JP2015018496A

JP2015018496A - Friction compensation device, friction compensation method and servo control device

Info

Publication number: JP2015018496A
Application number: JP2013146644A
Authority: JP
Inventors: 慶佑望月; Keisuke Mochizuki; 真弘後藤; Shinko Goto; 伊智郎粟屋; Ichiro Awaya; 竹内　克佳; Katsuyoshi Takeuchi; 克佳竹内; 博久倉本; Hirohisa Kuramoto
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: JP6214948B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the estimating accuracy of friction.SOLUTION: A friction compensation device 20 is applied to a servo control device of a control object such as a machine tool 100. The friction compensation device 20 includes: a friction estimation part 21 for estimating the frictional force of the control object by using a friction model; and a parameter identification part 22 for identifying a parameter included in the friction model. The parameter identification part 22 includes: a data acquisition part for acquiring actual machine frictional characteristics indicating a relation between the position or speed of the control object and the frictional force; an identification part for identifying a predetermined parameter including a coulomb frictional force and the maximum static frictional force by using the actual machine frictional characteristics; and a parameter adjustment part for inputting the position or speed to the friction model using the identified parameter to calculate frictional characteristics for verification indicating the relation between the position or speed and the frictional force, and for adjusting the coulomb frictional force and the maximum static frictional force such that an error between the frictional characteristics for verification and the actual machine frictional characteristics falls within a predetermined allowable range.

Description

本発明は、摩擦補償装置及び摩擦補償方法並びにサーボ制御装置に関するものである。 The present invention relates to a friction compensation device, a friction compensation method, and a servo control device.

工作機械等の比較的高精度な制御精度が要求される製品では、機械系に内在する非線形摩擦の影響による制御精度の低下を補償する必要がある。
従来、非線形摩擦の補償方法として、摩擦モデルを用いたフィードバックまたはフィードフォワード補償が知られている（たとえば、特許文献１参照）。 In products that require relatively high control accuracy, such as machine tools, it is necessary to compensate for a decrease in control accuracy due to the influence of nonlinear friction inherent in the mechanical system.
Conventionally, feedback or feed-forward compensation using a friction model is known as a nonlinear friction compensation method (see, for example, Patent Document 1).

摩擦特性は、経年変化及び個体差により特性にばらつきがあるため、製品出荷前に、補償用のモデル摩擦パラメータを調整するだけでは、所望の制御精度を維持できないおそれがある。
このような問題に対し、摩擦パラメータのオンライン同定法が検討されている。
従来の摩擦同定方法は、クーロン摩擦、静止摩擦、粘性摩擦からなる古典摩擦モデルを対象としているものがほとんどである（図１３参照）。 Since the friction characteristics vary due to aging and individual differences, there is a possibility that the desired control accuracy cannot be maintained only by adjusting the compensation model friction parameters before product shipment.
To solve this problem, online identification methods for friction parameters are being studied.
Most conventional friction identification methods are intended for a classic friction model composed of Coulomb friction, static friction, and viscous friction (see FIG. 13).

国際公開第２００７／１０５５２７号International Publication No. 2007/105527

しかしながら、例えば、工作機械テーブル面の正弦波駆動における速度反転時の摩擦挙動等は、古典摩擦モデルでは再現できない。例えば、図１４に、古典摩擦モデルに基づく摩擦特性と、実際の摩擦特性とを比較して示す。図１４において、横軸は位置、縦軸は摩擦力、破線で表された特性は、古典摩擦モデルに基づく摩擦特性、実線で表された特性は実際の摩擦特性である。図１４から、実際の摩擦特性は、古典摩擦モデルに基づく摩擦特性と異なることは明らかである。これは、摩擦は、速度に依存するだけではなく、位置にも依存しているためである。 However, for example, the frictional behavior at the time of speed reversal in the sinusoidal drive of the machine tool table surface cannot be reproduced by the classic friction model. For example, FIG. 14 shows a comparison between a friction characteristic based on a classical friction model and an actual friction characteristic. In FIG. 14, the horizontal axis represents the position, the vertical axis represents the friction force, the characteristic represented by the broken line represents the friction characteristic based on the classical friction model, and the characteristic represented by the solid line represents the actual friction characteristic. From FIG. 14, it is clear that the actual friction characteristics are different from the friction characteristics based on the classical friction model. This is because friction is not only dependent on speed but also on position.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、実際の摩擦挙動に近い摩擦モデルを用いて摩擦力を推定することにより、摩擦の推定精度を向上させることのできる摩擦補償装置及び摩擦補償方法並びにサーボ制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a friction compensation device capable of improving the estimation accuracy of friction by estimating the friction force using a friction model close to actual friction behavior It is another object of the present invention to provide a friction compensation method and a servo control device.

