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TW201351081A - 伺服控制裝置及伺服控制方法 - Google Patents

伺服控制裝置及伺服控制方法 Download PDF

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TW201351081A
TW201351081A TW102106578A TW102106578A TW201351081A TW 201351081 A TW201351081 A TW 201351081A TW 102106578 A TW102106578 A TW 102106578A TW 102106578 A TW102106578 A TW 102106578A TW 201351081 A TW201351081 A TW 201351081A
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TW
Taiwan
Prior art keywords
control
axis
gain
axes
feedforward
Prior art date
Application number
TW102106578A
Other languages
English (en)
Inventor
Katsuyoshi Takeuchi
Hirohisa Kuramoto
Hideaki Yamamoto
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Ind Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Ind Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Ind Ltd
Publication of TW201351081A publication Critical patent/TW201351081A/zh

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Abstract

本發明之伺服控制裝置20包括：位置反饋部21，其對每一X軸、Y軸、Z軸，進行用以使被驅動部之位置與位置指令一致之位置反饋控制；及速度前饋部22，其對每一軸，進行用以補償位置反饋控制對被驅動部之位置控制之延遲的速度前饋控制。而且，伺服控制裝置20於速度前饋控制斷開之情形時，將每一軸之位置迴路增益設為預先設定之同一值，於速度前饋部22之速度前饋控制接通之情形時，將位置反饋控制之位置迴路增益設為對應於每一軸之最佳增益。

Description

伺服控制裝置及伺服控制方法
本發明係關於一種伺服控制裝置及伺服控制方法者。
例如，在用於工作機械等之伺服控制裝置中，為提昇被移動之被驅動部之位置控制之精度，而提出有各種控制方法。
例如，於專利文獻1中，作為可一面抑制位置控制時之超速及過沖(overshoot)，一面縮短定位時間，即便控制回應較低，亦可進行穩定之控制之控制裝置，記載有於動作中基於模型速度之多項式，使位置控制增益連續地變化之控制裝置。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2006-79526號公報
此處，於具有2軸以上之工作機械中，位置反饋控制中使用之反饋增益(位置迴路增益)於先前各軸設定為相同之值。其原因在於：若各軸中反饋增益不同，則如圖9所示，被驅動部之移動時之位置偏差之平衡破壞，於實際之機械軌跡與由位置指令表示之軌跡之間將產生誤差。
然而，各軸中設為相同之反饋增益係以例如機械剛性最弱之軸為基準決定。因此，若以相同之反饋增益進行反饋控制，則各軸之位 置控制未必成為最佳之回應。
本發明係鑒於此種情況而完成者，其目的在於提供一種於具有複數個軸以控制被驅動部之位置之裝置中，可使各軸之位置控制成為最佳之回應之伺服控制裝置及伺服控制方法。
為解決上述課題，本發明之伺服控制裝置及伺服控制方法採用以下手段。
