電動機控制裝置的制造方法
【專利摘要】目的在于得到能夠進(jìn)行高精度的軌跡控制的電動機控制裝置，具備：X軸檢測器(212c)；Y軸檢測器(22c)；軌跡指令發(fā)生器(1)，其輸出針對第1控制對象的第1位置指令和針對第2控制對象的第2位置指令；X軸響應(yīng)校正部(13)，其使響應(yīng)校正濾波器作用于第1位置指令而輸出校正后位置指令；X軸位置控制部(11)，其以來自X軸響應(yīng)校正部(13)的校正后位置指令和由X軸檢測器(212c)檢測到的位置一致的方式生成第1扭矩指令；Y軸位置控制部(221)，其以第2位置指令和由Y軸檢測器(22c)檢測到的位置一致的方式生成第2扭矩指令；Y軸測定器(24)，其檢測第2機械端位移；Y軸零點推定部(25)，其根據(jù)第2扭矩指令和機械端位移，或根據(jù)第2位置指令和機械端位移，提取從第2扭矩指令至機械端位移為止的傳遞函數(shù)的零點的特性；以及響應(yīng)校正參數(shù)決定部(202)，其使用該零點的特性而對響應(yīng)校正濾波器進(jìn)行設(shè)定。
【專利說明】
電動機控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電動機控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，關(guān)于以NC工作機械為代表的工作機械及以工業(yè)用機器人為代表的機器 人，為了使加工效率及生廣效率提尚，期望一邊進(jìn)彳丁尚速且尚加減速的驅(qū)動、一邊實現(xiàn)尚精 度的軌跡控制。關(guān)于工作機械及機器人，根據(jù)上述的理由而追求驅(qū)動的高加減速化，但僅單 純地在各軸將位置控制系統(tǒng)高響應(yīng)化無法使從指令至機械端的位置為止的傳遞函數(shù)一致， 機械端的軌跡相對于曲線軌跡的指令而產(chǎn)生畸變。
[0003] 作為現(xiàn)有的一個例子，在專利文獻(xiàn)1公開了下述技術(shù)，即，針對單軸的定位控制，通 過考慮機械共振而設(shè)計控制器，從而抑制高加減速驅(qū)動時的刀具端的振動。另外，作為另一 個例子，在專利文獻(xiàn)2公開了下述技術(shù)，即，為了補償諸如位置、速度及加速度這些被控制量 相對于指令值的響應(yīng)的延遲，在由設(shè)定為比任意軸的位置控制環(huán)的伺服頻帶低的頻率的高 頻截止濾波器對指令值進(jìn)行了變換之后，進(jìn)行前饋控制，由此使各軸的傳遞函數(shù)的特性大 致相同而提高同步性能。
[0004] 專利文獻(xiàn)1:日本特開平8 - 23691號公報
[0005] 專利文獻(xiàn)2:日本特開2000 - 339032號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 但是，根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)，如果提高低剛性的機械的響應(yīng)性而以高加減速進(jìn)行驅(qū) 動，則即使將各軸的響應(yīng)高速化，也會由于機械系統(tǒng)的低剛性，導(dǎo)致相對于指令的暫態(tài)變化 根據(jù)各軸的傳遞函數(shù)的差異而在各軸不同。因此，存在發(fā)生軌跡的畸變的問題。特別地，在 通過工作機械或機器人進(jìn)行加工時，在以對稱的軌跡往復(fù)動作的情況下由上述的畸變引起 的誤差的影響大，成為加工面的損傷或加工精度的降低的原因。
[0007] 本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于得到一種電動機控制裝置，該電 動機控制裝置即使對于由低剛性機械系統(tǒng)構(gòu)成的控制對象，也能夠進(jìn)行高精度的軌跡控 制。
[0008] 為了解決上述的課題并實現(xiàn)目的，本發(fā)明的電動機控制裝置對第1控制對象內(nèi)的 與第1負(fù)載機械連結(jié)的第1電動機及第2控制對象內(nèi)的與第2負(fù)載機械連結(jié)的第2電動機進(jìn)行 控制，該電動機控制裝置的特征在于，具備:第1檢測器，其對所述第1電動機的位置進(jìn)行檢 測;第2檢測器，其對所述第2電動機的位置進(jìn)行檢測;軌跡指令發(fā)生器，其輸出針對所述第1 控制對象的位置指令即第1位置指令、和針對所述第2控制對象的位置指令即第2位置指令； 響應(yīng)校正部，其進(jìn)行使響應(yīng)校正濾波器作用于所述第1位置指令的運算，輸出校正后位置指 令;第1位置控制部，其將來自所述響應(yīng)校正部的所述校正后位置指令和由所述第1檢測器 檢測到的位置作為輸入，以由所述第1檢測器檢測到的位置與所述校正后位置指令一致的 方式生成第1扭矩指令;第2位置控制部，其將所述第2位置指令和由所述第2檢測器檢測到 的位置作為輸入，以由所述第2檢測器檢測到的位置與所述第2位置指令一致的方式生成第 2扭矩指令;測定器，其對所述第2控制對象內(nèi)的第2負(fù)載機械的機械端位移進(jìn)行檢測，其中， 該機械端位移是位置、速度或加速度;零點推定部，其根據(jù)所述第2扭矩指令和所述機械端 位移，或根據(jù)所述第2位置指令和所述機械端位移，提取從所述第2扭矩指令至所述機械端 位移為止的傳遞函數(shù)的零點的特性；以及響應(yīng)校正參數(shù)決定部，其使用由所述零點推定部 提取出的所述零點的特性，進(jìn)行所述響應(yīng)校正部的所述響應(yīng)校正濾波器的設(shè)定，所述第1位 置控制部生成的第1扭矩指令被輸入至所述第1電動機，所述第2位置控制部生成的第2扭矩 指令被輸入至所述第2電動機。
[0009]發(fā)明的效果
[0010]根據(jù)該發(fā)明，具有下述效果，即，能夠得到即使對于由低剛性機械系統(tǒng)構(gòu)成的控制 對象也能進(jìn)行高精度的軌跡控制的電動機控制裝置。
【附圖說明】
[0011] 圖1是表示實施方式1所涉及的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0012] 圖2是表示實施方式1所涉及的電動機控制裝置的指令軌跡和由刀具前端部描繪 的實際位置軌跡的關(guān)系的框圖。
[0013] 圖3是實施方式1所涉及的電動機控制裝置的對比例，即，沒有應(yīng)用X軸響應(yīng)校正部 和Y軸響應(yīng)校正部的狀態(tài)下的X軸和Y軸的傳遞函數(shù)的波特圖。
[0014] 圖4是實施方式1所涉及的電動機控制裝置，即，應(yīng)用了X軸響應(yīng)校正部和Y軸響應(yīng) 校正部的狀態(tài)下的X軸和Y軸的傳遞函數(shù)的波特圖。
[0015] 圖5是表示實施方式2所涉及的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0016] 圖6是表示實施方式3所涉及的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0017] 圖7是表示實施方式4所涉及的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0018] 圖8是表示實施方式5所涉及的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0019] 圖9是表示實施方式5所涉及的電動機控制裝置的結(jié)構(gòu)所具備的頻率響應(yīng)顯示部 的圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面，基于附圖，對本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的實施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。 此外，本發(fā)明并不受本實施方式限定。
[0021] 實施方式1.
