CN102621990B

CN102621990B - 位置控制装置

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Publication number: CN102621990B
Application number: CN201210018520.6A
Authority: CN
Inventors: 宫路匡
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: DE102012001480A1; CN102621990A; JP2012168926A; ITRM20120030A1; US20120194121A1; US8508171B2; JP5695555B2

Abstract

提供一种位置控制装置，把以被驱动体的位置检测值(P1)与马达的位置检测值(Pm)之差作为其输入一阶延迟电路(17)的输出、与马达的位置检测值(Pm)相加得到的位置检测值用作位置反馈值，在老化修正器(30)检测到被驱动体的振动的情况下，增大所述一阶延迟电路(17)的时间常数(Tp)，由此来抑制低频振动的发生。

Description

位置控制装置

技术领域

本发明涉及工作机械等中的进给轴(工作台、大托板或主轴箱等的被驱动体)的位置控制装置，特别是涉及根据位置指令值全闭合地控制被驱动体位置的位置控制装置的改进。

背景技术

在把线性标尺安装在工作机械的可动部上，来检测被驱动体位置，将其与位置指令值进行比较，由此来进行全闭合控制的位置控制装置中，为减小位置误差，人们进行了如下尝试。

为了减小过渡应答时的位置误差，将速度环路和位置环路的增益设定得很高，这就能够针对可动部的滑动阻抗的变化或切削负荷等难以预测的负荷变动干扰而高精度地控制被驱动体。

图5所示的是一般的全闭合控制系统的框图。把用线性标尺11检测到的被驱动体12的位置检测值P1作为位置反馈值，减法器2计算出位置反馈值与位置指令Pc的偏差Pdif，速度指令运算器3将所述位置偏差Pdif乘以比例增益Kp，输出速度指令Vc。另一方面，微分器14对安装在马达10上的位置检测器9的位置检测值Pm进行微分，输出马达的速度检测值Vm。用减法器4求出所述速度指令Vc与马达速度检测值Vm的偏差，输出为速度偏差。转矩指令运算器(速度环路比例增益)5和转矩指令运算器(速度环路积分增益)6根据该速度偏差、速度环路比例增益Pv和速度环路积分增益Iv分别输出速度偏差比例成分和速度偏差积分成分，加法器7把速度偏差比例成分和速度偏差积分成分加起来，输出转矩指令Tc。图5中的标号8表示筛滤转矩指令的各种滤波器和电流控制器。

这里，为简便起见，进行模型化，设从速度指令Vc到马达的速度检测值Vm的传递特性为1，用弹性系数为Kb的弹簧连结被驱动体和马达，设被驱动体的重量为M，被驱动体的粘性摩擦系数为D。这种情况下，用图6所示的框图表示图5的框图，用下面的式1表示控制系统整体的传递函数。式1中，S表示拉普拉斯算符。

P1(S)/Pc(S)＝Kp·Kb/(M·S³+D·S²+Kb·S+Kp·Kb)…式1

上式中，在设定Kp＜＜(Kb/M)^1/2的情况下，控制系统整体的增益曲线图就如图10所示的特性。

近年来，各种滤波技术、减振控制和速度环路的高速化使高的位置·速度环路增益的设定成为可能。但是，老化引起的驱动系统零部件的磨损·零部件的松动、连续运转时的温升导致的滚珠丝杠的伸展引起的滚珠丝杠的张力下降等原因可能使进给轴机构的刚性降低。这种情况下，机械谐振频率(Kb/M)^1/2降低，式1中的控制系统整体的增益曲线图就如图11所示的特性。即，设定得高的位置环路增益使机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量降低，被驱动体就有可能发生低频振动。用大型加工机床把超过推定重量的工件载于被驱动体上的情况下，由于机械谐振频率(Kb/M)^1/2降低，也会发生同样的低频振动。下面，说明针对这个问题的现有技术。

图7是表示以抑制低频振动为目的的现有技术的控制框图。与图5同样的要素标注同样的符号并省略其说明。图7的位置检测值运算器20基于用前述的被驱动体位置检测值P1和前述的马达位置检测值Pm，把由下述的式2表示的位置作为位置反馈值Pd输出。式2中Tp表示一阶延迟电路17的时间常数，S表示拉普拉斯算符。

Pd＝Pm+(P1-Pm)/(1+Tp·S)…式2

式2中，1/(1+Tp·S)表示一阶延迟电路，式2的第二项运算由图7中的一阶延迟电路17进行。

式2中，在设定为Tp＞＞(Kb/M)^1/2的情况下，图7的框图中的控制系统整体的增益曲线图就如图12的虚线所示的特性，机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量增大。另外，在进给轴机构的刚性降低了的情况下，就如图12的实线所示的特性，这就解决了图5的现有技术例中发生的低频振动的问题。

图8是表示以抑制低频振动为目的的其他现有技术的控制框图。与图5同样的要素标注同样的符号并省略其说明。速度检测值运算器25基于用微分器21对前述的被驱动体位置检测值P1进行微分所得到的被驱动体速度检测值V1和前述的马达速度检测值Vm，把由下述的式3表示的速度作为速度反馈值Vd输出。式3中Tv表示一阶延迟电路23的时间常数，S表示拉普拉斯算符。

