機械位置控制裝置的製作方法

2023-07-27 17:06:36

專利名稱：：機械位置控制裝置的製作方法
技術領域：
：本發明涉及工作機械或部件安裝機等中的機械位置控制裝置，其使用電動機等致動器進行驅動，由此控制機械系統的位置。
背景技術：
：現有的機械位置控制裝置構成為，使用將下述信號相加而獲得的信號，上述信號包括對負載的位置檢測值即負載位置信號實施低通濾波處理而獲得的信號、和對電動機的位置檢測值即電動機位置信號實施高通濾波處理而獲得的信號，亦即，因電動機所構成的負載驅動系統是有限剛性的，從而針對負載位置信號相位出現顯著延遲的大於或等於共振頻率的頻帶，將使用沒有相位延遲的電動機位置信號而獲得的信號，作為向位置控制器的反饋信號，由此實現控制系統的穩定(例如專利文獻1)。另外，也可以採用以下結構，即設置前置補償部，通過將基於位置指令信號的輸入變量的二次微分值乘以增益後的信號，作為前饋補償值與輸入變量相加，由此對機械系統的移動方向的變形誤差進行補償，而實現高精度的控制(例如專利文獻2)。專利文獻l:特開2004—334772號公報(圖1)專利文獻2:特開平11—184529號公報(圖3、圖4)
發明內容在如下結構中，目卩，將對負載位置信號實施低通濾波處理而獲得的信號和對電動機位置信號實施高通濾波處理而獲得的信號相加，並作為向位置控制器的反饋信號的結構，為了提高負載的位置控制精度，需要大幅提高高通濾波器和低通濾波器的濾波頻率。但是，在電動機所構成的負載驅動系統的剛性低的情況下，由於如果使濾波頻率提高，則控制系統會變得不穩定，因此，存在無法充分提高濾波頻率，難以高精度地控制負載位置的問題。另外，在設置前置補償部的結構中，由於根據基於位置指令信號的輸入變量的二次微分值而運算前饋補償值並相加，因此，相對於位置指令信號的變化，扭矩指令信號的變化變快，對控制對象的衝擊增大，因此，無法充分提高位置控制器的增益。其結果，難以實現高精度的負載位置控制，而且存在無法抑制當外部幹擾輸入至控制對象時所產生的振動這樣的問題。本發明的機械位置控制裝置採用以下結構向位置速度控制電路中，除了表示負載位置目標值的位置指令信號、表示電動機當前位置的電動機位置信號以及表示電動機當前速度的電動機速度信號之夕卜，還反饋與電動機和負載的當前位置相關的參照信息、即控制對象位置信號，從而運算表示電動機驅動負載的扭矩目標值的扭矩指令信號，控制對象位置信號通過由位置信號合成電路對由補償負載位置信號的低頻成分構成的信號、和由電動機位置信號的高頻成分構成的信號進行合成而獲得，上述補償負載位置信號是由穩定化補償電路對負載當前位置的測定值、即負載位置信號，基於使相位提前的傳遞函數對相位延遲進行補償而獲得的。發明的效果根據本發明，即使在由電動機構成的負載驅動系統的剛性低的情況下，也可以通過以與僅反饋電動機位置信號的半封閉控制相同的穩定性，執行通過反饋負載位置信號而進行的負載位置控制，由此實現高精度的負載位置控制。圖1是表示本發明的第1實施方式的機械位置控制裝置的框圖。圖2是表示控制對象的頻率響應的圖。圖3是表示採用半封閉控制的機械位置控制裝置的框圖。圖4是表示位置信號合成電路的內部結構的框圖。圖5是表示穩定化補償電路的內部結構的框圖。圖6是表示衰減補償電路的內部結構的框圖。圖7是表示本發明的第3實施方式的機械位置控制裝置的框圖。圖8是表示本發明的第4實施方式的機械位置控制裝置的框圖。具體實施例方式第1實施方式圖l是表示本發明的第l實施方式的機械位置控制裝置的框圖。控制對象10由對負載20進行驅動的電動機30等構成，電動機30通過同步帶或滾珠絲槓這樣的扭矩傳遞機構40而驅動負載20，該電動機30的扭矩v由扭矩控制電路50控制，使其與扭矩指令信號Tr一致。另外，利用安裝在電動機30上的編碼器等電動機位置檢測器60檢測電動機30的當前位置，並作為電動機位置信號Xm輸出，利用安裝在負載20上的線性標度尺等負載位置檢測器70檢測負載20的當前位置，並作為負載位置信號A輸出。