[0022] 圖1是表示本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的實施方式1的結(jié)構(gòu)的框圖。此外，在 本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置中進(jìn)行高精度的軌跡控制。此外，在這里，所謂軌跡控制， 是指通過2個軸或大于或等于2個軸的多軸同時地運動，從而使刀具前端部或機器人的把持 部的軌跡追隨于指令的曲線而進(jìn)行控制，所謂軌跡，是指將由多個可動軸構(gòu)成的刀具前端 部在運動過程中在空間所占據(jù)的位置相連而成的線。如果以可動軸是第1軸即X軸和第2軸 即Y軸的2軸結(jié)構(gòu)的情況為例，則指令軌跡和由刀具前端部描繪的實際位置軌跡如圖2所示， 描繪在2維平面上。此外，在圖2中，由實線表示指令軌跡，由虛線表示實際位置軌跡。
[0023]軌跡指令發(fā)生器1輸出X軸位置指令信號和Y軸位置指令信號而作為分別針對X軸 和Y軸的位置指令信號。X軸響應(yīng)校正部13通過響應(yīng)校正濾波器Gxrc(s)校正來自軌跡指令發(fā) 生器1的X軸位置指令信號，將校正后X軸位置指令輸出至X軸位置控制部1UY軸響應(yīng)校正部 23通過響應(yīng)校正濾波器Gyrc( s)校正來自軌跡指令發(fā)生器1的Y軸位置指令信號，將校正后Y 軸位置指令輸出至Y軸位置控制部21。此外，響應(yīng)校正濾波器6^。(8)、6%(8)如后面記述所 示，由響應(yīng)校正參數(shù)決定部2決定特性。
[0024] X軸控制對象12由下述部件構(gòu)成:X軸電動機12a;X軸檢測器12c，其安裝于X軸電動 機12a;以及X軸的負(fù)載機械12b，其與X軸電動機12a連結(jié)。X軸控制對象12通過由X軸電動機 12a產(chǎn)生與X軸扭矩指令T1對應(yīng)的扭矩而得到驅(qū)動。另外，在X軸控制對象12安裝有X軸測定 器14，對與刀具前端部相當(dāng)?shù)腦軸的負(fù)載機械12b的機械端位置、速度、加速度中的任意的位 移信號進(jìn)行測量。在下面的說明中，將該位移信號設(shè)為加速度，記作X軸機械端位移信號al。 [0025] X軸位置控制部11與輸入的校正后X軸位置指令和由X軸檢測器12c檢測到的位置 檢測值對應(yīng)地，通過PID控制或二自由度控制的運算而將X軸扭矩指令T1輸出至X軸電動機 12a，以使得X軸電動機12a的位置準(zhǔn)確地追隨于從X軸響應(yīng)校正部13輸出的隨時間變化的校 正后X軸位置指令而不發(fā)生振動。
[0026] Y軸控制對象22由下述部件構(gòu)成:Y軸電動機22a;Y軸檢測器22c，其安裝于Y軸電動 機22a;以及Y軸的負(fù)載機械22b，其與Y軸電動機22a連結(jié)。Y軸控制對象22通過由Y軸電動機 22a產(chǎn)生與Y軸扭矩指令T2對應(yīng)的扭矩而得到驅(qū)動。另外，在Y軸控制對象22安裝有Y軸測定 器24，對與刀具前端部相當(dāng)?shù)腨軸的負(fù)載機械22b的機械端位置、速度、加速度中的任意的位 移信號進(jìn)行測量。在下面的說明中，將該位移信號設(shè)為加速度，記作Y軸機械端位移信號a2。 [0027] Y軸位置控制部21與輸入的校正后Y軸位置指令和由Y軸檢測器22c檢測到的位置 檢測值對應(yīng)地，通過PID控制或二自由度控制的運算而將Y軸扭矩指令T2輸出至Y軸電動機 22a，以使得Y軸電動機22a的位置準(zhǔn)確地追隨于從Y軸響應(yīng)校正部23輸出的隨時間變化的校 正后Y軸位置指令而不發(fā)生振動。
[0028] 此外，針對X軸位置控制部11及Y軸位置控制部21，以如下方式對控制參數(shù)進(jìn)行設(shè) 定，即，使得從校正后X軸位置指令至由作為加速度的X軸機械端位移信號al的二階積分表 示的X軸機械端的位置為止的響應(yīng)延遲、和從校正后Y軸位置指令至由作為加速度的Y軸機 械端位移信號a2的二階積分表示的Y軸機械端的位置為止的響應(yīng)延遲相一致。此外，在這 里，所謂響應(yīng)延遲，表示在指令以恒定的速度變化的情況下相對于指令延遲的時間。如上所 述，在X軸和Y軸處使響應(yīng)延遲相一致、X軸位置指令和Y軸位置指令以恒定速度變化時，由X 軸機械端的位置和Y軸機械端的位置描繪的軌跡、與由校正后X軸位置指令和校正后Y軸位 置指令的位置描繪的軌跡一致。
[0029] X軸施振信號生成部16在執(zhí)行本實施方式的電動機控制裝置的參數(shù)調(diào)整時，以根 據(jù)由使用者進(jìn)行的開始調(diào)整的指示操作所決定的時間生成M序列波形的信號，將M序列施振 信號與X軸扭矩指令T1相加而驅(qū)動X軸電動機12a，對X軸控制對象12進(jìn)行施振。
[0030] Y軸施振信號生成部26與X軸施振信號生成部16同樣地，以所決定的時間生成M序 列波形的信號，將M序列施振信號與Y軸扭矩指令T2相加而驅(qū)動Y軸電動機22a，對Y軸控制對 象22進(jìn)行施振。在這里，M序列施振信號是偽白色隨機信號（pseudo-white random signal)〇
[0031] X軸零點推定部15將如上述所示X軸施振信號生成部16生成了施振信號時的X軸扭 矩指令T1、和由X軸測定器14檢測到的X軸機械端位移信號al作為輸入輸出數(shù)據(jù)而進(jìn)行系統(tǒng) 辨識，推定從X軸扭矩指令T1至X軸機械端位移信號al為止的傳遞函數(shù)Gfax(s)，將提取其X軸 的零點的信息而得到的結(jié)果向響應(yīng)校正參數(shù)決定部2輸出。
[0032] Y軸零點推定部25將如上述所示Y軸施振信號生成部26生成了施振信號時的Y軸扭 矩指令T2、和由Y軸測定器24檢測到的Y軸機械端位移信號a2作為輸入輸出數(shù)據(jù)而進(jìn)行系統(tǒng) 辨識，推定從Y軸扭矩指令T2至Y軸機械端位移信號a2為止的傳遞函數(shù)G fay(s)，將提取其Y軸 的零點的信息而得到的結(jié)果向響應(yīng)校正參數(shù)決定部2輸出。
[0033]另外，響應(yīng)校正參數(shù)決定部2基于上述的Y軸的零點的信息，決定并設(shè)定X軸響應(yīng)校 正部13的響應(yīng)校正濾波器Gxrc(S)的特性，基于上述的X軸的零點的信息，決定并設(shè)定Y軸響 應(yīng)校正部23的響應(yīng)校正濾波器G yrc( s)的特性。
[0034] 在X軸零點推定部15的系統(tǒng)辨識中，由X軸施振信號生成部16將M序列施振信號與X 軸扭矩指令T1相加而對X軸控制對象12進(jìn)行施振，取得X軸扭矩指令T1和由X軸測定器14檢 測到的X軸機械端位移信號al的響應(yīng)而作為數(shù)據(jù)。針對該M序列施振時的輸入輸出數(shù)據(jù)，作 為一個例子而使用最小二乘法推定從X軸扭矩指令T1至X軸機械端位移信號al為止的傳遞 函數(shù)G fax(s)。在這里，對上述的從X軸扭矩指令T1至X軸機械端位移信號al為止的傳遞函數(shù) Gfax(s)的特征進(jìn)行說明。傳遞函數(shù)Gfax(s)在將機械端位移信號al設(shè)為機械端的加速度的情 況下，通常通過下述的式（1)進(jìn)行近似。
[0035] 【式1】
[0037]在這里，s是拉普拉斯運算符。另外，Jx是X軸控制對象12的慣性矩?！禤X1是i次模式 的共振頻率乂PX1是i次模式的共振頻率的衰減比，是第j個反共振頻率，即復(fù)零點的絕 對值是第j個反共振特性，即復(fù)零點的衰減比。
[0038] 在這里，在控制對象為電動機和負(fù)載慣性通過彈簧耦合的2慣性系統(tǒng)、或電動機和 多個負(fù)載慣性通過彈簧串聯(lián)耦合的多慣性系統(tǒng)，將其前端的位移設(shè)為機械端位移信號的情 況下，不出現(xiàn)反共振，分子的階數(shù)近似為〇,即m = 0。但是，實際的機械系統(tǒng)的構(gòu)造復(fù)雜，大多 在從電動機產(chǎn)生的扭矩至機械端位移為止的傳遞函數(shù)中包含反共振的零點，在這樣的情況 下需要設(shè)為m彡1而進(jìn)行模型化。
[0039] 另外，實際的機械系統(tǒng)嚴(yán)格地說是無窮階的系統(tǒng)，但低維化至能夠?qū)憫?yīng)進(jìn)行近 似的階數(shù)而模型化即可，分子的階數(shù)近似為m=l或2即可。如果將此時的傳遞函數(shù)的分子設(shè) 為N x(s)，則Nx(s)通過下述的式(2)表示。
[0040] 【式2】
[0042] X軸零點推定部15通過上述的動作，將零點的信息即上述的式(2)的多項式的信息 向響應(yīng)校正參數(shù)決定部2輸出。
[0043] 在Y軸零點推定部25的系統(tǒng)辨識中，與上述的X軸的情況相同，由Y軸施振信號生成 部26將M序列施振信號與Y軸扭矩指令T2相加而對Y軸控制對象22進(jìn)行施振，取得Y軸扭矩指 令T2和由Y軸測定器24檢測到的Y軸機械端位移信號a2的響應(yīng)而作為數(shù)據(jù)。針對該M序列施 振時的輸入輸出數(shù)據(jù)，作為一個例子而使用最小二乘法推定從Y軸扭矩指令T2至Y軸機械端 位移信號a2為止的傳遞函數(shù)G fay(s)。在這里，傳遞函數(shù)Gfay(s)在將機械端位移信號a2設(shè)為 機械端的加速度的情況下，通常通過下述的式(3)進(jìn)行近似。
[0044] 【式3】
[0046]在這里，Jy是Y軸控制對象22的慣性矩。另外，coPyl是i次模式的共振頻率乂 Pyl是i 次模式的共振頻率的衰減比，是第j個反共振頻率，即復(fù)零點的絕對值乂w是第j個反 共振特性，即復(fù)零點的衰減比。