Vd＝Vm+(V1-Vm)/(1+Tv·S)…式3

式3中，1/(1+Tv·S)表示一阶延迟电路，式3的第二项运算由图8中的一阶延迟电路23进行。

式3中，在设定为Tv＞＞(Kb/M)^1/2的情况下，图8的框图中的控制系统整体的增益曲线图就如图12的虚线所示的特性，机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量增大。另外，在进给轴机构的刚性下降了的情况下，就如图12的实线所示的特性，这就解决了图5的现有技术例中发生的低频振动的问题。

这里，说明图7、图8中的一阶延迟电路17、23的时间常数Tp、Tv的最佳值。为了增大机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量来确保控制系统的稳定性，只要增大时间常数Tp、Tv的值就可以。但是，过度地确保增益余量就会降低控制系统的应答效果。即，增大增益余量意味着减小控制频域中的增益，在某种情况下会损害抑制负荷变动干扰的效果或减小过渡应答时的位置误差的效果。因此，最好依照机械谐振频率(Kb/M)^1/2的降低程度即进给轴机构的刚性的下降程度来增大一阶延迟电路17、23的时间常数Tp、Tv。

图9是依照进给轴机构的刚性的降低程度来增大一阶延迟电路17的时间常数Tp的现有技术的控制框图。减法器15计算出所述被驱动体位置检测值P1与所述马达位置检测值Pm之差即挠曲量Ps。挠曲量检测器16计算出对应于挠曲量Ps的时间常数系数Kt，然后乘以时间常数初始值Tp0，决定一阶延迟电路17使用的时间常数Tp。这里，随挠曲量Ps的增大，时间常数系数Kt的值增大。此时，由于一阶延迟电路17使用的时间常数Tp是Tp＝Tp0·Kt，所以，随挠曲量Ps的增大，时间常数Tp就增大。如果着眼于进给轴机构的刚性与挠曲量Ps的关系，连结被驱动体和马达的弹性系数为Kb的弹簧体现进给轴机构的刚性，如果刚性下降即由弹簧构成的结合弱，被驱动体位置检测值P1与所述马达位置检测值Pm之差即挠曲量Ps就大。即，针对进给轴机构的刚性下降时所述挠曲量Ps增大，挠曲量检测器16增大一阶延迟电路17使用的时间常数Tp。

按照图9的现有技术，依照进给轴机构的刚性的降低程度来增大一阶延迟电路17的时间常数Tp的同时，减小速度指令运算器3的增益Kp。挠曲量检测器16计算出对应于挠曲量Ps的系数K，然后乘以初始值Kp0，决定速度指令运算器3使用的增益Kp。这里，随着挠曲量Ps的增大，系数Kt的值减小。此时，由于增益Kp＝Kp0·K，所以，随着挠曲量Ps的增大，增益Kp就减小。即，如果进给轴机构的刚性下降，挠曲量检测器16就减小速度指令运算器3的增益Kp。

在进给轴机构的刚性降低了的状态下，控制系统整体的增益曲线图就如图11所示的特性，但是依照进给轴机构的刚性下降的程度来增大一阶延迟电路17使用的时间常数Tp，图7的框图中的控制系统整体的增益曲线图就成为图13的虚线所示的特性。另外，减小速度指令运算器3的增益Kp，图7的框图中的控制系统整体的增益曲线图就成为图13的实线所示的特性。结果，增大机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量，解决图5的现有技术例中发生的低频的振动，同时依照进给轴机构的刚性下降情况来变更一阶延迟电路17使用的时间常数Tp和速度指令运算器3的增益Kp，这样就避免了过度确保增益余量而显著降低控制系统的应答效果的问题。

按照图9的现有技术，依照进给轴机构的刚性的降低程度来增大一阶延迟电路17的时间常数Tp，同时减小速度指令运算器3的增益Kp，由此来确保机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量，抑制低频振动。这里，通过挠曲量Ps的增大来检测出进给轴机构的刚性的下降。但是，挠曲量Ps增大的现象不仅限于进给轴机构的刚性降低的情况下或被驱动体负荷重量增加的情况下发生，在作用于被驱动体的滑动阻抗增大的情况下也会发生。因作用于被驱动体的滑动阻抗增大而挠曲量Ps增大的情况下，由于机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量没有变动，所以无需增大一阶延迟电路17的时间常数Tp或减小速度指令运算器3的增益Kp。相反，在这种状况下增大一阶延迟电路17的时间常数Tp或减小速度指令运算器3的增益Kp会过度确保增益余量，结果会使控制系统的应答效果下降。而且，在因作用于被驱动体的滑动阻抗减轻而挠曲量Ps减小的情况下，尽管机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量无变动，仍然减小一阶延迟电路17的时间常数Tp或增大速度指令运算器3的增益Kp的话，反而会发生低频的振动。

