具有进行学习控制器的自动调整的功能的伺服控制装置技术领域
本发明涉及一种伺服控制装置，特别涉及具有进行学习控制器的自动调整的功能
的伺服控制装置。
背景技术
近年来，在机床中与学习控制有关的技术的实用化取得了进展。如果简单说明学
习控制，则学习控制是针对某个相同动作将前馈信号最优化的控制。通过重复进行相同的
动作，更新前馈信号，最终固定于某个形状。在该时间点，结束学习，不更新通过学习控制得
到的前馈信号而直接使用该信号。
报告了一种使用了学习控制的重复动作的高精度化的原理(例如：井上德(井上
悳)等：再现伺服系统的高精度控制(プレイバックサーボ系の高精度制御)，电气学会论文
杂志(電気学会論文誌)C，101卷，4号，p.89-96(1981)。以下称为“非专利文献1”)。在非专利
文献1中，也进行评价函数自身的导出。但是，在非专利文献1中不进行实际测量伺服系统的
频率响应的技术和试验模式分析，没有进行名义特性以上的计算。虽然提及了学习控制器
的结构方法的原则，但是没有触及具体的调整原则。
另外，也报告了学习控制的特性和稳定性(例如，片山刚(片山剛)等：使用了适应
型重复控制的光盘的跟踪控制系统(適応型繰り返し制御を用いた光ディスクのトラッキング
制御システム)，电视学会杂志(テレビジョン学会誌)，Vol.48，No.8，p.1018-1026(1994)。
以下，称为“非专利文献2”)。但是，在非专利文献2中没有提及学习控制器的调整原则。
发明内容
本发明的目的在于提供一种伺服控制装置，通过实际测量的基本控制系统特性得
到的、能够自动调整包括了学习控制的伺服特性。
本发明一个实施例的伺服控制装置为具有通过伺服电动机进行驱动的进给轴的
机床的伺服控制装置，具备：位置指令生成部，其生成用于通过预定的相同动作模式驱动进
给轴的位置指令；位置检测部，其检测进给轴的位置；位置偏差取得部，其取得由位置指令
生成部生成的位置指令值以及由位置检测部检测出的位置检测值，计算位置指令值与位置
检测值之间的差值即位置偏差；位置控制环路，其包括位置指令生成部、位置检测部以及位
置偏差取得部；频带限制滤波器，其使得从位置偏差取得部输出的位置偏差的高频分量衰
减；动态特性补偿单元，其针对从频带限制滤波器输出的位置偏差实施相位推进；学习控制
器，其包括频带限制滤波器以及动态特性补偿单元；正弦波扫描输入部，其对位置控制环路
进行正弦波扫描；频率特性计算部，其根据对位置控制环路输入了正弦波时的位置控制环
路的输出来推定位置控制环路输入输出信号的增益和相位；以及学习控制特性评价函数计
算部，其根据频率特性计算部计算出的实际测量的频率特性以及学习控制器的频率特性，
计算表示带有学习控制器的位置控制特性的评价函数，学习控制特性评价函数计算部根据
评价函数的值变更构成学习控制器的频带限制滤波器以及动态特性补偿单元的至少一方
的结构。
附图说明
通过说明与附图关联的以下优选的实施方式，能够更加明确本发明的目的、特征
和优点。
图1是本发明实施例的伺服控制装置的结构图。
图2是本发明实施例的伺服控制装置的学习控制器的结构图。
图3是表示本发明实施例的伺服控制装置的通常伺服以及频带限制滤波器的频率
特性的图表。
图4是表示本发明实施例的伺服控制装置的学习控制器中的过度偏差收敛性的指
标AT的频率特性的例子。
图5是表示本发明实施例的伺服控制装置的学习控制器中的过度偏差收敛性的指
标AT的频率特性的其他例子。
图6是用于说明本发明实施例的伺服控制装置的动作步骤的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的伺服控制装置。图1是本发明实施例的伺服控制装置