[0047]在這里，與上述的X軸的情況同樣地，針對Y軸也將分子的階數(shù)近似為m=l或2即 可。如果將此時的傳遞函數(shù)的分子設(shè)為Ny(s)，則Ny(s)通過下述的式(4)表示。
[0048]【式4】
[0050] Y軸零點推定部25通過上述的動作，將零點的信息即上述的式(4)的多項式的信息 向響應(yīng)校正參數(shù)決定部2輸出。
[0051] 響應(yīng)校正參數(shù)決定部2使用傳遞函數(shù)的多項式Ny(s)和低通濾波器F(s)，通過下述 的式(5)決定X軸響應(yīng)校正部13的響應(yīng)校正濾波器G xrc(s)，其中，傳遞函數(shù)的多項式Ny(s)表 示由Y軸零點推定部25提取出的、從Y軸扭矩指令T2至Y軸機械端位移信號a2為止的傳遞函 數(shù)G fay(s)具有的零點。
[0052] 【式5】
[0053] Gxrc(S)=F(s)*Ny(s). . .(5)
[0054] 式(5)右邊的F(s)是低通濾波器，用于將響應(yīng)校正濾波器Gxrc(s)恰當(dāng)化，該低通濾 波器F(s)將從軌跡指令發(fā)生器1輸出的X軸位置指令信號中的比控制頻帶高的頻率成分減 少而抑制急劇的變化，將X軸位置指令信號變得平滑。在X軸位置指令信號原本就平滑地生 成的情況下，也可以是F(s) = l。
[0055] 另外，響應(yīng)校正參數(shù)決定部2使用傳遞函數(shù)的多項式Nx(s)和低通濾波器F(s)，通 過下述的式(6)決定Y軸響應(yīng)校正部23的響應(yīng)校正濾波器G yrc(s)，其中，傳遞函數(shù)的多項式 Nx(s)表示由X軸零點推定部15提取出的、從X軸扭矩指令T1至X軸機械端位移信號al為止的 傳遞函數(shù)G fax(s)具有的零點。
[0056] 【式6】
[0057] Gyrc(s) =F(s)*Nx(s)... (6)
[0058] 式(6)右邊的F(s)是與式(5)相同的低通濾波器。
[0059 ] 在X軸位置控制部11和Y軸位置控制部21，設(shè)定X軸位置控制部11和Y軸位置控制部 21的控制參數(shù)，以使得從校正后X軸位置指令至由作為加速度的X軸機械端位移信號al的二 階積分表示的X軸機械端的位置為止的響應(yīng)延遲、和從校正后Y軸位置指令至由作為加速度 的Y軸機械端位移信號a2的二階積分Y軸機械端的位置為止的響應(yīng)延遲相一致，這一做法就 是如上述所示在X軸和Y軸使相對于指令的延遲時間相同。
[0060]因此，在假設(shè)X軸控制對象和Y軸控制對象沒有零點的情況下，關(guān)于從X軸位置指令 xref至X軸機械端位置^為止的傳遞函數(shù)，如果將從&#至^為止的傳遞函數(shù)的分母多項式設(shè) 為D(s)，則通過下述的式(7)表示。另外，由于從校正后X軸位置指令至X軸機械端位移信號 al為止的響應(yīng)延遲、和從校正后Y軸位置指令至Y軸機械端位移信號a2為止的響應(yīng)延遲相一 致，因此Y軸位置指令yrrf和Y軸機械端位置y a之間的關(guān)系通過下述的式(8)表示。
[0065]另一方面，在控制對象的從X軸扭矩指令T1至X軸機械端位置Xa為止的傳遞函數(shù)及 從Y軸扭矩指令T2至Y軸機械端位置ya為止的傳遞函數(shù)存在零點的情況下，即使通過變更X 軸位置控制部11的位置控制器的特性而將指令響應(yīng)特性變更，零點也被保存下來，因此X軸 位置指令和X軸機械端位置xa之間的關(guān)系通過下述的式(9)表示。另外，與上述的X軸的 情況同樣地，Y軸位置指令和Y軸機械端位置y a之間的關(guān)系通過下述的式(10)表示。
[0070]因此，在X軸和Y軸的零點的特性不同的情況下(Nx(s)#Ny(s))，由于零點的影響， 通過X軸機械端位置xjPY軸機械端位置ya形成的軌跡，成為在通過校正后X軸位置指令和校 正后Y軸位置指令形成的指令曲線中產(chǎn)生了畸變的軌跡。因此，即使如上所述在X軸控制對 象和Y軸控制對象存在零點，也需要進(jìn)行校正，以不產(chǎn)生曲線中的畸變。在這里，作為進(jìn)行上 述的校正的方法，首先想到的是將在上述的式(9)、（10)出現(xiàn)的零點N x(s)及Ny(s)抵消。假設(shè) 在使用了該方式的情況下，如果作為X軸響應(yīng)校正部13的響應(yīng)校正濾波器G xrc(s)的特性而 設(shè)定Nx(s)的反函數(shù)，作為Y軸響應(yīng)校正部23的響應(yīng)校正濾波器G yrc(s)的特性而設(shè)定Ny(s)的 反函數(shù)，則在理想的算式上，如下述的式（11)、（12)表示的那樣，X軸機械端位置 Xa相對于X 軸位置指令的響應(yīng)及Y軸機械端位置ya相對于Y軸位置指令的響應(yīng)變得相同。
[0075]但是，如果按照上述方式進(jìn)行設(shè)定，則成為在X軸及Y軸處，使用二階共振系統(tǒng)的濾 波器作為響應(yīng)校正濾波器，因此即使各軸的機械端位置不振動，扭矩指令及電動機的位置 也變得是振動的。另外，在零點的推定存在誤差的情況下，機械端也變得是振動的。因此，如 上述所示以將反共振特性抵消的方式設(shè)定X軸及Y軸的響應(yīng)校正濾波器是不合適的。因此， 在本實施方式中，通過響應(yīng)校正參數(shù)決定部2的動作而將Y軸的零點的特性N y(s)代入至X軸 響應(yīng)校正部13的響應(yīng)校正濾波器Gxrc(s)，將X軸的零點的特性N x(s)代入至Y軸響應(yīng)校正部 23的響應(yīng)校正濾波器Gyrc；(S)。此時，從X軸位置指令 Xref至X軸機械端位置^為止的特性和從 Y軸位置指令yref至Y軸機械端位置ya為止的特性，分別通過下述的式(13)、（14)表示。
L〇〇8〇」根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，從X軸的位置指令信號至X軸的負(fù)載機械位置為止的傳遞函數(shù)和 從Y軸的位置指令信號至Y軸的負(fù)載機械位置為止的傳遞函數(shù)變得相同。
[0081 ]圖3是關(guān)于某個工作機械的、沒有應(yīng)用X軸響應(yīng)校正部和Y軸響應(yīng)校正部的狀態(tài)下 的X軸和Y軸的傳遞函數(shù)的波特圖。在圖3中，在X軸和Y軸，由于各軸的零點的影響，傳遞函數(shù) 具有相異的特性。
[0082]圖4是在本發(fā)明中應(yīng)用了X軸響應(yīng)校正部和Y軸響應(yīng)校正部的狀態(tài)下的X軸和Y軸的 傳遞函數(shù)的波特圖。在圖4中，應(yīng)用了 X軸響應(yīng)校正部及Y軸響應(yīng)校正部而得到的結(jié)果是，在X 軸和Y軸成為相同的傳遞函數(shù)。
[0083] 本實施方式的電動機控制裝置通過如上述所示進(jìn)行動作，從而使相對于指令的暫 態(tài)響應(yīng)也在X軸和Y軸變得相同，因此具有下述效果，即，即使在由剛性低的控制對象描繪曲 線的軌跡的情況下，也能夠一邊抑制相對于指令軌跡的軌跡追隨誤差及振動，一邊針對指 令的軌跡高速高精度地執(zhí)行響應(yīng)中沒有畸變的軌跡控制。另外，能夠提高描繪圓弧的情況 下的指標(biāo)即圓度。
[0084] 此外，在本實施方式中，X軸零點推定部15將X軸扭矩指令T1用作輸入對X軸的零點 進(jìn)行了推定，但如上述所示，即使改變X軸位置控制部11的特性，零點也不變，因此即使取代 X軸扭矩指令T1而使用X軸位置指令，也能夠提取從X軸扭矩指令T1至X軸機械端位移信號al 為止的傳遞函數(shù)的零點。同樣地，也可以在Y軸零點推定部25中使用Y軸位置指令。
[0085] 另外，在本實施方式中，作為X軸電動機12a及Y軸電動機22a，可以使用直流電動 機、永磁同步電動機及感應(yīng)電動機的任意者，并不限定于旋轉(zhuǎn)型的電動機，也可以使用線性 電動機。
[0086] 另外，在本實施方式中，X軸施振信號生成部16向作為輸入的X軸扭矩指令賦予的 信號是包含各個頻率成分的信號，如果能夠使X軸的負(fù)載機械12b以大于或等于既定的加速 度動作，則也可以將M序列施振信號、正弦掃頻信號或隨機信號作為輸入信號使用。Y軸施振 信號生成部26向作為輸入的Y軸扭矩指令賦予的信號也與X軸的情況相同地，可以將M序列 施振信號、正弦掃頻信號或隨機信號作為輸入信號使用。并且，如果將上述的任意施振信號 輸入至X軸扭矩指令和Y軸扭矩指令的功能預(yù)先設(shè)置在機械中，則也可以不設(shè)置X軸施振信 號生成部16和Y軸施振信號生成部26。
[0087] 另外，在本實施方式中，使用最小二乘法進(jìn)行了系統(tǒng)辨識，但并不限定于此，也可 以使用以頻譜解析法、基于ARX模型的多級抽取(multi-decimation)辨識法或M0ESP法為代 表的其他方法。
[0088] 另外，在本實施方式中，對X軸機械端位移信號al和Y軸機械端位移信號a2進(jìn)行檢 測的X軸測定器14及Y軸測定器24僅在進(jìn)行參數(shù)調(diào)整時是必要的，因此也可以將X軸測定器 14及Y軸測定器24設(shè)為能夠裝卸，在調(diào)整后拆下。即，在作為電動機控制裝置動作時也可以 不設(shè)置該傳感器。
[0089] 如以上說明所述，根據(jù)本實施方式，基于由零點推定部得到的各軸的零點的特性， 響應(yīng)校正參數(shù)決定部對各軸的響應(yīng)校正部進(jìn)行設(shè)定，將從各軸的指令至機械端位置為止的 傳遞函數(shù)設(shè)為相同，由此即使是由低剛性機械系統(tǒng)構(gòu)成的控制對象，也能夠進(jìn)行高精度的 軌跡控制。
[0090] 實施方式2.