下面详细说明滑动阻抗的影响。设作用于被驱动体的滑动阻抗为Fd，由下述式4用马达位置检测值Pm来表示被驱动体位置检测值P1。式4中，S表示拉普拉斯算符。

P1(S)＝﹛Kb/(M·S²+D·S+Kb)﹜·Pm(S)-﹛1/(M·S²+D·S+Kb)﹜·Fd(S)…式4

式4中Fd＝0即忽略了作用于被驱动体的滑动阻抗的情况下，式4就等价于图6所示的框图的弹簧系模型28。即，不管有无滑动阻抗，机械谐振频率都是(Kb/M)^1/2，而由进给轴机构的刚性和被驱动体的负荷重量来决定。

但是，被驱动体位置检测值P1受作用于被驱动体的滑动阻抗的影响。在式4中设S＝0，假定由极低频驱动的情况下，则式4像式5那样展开。

P1(S)＝Pm(S)-﹛1/Kb﹜·Fd(S)…式5

总之，因进给轴机构的刚性下降即弹性系数Kb减小或滑动阻抗Fd增大，被驱动体位置检测值P1与马达位置检测值Pm之差即挠曲量Ps的值就增大。

另外，滑动阻抗Fd的大小随被驱动体的速度而变化。例如，在被驱动体由滑轨机构支持并驱动的情况下，高速移动时，由于是在油膜面上滑移，所以滑动阻抗Fd小。另一方面，低速移动时，因一边承受油膜的阻抗一边移动，所以滑动阻抗Fd大。其他的情况下，由于滑动阻抗Fd的大小因温度或被驱动体的位置等种种原因而变动，所以很难准确把握。即，在滑动阻抗作用于被驱动体并变动的驱动系统中，很难由挠曲量Ps来检测进给轴机构的刚性下降，无法确切地确定一阶延迟电路17的时间常数Tp。

按照图9所示的现有技术，通过变更一阶延迟电路17的时间常数Tp和速度指令运算器3的增益Kp来确保机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量并抑制低频振动。但是，虽然减小增益Kp对于稳定控制系统是有效的，却对指令的跟随性损害很大。

与图6一样，设从速度指令Vc到马达的速度检测值Vm的传递特性为1，用位置指令Pc由下面的式6、式7表示图7的控制系统中的位置偏差Pdif、被驱动体位置检测值P1。式6、式7中，S表示拉普拉斯算符。

Pdif(S)＝Pc(S)·﹛S·(1+Tp·S)·(M·S²+D·S+Kb)﹜/﹛S·(1+Tp·S+Kp·Tp)·(M·S²+D·S+Kb)+Kp·Kb﹜…式6

P1(S)＝Pc(S)·﹛(1+Tp·S)·Kp·Kb)/﹛S·(1+Tp·S+Kp·Tp)·(M·S²+D·S+Kb)+Kp·Kb﹜…式7

式6、式7中，在Tp＝0的情况下，与图6的控制系统中的位置偏差Pdif、被驱动体位置检测值P1一致。

反之，在假设一阶延迟电路17的时间常数Tp为无限大(设Tp＝∞)的情况下，式6、式7展开如式8、式9。

Pdif(S)＝﹛S/(S+Kp)﹜·Pc(S)…式8

P1(S)＝﹛Kp/(S+Kp)﹜·﹛Kb/(M·S²+D·S+Kb)﹜·Pc(S)…式9

这就等于把马达位置检测值Pm设为位置反馈值Pd的情况。另外，式8意味着由速度指令运算器3的增益Kp来决定位置控制系统的控制应答频域，即使增大一阶延迟电路17的时间常数Tp，马达位置检测值Pm的跟随性也不变坏。关于式9，意味着只要弹簧系模型28的进给轴机构的刚性不显著下降、Kp＜(Kb/M)^1/2的关系不被破坏，被驱动体位置检测值P1的应答频域就由速度指令运算器3的增益Kp来决定。即，进给轴机构的刚性下降虽然影响被驱动体位置检测值P1的跟随性的劣化，但是，由于这种影响的大小是在受增益Kp的一次延迟要素抑制的基础上的变动，所以可说这种影响几乎不存在。

另一方面，在假设速度指令运算器3的增益Kp为极端小(Kp＝0)的情况下，式6就被展开如下述式10。

Pdif(S)＝Pc(S)…式10

这意味着位置控制系统全然不应答的状态。减小速度指令运算器3的增益Kp对于抑制进给轴机构的刚性下降引起的低频振动是有效的，但是，却会损害马达位置检测值Pm的跟随性。当然，被驱动体位置检测值P1的跟随性也会因马达位置检测值Pm而与进给轴机构的刚性下降的程度相应地劣化。

发明内容

本发明要解决的课题是，在滑动阻抗等转矩干扰作用于被驱动体上的控制系统中，转矩干扰的大小变动引起挠曲量的大小也变动，而无法检测出进给轴机构的刚性下降。另外，不能依照进给轴机构的刚性下降的程度来把用来计算位置·速度反馈值的一阶延迟电路的时间常数等的值调节到合适的值，结果，过度确保增益余量而使控制系统的应答效果下降，或者反之，增益余量变小会使被驱动体发生低频振动。本发明的目的在于提供一种位置控制装置，检测出进给轴机构的刚性下降或被驱动体的负荷重量的增加引起的机械谐振频率的下降，至少依照谐振特性使一阶延迟电路的时间常数最佳化，由此来防止被驱动体的低频振动，同时把控制系统的跟随性的下降抑制到最小限度。

