[发明专利]位置控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于数控机床的轴控制的位置控制装置。

背景技术

通常，在使用的控制装置中，用于使待驱动结构加速或减速的驱 动系统被所述装置的基座支撑并且固定在所述装置的基座上，并且作 用在所述基座上的位移力被待驱动结构的反作用力补偿。图11为示意 性地显示机床中的驱动系统的一根轴的机构的驱动系统的模型，所述 机床是应用数字控制的一种机床。所述驱动系统具有在其中驱动力Fx 被施加给将被伺服电动机(未示出)驱动的结构C的结构，所述结构 C在也用作在方向x₂的导面(guiding surface)的结构B上移动。位于 结构B两侧的结构A支撑且固定结构B，并且每个结构A的一侧刚性 地安装且固定在地面上。当待驱动结构C在x₂方向上被加速或被减速 时，作为基座的结构A承受来自待驱动结构C的反作用力，在方向x1 上变形并且产生振动。在结构B上，设置了用于检测待驱动结构的位 置x₂的线性标尺(未示出)。

接下来，通过假设图11的驱动系统模型为目标设备(target plant) 来确定运动方程式。在这种情况下，在广义坐标系，可以利用待驱动 结构的位置x₂和所述基座的位移x₁，并且可以获得下面两个运动方程 式：

(Mb+Mc)·d²x₁/dt²-Mc·d²x₂/dt²+Ra·x₁＝0   (1)

Mc{d²x₂/dt²-d²x₁/dt²}＝Fx           (2)

其中Mb表示结构B的质量Mb，Mc表示待驱动结构C的质量 Mc，并且Ra表示结构A在x₁的方向上的方向刚性Ra。

图12为显示了用于目标设备的运动方程式(1)和(2)的方块图， 并且将在稍后描述的本发明的优选实施例的说明中进行详细描述。

图13为现有技术中的位置控制装置的方块图。由采用函数的上位 机(upper device)(未示出)生成的位置指令值X被输入加速和减速处 理器50。对于由加速和减速处理器50输出的位置指令值Xc，二阶函 数加速和减速处理被应用在加速和减速处理器50中以便即使当X关于 时间的导数dX/dt是分段的时侯，dXc/dt关于时间的二阶导数也是有界 的。为了加速位置指令响应，在微分器54和55中对位置指令值Xc关 于时间求导(S为拉普拉斯算子)，以计算指令速度和指令加速度的前馈 量Vf和Af。换算块Cb是用于确定对应于用于生成加速度Af的电机 推力的推力的前馈量的换算块，并且所述前馈量通常通过将待驱动结 构C的质量Mc和加速度Af相乘来替代。

对于目标设备58的位置检测值，使用由上述线性标尺检测的待驱 动结构的位置x₂。通过减法器51从位置指令值Xc减去待驱动结构的 位置x₂，并且通过位置偏差放大器Gp将由减法器51输出的位置偏差 放大系数Gp，并且在加法器52中将速度前馈量Vf加到位置偏差放大 器Gp的输出以获得速度指令值V。减法器53从速度指令值V减去待 驱动结构的速度v，速度v是通过由微分器56对待驱动结构的位置x2 关于时间求导获得的，并且作为速度偏差的减法器53的输出被速度偏 差放大器Gv放大。速度偏差放大器Gv通常包括比例积分放大器和各 种用于抑制目标设备的产生大约一百Hz的高频振动现象的滤波器。速 度偏差放大器Gv的输出和速度前馈量Vf通过加法器57相加，并且加 法器的输出成为电机产生的推力，即待驱动结构C的驱动力Fx。