本發明之第一態樣之伺服控制裝置應用於數值控制機器，該數值控制機器包括：螺桿進給部，其設置於複數個軸之每一軸，將馬達之旋轉運動轉換成直線運動；被驅動部，其藉由上述螺桿進給部而直線移動；及支撐體，其支撐上述螺桿進給部及上述被驅動部；該伺服控制裝置係以使上述被驅動部之位置與位置指令一致之方式控制上述馬達者，且包括：反饋機構，其對每一上述軸，進行用以使上述被驅動部之位置與上述位置指令一致之反饋控制；及前饋機構，其對每一上述軸，進行用以補償上述反饋控制對上述被驅動部之位置控制之延遲的前饋控制；且於上述前饋控制斷開之情形時，將每一上述軸之上述反饋增益設為預先設定之同一值，於上述前饋機構之上述前饋控制接通之情形時，將上述反饋控制之反饋增益設為對應於每一上述軸之特定值。
本發明之第一態樣之伺服控制裝置係應用於數值控制機器，以使被驅動部之位置與位置指令一致之方式控制馬達者，該數值控制機器包括：螺桿進給部，其設置於複數個軸之每一軸，將馬達之旋轉運動轉換成直線運動；被驅動部，其藉由螺桿進給部而直線移動；及支撐體，其支撐螺桿進給部及被驅動部。
而且，藉由反饋機構而對複數個軸之每一軸進行用以使被驅動部之位置與位置指令一致之反饋控制。又，藉由前饋機構而對複數個 軸之每一軸進行用以補償反饋控制對被驅動部之位置控制之延遲的前饋控制。
進而，於前饋控制斷開之情形時，將每一軸之反饋增益設為預先設定之同一值，於前饋控制接通之情形時，將反饋控制之反饋增益設為對應於每一軸之特定值。
預先設定之各軸中相同之反饋增益係以例如機械剛性最弱之軸為基準而決定。因此，若利用相同之反饋增益進行反饋控制，則各軸之位置控制未必成為最佳之回應。
然而，由於藉由前饋控制來補償各軸中之反饋控制之延遲，故而，即便不使每一軸之反饋增益相同，亦可抑制各軸之位置控制之延遲。因此，於不進行前饋控制之情形時，由於使各軸之反饋增益成為對應於每一軸之值，故伺服控制裝置可於各軸中之位置控制中不產生延遲地使各軸之位置控制成為最佳之回應。
如此般，本發明之第一態樣之伺服控制裝置係於具有複數個軸以控制被驅動部之位置之裝置中，可使各軸之位置控制成為最佳之回應。
於上述第一態樣中，較佳為構成為，上述特定值於上述前饋控制之前饋增益之設定值於各軸間相同之情形時、與該設定值於一個以上之上述軸間不同之情形時，設定為不同值。
於前饋增益之設定值在各軸間相同之情形時，可抑制每一軸之被驅動部之移動量中產生差異。另一方面，於前饋增益之設定值在一個以上之軸間不同之情形時，各軸之前饋增益變得不平衡。若各軸之前饋增益變得不平衡，則每一軸之被驅動部之移動量中產生差異，從而無法進行精度較高之被驅動部之位置控制。
因此，根據本構成，當前饋控制接通時，於前饋增益之設定值在各軸間相同之情形時，與該設定值在一個以上之軸間不同之情形 時，將前饋增益設定為不同值，故而，可使各軸之位置控制成為進而最佳之回應。
於上述第一態樣中，較佳為構成為，於上述前饋控制之前饋增益之設定值在各軸間相同之情形時，將上述特定值設為對應於上述軸之機械剛性而對每一上述軸設定之值。
一般而言，軸之機械剛性於各軸之每一軸中不同。因此，根據本構成，於接通前饋控制之情形時，可藉由將反饋增益設為對應於軸之機械剛性地對每一軸設定之值，而使各軸之位置控制成為進而最佳之回應。
於上述第一態樣中，較佳為構成為，於上述前饋控制之前饋增益之設定值在一個以上之上述軸間不同之情形時，將上述特定值設為使對於上述被驅動部之上述位置指令與上述被驅動部之實際位置之偏差於各上述軸間成為相同之值。
根據本構成，使對於被驅動部之位置指令與實際之被驅動部之位置之偏差於各軸間相同，故而，可消除前饋增益之不平衡，從而抑制由對於被驅動部之位置指令所表示之軌道與實際軌道之誤差的產生。
本發明之第二態樣之伺服控制方法係伺服控制裝置之伺服控制方法，該伺服控制裝置應用於數值控制機器，該數值控制機器包括：螺桿進給部，其設置於複數個軸之每一軸，將馬達之旋轉運動轉換成直線運動；被驅動部，其藉由上述螺桿進給部而直線移動；及支撐體，其支撐上述螺桿進給部及上述被驅動部；上述伺服控制裝置為以使上述被驅動部之位置與位置指令一致之方式控制上述馬達而包括：反饋機構，其對每一上述軸，進行用以使上述被驅動部之位置與上述位置指令一致之反饋控制；及前饋機構，其對每一上述軸，進行用以補償上述反饋控制對上述被驅動部之位置控制之延遲的前饋控制；且 該伺服控制方法包括如下步驟：第1步驟，其係於上述前饋控制斷開之情形時，將每一上述軸之上述反饋增益設為預先設定之同一值，而進行反饋控制；及第2步驟，其係於上述前饋機構之上述前饋控制接通之情形時，將上述反饋控制之反饋增益設為對應於每一上述軸之特定值，而進行前饋控制。
根據本發明，具有如下優異效果，可於具有複數個軸以控制被驅動部之位置之裝置中，使各軸之位置控制成為最佳之回應。
1‧‧‧底座
2‧‧‧工作台