本发明提供一种全闭合控制被驱动体位置的位置控制装置，包含马达位置检测器和用马达驱动的被驱动体的被驱动体位置检测器；其具备计算来自所述马达位置检测器的位置检测值与来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值之差即挠曲量的减法器、把以所述挠曲量作为输入的一阶延迟电路的输出和来自所述马达位置检测器的位置检测值加起来计算出位置反馈值的加法器、将所述位置反馈值与从上位装置输入的位置指令值之间的偏差进行比例放大后输出速度指令值的速度指令运算器、将来自所述马达位置检测器的位置检测值进行微分而计算出速度反馈值的微分器、将所述速度反馈值与所述速度指令值之间的偏差进行比例积分放大后输出转矩指令值的转矩指令运算器、根据所述转矩指令值来驱动所述马达的驱动机构、以及被输入所述位置指令值和来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值并在检测到被驱动体的振动的情况下改变所述一阶延迟电路的时间常数而使之增大的老化修正器；即使因老化而使机械谐振频率降低也抑制低频振动的发生。

本发明提供另一种全闭合控制被驱动体位置的位置控制装置，包含马达位置检测器和用马达驱动的被驱动体的被驱动体位置检测器；其具备把来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值作为位置反馈值并将所述位置反馈值与从上位装置输入的位置指令值之间的偏差进行比例放大后输出速度指令值的速度指令运算器、将来自所述马达位置检测器的位置检测值进行微分而计算出马达速度检测值的微分器、将来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值进行微分而计算出被驱动体速度检测值的微分器、把以所述马达速度检测值与被驱动体速度检测值之差作为输入的一阶延迟电路的输出和所述马达速度检测值加起来计算出速度反馈值的加法器、将所述速度反馈值与所述速度指令值之间的偏差进行比例积分放大后输出转矩指令值的转矩指令运算器、根据所述转矩指令值来驱动所述马达的驱动机构、以及被输入所述位置指令值和来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值并在检测到被驱动体的振动的情况下改变所述一阶延迟电路的时间常数而使之增大的老化修正器；即使因老化而致使机械谐振频率降低，也抑制低频振动的发生。

在优选的实施方式中，所述老化修正器具备将所述位置指令值进行二阶微分而输出指令加速度的二次微分器、在所述指令加速度的大小为等于或小于阈值的情况下判断为驱动系统不处于加减速状态而输出振动检测开始信号的比较器、由所述位置指令值与来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值之差计算出被驱动体的位置误差的减法器、计算并输出在所述振动检测开始信号的输出时所述被驱动体的位置误差信号内包含的振动的振动频率的振动检测器、由所述振动频率计算出振动周期并输出时间常数初始值的除法器、在所述振动检测器检测到振动的期间将预先设定的时间常数增量重复加在所述时间常数初始值上并更新输出所述一阶延迟电路的时间常数的加法器；在检测到被驱动体的振动的情况下，所述老化修正器增大所述一阶延迟电路的时间常数。

在其他优选的实施方式中，在所述改变了的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下，所述老化修正器改变相应的增益设定值，以使所述速度指令运算器的增益设定值变小。这种情况下，所述老化修正器最好具备将所述位置指令值进行二阶微分而输出指令加速度的二次微分器、在所述指令加速度的大小为等于或小于阈值的情况下判断为驱动系统不处于加减速状态而输出振动检测开始信号的比较器、由所述位置指令值与来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值之差计算出被驱动体的位置误差的减法器、计算并输出在所述振动检测开始信号的输出时所述被驱动体的位置误差信号内包含的振动的振动频率的振动检测器、由所述振动频率计算出振动周期并输出时间常数初始值的除法器、在所述振动检测器检测到振动的期间将预先设定的时间常数增量重复加在所述时间常数初始值上并更新输出所述一阶延迟电路的时间常数的加法器、由所述振动频率计算出振动角频率并输出增益初始值的运算器、在所述振动检测器检测到振动的期间从所述增益初始值中重复减掉预先设定的增益减量而计算出增益推荐值的减法器、以及增益输出切换器，所述增益输出切换器在所述一阶延迟电路的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下把所述增益推荐值更新输出为所述速度指令运算器的增益设定值，在所述一阶延迟电路的时间常数不足预先设定的容许时间常数的情况下不变更所述速度指令运算器的增益设定值而持续保持输出值；在检测到被驱动体的振动的情况下，所述老化修正器增大所述一阶延迟电路的时间常数，在变更了的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下，减小所述速度指令运算器的增益设定值。

