JP2012243231A - Control parameter estimation method and control parameter setting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、案内機構部及び駆動機構部の少なくとも一方に転動体を備えた送り装置の制御に用いる制御パラメータ、より具体的には、慣性モーメントに関するパラメータＪ、粘性摩擦に関するパラメータＤ及び転がり摩擦に関するパラメータＴｄを推定する方法、並びに前記各制御パラメータを設定する装置に関する。 The present invention relates to control parameters used for controlling a feeding device having a rolling element in at least one of a guide mechanism section and a drive mechanism section. More specifically, the present invention relates to a parameter J related to moment of inertia, a parameter D related to viscous friction, and rolling friction. The present invention relates to a method for estimating a parameter Td, and an apparatus for setting each control parameter.
転動体を備え、移動体を移動させる送り装置は、通常、移動体の移動を案内する案内機構部と、移動体を移動させる駆動機構部とを備えており、前記案内機構部は、例えば、転がり案内機構から構成され、前記駆動機構部は、例えば、ボールねじと、移動体に固設され、ボールねじに螺合するナットと、ボールねじをその軸中心に回転させ、ナット及びこれに連結された移動体を移動させる駆動モータとから構成される。 A feeding device that includes a rolling element and moves the moving body typically includes a guide mechanism that guides the movement of the moving body and a drive mechanism that moves the moving body. The drive mechanism is composed of, for example, a rolling guide mechanism. The drive mechanism unit is, for example, a ball screw, a nut fixed to the moving body, and screwed into the ball screw, and the ball screw is rotated about its axis to be connected to the nut and the nut. And a drive motor that moves the movable body.
このような送り装置を制御する制御装置は、移動体の目標移動位置を基に制御信号を生成して駆動モータに送信し、当該駆動モータによりボールねじを軸中心に回転させて移動体を目標移動位置に移動させる。 A control device that controls such a feeding device generates a control signal based on the target movement position of the moving body and transmits the control signal to the drive motor. The drive motor rotates the ball screw about its axis to target the moving body. Move to the moving position.
例えば、工作機械では、近年ますます高精度な位置決め制御が要求されている。しかしながら、案内機構部が転がり案内機構から構成された送り装置や、駆動機構部がボールねじにより移動体を駆動する送り装置では、移動体を移動させる際に、これら案内機構部や駆動機構部に含まれる転動体に起因した摩擦力が生じるため、この摩擦力によって移動体の目標移動位置と実際の移動位置との間に移動誤差を生じ、移動体を高精度に位置決めすることができなかった。 For example, in machine tools, positioning control with higher accuracy has been required in recent years. However, in a feeding device in which the guide mechanism unit is configured by a rolling guide mechanism and a feeding device in which the driving mechanism unit drives the moving body by a ball screw, when the moving body is moved, the guide mechanism unit and the driving mechanism unit Since frictional force due to the included rolling elements is generated, this frictional force causes a movement error between the target moving position of the moving body and the actual moving position, and the moving body could not be positioned with high accuracy. .
本願発明者らは、このような移動誤差を効果的に補正する装置として、特願２０１０−０４９８１６号を提案している。同願に記載された発明は、駆動モータに送信される制御信号を解析して、その解析結果と、駆動機構部からフィードバックされる移動体の現在位置とを基にテーブルの移動誤差量を算出し、算出した移動誤差量を基に移動体の移動位置を補正する構成としており、応答結果が分かってからしか補正を行うことができないという従来装置（特開２００２−２３８５２号公報）の問題点を解決し、移動体を目標移動位置に移動させる際に生じる各指令移動位置における外力を推定して、推定した外力を基に移動体の各指令移動位置を補正するフィードフォワード制御による移動位置補正により、高精度の誤差補正を可能としたものである。 The inventors of the present application have proposed Japanese Patent Application No. 2010-049816 as an apparatus for effectively correcting such a movement error. The invention described in this application analyzes the control signal transmitted to the drive motor, and calculates the movement error amount of the table based on the analysis result and the current position of the moving body fed back from the drive mechanism unit. However, the configuration is such that the moving position of the moving body is corrected based on the calculated amount of movement error, and the problem with the conventional apparatus (Japanese Patent Laid-Open No. 2002-23852) that correction can be performed only after the response result is known. Position correction by feedforward control that estimates the external force at each command movement position that occurs when moving the mobile body to the target movement position and corrects each command movement position of the mobile body based on the estimated external force Thus, highly accurate error correction is possible.
移動体とそれを送るボールねじ機構（送り装置）とを動作させる駆動モータの軸系の運動方程式は、次の（数１）式で記載される。（数１）式において、Ｔは駆動モータに入力する入力トルク、ωは駆動モータの角速度、ｔは時間、さらに、Ｊ，Ｄ，Ｔｄは、それぞれ、駆動モータの駆動軸に係る送り系の慣性モーメントに関するパラメータ（慣性モーメント係数），粘性摩擦に関するパラメータ（粘性摩擦係数），転がり摩擦に関するパラメータのことである。転がり摩擦に関するパラメータＴｄに関しては、２軸の円弧補間による指令動作において、摩擦抵抗と遅れ要素により指令の通りに動かない誤差が象限突起として生じることが知られており、一般的に外乱要素として取り扱われる。
（数１）
Ｔｄ＝Ｔ−Ｊ（ｄω／ｄｔ）−Ｄω
The equation of motion of the shaft system of the drive motor that operates the moving body and the ball screw mechanism (feeding device) that sends it is described by the following equation (1). In Equation (1), T is an input torque input to the drive motor, ω is an angular velocity of the drive motor, t is time, and J, D, and Td are inertias of the feed system related to the drive shaft of the drive motor, respectively. Parameters related to moment (moment of inertia), parameters related to viscous friction (coefficient of viscous friction), and parameters related to rolling friction. Regarding the parameter Td related to rolling friction, it is known that an error that does not move according to the command occurs as a quadrant projection due to frictional resistance and a delay element in a command operation by circular interpolation of two axes, and is generally handled as a disturbance element. It is.
(Equation 1)
Td = T−J (dω / dt) −Dω
本願発明者らは、特願２０１０−０４９８１６号に開示した発明において、フィードバック制御時の偏差に乗ずる値（位置ループゲイン）を非常に大きく設定し、前記（数１）式における各速度ωないしその微分ｄω／ｄｔをゼロとみなせるほどゆっくり駆動モータを動作させることによって、転がり摩擦に関するパラメータＴｄを推定した。 In the invention disclosed in Japanese Patent Application No. 2010-049816, the inventors of the present invention set a value (position loop gain) to be multiplied by the deviation at the time of feedback control to be very large, and each speed ω in the above equation (1) or its The parameter Td related to the rolling friction was estimated by operating the drive motor so slowly that the differential dω / dt could be regarded as zero.
しかしながら、転がり摩擦に関するパラメータＴｄの推定時に送り装置の動作を過敏にせず、不要振動を生じさせない安定的なものとするには、前記位置ループゲインの値をあまり大きく設定しないことが好ましい。 However, it is preferable that the position loop gain value is not set too large in order to make the operation of the feeding device not sensitive at the time of estimating the parameter Td relating to the rolling friction and stable without causing unnecessary vibration.
また、特願２０１０−０４９８１６号に開示した発明では、上述のとおり、前記（数１）式における角速度ωないしその微分ｄω／ｄｔをゼロとみなせるほどゆっくり駆動モータを動作させる必要があるが、このような制限は、実際の工作機械の動作において現実的ではないこともある。 In the invention disclosed in Japanese Patent Application No. 2010-049816, as described above, it is necessary to operate the drive motor slowly so that the angular velocity ω or the differential dω / dt in the equation (1) can be regarded as zero. Such a limitation may not be practical in the operation of an actual machine tool.
さらに、送り装置において、その制御を的確に行うには、転がり摩擦に関するパラメータＴｄだけでなく、慣性モーメント係数Ｊ、粘性摩擦係数Ｄについても正確な値を推定する必要がある。 Furthermore, in order to perform the control accurately in the feeder, it is necessary to estimate accurate values not only for the rolling friction parameter Td but also for the inertia moment coefficient J and the viscous friction coefficient D.
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、移動体の移動制御を適正に実現するために制御パラメータを的確に推定し、移動体を高精度に位置決め制御することができる制御パラメータ推定方法及び制御パラメータ推定装置の提供をその目的としている。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and is a control parameter capable of accurately estimating a control parameter and appropriately controlling the positioning of the moving body in order to properly realize the movement control of the moving body. The object is to provide an estimation method and a control parameter estimation device.
上記目的を達成するための本発明は、次の構成としている。
移動体を予め定められた軸方向に案内する案内機構部と、駆動モータの動力によって前記移動体を移動させる駆動機構部とを備え、前記案内機構部及び駆動機構部の少なくとも一方に転動体を備えた送り装置の制御において、前記駆動モータの作動を制御するための制御パラメータである慣性モーメントに関するパラメータＪ、粘性摩擦に関するパラメータＤ及び転がり摩擦に関するパラメータＴｄを推定する方法であって、
前記駆動モータに入力されるトルク値をＴとして、位置対時間で表される線図が予め定められた軌道を描くように前記移動体を前記軸方向に往復動させ、一定時間毎又は移動体の予め定められた位置毎の前記駆動モータの角速度ωを計測し、
ついで、前記パラメータＪ及びＤを任意の初期値に設定して、前記計測された各角速度ω及びその時の前記入力トルクＴを基に、下式に従って、前記各角速度ω及び入力トルクＴに応じた前記パラメータＴｄを算出した後、算出したパラメータＴｄの前記位置への依存が小さくなるように、前記パラメータＪ及びＤの少なくとも一方の値を調整して、前記パラメータＴｄを再算出し、
得られた調整後のパラメータＪ、Ｄ及びＴｄの値を該パラメータＪ、Ｄ及びＴｄの適正な値と推定するようにしたことを特徴とする制御パラメータ推定方法。
（数１）
Ｔｄ＝Ｔ−Ｊ（ｄω／ｄｔ）−Ｄω
The present invention for achieving the above object has the following configuration.
A guide mechanism that guides the movable body in a predetermined axial direction; and a drive mechanism that moves the movable body by the power of a drive motor. A rolling element is provided on at least one of the guide mechanism and the drive mechanism. A method of estimating a parameter J related to a moment of inertia, a parameter D related to viscous friction, and a parameter Td related to rolling friction, which are control parameters for controlling the operation of the drive motor,
When the torque value input to the drive motor is T, the movable body is reciprocated in the axial direction so that a diagram expressed by position versus time draws a predetermined trajectory, and the movable body is moved at regular time intervals or the movable body. Measuring the angular velocity ω of the drive motor at each predetermined position of
Next, the parameters J and D are set to arbitrary initial values, and according to the respective angular velocities ω and the input torques T according to the following formulas based on the measured angular velocities ω and the input torques T at that time. After calculating the parameter Td, adjust the value of at least one of the parameters J and D so as to reduce the dependence of the calculated parameter Td on the position, and recalculate the parameter Td.
A control parameter estimation method characterized in that the values of the obtained parameters J, D and Td after adjustment are estimated as appropriate values of the parameters J, D and Td.
