專利名稱：電動(dòng)機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶有移動(dòng)件的機(jī)器上的移動(dòng)件以及支撐移動(dòng)件的固定件控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
圖1是第一種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。
根據(jù)第一種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，作為輸入項(xiàng)的伺服操作命令15不需要識(shí)別機(jī)器的機(jī)械振動(dòng)特性曲線就可以確定，該機(jī)器有移動(dòng)件7和固定件8，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9傳送到伺服裝置3，其將運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9作為操作命令12傳送到電動(dòng)機(jī)5，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7。如果電動(dòng)機(jī)控制裝置不能有效地起到伺服作用，則伺服操作命令15就通過不斷試湊來變化。
第一種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置需要很長的時(shí)間才能確定最佳的伺服操作命令。
圖2是第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。
根據(jù)第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，就是將分析裝置31，輸入裝置32和輸出裝置34被加到第一種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置中。由分析裝置31產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9作為模擬信號(hào)傳送到伺服裝置3，進(jìn)而將運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9作為操作命令12傳送到電動(dòng)機(jī)5，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7。旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器4通過伺服裝置3將旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)10傳送到分析裝置31，分析裝置31則對(duì)運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)10進(jìn)行快速傅立葉變換計(jì)算出頻率特性曲線，確定分析結(jié)果35，并根據(jù)分析結(jié)果35確定伺服操作命令15。
如圖3，根據(jù)第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，由分析裝置31產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9有超過最大測(cè)量頻率分量fq并達(dá)到最大頻率分量frmax的頻率分量，所以當(dāng)進(jìn)行數(shù)字抽樣時(shí)，將會(huì)在測(cè)量頻率范圍外對(duì)旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)10和分析結(jié)果35產(chǎn)生干擾誤差表達(dá)分量。因此，第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置不能確定精確的頻率特性曲線。
第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的控制裝置的問題將在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖3，由分析裝置31產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9有達(dá)到最大頻率分量frmax的頻率分量，最大頻率分量frmax包括那些超過最大測(cè)量頻率分量fq的頻率分量。當(dāng)運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9使用具有圖3顯示的頻率時(shí)，如果在比最大測(cè)量頻率分量fq高而比最大頻率分量frmax低處存在機(jī)械共振f4、f5，則運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9激勵(lì)測(cè)量頻率范圍外的機(jī)械共振f4、f5，而機(jī)械共振f4、f5的分量包括在旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)10中。因?yàn)闄C(jī)械共振f4、f5有比最大測(cè)量頻率分量fq高的頻率，如果進(jìn)行數(shù)字抽樣則出現(xiàn)的干擾誤差會(huì)使機(jī)械共振f4、f5明顯地觀測(cè)到，如f4、f5。由于表示分析結(jié)果35的實(shí)線分量附加了虛線分量，所以得不到正確的頻率特性曲線。當(dāng)將比最大測(cè)量頻率fq高的頻率信號(hào)作為數(shù)字抽樣時(shí)，會(huì)出現(xiàn)干擾誤差使得實(shí)際上是高頻的波形被錯(cuò)誤地識(shí)別成低頻的波形。抽樣間隔Δt和最大測(cè)量頻率fq間的關(guān)系參考熟知的抽樣定理，由下面的公式(1)表達(dá)。如圖5所示，包括不實(shí)際存在的分量的頻率特性曲線被輸出。fq=12×Δt---(1)]]>為了測(cè)量傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的頻率特征曲線，手頭上必須有象FFT分析儀這樣的貴重設(shè)備。
當(dāng)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，與之連接的移動(dòng)件開始運(yùn)動(dòng)。受載機(jī)器的移動(dòng)件根據(jù)其位置的變化改變它的特性曲線，使得共振頻率和反共振頻率產(chǎn)生位移，降低了頻率特性曲線的測(cè)量精度。為了增加測(cè)量的數(shù)據(jù)量以求得平均數(shù)據(jù)值，必須長時(shí)間地收集數(shù)據(jù)或進(jìn)行許多操作和測(cè)量。然而，這些要求進(jìn)一步產(chǎn)生了使移動(dòng)件增加移動(dòng)距離的問題，使得測(cè)量精度進(jìn)一步下降，如圖7所示，具體地說，由于測(cè)量使得電動(dòng)機(jī)的位置距離起始位置有更大的位移，因而造成移動(dòng)件移動(dòng)，改變了受載機(jī)器的特性曲線。相應(yīng)地，頻率特性曲線的測(cè)量精度進(jìn)一步降低，造成圖6中的峰值分散。
圖8是第三種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。第三種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置與第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的不同在于其裝有FFT分析儀41和取代了分析裝置31′的信號(hào)發(fā)生器42、輸入裝置32，以及第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的輸出裝置34。
第三種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置有FFT分析儀41和信號(hào)發(fā)生器42的目的是考慮機(jī)器的特性曲線實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的控制過程。由信號(hào)發(fā)生器42產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)43被發(fā)送到伺服裝置3，將運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)43作為控制信號(hào)12送到電動(dòng)機(jī)5，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7。旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器4通過伺服裝置3將旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)10傳送到FFT分析儀41。FFT分析儀41接收來自于信號(hào)發(fā)生器42的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)43和來自于FFT分析儀41的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)44，并通過快速傅立葉變換計(jì)算出頻率特性曲線。操作人員根據(jù)從計(jì)算出的頻率特性曲線中讀出的反共振頻率和共振頻率來確定伺服操作命令15。操作人員要將伺服操作命令15手工輸入伺服裝置3。通常操作人員要花費(fèi)很多人力和時(shí)間調(diào)整電動(dòng)機(jī)控制裝置。
在此之前，有多種通過二維慣性系統(tǒng)調(diào)整具有近似柔性結(jié)構(gòu)的機(jī)械控制系統(tǒng)的方法。例如，日本公開專利No.10-275003公開了一種二維慣性共振系統(tǒng)的振動(dòng)抑制儀器，通過觀測(cè)器和在控制二維慣性系統(tǒng)中基于假設(shè)的機(jī)械載荷信息測(cè)算出機(jī)械載荷速度和擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩。公開的振動(dòng)抑制儀器產(chǎn)生了較好的效果。
然而，傳統(tǒng)振動(dòng)抑制儀器的問題在于觀測(cè)器觀測(cè)的參數(shù)和PI(proportional plus integral比例加積分)控制器參數(shù)是分別獨(dú)自地調(diào)整，許多時(shí)間往往花在試湊調(diào)整上。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，它能產(chǎn)生與控制目標(biāo)相一致的電動(dòng)機(jī)控制裝置過程，而不需要具有專業(yè)知識(shí)的操作者和具有專業(yè)知識(shí)的檢查人員用固定在電動(dòng)機(jī)控制裝置外的專用儀器進(jìn)行檢查分析。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，它能正確計(jì)算頻率特性曲線的分析結(jié)果并且很容易、很便宜地產(chǎn)生合適的電動(dòng)機(jī)控制過程。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種控制電動(dòng)機(jī)控制裝置的方法，它能精確地測(cè)量機(jī)械系統(tǒng)的頻率特性曲線。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，它能抑制速度控制系統(tǒng)的振動(dòng)并能比以前更容易同時(shí)調(diào)整振動(dòng)抑制器和理論上具有一個(gè)參數(shù)的I-P控制器的參數(shù)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，它能同時(shí)調(diào)整振動(dòng)抑制器、速度控制器和位置控制器的參數(shù)，同時(shí)能使機(jī)械特性曲線是二維慣性系統(tǒng)的速度控制系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)達(dá)到I-P控制(積分加比例控制)過程和PI控制過程。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，它能同時(shí)調(diào)整振動(dòng)抑制器和速度控制器的參數(shù)和當(dāng)同時(shí)達(dá)到I-P控制過程和PI控制過程時(shí)，用于控制機(jī)器載荷速度的速度控制系統(tǒng)和用于控制機(jī)器載荷位置的位置控制系統(tǒng)的控制參數(shù)，它們的機(jī)械特性曲線近似于二維慣性系統(tǒng)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種控制電動(dòng)機(jī)控制裝置的方法，它能很便宜地和很容易地調(diào)整電動(dòng)機(jī)控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，任何一種等同于運(yùn)動(dòng)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)頻率都從伺服裝置發(fā)送到電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)、機(jī)器移動(dòng)件的位置信號(hào)和表示機(jī)器加速度、速度、張力等傳感器信號(hào)都將被分析，新電動(dòng)機(jī)控制過程在考慮分析結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制。
采用以上的方案，與控制目標(biāo)相匹配的電動(dòng)機(jī)控制過程根本不需要有專業(yè)知識(shí)的操作人員和檢查人員。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，分析裝置產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)不包括測(cè)量頻率范圍外的不需要的高頻分量，所以在頻率分析時(shí)沒有干擾誤差產(chǎn)生，而是分析運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)的頻率和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)的頻率。
由于分析裝置產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)包括比最大測(cè)量頻率低的頻率分量，所以不會(huì)在比最大測(cè)量頻率高的頻率時(shí)引起機(jī)械共振。當(dāng)旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)不包括比最大測(cè)量頻率高的頻率而且沒有干擾誤差產(chǎn)生時(shí)，正好能觀測(cè)到反共振點(diǎn)和共振點(diǎn)，從而得到正確的分析結(jié)果。因此就能測(cè)定電動(dòng)機(jī)控制裝置，并可能設(shè)定新的伺服操作命令來實(shí)現(xiàn)最佳的電動(dòng)機(jī)控制過程。
根據(jù)本發(fā)明的第三個(gè)方面，從處理裝置輸出到伺服裝置的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)在電動(dòng)機(jī)的正反兩個(gè)對(duì)稱轉(zhuǎn)動(dòng)方向上執(zhí)行。
采用以上的方案，消除了由電動(dòng)機(jī)操作產(chǎn)生的移動(dòng)件位移，也消除了在測(cè)量頻率特性曲線時(shí)由移動(dòng)件位置造成的誤差，所以能精確地測(cè)量頻率特性曲線。
在運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)中，低頻分量有較小的振幅，高頻分量有較大的振幅，因此減少了由于電動(dòng)機(jī)操作產(chǎn)生的移動(dòng)件位移，所以能更精確地測(cè)量頻率特性曲線。