[0091]圖5是表示本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的實施方式2的結(jié)構(gòu)的框圖。在實施方 式2中，與實施方式1的圖1相同標(biāo)號的模塊具有等同的功能，省略重復(fù)的結(jié)構(gòu)及動作的說 明。
[0092] X軸控制對象212由下述部件構(gòu)成:X軸電動機212a;X軸檢測器212c，其安裝于X軸 電動機212a;以及X軸的負(fù)載機械212b，其與X軸電動機212a連結(jié)。X軸電動機212a和X軸的負(fù) 載機械212b以高剛性連結(jié)，X軸的負(fù)載機械212b的動作由X軸檢測器212c檢測。X軸控制對象 212通過由X軸電動機212a產(chǎn)生與X軸扭矩指令T1對應(yīng)的扭矩而得到驅(qū)動。作為上述具有剛 性的控制對象，作為一個例子而舉出NC(Numerical Control)車床。
[0093] 針對X軸位置控制部11和Y軸位置控制部221，以如下方式設(shè)定在X軸位置控制部11 和Y軸位置控制部221的控制運算中使用的控制參數(shù)，即，使得從校正后X軸位置指令至由作 為加速度的X軸機械端位移信號al的二階積分表示的X軸機械端的位置為止的響應(yīng)延遲、和 從Y軸位置指令至由作為加速度的Y軸機械端位移信號a2的二階積分表示的Y軸機械端的位 置為止的響應(yīng)延遲相一致。
[0094]響應(yīng)校正參數(shù)決定部202使用傳遞函數(shù)的多項式Ny(s)和低通濾波器F(s)，通過下 述的式（15)決定X軸響應(yīng)校正部13的響應(yīng)校正濾波器Gxrc(s)，其中，傳遞函數(shù)的多項式Ny (s)表示由Y軸零點推定部25提取出的、從Y軸扭矩指令T2至Y軸機械端位移信號a2為止的傳 遞函數(shù)Gfay(s)具有的零點。下述的式（15)的右邊的低通濾波器F(s)與實施方式1同樣地，將 從軌跡指令發(fā)生器1輸出的X軸位置指令信號中的比控制頻帶高的頻率成分減少而抑制急 劇的變化，將X軸位置指令信號變得平滑。
[0095] 【式15】
[0096] Gxrc(s) =F(s)*Ny(s)... (15)
[0097] 在X軸控制對象212的剛性高的情況下，從X軸扭矩指令T1至X軸的機械端的加速度 為止的傳遞函數(shù)Gfax(s)通過下述的式（16)進(jìn)行近似。在這里，由于X軸電動機212a和X軸的 負(fù)載機械212b以高剛性連結(jié)，因此X軸的機械端的加速度能夠通過對X軸檢測器212c的檢測 值進(jìn)行兩次微分而得到。另外，關(guān)于Y軸控制對象22，在與實施方式1同樣地將Y軸機械端位 移信號a2設(shè)為機械端的加速度的情況下，Y軸扭矩指令T2和由Y軸測定器24檢測到的Y軸機 械端位移信號a2為止的傳遞函數(shù)G fay(s)通過下述的式(17)進(jìn)行近似。
[0102]此時，如果將從^^至^為止的傳遞函數(shù)的分母多項式設(shè)為D(s)，則從X軸位置指 令Xref至X軸機械端位置Xa為止的傳遞函數(shù)使用多項式D(s)而通過下述的式（18)表示。另 外，從Y軸位置指令y ref至Y軸機械端位置73為止的傳遞函數(shù)通過下述的式(19)表示。
[0107]在這里，與實施方式1同樣地，在響應(yīng)校正參數(shù)決定部202中，不通過反函數(shù)將零點 抵消，而是使用將Y軸的零點的特性Ny (s)代入至X軸響應(yīng)校正部13的響應(yīng)校正濾波器Gxrc (s)的方法。此時，從X軸位置指令Xref至X軸機械端位置^為止的特性和從Y軸位置指令yref 至Y軸機械端位置ya*止的特性分別按照下述的式(20)、（21)進(jìn)行表示，能夠使X軸和Y軸的 傳遞特性相一致。
[0112] 本實施方式的電動機控制裝置通過如上述所示進(jìn)行動作，從而使相對于指令的暫 態(tài)響應(yīng)也在X軸和Y軸變得相同，因此具有下述效果，即，即使在由剛性低的軸和高的軸混雜 的控制對象描繪曲線的軌跡的情況下，也能夠一邊抑制相對于指令軌跡的軌跡追隨誤差及 振動，一邊針對指令的軌跡高速高精度地執(zhí)行響應(yīng)中沒有畸變的軌跡控制。另外，能夠提高 描繪圓弧的情況下的指標(biāo)即圓度。另外，在控制對象的2個軸中的1個軸的剛性高的情況下， 能夠通過少量的測定傳感器和校正運算進(jìn)行軌跡控制。
[0113] 實施方式3.
