具有計算控制環(huán)路的頻率特性的功能的數(shù)值控制裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種數(shù)值控制裝置，其具有如下功能，即通過向?qū)刂茖ο筮M行控制 的數(shù)值控制裝置的控制環(huán)路輸入正弦波信號，來計算數(shù)值控制裝置的控制環(huán)路的頻率特 性。
【背景技術(shù)】
[0002] 當前，已知通過數(shù)值控制用于加工被加工物的機床的數(shù)值控制裝置。機床例如對 被加工物進行車削、創(chuàng)削、鉆孔、銳削、磨削等，并大多內(nèi)置有電動機。因此，通過數(shù)值對機床 的電動機進行控制的電動機控制裝置是W電動機為控制對象的數(shù)值控制裝置。
[0003] 在使用了電動機的機床中，W解析成為改善特性的阻礙原因的機械共振、解析控 制的響應(yīng)性、穩(wěn)定性為目的，進行與負載連接的電動機的頻率特性（頻率響應(yīng)）的測定。當 測定電動機的頻率特性時，從伺服分析器向與負載連接的電動機的數(shù)值控制裝置，一邊使 頻率逐步上升一邊輸入正弦波的速度指令。然后，將從電動機的速度檢測器得到的電動機 速度與速度指令進行比較后，由伺服分析器解析振幅比和相位差。一般將通過該伺服分析 器的解析而得到的測定結(jié)果顯示為伯德圖。
[0004] 但是，在向數(shù)值控制裝置的速度環(huán)路輸入正弦波信號，根據(jù)輸入與輸出的關(guān)系來 計算速度環(huán)路的頻率特性的方法中，需要在測定頻帶中一邊使頻率逐步上升一邊進行測 定，因此存在測定時間較長的問題。因此，在日本特開2000-278990號公報中公開了如下的 裝置，即通過包含全部頻率的白噪聲對速度環(huán)路進行勵振，由此節(jié)省變更頻率的時間，從而 能夠在短時間內(nèi)測定頻率特性的電動機的控制裝置。
[0005] 然而，在專利文獻1中公開的電動機的控制裝置的課題在于，使用白噪聲作為向 速度環(huán)路輸入的信號，白噪聲的波形根據(jù)產(chǎn)生模式而變化，因此很難提高高頻區(qū)域中的測 定精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 一方面，本發(fā)明的目的是提供一種數(shù)值控制裝置，其具有能夠提高高頻區(qū)域中的 測定精度的計算控制環(huán)路的頻率特性的功能。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個方式，提供一種控制至少一個控制對象的數(shù)值控制裝置，具備： 正弦波生成部，其生成正弦波信號；控制環(huán)路勵振部（12,其將從正弦波生成部輸出的正弦 波信號輸入控制對象的控制環(huán)路；數(shù)據(jù)取得部，其W-定的周期對輸入控制環(huán)路的輸入信 號和控制對象輸出的輸出信號進行采樣；頻率特性計算部，其使用輸入信號W及輸出信號 的采樣數(shù)據(jù)來計算控制環(huán)路的頻率特性；W及移相部，其移動正弦波信號的相位，頻率特性 計算部使用向控制環(huán)路多次輸入將預(yù)定相位設(shè)成初始相位的正弦波信號和將初始相位僅 移動了一定量的正弦波信號的數(shù)據(jù)，計算控制環(huán)路的頻率特性。
[000引根據(jù)本發(fā)明的一個方式的數(shù)值控制裝置，通過W相同頻率輸出多次將初始相位移 動后的信號，并使用該些采樣數(shù)據(jù)，能夠在一個周期中確保兩個點W上的采樣數(shù)據(jù)，在高頻 區(qū)域中能夠改善測定精度。
【附圖說明】
[0009] 通過參照W下的附圖，更明確地理解本發(fā)明。
[0010] 圖1A是對控制對象進行控制的比較技術(shù)的數(shù)值控制裝置的框圖。
[0011] 圖1B是由圖1A所示的數(shù)值控制裝置的正弦波生成部產(chǎn)生的正弦波信號的波形 圖。
[0012] 圖2A是表示圖1A所示的數(shù)值控制裝置計算控制環(huán)路的頻率響應(yīng)的順序的說明 圖。
[0013] 圖2B是用于說明圖1A所示的數(shù)值控制裝置的課題的波形圖。
[0014] 圖3是本發(fā)明的數(shù)值控制裝置的一個實施例的框圖。
[0015] 圖4A是表示本發(fā)明的數(shù)值控制裝置計算控制環(huán)路的頻率響應(yīng)的順序的說明圖。
[0016] 圖4B是表不用于表達圖4A所不的輸入信號的等式的圖。
[0017] 圖4C是表示用于表達圖4A所示的輸出信號的等式的圖。
[0018] 圖5A是表示將從圖3所示的正弦波生成部輸出的預(yù)定相位設(shè)成初始相位的正弦 波信號和采樣點的波形圖。
[0019] 圖5B是表示從由圖3所示的正弦波生成部輸出的初始相位移動了 2/3 31時的正 弦波信號和采樣點的波形圖。
[0020] 圖5C是表示從由圖3所示的正弦波生成部輸出的初始相位移動了 -2/3 31時的正 弦波信號和采樣點的波形圖。
[0021] 圖5D是表示通過圖3所示的數(shù)據(jù)取得部取得的同一頻率的正弦波中的采樣點的 波形圖。