在其他优选的实施方式中，在所述改变了的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下，所述老化修正器改变相应的增益设定值，以使所述转矩指令运算器和所述速度指令运算器的至少一方的增益设定值变小。这种情况下，所述老化修正器最好具备将所述位置指令值进行二阶微分而输出指令加速度的二次微分器、在所述指令加速度的大小为等于或小于阈值的情况下判断为驱动系统不处于加减速状态而输出振动检测开始信号的比较器、由所述位置指令值与来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值之差计算出被驱动体的位置误差的减法器、计算并输出在所述振动检测开始信号的输出时所述被驱动体的位置误差信号内包含的振动的振动频率的振动检测器、由所述振动频率计算出振动周期并输出时间常数初始值的除法器、在所述振动检测器检测到振动的期间将预先设定的时间常数增量重复加在所述时间常数初始值上并更新输出所述一阶延迟电路的时间常数的加法器、输出预先设定的增益换算初始值的增益换算初始值设定器、在所述振动检测器检测到振动的期间从所述增益换算初始值中重复减掉预先设定的增益减量而计算出增益换算值的减法器、以及增益输出切换器，所述增益输出切换器在所述一阶延迟电路的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下把所述增益换算值乘以所述转矩指令运算器和所述速度指令运算器的至少一方的增益设定值，在所述一阶延迟电路的时间常数不足预先设定的容许时间常数的情况下不变更所述转矩指令运算器和所述速度指令运算器的至少一方的增益设定值而持续保持输出值；在检测到被驱动体的振动的情况下，所述老化修正器增大所述一阶延迟电路的时间常数，在变更了的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下减小所述转矩指令运算器和所述速度指令运算器的至少一方的增益设定值。

按照本发明的位置控制装置，即使在滑动阻抗等作用于被驱动体的转矩干扰的大小变动的进给轴驱动系统中，老化修正器也检测出起因于机构的刚性下降的振动并增大位置检测值运算部的一阶延迟电路的时间常数Tp或速度检测值运算部的一阶延迟电路的时间常数Tv的值。结果，即使进给轴机构的刚性下降，也能够使被驱动体动作而不发生低频振动。另外，根据需要来减小速度检测值运算器、转矩指令运算器的增益设定值。结果，即使进给轴机构的刚性下降，也能够使被驱动体动作而不发生低频振动，同时，能够将控制系统的跟随性的下降抑制到最小限度。

附图说明

图1是本发明的实施例的框图。

图2是本发明的实施例的框图。

图3是本发明的老化修正器的实施例的框图。

图4A是本发明的其他实施方式的框图。

图4B是本发明的其他实施方式中的老化修正器的实施例的框图。

图4C是本发明的其他实施方式的框图。

图4D是本发明的其他实施方式中的老化修正器的实施例的框图。

图5是现有技术的框图。

图6是现有技术的框图。

图7是现有技术的框图。

图8是现有技术的框图。

图9是现有技术的框图。

图10是机械谐振频率降低前的增益曲线图例。

图11是降低了机械谐振频率时的增益曲线图例。

图12是增大了一阶延迟电路的时间常数时的增益曲线图例。

图13是增大一阶延迟电路的时间常数而减小了速度指令运算器的增益时的增益曲线图例。

具体实施方式

以下说明本发明的实施例。与现有技术例同样的要素标注同一符号，并省略其说明。本发明的控制框图示于图1、图2。老化修正器30被输入位置指令Pc和被驱动体位置检测值P1，检测驱动系统处于非加减速状态时的被驱动体的振动。在检测到被驱动体的振动的情况下，改变一阶延迟电路17或23所使用的时间常数Tp、Tv。

具体地说，改变时间常数Tp、Tv的实施例示于图3。把位置指令值Pc输入到二次微分器31，通过二阶微分计算出指令加速度Ac。用比较器33对计算出来的指令加速度Ac与预先设定的指令加速度阈值Acref进行比较，在指令加速度Ac等于或低于指令加速度阈值Acref的情况下，判断为驱动系统不处于加减速状态(处于常态)，并将振动检测开始信号输出到振动检测器38。

另一方面，除振动检测开始信号之外，振动检测器38还被输入由位置指令Pc和被驱动体位置检测值P1之差定义的被驱动体的位置误差信号，计算并输出包含在振动检测开始信号被输出期间的被驱动体的位置误差信号内的振动的振动频率fp。此时，振动频率fp的检测范围被限定在预先设定的fst到fen的范围内。仅仅在被驱动体的位置误差信号内的振动的大小(振幅)大于预先设定的SPref值的情况下才认为存在振动，并输出为振动频率fp。在输出了振动频率fp的情况下，除法器39算出振动频率fp的倒数即振动周期，然后输出时间常数初始值T0。

把所算出的时间常数初始值T0设定为一阶延迟电路17或23使用的时间常数Tp、Tv的初始值。在即使更新时间常数Tp、Tv，振动检测器38也持续检测出振动频率fp的情况下，计数器41、44进行加法计数，加上预先设定的时间常数增量ΔTp、ΔTv，时间常数Tp、Tv的值就增大了时间常数增量ΔTp、ΔTv。由于上述的加法计数的操作是在振动检测器38持续检测出振动频率fp期间持续进行，所以时间常数Tp、Tv值增大，直至振动检测器38检测不到振动。换言之，仅使时间常数Tp、Tv的值增大为了抑制被驱动体的振动所必要的量，从而能够防止把时间常数设定得超过必要值。

在振动检测器38检测到不同的振动频率fp的情况下，更新除法器39的输出即时间常数初始值T0，在振动检测器38未检测到振动期间，保持住该值。

同样，在振动检测器38检测到不同的振动频率fp的情况下，计数器41、44的计数值n清零，在振动检测器38未检测到振动期间，保持住该值。可是，如前所述，在持续检测到同一振动频率fp期间，要进行加法计数动作。