根據(jù)本發(fā)明的第四個(gè)方面，處理裝置計(jì)算來自運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)的頻率特性曲線，共振頻率和反共振頻率根據(jù)頻率特性曲線的形狀自動(dòng)地計(jì)算。電動(dòng)機(jī)控制裝置根據(jù)計(jì)算結(jié)果自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)整。
因此只使用便宜的處理裝置并給出簡單的輸入信息，就能方便快速地自動(dòng)調(diào)整為合適的電動(dòng)機(jī)控制過程。
根據(jù)本發(fā)明的第五個(gè)方面，電動(dòng)機(jī)控制裝置有速度控制器用于提供速度命令，執(zhí)行I-P控制過程以確定扭轉(zhuǎn)命令從而使電動(dòng)機(jī)速度與速度命令保持一致，有電流控制器用于提供扭轉(zhuǎn)命令并激勵(lì)電動(dòng)機(jī)，有檢測(cè)器用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流和電動(dòng)機(jī)速度，電動(dòng)機(jī)控制裝置還有振動(dòng)抑制器，其用于計(jì)算來自電動(dòng)機(jī)速度和機(jī)器載荷速度的扭轉(zhuǎn)角速度并用扭轉(zhuǎn)角速度來抑制振動(dòng)，以及用于同時(shí)調(diào)整速度控制器參數(shù)和振動(dòng)抑制器參數(shù)的裝置。
就速度控制系統(tǒng)而言，速度環(huán)路增益kv，積分時(shí)間常數(shù)1/Ti，扭轉(zhuǎn)角增益ks，扭轉(zhuǎn)角速度增益ksd中的任何一個(gè)參數(shù)值在理論上都可以得到。因此，可以同時(shí)調(diào)節(jié)振動(dòng)抑制器和I-P控制器的參數(shù)。在保持二維慣性系統(tǒng)穩(wěn)定的同時(shí)，電動(dòng)機(jī)在速度控制上具有更好的響應(yīng)，而且不會(huì)增加和降低目標(biāo)響應(yīng)并激勵(lì)機(jī)器系統(tǒng)的振動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的第六個(gè)方面，電動(dòng)機(jī)控制裝置有速度控制器用于提供速度命令并確定扭轉(zhuǎn)命令，以使電動(dòng)機(jī)速度和速度命令保持一致，有電流控制器用于提供扭轉(zhuǎn)命令并激勵(lì)電動(dòng)機(jī)，有檢測(cè)器用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流、電動(dòng)機(jī)速度及機(jī)器載荷速度，電動(dòng)機(jī)控制裝置還有參數(shù)為α(0≤α≤1)的振動(dòng)抑制器，用于在I-P控制過程和PI控制過程之間的連續(xù)轉(zhuǎn)換，以便根據(jù)電動(dòng)機(jī)速度和機(jī)器載荷速度計(jì)算扭轉(zhuǎn)角速度，并用扭轉(zhuǎn)角速度來抑制振動(dòng)，以及用于同時(shí)調(diào)整速度控制器參數(shù)和振動(dòng)抑制器參數(shù)的裝置。
就速度控制系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)而言，速度環(huán)路增益kv的參數(shù)值，積分時(shí)間常數(shù)1/Ti，扭轉(zhuǎn)角增益ks，扭轉(zhuǎn)角速度增益ksd以及位置環(huán)路增益kp對(duì)I-P控制過程和PI控制過程都有影響并很容易得到。因此，振動(dòng)抑制器、速度控制器以及位置控制器的參數(shù)都能同時(shí)調(diào)整。如果目標(biāo)響應(yīng)改變，則其參數(shù)能通過改變目標(biāo)響應(yīng)頻率ω穩(wěn)定地調(diào)整。并通過改變與參數(shù)α相關(guān)的ξ縮短設(shè)定的時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的第七個(gè)方面，電動(dòng)機(jī)控制裝置有速度控制器，其用于提供速度命令并確定扭轉(zhuǎn)命令使機(jī)器載荷速度與速度命令保持一致，有電流控制器用于提供扭轉(zhuǎn)命令并激勵(lì)電動(dòng)機(jī)，有檢測(cè)器用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流、電動(dòng)機(jī)速度及機(jī)器載荷速度，電動(dòng)機(jī)控制裝置還有參數(shù)為α(0≤α≤1)的振動(dòng)抑制器，用于在積分加比例控制過程和比例加積分控制過程間的連續(xù)轉(zhuǎn)換，以便計(jì)算來自電動(dòng)機(jī)速度和機(jī)器載荷速度的扭轉(zhuǎn)角速度，并用扭轉(zhuǎn)角速度來抑制振動(dòng)，以及用于同時(shí)調(diào)整速度控制器參數(shù)和振動(dòng)抑制器參數(shù)的裝置。
就控制機(jī)器載荷速度的速度控制系統(tǒng)和控制機(jī)器載荷位置的位置控制系統(tǒng)而言，速度環(huán)路增益kv的參數(shù)值，積分時(shí)間常數(shù)1/Ti，扭轉(zhuǎn)角增益ks，扭轉(zhuǎn)角速度增益ksd以及位置環(huán)路增益kp對(duì)I-P控制過程和PI控制過程都有影響并很容易得到。因此，振動(dòng)抑制器、速度控制器以及位置控制器參數(shù)都能同時(shí)調(diào)整。如果目標(biāo)響應(yīng)改變，則其參數(shù)能通過改變目標(biāo)響應(yīng)頻率ω穩(wěn)定地調(diào)整。并通過改變與參數(shù)α相關(guān)的ξ縮短設(shè)定的時(shí)間。


圖1是顯示第一種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖；圖2是顯示第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖；圖3是顯示在第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置中運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)的頻率分析結(jié)果的曲線圖；圖4是顯示在第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置中的分析結(jié)果的曲線圖；圖5是顯示在第二種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置中干擾誤差如何產(chǎn)生的原理簡圖；圖6是顯示傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的頻率特性曲線圖；圖7是顯示測(cè)量傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的頻率特性曲線時(shí)電動(dòng)機(jī)的位置簡圖；圖8是顯示第三種傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖；圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方框圖；圖10是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方框圖；圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方框圖；圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方框圖；圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方框圖；圖14是顯示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方框圖；圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置中運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)頻率分析結(jié)果的曲線圖；圖16是顯示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的分析結(jié)果的曲線圖；圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖；圖18是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式電動(dòng)機(jī)控制裝置的頻率特性曲線圖；圖19是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的改進(jìn)方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置頻率特性曲線的增益曲線簡圖；圖20是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置中運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)的第一實(shí)施例簡圖；圖21是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式電動(dòng)機(jī)控制裝置中運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)的第二實(shí)施例簡圖；圖22是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式測(cè)量電動(dòng)機(jī)控制裝置的頻率特性曲線時(shí)電動(dòng)機(jī)的位置簡圖；圖23是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的改進(jìn)方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置中運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)的曲線圖；圖24是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的改進(jìn)方式測(cè)量電動(dòng)機(jī)控制裝置的頻率特性曲線時(shí)電動(dòng)機(jī)的位置簡圖；圖25是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的改進(jìn)方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置中運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)的頻率分析結(jié)果的曲線圖；圖26是顯示根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖；圖27是顯示根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置操作順序的流程圖；圖28是顯示根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方式電動(dòng)機(jī)控制裝置的頻率特性曲線簡圖；圖29是顯示根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖；圖30是顯示圖29中電動(dòng)機(jī)控制裝置的二維慣性系統(tǒng)的調(diào)整過程方框圖；圖31是顯示當(dāng)振動(dòng)抑制器不工作時(shí)，有步進(jìn)輸入加載到圖29中電動(dòng)機(jī)控制裝置中產(chǎn)生的響應(yīng)波形簡圖；圖32是顯示當(dāng)振動(dòng)抑制器工作時(shí)，有步進(jìn)輸入加載到圖29中電動(dòng)機(jī)控制裝置中產(chǎn)生的響應(yīng)波形簡圖；圖33是顯示根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖；圖34是顯示圖33中電動(dòng)機(jī)控制裝置的二維慣性系統(tǒng)的調(diào)整過程的方框圖；圖35是顯示當(dāng)振動(dòng)抑制器工作時(shí)，圖33中的電動(dòng)機(jī)控制裝置的速度控制系統(tǒng)(I-P控制器)的響應(yīng)波形簡圖；圖36是顯示當(dāng)振動(dòng)抑制器工作時(shí)，圖33中的電動(dòng)機(jī)控制裝置的速度控制系統(tǒng)(PI控制器)的響應(yīng)波形簡圖；圖37是顯示當(dāng)振動(dòng)抑制器工作時(shí)，圖33中電動(dòng)機(jī)控制裝置的位置控制系統(tǒng)(I-P控制器)的響應(yīng)波形簡圖；圖38是顯示當(dāng)振動(dòng)抑制器工作時(shí)，圖33中電動(dòng)機(jī)控制裝置的位置控制系統(tǒng)(PI控制器)的響應(yīng)波形簡圖；圖39是顯示根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方框圖；圖40是顯示圖39中電動(dòng)機(jī)控制裝置的二維慣性系統(tǒng)的調(diào)整過程的方框圖；圖41是顯示當(dāng)振動(dòng)抑制器工作時(shí)，圖39中電動(dòng)機(jī)控制裝置的速度控制系統(tǒng)(I-P控制器)的響應(yīng)波形簡圖；圖42是顯示當(dāng)振動(dòng)抑制器工作時(shí)，圖39中電動(dòng)機(jī)控制裝置的速度控制系統(tǒng)(PI控制器)的響應(yīng)波形簡圖；圖43是顯示當(dāng)振動(dòng)抑制器工作時(shí)，圖39中電動(dòng)機(jī)控制裝置的位置控制系統(tǒng)(I-P控制器)的響應(yīng)波形；圖44是顯示當(dāng)振動(dòng)抑制器工作時(shí)，圖39中電動(dòng)機(jī)控制裝置的位置控制系統(tǒng)(PI控制器)的響應(yīng)波形簡圖。
具體實(shí)施例方式
圖9是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。