3‧‧‧立柱
4‧‧‧橫樑
5‧‧‧鞍座
6‧‧‧滑塊
9‧‧‧滾珠螺桿進給部
10‧‧‧滾珠螺桿螺母
11‧‧‧滾珠螺桿軸
12‧‧‧馬達
13‧‧‧馬達編碼器
14‧‧‧線性標度尺
20‧‧‧伺服控制裝置
21‧‧‧位置反饋部
22‧‧‧速度前饋部
23‧‧‧減法部
24‧‧‧比例積分運算部
25‧‧‧切換部
26‧‧‧增益變更部
26'‧‧‧增益變更部
27‧‧‧減法部
28‧‧‧乘法部
30-1‧‧‧1次微分項運算部
30-2‧‧‧2次微分項運算部
30-3‧‧‧3次微分項運算部
30-4‧‧‧4次微分項運算部
31-1‧‧‧乘法部
31-2‧‧‧乘法部
31-3‧‧‧乘法部
31-4‧‧‧乘法部
32‧‧‧加法部
33‧‧‧速度迴路補償部
50‧‧‧工作機械
aY1‧‧‧1次微分前饋增益
aY2‧‧‧2次微分前饋增益
aY3‧‧‧3次微分前饋增益
aY4‧‧‧4次微分前饋增益
s‧‧‧拉普拉斯運算子
KPY‧‧‧Y軸之位置迴路增益
V'‧‧‧補償速度
X‧‧‧X軸
Y‧‧‧Y軸
Z‧‧‧Z軸
△θ‧‧‧位置偏差
△V‧‧‧偏差速度
θ‧‧‧位置指令
θL‧‧‧負載位置
τ‧‧‧指令轉矩
ωM‧‧‧馬達速度
圖1係表示應用本發明之第1實施形態之伺服控制裝置之工作機械之概略構成的圖。
圖2係表示本發明之第1實施形態之伺服控制裝置之控制對象機器之概略構成的圖。
圖3係表示本發明之第1實施形態之伺服控制裝置之方塊圖的圖。
圖4係表示本發明之第1實施形態之速度前饋部之方塊圖的圖。
圖5係表示本發明之第1實施形態之伺服控制處理之流程的流程圖。
圖6係表示本發明之第1實施形態之被驅動部之移動方向反轉時之軌道誤差的圖表。
圖7係表示本發明之第2實施形態之伺服控制裝置之方塊圖的圖。
圖8係表示於本發明之伺服控制處理之步驟104中由該第2實施形態之增益轉換部進行之處理之流程的流程圖。
圖9係說明先前技術所需之圖。
以下，對本發明之伺服控制裝置及伺服控制方法之一實施形態，參照圖式，說明本發明應用於工作機械(數值控制機器)時之實施形態。
[第1實施形態]
圖1係表示本發明之第1實施形態之工作機械50之概略構成的圖。如圖1所示，工作機械50包含底座1、及配置於底座1上且可沿X軸方向移動之作為被驅動部之工作台2。又，以橫跨工作台2之方式配置有門形之立柱(columm)3。於立柱3，在Y軸方向上安裝有橫樑4，且藉由使作為被驅動部之鞍座(saddle)5於該橫樑4上移動，而可使鞍座5沿Y軸方向移動。鞍座5包含可沿Z軸方向移動之作為被驅動部之滑塊(ram)6。於滑塊6之前端安裝有進行切削加工等之機械前端。本第1實施形態之目的在於以使該滑塊6之Y軸方向上之機械前端位置與藉由位置指令θ所示之位置一致的方式，控制鞍座5之位置。
於圖2中，表示有本第1實施形態之伺服控制裝置20之控制對象機器之概略構成。再者，圖2所示之伺服控制裝置20，作為一例，為用以使鞍座5沿Y軸方向移動之伺服控制裝置(Y軸伺服控制裝置)。因此，工作機械50亦包含用以使工作台2沿X軸方向移動之伺服控制裝置(X軸伺服控制裝置)、及用以使滑塊6沿Z軸方向移動之伺服控制裝置(Z軸伺服控制裝置)。該等伺服機械裝置之構成係與圖2所示之構成相同。
如圖2所示，控制對象機器係藉由包含滾珠螺桿螺母10與滾珠螺桿軸11之滾珠螺桿進給部(螺桿進給部)9而將馬達12之旋轉運動轉換成直線運動，使作為負載之鞍座5直線移動(於Y軸方向上移動)之工作機械50之滾珠螺桿驅動機構。於馬達12中配置有檢測並輸出馬達速度ωM之馬達編碼器13。線性標度尺14係檢測並輸出表示鞍座5之位置之負載位置θL。於滾珠螺桿驅動機構下，若馬達12旋轉驅動而滾珠螺桿 軸11旋轉，則滾珠螺桿螺母10及固定連結於該滾珠螺桿螺母10之鞍座5將直線移動。
再者，圖2所示之伺服控制裝置20(Y軸伺服控制裝置)係以安裝於滑塊6之機械前端與由Y軸方向之位置指令θY表示之位置一致之方式，控制鞍座5的位置。同樣地，X軸伺服控制裝置係以工作台2之特定位置與由X軸方向之位置指令θX表示之位置一致之方式，控制工作台2的位置。又，Z軸伺服控制裝置係以安裝於滑塊6之機械前端與由Z軸方向之位置指令θZ表示之位置一致之方式，控制滑塊6的位置。
圖3係表示本第1實施形態之伺服控制裝置20之方塊圖之圖。再者，於圖3中，作為一例，表示有Y軸伺服控制裝置之方塊圖，但X軸伺服控制裝置及Z軸伺服控制裝置亦為相同之構成。
如圖3所示，伺服控制裝置20包括位置反饋部21、速度前饋部22、減法部23、比例積分運算部24、切換部25及增益變更部26。