振动检测器38计算出振动检测开始信号被输出期间的被驱动体的位置误差信号内包含的振动的振动频率fp，但是，可以利用工程学领域中众所周知的DFT(FFT)等来实现这种振动检测算法。或者，也可以计量被驱动体的位置误差信号为最大值或最小值的时间间隔，直接检测出振动周期。这种情况下，由于可以仅仅通过单位换算就能直接确定时间常数初始值T0，所以就无需用除法器39进行从振动频率fp到时间常数初始值T0的换算处理。

本实施例中，前提是用老化修正器30来改变一阶延迟电路使用的时间常数Tp、Tv，但是，图1、图2所示的控制方框17、23的传递特性Gp(S)、Gv(S)不一定必须是一次延迟特性。具体地说，只要是具有高频域截止特性的滤波器就可以，例如，也可以是进行移动平均运算的FIR滤波器。这种情况下，只要针对控制系统中的取样周期Ts，取得Tp/Ts段、Tv/Ts段的移动平均，就能获得有效的振动抑制效果。

如上所述，按照本发明的位置控制装置，如图11所示，针对在机械谐振频率(Kb/M)^1/2降低了的情况下发生的低频振动，增大时间常数Tp、Tv直至观测不到振动，以此来增大机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量，就成为图12的实线所示的增益特性。结果，能够稳定控制系统，并抑制低频振动的发生。由于并不把超过必要值的大的值作为时间常数Tp、Tv的值，所以不会导致过度确保增益余量而降低控制系统的应答效果。另外，由于老化修正器30检测被驱动体的振动并改变时间常数Tp、Tv，所以，即使在滑动阻抗等作用于被驱动体的转矩干扰的大小变动的进给轴驱动系统中，也能够恰当地检测出机构刚性的下降，能够抑制低频振动。

下面参照图4A、图4B来说明其他实施方式。图4A是位置控制装置的控制框图。相对于图1的位置控制装置，该图4A的框图所示的位置控制装置用其他结构的老化修正器51取代老化修正器30，除改变一阶延迟电路17使用的时间常数Tp，还改变速度指令运算器3的增益Kp，除此之外，都与图1所示的装置相同。图4B是用于图4A的老化修正器51的构成。

图4B所示的老化修正器51被输入位置指令Pc和被驱动体位置检测值P1，然后检测驱动系统处于非加减速状态时的被驱动体的振动。在检测到被驱动体振动的情况下，除改变一阶延迟电路17使用的时间常数Tp，还改变速度指令运算器3的增益Kp。

具体地说，图4B所示的老化修正器51用与图3说明的流程同样的流程来改变时间常数Tp。用后面的步骤来改变速度指令运算器3的增益Kp。

在由振动检测器38输出了振动频率fp的情况下，角频率运算器50把振动频率fp换算成振动角频率，并输出增益初始值K0。比较器48比较时间常数Tp与预先设定的容许时间常数Tpref。该比较结果如果是时间常数Tp超过了容许时间常数Tpref，就由增益输出切换器49把计算出的增益初始值K0设定为速度指令运算器3使用的增益Kp的初始值。

如果即使更新增益Kp的值而振动检测器38也持续检测出振动频率fp，则计数器53加法计数，减掉预先设定的增益减量ΔKp，增益Kp的值就减小了增益减量ΔKp。由于上述累加计数的操作是在振动检测器38持续检测出振动频率fp期间持续进行，所以增益Kp的值减小直至振动检测器38检测不到振动。换言之，仅使增益Kp的值减小为了抑制被驱动体的振动所必要的量，从而能够防止把增益设定得低于必要值。另外，由于仅仅在增大时间常数Tp也不能抑制振动的情况下才减小增益Kp，所以也能够将位置控制系统的跟随性的下降抑制到最小限度。

由以上的说明可知，按照本实施方式，能够获得与用图1、图3说明过的情况相同的作用效果。即，按照本实施方式，针对在机械谐振频率(Kb/M)^1/2降低了的情况下发生的低频振动，由于增大时间常数Tp来增大机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量直至观测不到振动，所以能够稳定控制系统，并能抑制低频振动的发生。

在机械谐振频率降低到即使增大时间常数Tp也不能抑制机械振动的情况下，由于通过减小增益Kp来抑制振动，所以与仅仅用时间常数Tp来抑制振动的情况相比，能够在宽范围的频带内抑制振动。另外，由于并不把超过必要值的大的值设定为时间常数Tp的值，也不把低于必要值的小的值设定为增益Kp的值，此外，在振动抑制方面优先进行由时间常数Tp产生的抑制，所以不会过度确保增益余量，能够将位置控制系统的跟随性的下降抑制到最小限度。由于老化修正器51检测出被驱动体的振动并改变时间常数Tp、增益Kp，所以，即使在滑动阻抗等作用于被驱动体的转矩干扰的大小变动的进给轴驱动系统中，也能够恰当地检测出机构刚性的下降，能够抑制低频振动。