電動(dòng)機(jī)5通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)機(jī)器上的移動(dòng)件7，該機(jī)器帶有移動(dòng)件7和支撐移動(dòng)件7的固定件8。旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器4檢測(cè)電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)速度。伺服裝置3根據(jù)扭轉(zhuǎn)命令9由輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)12控制電動(dòng)機(jī)5。存儲(chǔ)裝置2儲(chǔ)存與輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)9等同的輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和來自旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器4的旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10。分析裝置1用分析命令13分析輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10的頻率，分析結(jié)果14作為伺服操作命令15輸出到伺服裝置3。伺服操作命令15表示用于改變伺服裝置3的參數(shù)并將分析結(jié)果14作為伺服裝置3的參數(shù)發(fā)送的命令。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的操作將在下面描述。當(dāng)扭轉(zhuǎn)信號(hào)9如隨機(jī)波信號(hào)、慢掃描正弦波信號(hào)、快掃描正弦波信號(hào)、階梯波信號(hào)或脈沖扭轉(zhuǎn)信號(hào)作為運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)發(fā)送到伺服裝置3時(shí)，伺服裝置3就將與扭轉(zhuǎn)信號(hào)9相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào))12傳送到電動(dòng)機(jī)5。電動(dòng)機(jī)5就開始工作，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7使其產(chǎn)生振動(dòng)。旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器4檢測(cè)電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)速度，并將旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10傳送到存儲(chǔ)裝置2。伺服裝置3將等同于輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)12的輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11傳送到存儲(chǔ)裝置2。存儲(chǔ)裝置2儲(chǔ)存輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10。分析裝置1根據(jù)FFT(快速傅立葉變換)分析儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置2中的輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10。
在頻率分析中，輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10除以選擇的時(shí)間間隔，再進(jìn)行頻率分析，然后再取平均。輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11除以選擇的時(shí)間間隔的頻率分析結(jié)果Sx和旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10除以選擇的時(shí)間間隔的頻率分析結(jié)果Sy即可確定。將輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11的頻率分析結(jié)果Sx和頻率分析結(jié)果Sx的復(fù)合共軛結(jié)果Sx*相乘再取平均。將旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10的頻率分析結(jié)果Sy和輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11的頻率分析結(jié)果Sx的復(fù)合共軛結(jié)果Sx*相乘再取平均。根據(jù)公式(2)計(jì)算出平均結(jié)果就確定了頻率響應(yīng)函數(shù)HyxHyx=(sy×sy*‾)(sx×sx*‾)---(2)]]>頻率分析可以通過Blackman-Turkey法、自回歸法、移動(dòng)平均方法、自回歸移動(dòng)平均方法或弱波變換進(jìn)行，而不采用快速傅立葉變換(FFT)。也可以采用通過將旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10轉(zhuǎn)換成移動(dòng)件7的位置產(chǎn)生的信號(hào)，而不是旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10。也可以不用公式(2)，而采用通過公式(2)數(shù)學(xué)等式變換得到的公式(3)。Hyx=(sy×sy*‾)(sγ×sγ*‾)---(3)]]>由頻率響應(yīng)函數(shù)Hyx振幅的波谷和波峰表示的頻率是機(jī)器的固有頻率。響應(yīng)分析命令13，分析裝置1很容易就能檢測(cè)到表示機(jī)器振動(dòng)特性的固有頻率并輸出分析結(jié)果14。根據(jù)分析結(jié)果14將伺服操作命令15發(fā)送到伺服裝置3，就可以實(shí)現(xiàn)新的電動(dòng)機(jī)控制過程。在以上的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)5用于產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)然也可以安裝外部振動(dòng)裝置來產(chǎn)生振動(dòng)，也可以用外部振動(dòng)信號(hào)而不用輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)12。
圖10顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。
在第二實(shí)施方式中，位置檢測(cè)器16固定在第一實(shí)施方式的移動(dòng)件7上，來自于位置檢測(cè)器16的移動(dòng)件位置信號(hào)17儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置2中。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的操作將在下面描述。命令信號(hào)9如隨機(jī)波信號(hào)、慢掃描正弦波信號(hào)、快掃描正弦波信號(hào)或脈沖扭轉(zhuǎn)信號(hào)等被傳送到伺服裝置3。伺服裝置3將與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)(扭轉(zhuǎn)信號(hào))9相一致的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào))12傳送到電動(dòng)機(jī)5。電動(dòng)機(jī)5開始工作，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7，產(chǎn)生振動(dòng)。位置檢測(cè)器16檢測(cè)移動(dòng)件7的位置并將移動(dòng)件位置信號(hào)17傳送到存儲(chǔ)裝置2。伺服裝置3將與輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)12相等的輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11傳送到存儲(chǔ)裝置2。存儲(chǔ)裝置2儲(chǔ)存輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和移動(dòng)件位置信號(hào)17。分析裝置1根據(jù)FFT(快速傅立葉變換)分析輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和移動(dòng)件位置信號(hào)17的頻率。
在頻率分析中，輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和移動(dòng)件位置信號(hào)17除以選擇的時(shí)間間隔，再進(jìn)行頻率分析，然后再取平均。輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11除以選擇的時(shí)間間隔的頻率分析結(jié)果Sx和移動(dòng)件位置信號(hào)17除以選擇的時(shí)間間隔的頻率分析結(jié)果Sy就可以確定。將輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11的頻率分析結(jié)果Sx和頻率分析結(jié)果Sx的復(fù)合共軛結(jié)果Sx*相乘再取平均。將移動(dòng)件位置信號(hào)17的頻率分析結(jié)果Sy和輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11的頻率分析結(jié)果Sx的復(fù)合共軛結(jié)果Sx*相乘再取平均。根據(jù)上面的公式(1)計(jì)算出的平均結(jié)果就確定了頻率響應(yīng)函數(shù)Hyx。
頻率分析可以通過Blackman-Turkey法、自回歸法、移動(dòng)平均法、自回歸移動(dòng)平均法或弱波變換進(jìn)行，而不采用FFT。也可以不用公式(2)，而采用通過公式(2)數(shù)學(xué)等式變換得到的公式，如上面的公式(3)。由頻率響應(yīng)函數(shù)Hyx振幅的波谷和波峰表示的頻率是機(jī)器的固有頻率。響應(yīng)分析命令13，分析裝置1很容易就能檢測(cè)到表示機(jī)器振動(dòng)特性的固有頻率并輸出分析結(jié)果14。根據(jù)分析結(jié)果14將伺服操作命令15傳送到伺服裝置3，就可以實(shí)現(xiàn)新的電動(dòng)機(jī)控制過程。在以上的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)5用于產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)然也可以安裝外部振動(dòng)裝置來產(chǎn)生振動(dòng)，也可以用外部振動(dòng)信號(hào)而不用輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)12。
圖11顯示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方框圖。
在第二實(shí)施方式中，測(cè)量傳感器18固定在第一實(shí)施方式的移動(dòng)件7上，來自測(cè)量傳感器18的傳感器信號(hào)19儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置2中。
根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的操作將在下面描述。將命令信號(hào)9如隨機(jī)波信號(hào)、慢掃描正弦波信號(hào)、快掃描正弦波信號(hào)或脈沖扭轉(zhuǎn)信號(hào)等傳送到伺服裝置3。伺服裝置3將與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)(扭轉(zhuǎn)信號(hào))9相等的運(yùn)動(dòng)信號(hào)(輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào))12傳送到電動(dòng)機(jī)5。電動(dòng)機(jī)5開始工作，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7，測(cè)量傳感器18檢測(cè)移動(dòng)件7的振動(dòng)并將傳感器信號(hào)19傳送到存儲(chǔ)裝置2。測(cè)量傳感器18可以固定在固定件8或傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6上。測(cè)量傳感器18包括加速度表、速度表、位移表、應(yīng)力表或其它同類的儀表。
伺服裝置3將等同于輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)12的輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11傳送到存儲(chǔ)裝置2。存儲(chǔ)裝置2儲(chǔ)存輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和傳感器信號(hào)19。分析裝置1根據(jù)FFT(快速傅立葉變換)分析輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和傳感器信號(hào)19的頻率。
在頻率分析中，輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11和傳感器信號(hào)19除以選擇的時(shí)間間隔，進(jìn)行頻率分析，然后再取平均。輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11除以選擇的時(shí)間間隔的頻率分析結(jié)果Sx和傳感器信號(hào)19除以選擇的時(shí)間間隔的頻率分析結(jié)果Sy就可以確定。將輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11的頻率分析結(jié)果Sx和頻率分析結(jié)果Sx的復(fù)合共軛結(jié)果Sx*相乘再取平均。將傳感器信號(hào)19的頻率分析結(jié)果Sy和輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11的頻率分析結(jié)果Sx的復(fù)合共軛結(jié)果Sx*相乘再取平均。根據(jù)上面的公式(2)計(jì)算出的平均結(jié)果就確定了頻率響應(yīng)函數(shù)Hyx。
頻率分析也可以通過Blackman-Turkey法、自回歸法、移動(dòng)平均法、自回歸移動(dòng)平均法或弱波變換進(jìn)行，而不采用FFT。
也可以不用公式(2)，而采用通過公式(2)數(shù)學(xué)等式變換得到的公式，如上面的公式(3)。由頻率響應(yīng)函數(shù)Hyx振幅的波谷和波峰表示的頻率是機(jī)器的固有頻率。響應(yīng)分析命令13，分析裝置1很容易就能檢測(cè)到表示機(jī)器振動(dòng)特性的固有頻率并輸出分析結(jié)果14。如果有許多測(cè)量傳感器18，就有許多頻率響應(yīng)函數(shù)Hyx，以及根據(jù)頻率響應(yīng)函數(shù)Hyx計(jì)算出的振動(dòng)模式。分析裝置1將振動(dòng)模式作為分析結(jié)果14輸出。
根據(jù)分析結(jié)果14將伺服操作命令15發(fā)送到伺服裝置3，就可以實(shí)現(xiàn)新的電動(dòng)機(jī)控制過程。在以上的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)5用于產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)然也可以安裝外部振動(dòng)裝置來產(chǎn)生振動(dòng)，同時(shí)也可不用輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)12而用外部振動(dòng)信號(hào)。
圖12顯示根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方框圖。
根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)機(jī)控制裝置有輸入裝置20，顯示裝置21以及加到根據(jù)第一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置中的存儲(chǔ)裝置22。
顯示裝置21有顯示來自分析裝置1的分析結(jié)果14的功能。顯示裝置21也可以顯示運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)(扭轉(zhuǎn)信號(hào))9、旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10、輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11、輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)12、分析命令13、伺服操作命令15、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)23和輸入數(shù)據(jù)24。顯示裝置21也可以顯示伺服裝置3的設(shè)定數(shù)據(jù)25。存儲(chǔ)裝置22有儲(chǔ)存來自分析裝置1的分析結(jié)果14的功能。存儲(chǔ)裝置22也可以儲(chǔ)存扭轉(zhuǎn)信號(hào)9、旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10、輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)11、輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)12、分析命令13、伺服操作命令15和輸入數(shù)據(jù)24。存儲(chǔ)裝置22也可以儲(chǔ)存伺服裝置3的設(shè)定數(shù)據(jù)25。輸入裝置20有接收輸入數(shù)據(jù)24的輸入功能并將其作為分析命令13發(fā)送到分析裝置1。輸入裝置20也可以輸入扭轉(zhuǎn)命令9和伺服操作命令15，也可以用作輸入裝置的存儲(chǔ)裝置22。