位置反饋部21係進行用以使鞍座5之位置與位置指令θ(位置指令θY)一致之位置反饋控制。位置反饋部21包括減法部27及乘法部28。
減法部27係輸出作為位置指令θ與負載位置θL之差之位置偏差△θ。乘法部28係將位置偏差△θ乘以反饋增益(以下，稱為「位置迴路增益」)，且將偏差速度△V輸出至減法部23。再者，將對應於X軸之位置迴路增益設為KPX，將對應於Y軸之位置迴路增益設為KPY，將對應於Z軸之位置迴路增益設為KPZ。
速度前饋部22係進行用以補償位置反饋控制對鞍座5之位置控制之延遲的速度前饋控制。
如圖4所示，速度前饋部22包括：1次微分項運算部30-1，其將位置指令θ進行1次微分；2次微分項運算部30-2，其將位置指令θ進行2次微分；3次微分項運算部30-3，其將位置指令θ進行3次微分；及4次微分項運算部30-4，其將位置指令θ進行4次微分。進而，速度前饋部 22包括：乘法部31-1，其將1次微分項乘以1次微分前饋增益(aY1)；乘法部31-2，其將2次微分項乘以2次微分前饋增益(aY2)；乘法部31-3，其將3次微分項乘以3次微分前饋增益(aY3)；乘法部31-4，其將4次微分項乘以4次微分前饋增益(aY4)；加法部32；及速度迴路補償部33。於圖4中，s為拉普拉斯運算子(微分運算子)。再者，於本第1實施形態中，1次微分前饋增益至4次微分前饋增益係於各軸眾使用同一值。
上述1次微分前饋增益至4次微分前饋增益係設定為機械系模型中之轉矩及速度之逆特性模型之傳遞函數。又，上述速度迴路補償部33之傳遞函數係使用位置增益KP及積分時間常數Tv，以{KP/(1+Tvs)}表示。
速度前饋部22係若輸入有位置指令θ，則將乘以1次微分前饋增益所得之1次微分項、乘以2次微分前饋增益所得之2次微分項、乘以3次微分前饋增益所得之3次微分項、及乘以4次微分前饋增益所得之4次微分項分別輸入至加法部32。藉此，將各不相同之微分系數值相加後，賦予至速度迴路補償部33。速度迴路補償部33係將實施由上述傳遞函數所表示之位置補償而獲得之補償速度V'輸出至減法部23。補償速度V'係補償相對於馬達12及鞍座5之「應變」、「變形」、「黏性」等誤差要因(延遲要因)之速度。
減法部23係輸出偏差速度△V加上自速度前饋部22輸出之補償速度V'所得之值減去馬達速度ωM所得之指令速度V，且輸出至比例積分運算部24。
比例積分運算部24係將指令速度V進行比例積分運算並輸出指令轉矩τ。比例積分運算部24係進行使用速度迴路增益Kv、積分時間常數Tv及轉矩常數KT之τ=VKT{Kv(1+(1/Tvs))}之運算，求出指令轉矩τ。
該指令轉矩τ係賦予至圖2所示之控制對象機器，進行基於該指令 轉矩τ之各部分之控制。例如，馬達12藉由自電流控制器(省略圖示)供給對應於指令轉矩τ之電流而旋轉驅動。於此情形時，雖省略圖示，但以成為對應於指令轉矩τ之電流值之方式進行電流之反饋控制。馬達12之旋轉運動藉由滾珠螺桿進給部9而轉換成直線運動。其結果，螺合於滾珠螺桿進給部9之滾珠螺桿螺母10與固定於滾珠螺桿螺母10之鞍座5一併移動，將鞍座5移動至由位置指令θY表示之位置。
切換部25係切換速度前饋部22之速度前饋控制之接通及斷開。
增益變更部26於藉由切換部25而使速度前饋控制斷開之情形時，使每一軸之位置迴路增益成為預先設定之同一值(以下，稱為「共通增益」)，於藉由切換部25而使速度前饋控制接通之情形時，使位置反饋控制之位置迴路增益成為對應於每一軸之特定值(以下，稱為「最佳增益」)。再者，增益變更部26包含記憶最佳增益及共通增益之記憶部。
共通增益設為以X軸、Y軸、Z軸中之機械剛性最弱之軸為基準之值。因此，於共通增益中，各軸之位置迴路增益未必為最佳之值。
另一方面，最佳增益係以相應於軸之機械剛性，於X軸、Y軸、Z軸每一軸中獲得最佳之位置迴路回應之方式預先設定。例如，於X軸上作為重量物之工作台2進行移動，故而，若增大增益，則易於產生擺動(hunting)，因此X軸之最佳增益小於其他軸。又，於Z軸上相對輕量之滑塊6進行移動，並且Z軸係相對於載置於工作台2之被加工物於上下方向移動之方向，故而，較理想為獲得相對較高之增益，故Z軸之最佳增益大於其他軸。
再者，伺服控制裝置20例如包含CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)及可電腦讀取之記錄媒體等。而且，用以實現各種控制之功能之一系列處理，作為一例，可藉由如下方法而實現各種控制，即，以程式之形 式記錄於記錄媒體等，且CPU將該程式讀出至RAM等，執行資訊之加工．運算處理。