下面参照图4C、图4D来说明其他实施方式。图4C是位置控制装置的控制框图。相对于图2，用其他结构的老化修正器54取代老化修正器30，除改变一阶延迟电路23使用的时间常数Tv，还改变速度指令运算器3的增益Kp、转矩指令运算器的比例增益Pv、积分增益Iv，除此之外，都与图2所示的构成相同。图4D是用于图4C的老化修正器54的构成图。

图4D所示的老化修正器54被输入位置指令Pc和被驱动体位置检测值P1，然后检测驱动系统处于非加减速状态时的被驱动体的振动。在检测到被驱动体振动的情况下，除改变一阶延迟电路23使用的时间常数Tv，还改变速度指令运算器3的增益Kp、转矩指令运算器的比例增益Pv、积分增益Iv。

具体地说，图4D所示的老化修正器54用与图3说明的流程同样的流程来改变时间常数Tv。还用后面的步骤来改变速度指令运算器3的增益Kp、转矩指令运算器的比例增益Pv、积分增益Iv。

在由振动检测器38输出了振动频率fp的情况下，增益换算初始值设定器55输出增益换算初始值Ks。把Ks设定为稍微小于1(100％)的值。

比较器48比较时间常数Tv与预先设定的容许时间常数Tvref。该比较结果如果是时间常数Tv超过了容许时间常数Tvref，就由增益输出切换器49把增益换算初始值Ks输出为增益换算值K。把该增益换算值K乘以转矩指令运算器的比例增益Pv、积分增益Iv，并更新各值，从而减小转矩指令运算器的增益设定值。如果即使更新增益设定值振动检测器38也持续检测出振动频率fp，则计数器53进行减法计数，减掉预先设定的增益减量ΔK，增益换算值K的值就减小了增益减量ΔK。由于上述减法计数的操作是在振动检测器38持续检测出振动频率fp期间持续进行，所以增益换算值K的值减小，直至振动检测器38检测不出振动，。而且，转矩指令运算器的比例增益Pv、积分增益Iv的值按相应比率减小。换言之，仅使增益设定值减小为了抑制被驱动体的振动所必要的量，从而能够防止把增益设定得超过必要地小。另外，由于仅仅在即使增大时间常数Tv也不能抑制振动的情况下才减小增益设定值，所以能够将位置控制系统的跟随性的下降抑制到最小限度。在减小了转矩指令运算器的增益设定值的情况下，由于速度反馈系统的控制应答频域降低，所以如果速度指令运算器3的增益Kp依然处于高的设定值的话，位置控制系统就不稳定，有可能显示振动式的应答。此时，转矩指令运算器的比例增益Pv、积分增益Iv随着增益换算值K降低，同时降低速度指令运算器3的增益Kp，就能够解决这样的问题。

由以上的说明可知，按照本实施方式，能够获得与用图2、图3说明过的情况相同的作用效果。即，按照本实施方式，针对在机械谐振频率(Kb/M)^1/2降低了的情况下发生的低频振动，由于增大时间常数Tv直至观测不到振动，机械谐振频率(Kb/M)^1/2中的增益余量增大，所以能够稳定控制系统，并能抑制低频振动的发生。

在机械谐振频率降低到即使增大时间常数Tv也不能抑制振动的情况下，由于通过减小转矩指令运算器、速度指令运算器的增益设定值来抑制振动，所以与仅仅用时间常数Tv来抑制振动的情况相比，能够在宽范围的频带内抑制振动。另外，由于并不把超过必要值的大的值设定为时间常数Tv的值，也不把低于必要值的小的值设定为增益设定值，此外，在振动抑制方面优先进行由时间常数Tv产生的抑制，所以不会过度确保增益余量，能够将控制系统的跟随性的下降抑制到最小限度。由于老化修正器54检测出被驱动体的振动并改变时间常数Tv、转矩指令运算器、速度指令运算器的增益，所以，即使在滑动阻抗等作用于被驱动体的转矩干扰的大小变动的进给轴驱动系统中，也能够恰当地检测出机构刚性的下降，能够抑制低频振动。

Claims

1.一种全闭合控制被驱动体位置的位置控制装置，包含马达位置检测器和用马达驱动的被驱动体的被驱动体位置检测器；其特征在于：

具备计算来自所述马达位置检测器的位置检测值与来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值之差即挠曲量的减法器、把以所述挠曲量作为输入的一阶延迟电路的输出和来自所述马达位置检测器的位置检测值加起来计算出位置反馈值的加法器、将所述位置反馈值与从上位装置输入的位置指令值之间的偏差进行比例放大后输出速度指令值的速度指令运算器、将来自所述马达位置检测器的位置检测值进行微分而计算出速度反馈值的微分器、将所述速度反馈值与所述速度指令值之间的偏差进行比例积分放大后输出转矩指令值的转矩指令运算器、根据所述转矩指令值来驱动所述马达的驱动机构、以及被输入所述位置指令值和来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值并在检测到被驱动体的振动的情况下改变所述一阶延迟电路的时间常数而使之增大的老化修正器；