根據(jù)第四實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的其它具體操作與根據(jù)第一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的操作相同?？梢詫⑤斎胙b置20、顯示裝置21和存儲(chǔ)裝置22增加到根據(jù)第二和第三實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置中。
圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。
除了從分析裝置1輸出的分析結(jié)果14是作為命令信號(hào)9發(fā)送到伺服裝置3，而且作為伺服操作命令15發(fā)送到伺服裝置3外，根據(jù)第五實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置與根據(jù)第四實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置相似。
根據(jù)第五實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置以這樣的模式操作，其中當(dāng)由分析結(jié)果14改變伺服操作命令15時(shí)，電動(dòng)機(jī)5啟動(dòng)使機(jī)器產(chǎn)生振動(dòng)，以及這樣的模式操作，其中在頻率域內(nèi)具有恒定量的振動(dòng)力或扭矩加載到電動(dòng)機(jī)5上使機(jī)器產(chǎn)生振動(dòng)?？梢杂羞x擇地建立測(cè)量條件以設(shè)定分析裝置1、伺服裝置3和存儲(chǔ)裝置22的輸入和輸出。運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9、旋轉(zhuǎn)速度命令10、輸入扭轉(zhuǎn)命令11、控制信號(hào)12、分析命令13、分析結(jié)果14以及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)23中的任何一個(gè)都可以發(fā)送到運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9、分析命令13、分析結(jié)果14以及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)23中的任何一個(gè)。
根據(jù)第二種和第三實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置可以設(shè)計(jì)組合成具有根據(jù)第五實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的特征。
圖14是顯示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。
根據(jù)第六實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置有分析裝置31、輸入裝置32和輸出裝置34，而不用根據(jù)第一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置中的分析裝置1和存儲(chǔ)裝置2。
根據(jù)第六實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的操作將在下面描述。
當(dāng)將操作命令從輸入裝置32發(fā)送到分析裝置31時(shí)，分析裝置31產(chǎn)生那些只有頻率分量低于最大測(cè)量頻率的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9可以是隨機(jī)波信號(hào)、慢掃描正弦波信號(hào)、快掃描正弦波信號(hào)或其它同類信號(hào)，不包括測(cè)量頻率范圍外的頻率分量，只包括那些低于作為頻率分析指示的最大測(cè)量頻率的頻率分量。慢掃描正弦波信號(hào)和快掃描正弦波信號(hào)是掃描達(dá)到最大測(cè)量頻率時(shí)產(chǎn)生的，根據(jù)Mikio Hino(1977)著的“光譜分析”書中對(duì)熟知過程的描述，隨機(jī)波信號(hào)只能由那些低于最大測(cè)量頻率的頻率分量產(chǎn)生。產(chǎn)生的慢掃描正弦波信號(hào)、快掃描正弦波信號(hào)或隨機(jī)波信號(hào)都可以用做運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9。運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9通過伺服裝置3傳送，而且當(dāng)運(yùn)動(dòng)信號(hào)12與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9相同時(shí)從那里輸出，并傳送到電動(dòng)機(jī)5。電動(dòng)機(jī)5開始工作，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7并產(chǎn)生振動(dòng)。旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器4檢測(cè)電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)并通過伺服裝置3將旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10傳送到分析裝置31。
采用與第一實(shí)施方式相同的方式，根據(jù)FFT(快速傅立葉變換)分析裝置31分析運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)11的頻率。分析裝置31將分析結(jié)果35輸出到輸出裝置34。
根據(jù)表示電動(dòng)機(jī)控制裝置頻率特性曲線的分析結(jié)果35，將新的伺服操作命令15發(fā)送到伺服裝置3，就可以實(shí)現(xiàn)最佳的電動(dòng)機(jī)控制過程。
在上述的實(shí)施方式中，當(dāng)運(yùn)動(dòng)信號(hào)12與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9等同時(shí)就被使用。當(dāng)然運(yùn)動(dòng)信號(hào)12也可以作為包括運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)11的信號(hào)使用。
在上述的實(shí)施方式中，采用FFT做頻率分析。當(dāng)然也可以使用數(shù)字傅立葉變換、Blackman-Turkey法、自回歸法、移動(dòng)平均法、自回歸移動(dòng)平均法或弱波變換進(jìn)行分析。
在上述的實(shí)施方式中，使用的是旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)11。當(dāng)然也可以使用由旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)11轉(zhuǎn)換得到的信號(hào)，如通過將旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)11微分、積分或乘以一個(gè)系數(shù)產(chǎn)生的信號(hào)，而不采用旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)11。另外，也可以采用來自于信號(hào)測(cè)量裝置用于指示移動(dòng)件7運(yùn)動(dòng)的位置信號(hào)、速度信號(hào)或加速度信號(hào)，而不采用旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)11。
在上述的實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)11除以預(yù)設(shè)時(shí)間間隔，再進(jìn)行頻率分析，然后再被除法數(shù)n平均。當(dāng)然運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)11也可以直接進(jìn)行頻率分析然后再由運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9操縱的電動(dòng)機(jī)5的操作時(shí)間數(shù)n平均。
在上述的實(shí)施方式中，分析結(jié)果35從輸出裝置34中輸出。當(dāng)然輸出裝置34也可以由附屬于分析裝置31的存儲(chǔ)裝置替換，或分析結(jié)果35也可以從另外的通過存儲(chǔ)裝置或連接裝置的輸出裝置輸出。
在上述的實(shí)施方式中，電動(dòng)機(jī)5用于獲得分析結(jié)果35。當(dāng)然振動(dòng)裝置也可以安裝在電動(dòng)機(jī)控制裝置的外面。
圖15是顯示根據(jù)第六實(shí)施方式電動(dòng)機(jī)控制裝置中運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9的頻率分析結(jié)果的曲線圖。由分析裝置31產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9的頻率分析結(jié)果只顯示達(dá)到最大頻率分量frmax和低于最大測(cè)量頻率fq的頻率分量。
圖16顯示根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式中電動(dòng)機(jī)控制裝置的分析結(jié)果的曲線圖。由于由分析裝置31產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9只包括低于最大測(cè)量頻率fq的頻率分量，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)9不能激發(fā)頻率比最大測(cè)量頻率fq高的機(jī)械共振f4、f5。因此旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)不包括f4、f5分量，從而沒有干擾誤差。這樣，可以正確地觀察到反共振點(diǎn)f0和振點(diǎn)f1、f2、f3，進(jìn)而產(chǎn)生正確的分析結(jié)果。因此，也就能測(cè)定電動(dòng)機(jī)控制裝置，使得設(shè)定的用于實(shí)現(xiàn)最佳電動(dòng)機(jī)控制過程的新伺服操作命令成為可能。
圖17是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。
處理裝置36產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37，并將與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37相等的控制信號(hào)12通過伺服裝置3傳送到電動(dòng)機(jī)5。電動(dòng)機(jī)5開始工作，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7，以使包括固定件8的承載機(jī)器產(chǎn)生振動(dòng)。旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器4檢測(cè)電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，并將旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)10通過伺服裝置3傳送到處理裝置36。處理裝置36分析運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)38的頻率并確定頻率特性曲線39。
如圖20所示，根據(jù)第七實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置通過不斷交替重復(fù)的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37使電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)來測(cè)量頻率特性曲線。作為替代實(shí)施方式，如圖21所示，根據(jù)第七實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置通過一系列包括使電動(dòng)機(jī)正向和反向旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37來測(cè)量頻率特性曲線。
圖22是顯示測(cè)量根據(jù)第七實(shí)施方式電動(dòng)機(jī)控制裝置的頻率特性曲線時(shí)電動(dòng)機(jī)位置的簡圖。由于電動(dòng)機(jī)的操作是由上述的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37控制并進(jìn)行頻率特性曲線的測(cè)量，所以電動(dòng)機(jī)發(fā)生位變并驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7。然后電動(dòng)機(jī)在反方向上移位并驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7返回原位。因此，即使電動(dòng)機(jī)控制裝置增加了操作時(shí)間或較長時(shí)間的工作，，如圖18所示，由于移動(dòng)件7最終的位置保持不變，所以能精確地測(cè)量出頻率特性曲線。
在本實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37先使電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，然后再反向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37也可以先使電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，然后再正向旋轉(zhuǎn)。在圖21(a)中，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37首先使電動(dòng)機(jī)在低頻處正向旋轉(zhuǎn)，然后掃描達(dá)到高頻，通過從高頻掃描到低頻使電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)然，在圖21(b)中，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37也可以先使電動(dòng)機(jī)在低頻處正向旋轉(zhuǎn)，然后掃描正弦波到高頻，通過從低頻掃描到高頻使電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)用于消除位移時(shí)，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37也可以是不同于圖20和圖21組合的信號(hào)。