又，速度前饋部22、位置反饋部21、減法部23及比例積分運算部24係設置於每一軸，另一方面，亦可將切換部25及增益變更部26設為各軸共通。
其次，使用圖5所示之流程圖，對由本第1實施形態之伺服控制裝置20執行之處理(以下，稱為「伺服控制處理」)進行說明。再者，伺服控制處理係與工作機械50開始動作一併開始，且與工作機械50之動作結束一併結束。
首先，於步驟100中，開始進行位置反饋控制對各軸之位置控制。於此情形時，將位置迴路增益設為共通增益，且未開始速度前饋控制。
於下一步驟102中，切換部25判定有無速度前饋控制之接通指令，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟104，於判定為否定之情形時，不轉移至步驟104，而繼續進行僅位置反饋控制之控制。
再者，所謂存在速度前饋控制之接通指令之情形係指例如對載置於工作台2之被加工物進行滑塊6之加工之情形等。
於步驟104中，變更位置迴路增益，並且開始進行速度前饋控制。具體而言，切換部25對增益變更部26輸出使位置迴路增益變更之增益變更指令，並且對速度前饋部22輸出用以使速度前饋控制開始之FF控制開始指令。
增益變更部26係若輸入有增益變更指令，則將各軸之位置迴路增益自共通增益變更為最佳增益。
速度前饋部22係若輸入有FF控制開始指令，則開始進行速度前饋控制。
藉此，工作機械50開始進行位置反饋控制及速度前饋控制之控 制。藉由速度前饋控制來補償各軸中之位置反饋控制之延遲，故而，即便未使每一軸之位置迴路增益相同，亦可抑制各軸之位置控制之延遲。因此，於進行速度前饋控制之情形時，使各軸之位置迴路增益成為對應於每一軸之最佳增益，藉此，伺服控制裝置20可不使各軸之位置控制產生延遲地使各軸之位置控制成為最佳之回應。
於下一步驟106中，切換部25判定有無速度前饋控制之斷開指令，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟108，於判定為否定之情形時，不轉移至步驟108，而繼續進行位置反饋控制及速度前饋控制之控制。
於步驟108中，將位置迴路增益自最佳增益變更至共通增益，並且使速度前饋控制結束，返回至步驟102，重複步驟102至步驟108之處理直至工作機械50之動作結束。
又，於使位置迴路增益成為最佳增益時之效果係顯著地呈現於作為被驅動部之工作台2、鞍座5及滑塊6之移動方法於各軸間反轉的情形時。
圖6係表示於被驅動部之移動方向反轉之情形時藉由位置指令所表示之軌道與實際軌道之誤差(以下，稱為「軌道誤差」)的圖表。於圖6中，作為一例，表示有XZ平面中之軌道誤差，由二點鏈線之圓包圍之區域係移動方向經反轉之情形時的軌道誤差。圖6之下圖係表示由上述圓包圍之區域中之作為被驅動部之工作台2之位置(實線)與經由軸使工作台2移動之馬達12之位置(虛線)之時間變化的圖表，且表示即便原本移動方向反轉，應跟蹤馬達12之位置之工作台2之位置亦未完全跟蹤，從而產生延遲(虛線所示之圓內)。
如此般，被驅動部之移動方向反轉之情形時，存在因摩擦等影響而在對於被驅動部之位置控制中產生延遲之情況。然而，由於使位置迴路增益成為最佳增益，故而可抑制對於被驅動部之位置控制之延 遲。
如以上說明，本第1實施形態之伺服控制裝置20包括：位置反饋部21，其對X軸、Y軸、Z軸之每一軸，進行用以使被驅動部之位置與位置指令一致之位置反饋控制；及速度前饋部22，其對每一軸，進行用以補償位置反饋控制對被驅動部之位置控制之延遲的速度前饋控制。而且，伺服控制裝置20於斷開速度前饋控制之情形時，使每一軸之位置迴路增益成為預先設定之同一值，於接通速度前饋部22之速度前饋控制之情形時，使位置反饋控制之位置迴路增益成為對應於每一軸之最佳增益。
因此，本第1實施形態之伺服控制裝置20可於具有複數個軸以控制被驅動部之位置工作機械50中，使各軸之位置控制成為最佳之回應。
又，本第1實施形態之伺服控制裝置20係將最佳增益成為對應著軸之機械剛性設定於每一軸之值，故而，可使各軸之位置控制成為進而最佳之回應。
[第2實施形態]
以下，對本發明之第2實施形態進行說明。
再者，本第2實施形態之工作機械50之構成係與圖1及圖2所示之第1實施形態之工作機械50的構成相同，故而省略說明。
圖7係表示本第2實施形態之伺服控制裝置20之方塊圖。再者，對圖7中之與圖3相同之構成部分標註與圖3相同之符號，並省略其說明。
