TWI276935B - Twin synchronization control method - Google Patents

Description

1276935 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於高速運送機械或其他機械等門形機械的 高速定位控制所適用之應用機械，特別是關於高速、高精 密度用途的控制方法。 【先前技術】 近年，針對產業機械領域的高速、高精密度運送機械 ’導入2個軸同步運轉之所謂的門形機械。該門形機械進 行軸間的同步時，對於剛性較低且存在有扭轉或鬆動等之 機械則不容易實現高速、高精密度的同步運轉。 過去爲了減少2軸間的偏差，採用以控制器來將相同 位置指令、速度指令分配給各軸，把各軸的位置控制、速 度控制迴路的增益調整到高增益，對位置控制、速度控制 迴路用積分來消除控制中的偏差，且進行速度前饋來增加 每軸的反應性，而減小2軸間的偏差之方法（例如，參照 曰本專利特開平1 1 — 3 0 5 8 3 9號公報）。 門形的機械構造時會有下述的問題點： (1 )由於是機械式連結2軸，不容易成爲有耐高增 益又是Ί剛性高之機械。 (2 )前述已說明過機械的設置誤差、位置感測器的 安裝誤差、各軸的變形、鬆動都必然存在。 (3 )爲了減少2軸間的偏差，無論如何高增益化， 控制中相互干涉而相互間造成扭矩都會成爲干擾，造成機 -5- (2) !276935 台振動或精度受到不良影響。 ； 因此本發明之目的是提供對於持有門形 只要避免上述3項的問題點就能容易實現高 之雙同步控制方法。 【發明內容】 爲了達成上述目的，本發明的第1項是 連結部來機械式連結的2個軸之2個電動機 同步控制方法，其特徵爲：經由位置控制來 當中一方的軸低速動作，另一方的軸則自由 行原點回歸，以任意的間距來量胤一方軸及 置偏差，將把與一方的軸行進的位置相JL應. 差當作函數紀錄在資料庫中，前述一方的軸 位置指令來作爲主位置指令，前述另一方的 位置指令來作爲應用紀錄在前述資料庫的函 位置指令，進行運轉。 爲了減少2軸的同步誤差，如何來決定 最爲重要。此情況，首先進行原點回歸動作 速度控制及位置控制來使2軸同時動作，則 動機在於機械側承受應力，而無法掌握機械 變等的特性。所以原點回歸時的驅動係經由 主軸（2軸中任1軸皆可）以低速動作，其 轉追隨以單側驅動來進行原點回歸。 本來若爲機械性且理想性連結之構造’ 冬 構造的機械， 速、高精密度 針對使驅動以 同步運轉之雙 使前述2個軸 運轉追隨 另一方軸爵位 1前述位置偏 直接分配1個 軸則分配1個 數所修正過的 原點回歸動作 時，經由電的 由於各軸的電 本身持有的畸 位置控制來使 他軸則自由運 則2軸間的偏 (3) 1276935 差任何的位置都應該'是Ο，不過現實上的機械，由於設置 誤差、位置感測器的安裝誤差、各i的畸變、鬆動必然存 在，所以依地點必然會產生2^聞的f差。因而2軸間的 誤差自動以任意的間距來量ϋ，紀錄到資料庫中。這個時 間點也是與原點回歸時同樣，經由電的速度控制及位置控 制來使2軸同時動作，則由於各軸的電動機在於機械側承 受應力，而無法掌握機械本身持有的畸變等的特性。所以 量測時的驅動係經由位置控制來使主軸以低速動作，其他 軸則自由運轉追隨來進行2軸間的偏差測定。 / 爲了使2軸同步，將1個位置指令作爲主位置指令分 配給2軸。第1軸直接分配該所分配的主位置指令，其他 軸則分配應用被紀錄在前述資料庫中的函數，輸入時使用 主位置指令且使用該輸出，主位置指令-函數輸出値二其 他軸的位置指令（第2軸的位置指令），即是分配施予已 考慮到扭轉量的修正而成爲的位置指令。 利用上述手段，過去的控制方式無法實現之高速、高 精密度的同步控制，在不受機械的剛性或畸變的不良影響 下能夠實現。 另外，本發明的第2項，其中經由前述任意的間距來 量測過的偏差係函數內部進行直線修正處理後才輸出。 本發明的申請專利範圍第2項中，經由任意的間距量 測過的偏差，由於與移動距離相對應任意變化，所以函數 內部進行直線修正處理後才輸出。 另外，本發明的第3項，其中送往前述另一方的位置 -7- (4) 1276935 指令，以行進數度爲參數來使修正値的位相進相。 