[0114] 圖6是表示本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的實施方式3的結(jié)構(gòu)的框圖。在實施方 式3中，與實施方式1的圖1相同標(biāo)號的模塊具有等同的功能，省略重復(fù)的結(jié)構(gòu)及動作的說 明。如圖6所示，本實施方式的電動機控制裝置是相對于實施方式1的電動機控制裝置增加 了作為第3軸的Z軸的結(jié)構(gòu)。
[0115] 軌跡指令發(fā)生器301將X軸位置指令信號、Y軸位置指令信號和Z軸位置指令信號作 為分別針對X軸、Y軸和Z軸的位置指令信號而輸出。
[0116] Z軸響應(yīng)校正部33通過響應(yīng)校正濾波器Gzrc(s)對來自軌跡指令發(fā)生器301的Z軸的 位置指令信號進(jìn)行校正，將校正后Z軸位置指令輸出至Z軸位置控制部31。此外，響應(yīng)校正濾 波器G zrc(s)如后面記述所示，由響應(yīng)校正參數(shù)決定部302決定特性。
[0117] Z軸控制對象32由下述部件構(gòu)成:Z軸電動機32a; Z軸檢測器32c，其安裝于Z軸電動 機32a;以及Z軸的負(fù)載機械32b，其與Z軸電動機32a連結(jié)。Z軸控制對象32通過由Z軸電動機 32a產(chǎn)生與Z軸扭矩指令T3對應(yīng)的扭矩而得到驅(qū)動。另外，在Z軸控制對象32安裝有Z軸測定 器34，對與刀具前端部相當(dāng)?shù)腪軸的負(fù)載機械32b的機械端位置、速度、加速度中的任意的位 移信號進(jìn)行測量。在下面的說明中，將該位移信號設(shè)為加速度，記作Z軸機械端位移信號a3。
[0118] Z軸位置控制部31與輸入的校正后Z軸位置指令和由Z軸檢測器32c檢測到的位置 檢測值對應(yīng)地，通過PID控制或二自由度控制的運算而將Z軸扭矩指令T3輸出至Z軸電動機 32a，以使得Z軸電動機32a的位置準(zhǔn)確地追隨于從Z軸響應(yīng)校正部33輸出的隨時間變化的校 正后Z軸位置指令而不發(fā)生振動。
[0119] 此外，針對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，以如下方式 對控制參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，即，使得從校正后X軸位置指令至由作為加速度的X軸機械端位移信 號al的二階積分表示的X軸機械端的位置為止的響應(yīng)延遲、從校正后Y軸位置指令至由作為 加速度的Y軸機械端位移信號a2的二階積分表示的Y軸機械端的位置為止的響應(yīng)延遲、和從 校正后Z軸位置指令至由作為加速度的Z軸機械端位移信號a3的二階積分表示的Z軸機械端 的位置為止的響應(yīng)延遲相一致。
[0120] Z軸施振信號生成部36在執(zhí)行本實施方式的電動機控制裝置的參數(shù)調(diào)整時，以根 據(jù)由使用者進(jìn)行的開始調(diào)整的指示操作所決定的時間生成M序列波形的信號，將M序列施振 信號與Z軸扭矩指令T3相加而驅(qū)動Z軸電動機32a，對Z軸控制對象32進(jìn)行施振。
[0121 ] Z軸零點推定部35將如上述所示Z軸施振信號生成部36生成了施振信號時的Z軸扭 矩指令T3、和由Z軸測定器34檢測到的Z軸機械端位移信號a3作為輸入輸出數(shù)據(jù)而進(jìn)行系統(tǒng) 辨識，推定從Z軸扭矩指令T3至Z軸機械端位移信號a3為止的傳遞函數(shù)G faz(s)，將提取與其Z 軸的零點相關(guān)的信息而得到的結(jié)果向響應(yīng)校正參數(shù)決定部302輸出。
[0122] 另外，響應(yīng)校正參數(shù)決定部302基于上述的Y軸的零點的信息及Z軸的零點的信息， 決定并設(shè)定X軸響應(yīng)校正部13的響應(yīng)校正濾波器G xrc(S)的特性，基于上述的X軸的零點的信 息及Z軸的零點的信息，決定并設(shè)定Y軸響應(yīng)校正部23的響應(yīng)校正濾波器G yr。(s)的特性，基 于上述的X軸的零點的信息及Y軸的零點的信息，決定并設(shè)定Z軸響應(yīng)校正部33的響應(yīng)校正 濾波器G zrc；(S)的特性。
[0123] 在Z軸零點推定部35的系統(tǒng)辨識中，與在實施方式1記述的X軸或Y軸的情況相同， 由Z軸施振信號生成部36將M序列施振信號與Z軸扭矩指令T3相加而對Z軸控制對象32進(jìn)行 施振，取得Z軸扭矩指令T3和由Z軸測定器34檢測到的Z軸機械端位移信號a3的響應(yīng)而作為 數(shù)據(jù)。針對該M序列施振時的輸入輸出數(shù)據(jù)，作為一個例子而使用最小二乘法推定從Z軸扭 矩指令T3至Z軸機械端位移信號a3為止的傳遞函數(shù)G faz(s)。在這里，對上述的從Z軸扭矩指 令T3至Z軸機械端位移信號a3為止的傳遞函數(shù)Gfaz(s)的特征進(jìn)行說明。傳遞函數(shù)G faz(s)在 將機械端位移信號a3設(shè)為機械端的加速度的情況下，通常通過下述的式(22)進(jìn)行近似。
[0126]在這里，Jz是Z軸控制對象32的慣性矩。《PZ1是i次模式的共振頻率乂 PZ1是i次模式 的共振頻率的衰減比，《zzj是第j個反共振頻率，即復(fù)零點的絕對值乂 zzj是第j個反共振特 性，即復(fù)零點的衰減比。在這里，與上述實施方式的X軸或Y軸同樣地，針對Z軸也將分子的階 數(shù)近似為m=l或2即可。如果將此時的傳遞函數(shù)的分子設(shè)為N z(s)，則Nz(s)通過下述的式 (23)表示。
[0129] Z軸零點推定部35通過上述的動作，將零點的信息即上述的式(23)的多項式的信 息向響應(yīng)校正參數(shù)決定部302輸出。
[0130]響應(yīng)校正參數(shù)決定部302使用傳遞函數(shù)的多項式Ny(s)、傳遞函數(shù)的多項式Nz(s)和 低通濾波器F(s)，通過下述的式（24)決定X軸響應(yīng)校正部13的響應(yīng)校正濾波器Gxrc(S)，其 中，傳遞函數(shù)的多項式N y(s)表示由Y軸零點推定部25提取出的、從Y軸扭矩指令T2至Y軸機 械端位移信號a2為止的傳遞函數(shù)Gfay(s)具有的零點，傳遞函數(shù)的多項式N z(s)表示由Z軸零 點推定部35提取出的、從Z軸扭矩指令T3至Z軸機械端位移信號a3為止的傳遞函數(shù)Gfaz(s)具 有的零點。
[0131] 【式24】
[0132] Gxrc(s) =F(s)*Ny(s)*Nz(s)... (24)
[0133] 式（24)右邊的F(s)是低通濾波器，用于將響應(yīng)校正濾波器Gxrc(S)恰當(dāng)化，低通濾 波器F(s)將從軌跡指令發(fā)生器301輸出的X軸位置指令信號中的比控制頻帶高的頻率成分 減少而抑制急劇的變化，將X軸位置指令信號變得平滑。在X軸位置指令信號原本就平滑地 生成的情況下，也可以是F(s) = l。
[0134] 另外，響應(yīng)校正參數(shù)決定部302使用傳遞函數(shù)的多項式Nx(s)、傳遞函數(shù)的多項式Nz (s)和低通濾波器F(s)，通過下述的式（25)決定Y軸響應(yīng)校正部23的響應(yīng)校正濾波器Gyrc (s)，其中，傳遞函數(shù)的多項式Nx(s)表示由X軸零點推定部15提取出的、從X軸扭矩指令T1至 X軸機械端位移信號al為止的傳遞函數(shù)Gfax(s)具有的零點，傳遞函數(shù)的多項式Nz(s)表示由 Z軸零點推定部35提取出的、從Z軸扭矩指令T3至Z軸機械端位移信號a3為止的傳遞函數(shù)Gfaz (s)具有的零點。
[0135] 【式25】
[0136] Gyrc(s)=F(s)*Nx(s)*Nz(s)---(25)
[0137] 式(25)右邊的F(s)是與上述式(24)相同的低通濾波器。
[0138] 另外，響應(yīng)校正參數(shù)決定部302使用傳遞函數(shù)的多項式Ny(s)、傳遞函數(shù)的多項式Ny (s)和低通濾波器F(s)，通過下述的式（26)決定Z軸響應(yīng)校正部33的響應(yīng)校正濾波器Gzrc (s)，其中，傳遞函數(shù)的多項式Ny(s)表示由X軸零點推定部15提取出的、從X軸扭矩指令T1至 X軸機械端位移信號al為止的傳遞函數(shù)Gfax(s)具有的零點，傳遞函數(shù)的多項式Ny(s)表示由 Y軸零點推定部25提取出的、從Y軸扭矩指令T2至Y軸機械端位移信號a2為止的傳遞函數(shù)Gfay (s)具有的零點。
[0139] 【式26】
[0140] Gzrc(s)=F(s)*Nx(s)*Ny(s)---(26)
[0141] 式(26)右邊的F(s)是與式(24)相同的低通濾波器。
[0142] 在本實施方式中，也與實施方式1的情況同樣地，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，設(shè)定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(shù)，以使得從校正后X軸位置指令至X軸機械端位移信號al為止的響應(yīng)延遲、從校 正后Y軸位置指令至Y軸機械端位移信號a2為止的響應(yīng)延遲、和從校正后Z軸位置指令至Z軸 機械端位移信號a3為止的響應(yīng)延遲相一致，這一做法就是如上述所示在X軸、Y軸和Z軸使相 對于指令的延遲時間相同。
[0143] 在控制對象的從X軸扭矩指令T1至X軸機械端位置^為止的傳遞函數(shù)、從Y軸扭矩 指令T2至Y軸機械端位置ya為止的傳遞函數(shù)及從X軸扭矩指令T3至Z軸機械端位置z a為止的 傳遞函數(shù)存在零點的情況下，X軸位置指令Xrrf和X軸機械端位置^之間的關(guān)系通過下述的 式(27)表示，Y軸位置指令和Y軸機械端位置y a之間的關(guān)系通過下述的式(28)表示，Z軸 位置指令Zrrf和Z軸機械端位置za之間的關(guān)系通過下述的式(29)表示。
[0150]因此，在X軸、Y軸和Z軸的零點的特性不同，Nx(s)辛Ny(s)辛Nz(s)的情況下，由于零 點的影響，通過X軸機械端位置xjPY軸機械端位置ya形成的軌跡，成為在通過校正后X軸位 置指令和校正后Y軸位置指令形成的指令曲線中產(chǎn)生了畸變的軌跡。因此，如上所述，即使 在X軸控制對象、Y軸控制對象和Z軸控制對象存在零點，也需要進(jìn)行校正，以不產(chǎn)生曲線中 的畸變。在這里，作為進(jìn)行上述的校正的方法而使用下述方法，即，根據(jù)在實施方式1所說明 的理由，不使用反函數(shù)，而是在響應(yīng)校正參數(shù)決定部302中，將Y軸的零點的特性N y(s)和Z軸 的零點的特性Nz(s)代入至X軸響應(yīng)校正部13的響應(yīng)校正濾波器Gxr。(s)，將X軸的零點的特 性N x(s)和Z軸的零點的特性Nz(s)代入至Y軸響應(yīng)校正部23的響應(yīng)校正濾波器Gyrc(s)，將X軸 的零點的特性N x (s)和Y軸的零點的特性Ny (s)代入至Z軸響應(yīng)校正部33的響應(yīng)校正濾波器 Gzrc(s)。此時，從X軸位置指令Xref至X軸機械端位置Xa為止的特性通過下述的式(30)表示， 從Y軸位置指令y ref至Y軸機械端位置ya為止的特性通過下述的式(31)表示，從Z軸位置指令 zref至Z軸機械端位置za為止的特性通過下述的式(32)表示。通過使X軸的傳遞特性、Y軸的 傳遞特性和Z軸的傳遞特性相一致，從而將零點的影響變得相同。

[0157] 根據(jù)上述所示的結(jié)構(gòu)，從X軸的位置指令信號至X軸的負(fù)載機械位置為止的傳遞函 數(shù)、從Y軸的位置指令信號至Y軸的負(fù)載機械位置為止的傳遞函數(shù)、和從Z軸的位置指令信號 至Z軸的負(fù)載機械位置為止的傳遞函數(shù)全部變得相同。
[0158] 本實施方式的電動機控制裝置通過如上述所示進(jìn)行動作，從而使相對于指令的暫 態(tài)響應(yīng)也在X軸、Y軸和Z軸變得相同，因此具有下述效果，即，即使在由剛性低的控制對象描 繪曲線的軌跡的情況下，也能夠一邊抑制相對于指令軌跡的軌跡追隨誤差及振動，一邊針 對指令的軌跡高速高精度地執(zhí)行響應(yīng)中沒有畸變的軌跡控制。
[0159] 此外，在本實施方式中，將驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)為3軸結(jié)構(gòu)，但并不限定于此，也可以通過使 用相同的方法而設(shè)為大于或等于3個軸的多軸結(jié)構(gòu)。
[0160]實施方式4.