本第2實施形態之前饋增益之設定值係設為可變。在前饋增益之設定值於一個以上之軸中不同之情形時，各軸之前饋增益變得不平衡。若各軸之前饋增益變得不平衡，則各軸之每一軸中之被驅動部之移動量中產生差異，從而無法進行精度較高之被驅動部之位置控制。
再者，此處所謂之前饋增益可設為代表性之前饋增益(例如，用以算出速度補償值之1次微分前饋增益)，亦可設為速度前饋控制中使用之複數個前饋增益之總和。
增益變更部26'係於前饋增益之設定值於一個以上之軸中不同之情形時，使各軸之位置反饋增益成為對於被驅動部之位置指令與被驅動部之實際位置之偏差(位置偏差△θ)於各軸中成為相同之值。
對本第2實施形態之增益變更部26'進行具體說明。
分別將X軸、Y軸、Z軸之1次微分前饋增益設為aX1、aY1、aZ1。存在如意圖緩和因被驅動部之速度中產生變化造成之衝擊之情形般，無法將1次微分前饋增益100%地使用之情況。
於此種情形時，分別將考慮X軸、Y軸、Z軸之1次微分前饋增益之權重(0~100%)之1次微分前饋增益設為pX1、pY1、pZ1。
以下，以X軸為代表進行說明。
若對各軸賦予相同值作為指令速度V，則由1次速度前饋控制補償之速度指令FFX1以下述(1)式表示。
[數1]FF X1=V．p X1…(1)
另一方面，無法由1次速度前饋控制補償之速度指令V由位置反饋控制進行補償，故而以下述(2)式表示。再者，下述(2)式中之DLX為X軸中之作為被驅動部之工作台2的位置偏差△θ。
[數2](1-FF X1)=DL X ．K PX …(2)
自上述(1)、(2)式導出下述(3)式。
而且，於X軸、Y軸、Z軸之各軸中賦予相同之速度指令V之情形時，為了使各軸中為相同之位置偏差，而導出下述(4)式。於(4)式中，自前饋增益之上限值減去設定值所得之值((4)式之分子)與位置迴路增益之設定值((4)式之分母)之比於各軸成為相同。
增益變更部26'係基於(4)式算出位置迴路增益之最佳增益。例如，於設為X軸之1次微分前饋增益pX1=80%，且Y軸之1次微分前饋增益pY1=70%之情形時，自上述(4)式導出下述(5)式。
再者，為使(5)式成立，可使X軸之最佳增益成為Y軸之位置迴路增益KPY之3分之2，亦可使Y軸之最佳增益成為X軸之位置迴路增益KPX之2分之3。因此，增益變更部26'係以於不超過各軸之位置迴路增益之最大值之範圍內，使各軸之位置迴路增益成為最大之方式設定最佳增益。
圖8係表示於伺服控制處理之步驟104中由本第2實施形態之增益變更部26'進行之處理之流程的流程圖。
首先，於步驟200中，判定各軸之前饋增益是否相同，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟202，於判定為否定之情形時，轉移至步驟204。例如，於步驟200中，判定是否所有1次微分前饋增益aX1、aY1、aX1全部相同。所謂相同之情形時，並不限於例如1次微分前饋增益之權重pX1、pY1、pZ1為100%之情形，即便未達100%，只要相同即可。
於步驟202中，於每一軸中，設定各軸中最大之位置迴路增益、 即第1實施形態之最佳增益作為位置迴路增益。
於步驟204中，判定X軸之位置迴路增益之最大值KPXM是否大於Y軸及Z軸之位置迴路增益之最大值KPYM、KPZM，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟206，於判定為否定之情形時，轉移至步驟216。
於步驟206中，設為X軸之位置迴路增益KPX=KPXM，且基於(4)式算出Y軸之位置迴路增益KPY及Z軸之位置迴路增益KPZ。
於下一步驟208中，判定步驟206中算出之Y軸之位置迴路增益KPY是否大於最大值KPYM，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟210，於判定為否定之情形時，轉移至步驟212。
於步驟210中，設為Y軸之位置迴路增益KPY=KPYM，且基於(4)式算出X軸之位置迴路增益KPX及Z軸之位置迴路增益KPZ。
於下一步驟212中，判定步驟210中算出之Z軸之位置迴路增益KPZ是否大於最大值KPYZ，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟214，於判定為否定之情形時，轉移至步驟106。
於步驟214中，設為Z軸之位置迴路增益KPZ=KPZM，且基於(4)式算出X軸之位置迴路增益KPX及Y軸之位置迴路增益KPY，並轉移至步驟106。