穩定化補償電路80以負載位置信號Xi作為輸入，對負載位置信號x,的相位延遲進行補償後輸出補償負載位置信號xle，位置信號合成電路90以補償負載位置信號Xk和電動機位置信號Xm作為輸入，輸出與電動機和負載的位置相關的反饋信號、即控制對象位置信號速度運算電路100以電動機位置信號Xm作為輸入，輸出表示電動機速度當前值的電動機速度信號Vm。位置速度控制電路110由下述部分構成位置增益電路120，其以位置指令信號Xr和控制對象位置信號Xfb作為輸入，輸出速度的目標值即速度指令Vr;以及速度PI控制電路130，其以速度指令Vr和電動機速度信號Vm作為輸入，輸出基礎控制扭矩信號Tb，作為扭矩指令信號A的計算基礎。衰減補償電路140以位置指令信號Xr、電動機位置信號Xm及負載位置信號Xi作為輸入，基於從外部設定的衰減調整參數(X，輸出用於校正基礎控制扭矩信號^的衰減補償扭矩信號Te。將該衰減補償扭矩信號Te與基礎控制扭矩信號Tb相加而得的信號就是扭矩指令信號；。下面對動作進行說明。位置增益電路120將下述信號作為速度指令Vr輸出，上述信號是將位置指令信號Xr與控制對象位置信號Xfb間的偏差乘以位置增益kp而獲得的。即，執行以下算式的計算。complexformulaseeoriginaldocumentpage8(1)此外，速度運算電路100按照以下算式對電動機位置信號Xm進行微分，由此輸出電動機速度信號Vm。[算式2]complexformulaseeoriginaldocumentpage8(2)接著，速度PI控制電路130以速度指令^和電動機速度信號vm作為輸入，使用速度增益kv和速度積分增益O)vi，執行以下算式表示的PI(比例積分)運算，輸出基礎控制扭矩信號Tb。[算式3]complexformulaseeoriginaldocumentpage8(3)下面說明控制對象10的特性。在控制對象10的機械剛性低的情況下，控制對象10具有低頻(幾Hz至數十Hz)機械共振這一特性。如果著眼於最低頻的機械共振特性，則控制對象10近似於使電動機30和負載20通過彈簧這一扭矩傳遞機構40連接而成的雙慣性系統，如果使扭矩控制電路50的響應足夠快，則從扭矩指令信號^至電動機位置信號Xm的傳遞函數Gp(s)、及至負載位置信號x,的傳遞函數G,(s)分別表示如下。complexformulaseeoriginaldocumentpage8complexformulaseeoriginaldocumentpage8(5)在這裡，J表示控制對象IO整體的慣性，COz表示反共振頻率，COp表示共振頻率。這時，從扭矩指令信號Tr至電動機位置信號Xm的傳遞函數Gp(S)具有與反共振頻率&相對應的多個零點(反共振點)Zo。complexformulaseeoriginaldocumentpage9(6)另外，圖2示出算式(4)和(5)所表示的控制對象10的傳遞函數的頻率響應。由圖2可知，從扭矩指令信號^至電動機位置信號Xm的傳遞函數Gp(s)的相位延遲不會超過一180度，而至負載位置信號&的傳遞函數G,(s)在共振頻率o)p處相位大幅度延遲。下面，為了說明穩定化補償電路80和位置信號合成電路90的動作，針對在使用電動機驅動機械系統的情況下應用最廣泛的控制系統，即沒有利用與負載20的位置相關的反饋的半封閉控制系統進行說明。圖3是表示半封閉控制系統的結構的框圖，與圖1的結構相比，沒有負載位置檢測器70和負載位置信號xp此外，不具備位置信號合成電路90、穩定化補償電路80和衰減補償電路140，而是將電動機位置信號Xm直接作為控制對象位置信號Xft輸入到位置增益電路120。該圖3的半封閉控制系統的特徵在於，由於其不反饋負載位置信號x,，因此如果存在扭矩傳遞機構40的變形等，則無法準確地控制負載20的位置。但是，能夠在保持控制系統穩定的同時使位置增益電路的位置增益kp較大，能夠提高對電動機位置信號Xm進行控制的響應。另外，在這種半封閉控制系統中，將整個控制環在扭矩指令信號；的位置切開的開環傳遞函數L(s)(也稱為單周傳遞函數，以下簡稱為開環傳遞函數)，使用速度增益kv和速度積分增益COvi表示為以下算式。