[发明专利]伺服控制装置

说明书

优先权信息

本申请要求申请号为2014-179299，申请日为2014年9月3日的日本专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于本文中。

技术领域

本发明涉及伺服控制装置，并且，尤其涉及用于控制数控机器中的轴的速度控制装置和位置控制装置。

背景技术

通常，用于控制数控机器中的轴的伺服控制装置(如速度控制装置及位置控制装置)要求具有良好的系统稳定性(包括振动抑制能力)，以及高水平的命令遵循性能和扰动抑制性能。图6展示了在一个这样的伺服控制装置中的伺服系统的一般配置。在图6中，伺服控制装置组成反馈系统，其中使用控制器C，并且对目标设备55的输入u，施加扰动d，从而引起目标设备55的输出y遵循命令值Y。在该伺服系统中，命令遵循性能随着代表Y→y传输特征的补偿灵敏度函数T＝C～P/(1+C～P)的带宽(范围为|T|≈1)的变宽而提高，而抑制扰动d的扰动抑制性能随着代表d→u传输特征的灵敏度函数S＝1/(1+C～P)的中低频范围的|S|值的变小而提高。

在此，可以通过形成前馈系统(未示出)来提高命令遵循性能。同时，当中低频范围的灵敏度函数S最小化，以提高扰动抑制性能时，补偿灵敏度函数T的带宽不可避免地扩大至高范围。这经常导致这样的问题：比如，在高频带发生振动和系统稳定性降低。为了规避这些问题，传统上提出了仅在小的环路中抑制扰动的控制方法。作为传统的扰动抑制控制方法，已知这样的控制方法(以下称为扰动观察器方法)使目标设备接近低阶模型，估计输入目标设备的扰动d，并且提供到控制输入的反馈数据，以抵消扰动d，从而抑制扰动。

图7展示了使用扰动观察器方法的传统位置控制装置的例子的方块图。该目标设备55由驱动电机(未示出)驱动，并且目标设备55的控制输入u接收通过在加法器54中将扰动d加入由电机产生的驱动力u_c获得的信号。来自目标设备55的输出v代表由检测器(未示出)或类似物检测到的电机速度，并且来自目标设备55的另一输出x由以类似该检测器使用的方式检测到的驱动器位置和电机位置组成。速度控制单元100为用于根据速度命令值V_c准确地控制电机速度v的速度控制装置，并且被配置成在速度偏差放大器Gv中放大通过从速度命令值V_c中减去电机速度V_c获得的速度偏差信号。

扰动观察器53在内部储存目标设备55的低阶模型，并且输出由电机生成驱动力u_c和电机速度v计算出的扰动估计值^d。驱动命令值u₀，即来自速度偏差放大器Gv的输出，作为在减法器52中从驱动力命令值u₀减去扰动估计值^d获得的电机生成驱动力u_c而通过。为了根据位置命令值X_c准确地控制驱动器位置x(或直接指示驱动器位置的电机位置)，位置控制装置101在减法器50中从位置命令值X_c减去驱动器位置x，以查找位置偏差并在位置偏差放大器Gp中放大位置偏差。来自位置控制装置101的放大输出作为速度命令值V_c通过速度控制单元100。

在使用上述扰动观察器方法的常规位置控制装置中，只要目标设备的传递特征～P匹配储存在扰动观察器中低阶模型的传递特征～P，则获得该扰动估计值^d作为扰动d的精确估计值，并且扰动d可以通过反馈精确的扰动估计值^d抵消。以这种方式，可以提高扰动抑制性能而不对命令遵循性能施加任何影响。但是，因为目标设备的传递特征～P通常不匹配低阶模型的传递特征P，特别是在高频带中，待反馈的扰动估计值^d可以包括一种意外状态的反馈数据。这通常对命令遵循性能施加不利的影响，并导致振动的发生。

参见图8，其更具体地描述了与由此配置的常规位置控制装置相关的控制特征。图8为更详细地展示速度控制单元100的典型配置的方块图。下文不重复描述结合图7解释的部件。在此，目标设备的传递特征～P被假定为从控制输入u至电机速度v的传递特征，并定义为双惯性系统，具有传递杆ω_p和传递区ω_z，其由等式(1)表示如下。

～P＝(s²+ω_z²)/{I₁s(s²+2ζω_p·s+ω_p²)}(1)