即，於步驟208及步驟212中成為否定判定而轉移至步驟106之情形時，將各軸之位置迴路增益設定為步驟206中算出之位置迴路增益KPX、KPY、KPZ。另一方面，於步驟208中成為肯定判定，且步驟212中成為否定判定而轉移至步驟106之情形時，將各軸之位置迴路增益設定為步驟210中算出之位置迴路增益KPX、KPY、KPZ。進而，於步驟212中成為肯定判定而轉移至步驟106之情形時，將各軸之位置迴路增益設定為步驟214中算出之位置迴路增益KPX、KPY、KPZ。
於步驟204中成為否定判定而轉移之步驟216中，判定Y軸之位置迴路增益之最大值KPYM是否大於其他軸之位置迴路增益之最大值 KPXM、KPZM，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟218，於判定為否定之情形時，轉移至步驟228。
於步驟218中，設為Y軸之位置迴路增益KPY=KPYM，且基於(4)式算出X軸之位置迴路增益KPX及Z軸之位置迴路增益KPZ。
於下一步驟220中，判定步驟218中算出之X軸之位置迴路增益KPX是否大於最大值KPXM，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟222，於判定為否定之情形時，轉移至步驟224。
於步驟222中，設為X軸之位置迴路增益KPX=KPXM，且基於(4)式算出Y軸之位置迴路增益KPY及Z軸之位置迴路增益KPZ。
於下一步驟224中，判定步驟222中算出之Z軸之位置迴路增益KPZ是否大於最大值KPZM，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟226，於判定為否定之情形時，轉移至步驟106。
於步驟226中，設為Z軸之位置迴路增益KPZ=KPZM，且基於(4)式算出X軸之位置迴路增益KPX及Y軸之位置迴路增益KPY，並轉移至步驟106。
即，於步驟220及步驟224中成為否定判定而轉移至步驟106之情形時，將各軸之位置迴路增益設定為步驟218中算出之位置迴路增益KPX、KPY、KPZ。另一方面，於步驟220中成為肯定判定，且步驟224中成為否定判定而轉移至步驟106之情形時，將各軸之位置迴路增益設定為步驟222中算出之位置迴路增益KPX、KPY、KPZ。進而，於步驟224中成為肯定判定而轉移至步驟106之情形時，將各軸之位置迴路增益設定為步驟226中算出之位置迴路增益KPX、KPY、KPZ。
於步驟216中成為否定判定而轉移之步驟228中，設為Z軸之位置迴路增益KPZ=KPZM，且基於(4)式算出X軸之位置迴路增益KPX及Y軸之位置迴路增益KPY。
於下一步驟230中，判定步驟228中算出之X軸之位置迴路增益 KPX是否大於最大值KPXM，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟232，於判定為否定之情形時，轉移至步驟234。
於步驟232中，設為X軸之位置迴路增益KPX=KPXM，且基於(4)式算出Y軸之位置迴路增益KPY及Z軸之位置迴路增益KPZ。
於下一步驟234中，判定步驟232中算出之Y軸之位置迴路增益KPY是否大於最大值KPYM，於判定為肯定之情形時，轉移至步驟236，於判定為否定之情形時，轉移至步驟106。
於步驟236中，設為Y軸之位置迴路增益KPY=KPYM，且基於(4)式算出X軸之位置迴路增益KPX及Z軸之位置迴路增益KPZ，並轉移至步驟106。
即，於步驟230及步驟234中成為否定判定而轉移至步驟106之情形時，將各軸之位置迴路增益設定為步驟228中算出之位置迴路增益KPX、KPY、KPZ。另一方面，於步驟230中成為肯定判定，且步驟234中成為否定判定而轉移至步驟106之情形時，將各軸之位置迴路增益設定為步驟232中算出之位置迴路增益KPX、KPY、KPZ。進而，於步驟234中成為肯定判定而轉移至步驟106之情形時，將各軸之位置迴路增益設定為步驟236中算出之位置迴路增益KPX、KPY、KPZ。
如以上所說明，本第2實施形態之伺服控制裝置20係於接通前饋控制時，於前饋增益之設定值在各軸中相同之情形時、與該設定值在一個以上之軸中不同之情形時，將前饋增益設定為不同值。
於前饋增益之設定值在各軸中相同之情形時，可抑制每一軸之被驅動部之移動量中產生差異。另一方面，於前饋增益之設定值在一個以上之軸中不同之情形時，每一軸之被驅動部之移動量中產生差異，從而無法進行精度較高之被驅動部之位置控制。