complexformulaseeoriginaldocumentpage10(7)上述半封閉控制的開環傳遞函數L(s)中包含如下要素，艮P，從扭矩指令信號^至電動機位置信號、的控制對象10的傳遞函數Gp(s)。因此，Gp(s)中包含的反共振點zo也直接作為零點而包含在開環傳遞函數中。另外，開環傳遞函數中的除了反共振點以外的零點，是由速度PI控制電路130和位置增益電路120設定的一covi和一kp這兩個實數零點。另一方面，也考慮在上述半封閉控制系統中進行負載位置信號x,的反饋，從而避免扭矩傳遞機構40的變形等的影響，準確地控制負載20的位置。但是，如果直接使用負載位置信號Xl，則在大於或等於一定頻率的區域中，就會受到因控制對象IO的機械剛性低而導致的相位延遲的影響，控制變得不穩定，因此，考慮採用專利文獻l中記載的那種在大於或等於規定頻率的區域中反饋電動機位置信號x^的結構。該結構相當於在圖1的結構中去掉衰減補償電路140，將衰減補償扭矩信號^設定為0，並去掉穩定化補償電路80，取代補償負載位置信號x,e，而將負載位置信號x,直接輸入到位置信號合成電路90，在這種結構中，將負載位置信號X!和電動機位置Xm經位置信號合成電路90合成後，反饋到位置增益電路120。圖4是表示位置信號合成電路90的內部結構的框圖。電動機位置濾波器91以電動機位置信號Xm作為輸入，輸出經過濾波頻率為O)f的高通濾波處理Fm(S)處理後的信號。另外，負載位置濾波器92以補償負載位置信號x^作為輸入，輸出經過低通濾波處理Fi(s)處理後的信號，該低通濾波處理的濾波頻率與電動機位置濾波器91相同為cof。然後，使電動機位置濾波器91的輸出和負載位置濾波器92的輸出間的和信號，由位置信號合成電路90輸出作為控制對象位置信號即，位置信號合成電路卯執行以下算式所表示的運算。艮P，位置信號合成電路90構成為，根據負載位置信號Xk的低頻成分和電動機位置信號xm的高頻成分而合成控制對象位置信號Xft，濾波頻率COf越大，與電動機位置信號Xm相比利用負載位置信號Xk的比例就越高。但是，控制對象位置信號Xfb是通過電動機位置信號Xm和負載位置信號Xl的頻率成分合成而生成的，在比濾波頻率①f低的頻率下，控制對象位置信號Xfb中包含較多的負載位置信號Xl。因此，為了提高負載位置信號X,的控制精度，必須在充分增大位置增益電路120中的位置增益kp的同時，提高位置信號合成電路90的濾波頻率cof，而提高負載位置信號X1的利用比例。但是，如圖2所示，由於與扭矩指令信號Tr相對的負載位置信號X,的響應^(S)的相位，遲於與扭矩指令信號^相對的電動機位置信號Xm的響應Gp(S)，因此，會使開環傳遞函數L(S)的相位遲於算式(7)所示的半封閉控制的相位。其結果，由於控制系統容易變得不穩定，振動也增大，因此，無法充分提高濾波頻率C0f和位置增益kp。因此，如下所示，在穩定化補償電路80中採用對負載位置信號Xj的相位延遲進行補償而輸出補償負載位置信號^的結構。圖5是表示穩定化補償電路80的內部結構的框圖。二次微分電路81輸出對負載位置信號x!進行二次微分後的信號。另外，穩定化補償增益電路82輸出將二次微分電路81的輸出乘以從外部設定的穩定化補償增益K,t而得到的信號。另外，穩定化補償電路80將穩定化補償增益電路82的輸出和負載位置信號x,的和信號，作為補償負載位置信號X,e輸出。艮口，穩定化補償電路80執行以下算式的傳遞函數Cst(s)所表示的運算。complexformulaseeoriginaldocumentpage12在這裡，穩定化補償增益Kst，使用控制對象10的反共振頻率coz按照以下算式設定。complexformulaseeoriginaldocumentpage12此外，可以通過以下方法推定反共振頻率coz:測定控制對象IO的頻率響應，或者測定使速度pi控制電路130的速度增益kv增大後控制對象10的振動頻率。如果按照算式(11)設定穩定化補償增益Kst，則從扭矩指令信號^至補償負載位置信號x,e的傳遞函數與算式(4)的Gp(s)—致，此外，從扭矩指令信號^至補償負載位置信號^的傳遞函數也與該Gp(s)—致。