端之前；及一平均回授補償器，係分別接收該第1軸伺服馬達之編碼器與該第2軸伺服馬達之編碼器產生的一位置回授信號，進行位置平均值計算後分別產生一第1軸補償量及一第2軸補償量，再分別傳送至該些加法器進行該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的回授補償。
如請求項30所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該第1軸速度控制之輸出經該減法器與一第1軸電流回授相減後，再經該加法器與該第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制，同時該第2軸速度控制之輸出經該減法器與一第2軸電流回授相減後，再經該加法器與該第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制。
如請求項25所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：一第2軸控制迴路，對應連接至該第2軸伺服馬達，其中更包括一第2軸電流控制。
如請求項32所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該上位控制器產生之位置/速度/電流命令為一速度命令，傳送至該第1軸速度控制，而該第1軸速度控制的輸出作為該第2軸伺服馬達的一電流命令，同時傳送至該第1軸電流控制與該第2軸電流控制，再分別傳送至該第1軸伺服馬達及該第2軸伺服馬達，使該第1軸伺服馬達與該第2軸伺服馬達運轉，以使該同動機構作同動控制。
如請求項33所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括三減法器，係分別設置於該第1軸速度控制、該第1軸電流控制及該第2軸電流控制之輸入端前。
如請求項34所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該速度命令經該減法器與一第1軸位置回授相減後傳送至該第1軸位置控制。
如請求項35所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：二加法器，係分別連接於該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的輸入端之前；及一平均回授補償器，係分別接收該第1軸伺服馬達之編碼器與該第2軸伺服馬達之編碼器產生的一位置回授信號，進行位置平均值計算後分別產生一第1軸補償量及一第2軸補償量，再分別傳送至該些加法器進行該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的回授補償。
如請求項36所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該第1軸速度控制之輸出經該減法器與一第1軸電流回授相減後，再經該加法器與該第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制，同時該第1軸速度控制之輸出經該減法器與一第2軸電流回授相減後，再經該加法器與該第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制。
如請求項1所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該些伺服馬達至少具有一第1軸伺服馬達及一第2軸伺服馬達，其中該伺服驅動器係包括：一第1軸控制迴路，對應連接至該第1軸伺服馬達，其中更包括一第1軸電流控制；及一第2軸控制迴路，對應連接至該第2軸伺服馬達，其中更包括一第2軸電流控制。
如請求項38所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該上位控制器產生之位置/速度/電流命令為一電流命令，同時傳送至該第1軸電流控制及該第2軸電流控制後，再分別傳送至該第1軸伺服馬達及該第2軸伺服馬達，使該第1軸伺服馬達與該第2軸伺服馬達運轉，以使該同動機構作同動控制。
如請求項39所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括二減法器，係分別設置於該第1軸電流控制及該第2軸電流控制之輸入端前。
如請求項40所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該伺服驅動器更包括：二加法器，係分別連接於該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的輸入端之前；及一平均回授補償器，係分別接收該第1軸伺服馬達之編碼器與該第2軸伺服馬達之編碼器產生的一位置回授信號，進行位置平均值計算後分別產生一第1軸補償量及一第2軸補償量，再分別傳送至該些加法器進行該第1軸電流控制與該第2軸電流控制的回授補償。
如請求項41所述之同動機構的伺服驅動器控制系統，其中該電流命令經該減法器與一第1軸電流回授相減後，再經該加法器與該第1軸補償量相加後傳送至該第1軸電流控制，同時該電流命令經該減法器與一第2軸電流回授相減後，再經該加法器與該第2軸補償量相加後傳送至該第2軸電流控制。