即使因老化而致使机械谐振频率降低，也抑制低频振动的发生。

2.根据权利要求1记载的位置控制装置，其特征在于：

所述老化修正器具备将所述位置指令值进行二阶微分而输出指令加速度的二次微分器、在所述指令加速度的大小为等于或小于阈值的情况下判断为驱动系统不处于加减速状态而输出振动检测开始信号的比较器、由所述位置指令值与来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值之差计算出被驱动体的位置误差的减法器、计算并输出在所述振动检测开始信号的输出时所述被驱动体的位置误差信号内包含的振动的振动频率的振动检测器、由所述振动频率计算出振动周期并输出时间常数初始值的除法器、在所述振动检测器检测到振动的期间将预先设定的时间常数增量重复加在所述时间常数初始值上并更新输出所述一阶延迟电路的时间常数的加法器；

在检测到被驱动体的振动的情况下，所述老化修正器增大所述一阶延迟电路的时间常数。

3.根据权利要求1记载的位置控制装置，其特征在于：在所述改变了的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下，所述老化修正器改变相应的增益设定值，以使所述速度指令运算器的增益设定值变小。

4.根据权利要求3记载的位置控制装置，其特征在于：

所述老化修正器具备将所述位置指令值进行二阶微分而输出指令加速度的二次微分器、在所述指令加速度的大小为等于或小于阈值的情况下判断为驱动系统不处于加减速状态而输出振动检测开始信号的比较器、由所述位置指令值与来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值之差计算出被驱动体的位置误差的减法器、计算并输出在所述振动检测开始信号的输出时所述被驱动体的位置误差信号内包含的振动的振动频率的振动检测器、由所述振动频率计算出振动周期并输出时间常数初始值的除法器、在所述振动检测器检测到振动的期间将预先设定的时间常数增量重复加在所述时间常数初始值上并更新输出所述一阶延迟电路的时间常数的加法器、由所述振动频率计算出振动角频率并输出增益初始值的运算器、在所述振动检测器检测到振动的期间从所述增益初始值中重复减掉预先设定的增益减量计算出增益推荐值的减法器、以及增益输出切换器，所述增益输出切换器在所述一阶延迟电路的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下把所述增益推荐值更新输出为所述速度指令运算器的增益设定值，在所述一阶延迟电路的时间常数不足预先设定的容许时间常数的情况下不变更所述速度指令运算器的增益设定值而持续保持输出值；

在检测到被驱动体的振动的情况下，所述老化修正器增大所述一阶延迟电路的时间常数，在变更了的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下，减小所述速度指令运算器的增益设定值。

5.一种全闭合控制被驱动体位置的位置控制装置，包含马达位置检测器和用马达驱动的被驱动体的被驱动体位置检测器；其特征在于：

具备把来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值作为位置反馈值并将所述位置反馈值与从上位装置输入的位置指令值之间的偏差进行比例放大后输出速度指令值的速度指令运算器、将来自所述马达位置检测器的位置检测值进行微分而计算出马达速度检测值的微分器、将来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值进行微分而计算出被驱动体速度检测值的微分器、把以所述马达速度检测值与被驱动体速度检测值之差作为输入的一阶延迟电路的输出和所述马达速度检测值加起来计算出速度反馈值的加法器、将所述速度反馈值与所述速度指令值的偏差进行比例积分放大后输出转矩指令值的转矩指令运算器、根据所述转矩指令值来驱动所述马达的驱动机构、以及被输入所述位置指令值和来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值并在检测到被驱动体的振动的情况下改变所述一阶延迟电路的时间常数而使之增大的老化修正器；

6.根据权利要求5记载的位置控制装置，其特征在于：在所述改变了的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下，所述老化修正器改变相应的增益设定值，以使所述转矩指令运算器和所述速度指令运算器的至少一方的增益设定值变小。

7.根据权利要求6记载的位置控制装置，其特征在于：

所述老化修正器具备将所述位置指令值进行二阶微分而输出指令加速度的二次微分器、在所述指令加速度的大小为等于或小于阈值的情况下判断为驱动系统不处于加减速状态而输出振动检测开始信号的比较器、由所述位置指令值与来自所述被驱动体位置检测器的位置检测值之差计算出被驱动体的位置误差的减法器、计算并输出在所述振动检测开始信号的输出时所述被驱动体的位置误差信号内包含的振动的振动频率的振动检测器、由所述振动频率计算出振动周期并输出时间常数初始值的除法器、在所述振动检测器检测到振动的期间将预先设定的时间常数增量重复加在所述时间常数初始值上并更新输出所述一阶延迟电路的时间常数的加法器、输出预先设定的增益换算初始值的增益换算初始值设定器、在所述振动检测器检测到振动的期间从所述增益换算初始值中重复减掉预先设定的增益减量而计算出增益换算值的减法器、以及增益输出切换器，所述增益输出切换器在所述一阶延迟电路的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下把所述增益换算值乘以所述转矩指令运算器和所述速度指令运算器的至少一方的增益设定值，在所述一阶延迟电路的时间常数不足预先设定的容许时间常数的情况下不变更所述转矩指令运算器和所述速度指令运算器的至少一方的增益设定值而持续保持输出值；

在检测到被驱动体的振动的情况下，所述老化修正器增大所述一阶延迟电路的时间常数，在变更了的时间常数超过了预先设定的容许时间常数的情况下减小所述转矩指令运算器和所述速度指令运算器的至少一方的增益设定值。