艮卩，以下算式成立。complexformulaseeoriginaldocumentpage12因此，從扭矩指令信號Tr至基礎控制扭矩信號Tb的傳遞函數如以下算式所示，與算式(7)所表示的半封閉控制的情況下的開環傳遞函數一致。complexformulaseeoriginaldocumentpage12由此，通過使用穩定化補償電路80能夠確保與半封閉控制同等程度的穩定性，可以充分提高位置增益電路120的位置增益kp和位置信號合成電路90的濾波頻率斷。其結果，可以提高負載位置信號Xi的控制精度。另外，與半封閉控制相同，開環傳遞函數的零點中包含算式(6)所示的控制對象10的反共振點Zo。在這裡，對穩定化補償電路80和高頻噪聲的關係進行說明。穩定化補償電路80的結構為，通過包含負載位置信號Xl的二次微分的運算而輸出補償負載位置信號xlc，但由於經由負載位置濾波器92求取控制對象位置信號Xfb，並且通常情況下位置控制系統的響應比速度PI控制電路130的響應慢，因此不需要極端地增大位置信號合成電路90的濾波頻率f，由此不會使控制對象位置信號Xft出現極大的噪聲。另外，由於與位置指令信號、的輸入對應的扭矩指令信號A的動作，與通常的半封閉控制相同，因此即使位置指令信號Xr急劇變化，也不會出現扭矩指令信號A急劇變化的問題。此外，構成為利用衰減補償電路140，根據位置指令信號x。電動機位置信號Xm及負載位置信號Xp基於從外部設定的衰減調整參數(X運算衰減補償扭矩信號Te，將該衰減補償扭矩信號Te與基礎控制扭矩信號Tb相加，而獲得扭矩指令信號Tr。圖6是表示衰減補償電路140的內部結構的框圖。第l衰減增益電路141以負載位置信號^與電動機位置信號Xm的差信號作為輸入，將其乘以第1衰減增益K^而獲得的信號作為第1衰減補償信號x^輸出。負載位置微分電路142輸出對位置指令信號xr與負載位置信號x,的差信號進行微分而獲得的信號，第2衰減增益電路143將負載位置微分電路142的輸出乘以第2衰減增益Kz2，並將所得的信號作為第2衰減補償信號xz2輸出。第3衰減增益電路144將位置指令信號Xr與負載位置信號x!的差信號乘以第3衰減增益Kz3，並將所得信號作為第3衰減補償信號Xz3輸出。衰減調整電路145輸出將下述信號乘以衰減調整參數a而獲得的信號，上述信號是通過將第1衰減補償信號xh、第2衰減補償信號&2及第3衰減補償信號、3相加而獲得的。艮口，衰減補償電路140執行以下運算。complexformulaseeoriginaldocumentpage14下面，說明衰減補償電路140的常數設定方法。衰減補償電路140按照上述方式動作，由此，從扭矩指令信號A至衰減補償扭矩信號、的傳遞函數可以根據算式(6)、算式(7)、算式(8)表示為以下算式。complexformulaseeoriginaldocumentpage14使用速度PI控制電路130及位置增益電路120中設定的常數、即速度增益kv、積分增益av、位置增益kp，按照以下方式設定衰減補償電路140的第1衰減增益Kzl、第2衰減增益Kz2及第3衰減增顯KZ3。complexformulaseeoriginaldocumentpage14complextableseeoriginaldocumentpage14按照上述方式進行設定，由此使從扭矩指令信號^至衰減補償扭矩信號、的傳遞函數成為以下算式。complextableseeoriginaldocumentpage14另外，在扭矩指令信號；這一點處開放的開環傳遞函數根據算式(15)和算式(19)推導為以下算式。complexformulaseeoriginaldocumentpage15(20)因此，開環傳遞函數中的反共振點從算式(6)所示zo變為以下算式中的Zc。complexformulaseeoriginaldocumentpage15(21)其中，上面使用的反共振點的衰減係數^由以下算式表示。