(Equation 1)
Td = T−J (dω / dt) −Dω
上記の構成によれば、まず駆動モータに入力トルクＴが入力され、位置対時間で表される線図が予め定められた軌道を描くように前記移動体が前記軸方向に往復動させられる。上記の予め定められた軌道とは、正弦波状の軌道であることが好ましい。正弦波を描くように運動させれば、速度、加速度が常に変化して計算に都合がよく、物理的にも動きが理解しやすいためである。その往復動をする状態で、移動体の予め定められた位置毎に、駆動モータの角速度ωが計測され、両者の組み合わせが基礎データとして蓄積されていく。 According to the above configuration, first, the input torque T is input to the drive motor, and the movable body is reciprocated in the axial direction so that a diagram expressed by position versus time draws a predetermined trajectory. The predetermined trajectory is preferably a sinusoidal trajectory. This is because if the movement is performed so as to draw a sine wave, the velocity and acceleration are always changed, which is convenient for calculation and the movement is easy to understand physically. With the reciprocating motion, the angular velocity ω of the drive motor is measured for each predetermined position of the moving body, and a combination of both is accumulated as basic data.
上記では、移動体の予め定められた位置毎に、角速度ωを計測するものとしたが、移動体の予め定められた位置の代わりに、一定時間毎に駆動モータの角速度ωを計測ないし算出するようにしてもよい。上記のように、位置対時間で表された線図が予め定められた軌道を描くように前記移動体を前記軸方向に往復動させているので、時間と移動体の位置とは一対一の関係にあり、一定時間毎に駆動モータの角速度ωを計測するようにすれば、移動体の予め定められた位置毎に角速度ωを計測したのと等価な基礎データが取得できるからである。 In the above description, the angular velocity ω is measured for each predetermined position of the moving body. However, instead of the predetermined position of the moving body, the angular velocity ω of the drive motor is measured or calculated at regular intervals. You may do it. As described above, since the moving body is reciprocated in the axial direction so that the diagram expressed by position versus time draws a predetermined trajectory, there is a one-to-one correspondence between time and the position of the moving body. This is because if the angular velocity ω of the drive motor is measured at regular intervals, the basic data equivalent to the measurement of the angular velocity ω at each predetermined position of the moving body can be acquired.
このようにして取得した基礎データは、位置対時間で表された線図が予め定められた軌道を描くように前記移動体を前記軸方向に往復動させた場合の駆動モータにおける角速度ωと入力トルクＴとの関係を示すものであり、この角速度ωと入力トルクＴと関係は、移動体の位置毎に異なるものとなっている。 The basic data acquired in this way is input as an angular velocity ω in the drive motor when the movable body is reciprocated in the axial direction so that a diagram represented by position versus time draws a predetermined trajectory. The relationship with the torque T is shown, and the relationship between the angular velocity ω and the input torque T is different for each position of the moving body.
次に、パラメータＪ及びＤが任意の初期値に設定される。本発明では、後にパラメータＪ及びＤの少なくとも一方の調整により、パラメータＪ、Ｄ及びＴｄの値を次第に適正化していくので、未調整のパラメータＪ及びＤの初期値としては、何ら特定の値に限定されず任意のものを用いることができる。 Next, the parameters J and D are set to arbitrary initial values. In the present invention, the values of the parameters J, D, and Td are gradually optimized later by adjusting at least one of the parameters J and D. Therefore, the initial values of the unadjusted parameters J and D can be any specific value. It is not limited and arbitrary things can be used.
そして、得られた基礎データを基に、移動体の位置毎に、入力トルクＴ，ω，ｄω／ｄｔと暫定的な値のパラメータＪ及びＤを、駆動モータの軸系の運動方程式（前記（数１）式）に代入していくことにより、前記各角速度ω及び入力トルクＴに応じた前記パラメータＴｄを算出すると、パラメータＴｄと移動体の位置との関係が得られることになる。 Then, based on the obtained basic data, the input torque T, ω, dω / dt and the provisional values of the parameters J and D are calculated for each position of the moving body using the motion equation of the shaft system of the drive motor (the above ( When the parameter Td corresponding to each angular velocity ω and the input torque T is calculated by substituting into the equation (1), the relationship between the parameter Td and the position of the moving body is obtained.
本発明は、パラメータＴｄが移動体の位置にできるだけ依存しないように、すなわち、パラメータＴｄの前記位置依存が小さくなるように、パラメータＪ，Ｄ（少なくともパラメータＪ，Ｄのうちの一方）を調整することにより、Ｊ、Ｄ及びＴｄの値を適正な値と推定するものである。パラメータＪ，Ｄを調整する際には、パラメータＪ及びＤのうちの一方を調整ないし増減した後に他方を調整ないし増減するようにしてもよいし、両者を同時に調整ないし増減してもよい。 In the present invention, the parameters J and D (at least one of the parameters J and D) are adjusted so that the parameter Td does not depend on the position of the moving body as much as possible, that is, the position dependence of the parameter Td becomes small. Thus, the values of J, D, and Td are estimated as appropriate values. When adjusting the parameters J and D, one of the parameters J and D may be adjusted or increased and then the other may be adjusted or increased or may be adjusted or increased at the same time.
なお、一般に、前記基礎データはヒステリシス曲線として表されるので、本発明において、パラメータＴｄの前記位置依存が小さいとは、移動体の移動方向が一定（正または負）の領域において、パラメータＴｄの標準偏差やバラつき、変化量が小さいことなどをいう。また、ヒステリシス曲線における正または負の２領域はほぼ対称に変化する。 In general, since the basic data is represented as a hysteresis curve, the position dependency of the parameter Td is small in the present invention when the moving direction of the moving body is constant (positive or negative). Standard deviation, variation, small change amount, etc. Further, two positive or negative regions in the hysteresis curve change substantially symmetrically.
パラメータＴｄの前記位置依存が小さくなるように、パラメータＪ，Ｄを調整するには、ユーザがＪ，Ｄの更新指令を適宜入力部から入力指示する他、たとえば移動体の位置の変化に対するパラメータＴｄの変化量の許容範囲を予め設定しておき、移動体の位置の変化に対するパラメータＴｄの変化量が同許容範囲内に収まるように、パラメータＪ，Ｄの調整を繰り返し、同許容範囲内に収まったときのパラメータＪ，Ｄ、そしてパラメータＴｄの平均値や代表値を、適正なパラメータＪ，Ｄ、パラメータＴｄの組み合わせとして採用することが考えられる。 In order to adjust the parameters J and D so that the position dependency of the parameter Td becomes small, the user inputs an instruction to update the J and D appropriately from the input unit, and for example, the parameter Td with respect to a change in the position of the moving body An allowable range for the amount of change is set in advance, and adjustment of the parameters J and D is repeated so that the amount of change in the parameter Td with respect to the change in the position of the moving body is within the allowable range. It is conceivable that the average values and representative values of the parameters J and D and the parameter Td are adopted as appropriate combinations of the parameters J and D and the parameter Td.
本発明によれば、駆動モータの角速度ωを小さくするなどの制限なしに、適正なパラメータＴｄ，及びＪ，Ｄをすべて簡便に推定することができるので、移動体の移動制御や各指令移動位置を補正する制御を適正に実現し、移動体を高精度に位置決め制御することができるという作用効果を奏する。 According to the present invention, all appropriate parameters Td, J, and D can be easily estimated without limitation such as reducing the angular velocity ω of the drive motor. The control for correcting the above is properly realized, and the moving body can be positioned and controlled with high accuracy.
また、前記目的を達成するための本発明は、次の構成とすることが好ましい。 In order to achieve the above object, the present invention preferably has the following configuration.
前記の構成において、前記角速度ω及び入力トルクＴに応じた前記パラメータＴｄを算出した後、算出したパラメータＴｄを前記位置との関係で線図化し、
ついで、得られる線図が予め設定した基準線図と近似するように、前記パラメータＪ及びＤの少なくとも一方の値を調整することにより、算出したパラメータＴｄの前記位置への依存が小さくなるように、パラメータＴｄを再算出し、得られた調整後のパラメータＪ、Ｄ及びＴｄの値を該パラメータＪ、Ｄ及びＴｄの適正な値と推定することを特徴としている。
In the above configuration, after calculating the parameter Td according to the angular velocity ω and the input torque T, the calculated parameter Td is plotted in relation to the position,
Next, by adjusting at least one of the parameters J and D so that the obtained diagram approximates a preset reference diagram, the dependence of the calculated parameter Td on the position is reduced. The parameter Td is recalculated, and the obtained values of the adjusted parameters J, D, and Td are estimated as appropriate values of the parameters J, D, and Td.
上記の構成によれば、パラメータＴｄと移動体の位置との対応関係が求められた後、この対応関係がユーザインタフェース（操作盤）となる外部ディスプレイやモニタなどに線図として表示される。そして、この線図が予め設定した基準線図と近似するように、前記パラメータＪ及びＤの少なくとも一方の値を調整することにより、算出したパラメータＴｄの前記位置への依存が小さくなるように、パラメータＴｄが再算出されていく。 According to the above configuration, after the correspondence relationship between the parameter Td and the position of the moving body is obtained, this correspondence relationship is displayed as a diagram on an external display or monitor serving as a user interface (operation panel). Then, by adjusting the value of at least one of the parameters J and D so that this diagram approximates a preset reference diagram, the dependence of the calculated parameter Td on the position is reduced. The parameter Td is recalculated.
本発明では、パラメータＴｄが移動体の位置にできるだけ依存しないように、すなわち、パラメータＴｄの前記位置依存が小さくなるように、パラメータＪ，Ｄ（少なくともパラメータＪ，Ｄのうちの一方）を調整することにより、Ｊ、Ｄ及びＴｄの値を適正な値と推定するものである。パラメータＪ，Ｄを調整する際には、パラメータＪ及びＤのうちの一方を調整ないし増減した後に他方を調整ないし増減するようにしてもよいし、両者を同時に調整ないし増減してもよい。 In the present invention, the parameters J and D (at least one of the parameters J and D) are adjusted so that the parameter Td does not depend on the position of the moving body as much as possible, that is, the position dependence of the parameter Td becomes small. Thus, the values of J, D, and Td are estimated as appropriate values. When adjusting the parameters J and D, one of the parameters J and D may be adjusted or increased and then the other may be adjusted or increased or may be adjusted or increased at the same time.
このようなパラメータＪ，Ｄの調整作業は、ユーザが、外部インタフェース（ディスプレイ、モニタ、タッチパネルなどを備えた操作盤）を通じてパラメータＪ，Ｄの指示指令ないし変更指令（更新指令）を、入力指示することによって行われる。ユーザの更新指令により、パラメータＪ，Ｄの調整が行われるたびに、パラメータＴｄと移動体の位置との対応関係がディスプレイ等に再描画される構成としておけば、ユーザは、自らの更新指令により、パラメータＴｄの前記位置依存が大きくなったか、小さくなったかを視覚的に容易に確認できる。すなわち、ユーザは、ディスプレイ画面などを確認しながら、パラメータＴｄと移動体との位置を直感的に理解し、その結果に応じて、パラメータＪ，Ｄの値を順次調整していくことが可能となる。 In such adjustment operations for parameters J and D, a user inputs an instruction command or change command (update command) for parameters J and D through an external interface (an operation panel having a display, a monitor, a touch panel, etc.). Is done by. If the correspondence relationship between the parameter Td and the position of the moving object is redrawn on the display or the like every time the parameters J and D are adjusted by the user's update command, the user It can be easily visually confirmed whether the position dependency of the parameter Td has increased or decreased. That is, the user can intuitively understand the positions of the parameter Td and the moving body while checking the display screen and the like, and can sequentially adjust the values of the parameters J and D according to the result. Become.
それゆえ、ユーザは、直感的かつ簡便な操作に基づいて、パラメータＪ，Ｄの調整によるパラメータＴｄの安定化ないし収束化動作を指示できるので、ディスプレイやモニタにおいて、グラフとして表示された線図が変化する様子や、基準線図と似通っていく様子等をリアルタイムで確認しながら、迅速かつ簡便にパラメータＪ，Ｄ，Ｔｄの適正化を行うことができる。 Therefore, the user can instruct the stabilization or convergence operation of the parameter Td by adjusting the parameters J and D based on an intuitive and simple operation. Therefore, the diagram displayed as a graph on the display or monitor can be displayed. The parameters J, D, and Td can be optimized quickly and easily while checking in real time the state of change and the state of being similar to the reference diagram.