本発明の第１態様は、制御対象の位置、姿勢等の制御量を目標値に追従させる制御を行うサーボ制御装置に適用される摩擦補償装置であって、前記制御対象の摩擦力を、摩擦モデルを用いて推定する摩擦推定手段と、前記摩擦モデルに含まれるパラメータを同定するパラメータ同定手段とを備え、前記パラメータ同定手段は、前記制御対象の位置または速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得するデータ取得手段と、前記実機摩擦特性を用いて、クーロン摩擦力及び最大静止摩擦力を含む所定のパラメータを同定する同定手段と、同定した前記パラメータを用いた前記摩擦モデルに、位置または速度を入力することにより、位置または速度と摩擦力との関係を示す検証用摩擦特性を演算し、該検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性との誤差が所定の許容範囲であるか否かを判定し、該誤差が許容範囲内でない場合に、該誤差が許容範囲内となるように、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力を調整するパラメータ調整手段とを備える摩擦補償装置である。 A first aspect of the present invention is a friction compensation device that is applied to a servo control device that performs control for causing a control amount such as a position and orientation of a control target to follow a target value, and the friction force of the control target is applied to a frictional force. A friction estimation means for estimating using a model; and a parameter identification means for identifying a parameter included in the friction model, wherein the parameter identification means indicates a relationship between the position or speed of the control target and a friction force. Data acquisition means for acquiring actual machine friction characteristics, identification means for identifying predetermined parameters including Coulomb friction force and maximum static friction force using the actual machine friction characteristics, and the friction model using the identified parameters By inputting a position or speed, a verification friction characteristic indicating a relationship between the position or speed and the friction force is calculated, and the verification friction characteristic and the actual machine friction characteristic are Parameters for determining whether or not the error is within a predetermined allowable range, and adjusting the Coulomb friction force and the maximum static friction force so that the error is within the allowable range when the error is not within the allowable range It is a friction compensation apparatus provided with an adjustment means.

本態様によれば、位置又は速度と摩擦力とを関連付けた実機摩擦特性を取得し、この実機摩擦特性から摩擦モデルのパラメータを同定するので、古典摩擦モデルよりも詳細な、かつ、動的な摩擦モデルを構築することができる。これにより、経年劣化による制御対象の特性変化や周囲環境などに応じて、摩擦モデルを動的に適応させることが可能となり、摩擦の影響による精度低下を抑制することができる。 According to this aspect, since the actual machine friction characteristic in which the position or velocity and the friction force are associated is acquired, and the parameter of the friction model is identified from the actual machine friction characteristic, more detailed and dynamic than the classic friction model is obtained. A friction model can be constructed. As a result, the friction model can be dynamically adapted in accordance with a change in the characteristics of the control target due to deterioration over time, the surrounding environment, and the like, and a reduction in accuracy due to the influence of friction can be suppressed.

上記摩擦補償装置において、前記実機摩擦特性は、ヒステリシスループとして表され、前記パラメータ調整手段は、前記同定手段によって同定されたクーロン摩擦力を前記検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性のヒステリシスの振幅比で除算することにより、クーロン摩擦力を調整することとしてもよい。 In the above friction compensator, the actual machine friction characteristic is represented as a hysteresis loop, and the parameter adjusting means uses the Coulomb friction force identified by the identification means as the amplitude ratio of the hysteresis between the verification friction characteristic and the actual machine friction characteristic. The coulomb friction force may be adjusted by dividing by.

これにより、検証用摩擦特性を実機摩擦特性に効率的に近づけることが可能となる。 As a result, the verification friction characteristic can be efficiently brought close to the actual machine friction characteristic.

上記摩擦補償装置において、前記データ取得手段は、前記制御対象の逆モデルに位置または速度を入力することにより、外乱成分を含むトルクを算出する第１トルク演算手段と、操作量−トルク換算モデルを用いて、操作量からトルクを算出する第２トルク演算手段と、前記第１トルク演算手段によって算出されたトルクから前記第２トルク演算手段によって算出されたトルクを差し引くことにより、摩擦力を演算する摩擦力演算手段とを具備することとしてもよい。 In the friction compensation apparatus, the data acquisition unit includes a first torque calculation unit that calculates a torque including a disturbance component by inputting a position or speed to the inverse model of the control target, and an operation amount-torque conversion model. And calculating a frictional force by subtracting the torque calculated by the second torque calculating means from the second torque calculating means for calculating the torque from the operation amount and the torque calculated by the first torque calculating means. It is good also as providing a frictional force calculating means.