100的结构图。关于本发明的实施例的伺服控制装置100，在具有通过伺服电动机驱动的进
给轴的机床的伺服控制装置中，具备位置指令生成部1、位置检测部2、位置偏差取得部3、位
置控制环路4、频带限制滤波器5、动态特性补偿单元6、学习控制器7、正弦波扫描输入部8、
频率特性计算部9以及学习控制特性评价函数计算部10。
位置指令生成部1生成用于由伺服电动机20经由传送机构30通过预定的相同动作
模式驱动机床的进给轴的位置指令。位置指令生成部1所生成的位置指令被输出给位置偏
差取得部3。
位置检测部2检测机床的进给轴的位置。作为位置检测部2能够使用编码器或解析
器，但是不限于这些。位置检测部2所检测出的进给轴的位置的检测值被输出给位置偏差取
得部3。
位置偏差取得部3取得由位置指令生成部1生成的位置指令值以及由位置检测部2
检测出的位置检测值，计算位置指令值和位置检测值之间的差值即位置偏差。包括上述的
位置指令生成部1、位置检测部2以及位置偏差取得部3来构成位置控制环路4。
频带限制滤波器5使从位置偏差取得部3输出的位置偏差的高频分量衰减。频带限
制滤波器5是用于使某个频率区域中的高频区域信号截止的低通滤波器，有使控制系统稳
定的效果。
动态特性补偿单元6针对从频带限制滤波器5输出的位置偏差实施相位推进。动态
特性补偿单元6是推进某个频率区域的高频区域信号的相位，进而提高增益的滤波器，有补
偿控制系统的延迟和增益下降的效果。包括上述的频带限制滤波器5以及动态特性补偿单
元6来构成学习控制器7。
正弦波扫描输入部8对位置控制环路4进行正弦波扫描。例如，正弦波扫描输入部8
可以对构成位置控制环路4的位置偏差取得部3输入由正弦波组成的干扰。但是不限于该例
子。
频率特性计算部9根据将正弦波输入给位置控制环路4时的位置控制环路4的输出
来推定位置控制环路输入输出信号的增益和相位。
这里，频率特性计算部9可以通过一个刚体模式以及至少一个共振模式来记述位
置控制环路4的频率特性。
学习控制特性评价函数计算部10根据由频率特性计算部9计算出的实际测量的频
率特性以及学习控制器7的频率特性，计算表示带有学习控制器的位置控制特性。学习控制
特性评价函数计算部10根据评价函数的值变更构成学习控制器7的频带限制滤波器5以及
动态特性补偿单元6的至少一个的结构。后述评价函数的计算等。
接着，使用图2说明学习控制器7的结构。位置指令r被输入到减法器11中，通过减
法器11计算位置指令r和位置检测部检测出的实际位置y之间的差即位置偏差e。学习控制
器7的加法器14将位置偏差e和存储在设置于频带限制滤波器5中的延迟存储器(未图示)中
的1个模式周期前的修正量相加。频带限制滤波器5将加法器14的输出进行滤波处理并求出
修正量。频带限制滤波器5能够使用学期周期L表示为F(s)e-sL。动态特性补偿单元(Gx(s))6
补偿控制对象的相位延迟和增益降低，学习控制器7将修正量输出给加法器12。加法器12将
该修正量与位置偏差e相加，在速度指令生成部15中，乘以通常伺服(位置/速度控制系统)
的位置增益G0(s)来生成速度指令。另外，在图2所示的例子中，表示在加法器13中将干扰d
与速度指令相加的例子。
接着，学习控制特性评价函数计算部10根据频率特性计算部9计算出的实际测量
的频率特性以及学习控制器7的频率特性，说明计算表示带有学习控制器的位置控制特性
的评价函数的方法。
首先，知道通过学习控制器的附加，在同步输入后经过了十分长的时间后的最终
偏差的各角频率分量能够使最终偏差相对于基本伺服系统的控制偏差为非常小。另外，在|
F(jω)|<<1的滤波器的截止区域中，通过基本伺服系统的响应来决定最终偏差特性(非专