[0161]圖7是表示本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的實施方式4的結(jié)構(gòu)的框圖。在實施方 式4中，與實施方式1的圖1相同標(biāo)號的模塊具有等同的功能，省略重復(fù)的結(jié)構(gòu)及動作的說 明。如圖7所示，本實施方式的電動機控制裝置是相對于實施方式1的電動機控制裝置追加 了X軸機械特性分析部417、Y軸機械特性分析部427及自動調(diào)整判斷部403后的結(jié)構(gòu)。
[0162] X軸機械特性分析部417將X軸施振信號生成部16生成施振信號時的X軸扭矩指令 T1、和由X軸測定器14檢測到的X軸機械端位移信號al作為輸入輸出數(shù)據(jù)而進(jìn)行從時域向頻 域的變換，將X軸的頻率特性向自動調(diào)整判斷部403輸出。
[0163] Y軸機械特性分析部427將Y軸施振信號生成部26生成施振信號時的Y軸扭矩指令 T2、和由Y軸測定器24檢測到的Y軸機械端位移信號a2作為輸入輸出數(shù)據(jù)而進(jìn)行從時域至頻 域的變換，將Y軸的頻率特性向自動調(diào)整判斷部403輸出。
[0164] 自動調(diào)整判斷部403從由X軸機械特性分析部417輸出的X軸的頻率特性對X軸的反 共振特性的有無進(jìn)行檢測，在存在反共振特性的情況下將動作命令輸出至X軸零點推定部 415。另外，自動調(diào)整判斷部403針對Y軸也是同樣地，從由Y軸機械特性分析部427輸出的Y軸 的頻率特性對Y軸的反共振特性的有無進(jìn)行檢測，在存在反共振特性的情況下將動作命令 輸出至Y軸零點推定部425。有無反共振特性的檢測通過下述方式進(jìn)行，即，以針對所取得的 頻率特性，抑制相鄰的頻率間的微小的增益值的變動而得到概略形狀的方式，使用移動平 均濾波器而實施平滑化處理，從平滑化處理后的頻率特性導(dǎo)出極小點。
[0165] 如果從自動調(diào)整判斷部403將動作命令輸出至X軸零點推定部415,則X軸零點推定 部415將X軸施振信號生成部16生成施振信號時的X軸扭矩指令T1、和由X軸測定器14檢測到 的X軸機械端位移信號al作為輸入輸出數(shù)據(jù)而進(jìn)行系統(tǒng)辨識，推定從X軸扭矩指令T1至X軸 機械端位移信號al為止的傳遞函數(shù)G fax(s)，將提取與其X軸的零點相關(guān)的信息而得到的結(jié) 果，即，表示零點的傳遞函數(shù)的多項式Nx(s)的信息輸出至響應(yīng)校正參數(shù)決定部2。在沒有從 自動調(diào)整判斷部403輸出動作命令的情況下，將下述的式(33)輸出至響應(yīng)校正參數(shù)決定部 2〇
[0166] 【式33】
[0167] Nx(s) = l---(33)
[0168] 如果從自動調(diào)整判斷部403將動作命令輸出至Y軸零點推定部425,則Y軸零點推定 部425將Y軸施振信號生成部26生成施振信號時的Y軸扭矩指令T2、和由Y軸測定器24檢測到 的Y軸機械端位移信號a2作為輸入輸出數(shù)據(jù)而進(jìn)行系統(tǒng)辨識，推定從Y軸扭矩指令12至￥軸 機械端位移信號a2為止的傳遞函數(shù)G fay(s)，將提取與該Y軸的零點相關(guān)的信息而得到的結(jié) 果，即，表示零點的傳遞函數(shù)的多項式Ny(s)的信息輸出至響應(yīng)校正參數(shù)決定部2。在沒有從 自動調(diào)整判斷部403輸出動作命令的情況下，將下述的式(34)輸出至響應(yīng)校正參數(shù)決定部 2〇
[0169] 【式34】
[0170] Ny(s) = l---(34)
[0171] 通過構(gòu)成為上述的結(jié)構(gòu)，即使在控制對象中剛性低的軸和剛性高的軸混雜的情況 下，也能夠自動地判別剛性低的軸和剛性高的軸而進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整。具體地說，在所有 軸均為高剛性的情況下，由于上述的式(33)及式(34)輸入至響應(yīng)校正參數(shù)決定部2,因此如 果將從X軸位置指令 Xref至X軸機械端位置Xa為止的傳遞函數(shù)的分母多項式設(shè)為D(s)，則從X 軸位置指令至X軸機械端位置xa為止的特性使用低通濾波器F(s)而通過下述的式(35) 表不。
[0174]同樣地，從Y軸位置指令yref至Y軸機械端位置ya為止的特性通過下述的式(36)表 不。
[0177] 如上所述，能夠使X軸的傳遞特性和Y軸的傳遞特性相一致。此外，在任意軸的剛性 低的情況下，與實施方式2的X軸和Y軸的關(guān)系相同，能夠使X軸的傳遞特性和Y軸的傳遞特性 相一致。另外，在所有軸均為低剛性的情況下，與實施方式1的X軸和Y軸的關(guān)系相同，能夠使 X軸的傳遞特性和Y軸的傳遞特性相一致。
[0178] 本實施方式的電動機控制裝置通過如上述所示進(jìn)行動作，從而在由剛性低的軸和 剛性高的軸混雜的控制對象描繪曲線的軌跡的情況下，即使各軸的剛性的高低不明，也能 夠自動地判別剛性低的軸和剛性高的軸而進(jìn)行適當(dāng)?shù)膮?shù)調(diào)整，相對于指令的暫態(tài)響應(yīng)也 在X軸和Y軸變得相同，因此具有下述效果，即，能夠一邊抑制相對于指令軌跡的軌跡追隨誤 差及振動，一邊針對指令軌跡高速高精度地執(zhí)行響應(yīng)中沒有畸變的軌跡控制。
[0179] 此外，在本實施方式中，將驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)為2軸結(jié)構(gòu)，但并不限定于此，也可以通過使 用相同的方法而設(shè)為大于或等于3個軸的多軸結(jié)構(gòu)。
[0180] 實施方式5.
