[发明专利]伺服电机的控制装置和控制方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及控制工业用FA伺服电机的控制装置和控制方法。 

背景技术

在驱动伺服电机的控制装置中，通常检测电机的转速或者旋转位置，构成反馈环，以便追踪由外部输入的速度指令或者位置指令。为了确保反馈环的动作稳定性，使其充分发挥对速度指令或者位置指令的追踪性能，需要根据伺服电机的负载的惯性力矩(moment)或负载的状态，设定与反馈环中内含的多个控制参数，即速度增益或者位置增益等相适应的值。 

在以往的伺服电机的控制装置中，具有根据伺服电机的负载的惯性力矩或负载的状态，设定与前述的控制参数相适应的值的参数设定单元。而且，作为与装备了这样的参数设定单元的伺服电机的控制装置有关的技术，例如被公开于专利文献1和专利文献2。 

图29是表示这样的以往的伺服电机(以下，适当地简单称为“电机”)的控制装置的一个结构例的方框图。 

在图29中，电机101与负载102连接。在电机101上还连接有编码器103，输出与电机101的旋转位置相应的值。编码器103的输出值在微分运算单元111中进行微分处理，输出表示被变换为电机101的转速的值的速度检测信号dv。由外部输入的速度指令被输入到前馈增益乘法单元110。与此同时，在减法单元114中运算该速度指令与微分运算单元111输出的速度检测信号dv的差信号。该信号相当于速度误差，它被输入到积分运算单元112从而被变换为与位置误差相应的信号。该信号被输入到位置增益乘法单元109，乘以规定的位置增益Kp后输出。而且，在运算单元113中，从位置增益乘法单元109输出的信号与在前馈增益乘法单元110乘以规定的前馈增益Kf后输出的速度指令的信号相加，同时运算从位置增益乘法单元109输出的信号与微分运算单元111输出的速度检测信号dv的差的信号。之后，从运算单元113输出的信号被输入到速度增益乘法单元108，乘以规定的速度增益Kv后被输 出，根据该被输出的信号驱动伺服电机101。这里，速度增益Kv被设定为在乘法单元115中将包含了负载102的伺服电机101的惯量(inertia)J的设定值与速度频带fv的设定值相乘所得的值。 

而且，图29所述的伺服电机的控制装置，作为其参数设定单元，构成为可从外部对控制参数中包含的惯量J、位置增益Kp和速度频带fv设定设定值。 

在这样的结构中，与前述位置增益Kp或速度频带fv对应的速度增益Kv被称为控制参数，这些各个控制参数的值被设定由外部输入的值。这时，这些设定值对伺服电机101的控制性能或反馈环104的振荡稳定性产生影响，所以需要适当地将这些设定值调制为最佳值。 

另外，一般来说，速度频带fv的值越大，反馈环104的频带宽度越宽，对于速度指令的输入可得到优良的响应性，或者追踪性。另一方面，包括了伺服电机101的负载102一般具有机械性的共振特性，若速度频带fv的值过大，则可能在反馈环104中产生振荡。而且，如果对于速度频带fv的值，不适当地赋予位置增益Kp的值，则对反馈环104的衰减(damping)系数产生影响，其结果，对于来自外部的指令，响应变得振动，或者旋转位置的追踪性反而恶化等，得不到适当的响应。 

因此，需要一边确认伺服电机101对于指令的响应，一边上下调整各控制参数的值，一般将其称为控制参数的人工调整。另一方面，一般将以自动方式进行这些控制参数的调整称为自动调谐的调整功能也在实用化。 

但是，即使执行了自动调谐，也不一定对于所有负载状态都能将控制参数调整为最佳值，一般来说，实际情况是作为伺服电机的控制装置，人工调整的功能也必不可少。 

而且，不论人工调整或自动调谐，在将各控制参数的值升高或降低而调整为最佳值的情况下，在反馈环中产生振荡，其结果，伺服电机剧烈振动，因此有对伺服电机的负载产生损伤的危险。在反馈环中产生了振荡的情况下，需要再次变更已变更的控制参数的值，或者暂时截断流过伺服电机的电流而使其停止后，变更控制参数的值，再次使电流流过伺服电机等的步骤。因此，这样的以往的伺服电机的控制装置存在以下课题，即在振荡停止之前花费时间，对伺服电机的负载产生的损伤过大，或者在控制参数的调整上花费功夫和时间。作为与具有抑制这样的机械振动的功能的电机有关的技术，例如在专利文献3中被公开。 

专利文献1：特开平6-165550号公报 

专利文献2：特开平6-319284号公报 

专利文献3：特开2003-52188号公报 

发明内容