[0022] 圖6是表示圖3所示的數(shù)值控制裝置的動作的流程圖。
[0023] 圖7A是表示在圖3所示的數(shù)值控制裝置中，不對將預(yù)定相位設(shè)成初始相位的正弦 波信號進行移動，而僅向控制環(huán)路輸入一次時的頻率特性的波形圖。
[0024] 圖7B是表示在圖3所示的數(shù)值控制裝置中，將預(yù)定相位設(shè)成初始相位的正弦波信 號和將初始相位移動了兩次且每次移動2/3 31的正弦波信號分別輸入控制環(huán)路時的頻率 特性的波形圖。
【具體實施方式】
[0025] W下，參照附圖對具有計算控制環(huán)路的頻率特性的功能的數(shù)值控制裝置進行說 明。然而，應(yīng)當理解本發(fā)明并不局限于附圖或W下說明的實施方式。在附圖中，對相同結(jié)構(gòu) 要素賦予相同符號。
[0026] 在此，在說明本發(fā)明的實施方式前，使用圖1A至圖2B對W往的數(shù)值控制裝置中的 頻率特性的計算方法進行說明。
[0027] 圖1A是表示對控制對象3進行控制的比較技術(shù)的數(shù)值控制裝置1的一例的框圖。 該例子的數(shù)值控制裝置1對一個控制對象3進行控制，但也可W有多個控制對象3。在數(shù)值 控制裝置1中設(shè)有控制環(huán)路2,控制環(huán)路2從輸出信號線20輸出信號來對控制對象3進行 控制，控制對象3的輸出信號作為反饋信號通過反饋信號線21返回控制環(huán)路2。
[002引此外，在數(shù)值控制裝置1中，為了計算數(shù)值控制裝置1的頻率特性，設(shè)有正弦波生 成部11、控制環(huán)路勵振部12、數(shù)據(jù)取得部13W及頻率特性計算部14。正弦波生成部11可 W生成不同頻率的正弦波。將控制環(huán)路勵振部12設(shè)置在反饋信號線21的途中，將從正弦波 生成部11通過回路22發(fā)送的正弦波信號輸入反饋信號線21從而使控制環(huán)路2勵振。在 數(shù)據(jù)取得部13中，通過回路22的分支回路23輸入來自正弦波生成部11的正弦波信號，并 且通過反饋信號線21的分支信號線24輸入控制對象3的輸出信號。數(shù)據(jù)取得部13通過 輸出回路25與頻率特性計算部14連接。
[0029] 在此，使用圖2A來說明計算圖1A所示的數(shù)值控制裝置1中的控制環(huán)路2的頻率 響應(yīng)（頻率特性）并表現(xiàn)為伯德圖的順序。計算控制環(huán)路2的頻率特性后表現(xiàn)為伯德圖的 順序具備如下的（1)至巧）的階段。
[0030] (1)首先，將在正弦波生成部中生成的頻率f(? =2 31f)的輸入信號u(t)輸入控 制環(huán)路2。
[003U 似接著，數(shù)據(jù)取得部在每個采樣周期At取得輸入信號U(t)和輸出信號Y(t)并 輸入到頻率特性計算部14,所述輸出信號Y(t)是向控制環(huán)路2輸入了該輸入信號U(t)時 從控制對象3輸出的信號。
[0032] (3)在頻率特性計算部14中，對輸入的輸入信號U化At)和輸出信號Y化At)進 行傅里葉變換，變換為頻域《的函數(shù)U(?)和Y(?)。
[0033] (4)之后，頻率特性計算部14根據(jù)輸入信號U(?)和輸出信號Y(?)計算振幅比 Y(w)/U(w)I和相位差 1])。
[0034] (5)在數(shù)值控制裝置1中，對從正弦波生成部向控制環(huán)路2輸入的輸入信號U(t) 的頻率f(? = 231f)進行變更的同時重復(fù)（1)~（4)的處理，根據(jù)每個頻率的振幅比 Y(?)/U(?)I和相位差1])，頻率特性計算部14生成伯德圖。
[0035] 如上所述，如果向控制環(huán)路2輸入正弦波信號，一邊使輸入信號的頻率從測定頻 帶的最小頻率至最大頻率為止逐漸變化一邊勵振控制環(huán)路2,則可W根據(jù)控制環(huán)路2的輸 入信號U(t)與控制對象3的輸出信號Y(t)的關(guān)系生成伯德圖。然后，可伯德圖為基 礎(chǔ)分析控制環(huán)路2的頻率響應(yīng)，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整控制環(huán)路2的各參數(shù)（積分增益、比例增 益等），W便成為所希望的頻率響應(yīng)。
[0036] 另外，向控制環(huán)路2輸入正弦波信號來進行勵振時，如圖1B所示，使輸入信號的頻 率f(w= 2 31f)逐漸增加來進行測定。作為正弦波的輸入信號的頻率如圖1B中階梯狀實 線所示，在正弦波的每預(yù)定周期每次增大預(yù)定頻率。在圖1B所示的例子中，使頻率在每= 個周期中每次增加甜Z，針對每個頻率取得了S個周期量的數(shù)據(jù)。對所取得的S個周期量的 數(shù)據(jù)（輸入信號和輸出信號）如上所述地進行傅里葉變換，計算預(yù)定頻率f(? =2nf)的 振幅比的絕對值和相位滯后。
[0037] 圖2B表示將頻率f= 2000化的正弦波的輸入信號W采樣頻率fs= 4000Hz(At =250ys)進行采樣時的采樣點。在圖lA所示的數(shù)值控制裝置1中，當計算控制環(huán)路2的