また、前記目的を達成するための本発明は、次の構成とすることが好ましい。 In order to achieve the above object, the present invention preferably has the following configuration.
前記予め設定した基準線図とは、算出したパラメータＴｄを前記位置との関係で線図化したヒステリシス曲線が略長方形状となっている。 The preset reference diagram has a substantially rectangular hysteresis curve obtained by plotting the calculated parameter Td in relation to the position.
この構成によれば、ユーザは、算出したパラメータＴｄを前記位置との関係で線図化したヒステリシス曲線が、略長方形状の基準線図と近似していくように、パラメータＪ，Ｄの値を順次調整していくことが可能となるので、ユーザは、迅速かつ簡便にパラメータＪ，Ｄ，Ｔｄの適正化を行うことができる。このような基準線図が理想的と考えられるのは、速度反転直後を除いて、運動方程式の非線形摩擦項を定数として取り扱うことができるので、数値制御における追従誤差を大幅に小さくすることが可能となるからである。 According to this configuration, the user sets the values of the parameters J and D so that the hysteresis curve obtained by plotting the calculated parameter Td in relation to the position approximates the substantially rectangular reference diagram. Since the adjustment can be performed sequentially, the user can optimize the parameters J, D, and Td quickly and easily. It is possible to treat the nonlinear friction term of the equation of motion as a constant, except for immediately after the speed inversion, so that the tracking error in numerical control can be greatly reduced. Because it becomes.
本発明によれば、角速度ωを小さくするなどの制限なしに、適正なパラメータＴｄ，及びＪ，Ｄをすべて簡便に推定することができるので、移動体の移動制御や各指令移動位置を補正する制御を適正に実現し、移動体を高精度に位置決め制御することができるという作用効果を奏する。 According to the present invention, all appropriate parameters Td, J, and D can be easily estimated without limitation such as reducing the angular velocity ω, so that the movement control of the moving body and each command movement position are corrected. There is an effect that the control is appropriately realized and the moving body can be positioned and controlled with high accuracy.
また、駆動モータの軸にカップリングされた系の特性（例えば慣性モーメントなど）が経年変化（例えばボールねじ内のボール劣化など）によって変化した場合でも、簡便な操作によって、適正なパラメータを再導出することが可能となるので、駆動モータやそれにより駆動される送り系のメンテナンスが極めて容易となる。 In addition, even if the characteristics of the system coupled to the shaft of the drive motor (such as moment of inertia) change due to aging (such as ball deterioration in the ball screw), appropriate parameters can be re-derived by simple operation. Therefore, the maintenance of the drive motor and the feed system driven by the drive motor becomes extremely easy.
そして、この制御パラメータ推定方法は、以下の制御パラメータ推定装置によってこれを好適に実施することができる。 And this control parameter estimation method can be suitably implemented by the following control parameter estimation device.
移動体を予め定められた軸方向に案内する案内機構部と、駆動モータの動力によって前記移動体を移動させる駆動機構部とを備え、前記案内機構部及び駆動機構部の少なくとも一方に転動体を備えた送り装置の制御において、前記駆動モータの作動を制御するための制御パラメータである慣性モーメントに関するパラメータＪ、粘性摩擦に関するパラメータＤ及び転がり摩擦に関するパラメータＴｄを設定する装置であって、
前記パラメータＪ，Ｄ及びＴｄの値を記憶するパラメータ記憶部と、
前記駆動モータに入力されるトルク値をＴとして、位置対時間で表された線図が予め定められた軌道を描くように前記移動体を前記軸方向に往復動させる制御部と、
一定時間毎又は移動体の予め定められた位置毎の前記駆動モータの角速度ωを計測する角速度計測部、
前記角速度計測部によって計測された角速度ωの値と、その時の前記制御部から前記駆動モータに入力される前記入力トルクＴの値とを、相互に関連付けて記憶する計測データ記憶部と、
外部から、前記パラメータＪ，Ｄの値、及び更新指令の入力を受け付ける入力部と、
前記入力部から入力された前記パラメータＪ及びＤの値と、前記計測データ記憶部に記憶された各角速度ω及びその時の前記入力トルクＴの値とを基に、下式に従って、前記各角速度ω及び入力トルクＴに応じた前記パラメータＴｄを算出するパラメータ算出部と、
前記パラメータ算出部によって算出されたパラメータＴｄの値を前記時間又は位置との関係で線図化して表示する表示部と、
前記入力部から入力された更新指令を受けて、その時点での前記パラメータ算出部で用いた前記パラメータＪ，Ｄの値、及び算出されたパラメータＴｄの値で、前記パラメータ記憶部に記憶された各パラメータＪ，Ｄ及びＴｄの値を更新する更新処理部とから構成したことを特徴とする制御パラメータ設定装置。
（数２）
Ｔｄ＝Ｔ−Ｊ（ｄω／ｄｔ）−Ｄω
A guide mechanism that guides the movable body in a predetermined axial direction; and a drive mechanism that moves the movable body by the power of a drive motor. A rolling element is provided on at least one of the guide mechanism and the drive mechanism. In the control of the feed device provided, a device for setting a parameter J related to moment of inertia, a parameter D related to viscous friction, and a parameter Td related to rolling friction, which are control parameters for controlling the operation of the drive motor,
A parameter storage unit for storing values of the parameters J, D and Td;
A control unit that reciprocates the moving body in the axial direction so that a diagram expressed by position versus time draws a predetermined trajectory, where T is a torque value input to the drive motor;
An angular velocity measuring unit that measures the angular velocity ω of the drive motor at certain time intervals or at predetermined positions of the moving body;
A measurement data storage unit for storing the value of the angular velocity ω measured by the angular velocity measurement unit and the value of the input torque T input to the drive motor from the control unit at that time;
An input unit for receiving the values of the parameters J and D and an update command from the outside;
Based on the values of the parameters J and D input from the input unit, the angular velocities ω stored in the measurement data storage unit, and the value of the input torque T at that time, the angular velocities ω A parameter calculation unit that calculates the parameter Td according to the input torque T;
A display unit that displays the value of the parameter Td calculated by the parameter calculation unit as a diagram in relation to the time or position;
In response to the update command input from the input unit, the values of the parameters J and D used in the parameter calculation unit at that time and the calculated parameter Td values are stored in the parameter storage unit. A control parameter setting device comprising an update processing unit for updating the values of parameters J, D and Td.
(Equation 2)
Td = T−J (dω / dt) −Dω
本発明によれば、角速度ωを小さくするなど生産条件に与える付加的な制限なしに、適正なパラメータＴｄ，及びＪ，Ｄをすべて簡便に推定することができるので、移動体の移動制御や各指令移動位置を補正する制御を適正に実現し、移動体を高精度に位置決め制御することができるという作用効果を奏する。 According to the present invention, all appropriate parameters Td, J, and D can be easily estimated without additional restrictions on production conditions such as reducing the angular velocity ω. There is an effect that the control for correcting the command movement position is appropriately realized and the moving body can be positioned and controlled with high accuracy.
また、本発明によれば、ユーザは、直感的かつ簡便な操作に基づいて、パラメータＪ，Ｄの調整によるパラメータＴｄの安定化ないし収束化動作を指示できるので、表示された線図が変化する様子や、基準線図と似通っていく様子等をリアルタイムで確認しながら、迅速かつ簡便にパラメータＪ，Ｄ，Ｔｄの適正化を行うことができる。 Further, according to the present invention, the user can instruct the stabilization or convergence operation of the parameter Td by adjusting the parameters J and D based on an intuitive and simple operation, so that the displayed diagram changes. It is possible to optimize the parameters J, D, and Td quickly and easily while confirming in real time the state and the state similar to the reference diagram.
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。 Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
〔１，本装置の構成例〕
まず、図１を参照して、本発明に係る制御パラメータ推定方法を用いる送り装置５０およびそれを制御する制御装置１（制御パラメータ推定装置を含む）の構成について簡単に説明する。この送り装置５０は、例えば、工作機械に設けられるもので、支持体５１によって移動自在に支持された移動体５２を駆動するようになっており、移動体５２の矢示方向への移動を案内する案内機構部６０と、制御装置１の制御信号によって駆動制御される駆動モータ７３の動力によって移動体５２を移動させる駆動機構部７０とを備える。
[1, Configuration example of this device]
First, with reference to FIG. 1, the structure of the
前記案内機構部６０は、支持体５１に矢示方向に沿って配設されるガイドレール６１と、移動体５２に固設され、ガイドレール６１に係合にするスライダ６２とから構成される。一方、前記駆動機構部７０は、矢示方向に沿って設けられるボールねじ７１と、支持体５１に配設され、ボールねじ７１の両端部を回転自在に支持する支持部材７２と、支持体５１に配設され、ボールねじ７１をその軸中心に回転させる駆動モータ７３と、移動体５２に固設され、ボールねじ７１に螺合するナット７４と、例えば、ロータリエンコーダから構成され、移動体５２の矢示方向における移動位置を検出する位置検出器７５とから構成される。
The