本發明的申請專利範圍第3項中，機械提高行進速度 則會有進行修正本身的處理時間延遲的問題，所以使用以 行進速度爲參數來使修正値的位相進相的功能，進彳了同步 控制。 另外，本發明的第4項，其中檢測前述連結部的重心 位置，準備以該位置訊號爲輸入來生成各軸的慣性補償增 益之函數，以前述連結部的重心位置來變更前述慣性補償 增益，把根據以前述2個軸的位置指令所求出的加速度及 各軸的質量運算過的扭矩加入到扭矩指令中。 本發明的申請專利範圍第4項中，連結Y1、Y2軸之 X軸爲可動時，由於機械的重心移動而劣化同步精度。由 於慣性修正該精度劣化量，而掌握X軸所移動的位置， 準備以該位置訊號作爲輸入來生成慣性補償增益Ktffx之 函數，以X軸的位置來變更慣性補償增益Ktffx。傾斜基 本上是因重心的變化而加諸在軸上之負荷的變化量。 因此過去的控制方式無法實現之高速、高精密度的同 步控制，在不受機械的剛性或畸變，連結部X軸的移 造成重心的變化之不良的影響下能夠實現。 【實施方式】 以下參照圖面說明本發明的第1實施形態。 第1圖表示用直線電動機來構成本發明的第1實施形 態之構成，然則第1 ( a )圖爲正面圖，第1 ( b )圖爲側 -8- (5) 1276935 面圖，第1(c)圖爲平面圖。圖中’圖號1爲控制器， 圖號2爲伺服驅動器，圖號3爲轉子，圖號4爲定子’圖 號5爲線性標度尺，圖號6爲機械式將2軸連結之連結治 具。 第2圖爲本實施形態之控制方塊圖。圖中，控制器1 係由主位置指令生成部11、及插補部1 2、進相補償部13 、標度尺變換部1 7、增益放大器1 8所構成。另外’伺服 驅動器2 - 1、2 - 2係由位置迴路控制部2 1、及速度迴路 控制部22、電流迴路控制部23所構成。圖中，圖號7 - 1 爲第1軸的電動機，圖號7 — 2爲第2軸的電動機，圖號 24爲檢測電動機7 - 1、7 - 2的轉子位置之線性標度尺。 第2圖的控制方塊圖中，控制器1的內部，首先利用 主位置指令生成部1 1來生成主位置指令，該主位置指令 經由插補部1 2加以插補，而生成時時刻刻的主位置指令 。第1軸伺服驅動器2 - 1則是經由2階段的微分運算部 1 5、1 6將主軸用所生成之主位置指令及其位置指令2階 段時間微分後，以標度尺變換部1 7來進行標度尺變換， 再經由增益放大器乘上增益Ktff。因而生成T 一 FF (扭矩 前饋）。 第2軸伺服驅動器2 - 2則是將主軸之時時刻刻的主 位置指令作爲輸入，應用扭轉量修正値生成函數部1 4所 生成之扭轉量修正函數，生成與所通過的位置指令相對應 的扭轉修正位置指令，而生成 時時刻刻的主位置指令-轉量修正位置指令二2軸的位置指令 -9- (6) 1276935 輸出到第2軸伺服驅動器2 - 2。 第3圖表示扭轉量修正値生成函數部丨4中扭轉量修 正函數的生成順序之流程圖。 步驟1 :原點回歸 經由位置控制使主軸也就是使第1軸回歸原點，其他 軸也就是第2軸自行運轉來回歸原點。 步驟2 : 2軸間扭轉資料量測 施行自動以任意的間距來量測2軸間的偏差（1軸的 位置FB -第2軸的位置FB )，紀錄到資料庫之方法。這 個時間點也是與回歸原點時同樣經由電的速度控制及位置 控制來使2軸同時動作，由於各軸的電動機在於機械側承 受應力而無法掌握機械本身持有之畸變等的特性。所以量 測時的驅動，經由位置控制來使主軸（2軸的任一軸皆可 )以低速動作，其他軸則自由運轉追隨來進行2軸間的偏 差測定。 步驟3 :扭轉資料的函數化 生成將所行進的位置作無輸入而將步驟2所測定過之 軸間的偏差作爲輸出之函數。然而輸入依移動距離而任意 變化，因而步驟2中以任意的間距所量測過之偏差，函數 內部進行直線插補處理後才使其輸出。 然而爲了達到提高加減速時的反應性，同時輸出到伺 - 10- 1276935 (7) 服驅動器2 - 1、2 - 2側的1軸、2軸兩方。進行這樣的 同步控制之手法可以利用本提案人所提案之日本專利〇6 - 2 8 0 3 6號公報中所記載之位置同步形速度控制類的位置 追隨控制方法。 然而也準備有只靠自動測量操作所生成的修正値無法 修正時還另備有經由手動操作加入修正量來作爲偏置値之 功能。