如圖23所示，在根據(jù)第七實(shí)施方式的改進(jìn)方式中，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37包括較小的低頻分量和較大的高頻分量。
圖19是顯示根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施方式的改進(jìn)方式電動(dòng)機(jī)控制裝置頻率特性曲線的增益曲線簡圖。
在本改進(jìn)方式中，對(duì)頻率分量與圖23中有同樣振幅的掃描正弦波進(jìn)行微分、并對(duì)微分進(jìn)行比例運(yùn)算以使平均振幅值與原掃描正弦波相同，將通過上述方式產(chǎn)生的信號(hào)作為運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37。由于這個(gè)運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37大大減少電動(dòng)機(jī)的位置變化，使得移動(dòng)件7的任何位移都減少，如圖24顯示，也可以精確地測(cè)量出頻率特性曲線。
在圖25(a)中，根據(jù)頻率分析結(jié)果，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37具有從最小頻率Fmin到最大頻率Fmax的恒定增益。根據(jù)本實(shí)施方式的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37沒有圖25(b)顯示的恒定增益，而是由逐漸變化的連續(xù)曲線表示。測(cè)量頻率特性曲線顯示在圖19中。盡管圖19顯示的測(cè)量頻率特性曲線與圖18顯示的頻率特性曲線在形狀上稍微有些不同，但它們都具有與圖18頻率特性曲線完全相同的反共振及共振頻率，其目的是為了測(cè)量頻率特性曲線。
根據(jù)本改進(jìn)方式的掃描正弦波是按照平均振幅值與原掃描正弦波相同的比例縮放。當(dāng)然，掃描正弦波也可以按照比例縮放到參考的任意需求需求的振幅。
根據(jù)本改進(jìn)方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置減少了移動(dòng)件7的位移。當(dāng)然，由于移動(dòng)件7有小量位移，所以根據(jù)本改進(jìn)方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置可以與上述圖17的控制電動(dòng)機(jī)方法相組合。
在本改進(jìn)方式中，將掃描正弦波作為運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)17。當(dāng)然，也可以將另外的信號(hào)如隨機(jī)波信號(hào)作為運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)17。
圖26顯示根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方框圖。
根據(jù)第八實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置具有將加入到根據(jù)第七實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置中的輸入裝置40和輸出裝置42。
下面，將參考圖27中的流程圖對(duì)第八實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的操作進(jìn)行說明。在步驟51中，處理裝置36產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37，并將等同于運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37的控制信號(hào)12通過伺服裝置3傳送到電動(dòng)機(jī)5。電動(dòng)機(jī)5開始工作，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件7以使其產(chǎn)生振動(dòng)。旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器4檢測(cè)電動(dòng)機(jī)5的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，并將旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)9通過伺服裝置3傳送到處理裝置36。處理裝置36分析運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)38的頻率并確定頻率響應(yīng)函數(shù)。
在步驟52中，由于頻率響應(yīng)函數(shù)具有向上波峰和向下波峰表示的振幅，所以處理裝置36根據(jù)復(fù)雜光譜插值法或平滑微分法，如Shigeo Minami著，CQ出版公司(1986)出版的“科學(xué)儀器的波形數(shù)據(jù)處理”中的波峰檢測(cè)法來確定響應(yīng)頻率和反響應(yīng)頻率，將需求的響應(yīng)頻率作為輸入信息41輸入到輸入裝置40，然后處理裝置36計(jì)算伺服操作命令15。
在步驟53中，由處理裝置36計(jì)算的伺服操作命令15自動(dòng)地發(fā)送到伺服裝置3，從而實(shí)現(xiàn)最佳的電動(dòng)機(jī)控制過程，從而完成調(diào)整。
在本實(shí)施方式中，運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)37和旋轉(zhuǎn)檢測(cè)信號(hào)38要進(jìn)行頻率分析以便確定頻率響應(yīng)函數(shù)。當(dāng)然也可以使用另外的傳感器如用于檢測(cè)移動(dòng)件7的位置檢測(cè)器，而不使用旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器4。
在本實(shí)施方式中，由處理裝置36確定的伺服操作命令15立刻發(fā)送到伺服裝置3。當(dāng)然，伺服操作命令15也可以從處理裝置36輸出到輸出裝置42，然后再作為輸入信息從輸入裝置40輸入到處理裝置36，然后再發(fā)送伺服操作命令15。
另外，由處理裝置36確定的伺服操作命令15也可以發(fā)送到和另一個(gè)機(jī)器相連的伺服裝置3，該機(jī)器也具有本實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，并包括具有同樣性能的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)6、移動(dòng)件7及固定件8。
圖27中顯示的每個(gè)步驟的臨時(shí)數(shù)據(jù)都可以輸出到輸出裝置42，然后再輸入到輸入裝置40以繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)步驟。
另外，輸出裝置42也可以由存儲(chǔ)裝置替換，在存儲(chǔ)裝置中儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)也可以發(fā)送到處理裝置36再繼續(xù)進(jìn)行下一步驟。
圖29是顯示根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置方的方框圖。
在圖29中，電動(dòng)機(jī)速度控制器51提供速度命令Vref，從電動(dòng)機(jī)54中輸出的電動(dòng)機(jī)速度Vfb，以及從振動(dòng)抑制器53輸出的抑制信號(hào)Tc，實(shí)現(xiàn)積分加比例控制(I-P控制)處理使速度命令Vref和電動(dòng)機(jī)速度Vfb保持彼此一致，將扭轉(zhuǎn)命令τr輸出到電流控制器52。電流控制器52提供扭轉(zhuǎn)命令τr并激勵(lì)電動(dòng)機(jī)54。機(jī)器載荷55通過扭轉(zhuǎn)聯(lián)結(jié)軸與電動(dòng)機(jī)54聯(lián)結(jié)。振動(dòng)抑制器53提供表示電動(dòng)機(jī)速度Vfb和機(jī)器載荷速度偏差的扭轉(zhuǎn)角速度，并輸出振動(dòng)抑制信號(hào)Tc。
電動(dòng)機(jī)速度控制器51、振動(dòng)抑制器53、電動(dòng)機(jī)54及機(jī)器載荷55將在下面參考圖30進(jìn)行描述。在速度控制器51中減法器62從速度命令Vref中減去電動(dòng)機(jī)速度Vfb確定速度偏差。積分儀63對(duì)時(shí)間常數(shù)Ti積分速度偏差。減法器64從積分儀63的輸出中減去電動(dòng)機(jī)速度Vfb。乘法器65將減法器64的輸出與速度環(huán)路增益Kv相乘。
振動(dòng)抑制器53中的積分儀67將扭轉(zhuǎn)角速度xa積分以確定扭轉(zhuǎn)角。乘法器68將扭轉(zhuǎn)角乘以扭轉(zhuǎn)角增益Ks。加法器69將乘法器68的輸出和扭轉(zhuǎn)角速度xa彼此相加。乘法器70將加法器69的輸出乘以扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd以確定振動(dòng)抑制信號(hào)Tc。減法器66從乘法器65的輸出中減去乘法器70的輸出。乘法器71將減法器66的輸出乘以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1得到扭轉(zhuǎn)命令τr。在圖30中，圖號(hào)57表示在技術(shù)中熟知的二維慣性系統(tǒng)的振動(dòng)模式，J1為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、J2為機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、K為機(jī)器載荷的扭轉(zhuǎn)剛度值、xa為扭轉(zhuǎn)角速度及1/s表示積分處理步驟。
在圖30顯示的二維慣性系統(tǒng)中，速度控制器51的時(shí)間常數(shù)Ti和速度環(huán)路增益Kv、扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd和振動(dòng)抑制器53的扭轉(zhuǎn)角增益Ks的調(diào)整過程將在下面描述。
假設(shè)反共振頻率、共振頻率、電動(dòng)機(jī)和機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1、J2已知。則I-P控制系統(tǒng)的速度環(huán)路增益Kv、時(shí)間常數(shù)Ti和振動(dòng)抑制系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)角增益Ks及扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd可以表示如下Kv＝K21/Ti＝K1/K2Ksd＝K4Ks＝k3/k4 (4)當(dāng)給出速度命令Vref和扭轉(zhuǎn)角速度xa時(shí)，I-P控制器和振動(dòng)抑制器產(chǎn)生一個(gè)由下列公式表示的輸出1J1τr=(1sK1K2(Vref-Vfb)-Vfb)K2-(1Sk3k4+1)K4xa---(5)]]>=1sK1Vref-(1sK1+K2)Vfb-(1sK3+K4)xa]]>其中s表示拉普拉斯運(yùn)算符，1/s表示積分過程。
從控制目標(biāo)的方框圖30中可以得到下列公式(6)、(7)xb··=s2xb=KJ2xa---(6)]]>xa..=s2(Vfb-xb)=sτrJ1-(1J1+1J2)Kxa---(7)]]>
其中s2表示二次積分。
a、b由下列公式(8)表示a=KJ2,b=(1J1+1J2)K---(8)]]>利用a、b，公式(6)、(7)可以改寫成公式(9)、(10)s2xb＝axa (9)s2xa=s2(Vfb-xb)=sτrJ1-bxa---(10)]]>將公式(5)代入公式(10)，得到下面的公式(11)s2xa=s[1sK1Vref-(1sK1+K2)Vfb-(1sK3+K4)xa]-bxa---(11)]]>由于Vfb＝xa+xb，公式(11)變?yōu)?12)(s2+b)xa=K1Vref-s(1sK1+K2)(xa+xb)-s(1sK3+K4)xa---(12)]]>公式(10)重新改寫為公式(13)xa=s21axb---(13)]]>將公式(12)代入公式(13)并將得到的公式展開，得到公式(14)(s2+b)s21axb=K1Vref-(s2K1a+s3K2a+K1+sK2+s2K3a+s3K4a)xb---(14)]]>將公式(14)移項(xiàng)并重新組織成公式(15)K1Vref=1as4+1a(K2+K4)s3+1a(b+K1+K3)s2+K2s+aK1)xb---(15)]]>從公式(15)可以確定特性曲線公式，用公式(16)表示aK1Vrefxb=s4+(K2+K4)s3+(b+K1+K3)s3+aK2s+aK1=F(s)---(16)]]>由于F(s)是一個(gè)四次公式，為了滿足穩(wěn)定的條件，應(yīng)該考慮特征公式四次方根之一的s＝-ω，及ω＞0的值，其中ω表示目標(biāo)響應(yīng)頻率。
G(s)＝(s2+ξ1ωs+ω2)(s2+ξ2ωs+ω2) (17)如果ξ1＝ξ2＝2，可以推導(dǎo)出特性曲線公式(18)G(s)＝s4+4ωs3+6ω2s2+4ω3s+ω4(18)公式(16)變成公式(19)F(s)＝s4+(K2+K4)s3+(b+K1+K3)s2+aK2s+aK1 (19)通過比較公式(16)、(19)項(xiàng)的系數(shù)(s0、s1、s2和s3項(xiàng))，確定系數(shù)的系數(shù)由公式(20)表示由s0項(xiàng)知K1=ω4a]]>由s1項(xiàng)知K2=4ω3a]]>由s2項(xiàng)知K3=-ω4a+6ω2-b]]>由s3項(xiàng)知K4=4ω-4ω3a---(20)]]>從公式(4)可知，I-P控制器51和振動(dòng)抑制器53的增益由公式(1)表示。
通過本發(fā)明調(diào)整的速度控制系統(tǒng)的模擬結(jié)果在下面顯示出來。機(jī)器載荷和電動(dòng)機(jī)的參數(shù)根據(jù)50(Hz)的反響應(yīng)頻率WL和70(Hz)的響應(yīng)頻率WH確定如下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1為0.5102[Kgm2]，機(jī)器載荷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2為0.4898[Kgm2]，機(jī)器載荷扭轉(zhuǎn)剛度值K為4.8341e+4[Kgm2/s2]。目標(biāo)響應(yīng)頻率ω設(shè)定為60[Hz]，時(shí)間常數(shù)Ti，速度環(huán)路增益Kv，扭轉(zhuǎn)角增益Ks及扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd根據(jù)公式(18)調(diào)整。
調(diào)整的增益是Kv＝2171.5[rad/s]，Ksd＝-663.5，Ks＝-685.2，及Ti＝10.6[ms]，圖31，32示出了步驟命令輸入時(shí)的響應(yīng)。在圖31，32中，曲線40表示速度命令，曲線41表示電動(dòng)機(jī)速度。具體地說，圖31顯示的是當(dāng)振動(dòng)抑制器不工作時(shí)調(diào)整后的響應(yīng)波形，圖32顯示的是當(dāng)振動(dòng)抑制器得到的響應(yīng)波形。在圖31中，電動(dòng)機(jī)速度是振動(dòng)的。在圖32中，電動(dòng)機(jī)速度沒有受到影響，表示的是根據(jù)二維慣性系統(tǒng)的理想無振動(dòng)的響應(yīng)。
根據(jù)上述結(jié)果可以確定能夠通過二維慣性系統(tǒng)來抑制振動(dòng)，同時(shí)I-P控制器的參數(shù)(時(shí)間常數(shù)Ti，速度環(huán)路增益Kv)和振動(dòng)抑制器的參數(shù)(扭轉(zhuǎn)角增益Ks，扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd)可以自動(dòng)地設(shè)定。