complexformulaseeoriginaldocumentpage15(22)另外，算式(20)的開環傳遞函數的極點和零點，除了算式(21)和算式(22)中表示的反共振點之外，都不隨衰減常數a的改變而變化。另外，反共振點的絕對值、即反共振頻率Q)z也不變，而僅是反共振點的衰減係數發生變化。這樣，通過按照上述方式構成衰減補償電路140，可以利用從外部設定的衰減參數a，僅改變圖1的控制系統的開環傳遞函數中反共振點的衰減係數。下面，說明這種利用從外部設定的衰減參數a，僅改變開環傳遞函數中反共振點的衰減係數的結構的優點。已知如果使速度增益kv足夠大，則控制系統的閉環極點逐漸趨近開環傳遞函數的零點。即，在基於算式(7)所表示的開環傳遞函數的半封閉控制系統，或在圖1的控制系統中將衰減參數a設定為0的情況下，如果使速度控制增益kv增大，則會使一部分閉環極點趨近算式(6)所表示的控制對象10的反共振點。因此，閉環極點的衰減係數減小，控制對象10的響應發生振動。另一方面，反共振點的衰減係數如算式(22)所示，隨衰減參數a的增大而增大。另外，開環傳遞函數L(s)的除此之外的零點是實數即一covi和一kp。其結果，如果使速度控制增益kv增大，則閉環極點趨近衰減係數大的反共振點和實數零點，即使控制對象IO上施加有外部幹擾，也可以抑制控制系統的振動。此外，衰減調整參數a的值只要設定為使算式(22)所示的衰減係數達到0.5左右的程度的大小即可，易於調整。另外，為了提高抑制外部幹擾的效果，只要與通常的半封閉控制的調整方法完全相同地增大速度增益kv、速度積分增益COvi及位置增益kp即可。此外，在衰減補償電路140中，將對負載位置信號x,進行二次微分後所得的負載加速度信號，乘以速度增益kv和一l，而運算第1衰減補償信號xzl，由於開環傳遞函數也會成為與上述相同的算式(20)，因而可以獲得同樣的效果，但是，會由於使用負載位置信號x,的二次微分信號而導致高頻噪聲成分增大。因此，採用如上所述的結構，將電動機位置信號X:n與負載位置信號A的差信號，乘以第1衰減增益K^而運算第1衰減補償信號x^，從而避免出現噪聲問題。按照以上方式，可以實現如下控制系統，其利用穩定化補償電路80和衰減補償電路140的效果，從而能夠以與半封閉控制完全相同的調整方法進行調整，同時，通過使從外部進行調整的參數即衰減調整參數a增大至適當大小這樣的簡單調整，從而提高負載位置信號xj的控制精度，並抑制由施加在控制對象IO上的外部幹擾所導致的振動。此外，在上述控制系統中，衰減補償電路140執行圖6所示框圖的運算，即算式(14)所表示的運算，但即使執行以下算式所示這樣根據向衰減補償電路140的輸入信號直接求取衰減補償扭矩信號Te的運算，也可以獲得同樣的效果。complexformulaseeoriginaldocumentpage16(23)另外，利用衰減補償電路140所獲得的效果的原理是，通過如算式(22)所示增大開環傳遞函數的反共振點的衰減係數，從而提高閉環極點的衰減係數，抑制振動。因此，衰減補償電路140針對位置指令信號x,的運算動作，只要使開環傳遞函數相同，則也可以與上述算式(14)和算式(23)不同。例如，也可以將輸入到衰減補償電路140中的位置指令信號Xr，替換為對位置指令信號Xr實施低通濾波處理而獲得的信號，使與位置指令信號&的變化對應的衰減補償扭矩信號Te變化變平滑。另外，也可以相反地採用以下結構，即，在衰減補償電路140的內部，運算出對位置指令信號、實施二次微分而獲得的信號即指令加速度信號V將該指令加速度信號^乘以適當的增益和衰減參數OC，然後將所得的信號與衰減補償扭矩信號Te相加，由此，當使衰減參數(X增大時，使電動機位置信號Xm與位置指令信號Xr的變化對應的響應儘可能地加快。第2實施方式在第1實施方式中對如下結構進行了說明，即，使用位置增益電路120、速度運算電路100、速度PI控制電路130，根據算式(1)、算式(2)、算式(3)進行運算，由此計算基礎控制扭矩信號Tb，但也可以利用不同的結構進行運算。