位置検出器７５は、ロータリエンコーダによって、駆動モータ７３の回転位置、回転量を測定すると共に、並設された解析回路により、その時間微分量である角速度やさらにその時間微分量を算出する構成を備えており、駆動モータ７３の回転量、角速度、その時間微分などの情報を計測ないし算出する構成となっている。すなわち、位置検出器７５はロータリエンコーダとその付属回路との協働によって、駆動モータの回転位置や回転量だけでなく、その角速度も直接的に計測し、その計測結果を外部に出力できる構成となっている。また、前記スライダ６２及びナット７４は、転動体（図示せず）を備えて構成される。
The
次に、図２を用いて、制御装置１の制御動作を実現する機能ブロックについて説明する。
Next, functional blocks for realizing the control operation of the
図２に示されるように、駆動モータ７３を駆動制御する制御装置１は、プログラム記憶部２，プログラム解析部３，位置指令生成部４，位置制御部５，速度制御部６，電流制御部７，パラメータ記憶部８，反転時補償部９，計測データ記憶部１０，パラメータ算出部１１，表示制御部１２，更新処理部１３，ディスプレイ１４と入力部１５とから構成される操作盤１６から構成されている。以下、各部の詳細について説明する。
As shown in FIG. 2, the
前記ＮＣプログラム記憶部２は、半導体メモリなどから構成され、数値制御（Numerical Control）を行うために予め作成された所定のＮＣプログラムを格納する機能部であり、前記プログラム解析部３は、プログラム記憶部２に格納されたＮＣプログラムの内容（加工プログラムや外部からの入力データ）を解析して、移動体５２の送り速度，移動位置などに関する指令をＮＣプログラムから具体的に抽出する機能部である。
The NC
前記位置指令生成部４は、プログラム解析部３のＮＣプログラム解析結果に従い、移動体５２の時間当たりの移動目標位置に関する信号（動作指令信号）を生成する処理部であり、プログラム解析部３で抽出された指令を基に予め定められた時定数を加味して、送り系７０の前記動作指令信号を生成し、これを前記位置制御部５に逐次送信する。
The position
前記位置制御部５は、前記位置指令生成部４から受信した動作指令信号と前記位置検出器７５からフィードバックされる現在位置信号との偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令信号を生成する処理部であり、前記速度制御部６は、位置制御部５で生成された速度指令信号と位置検出器７５からフィードバックされる現在速度信号との偏差に速度ループゲインを乗じて電流指令信号を生成する処理部である。
The
前記電流制御部７は、速度制御部６から与えられた電流指令信号と、駆動モータ７３の前段に配されるサーボアンプ（図示せず）からフィードバックされる現在電流信号との偏差に電流ループゲインを乗じて駆動指令信号を生成する処理部である。サーボアンプでは、前記電流制御部７から送信されＤ／Ａ変換器（図示せず）でデジタル信号からアナログ信号に変換された電流指令信号を駆動指令信号として受信した後、当該駆動指令信号を増幅して前記駆動モータ７３に送信し、前記駆動モータ７３は受信した駆動指令信号に基づいてその作動が制御される。
The current control unit 7 determines a current loop gain as a difference between a current command signal given from the
前記パラメータ記憶部８は、後述のパラメータをデータテーブルとして格納する機能部であり、前記位置制御部５で使用される位置ループゲイン、速度制御部６で使用される速度ループゲイン、電流制御部７で使用される電流ループゲインなどが格納されている。
The
さらに、パラメータ記憶部８は、上記のループゲインと相関を有する物理量として、駆動モータ７３の運動方程式（再掲（数１）式）の各パラメータを格納している。具体的には、駆動モータ７３に入力される入力トルクＴ、駆動モータ７３の角速度ω、時間ｔ、さらに、駆動モータ７３の駆動軸に係る送り系７０全体の慣性モーメント係数Ｊ，粘性摩擦係数Ｄ，転がり摩擦に関するパラメータＴｄである。転がり摩擦に関するパラメータＴｄは、反転制御の時に最も特徴的に現れるパラメータであり、反転時補償部９で使用される補正量でもある。
（数１）
Ｔｄ＝Ｔ−Ｊ（ｄω／ｄｔ）−Ｄω
Further, the
(Equation 1)
Td = T−J (dω / dt) −Dω
パラメータ記憶部８は、前記パラメータ群の組み合わせをデータテーブルとして格納しており、外部の入力部１５を介したユーザの更新指令により、またはパラメータ算出部１１に格納された更新プログラムにより、更新処理部１３（後述）の指示に基づいて逐次、そのデータテーブルを更新する構成となっている。
The
そして、パラメータ記憶部８は、位置制御部５および速度制御部６に対しては直接、前記データテーブルの最新値を提供する一方、電流制御部７に対しては、象限反転補償の補償項を加える反転時補償部９を介して、前記データテーブルの最新値を提供し続ける構成である。ここで、反転時補償部９は、移動体５２の送り方向を実際に反転させた時において、フィードバック制御の遅れに影響されずに、外乱（転がり摩擦）を補償し、送り系７０により正確な反転動作をさせる機能部である。
The
前記計測データ記憶部１０は、パラメータ算出部１１の統括的な指令のもとに、位置検出器７５によって検出ないし算出した駆動モータ７３の回転位置データを経時的に取得し続け、その結果を記憶し続けるものである。また、計測データ記憶部１０は、後述のように、位置検出器７５によって計測された角速度ωの値と、その時の駆動モータ７３に入力される入力トルクＴの値とを、基礎データとして相互に関連付けて記憶する。
The measurement
前記パラメータ算出部１１は、位置検出器７５による駆動モータ７３のモニタリングを行うと共に、パラメータＪ、Ｄ及びＴｄの値を適正な値と推定する推定フロー（制御パラメータ推定方法）を実行するものである。また、パラメータ算出部１１は、中央演算処理装置（ＣＰＵ）に相当する集積回路を兼ねており、表示制御部１２および入力部１５と接続されることによって、ユーザインタフェース（操作盤１６）となるディスプレイ１４（ＣＲＴや液晶ディスプレイ、タッチパネルなどから構成される）や入力部１５（キーボードやマウス、タッチパネルなどから構成される）の動作を統括的に司る。
The
前記更新処理部１３は、パラメータ算出部１１の指令フローに基づいて、パラメータ記憶部８が記憶管理する前記データテーブルにおける各パラメータＪ，Ｄ及びＴｄの値を逐次、最新の推定値ないしユーザに更新指令を与えられた更新値に更新する機能部である。
The
ディスプレイ１４は、制御装置１の各種設定パラメータや送り系７０の各種情報の他、パラメータ算出部１１によって算出されたパラメータＴｄの値を、移動体５２の位置との関係で線図化して表示し、これに応じて、入力部１５は、各種設定変更や制御動作の開始、送り系７０の動作停止指令の他、パラメータＪ，Ｄの値、及び更新指令の入力をユーザから受け付ける構成となっている。
The
ディスプレイ１４および入力部１５は、操作盤１６を構成しており、ユーザは、操作盤１６を目視確認しながら、各種の操作を行うことにより、本発明の制御パラメータ設定装置を備える制御装置１の動作を制御する。
The
図１において、パラメータ記憶部８，計測データ記憶部１０，パラメータ算出部１１，表示制御部１２，更新処理部１３，ディスプレイ１４及び入力部１５からなる制御盤１６，並びに位置検出器７５は、制御装置１の制御パラメータを設定する制御パラメータ設定装置２０を構成している。この制御パラメータ設定装置２０は、制御装置１が特別なメンテナンス動作ではなく、通常の生産動作をしている際、ユーザの指令に従って、または任意のタイミングにおいて、制御装置１の適正な制御パラメータを設定することができる。
In FIG. 1, a
〔２，制御パラメータ推定フロー〕
次に、図３を用いて、制御装置１が、パラメータ算出部１１の演算結果に基づいて実行する制御パラメータ推定方法の動作フローをステップ別に説明する。
[2, Control parameter estimation flow]
Next, the operation flow of the control parameter estimation method executed by the
まず、送り系７０の運動特性を調べるために基礎データの取得を行う（ステップ１。以下「Ｓ１」のように略記する）。具体的には、駆動モータ７３に入力されるトルク値をＴとして、移動体５２を矢示軸方向（図１参照）に所定距離だけ往復動させる。本例では、後の解析作業を簡単にするため、移動体５２の位置を時間に対してプロットしたときにその軌跡が正弦波を描くように軸方向に往復動させるものとしている。例えば、位置をｒ、時間をｔとすれば、ｒ（ｔ）＝Ｒｓｉｎ（２πｆｔ）で表される目標移動位置及び移動速度で移動させることにより、移動体５２の位置と時間との関係は、正弦波を描く。ここで、Ｒは振幅（ｍ）、ｆは周波数（Ｈｚ）である。そして、一定時間毎又は移動体５２の予め定められた位置毎の駆動モータ７３の角速度ωを位置検出器７５を用いて計測する。
First, basic data is acquired in order to examine the motion characteristics of the feed system 70 (
そして、基礎データは、移動体５２を移動させ、位置検出器７５によって移動体５２の移動位置を検出すると共に、前記駆動モータ７３で発生するトルク、即ち、駆動モータ７３に供給される電流値を適宜検出器によって検出することで取得することができる。図４において、縦軸の摩擦力はパラメータＴｄに対応するものである。転がり摩擦に関するパラメータＴｄは、反転制御の時に最も特徴的に現れるパラメータである。
In the basic data, the moving
上記のように、移動体５２が往復動をする状態で、移動体５２の予め定められた位置毎に、駆動モータの角速度ωが計測ないし算出され、両者の組み合わせが基礎データとして蓄積されていく。なお、移動体５２の予め定められた位置の代わりに、経過時間ｔに対してモータの角速度ωが計測ないし算出されてもよい。上記のように、位置対時間で表された線図が予め定められた軌道を描くように移動体５２を前記軸方向に往復動させているので、時間と位置とは一対一の関係にあり、一定時間毎に駆動モータの角速度ωを計測するようにすれば、移動体５２の予め定められた位置毎に角速度ωを計測したのと等価な基礎データが取得できるからである。
As described above, the angular velocity ω of the drive motor is measured or calculated for each predetermined position of the moving
このようにして取得する基礎データは、駆動モータ７３の角速度ωと入力トルクＴとの関係を示すものであり、この角速度ωと入力トルクＴと関係は、移動体５２の位置毎に異なるものとなっている。
The basic data acquired in this way indicates the relationship between the angular velocity ω of the
本例では、理想的な基準線図として、図４に太線で示したような、移動体５２の移動位置に対する転がり摩擦に関するパラメータＴｄの依存がほとんどないもの、を考える。図４に示された基準線図は、経時につれて点ａ→点ｂ→点ｃ→点ｄのようにパラメータＴｄを繰り返しプロットしたものである。このような基準線図が理想的と考えられる理由は、運動方程式の非線形摩擦項を定数として取り扱うことができるので、数値制御における追従誤差を大幅に小さくすることが可能となるからである。
In this example, as an ideal reference line diagram, a case in which there is almost no dependence of the parameter Td on the rolling friction with respect to the moving position of the moving
本願発明者が鋭意検討した結果、移動体の移動位置に対する転がり摩擦に関するパラメータＴｄのヒステリシス曲線は、一般に、凹凸の弓なり形状を有し、さらには、傾斜を有する形状となったり、これらの形状の組み合わせとなったりする特徴を有することを見出した〔後述の図６〜図９の各（ａ）を参照〕。パラメータＴｄのヒステリシス曲線が凹凸の弓なり形状を有する場合にも、傾斜を有する場合にも、移動体の移動位置に対してパラメータＴｄは大きく変化し、パラメータＴｄの位置依存性は大きなものとなる。 As a result of intensive studies by the inventor of the present application, the hysteresis curve of the parameter Td relating to the rolling friction with respect to the moving position of the moving body generally has an uneven bow shape, and further has a sloped shape. It has been found that it has a characteristic of being combined (see (a) in FIGS. 6 to 9 described later). Regardless of whether the hysteresis curve of the parameter Td has an uneven bow shape or an inclination, the parameter Td greatly changes with respect to the moving position of the moving body, and the position dependency of the parameter Td becomes large.
すなわち、一般に、パラメータＴｄは移動体の移動位置に依存しているが、本発明の骨子は、上記のヒステリシス曲線の形状を、ユーザの更新指令または制御パラメータ設定装置２０の自動制御によって、図４のような長方形状のヒステリシス曲線とするように、駆動モータの軸系の運動方程式におけるパラメータＪ，Ｄを順次適正化することにより、煩雑な計算を不要としながら、迅速に適正なパラメータＪ，Ｄ，Ｔｄの値を推定することにある。
That is, in general, the parameter Td depends on the moving position of the moving body, but the gist of the present invention is that the shape of the hysteresis curve described above is obtained by a user update command or automatic control of the control
図３に戻って、次のステップ（Ｓ２）では、パラメータＪ及びＤに適当な初期値を付与する。本フローでは、後にパラメータＪ及びＤの少なくとも一方を調整することにより、パラメータＪ、Ｄ及びＴｄの値を次第に適正化していくので、未調整のパラメータＪ及びＤの初期値は特定の値に限定されず任意のものを用いることができる。本例では、最も簡明な例として、Ｊ＝０，Ｄ＝０としておく。 Returning to FIG. 3, in the next step (S2), appropriate initial values are assigned to the parameters J and D. In this flow, since the values of the parameters J, D, and Td are gradually optimized by adjusting at least one of the parameters J and D later, the initial values of the unadjusted parameters J and D are limited to specific values. Any one can be used. In this example, J = 0 and D = 0 are set as the simplest example.