[0181] 圖8是表示本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置的實施方式5的結(jié)構(gòu)的框圖。在實施方 式5中，與實施方式1的圖1相同標(biāo)號的模塊具有等同的功能，省略重復(fù)的結(jié)構(gòu)及動作的說 明。如圖8所示，在本實施方式的電動機控制裝置中，取代實施方式1的電動機控制裝置的X 軸零點推定部15及Y軸零點推定部25而具備頻率響應(yīng)顯示部504。頻率響應(yīng)顯示部504具備： 第1監(jiān)視部504a、第2監(jiān)視部504b及用戶輸入裝置504c。此外，圖9是表示本發(fā)明所涉及的電 動機控制裝置的實施方式5的結(jié)構(gòu)所具備的頻率響應(yīng)顯示部504的圖。
[0182] 第1監(jiān)視部504a將X軸施振信號生成部16生成施振信號時的X軸扭矩指令T1、和由X 軸測定器14檢測到的X軸機械端位移信號al作為輸入輸出數(shù)據(jù)而進(jìn)行系統(tǒng)辨識，將從X軸扭 矩指令T1至X軸機械端位移信號al為止的頻率特性F rx、和對頻率特性Frx進(jìn)行了低維模型化 后的傳遞函數(shù)Gfax5(s)的頻率特性F fax5顯示在同一曲線圖上。此外，在圖9中，由實線表示頻 率特性Frx，由虛線表示頻率特性F fax5。
[0183] 第2監(jiān)視部504b將Y軸施振信號生成部26生成施振信號時的Y軸扭矩指令T2、和由Y 軸測定器24檢測到的Y軸機械端位移信號a2作為輸入輸出數(shù)據(jù)而進(jìn)行系統(tǒng)辨識，將從Y軸扭 矩指令T2至Y軸機械端位移信號a2為止的頻率特性F ry、和對頻率特性Fry進(jìn)行了低維模型化 后的傳遞函數(shù)Gfay5(s)的頻率特性F fay5顯示在同一曲線圖上。此外，在圖9中，由實線表示頻 率特性Fry，由虛線表示頻率特性F fay5。
[0184] 用戶輸入裝置504c為下述結(jié)構(gòu)，即，能夠針對低維模型化后的傳遞函數(shù)Gfax5(s)、 Gfay5(s)，由用戶通過手動操作而變更各個傳遞函數(shù)的參數(shù)，指示在第1監(jiān)視部504a進(jìn)行參 數(shù)變更后的頻率特性F fax5的重繪，在第2監(jiān)視部504b進(jìn)行參數(shù)變更后的頻率特性Ffay5的重 〇
[0185] 最終，在沒有進(jìn)行由用戶通過手動操作實施的參數(shù)變更的情況下，用戶輸入裝置 504c將在第1監(jiān)視部504a及第2監(jiān)視部504b最初導(dǎo)出的低維模型化后的傳遞函數(shù)G fax5(s)、 Gfay5(s)的結(jié)果輸出至頻率響應(yīng)顯示部504,在進(jìn)行了由用戶通過手動操作實施的參數(shù)變更 的情況下，將參數(shù)變更之后的進(jìn)行了低維模型化的傳遞函數(shù)G fax5(s)、Gfay5(s)的結(jié)果輸出至 頻率響應(yīng)顯示部504。
[0186] 頻率響應(yīng)顯示部504根據(jù)從用戶輸入裝置504c輸出的低維模型化后的傳遞函數(shù) Gfax5(s)、Gfay5(s)的結(jié)果，將各軸的調(diào)整用參數(shù)輸出至響應(yīng)校正參數(shù)決定部2并進(jìn)行顯示。用 戶在判斷為需要進(jìn)一步調(diào)整X軸的響應(yīng)性的情況下，通過用戶輸入裝置504c對Y軸的低維模 型G fay5(s)的傳遞函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，在判斷為需要進(jìn)一步調(diào)整Y軸的響應(yīng)性的情況下， 通過用戶輸入裝置504c對X軸的低維模型G fax5(s)的傳遞函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。
[0187] 根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)，具有下述效果，即，在進(jìn)行X軸及Y軸的響應(yīng)校正參數(shù)的調(diào)整時， 以由頻率響應(yīng)顯示部504導(dǎo)出的各軸的調(diào)整用參數(shù)為基礎(chǔ)，在用戶希望進(jìn)一步實施手動調(diào) 整的情況下，能夠一邊在畫面上對參數(shù)的變更程度進(jìn)行確認(rèn)，一邊簡單地進(jìn)行設(shè)定作業(yè)。
[0188] 此外，在本實施方式中，將驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)為2軸結(jié)構(gòu)，但并不限定于此，也可以通過使 用相同的方法而設(shè)為大于或等于3個軸的多軸結(jié)構(gòu)，設(shè)為具備與此對應(yīng)的多個監(jiān)視器的結(jié) 構(gòu)。
[0189] 以上，如在實施方式1至5中說明所述，本發(fā)明的電動機控制裝置具備:基于針對各 軸的位置反饋的位置控制部;零點推定部，其根據(jù)各軸的扭矩指令和與電動機連結(jié)的負(fù)載 機械的位移信號，推定各軸的零點的特性;響應(yīng)校正參數(shù)決定部，其基于由零點推定部推定 出的零點的特性，對各軸的響應(yīng)校正濾波器進(jìn)行運算；以及響應(yīng)校正部，其將針對各軸的位 置指令按照由響應(yīng)校正參數(shù)決定部運算出的響應(yīng)校正濾波器實施變換后的校正后位置指 令輸入至各位置控制部，響應(yīng)校正參數(shù)決定部基于由零點推定部得到的各軸的零點的特性 而對各軸的響應(yīng)校正部進(jìn)行設(shè)定，通過將各軸的從指令至機械端位置為止的傳遞函數(shù)設(shè)為 相同，從而在對控制對象進(jìn)行驅(qū)動的電動機控制裝置中，即使是剛性低的機械，也能夠以高 加減速進(jìn)行驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)如下軌跡控制，即，機械端所描繪的軌跡追隨于指令曲線而沒有 產(chǎn)生畸變。
[0190] 工業(yè)實用性
[0191 ]如上所述，本發(fā)明所涉及的電動機控制裝置，對于控制對象由低剛性機械系統(tǒng)構(gòu) 成的工作機械及機器人是有用的，特別適用于NC工作機械及工業(yè)用機器人。
[0192]標(biāo)號的說明
[0193] 1軌跡指令發(fā)生器，2響應(yīng)校正參數(shù)決定部，11 X軸位置控制部，12 X軸控制對 象，12a X軸電動機，12b X軸的負(fù)載機械，12c X軸檢測器，13 X軸響應(yīng)校正部，14 X軸測定 器，15 X軸零點推定部，16 X軸施振信號生成部，21 Y軸位置控制部，22 Y軸控制對象，22a Y軸電動機，22b Y軸的負(fù)載機械，22c Y軸檢測器，23 Y軸響應(yīng)校正部，24 Y軸測定器，25 Y 軸零點推定部，26 Y軸施振信號生成部，202響應(yīng)校正參數(shù)決定部，212 X軸控制對象，212a X軸電動機，212b X軸的負(fù)載機械，212c X軸檢測器，221 Y軸位置控制部，301軌跡指令發(fā) 生器，302響應(yīng)校正參數(shù)決定部，31 Z軸位置控制部，32 Z軸控制對象，32a Z軸電動機，32b Z軸的負(fù)載機械，32c Z軸檢測器，33 Z軸響應(yīng)校正部，34 Z軸測定器，35 Z軸零點推定部，36 Z軸施振信號生成部，403自動調(diào)整判斷部，415 X軸零點推定部，417 X軸機械特性分析部， 425 Y軸零點推定部，427 Y軸機械特性分析部，504頻率響應(yīng)顯示部，504a第1監(jiān)視部， 504b第2監(jiān)視部，504c用戶輸入裝置，T1 X軸扭矩指令，T2 Y軸扭矩指令，T3 Z軸扭矩指 令，al X軸機械端位移信號，a2 Y軸機械端位移信號，a3 Z軸機械端位移信號。
【主權(quán)項】