特別地，在從扭矩信號指令Tr至基礎控制扭矩信號Tb的傳遞函數，與第1實施方式的算式(13)所表示的函數等價的情況下，衰減補償電路140的運算保持不變即可。另一方面，在從扭矩指令信號A至基礎控制扭矩信號Tb的傳遞函數與算式(13)所表示的函數不同的情況下，相應地改變衰減補償電路140的運算即可，下面針對這方面的內容進行說明。例如，在電動機位置檢測器60的解析度極低的情況下，作為對策，如果取代算式(4)的微分運算，而是使速度運算電路IOO按照算式(24)，進行增加了速度濾波處理Fv(s)的運算，而運算電動機速度信號vm，則從扭矩指令信號Tr至基礎控制扭矩信號化的傳遞函數成為算式(25)。complexformulaseeoriginaldocumentpage17這種情況下，在衰減補償電路140中衰減補償扭矩信號、的運算，使用根據算式(16)設定的第1衰減增益K^、算式(18)設定的第3衰減增益K^、衰減參數(x，以及新引入的第4衰減增益Kz4、第5衰減增益Kz5以及與算式(25)的速度濾波處理相同的傳遞函數Fv(s)，按照以下算式進行即可。[算式26]complexformulaseeoriginaldocumentpage18其中，第4衰減增益K^和第5衰減增益Kz5按照以下方式設定。complexformulaseeoriginaldocumentpage18complexformulaseeoriginaldocumentpage18(28)這樣，在扭矩指令信號^這一位置開放的開環傳遞函數L(s)成為以下算式。complexformulaseeoriginaldocumentpage18(29)艮口，構成為算式(29)的開環傳遞函數的零點之中，只有反共振點的衰減係數隨著衰減參數a的改變而變化。此外，關於除了反共振點以外的零點，由於如果將算式(29)展開，則會使記述變複雜，因此省略，但它們顯然不會隨著衰減參數a的改變而變化，而且在通常的調整中，除了反共振點以外的零點為實數或大衰減係數的複數零佔。由此，即使在從扭矩指令信號h至基礎控制扭矩信號w的傳遞函數，與第1實施方式的算式(13)所示函數不同的情況下，如果充分增大速度增益kv，則能夠與第1實施方式同樣地，僅通過使衰減調整參數a增大至適當值，就可以提高閉環極點的衰減係數。由此，即使在控制對象IO受到外部幹擾的情況下，也能夠抑制振動，通過簡單的調整就可以高精度地控制電動機30的位置或負載20的位置。第3實施方式在第l實施方式中，由穩定化補償電路80，將負載位置信號A二次微分後乘以穩定化補償增益Kst，然後將所得的信號與負載位置信號&相加，由此對負載位置信號X!的相位延遲進行補償，然而只要在控制對象10的反共振頻率(^和共振頻率COp附近具有使相位提前的效果即可，雖然效果有大有小，但執行其他運算也能夠對負載位置信號^的相位延遲進行補償。圖7是表示本發明的第3實施方式的機械位置控制裝置的框圖，其中省略了圖1所示的第1實施方式中的衰減補償電路140，而採用直接將基礎控制扭矩信號Tb作為扭矩指令信號A的結構。例如，在穩定化補償電路80a中，使用穩定化補償增益Kst和濾波時間常數tst，執行以下傳遞函數所表示的運算。complexformulaseeoriginaldocumentpage19(30)算式(30)是在第1實施方式中的穩定化補償電路80的運算中進一步增加二次低通濾波處理，在負載位置檢測器70的解析度特別低而導致發生問題等情況下，可以使降低噪聲的效果增大。在這種情況下，穩定化補償增益Kst設定為與第1實施方式中使用的算式(11)相近的值即可，此外，濾波時間常數t,t只要設定為小於穩定化補償增益Kst的平方根的值，就能夠利用算式(30)的運算獲得使相位提前的效果。另外，在算式(30)中，通過分母分子為二次的傳遞函數而執行具有使相位提前這一特性的運算，但即使是例如以下算式那樣的分母分子是一次的傳遞函數的情況下，在反共振頻率(^和共振頻率G)p附近也具有使相位提前的效果，因此，與沒有穩定化補償電路80a的結構相比，具有能夠提高位置增益kp和濾波頻率(Df的效果。