そして、制御装置１は、駆動モータ７３の運動方程式に関する各パラメータのうち、転がり摩擦に関するパラメータＴｄを算出する（Ｓ３）。具体的には、Ｓ１で計測した基礎データに基づいて、移動体５２の位置毎に、入力トルクＴ，ω，ｄω／ｄｔと暫定的なパラメータＪ及びＤを、駆動モータの軸系の運動方程式（数１）式に代入していくことにより、前記各角速度ω及び入力トルクＴに応じた前記パラメータＴｄを算出する。この結果、パラメータＴｄと移動体５２の位置との関係が導出されることになる。
And the
次のステップ（Ｓ４）では、制御装置１は、基礎データから導出された、移動体５２の位置と転がり摩擦に関するパラメータＴｄとの関係をグラフとして線図化し、表示制御部１２を制御することにより、線図化した情報をディスプレイ１４に表示する。これにより、ユーザは、ディスプレイ１４の表示により、移動体５２の位置と転がり摩擦に関するパラメータＴｄとの関係を即座に理解することができる。
In the next step (S4), the
次のステップ（Ｓ５）では、入力部１５を通じて入力されたユーザからの更新指令に基づいて、パラメータＴｄが移動体５２の位置にできるだけ依存しないように、すなわち、パラメータＴｄの前記位置依存が小さくなるように、パラメータＪ，Ｄ（少なくともパラメータＪ，Ｄのうちの一方）を調整する。
In the next step (S5), based on the update command from the user input through the
パラメータＪ，Ｄを調整する際には、パラメータＪ及びＤのうちの一方を調整ないし増減した後に他方を調整ないし増減するようにしてもよいし、両者を同時に調整ないし増減してもよい。例えば、パラメータＪを０から０．００１に変更したり、または、パラメータＤを０から０．００１に変更したりし、または両方を同時に変更してもよい。一般には、このときの変更量が小さいほど、極め細やかなパラメータの適正化が実現できるが、パラメータＴｄの前記位置依存が小さくなるまでに、ユーザ（制御パラメータ設定装置２０が自動制御する場合には、同装置）の繰り返す処理回数が大きくなる。
When adjusting the parameters J and D, one of the parameters J and D may be adjusted or increased and then the other may be adjusted or increased or may be adjusted or increased at the same time. For example, the parameter J may be changed from 0 to 0.001, the parameter D may be changed from 0 to 0.001, or both may be changed simultaneously. In general, the smaller the change amount at this time, the finer parameter optimization can be realized. However, the user (when the control
なお、制御パラメータ設定装置２０がパラメータＪ，Ｄの自動調整を行う場合には、必ずしもディスプレイ１４への線図表示や入力部１５からの更新指令は必須ではないが、ユーザがパラメータＪ，Ｄの調整作業が適正に行われていることを確認するためには、少なくともディスプレイ１４への線図表示は逐次行われることが好ましい。
When the control
パラメータＪ，Ｄの変更一回あたりの変更量は特に制限されるものではないから、最初は比較的大きな変更量で（例えば０．１ずつ）調整しつつ、微調整の段階になってから小さな変更量で（例えば０．００１ずつ）調整する構成とすることも効率的なパラメータ調整のためには好ましい。 Since the change amount per change of the parameters J and D is not particularly limited, the adjustment is initially made with a relatively large change amount (for example, by 0.1), and small after the fine adjustment stage. It is also preferable to adjust the amount of change (for example, by 0.001) for efficient parameter adjustment.
前述のとおり、パラメータＴｄと移動体５２の位置との関係は、ヒステリシス曲線として表されるので、本発明において、パラメータＴｄの前記位置依存が小さいとは、移動体５２の移動軸方向が一定（正または負）の各領域（図４において移動体が図中右方向に向かう際のパラメータＴｄがＦｃの領域、同移動体が図中左方向に向かう際のパラメータＴｄが−Ｆｃの領域の各領域）の少なくとも一方において、パラメータＴｄの標準偏差やバラつき、変化量が小さいことなどをいう。なお、図４において、摩擦力（に対応するＴｄ）の符号が正負あるのは、移動体の位置移動方向が図中左右いずれの方向であるかによって摩擦力の向きが異なることに対応したものである。
As described above, the relationship between the parameter Td and the position of the moving
本例では、理想的な基準線図として、図４に示したような、移動体５２の移動位置に対する転がり摩擦に関するパラメータＴｄの依存がほとんどなく、移動体５２の移動方向に応じて摩擦力ないしパラメータＴｄが一定のものを考える。このような基準線図が理想的と考えられる理由は、運動方程式の非線形摩擦項を定数として取り扱うことができるので、数値制御における追従誤差を大幅に低減することが可能となるからである。
In this example, as an ideal reference line diagram, as shown in FIG. 4, there is almost no dependence of the parameter Td regarding the rolling friction with respect to the moving position of the moving
本ステップ（Ｓ５）では、ユーザは、ディスプレイ１４に表示された線図が、予め設定した基準線図（図４に示すような、略長方形のヒステリシス曲線）と近似するように、そして、算出したパラメータＴｄの前記位置への依存が小さくなるように、パラメータＪ，Ｄを調整する。
In this step (S5), the user calculates so that the diagram displayed on the
本発明では、パラメータＴｄが移動体５２の位置にできるだけ依存しないように、すなわち、パラメータＴｄの前記位置依存が小さくなるように、パラメータＪ，Ｄ（少なくともパラメータＪ，Ｄのうちの一方）を調整することにより、Ｊ、Ｄ及びＴｄの値を適正な値と推定するものである。なお、前述のとおり、パラメータＪ，Ｄを調整する際には、パラメータＪ及びＤのうちの一方を調整ないし増減した後に他方を調整ないし増減するようにしてもよいし、両者を同時に調整ないし増減してもよい。
In the present invention, the parameters J and D (at least one of the parameters J and D) are adjusted so that the parameter Td does not depend on the position of the moving
このようなパラメータＪ，Ｄの調整作業は、ユーザが、外部インタフェース（操作盤１６）を通じてパラメータＪ，Ｄの指示指令ないし変更指令（更新指令）を、入力指示することによって行われる。 Such adjustment of the parameters J and D is performed when the user inputs an instruction command or change command (update command) for the parameters J and D through the external interface (operation panel 16).
ユーザの更新指令により、パラメータＪ，Ｄの調整が行われるたびに、パラメータＴｄと移動体５２の位置との対応関係が再描画される構成としておけば、ユーザは、自らの更新指令により、パラメータＴｄの前記位置依存が大きくなったか、小さくなったかを視覚的に容易に確認できる。具体的な線図の変化の様子は、次節の〔３，線図による調整のイメージ〕欄で詳述する。
If the correspondence between the parameter Td and the position of the moving
このような確認ないし把握作業を容易とするために、ディスプレイ１４には、図４のような基準線図をあわせて表示する構成としておくことも好ましい。このようにすれば、ユーザは、現在のパラメータ（データテーブル）を用いた線図と目標とすべき基準線図がどの程度似通ったり、ずれたりしているかを常時把握することが容易となる。
In order to facilitate such confirmation or grasping work, the
このようにして、ユーザは、ディスプレイ１４の画面などをみながら、パラメータＴｄと移動体５２との位置との関係を直感的に理解し、その結果に応じて、パラメータＪ，Ｄの値を順次調整していくことが可能となる。
In this way, the user intuitively understands the relationship between the parameter Td and the position of the moving
本発明によれば、ユーザは、直感的かつ簡便な操作に基づいて、パラメータＪ，Ｄの調整によるパラメータＴｄの安定化ないし収束化動作を指示できるので、ディスプレイやモニタにおいて、グラフとして表示された線図が変化する様子や、基準線図と似通っていく様子等をリアルタイムで確認しながら、迅速かつ簡便にパラメータＪ，Ｄ，Ｔｄの適正化を行うことができる。 According to the present invention, since the user can instruct the stabilization or convergence operation of the parameter Td by adjusting the parameters J and D based on an intuitive and simple operation, it is displayed as a graph on the display or monitor. The parameters J, D, and Td can be optimized quickly and easily while checking in real time whether the diagram changes or looks similar to the reference diagram.
また、次節の〔３，線図による調整のイメージ〕欄にて後述するように、ユーザが、現在のパラメータＪ，Ｄが大きすぎたり、小さすぎたりした場合の各線図のパターンや特徴を覚えたり、前記更新指令におけるパラメータの変更量などを経験的に適切なものとできるよう習熟したりするほど、本発明に係る制御パラメータ推定フローを効率的に実行することが可能となる。 In addition, as will be described later in the “3. Image of adjustment by diagram” section in the next section, the user remembers the pattern and characteristics of each diagram when the current parameters J and D are too large or too small. In addition, as the amount of parameter change in the update command becomes more empirically appropriate, the control parameter estimation flow according to the present invention can be executed more efficiently.
なお、本例では、パラメータＴｄと移動体５２の位置との関係を目視確認しやすい線図としてディスプレイ１４上に表示される構成を示したが、パラメータＴｄと移動体５２の位置との関係をユーザに提示する態様はこれに限られず、線図やグラフではなく、数値テーブルとして表示したり、パラメータＴｄの移動体５２の位置に対する変化量や偏差量を数値として表示する構成を採用したりしてもよい。
In this example, a configuration is shown in which the relationship between the parameter Td and the position of the moving
次のステップでは、調整後のパラメータＪ，Ｄに基づいてパラメータＴｄを再算出し、移動体５２の移動位置に対する転がり摩擦に関するパラメータＴｄの線図をディスプレイ１４上に再描する（Ｓ６）。ユーザのパラメータＪ，Ｄの調整が適切であれば、再描された移動体５２の移動位置に対する転がり摩擦に関するパラメータＴｄの線図は、前述の基準線図により近似したものとなり、転がり摩擦に関するパラメータＴｄの位置依存はより小さくなるはずである。
In the next step, the parameter Td is recalculated based on the adjusted parameters J and D, and a diagram of the parameter Td related to the rolling friction with respect to the moving position of the moving
そして、次のステップ（Ｓ７）では、再算出したパラメータＴｄの値が、位置に依存しなくなったか否か（パラメータＴｄの位置依存は許容範囲内か）を判定し、位置に依存しなくなった、すなわちパラメータＴｄの前記位置依存が十分に小さくなったならば、次のステップに進む一方、再算出したパラメータＴｄの値が位置に依存するならばＳ５に戻って処理を繰り返す。 In the next step (S7), it is determined whether or not the recalculated value of the parameter Td is no longer dependent on the position (whether the positional dependence of the parameter Td is within the allowable range), and no longer depends on the position. That is, if the position dependency of the parameter Td becomes sufficiently small, the process proceeds to the next step. On the other hand, if the recalculated value of the parameter Td depends on the position, the process returns to S5 and the process is repeated.