根據(jù)本實(shí)施方式，如果要改變目標(biāo)響應(yīng)，則只需要改變目標(biāo)響應(yīng)頻率ω，速度環(huán)路在自動(dòng)抑制振動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，而不必象傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)控制裝置那樣用試湊的方式調(diào)整振動(dòng)抑制器和速度控制器。
圖33是顯示根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。
在圖33中，位置控制器56提供位置命令和電動(dòng)機(jī)54的位置并將速度命令輸出到速度控制器51。
速度控制器51提供速度命令、電動(dòng)機(jī)54的速度和從振動(dòng)抑制器53輸出的振動(dòng)抑制信號(hào)Tc，實(shí)現(xiàn)速度控制處理使速度命令和電動(dòng)機(jī)速度彼此保持一致，并將扭轉(zhuǎn)命令τr輸出到電流控制器52。電流控制器52提供扭轉(zhuǎn)命令τr并激勵(lì)電動(dòng)機(jī)54。機(jī)器載荷55通過扭轉(zhuǎn)傳動(dòng)聯(lián)結(jié)軸與電動(dòng)機(jī)54相聯(lián)結(jié)。振動(dòng)抑制器53提供電動(dòng)機(jī)54的速度與機(jī)器載荷速度間的偏差，并輸出振動(dòng)抑制信號(hào)Tc。如果檢測(cè)不到機(jī)器載荷速度，那么就用擾動(dòng)觀察器或其它類似的設(shè)備進(jìn)行估計(jì)。
下面，將參照?qǐng)D34對(duì)速度控制器51、振動(dòng)抑制器53、電動(dòng)機(jī)54以及機(jī)器載荷55的操作進(jìn)行說明。
速度控制器51中的減法器62從速度命令Vref中減去電動(dòng)機(jī)速度Vfb確定速度偏差。積分儀63對(duì)時(shí)間常數(shù)Ti積分速度偏差。乘法器74將速度命令與系數(shù)α(0≤α≤1)相乘。如果α＝0，就執(zhí)行I-P控制處理步驟，如果α＝1，就執(zhí)行PI控制處理步驟。通過α不斷地從0到1之間的變化，速度控制系統(tǒng)也不斷地從I-P控制過程到PI控制過程之間變化。減法器64將乘法器74的輸出和積分儀63的輸出相加并從和中減去電動(dòng)機(jī)速度Vfb。乘法器65將減法器64的輸出與速度環(huán)路增益Kv相乘。
振動(dòng)抑制器53中的積分儀67將扭轉(zhuǎn)角速度xa積分以確定扭轉(zhuǎn)角。乘法器68將扭轉(zhuǎn)角與扭轉(zhuǎn)角增益Ks相乘。
加法器69將乘法器68的輸出與扭轉(zhuǎn)角速度xa彼此相加。乘法器70將加法器69的輸出與扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd相乘以確定振動(dòng)抑制信號(hào)Tc。
減法器66從乘法器65的輸出中減去乘法器70的輸出。
乘法器71將減法器66的輸出與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1相乘以確定扭轉(zhuǎn)命令τr。在所述實(shí)施方式中，輸入到振動(dòng)抑制器53中的扭轉(zhuǎn)角速度53由積分儀67積分以確定扭轉(zhuǎn)角。當(dāng)然，如果已知電動(dòng)機(jī)位置和載荷位置，則振動(dòng)抑制器可以由輸入的扭轉(zhuǎn)角確定。
在圖34中，圖號(hào)17表示的是在技術(shù)領(lǐng)域中熟知的二維慣性系統(tǒng)振動(dòng)模式，J1表示電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、J2表示機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、K表示機(jī)器載荷的扭轉(zhuǎn)剛度值、xa表示由電動(dòng)機(jī)速度和機(jī)器載荷速度之間的偏差決定的扭轉(zhuǎn)角速度、1/s表示積分過程。
圖34中顯示的二維慣性系統(tǒng)中，速度控制器51的速度環(huán)路積分時(shí)間常數(shù)Ti和速度環(huán)路增益Kv，以及振動(dòng)抑制器53的扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd和扭轉(zhuǎn)角增益Ks的調(diào)整過程將在下面描述。假設(shè)已知反共振頻率、共振頻率、電動(dòng)機(jī)和機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1、J2。則根據(jù)第一實(shí)施方式，速度環(huán)路增益Kv、速度環(huán)路積分時(shí)間常數(shù)Ti和振動(dòng)抑制系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)角增益Ks及扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd可以表示如下Kv＝K21/Ti＝K1/K2Ksd＝K4Ks＝k3/k4 (20)當(dāng)給出速度命令Vref和扭轉(zhuǎn)角速度xa時(shí)，I-P控制器和振動(dòng)抑制器產(chǎn)生一個(gè)由下列公式(21)表示的輸出1J1τr=(1sK1K2(Vref-Vfb)-Vfb+αK2)K2-(1sK3K4+1)K4xa---(21)]]>=(1sK1+αK2)Vref-(1sK1+K2)Vfb-(1sK3+K4)xa]]>其中s為拉普拉斯運(yùn)算符，1/s為積分過程。
從圖34顯示的控制目標(biāo)方框圖中可以得到公式(22)(23)V..I=s2VI=KJ21xa---(22)]]>xa..=s2xa=s2(Vfb-VI)=SτrJ1-(1J1+1J2)Kxa---(23)]]>其中V1為機(jī)器載荷速度，xa為扭轉(zhuǎn)角速度，s2為二次積分。
a、b用公式(24)表示b、a=KJ2,b=(1J1+1J2)K---(24)]]>利用a、b，可以將公式(22)、(23)改寫為公式(25)、(26)s2xb＝axa(25)s2xa=s2(Vfb-VI)=sτrJ1-bxa---(26)]]>將公式(21)代入公式(26)，得到公式(27)s2xa=s[(1sK1+αK2)Vref-(1sK1+K2)Vfb-(1sK3+K4)xa]-bxa---(27)]]>因?yàn)閂fb＝xa+VI，將公式(27)變?yōu)楣?28)(s2+b)xa=(K1+αK2s)Vref-s(1sK1+K2)(xa+VI)-s(1sK3+K4)xa---(28)]]>公式(25)變?yōu)楣?29)xa=s21aVI---(29)]]>將公式(29)代入公式(28)并將得到的公式展開，得到公式(30)(s2+b)s21aVI=(K1+αK2s)Vref-(s2K1a+s3K2a+K1+sK2+s2K3a+s3K4a)VI---30)]]>將公式(30)移項(xiàng)并重新組織成公式(31)(K1+αK2s)Vref=(1as4+1a(K2+K4)s3+1a(b+K1+K3)s2+K2s+K1)VI---(31)]]>從速度命令到電動(dòng)機(jī)速度的變換函數(shù)的特性曲線公式根據(jù)公式(31)確定，由公式(32)表示(s2+a)(αK2S+K1)VrefVm=s4+(K2+K4)s3+(b+K1+K3)s2+aK2s+aK1=F(s)---(32)]]>由于F(s)為四次公式，特性曲線公式的四次方根之一的s＝-ω，及ω＞0的值認(rèn)為可以滿足穩(wěn)定條件，其中ω為目標(biāo)響應(yīng)頻率，ξ1、ξ2為阻尼常數(shù)。
G(s)＝(s2+2ξ1ωs+ω2)(s2+2ξ2ωs+ω2) (33)如果ξ1＝ξ2＝ξ，可以推導(dǎo)出特性曲線公式(34)G(s)＝s4+4ξωs3+(4ξ2+2)ω2s2+4ξω3s+ω4(34)公式(32)變成公式(35)F(s)＝s4+(K2+K4)s3+(b+K1+K3)s2+aK2s+aK1(35)
通過比較公式(32)、(34)的系數(shù)項(xiàng)(s0、s1、s2和s3項(xiàng))，系數(shù)就能確定由公式(36)表示由s0項(xiàng)知K1=ω4a]]>由s1項(xiàng)知K2=4ξω3a]]>由s2項(xiàng)知K3=-ω4a+(4ξ2+2)ω2-b]]>由s3項(xiàng)知K4=(4ω-4ω3a)ξ---(36)]]>由公式(20)，IP控制器和振動(dòng)抑制器53的增益由公式(37)表示Kv=4ξω3J2K,1Ti=ω4ξ,Ksd=(4ω-4ω3J2K)ξ---(37)]]>其中ξ為阻尼系數(shù)(ξ0)；ω為用于控制速度的目標(biāo)響應(yīng)頻率；J1為二維慣性系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J2為機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；K為扭轉(zhuǎn)剛度值；下面對(duì)位置控制過程進(jìn)行說明。
位置控制器56提供位置命令，并將速度命令輸出到速度控制器51。
位置控制器56中的減法器72從位置命令Pref中減去電動(dòng)機(jī)位置Pfb以確定位置偏差。乘法器73將位置偏差與位置環(huán)路增益Kp相乘。速度控制器51的參數(shù)是由公式(38)確定的數(shù)值。Kv=4ξω3J2K,1Ti=ω4ξ,Ksd=(4ω-4ω3J2K)ξ,]]>Ks=-J2ω4+(4ξ2+2)Kω2-K2(1J1+1J2)(4Kω-4J2ω3)ξ---(38)]]>
其中ξ為阻尼系數(shù)(ξ0)；ω為用于控制速度的目標(biāo)響應(yīng)頻率；J1為二維慣性系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J2為機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；K為扭轉(zhuǎn)剛度值。
在位置控制器56中的位置環(huán)路增益Kp是速度控制器51的目標(biāo)響應(yīng)頻率ω的函數(shù)，由公式(39)表示Kp＝ω/β (39)其中β為自然數(shù)。
速度控制系統(tǒng)的模擬結(jié)果和由第十實(shí)施方式調(diào)整的位置控制系統(tǒng)在下面顯示。
機(jī)器載荷和電動(dòng)機(jī)的參數(shù)根據(jù)50[Hz]的反共振頻率WL和70[Hz]的共振頻率WH確定如下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1為0.5102[Kgm2]，機(jī)器載荷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2為0.4898[Kgm2]，機(jī)器載荷扭轉(zhuǎn)剛度值K為4.8341e+4[Kgm2/s2]。
目標(biāo)響應(yīng)頻率ω設(shè)定為60[Hz]，速度環(huán)路積分時(shí)間常數(shù)Ti，速度環(huán)路增益Kv，扭轉(zhuǎn)角增益Ks及扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd根據(jù)公式(36)調(diào)整。
調(diào)整的增益是Kv＝2171.5[rad/s]，Ksd＝-663.5，Ks＝-685.2，及Ti＝10.6[ms]，位置控制器16的位置環(huán)路增益Kp為ω/4。
由ξ＝0.5、1、1.5，圖35，36示出了在執(zhí)行速度控制過程時(shí)得到的步驟響應(yīng)，圖37，38示出了在執(zhí)行位置控制過程時(shí)得到的步驟響應(yīng)。在圖35，37中，速度控制器執(zhí)行I-P控制過程(α＝0)。在圖36，38中，速度控制器執(zhí)行PI控制過程(α＝1)。二維慣性系統(tǒng)的振動(dòng)在所有情況下都能夠被抑制。根據(jù)ξ值之間的比較，ξ＝1時(shí)的響應(yīng)曲線42的設(shè)定時(shí)間比圖35中ξ＝0.5、1.5的響應(yīng)曲線41、43短，ξ＝1.5的響應(yīng)曲線43的設(shè)定時(shí)間比圖36中ξ＝0.5、1的響應(yīng)曲線41、42短，ξ＝0.5的響應(yīng)曲線45的設(shè)定時(shí)間比圖37中ξ＝1、1.5的響應(yīng)曲線46、47短，以及ξ＝0.5的響應(yīng)曲線45的設(shè)定時(shí)間比圖38中ξ＝1、1.5的響應(yīng)曲線46、47短。
從以上的結(jié)果可以看出，振動(dòng)可以由二維慣性系統(tǒng)抑制，隨著速度控制系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)作用到PI控制過程和I-P控制過程，速度控制器的參數(shù)(速度環(huán)路積分時(shí)間常數(shù)Ti和速度環(huán)路增益kv)和振動(dòng)抑制器的參數(shù)(扭轉(zhuǎn)角增益ks、扭轉(zhuǎn)角速度增益ksd、)可以自動(dòng)地設(shè)定。通過改變與參數(shù)α相關(guān)的參數(shù)ξ可以使處理時(shí)間縮短。
根據(jù)第十實(shí)施方式，如果改變目標(biāo)響應(yīng)，可以通過改變目標(biāo)響應(yīng)頻率ω，當(dāng)自動(dòng)抑制振動(dòng)時(shí)，就能調(diào)整速度控制器和位置控制器。因此，振動(dòng)抑制器、速度控制器和位置控制器不需要用試湊來調(diào)整。此外當(dāng)速度控制器的設(shè)置成利用參數(shù)α從I-P控制過程到PI控制過程變化時(shí)，通過改變與參數(shù)α相關(guān)的參數(shù)ξ可以使處理時(shí)間縮短。圖39是顯示根據(jù)本發(fā)明第十一實(shí)施方式的電動(dòng)機(jī)控制裝置的方框圖。
在圖39中，位置控制器56提供機(jī)器載荷位置Pfb和位置命令Pref，并將速度命令Vfb輸出到速度控制器51，從而使機(jī)器載荷位置Pfb和位置命令Pref保持彼此一致。
速度控制器51提供速度命令Vref、機(jī)器載荷速度Vfb和振動(dòng)抑制信號(hào)Tc，執(zhí)行速度控制過程，使速度命令Vref和電動(dòng)機(jī)速度Vfb保持彼此一致，并將扭轉(zhuǎn)命令τr輸出到電流控制器52。電流控制器52提供扭轉(zhuǎn)命令τr并輸出電流命令來激勵(lì)電動(dòng)機(jī)54。電動(dòng)機(jī)54通過傳動(dòng)聯(lián)結(jié)軸與機(jī)器載荷55相聯(lián)結(jié)。振動(dòng)抑制器53提供表示電動(dòng)機(jī)54的速度Vfb和機(jī)器載荷速度Vfb之間偏差的扭轉(zhuǎn)角速度xa，并且輸出振動(dòng)抑制信號(hào)Tc。
如果檢測(cè)不到機(jī)器載荷速度，那么可以用擾動(dòng)觀察器或其它類似的設(shè)備進(jìn)行估計(jì)。
速度控制器51、振動(dòng)抑制器53、電動(dòng)機(jī)54以及機(jī)器載荷55將在下面參照?qǐng)D40進(jìn)行詳細(xì)描述。速度控制器51中的減法器62從速度命令Vref中減去機(jī)器載荷速度Vfb以確定速度偏差。積分儀63對(duì)時(shí)間常數(shù)Ti積分速度偏差。根據(jù)第十實(shí)施方式，系數(shù)34是用于確定PI控制過程和I-P控制過程到需求狀態(tài)的參數(shù)，其與速度命令Vref相乘。減法器64將乘法器74的輸出與積分儀63的輸出相加并從和中減去機(jī)器載荷速度Vfb。乘法器65將減法器64的輸出與速度環(huán)路增益Kv相乘。