利文献1)。另外，同步输入是指r+d相对于学习周期L具有固定值、或者L或者L的整数分之一
的周期。
这里，通过以下的公式(1)表示G(jω)。
能够通过以下的公式(2)表示指标AT(ω)，该指标AT(ω)表示过渡偏差的收敛性。
AT(ω)＝|F(jω)[1-G(jω)]| (2)
这里，图3表示频带限制滤波器F(jω)以及通常伺服的增益G0(jω)的频率特性。G0
(jω)是相当于双惯性系统的特性，通过实际测量得到。
根据公式(2)，AT(ω)的值越小则jω附近的根的过渡响应分量的收敛越快。另外，
AT＝1表示响应分量的振幅没有固定地收敛。
这里，G0是能够实际测量的，通过公式能够定义Gx、F。因此，能够在实际测量基础上
计算AT。因此，根据本发明实施例的伺服控制装置，能够包括机械特性在内地测量包括学习
控制器的伺服控制特性。
这里，图4表示本发明实施例的伺服控制装置的学习控制器中的过度偏差的收敛
性的指标AT的频率特性的一例。图4中，实线表示指标AT，虚线表示近似曲线(洛仑兹函数)。
根据该近似曲线计算评价值。
能够通过以下公式(3)来计算评价值(评价函数)。
评价函数＝峰值高度/半值宽度 (3)
图4中，纵向的箭头表示峰值高度，横向的箭头表示半值宽度。计算出评价值后，通
过逐次计算进行调整使得评价值(评价函数)成为极小。
这里，学习控制特性评价函数计算部10变更构成学习控制器7的频带限制滤波器5
以及动态特性补偿单元6的至少一个的结构，使得公式(3)的评价值变为极小。图5是表示本
发明实施例的伺服控制装置的学习控制器中的过度偏差的收敛性的指标AT的频率特性的
其他例子，是变更了频带限制滤波器5以及动态特性补偿单元6的结构之后的特性。在图5的
近似曲线中，与图4的近似曲线相比，峰值高度减少，半值宽度增大，所以评价函数的值变
小。这样来变更频带限制滤波器5以及动态特性补偿单元6的结构而使得评价值变得极小。
接着，使用图6所示的流程图来说明本发明实施例的伺服控制装置的动作步骤。首
先，在步骤S101中，正弦波扫描输入部8对位置控制环路4输入正弦波干扰。例如正弦波扫描
输入部8针对构成位置控制环路4的位置偏差取得部3输入由正弦波组成的干扰。
接着，在步骤S102中，位置检测部2检测机床的进给轴的位置。由位置检测部2检测
出的进给轴的位置的检测值被输出给位置偏差取得部3。
接着，在步骤S103中，频率特性计算部9计算位置控制环路4的频率特性。即，频率
特性计算部9根据将正弦波输入给位置控制环路时的位置控制环路的输出来推定位置控制
环路输入输出信号的增益和相位。
接着，在步骤S104中，频率特性计算部9计算频带限制滤波器5以及动态特性补偿
单元6的频率特性。
接着，在步骤S105中，学习控制特性评价函数计算部10计算位置控制系统的评价
函数的值。即，学习控制特性评价函数计算部10根据频率特性计算部9计算出的实际测量的
频率特性以及学习控制器7的频率特性，计算表示带学习控制器的位置控制特性的评价函
数。通过上述的公式(3)表示评价函数。
接着，在步骤S106中，学习控制特性评价函数计算部10判断是否取得了评价函数
值的极小值。在没有取得极小值的情况下，返回步骤S104，学习控制特性评价函数计算部10
变更构成学习控制器7的频带限制滤波器5以及动态特性补偿单元6的至少一个的结构使得
公式(3)的评价值为极小，并继续评价函数的计算。另一方面，在取得了极小值的情况下，结
束处理。
如以上说明的那样，根据本发明实施例的伺服控制装置，进行包括机械特性在内
地测量的带有学习控制器的伺服控制特性的最优化，从而能够进行通过离线计算的定量的
稳定性评价和最优化。因此，根据本发明一个实施例的伺服控制装置，能够得到不需要在学
习控制的调整中进行试错的效果。