本ステップ（Ｓ７）において、パラメータＴｄの前記位置依存が十分に小さくなったかの判定は、ディスプレイ１４に表示された線図の様子を確認することにより、ユーザが行う。ユーザは、目視判定の結果、再算出したパラメータＴｄの値が位置に依存しなくなったか（パラメータＴｄの前記位置依存が十分に小さくなった）否かを、前述の基準線図との比較や、ディスプレイ１４に適宜表示されるパラメータＴｄの変化量や偏差量に基づいて判断し、入力部１５を通じて制御装置１に指示する。
In this step (S7), it is determined by the user by checking whether the position dependency of the parameter Td has become sufficiently small by checking the state of the diagram displayed on the
なお、本ステップ（Ｓ７）の判定動作、すなわち本ステップにおけるパラメータＴｄの値が位置に依存しなくなったか否かの判定を、ユーザではなく、制御装置１の制御パラメータ設定装置２０に自動で行わせることもできる。具体的には、移動体５２の位置の変化に対するパラメータＴｄの変化量（や偏差量）の許容範囲を予め設定しておき、移動体５２の位置の変化に対するパラメータＴｄの変化量（や偏差量）が同許容範囲内に収まるように、パラメータＪ，Ｄの調整を（自動で）繰り返し、同許容範囲内に収まったならば、パラメータＴｄの前記位置依存が十分に小さくなったものとして、次のステップに進む一方、同許容範囲内に収まらなければ、Ｓ５に戻って処理を繰り返す。この場合には、所定回数処理を繰り返しても、上記の許容範囲内に収束しなければ、上記の許容範囲を広く再設定して当該処理を繰り返すことが好ましい。
Note that the determination operation in this step (S7), that is, whether or not the value of the parameter Td in this step is not dependent on the position is automatically determined by the control
Ｓ７において、パラメータＴｄの前記位置依存が十分に小さくなった（パラメータＴｄの位置依存は許容範囲内になった）と判定されれば、得られたパラメータＴｄ、調整されたパラメータＪ，Ｄの値を、適正なパラメータＴｄ、パラメータＪ，Ｄの組み合わせとして推定し、採用する（Ｓ８）。ここで、Ｔｄの値は、位置変化に対しての平均値や代表値を用いることが推定値の誤差を小さくするために好ましい。算出されたパラメータＪ，Ｄの値は、パラメータＴｄと同様に電流制御部７（図２参照）に与えられ、その後は、電流制御部７が、付与されたパラメータに基づいて、駆動モータ７３に入力される電流値（トルクに対応するもの）を制御することになる。
If it is determined in S7 that the position dependency of the parameter Td has become sufficiently small (the position dependency of the parameter Td is within the allowable range), the obtained parameter Td and the adjusted values of the parameters J and D Is estimated and adopted as an appropriate combination of parameter Td and parameters J and D (S8). Here, as the value of Td, it is preferable to use an average value or a representative value with respect to a change in position in order to reduce an error in the estimated value. The calculated values of the parameters J and D are given to the current control unit 7 (see FIG. 2) in the same manner as the parameter Td. Thereafter, the current control unit 7 sends the values to the
本発明によれば、制御モータ３１の角速度ωを小さくするなどの制限なしに、パラメータＴｄだけでなく、適正なパラメータＴｄ，及びＪ，Ｄをすべて簡便に推定することができるので、その制御を適正に実現し、移動体を高精度に位置決め制御することができるという作用効果を奏する。 According to the present invention, not only the parameter Td but also the proper parameters Td, J, and D can be easily estimated without any limitation such as reducing the angular velocity ω of the control motor 31. Properly realized, there is an effect that the movable body can be positioned and controlled with high accuracy.
また、本発明によれば、ユーザは、直感的かつ簡便な操作に基づいて、パラメータＪ，Ｄの調整によるパラメータＴｄの安定化ないし収束化動作を指示できるので、表示された線図が変化する様子や、基準線図と似通っていく様子等をリアルタイムで確認しながら、迅速かつ簡便にパラメータＪ，Ｄ，Ｔｄの適正化を行うことができる。 Further, according to the present invention, the user can instruct the stabilization or convergence operation of the parameter Td by adjusting the parameters J and D based on an intuitive and simple operation, so that the displayed diagram changes. It is possible to optimize the parameters J, D, and Td quickly and easily while confirming in real time the state and the state similar to the reference diagram.
〔３，線図による調整のイメージ〕
〔３−１，シミュレーション例〕
次に、移動体５２の位置に応じて線図化されるパラメータＴｄの様子を理解するために、パラメータＪ，Ｄの値が調整されていない状態から調整された状態となることによって、パラメータＴｄの線図がどのように変化するかを、シミュレーション結果を用いて確認する。なお、このシミュレーションでは、前記Ｓ１の基礎データ取得時における移動体５２の目標軌道ｒ（ｔ）＝Ｒｓｉｎ（２πｆｔ）の振幅Ｒを２０（ｍｍ）に設定した。
[3, Image of adjustment by diagram]
[3-1, Simulation example]
Next, in order to understand the state of the parameter Td plotted according to the position of the moving
図４に示したように、理想的な基準線図としては、移動体５２の移動位置に対する転がり摩擦に関するパラメータＴｄの依存がほとんどないもの（理想的には、転がり摩擦に関するパラメータＴｄの位置依存がゼロのもの）を想定する。このような場合、移動体５２の位置と転がり摩擦に関するパラメータＴｄとの関係を示す線図は、移動体５２の位置に依存せずパラメータＴｄが定常的なもので、視覚的にはフラットな形状となり、そのヒステリシス曲線は略長方形を描くことになる。
As shown in FIG. 4, as an ideal reference diagram, the parameter Td related to the rolling friction with respect to the moving position of the moving
図５は、参照のために、シミュレータにおいて、図４のような理想的な基準線図を再現するパラメータ群（データテーブル）の組み合わせにおいて、パラメータＴｄの位置分布を示した図面である。図５（ａ）には、シミュレータ上の移動体５２の移動様子（位置対時間で表される線図が振幅２０ｍｍの正弦波を描くように移動体を送ったときの軌道様子）が示されており、同図（ａ）のように移動中の前記移動体の位置（横軸）とパラメータＴｄ（縦軸）との関係をシミュレーションで求めた結果を示したヒステリシス曲線が図５（ｂ）に示されている。
FIG. 5 is a diagram showing the position distribution of the parameter Td in a combination of parameters (data table) for reproducing an ideal reference diagram as shown in FIG. 4 in the simulator for reference. FIG. 5A shows a moving state of the moving
図５（ｂ）のとおり、移動体５２の位置とパラメータＴｄとの軌跡が描くヒステリシス曲線は略長方形となっており、理想的な振る舞いを示していることがわかる。このときのパラメータＪ＝０．００７１３，パラメータＤ＝０．０９３７であった。
As shown in FIG. 5B, it can be seen that the hysteresis curve drawn by the locus of the position of the moving
これに対して、図６（ａ）は、前記シミュレータのパラメータのうち、パラメータＤを０にしたときのものである。ここで、パラメータＪは図５（ｂ）の理想的な基準線図と同じ０．００７１３である。図５（ｂ）の理想的な基準線図と比較すると、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が太鼓形状に膨張していることが読み取れる。そこで、ユーザは、パラメータＤを適宜０．０９３７まで増やしていくことにより、パラメータＴｄの位置分布を図６（ｂ）の理想的な基準線図（ヒステリシス曲線）に近似させていくことができる。 On the other hand, FIG. 6A shows the parameter when the parameter D is set to 0 among the parameters of the simulator. Here, the parameter J is 0.00713, which is the same as the ideal reference diagram of FIG. Compared with the ideal reference line diagram of FIG. 5B, it can be seen that the hysteresis curve of the parameter Td expands in a drum shape. Therefore, the user can approximate the position distribution of the parameter Td to the ideal reference diagram (hysteresis curve) of FIG. 6B by increasing the parameter D to 0.0937 as appropriate.
これに対して、図７（ａ）は、前記シミュレータのパラメータのうち、パラメータＤを理想的な基準線図のときの２倍（０．１８７４）にしたときのものである。ここで、パラメータＪは図５（ｂ）の理想的な基準線図と同じ０．００７１３である。図５（ｂ）の理想的な基準線図と比較すると、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が中央の窪んだ凹形状となっていることが読み取れる。そこで、ユーザは、パラメータＤを適宜０．０９３７まで減らしていくことにより、パラメータＴｄの位置分布を図７（ｂ）の理想的な基準線図（ヒステリシス曲線）に近似させていくことができる。 On the other hand, FIG. 7A shows the parameter when the parameter D of the simulator parameters is doubled (0.1874) from the ideal reference diagram. Here, the parameter J is 0.00713, which is the same as the ideal reference diagram of FIG. Compared with the ideal reference diagram of FIG. 5B, it can be seen that the hysteresis curve of the parameter Td has a concave shape in the center. Therefore, the user can approximate the position distribution of the parameter Td to the ideal reference diagram (hysteresis curve) of FIG. 7B by appropriately reducing the parameter D to 0.0937.
これに対して、図８（ａ）は、前記シミュレータのパラメータのうち、パラメータＪを０にしたときのものである。ここで、パラメータＤは図５（ｂ）の理想的な基準線図と同じ０．０９３７である。図５（ｂ）の理想的な基準線図と比較すると、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が平行四辺形となっていることが読み取れる。そこで、ユーザは、パラメータＪを適宜０．００７１３まで増やしていくことにより、パラメータＴｄの位置分布を図８（ｂ）の理想的な基準線図（ヒステリシス曲線）に近似させていくことができる。 On the other hand, FIG. 8A shows the parameter when the parameter J is set to 0 among the parameters of the simulator. Here, the parameter D is 0.0937, which is the same as the ideal reference line diagram of FIG. Compared with the ideal reference line diagram of FIG. 5B, it can be seen that the hysteresis curve of the parameter Td is a parallelogram. Therefore, the user can approximate the position distribution of the parameter Td to the ideal reference diagram (hysteresis curve) of FIG. 8B by increasing the parameter J to 0.00713 as appropriate.
これに対して、図９（ａ）は、前記シミュレータのパラメータのうち、パラメータＪを理想的な基準線図のときの２倍（０．０１４２６）にしたときのものである。パラメータＤは図５（ｂ）の理想的な基準線図と同じ０．０９３７である。図５（ｂ）の理想的な基準線図と比較すると、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が平行四辺形となっていることが読み取れる。そこで、ユーザは、パラメータＪを適宜０．００７１３まで減らしていくことにより、パラメータＴｄの位置分布を図９（ｂ）の理想的な基準線図（ヒステリシス曲線）に近似させていくことができる。 On the other hand, FIG. 9A shows the parameter when the parameter J of the simulator parameters is doubled (0.01426) from the ideal reference diagram. The parameter D is 0.0937 which is the same as the ideal reference diagram of FIG. Compared with the ideal reference line diagram of FIG. 5B, it can be seen that the hysteresis curve of the parameter Td is a parallelogram. Therefore, the user can approximate the position distribution of the parameter Td to the ideal reference diagram (hysteresis curve) in FIG. 9B by appropriately reducing the parameter J to 0.00713.
このように、パラメータＪ，Ｄの両方が適正値を備えていない限り、決して、図４のようなパラメータＴｄのヒステリシス曲線はあらわれない。しかし、本願発明者は、任意のヒステリシス曲線について、パラメータＪ，Ｄを適宜調整すれば、必ず図４（実際にはオーバーシュート部分を備える図５（ｂ）のようなパラメータＴｄのヒステリシス曲線）を導くことができ、理想的なパラメータＴｄ，Ｊ，Ｄの組み合わせをすべて得ることができることを見出した。 As described above, unless both the parameters J and D have appropriate values, the hysteresis curve of the parameter Td as shown in FIG. 4 never appears. However, if the inventor of the present application appropriately adjusts the parameters J and D with respect to an arbitrary hysteresis curve, the inventor must always use FIG. 4 (actually the hysteresis curve of the parameter Td as shown in FIG. It has been found that all combinations of ideal parameters Td, J, D can be obtained.
〔３−２，ヒステリシス曲線の形状の補正〕
前述のように、図６（ａ）と図７（ａ）とのパラメータＴｄのヒステリシス曲線は、パラメータＪを理想値（Ｊ＝０．００７１３）としつつ、パラメータＤとして不適正なものを採用した場合のシミュレーション結果である。両図（ａ）から読み取れるとおり、パラメータＤが不適正であると、パラメータＴｄのヒステリシス曲線には横軸に平行なフラット部分が生じず、弓なりの形状を描くことが読み取れる。
[3-2. Correction of shape of hysteresis curve]
As described above, the hysteresis curve of the parameter Td in FIGS. 6A and 7A employs an inappropriate parameter D while the parameter J is an ideal value (J = 0.713). It is a simulation result in the case. As can be seen from both figures (a), if the parameter D is inappropriate, it can be seen that the hysteresis curve of the parameter Td does not produce a flat portion parallel to the horizontal axis and draws a bow-like shape.