因此，本第2實施形態係於前饋增益之設定值在各軸中相同之情形時、與該設定值在一個以上之軸中不同之情形時設定不同值，故而 可使各軸之位置控制成為進而最佳之回應。
而且，於前饋增益之設定值在一個以上之軸中不同之情形時，使位置迴路增益成為對於被驅動部之位置指令與被驅動部之實際位置之偏差在各軸中成為相同之值。因此，本第2實施形態之伺服控制裝置20可消除前饋增益之不平衡，從而抑制由對於被驅動部之位置指令所表示之軌道與實際軌道之誤差的產生。
又，圖8所示之處理亦可每次變更各軸之前饋增益中之至少一個時進行。
以上，使用上述各實施形態對本發明進行了說明，但本發明之技術範圍並不限定於上述實施形態所記載之範圍。可於不脫離發明之精神之範圍內，對上述各實施形態實施各種變更或改良，且實施該變更或改良之形態亦包含於本發明之技術範圍內。
例如，於上述各實施形態中，對將本發明應用於具有3軸(X軸、Y軸、Z軸)之工作機械之伺服控制裝置之形態進行了說明，但本發明並不限定於此，亦可設為將本發明應用於具有2軸或4軸以上之工作機械之伺服控制裝置之形態。
又，於上述各實施形態中所說明之伺服控制處理之流程亦為一例，可在不脫離本發明之精神之範圍內刪除多餘之步驟、或追加新步驟、或調換處理順序。
20‧‧‧伺服控制裝置
21‧‧‧位置反饋部
22‧‧‧速度前饋部
23‧‧‧減法部
24‧‧‧比例積分運算部
25‧‧‧切換部
26‧‧‧增益變更部
27‧‧‧減法部
28‧‧‧乘法部
KPY‧‧‧Y軸之位置迴路增益
V'‧‧‧補償速度
△θ‧‧‧位置偏差
△V‧‧‧偏差速度
θ‧‧‧位置指令
θL‧‧‧負載位置
ωM‧‧‧馬達速度

Claims (6)

  1. 一種伺服控制裝置，其應用於數值控制機器，該數值控制機器包括：螺桿進給部，其設置於複數個軸之每一軸，將馬達之旋轉運動轉換成直線運動；被驅動部，其藉由上述螺桿進給部而直線移動；及支撐體，其支撐上述螺桿進給部及上述被驅動部；該伺服控制裝置係以使上述被驅動部之位置與位置指令一致之方式控制上述馬達者，且包括：反饋機構，其對每一上述軸，進行用以使上述被驅動部之位置與上述位置指令一致之反饋控制；及前饋機構，其對每一上述軸，進行用以補償上述反饋控制對上述被驅動部之位置控制之延遲的前饋控制；於上述前饋控制斷開之情形時，將每一上述軸之上述反饋增益設為預先設定之同一值，且於上述前饋機構之上述前饋控制接通之情形時，將上述反饋控制之反饋增益設為對應於每一上述軸之特定值。
  2. 如請求項1之伺服控制裝置，其中上述特定值在上述前饋控制之前饋增益之設定值在各軸間相同之情形時、與該設定值在一個以上之上述軸間不同之情形時，設定為不同值。
  3. 如請求項1或2之伺服控制裝置，其中上述特定值於上述前饋控制之前饋增益之設定值在各軸間相同之情形時，設為對應於上述軸之機械剛性而對每一上述軸設定之值。
  4. 如請求項1或2之伺服控制裝置，其中上述特定值於上述前饋控制之前饋增益之設定值在一個以上之上述軸間不同之情形時，設為對於上述被驅動部之上述位置指令與上述被驅動部之實際位置之偏差在各上述軸間成為相同之值。
  5. 如請求項3之伺服控制裝置，其中上述特定值於上述前饋控制之前饋增益之設定值在一個以上之上述軸間不同之情形時，設為對於上述被驅動部之上述位置指令與上述被驅動部之實際位置之偏差於各上述軸間成為相同之值。
  6. 一種伺服控制方法，其係伺服控制裝置之伺服控制方法，該伺服控制裝置應用於數值控制機器，該數值控制機器包括：螺桿進給部，其設置於複數個軸之每一軸，將馬達之旋轉運動轉換成直線運動；被驅動部，其藉由上述螺桿進給部而直線移動；及支撐體，其支撐上述螺桿進給部及上述被驅動部；上述伺服控制裝置為以使上述被驅動部之位置與位置指令一致之方式控制上述馬達而包括：反饋機構，其對每一上述軸，進行用以使上述被驅動部之位置與上述位置指令一致之反饋控制；及前饋機構，其對每一上述軸，進行用以補償上述反饋控制對上述被驅動部之位置控制之延遲的前饋控制；且該伺服控制方法包括如下步驟：第1步驟，其係於上述前饋控制斷開之情形時，將每一上述軸之上述反饋增益設為預先設定之同一值，而進行反饋控制；及第2步驟，其係於上述前饋機構之上述前饋控制接通之情形時，將上述反饋控制之反饋增益設為對應於每一上述軸之特定值，而進行前饋控制。
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