振動(dòng)抑制器53中的積分儀67積分由電動(dòng)機(jī)速度Vm和機(jī)器載荷速度Vfb之間的偏差確定的扭轉(zhuǎn)角速度xa來確定扭轉(zhuǎn)角。乘法器68將扭轉(zhuǎn)角乘以扭轉(zhuǎn)角增益Ks。加法器69將乘法器68的輸出和扭轉(zhuǎn)角速度xa彼此相加。乘法器70將加法器69的輸出乘以扭轉(zhuǎn)角速度的增益Ksd確定振動(dòng)抑制信號(hào)Tc。減法器66從乘法器65的輸出中減去乘法器70的輸出。乘法器71將減法器66的輸出乘以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1以確定扭轉(zhuǎn)命令τr。在實(shí)施方式的介紹中，扭轉(zhuǎn)角速度xa由積分儀67積分來確定扭轉(zhuǎn)角。當(dāng)然，如果已知電動(dòng)機(jī)位置和載荷位置，則振動(dòng)抑制器可以由輸入到振動(dòng)抑制器53的扭轉(zhuǎn)角確定。
在圖40中，圖號(hào)57表示二維慣性系統(tǒng)的振動(dòng)模式，J1為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、J2為機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、K為機(jī)器載荷的扭轉(zhuǎn)剛度值、xa為由電動(dòng)機(jī)速度和機(jī)器載荷速度之間偏差確定的扭轉(zhuǎn)角速度及1/s為積分過程。
根據(jù)第十實(shí)施方式的半封閉反饋控制系統(tǒng)中，使用的反饋信號(hào)表示電動(dòng)機(jī)速度Vfb和電動(dòng)機(jī)位置Pfb。在根據(jù)第十一實(shí)施方式的全封閉反饋控制系統(tǒng)中，反饋信號(hào)用來表示機(jī)器載荷速度Vfb和機(jī)器載荷位置Pfb。盡管從嚴(yán)格意義上說，這些參數(shù)在實(shí)際的公式中是不同的數(shù)值，但它們是用同樣的符號(hào)表示的，這是因?yàn)樵谝话愕墓街兴鼈儾环从匙罱K的結(jié)果。
時(shí)間常數(shù)Ti、速度環(huán)路增益Kv、扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd及扭轉(zhuǎn)角增益Ks的調(diào)整過程將在下面進(jìn)行描述。假設(shè)反共振頻率、共振頻率、電動(dòng)機(jī)和機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1、J2已知。則I-P控制系統(tǒng)的速度環(huán)路增益Kv、時(shí)間常數(shù)Ti和振動(dòng)抑制系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)角增益Ks及扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd可以表示如下Kv＝K21/Ti＝K1/K2Ksd＝K4Ks＝k3/k4(40)當(dāng)給出速度命令Vref和扭轉(zhuǎn)角速度xa時(shí)，乘法器71產(chǎn)生由公式(41)表示的輸出1J1τr=(1sK1K2(Vref-Vfb)-Vfb+αVref)K2-(1sK3K4+1)K4xa---(41)]]>=(1sK1+αK2)Vref-(1sK1+K2)Vfb-(1sK3+K4)xa]]>其中s表示拉普拉斯運(yùn)算符，1/s表示積分過程。
從控制目標(biāo)的方框圖40中可以得到下列公式(42)、(43)s2Vfb=KJ2xa---(42)]]>s2xa=sτrJ1-(1J1+1J2)Kxa---(43)]]>其中Vfb為機(jī)器載荷速度，xa為扭轉(zhuǎn)角速度，s2為二次積分。
a、b用公式(44)表示a=KJ2,b=(1J1+1J2)K---(44)]]>利用a、b，可以將公式(42)、(43)改寫為公式(45)、(46)s2xb＝axa (45)s2xa=s2(Vfb-VI)=sτrJ1-bxa---(46)]]>將公式(41)代入(46)公式，得到公式(47)s2xa=s[(1sK1+αK2)Vref-(1sK1+K2)Vfb-(1sK3+K4)xa]-bxa---(47)]]>從公式(45)得到公式(48)xa=s21aVfb---(48)]]>將公式(48)代入公式(47)并將得到的公式展開，得到公式(49)s41aVfb=(K1+αK2s)Vref-(K1a+sK2a+s2K3a+s3K4a)Vfb-s2baVfb---(49)]]>將公式(49)移項(xiàng)并重新組織成對(duì)于Vref、Vfb的公式(50)(K1+αK2s)Vref=(1as4+1aK4s3+1a(b+K3)s2+K2s+K1)Vfb---(50)]]>從速度命令Vref到機(jī)器載荷速度Vfb的變換函數(shù)由公式(50)確定，由公式(51)表示VmVref=a(αK2s+K1)s4+K4s3+(b+K3)s2+aK2s+aK1---(51)]]>這個(gè)系統(tǒng)的特性曲線公式F(s)由公式(52)表示F(s)＝s4+K4s3+(b+K3)s2+aK2s+aK1(52)由于F(s)為四次公式，特性曲線公式(53)的四次方根之一的s＝-ω，及ω＞0的值認(rèn)為可以滿足穩(wěn)定條件，其中ω為目標(biāo)響應(yīng)頻率，ξ1、ξ2為阻尼常數(shù)。
G(s)＝(s2+2ξ1ωs+ω2)(s2+2ξ2ωs+ω2) (53)如果ξ1＝ξ2＝ξ，可以推導(dǎo)出特性曲線公式(54)G(s)＝s4+4ξωs3+(4ξ2+2)ω2s2+4ξω3s+ω4(54)通過比較公式(52)、(54)的系數(shù)項(xiàng)(s0、s1、s2和s3項(xiàng))，確定的系數(shù)由公式(55)表示由s0項(xiàng)知K1=ω4a]]>由s1項(xiàng)知K2=4ξω3a]]>由s2項(xiàng)知K3＝(4ξ2+2)ω2-b由s3項(xiàng)知K4＝4ωξ (55)
由公式(40)，速度控制器51和振動(dòng)抑制器53的增益表示為公式(56)Kv=4ξω3J2K]]>1Ti=ω4ξ]]>Ksd＝4ωξKs=(4ξ2+2)ω2-K(1J1+1J2)4ωξ---(56)]]>其中ξ為阻尼系數(shù)(ξ0)；ω為控制速度的目標(biāo)響應(yīng)頻率；J1為二維慣性系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J2為機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；K為扭轉(zhuǎn)剛度值。
下面對(duì)位置控制過程進(jìn)行說明。位置控制器56中的減法器72從位置命令Pref中減去機(jī)器載荷位置Pfb以確定位置偏差。乘法器73將位置偏差與位置環(huán)路增益Kp相乘。當(dāng)速度命令傳送到速度控制器51時(shí)輸出計(jì)算值。
通過本發(fā)明調(diào)整的速度控制系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)的模擬結(jié)果顯示如下。機(jī)器載荷和電動(dòng)機(jī)的參數(shù)根據(jù)50(Hz)的反響應(yīng)頻率WL和70(Hz)的響應(yīng)頻率WH確定如下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1為0.5102[Kgm2]，機(jī)器載荷轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2為0.4898[Kgm2]，機(jī)器載荷扭轉(zhuǎn)剛度值K為4.8341e+4[Kgm2/s2]。
目標(biāo)響應(yīng)頻率ω設(shè)定為60[Hz]，時(shí)間常數(shù)Ti，速度環(huán)路增益Kv，扭轉(zhuǎn)角增益Ks及扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd根據(jù)公式(54)調(diào)整。位置控制器56中的位置環(huán)路增益Kp設(shè)定為Kp＝2πω/8[rad/s]。由ξ＝1調(diào)整的增益是Kv＝2171.5[rad/s]，Ksd＝-1580，Ks＝-434.6，及Ti＝10.6[ms]。
圖41，42示出了在ξ＝0.5、1、1.5時(shí)實(shí)現(xiàn)速度控制過程得到的步驟響應(yīng)，圖43，44示出了在ξ＝0.5、1、1.5時(shí)實(shí)現(xiàn)位置控制過程得到的步驟響應(yīng)。在圖41，43中，速度控制器執(zhí)行I-P控制過程(α＝0)。在圖42，44中，速度控制器執(zhí)行PI控制過程(α＝1)。二維慣性系統(tǒng)的振動(dòng)在所有情況下都能夠被抑制。在速度控制過程中，ξ＝1時(shí)的響應(yīng)曲線50根據(jù)I-P控制過程和PI控制過程有最短的設(shè)定時(shí)間。在位置控制過程中，ξ＝0.5時(shí)的響應(yīng)曲線53根據(jù)I-P控制過程有最短的設(shè)定時(shí)間，及ξ＝1.5時(shí)的響應(yīng)曲線55根據(jù)PI控制過程有最短的設(shè)定時(shí)間。從以上的結(jié)果可以看出，振動(dòng)可以由二維慣性系統(tǒng)抑制，隨著速度控制系統(tǒng)和位置控制系統(tǒng)作用到PI控制過程和I-P控制過程，速度控制器的參數(shù)(速度環(huán)路積分時(shí)間常數(shù)Ti和速度環(huán)路增益kv)和振動(dòng)抑制器的參數(shù)(扭轉(zhuǎn)角增益ks、扭轉(zhuǎn)角速度增益ksd)可以自動(dòng)地設(shè)定。通過改變與參數(shù)α相關(guān)的參數(shù)ξ可以使處理時(shí)間縮短。
根據(jù)本實(shí)施方式，如果改變目標(biāo)響應(yīng)，可以通過改變目標(biāo)響應(yīng)頻率ω，則當(dāng)自動(dòng)抑制振動(dòng)時(shí)速度控制器和位置控制器能被調(diào)整。因此，振動(dòng)抑制器、速度控制器和位置控制器不需要用試湊來調(diào)整。此外當(dāng)速度控制器設(shè)置成利用參數(shù)α從I-P控制過程到PI控制過程變化時(shí)，通過改變與參數(shù)α相關(guān)的參數(shù)ξ可以使處理時(shí)間縮短。
權(quán)利要求
1.一種通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶有移動(dòng)件及支撐移動(dòng)件的固定件的機(jī)器上的移動(dòng)件來控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制裝置，所述裝置包括用于檢測(cè)所述電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器；伺服裝置，其響應(yīng)于運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)將與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)一致的運(yùn)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到所述電動(dòng)機(jī)來控制電動(dòng)機(jī)；和分析裝置，其用于分析來自所述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)的頻率和來自于所述伺服裝置與所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)相等的運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率并輸出分析結(jié)果。
2.一種通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶有移動(dòng)件及支撐移動(dòng)件的固定件的機(jī)器上的移動(dòng)件來控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制裝置，所述裝置包括用于檢測(cè)移動(dòng)件位置的位置檢測(cè)器；伺服裝置，其響應(yīng)于運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)將與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)一致的運(yùn)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到所述電動(dòng)機(jī)來控制電動(dòng)機(jī)；以及分析裝置，其用于分析來自所述位置檢測(cè)器的移動(dòng)件位置信號(hào)的頻率和來自于所述伺服裝置、與所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)相等的運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率并輸出分析結(jié)果。
3.一種通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶有移動(dòng)件及支撐移動(dòng)件的固定件的機(jī)器上的移動(dòng)件來控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制裝置，所述裝置包括安置在所述移動(dòng)件、所述固定件和所述傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上的一個(gè)或多個(gè)測(cè)量傳感器；伺服裝置，其響應(yīng)于運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)將與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)一致的運(yùn)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到所述電動(dòng)機(jī)來控制電動(dòng)機(jī)；以及分析裝置，其用于分析來自所述測(cè)量傳感器的傳感器信號(hào)的頻率和來自于所述伺服裝置、與所述運(yùn)動(dòng)信號(hào)相等的運(yùn)動(dòng)信號(hào)的頻率并輸出分析結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于還包括顯示裝置，其用于顯示來自所述分析裝置的分析結(jié)果和/或設(shè)定所述伺服裝置的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于還包括存儲(chǔ)裝置，其用于儲(chǔ)存來自所述分析裝置的分析結(jié)果、設(shè)定所述伺服裝置的數(shù)據(jù)和所述顯示裝置的顯示數(shù)據(jù)中的至少一個(gè)數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于還包括輸入裝置，其用于為所述分析裝置輸入分析命令和/或?yàn)樗鏊欧b置輸入伺服操作命令。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于分析裝置將所述分析結(jié)果作為伺服操作命令加載到所述伺服裝置。
8.一種通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶有移動(dòng)件及支撐移動(dòng)件的固定件的機(jī)器上的移動(dòng)件來控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制裝置，所述裝置包括用于檢測(cè)所述電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器；伺服裝置，其響應(yīng)于運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)將與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)一致的運(yùn)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到所述電動(dòng)機(jī)來控制電動(dòng)機(jī)；以及分析裝置，其用于根據(jù)頻率分析產(chǎn)生無干擾誤差、產(chǎn)生測(cè)量頻率范圍外不包括不需要的高頻分量的所述運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)、將產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)輸出到所述伺服裝置、分析所述運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)的頻率和來自所述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器信號(hào)的頻率，并輸出分析結(jié)果。