すなわち、図６（ａ）では、パラメータＤが小さすぎる（Ｄ＝０）ために、パラメータＴｄのヒステリシス曲線は、理想的な略長方形から長方形外部に弓なりに膨張した形状となる一方、図６（ｂ）では、パラメータＤが大きすぎる（Ｄ＝０．１８７４）ために、パラメータＴｄのヒステリシス曲線は、理想的な略長方形から長方形内部に弓なりに潰れた形状となっている。このような特性を理解しておけば、任意のパラメータＪ、Ｄに基づいてヒステリシス曲線を描いたときに、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が理想的な略長方形から長方形外部に弓なりに膨張した形状となっていれば、パラメータＤを大きく調整し、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が理想的な略長方形から長方形内部に弓なりに潰れた形状となっていれば、パラメータＤを小さく調整すれば、パラメータＤを適正化できることがわかる。すなわち、パラメータＤの調整により、パラメータＴｄのヒステリシス曲線の弓なり形状は補正ないし調整できることになる。 That is, in FIG. 6A, since the parameter D is too small (D = 0), the hysteresis curve of the parameter Td has a shape that expands like a bow from an ideal substantially rectangular shape to the outside of the rectangle, while FIG. In b), since the parameter D is too large (D = 0.1874), the hysteresis curve of the parameter Td has a shape that is crushed in an arc from an ideal substantially rectangular shape into a rectangular shape. If such a characteristic is understood, when a hysteresis curve is drawn based on arbitrary parameters J and D, the hysteresis curve of the parameter Td becomes a shape that expands from an ideal substantially rectangular shape into a bow shape outside the rectangle. If so, the parameter D is adjusted to a large value. If the hysteresis curve of the parameter Td has a shape that is crushed like a bow from an ideal substantially rectangular shape, the parameter D can be optimized by adjusting the parameter D to a small value. I understand that I can do it. That is, by adjusting the parameter D, the bow shape of the hysteresis curve of the parameter Td can be corrected or adjusted.
〔３−３，ヒステリシス曲線の傾きの補正〕
また、前述のように、図８（ａ）と図９（ａ）とのパラメータＴｄのヒステリシス曲線は、パラメータＤを理想値（Ｄ＝０．０９３７）としつつ、パラメータＪとして不適正なものを採用した場合のシミュレーション結果である。両図（ａ）から読み取れるとおり、パラメータＪが不適正であると、パラメータＴｄのヒステリシス曲線には横軸に平行なフラット部分が生じず、パラメータＴｄのヒステリシス曲線は傾いた平行四辺形状となることが読み取れる。
[3-3, Correction of slope of hysteresis curve]
Further, as described above, the hysteresis curve of the parameter Td in FIG. 8A and FIG. 9A is an inappropriate parameter J while the parameter D is an ideal value (D = 0.0937). It is a simulation result when it is adopted. As can be seen from both figures (a), when the parameter J is inappropriate, the hysteresis curve of the parameter Td does not have a flat portion parallel to the horizontal axis, and the hysteresis curve of the parameter Td has an inclined parallelogram shape. Can be read.
すなわち、図８（ａ）では、パラメータＪが小さすぎる（Ｊ＝０）ために、パラメータＴｄのヒステリシス曲線は、理想的な略長方形から図中右下がりに傾き、平行四辺形状となる一方、図９（ａ）では、パラメータＪが大きすぎる（Ｊ＝０．０１４２６）ために、パラメータＴｄのヒステリシス曲線は、理想的な略長方形から図中右上がりに傾いた形状となっている。このような特性を理解しておけば、任意のパラメータＪ、Ｄに基づいてヒステリシス曲線を描いたときに、パラメータＴｄのヒステリシス曲線（やその接線）が横軸に対して図中右下がりに傾いていれば、パラメータＪを大きく調整し、パラメータＴｄのヒステリシス曲線（やその接線）が横軸に対して図中左下がりに傾いていれば、パラメータＪを小さく調整すれば、パラメータＪの不適正さを補正ないし調整できることになる。 That is, in FIG. 8A, since the parameter J is too small (J = 0), the hysteresis curve of the parameter Td is inclined from an ideal substantially rectangular shape to the lower right in the figure and becomes a parallelogram. In 9 (a), since the parameter J is too large (J = 0.01426), the hysteresis curve of the parameter Td has a shape inclined upward from the ideal substantially rectangular shape in the figure. If such characteristics are understood, when a hysteresis curve is drawn based on arbitrary parameters J and D, the hysteresis curve (and its tangent line) of parameter Td is inclined to the lower right in the figure with respect to the horizontal axis. If the parameter J is adjusted large, the hysteresis curve of the parameter Td (and its tangent) is tilted downward in the figure relative to the horizontal axis. If the parameter J is adjusted small, the parameter J is inappropriate. This can be corrected or adjusted.
〔３−４，実機での補正実験〕
このようなシミュレーション結果から推論するところ、パラメータＪ、Ｄがどのような値であっても、パラメータＴｄのヒステリシス曲線の前記形状補正と前記傾き補正とを組み合わせれば、常に、図４のような略長方形状の基準線図を得ることができる。そこで、本願発明者らは、Ｘ−Ｙ軸の２軸ボールねじ駆動ステージを用いて検証実験を行った。ボールねじとしては１２ｍｍピッチのものを用い、このボールねじをサーボモータ（駆動モータ７３）とカップリングで直結し、テーブルは転がり案内により案内されるように構成した。
[3-4 Correction experiment with actual machine]
Inferring from such a simulation result, whatever the values of the parameters J and D are, as long as the shape correction and the inclination correction of the hysteresis curve of the parameter Td are combined, the values are always as shown in FIG. A substantially rectangular reference diagram can be obtained. Accordingly, the inventors of the present application conducted a verification experiment using an XY-axis biaxial ball screw drive stage. A ball screw having a pitch of 12 mm was used, and this ball screw was directly connected to a servo motor (drive motor 73) by a coupling, and the table was guided by rolling guidance.
本実験では、位置検出器７５のロータリエンコーダとして、２２０pulse/revのものを用いて、Ｘ軸のみを制御するものとした。移動体の振幅は１６ｍｍとなるように往復動させた。運動方程式の各パラメータを算出する手順としては、図３に示したフローを用いたが、前記ステップ５（Ｓ５）における実際の実験手順は次のとおりである。
In this experiment, the rotary encoder of the
まず、パラメータＪを０で固定した状態で、パラメータＤを変化させた。パラメータＤを大きくしていくと、パラメータＴｄのヒステリシス曲線に、前述の凹状の弓なり形状があらわれたので、パラメータＴｄのヒステリシス曲線の上側部分（図４参照）がほぼ平行となるように、パラメータＤを０．０１に調整した。 First, the parameter D was changed with the parameter J fixed at 0. As the parameter D is increased, the above-mentioned concave bow shape appears in the hysteresis curve of the parameter Td. Therefore, the parameter D is set so that the upper part (see FIG. 4) of the hysteresis curve of the parameter Td becomes substantially parallel. Was adjusted to 0.01.
次に、パラメータＤを０で固定した状態で、パラメータＤを変化させた。パラメータＤを大きくしていくと、パラメータＴｄのヒステリシス曲線に、前述の傾いた平行四辺形状があらわれたので、まず、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が横軸と平行となるように、パラメータＤを０．１に調整した。 Next, the parameter D was changed while the parameter D was fixed at 0. As the parameter D is increased, the inclined parallelogram described above appears in the hysteresis curve of the parameter Td. First, the parameter D is set to 0. 0 so that the hysteresis curve of the parameter Td is parallel to the horizontal axis. Adjusted to 1.
次に、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が略長方形状となるように、調整量を小さくしながら微調整し、最終的には、パラメータＪを０．０１０，パラメータＤを０．１４とすることにより、パラメータＴｄの値が横軸に対して安定的となるヒステリシス曲線が得られた。 Next, fine adjustment is performed while reducing the adjustment amount so that the hysteresis curve of the parameter Td becomes substantially rectangular. Finally, the parameter J is set to 0.010 and the parameter D is set to 0.14. A hysteresis curve was obtained in which the value of the parameter Td was stable with respect to the horizontal axis.
図１０は、図４の理想的な基準線図に近いものとして最終的に本実験で得られたパラメータＴｄのヒステリシス曲線である。同図では、時間の経過とプロットを重ねているため軌跡が完全には一致していないものの、全体としては、図４の理想的な基準線図に近似したヒステリシス曲線が得られていることがわかる。 FIG. 10 is a hysteresis curve of the parameter Td finally obtained in this experiment as being close to the ideal reference line diagram of FIG. In the figure, although the traces do not completely coincide with the passage of time and the plots, the hysteresis curve approximated to the ideal reference diagram of FIG. 4 is obtained as a whole. Recognize.
本実験のように、パラメータＪ、Ｄの調整を手動で行えば、前述の特性理解（パラメータＤの調整によるヒステリシス曲線の弓なり形状の補正要領、パラメータＪの調整によるヒステリシス曲線の傾きの補正要領）に基づいて、ユーザは操作盤１６の操作による更新指令による操作作業に習熟しながら、迅速かつ簡便に、パラメータＪ，パラメータＤ、パラメータＴｄの適正値をすべて得ることができる。
If the parameters J and D are adjusted manually as in this experiment, the above-mentioned characteristics can be understood (how to correct the bow shape of the hysteresis curve by adjusting parameter D, how to correct the slope of the hysteresis curve by adjusting parameter J) Based on the above, the user can quickly and easily obtain all appropriate values of the parameter J, the parameter D, and the parameter Td while being familiar with the operation work by the update command by the operation of the
また、パラメータＪ、Ｄの調整を制御パラメータ設定装置２０による自動制御で実現する場合、前述のように、任意のパラメータＪ、Ｄに基づいてヒステリシス曲線を描いたときに、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が理想的な略長方形から長方形外部に弓なりに膨張した形状となっているならば、パラメータＤを大きく調整し、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が理想的な略長方形から長方形内部に弓なりに潰れた形状となっているならば、パラメータＤを小さく調整すれば、パラメータＤを適正化できる一方、パラメータＴｄのヒステリシス曲線（やその接線）が横軸に対して図中右下がりに傾いているならば、パラメータＪを大きく調整し、パラメータＴｄのヒステリシス曲線が（やその接線）が横軸に対して図中左下がりに傾いているならば、パラメータＪを小さく調整すれば、パラメータＪの不適正さを補正ないし調整できることになる。
When the adjustment of the parameters J and D is realized by the automatic control by the control
上述のように、図４のような（そして実際の実験結果としては図１０のような）理想的な基準線図を想定すると、ユーザ（または制御パラメータ設定装置２０による自動制御）は、操作盤１６のディスプレイ１４に表示された線図（グラフ）を確認しながら、移動体５２の移動位置に対する転がり摩擦に関するパラメータＴｄの依存を小さくするために、表示された線図が略長方形状となるように、各パラメータの値を増減調整することが可能になる。
As described above, assuming an ideal reference diagram as shown in FIG. 4 (and FIG. 10 as an actual experimental result), the user (or automatic control by the control parameter setting device 20) In order to reduce the dependence of the parameter Td on the rolling friction with respect to the moving position of the moving
それゆえ、算出したパラメータＴｄを前記位置との関係で線図化したヒステリシス曲線が、略長方形状の基準線図と近似していくように、パラメータＪ，Ｄの値を順次調整していくことが可能となるので、ユーザは、迅速かつ簡便にパラメータＪ，Ｄ，Ｔｄの適正化を行うことができる。 Therefore, the values of the parameters J and D are sequentially adjusted so that a hysteresis curve obtained by plotting the calculated parameter Td in relation to the position approximates a substantially rectangular reference diagram. Therefore, the user can optimize the parameters J, D, and Td quickly and easily.