[算式31]complexformulaseeoriginaldocumentpage19其中，使相位提前的效果可以在t^tj寸獲得，此外，ti設定為反共振頻率&的倒數附近的值。根據如上所述的結構，穩定化補償電路80a以負載位置信號x,作為輸入，通過算式(30)或算式(31)所表示這樣使相位提前的傳遞函數的運算，輸出補償後負載位置信號Xle。另外，位置信號合成電路90將下述信號的和信號輸出作為控制對象位置信號Xft，上述信號包括對電動機位置信號Xm實施高通濾波處理而獲得的信號、和對補償負載位置信號Xl實施低通濾波處理而獲得的信號。因此，在該第3實施方式的結構中，基於位置指令信號Xr和控制對象位置信號Xft執行扭矩指令信號^的運算。其結果，與沒有穩定化補償電路80a的結構相比，將使相位提前後的控制對象位置信號Xft反饋，即使控制對象10的機械剛性低，也可以穩定地提高位置信號合成電路90的濾波頻率cOf和位置增益電路120的位置增益kp，能夠提高負載位置信號Xl的控制精度。第4實施方式如果省略第1實施方式的穩定化補償電路80和位置信號合成電路90，則衰減補償電路140以如下方式動作。圖8是表示該第4實施方式的機械位置控制裝置的框圖，其中省略了圖1的結構中的穩定化補償電路80和位置信號合成電路90，取代控制對象位置信號Xft，而直接將電動機位置信號Xm輸入至位置增益電路120。在如上所述的結構中，開環傳遞函數與第1實施方式同樣地由算式(20)表示，通過改變衰減調整參數(x，僅改變開環傳遞函數中反共振點的衰減係數；z。其結果，如果充分增大速度增益kv，則僅通過使衰減調整參數a增大至適當值，就可以提高閉環極點的衰減係數，即使在控制對象IO受到外部幹擾的情況下，也能夠抑制振動。此外，該第4實施方式中，由於沒有穩定化補償電路80和位置信號合成電路90，因此以使電動機位置信號Xm與位置指令信號Xr一致的方式動作，不具有對負載位置信號X,和電動機位置信號X:n之間產生的恆定誤差進行校正的功能，但在這種誤差不會特別造成問題的應用中，可以通過簡單的控制系統結構而增大速度增益kv和位置增益k。，同時，利用衰減補償電路140的功能增大開環傳遞函數中反共振點的衰減係數，從而抑制振動，高精度地控制電動機30的位置。另外，最終使負載20的位置也正常地受到控制。因此，可以通過簡單的調整，高精度地控制電動機30的位置以及負載20。此外，除了第1實施方式至第4實施方式的結構之外，還可以考慮以下變形例，即，不將電動機速度的反饋、即電動機速度信號Vm輸入位置速度控制電路110的結構，或者使用執行速度IP控制的電路取代速度PI控制電路130的結構等，具有與這些變更相對應的傳遞特性的穩定化補償電路80和衰減補償電路140，可以使用與上述第1實施方式至第4實施方式同樣的方法構成。權利要求1.一種機械位置控制裝置，其特徵在於，具備位置速度控制單元，其以位置指令信號和控制對象位置信號作為輸入，輸出上述電動機驅動上述負載的扭矩目標值、即扭矩指令信號，其中，上述位置指令信號代表由電動機驅動的負載的位置目標值，上述控制對象位置信號代表與上述電動機及上述負載的當前位置相關的參照信息；穩定化補償單元，其以上述負載的當前位置測定值、即負載位置信號作為輸入，輸出基於使相位提前的傳遞函數而對上述負載位置信號的相位延遲進行補償而獲得的補償後負載位置信號；以及位置信號合成單元，其將下述信號合成而輸出上述控制對象位置信號，上述信號包括由上述電動機的當前位置測定值即電動機位置信號的高頻成分構成的信號、和由上述補償後負載位置信號的低頻成分構成的信號。2.根據權利要求l所述的機械位置控制裝置，其特徵在於，穩定化補償單元將對負載位置信號進行二次微分並乘以穩定化補償增益而獲得的信號，與負載位置信號相加。3.