1. 一種電動機控制裝置，其對第1控制對象內(nèi)的與第1負(fù)載機械連結(jié)的第1電動機及第2 控制對象內(nèi)的與第2負(fù)載機械連結(jié)的第2電動機進(jìn)行控制， 該電動機控制裝置的特征在于，具備： 第1檢測器，其對所述第1電動機的位置進(jìn)行檢測； 第2檢測器，其對所述第2電動機的位置進(jìn)行檢測； 軌跡指令發(fā)生器，其輸出針對所述第1控制對象的位置指令即第1位置指令、和針對所 述第2控制對象的位置指令即第2位置指令； 響應(yīng)校正部，其進(jìn)行使響應(yīng)校正濾波器作用于來自所述軌跡指令發(fā)生器的所述第1位 置指令的運算，輸出校正后位置指令； 第1位置控制部，其將來自所述響應(yīng)校正部的所述校正后位置指令和由所述第1檢測器 檢測到的位置作為輸入，以由所述第1檢測器檢測到的位置與所述校正后位置指令一致的 方式生成第1扭矩指令； 第2位置控制部，其將來自所述軌跡指令發(fā)生器的所述第2位置指令和由所述第2檢測 器檢測到的位置作為輸入，以由所述第2檢測器檢測到的位置與所述第2位置指令一致的方 式生成第2扭矩指令； 測定器，其對所述第2控制對象內(nèi)的第2負(fù)載機械的機械端位移進(jìn)行檢測； 零點推定部，其根據(jù)所述第2扭矩指令和所述機械端位移，或根據(jù)所述第2位置指令和 所述機械端位移，提取從所述第2扭矩指令至所述機械端位移為止的傳遞函數(shù)的零點的特 性；以及 響應(yīng)校正參數(shù)決定部，其使用由所述零點推定部提取出的所述零點的特性，進(jìn)行所述 響應(yīng)校正部的所述響應(yīng)校正濾波器的設(shè)定， 所述第1位置控制部生成的第1扭矩指令被輸入至所述第1電動機，所述第2位置控制部 生成的第2扭矩指令被輸入至所述第2電動機。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備： 第2響應(yīng)校正部，其進(jìn)行使第2響應(yīng)校正濾波器作用于所述第2位置指令的運算，將校正 后第2位置指令輸出至所述第2位置控制部，其中，該第2響應(yīng)校正濾波器是不同于作為第1 響應(yīng)校正濾波器的所述響應(yīng)校正濾波器的校正濾波器，該校正后第2位置指令是不同于作 為校正后第1位置指令的所述校正后位置指令的校正后位置指令，該第2位置控制部是不同 于作為第1位置控制部的所述位置控制部的位置控制部； 第1測定器，其不同于作為第2測定器的所述測定器，對所述第1控制對象內(nèi)的第1負(fù)載 機械的機械端位移即第1機械端位移進(jìn)行檢測；以及 第1軸零點推定部，其不同于作為第2軸零點推定部的所述零點推定部，根據(jù)所述第1扭 矩指令和所述第1機械端位移，或根據(jù)所述第1位置指令和所述第1機械端位移，對從所述第 1扭矩指令至所述第1機械端位移為止的傳遞函數(shù)的零點即第1軸零點的特性進(jìn)行提取， 所述響應(yīng)校正參數(shù)決定部使用由所述第1軸零點推定部提取出的所述第1軸零點的特 性，進(jìn)行所述第2響應(yīng)校正部的所述第2響應(yīng)校正濾波器的設(shè)定。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備： 第1軸施振信號生成部，其生成用于系統(tǒng)辨識而施加于所述第1扭矩指令的第1施振信 號；以及 第2軸施振信號生成部，其生成用于系統(tǒng)辨識而施加于所述第2扭矩指令的第2施振信 號， 所述第1軸零點推定部根據(jù)所述第1機械端位移和基于所述第1施振信號的輸入信號， 對從所述第1施振信號至所述第1機械端位移為止的傳遞函數(shù)進(jìn)行辨識，從而提取第1軸零 點的特性， 所述第2軸零點推定部根據(jù)基于所述第2施振信號的輸入信號和由所述第2測定器檢測 的第2機械端位移，對從所述第2施振信號至所述第2機械端位移為止的傳遞函數(shù)進(jìn)行辨識， 從而提取第2軸零點的特性。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備： 第1機械特性分析部，其根據(jù)所述第1機械端位移和基于所述第1施振信號的輸入信號， 求出所述第1控制對象的第1頻率特性； 第2機械特性分析部，其根據(jù)所述第2機械端位移和基于所述第2施振信號的輸入信號， 求出所述第2控制對象的第2頻率特性；以及 自動調(diào)整判斷部，其從所述第1頻率特性和所述第2頻率特性，分別探索第1軸和第2軸 的反共振特性的有無，決定是否使所述第1軸零點推定部和所述第2軸零點推定部動作， 所述響應(yīng)校正參數(shù)決定部在進(jìn)行所述第1響應(yīng)校正濾波器和所述第2響應(yīng)校正濾波器 的設(shè)定時，在所述自動調(diào)整判斷部使所述第1軸零點推定部動作時，還使用所述第1軸的反 共振特性進(jìn)行所述第2響應(yīng)校正濾波器的設(shè)定，在所述自動調(diào)整判斷部使所述第2軸零點推 定部動作時，還使用所述第2軸的反共振特性進(jìn)行所述第1響應(yīng)校正濾波器的設(shè)定。5. -種電動機控制裝置，其對第1控制對象內(nèi)的與第1負(fù)載機械連結(jié)的第1電動機及第2 控制對象內(nèi)的與第2負(fù)載機械連結(jié)的第2電動機進(jìn)行控制， 該電動機控制裝置的特征在于，具備： 第1檢測器，其對所述第1電動機的位置進(jìn)行檢測； 第2檢測器，其對所述第2電動機的位置進(jìn)行檢測； 軌跡指令發(fā)生器，其輸出針對所述第1控制對象的位置指令即第1位置指令、和針對所 述第2控制對象的位置指令即第2位置指令； 第1響應(yīng)校正部，其進(jìn)行使第1響應(yīng)校正濾波器作用于來自所述軌跡指令發(fā)生器的所述 第1位置指令的運算，輸出第1校正后位置指令； 第1位置控制部，其將來自所述第1響應(yīng)校正部的所述第1校正后位置指令和由所述第1 檢測器檢測到的位置作為輸入，以由所述第1檢測器檢測到的位置與所述第1校正后位置指 令一致的方式生成第1扭矩指令； 第2響應(yīng)校正部，其進(jìn)行使第2響應(yīng)校正濾波器作用于來自所述軌跡指令發(fā)生器的所述 第2位置指令的運算，輸出第2校正后位置指令； 第2位置控制部，其將來自所述第2響應(yīng)校正部的所述第2校正后位置指令和由所述第2 檢測器檢測到的位置作為輸入，以由所述第2檢測器檢測到的位置與所述第2校正后位置指 令一致的方式生成第2扭矩指令； 第1測定器，其對所述第1控制對象內(nèi)的第1負(fù)載機械的第1機械端位移進(jìn)行檢測； 第2測定器，其對所述第2控制對象內(nèi)的第2負(fù)載機械的第2機械端位移進(jìn)行檢測； 頻率響應(yīng)顯示部，其根據(jù)以下4種參數(shù)對頻率特性進(jìn)行顯示，第1種參數(shù)是所述第1扭矩 指令或所述第1位置指令，第2種參數(shù)是所述第1機械端位移，第3種參數(shù)是所述第2扭矩指令 或所述第2位置指令，第4種參數(shù)是所述第2機械端位移； 所述頻率響應(yīng)顯示部的第1監(jiān)視部，其根據(jù)所述第1扭矩指令和所述第1機械端位移，或 根據(jù)所述第1位置指令和所述第1機械端位移，對從所述第1扭矩指令至所述第1機械端位移 為止的第1頻率特性進(jìn)行計算，對所述第1頻率特性和通過傳遞函數(shù)簡易地表現(xiàn)出所述第1 頻率特性的第1簡易模型的頻率特性進(jìn)行顯示； 所述頻率響應(yīng)顯示部的第2監(jiān)視部，其根據(jù)所述第2扭矩指令和所述第2機械端位移，或 根據(jù)所述第2位置指令和所述第2機械端位移，對從所述第2扭矩指令至所述第2機械端位移 為止的第2頻率特性進(jìn)行計算，對所述第2頻率特性和通過傳遞函數(shù)簡易地表現(xiàn)出所述第2 頻率特性的第2簡易模型的頻率特性進(jìn)行顯示； 所述頻率響應(yīng)顯示部的用戶輸入裝置，其用于針對在所述頻率響應(yīng)顯示部的所述第1 監(jiān)視部所顯示的所述第1簡易模型的頻率特性和在所述第2監(jiān)視部所顯示的所述第2簡易模 型的頻率特性，進(jìn)行曲線圖形狀的設(shè)定變更;以及 響應(yīng)校正參數(shù)決定部，其使用由所述頻率響應(yīng)顯示部的所述第1監(jiān)視部得到的所述第1 簡易模型的傳遞函數(shù)的信息和由所述第2監(jiān)視部得到的所述第2簡易模型的傳遞函數(shù)的信 息，進(jìn)行所述第1響應(yīng)校正部的所述第1響應(yīng)校正濾波器及所述第2響應(yīng)校正部的所述第2響 應(yīng)校正濾波器的設(shè)定。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動機控制裝置，其特征在于，具備： 第1軸施振信號生成部，其生成用于系統(tǒng)辨識而施加于所述第1扭矩指令的第1施振信 號；以及 第2軸施振信號生成部，其生成用于系統(tǒng)辨識而施加于所述第2扭矩指令的第2施振信 號， 所述第1監(jiān)視部根據(jù)所述第1機械端位移及基于所述第1施振信號的輸入信號，對從所 述第1施振信號至所述第1機械端位移為止的頻率特性進(jìn)行計算，對所述第1頻率特性和通 過傳遞函數(shù)簡易地表現(xiàn)出所述第1頻率特性的第1簡易模型的頻率特性進(jìn)行顯示， 所述第2監(jiān)視部根據(jù)所述第2機械端位移及基于所述第2施振信號的輸入信號，對從所 述第2施振信號至所述第2機械端位移為止的頻率特性進(jìn)行計算，對所述第2頻率特性和通 過傳遞函數(shù)簡易地表現(xiàn)出所述第2頻率特性的第2簡易模型的頻率特性進(jìn)行顯示。
【文檔編號】G05D3/12GK105934724SQ201480073829
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年11月26日
【發(fā)明人】筱原暢宏, 關(guān)口裕幸, 池田英俊, 藤田智哉, 長岡弘太朗
【申請人】三菱電機株式會社