本発明によれば、角速度ωを小さくするなどの制限なしに、適正なパラメータＴｄ，及びＪ，Ｄをすべて簡便に推定することができるので、移動体の位置や各指令を補正する制御を適正に実現し、移動体を高精度に位置決め制御することができるという作用効果を奏する。したがって、駆動モータの角速度ωを極端に小さくするなど生産の障害となる特別の制約や作業を必要とせず、実際の生産時に通常の制御動作をさせながら、リアルタイムで上記制御用パラメータの適正化を図ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to easily estimate all the appropriate parameters Td, J, and D without restriction such as reducing the angular velocity ω, so that the position of the moving body and the control for correcting each command are appropriate. This achieves the operational effect that the moving body can be positioned and controlled with high accuracy. Therefore, the above control parameters can be optimized in real time while performing normal control operations during actual production without requiring special restrictions or work that hinders production such as extremely reducing the angular velocity ω of the drive motor. It becomes possible to plan.
また、本願発明者らが、シミュレーションだけでなく、実機の検証実験においても、本発明の有効性確認に成功したことは、工場内等において、駆動モータの軸にカップリングされた系の特性（例えば慣性モーメントなど）が経年変化した場合（例えばボールねじ内のボール劣化、各種部品の摩耗・サビなどに起因するもの）や各種の生産条件を変更した場合でも、簡便な操作によって、実際に適正なパラメータを再導出することが可能であることを意味する。これにより、駆動モータやそれにより駆動される送り系のメンテナンスが極めて容易となるという作用効果を奏する。 Further, the inventors of the present invention have succeeded in confirming the effectiveness of the present invention not only in the simulation but also in the verification experiment of the actual machine. The fact that the system coupled to the shaft of the drive motor in the factory or the like ( Even if the moment of inertia changes over time (for example, due to ball deterioration in the ball screw, wear or rust of various parts), or when various production conditions are changed, it is actually appropriate by simple operation. This means that it is possible to re-determine the correct parameter. Thereby, there exists an effect that maintenance of a drive motor and a feed system driven by it becomes very easy.
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, the specific aspect which this invention can take is not limited to this at all.
前述のとおり、送り系の運動特性を調べるために取得する基礎データは、駆動モータ７３の角速度ωと入力トルクＴとの関係を示すものであり、この角速度ωと入力トルクＴと関係は、移動体５２の位置毎に異なるものとなるが、パラメータＴｄを移動体５２の位置や駆動モータ７３の回転量との関数として表現し、その関数に基づいてパラメータＴｄの位置分布を導出したり、パラメータ記憶部８（図２参照）のデータテーブルを作成ないし更新したりする構成としても好ましい。
As described above, the basic data acquired for examining the motion characteristics of the feed system indicates the relationship between the angular velocity ω of the
また、本発明において、移動体の位置に対するパラメータＴｄの依存を小さくするため、パラメータＪ及びＤの少なくとも一方の値を調整して、パラメータＴｄを再算出する構成は、制御パラメータ設定装置２０がユーザの更新指令に基づいて、またはその自動制御によって行われるものとしたが、これらは択一的に選択されるものではなく、ユーザによる更新指令と自動制御とを組み合わせたものとしてもよい。
In the present invention, in order to reduce the dependency of the parameter Td on the position of the moving body, the control
例えば、通常生産時に効率的な自動制御が実行できている間は、自動制御によって、パラメータＪ，Ｄの調整を行わせる一方、所定の処理回数を経てもパラメータＴｄの依存が小さくならない場合には、ユーザによる手動の更新指令制御とする構成としてもよい。 For example, when efficient automatic control can be executed during normal production, the parameters J and D are adjusted by automatic control, while the dependence of the parameter Td does not decrease even after a predetermined number of processes. A configuration in which manual update command control is performed by the user may be employed.
また、図１及び図２では、送り系７０が１つの送り軸を備え、位置制御部５，速度制御部６，電流制御部７及び駆動モータ７３によって、この１つの送り軸を送り制御するようにした構成を図示して説明したが、送り軸の数はこれに限定されるものではなく、本発明の制御パラメータ設定方法と装置とを適用する送り系７０は、２以上の送り軸を備え、これらを制御するように構成されてもよい。
1 and 2, the
なお、案内機構部と駆動機構部とから構成される装置であれば、装置の具体的形態によらず、本発明は広く適用可能である。もちろん、移動体５２の構成や、その移動方向についても、何ら限定はなく（例えば、移動体は、水平方向に移動するテーブルには限られない）、移動体が工具主軸を含む構成であっても、本発明は適用可能である。
Note that the present invention can be widely applied to any apparatus that includes a guide mechanism section and a drive mechanism section regardless of the specific form of the apparatus. Of course, the configuration of the moving
１ 制御装置
２ プログラム記憶部
３ プログラム解析部
４ 位置指令生成部
５ 位置制御部
６ 速度制御部
７ 電流制御部
８ パラメータ記憶部
９ 反転時補償部
１０ 計測データ記憶部
１１ パラメータ算出部
１２ 表示制御部
１３ 更新処理部
１４ ディスプレイ
１５ 入力部
１６ 操作盤
２０ 制御パラメータ設定装置
５０ 送り装置
５２ 移動体
７０ 送り系
７３ 駆動モータ
７５ 位置検出器
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記駆動モータに入力されるトルク値をＴとして、位置対時間で表された線図が予め定められた軌道を描くように前記移動体を前記軸方向に往復動させ、一定時間毎又は移動体の予め定められた位置毎の前記駆動モータの角速度ωを計測し、
ついで、前記パラメータＪ及びＤを任意の初期値に設定して、前記計測された各角速度ω及びその時の前記入力トルクＴを基に、下式に従って、前記各角速度ω及び入力トルクＴに応じた前記パラメータＴｄを算出した後、算出したパラメータＴｄの前記位置への依存が小さくなるように、前記パラメータＪ及びＤの少なくとも一方の値を調整して、前記パラメータＴｄを再算出し、
得られた調整後のパラメータＪ、Ｄ及びＴｄの値を該パラメータＪ、Ｄ及びＴｄの適正な値と推定するようにしたことを特徴とする制御パラメータ推定方法。
（数１）
Ｔｄ＝Ｔ−Ｊ（ｄω／ｄｔ）−Ｄω A guide mechanism that guides the movable body in a predetermined axial direction; and a drive mechanism that moves the movable body by the power of a drive motor. A rolling element is provided on at least one of the guide mechanism and the drive mechanism. A method of estimating a parameter J related to a moment of inertia, a parameter D related to viscous friction, and a parameter Td related to rolling friction, which are control parameters for controlling the operation of the drive motor,
When the torque value input to the drive motor is T, the movable body is reciprocated in the axial direction so that a diagram represented by position versus time draws a predetermined trajectory, and the movable body is moved at regular time intervals or the movable body. Measuring the angular velocity ω of the drive motor at each predetermined position of
Next, the parameters J and D are set to arbitrary initial values, and according to the respective angular velocities ω and the input torques T according to the following formulas based on the measured angular velocities ω and the input torques T at that time. After calculating the parameter Td, adjust the value of at least one of the parameters J and D so as to reduce the dependence of the calculated parameter Td on the position, and recalculate the parameter Td.
A control parameter estimation method characterized in that the values of the obtained parameters J, D and Td after adjustment are estimated as appropriate values of the parameters J, D and Td.
(Equation 1)
Td = T−J (dω / dt) −Dω
ついで、得られる線図が予め設定した基準線図と近似するように、前記パラメータＪ及びＤの少なくとも一方の値を調整することにより、算出したパラメータＴｄの前記位置への依存が小さくなるように、パラメータＴｄを再算出し、得られた調整後のパラメータＪ、Ｄ及びＴｄの値を該パラメータＪ、Ｄ及びＴｄの適正な値と推定することを特徴とする請求項１に記載の制御パラメータ推定方法。 After calculating the parameter Td according to each angular velocity ω and the input torque T, the calculated parameter Td is plotted in relation to the position,
Next, by adjusting at least one of the parameters J and D so that the obtained diagram approximates a preset reference diagram, the dependence of the calculated parameter Td on the position is reduced. 2. The control parameter according to claim 1, wherein the parameter Td is recalculated, and the obtained values of the adjusted parameters J, D and Td are estimated as appropriate values of the parameters J, D and Td. Estimation method.
前記パラメータＪ，Ｄ及びＴｄの値を記憶するパラメータ記憶部と、
前記駆動モータに入力されるトルク値をＴとして、位置対時間で表された線図が予め定められた軌道を描くように前記移動体を前記軸方向に往復動させる制御部と、
一定時間毎又は移動体の予め定められた位置毎の前記駆動モータの角速度ωを計測する角速度計測部、
前記角速度計測部によって計測された角速度ωの値と、その時の前記制御部から前記駆動モータに入力される前記入力トルクＴの値とを、相互に関連付けて記憶する計測データ記憶部と、
外部から、前記パラメータＪ，Ｄの値、及び更新指令の入力を受け付ける入力部と、
前記入力部から入力された前記パラメータＪ及びＤの値と、前記計測データ記憶部に記憶された各角速度ω及びその時の前記入力トルクＴの値とを基に、下式に従って、前記各角速度ω及び入力トルクＴに応じた前記パラメータＴｄを算出するパラメータ算出部と、
前記パラメータ算出部によって算出されたパラメータＴｄの値を前記時間又は位置との関係で線図化して表示する表示部と、
前記入力部から入力された更新指令を受けて、その時点での前記パラメータ算出部で用いた前記パラメータＪ，Ｄの値、及び算出されたパラメータＴｄの値で、前記パラメータ記憶部に記憶された各パラメータＪ，Ｄ及びＴｄの値を更新する更新処理部とから構成したことを特徴とする制御パラメータ設定装置。
（数２）
Ｔｄ＝Ｔ−Ｊ（ｄω／ｄｔ）−Ｄω A guide mechanism that guides the movable body in a predetermined axial direction; and a drive mechanism that moves the movable body by the power of a drive motor. A rolling element is provided on at least one of the guide mechanism and the drive mechanism. In the control of the feed device provided, a device for setting a parameter J related to moment of inertia, a parameter D related to viscous friction, and a parameter Td related to rolling friction, which are control parameters for controlling the operation of the drive motor,
A parameter storage unit for storing values of the parameters J, D and Td;
A control unit that reciprocates the moving body in the axial direction so that a diagram expressed by position versus time draws a predetermined trajectory, where T is a torque value input to the drive motor;
An angular velocity measuring unit that measures the angular velocity ω of the drive motor at certain time intervals or at predetermined positions of the moving body;
A measurement data storage unit for storing the value of the angular velocity ω measured by the angular velocity measurement unit and the value of the input torque T input to the drive motor from the control unit at that time;
An input unit for receiving the values of the parameters J and D and an update command from the outside;
Based on the values of the parameters J and D input from the input unit, the angular velocities ω stored in the measurement data storage unit, and the value of the input torque T at that time, the angular velocities ω A parameter calculation unit that calculates the parameter Td according to the input torque T;
A display unit that displays the value of the parameter Td calculated by the parameter calculation unit as a diagram in relation to the time or position;
In response to the update command input from the input unit, the values of the parameters J and D used in the parameter calculation unit at that time and the calculated parameter Td values are stored in the parameter storage unit. A control parameter setting device comprising an update processing unit for updating the values of parameters J, D and Td.
(Equation 2)
Td = T−J (dω / dt) −Dω
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