9.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括速度控制器，其用于被輸入速度命令，執(zhí)行積分加比例控制過程來確定扭轉(zhuǎn)命令，以使電動(dòng)機(jī)速度與所述速度命令保持一致；電流控制器，其提供扭轉(zhuǎn)命令并激勵(lì)電動(dòng)機(jī)；檢測(cè)器，其用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流和電動(dòng)機(jī)速度，其特征在于還包括振動(dòng)抑制器，其用于計(jì)算來自電動(dòng)機(jī)速度和機(jī)器載荷速度的扭轉(zhuǎn)角速度，并利用扭轉(zhuǎn)角速度來抑制振動(dòng)，以及同時(shí)調(diào)整所述速度控制器參數(shù)和所述振動(dòng)抑制器參數(shù)的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于所述振動(dòng)抑制器包括用于積分所述扭轉(zhuǎn)角速度來計(jì)算扭轉(zhuǎn)角的裝置；將所述扭轉(zhuǎn)角乘以扭轉(zhuǎn)角增益Ks的裝置，其將所述扭轉(zhuǎn)角和所述扭轉(zhuǎn)角增益Ks的和與所述扭轉(zhuǎn)角速度相加，并將其和乘以扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd以確定振動(dòng)抑制信號(hào)，以及將所述振動(dòng)抑制信號(hào)加到扭轉(zhuǎn)命令中的裝置，其中所述同時(shí)調(diào)整所述控制器的參數(shù)和所述振動(dòng)抑制器的參數(shù)的裝置，根據(jù)下列公式調(diào)整速度環(huán)路增益kv、速度環(huán)路積分時(shí)間常數(shù)Ti，所述扭轉(zhuǎn)角增益ks和所述扭轉(zhuǎn)角速度增益ksdKv=4ω3J2K,1Ti=ω4,Ksd=4ω-4ω3J2K,]]>Ks=-J2ω4+6Kω2-K2(1J1+1J2)4Kω-4J2ω3]]>其中ω為目標(biāo)響應(yīng)頻率；J1為二維慣性系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J2為機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；以及K為扭轉(zhuǎn)剛度值。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于所述機(jī)器載荷速度通過二維慣性系統(tǒng)模式中的模擬操作確定。
12.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括速度控制器，其用于被輸入速度命令并確定扭轉(zhuǎn)命令以使電動(dòng)機(jī)速度與所述速度命令保持一致；電流控制器，其用于被輸入所述扭轉(zhuǎn)命令并激勵(lì)電動(dòng)機(jī)；檢測(cè)器，其用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流、電動(dòng)機(jī)速度，和機(jī)器載荷速度，其特征在于通過參數(shù)α(0≤α≤1)在積分加比例控制過程和比例加積分控制過程之間進(jìn)行連續(xù)的轉(zhuǎn)換；振動(dòng)抑制器，其用于計(jì)算來自電動(dòng)機(jī)速度和機(jī)器載荷速度的扭轉(zhuǎn)角速度并利用扭轉(zhuǎn)角速度來抑制振動(dòng)，以及同時(shí)調(diào)整所述速度控制器參數(shù)和所述振動(dòng)抑制器參數(shù)的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于還包括用于在所述機(jī)器載荷速度不能被測(cè)量時(shí)，通過觀測(cè)器估計(jì)所述機(jī)器載荷速度的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于所述振動(dòng)抑制器包括用于積分所述扭轉(zhuǎn)角速度來計(jì)算扭轉(zhuǎn)角的裝置、將所述扭轉(zhuǎn)角乘以扭轉(zhuǎn)角增益Ks的裝置、將所述扭轉(zhuǎn)角速度加到所述扭轉(zhuǎn)角和所述扭轉(zhuǎn)角增益Ks上，并將上述和乘以扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd以確定振動(dòng)抑制信號(hào)的裝置，以及將所述振動(dòng)抑制信號(hào)加到扭轉(zhuǎn)命令中的裝置，其中所述同時(shí)調(diào)整所述控制器的參數(shù)和所述振動(dòng)抑制器的參數(shù)的裝置，根據(jù)下列公式調(diào)整速度環(huán)路增益kv、速度環(huán)路積分時(shí)間常數(shù)Ti，所述扭轉(zhuǎn)角增益ks和所述扭轉(zhuǎn)角速度增益ksdKv=4ξω3J2K,1Ti=ω4ξ,Ksd=(4ω-4ω3J2K)ξ,]]>Ks=-J2ω4+(4ξ2+2)Kω2-K2(1J1+1J2)(4Kω-4J2ω3)ξ]]>其中ξ為阻尼系數(shù)(ξ0)；ω為用于控制速度的目標(biāo)響應(yīng)頻率；J1為二維慣性系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J2為機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；以及K為扭轉(zhuǎn)剛度值。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于通過改變速度控制器中與參數(shù)α相關(guān)的阻尼系數(shù)ξ來縮短處理時(shí)間。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15中任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于還包括位置控制器，其用于被輸入位置命令并將速度命令輸出到所述速度控制器中以使電動(dòng)機(jī)位置與所述位置命令保持一致，所述位置控制器具有是所述速度控制器目標(biāo)響應(yīng)頻率ω的函數(shù)的位置環(huán)路增益Kp，表示如下Kp＝ω/β其中β為實(shí)數(shù)(β0)。
17.一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，包括速度控制器，其用于被輸入速度命令并確定扭轉(zhuǎn)命令以使電動(dòng)機(jī)載荷速度與所述速度命令保持一致；電流控制器，其用于被輸入所述扭轉(zhuǎn)命令并激勵(lì)電動(dòng)機(jī)；檢測(cè)器，其用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流、電動(dòng)機(jī)速度和機(jī)器載荷速度，其特征在于通過參數(shù)α(0≤α≤1)在積分加比例控制過程和比例加積分控制過程間的連續(xù)轉(zhuǎn)換，還具有振動(dòng)抑制器，其用于計(jì)算來自電動(dòng)機(jī)速度和機(jī)器載荷速度的扭轉(zhuǎn)角速度并利用扭轉(zhuǎn)角速度以抑制振動(dòng)，以及同時(shí)調(diào)整所述速度控制器參數(shù)和所述振動(dòng)抑制器參數(shù)的裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于還包括用于在所述機(jī)器載荷速度不能被測(cè)量時(shí)，通過觀測(cè)器估計(jì)所述機(jī)器載荷速度的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于所述振動(dòng)抑制器包括用于積分所述扭轉(zhuǎn)角速度來計(jì)算扭轉(zhuǎn)角的裝置、將所述扭轉(zhuǎn)角乘以扭轉(zhuǎn)角增益Ks的裝置、將所述扭轉(zhuǎn)角速度與所述扭轉(zhuǎn)角和所述扭轉(zhuǎn)角增益Ks的和相加，并將上述和乘以扭轉(zhuǎn)角速度增益Ksd以確定振動(dòng)抑制信號(hào)的裝置，以及將所述振動(dòng)抑制信號(hào)與扭轉(zhuǎn)命令相加的裝置，其中所述同時(shí)調(diào)整所述控制器的參數(shù)和所述振動(dòng)抑制器的參數(shù)的裝置，根據(jù)下列公式調(diào)整速度環(huán)路增益kv、速度環(huán)路積分時(shí)間常數(shù)Ti，所述扭轉(zhuǎn)角增益ks和所述扭轉(zhuǎn)角速度增益ksdKv=4ξω3J2K]]>1Ti=ω4ξ]]>Ksd＝4ωξKs=(4ξ2+2)ω2-k(1J1+1J2)4ωξ]]>其中ξ為阻尼系數(shù)(ξ0)；ω為用于控制速度的目標(biāo)響應(yīng)頻率；J1為二維慣性系統(tǒng)中的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；J2為機(jī)器載荷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；以及K為扭轉(zhuǎn)剛度值。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于通過改變速度控制器中與參數(shù)α相關(guān)的阻尼系數(shù)ξ來縮短處理時(shí)間。
21.根據(jù)權(quán)利要求17至20中任何一項(xiàng)所述的電動(dòng)機(jī)控制裝置，其特征在于還包括用于被輸入位置命令并將速度命令輸出到所述速度控制器中以使機(jī)器載荷位置與所述位置命令保持一致的位置控制器，所述位置控制器具有是所述速度控制器目標(biāo)響應(yīng)頻率ω函數(shù)的位置環(huán)路增益Kp，表示如下Kp＝ω/β其中β為實(shí)數(shù)(β0)。
22.一種通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶有移動(dòng)件及支撐移動(dòng)件的固定件的機(jī)器上的移動(dòng)件來控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制裝置的控制方法，電動(dòng)機(jī)控制裝置具有用于檢測(cè)所述電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器，以及響應(yīng)于運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)將與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)一致的運(yùn)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到所述電動(dòng)機(jī)來控制電動(dòng)機(jī)的伺服裝置，所述方法包括步驟產(chǎn)生用于使電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)，輸出運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)到所述伺服裝置，以及計(jì)算來自所述運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)的頻率特征曲線并檢測(cè)來自所述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于所述運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)有較小振幅的低頻分量和較大振幅的高頻分量。
24.一種通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、帶有移動(dòng)件及支撐移動(dòng)件的固定件的機(jī)器上的移動(dòng)件來控制電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)機(jī)控制裝置的控制方法，電動(dòng)機(jī)控制裝置具有用于檢測(cè)所述電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器，以及響應(yīng)于運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)將與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)一致的運(yùn)動(dòng)信號(hào)發(fā)送到所述電動(dòng)機(jī)來控制電動(dòng)機(jī)的伺服裝置，所述方法的步驟包括產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)，輸出運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)到所述伺服裝置，以及計(jì)算來自所述運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)的頻率特性曲線并檢測(cè)來自所述旋轉(zhuǎn)檢測(cè)器的信號(hào)；確定來自所述頻率特征曲線的共振頻率和反共振頻率；以及確定來自所述共振頻率和反共振頻率的控制參數(shù)并調(diào)整所述電動(dòng)機(jī)控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動(dòng)機(jī)控制裝置，其通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來控制電動(dòng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)機(jī)器的移動(dòng)件。當(dāng)扭轉(zhuǎn)命令作為運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)(9)發(fā)送到伺服裝置(3)時(shí)，伺服裝置(3)將與運(yùn)動(dòng)命令信號(hào)(9)一致的輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)(12)傳送到電動(dòng)機(jī)(5)并激勵(lì)電動(dòng)機(jī)(5)。由此驅(qū)動(dòng)移動(dòng)件(7)并使其產(chǎn)生振動(dòng)。伺服裝置(3)輸出與輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)(12)相等的輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)(11)，并將輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)(11)和旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)(10)儲(chǔ)存在存儲(chǔ)裝置(2)。分析裝置(1)利用FFT分析輸入扭轉(zhuǎn)信號(hào)(11)和旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)(10)的頻率，并輸出分析結(jié)果(14)。
文檔編號(hào)H02P29/00GK1432210SQ01810237
公開日2003年7月23日 申請(qǐng)日期2001年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月20日
發(fā)明者小宮剛彥, 井手耕三, 小黑龍一, 豬木敬生, 泉哲郎, 鶴田和寬, 梅田信弘, 郭雙暉 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)