—種機械位置控制裝置，其特徵在於，具備位置速度控制單元，其以位置指令信號和控制對象位置信號作為輸入，輸出扭矩指令信號的計算基礎、即基礎控制扭矩信號，其中，該位置指令信號代表由電動機驅動的負載的位置目標值，該控制對象位置信號代表與上述電動機及上述負載的當前位置相關的參照信息，該扭矩指令信號代表上述電動機驅動上述負載的扭矩目標值；穩定化補償單元，其以上述負載的當前位置測定值、即負載位置信號作為輸入，輸出基於使相位提前的傳遞函數而對上述負載位置信號的相位延遲進行補償而獲得的補償後負載位置信號；位置信號合成單元，其將下述信號合成而輸出上述控制對象位置信號，上述信號包括由上述電動機的當前位置測定值即電動機位置信號的高頻成分構成的信號、和由上述補償後負載位置信號的低頻成分構成的信號；以及衰減補償單元，其以上述電動機位置信號和上述負載位置信號作為輸入而輸出衰減補償扭矩信號，其中，通過將該衰減補償扭矩信號與上述基礎控制扭矩信號相加，可以獲得上述扭矩指令信號，該衰減補償單元基於第2開環傳遞函數進行上述衰減補償扭矩信號的運算，以使從上述扭矩指令信號開始的傳遞函數成為上述第2開環傳遞函數，該第2開環傳遞函數通過下述方式確定，g卩，在將由上述電動機構成的負載驅動系統作為雙慣性系統進行建模時，相對於從上述扭矩指令信號至上述基礎控制扭矩信號的傳遞函數、即第1開環傳遞函數，通過使將該第2開環傳遞函數與該第1開環傳遞函數合成而得到的開環傳遞函數，成為僅能改變上述第1開環傳遞函數中的上述雙慣性系統反共振點的衰減係數的開環傳遞函數，由此確定該第2開環傳遞函數。4.一種機械位置控制裝置，其特徵在於，具備位置速度控制單元，其以位置指令信號和電動機位置信號作為輸入，輸出扭矩指令信號的計算基礎、即基礎控制扭矩信號，其中，該位置指令信號代表由電動機驅動的負載的位置目標值，該電動機位置信號代表上述電動機的當前位置測定值，該扭矩指令信號代表上述電動機驅動上述負載的扭矩目標值；以及衰減補償單元，其以上述電動機位置信號、和上述負載的當前位置測定值即負載位置信號作為輸入，而輸出衰減補償扭矩信號，其中，通過將該衰減補償扭矩信號與上述基礎控制扭矩信號相加，可以獲得上述扭矩指令信號，該衰減補償單元基於第2開環傳遞函數進行上述衰減補償扭矩信號的運算，以使從上述扭矩指令信號開始的傳遞函數成為上述第2開環傳遞函數，該第2開環傳遞函數通過下述方式確定，即，在將由上述電動機構成的負載驅動系統作為雙慣性系統進行建模時，相對於從上述扭矩指令信號至上述基礎控制扭矩信號的傳遞函數、即第1開環傳遞函數，通過使將該第2開環傳遞函數與該第1開環傳遞函數合成而得到的開環傳遞函數，成為僅能改變上述第1開環傳遞函數中的上述雙慣性系統反共振點的衰減係數的開環傳遞函數，由此確定該第2開環傳遞函數。5.根據權利要求3或4所述的機械位置控制裝置，其特徵在於，衰減補償單元輸出的衰減補償扭矩信號，是將下述信號相加並乘以基於衰減調整參數的係數而獲得的信號，其中，上述信號包括將負載位置信號與電動機位置信號之差乘以第1衰減增益而獲得的信號、對位置指令信號與上述負載位置信號之差進行微分並乘以第2衰減增益而獲得的信號、以及將上述位置指令信號與上述負載位置信號之差乘以第3衰減增益而獲得的信號，該衰減調整參數用於調整雙慣性系統的反共振點的衰減係數。6.根據權利要求1至5中任意一項所述的機械位置控制裝置，其特徵在於，還將表示電動機速度當前值的電動機速度信號輸入至位置速度控制電路。全文摘要本發明提供一種機械位置控制裝置，其即使在由電動機構成的負載驅動系統的剛性低的情況下，也可以通過以與僅反饋電動機位置信號的半封閉控制相同的穩定性，執行通過反饋負載位置信號而進行的負載位置控制，由此實現高精度的負載位置控制。為此，其構成為，由穩定化補償電路(80)針對負載(20)的當前位置的測定值、即負載位置信號(x1)實施相位延遲補償後，由位置信號合成電路(90)將高頻部分置換為電動機(20)的當前位置測定值、即電動機位置信號(xm)而作為控制對象位置信號(xfb)，將該控制對象位置信號(xfb)反饋至位置控制電路(110)，從而輸出表示電動機(30)驅動負載(20)的扭矩目標值的扭矩指令信號。文檔編號G05D3/12GK101198917SQ200680021679公開日2008年6月11日申請日期2006年3月31日優先權日2005年6月17日發明者丸下貴弘,寺田啟,池田英俊,磯田隆司,竹居寬人申請人:三菱電機株式會社