另外也準備有機械提高行進速度則進行修正本身之 處理時間造成延遲的問題時還另備有以行進速度爲參數來 使修正値進相之功能。 第4圖爲具體上依照第3圖所示的順序加以量測過的 扭轉修正量之圖形。 A爲實際把雷射位移計安裝在機械上經量測得到之扭 轉量’ B爲依照第3圖所示的順序經量測所得到之扭轉量 。由於加入前述過的偏置量而只有該加入偏置量偏置，不 過得知用第3圖所示的方法就能正確地測定機械的扭轉量 〇 第5圖及第6圖表示主位置指令與主扭矩指令和修正 側扭矩指令的關係，然則第5圖爲未使用本實施形態的方 法時的例子，第6圖爲使用本實施形態的方法時的例子。 第6圖則理解到2軸間的偏差顯著改善大致1 / 3。如此 ’使用直線電動機之門形的機械用本發明的方法就能實現 過去無法實現的同步控制。 接著說明本發明的第2實施形態。 第7圖爲表示本發明的第2實施形態之控制器的方塊 -11 - 1276935 (8) 圖。 第7圖中，控制器1具備有主位置指令生成部3 1、 及插補部3 2、及微分運算部3 3和3 4、及慣性運算部3 5 和3 7、及Y1軸扭·力FF (前饋）補償部3 6、及y 2軸扭 矩FF補償部3 8、及X軸位置檢測部3 9、及慣性補償增 益生成函數部40、及慣性補償部4 1和42。 該第2實施形態是用扭矩FF (前饋）補償來控制X 軸移動時的慣性修正。 針對於雙同步（門形）的機械，連結治具6 ( X軸） 移動且雙驅動部（Y1、Y2軸）同步運轉時，因機械的重 心位置移動而劣化同步精度。 因此，由於慣性修正因機械重心位置移動所造成略·考 化，而以X軸位置檢測部3 9來掌握X軸所移動的位置， 把該位置訊號當作輸入，而用慣性補償源生成函數部40 來生成慣性補償增益KtFFx (參照第7 ( a)圖）。 該慣性補償增益KtFFx的傾斜基本上是經重心的的變 化而加諸在軸上之負荷的變化。即是移動X軸的物體而 變化X軸的重心，且變化加諸到Y1、Y 2的負荷，所以以 該變化量爲基礎來進行修正。 傾斜係先從X軸的現在位置減去X軸的中立位置， 乘上調整係數，即是乘上用來調整使所輸出的扭矩修正量 與實際上全體的扭矩指令一致的係數，由於對於該値Y 1 、Y 2軸隨著X軸的位置形成傾斜，因而如同第8圖對Y1 從1.0減算，對Y2加算1 ·0就生成Y1、Y2軸的慣性補償 1276935 Ο) 係數 Ktffy 1、Ktffy2。 使用該Ktffy 1、Ktffy2，慣性補償部41、42，根據下 式計算X軸移動時Yl、Y2軸的質量Wwy Γ 及Wwy2’ 。然而，Wwyl及Wwy2爲移動前Y1軸及Y2軸的質量。

Wwyl’ — Wwyl + Ktffyl Wwy2’ = Wwy2+ Ktffy2 實際的扭矩FF指令係以2階段的微分運算部3 3，3 4 來將用主位置指令生成部3 1所生成且是用插補部32所插 補過的主位置指令2階段微分而生成加速度a ref。慣性 運算部35、37則是應用加速度a ref ;及Y1軸、Y2軸之 移動後的質量 Wwyl’ 、Wwy2’ ；及連結治具6的質量 Wt ;電動機的質量Wm ;及負荷的扭矩FL，經由下式來 計算動作時所必要的扭矩。 (((Wwyl’+Wt + Wm)x加速度 aref+FL)/額定推力）χ100% (((\\^7 2，+冒1 + %111)><加速度〇11；以+?1〇/額定推力）/100% 如此經計算得到的扭矩作爲補償扭矩輸入到y 1軸扭 矩FF補償部3 6、y 2軸扭矩FF補償部3 8，加入驅動器 側的扭矩指令，而使同步精度改善。 第9圖及第1〇圖爲表示主位置指令與主扭矩指令和 修正側扭矩指令的關係，然則第9圖爲未使用本實施形態 1276935 do) 的方法時的例子，第i 〇圖爲使用本實施形態的方法時的 例子。第9圖是X軸爲可動時，由於γ 1的扭矩的量 與γ 1得實際所必要的扭矩指令不一致，因而產生2軸間 的偏差。桌1 〇圖則是由於經由修正γ 1的扭矩F F的量與 Υ 1實際所必要的扭矩指令一致，因而2軸間的偏差顯著 改善大致1 / 5。 丨 如同以上所說明過，依據本發明，經由位置控制使2 '、、 個軸當中一方的軸低速動作，另一方的軸自由運轉追隨來 進行回歸原點，以任意的間距來量測一方軸與他方軸的位 置偏差’把與一方的軸行進的位置相對應之前述位置偏差 當作函數紀錄在資料庫中，前述一方的軸直接分配1個位 置指令來作爲主位置指令，前述另一方的軸分配1個位置 指令來作爲已經由紀錄在前述資料庫的函數所修正過的位 置指令，進行運轉，就能容易實現高速、高精密度的動作 之雙同步控制。 〜〜 進而，檢測連結步的重心位置，準備把該位置訊號當 作輸入而生成各軸的慣性補償增益之函數，以前述連結部 的重心位置來變更前述慣性補償增益，將根據從前述2個 軸的位置指令所求出的加速度及各軸的質量所運算過之必 要扭矩，加入到扭矩指令中，因而2個軸之一方扭矩前饋 的量與實際上所必要的扭矩指令一致’能夠顯著減低2軸 間的偏差。 【圖式簡單說明】 -14- (11) 1276935 第1圖爲表示本發明的實施形態之構成，然則第i ( a)圖爲正面圖，第1(b)圖爲側面圖，第1(c)圖爲平 面圖。 第2圖爲本發明的第1實施形態之控制方塊圖。 第3圖爲表示本發明的第1實施形態之扭轉量修正函 數生成順序之流程圖。 第4圖爲表示本發明的第1實施形態之扭轉修正量輸 出例之圖。 第5圖爲表示本發明的第1實施形態之無扭轉修正時 主位置指令與主扭矩指令和修正側扭矩指令的關係之圖。 第6圖爲表示本發明的第1實施形態之有扭轉修正時 主位置指令與主扭矩指令和修正側扭矩指令的關係之圖。 第7圖爲本發明的第2實施形態之慣性修正控制方塊 圖。 第8圖爲本發明的第2實施形態之慣性修正增益生成 詳細說明圖。 第9圖爲表示本發明的第2實施形態之無扭轉修正時 主位置指令與主扭矩指令和修正側扭矩指令的關係之圖。 第1 0圖爲表示本發明的第2實施形態之有扭轉修正 時主位置指令與主扭矩指令和修正側扭矩指令的關係之圖 〔圖號說明〕 1 :控制器 -15- (12) (12)1276935 2、2 — 1、2 — 2 :伺月艮驅動器 3 :轉子 4 :定子 5 :線性標度尺 6 :連結治具 7 — 1 :第1軸的電動機 7 — 2 :第2軸的電動機 1 1 :主位置指令生成部 1 2 :插補部 1 3 :進相補償部 1 4 :扭轉量修正値生成函數部 1 5、1 6 :微分運算部 1 7 :標度尺變換部 1 8 :增益放大器 2 1 :位置迴路控制部 2 2 :速度迴路控制部 23 :電流迴路控制部 2 4 :線性標度尺 3 1 :主位置指令生成部 3 2 :插補部 3 3、3 4 :微分運算部 3 5、3 7 :慣性運算部 36 : yl軸扭矩FF補償部 38 : y2軸扭矩FF補償部 -16- (13)1276935 3 9 : x軸位置檢測部 40 :慣性補償增益生成函數部 41、42 :慣性補償部

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Claims (1)

1276935 (1) 拾、申請專利範圍 1. 一種雙同步控制方法，是針對使驅動以連結部來 機械式連結的2個軸之2個電動機同步運轉之雙同步控制 方法，其特徵爲： 經由位置控制來使前述前述2個軸當中一方的軸低速 動作，另一方的軸則自由運轉追隨來進行原點回歸， 以任意的間距來量測前述一方軸及另一方軸的位置偏 差，將與一方的軸行進的位置相對應之前述位置偏差作爲 函數紀錄在資料庫中， 前述一方的軸直接分配1個位置指令來作爲主位置指 令，前述另一方的軸則分配1個位置指令來作爲應用紀錄 在前述資料庫的函數所修正過的位置指令，進行運轉。 2. 如申請專利範圍第1項之雙同步控制方法，其中 以前述任意的間距量測過之偏差係函數內部進行直線插補 處理後才輸出。 3. 如申請專利範圍第1或2項之雙同步控制方法， 其中送往前述另一方的軸之位置指令’以行進速度爲參數 來使修正値的位相進相。 4. 如申請專利範圍第1項之雙同步控制方法，其中 檢測前述連結部的重心位置’ 準備把該位置訊號當作輸入來生成各軸的慣性補償增 益之函數 以前述連結部的重心位置來變更前述慣性補償增益’ 將根據從前述2個軸的位置指令所求出的加速度及各 -18- 1276935 (2) 軸的質量運算過的必要扭矩，加入到扭矩指令中。

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