このような構成を備えることにより、制御対象の運転中、停止中を問わず、所望のタイミングで実機摩擦特性を得ることができる。これにより、制御対象の運転中、停止中を問わず、摩擦モデルのパラメータの同定を行うことが可能となる。 By providing such a configuration, the actual machine friction characteristics can be obtained at a desired timing regardless of whether the controlled object is operating or stopped. As a result, it is possible to identify the parameters of the friction model regardless of whether the control target is operating or stopped.

上記摩擦補償装置において、前記同定手段は、前記実機摩擦特性の速度反転時における摩擦力からクーロン摩擦力を同定する第１摩擦力同定手段と、前記第１摩擦力同定手段によって同定されたクーロン摩擦力から最大静止摩擦力を同定する第２摩擦力同定手段と、ヒステリシスループとして表された前記実機摩擦特性におけるヒステリシスの立ち上がり特性を直線近似し、該直線近似されたヒステリシス特性から、前記所定のパラメータのうち、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力以外のパラメータを同定する要素同定手段とを具備することとしてもよい。 In the above friction compensator, the identification unit includes a first frictional force identification unit that identifies a Coulomb frictional force from a frictional force at the time of speed reversal of the actual machine friction characteristic, and a Coulomb friction identified by the first frictional force identification unit. A second frictional force identifying means for identifying the maximum static frictional force from the force; and a rising characteristic of hysteresis in the actual machine frictional characteristic represented as a hysteresis loop is linearly approximated, and the predetermined parameter is determined from the linearly approximated hysteresis characteristic. Among these, an element identifying means for identifying a parameter other than the Coulomb friction force and the maximum static friction force may be provided.

本発明の第２態様は、上記の摩擦補償装置を備えるサーボ制御装置である。 A second aspect of the present invention is a servo control device including the above friction compensation device.

本発明の第３態様は、制御対象の位置、姿勢等の制御量を目標値に追従させる制御を行うサーボ制御に適用される摩擦補償方法であって、前記制御対象の摩擦力を、摩擦モデルを用いて推定する摩擦推定過程と、前記摩擦モデルに含まれるパラメータを同定するパラメータ同定過程とを有し、前記パラメータ同定過程は、前記制御対象の位置または速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得するデータ取得過程と、前記実機摩擦特性を用いて、クーロン摩擦力及び最大静止摩擦力を含む所定のパラメータを同定する同定過程と、同定した前記パラメータを用いた前記摩擦モデルに、位置または速度を入力することにより、位置または速度と摩擦力との関係を示す検証用摩擦特性を演算し、該検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性との誤差が所定の許容範囲であるか否かを判定し、該誤差が許容範囲内でない場合に、該誤差が許容範囲内となるように、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力を調整するパラメータ調整過程とを有する摩擦補償方法である。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a friction compensation method applied to servo control that performs control for causing a control amount such as a position and orientation of a control target to follow a target value, wherein the friction force of the control target is expressed as a friction model. And a parameter identification process for identifying a parameter included in the friction model, and the parameter identification process showed the relationship between the position or speed of the controlled object and the frictional force. Data acquisition process for acquiring actual machine friction characteristics, identification process for identifying predetermined parameters including Coulomb friction force and maximum static friction force using the actual machine friction characteristics, and the friction model using the identified parameters By inputting the position or speed, a verification friction characteristic indicating the relationship between the position or speed and the friction force is calculated, and the error between the verification friction characteristic and the actual machine friction characteristic is calculated. Parameter adjustment that adjusts the Coulomb friction force and the maximum static friction force so that the error falls within the allowable range when the error is not within the allowable range And a friction compensation method.

本発明によれば、摩擦の推定精度を向上させることができ、これにより、摩擦の影響による制御誤差を低減させることができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to improve the estimation accuracy of friction, thereby reducing the control error due to the influence of friction.

本発明の一実施形態に係る工作機械のサーボ制御装置の一構成例を示した図である。It is the figure which showed one structural example of the servo control apparatus of the machine tool which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る摩擦補償装置の概略構成を示した図である。It is the figure which showed schematic structure of the friction compensation apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図２に示したデータ取得部の一構成例を示した図である。It is the figure which showed one structural example of the data acquisition part shown in FIG. 実機摩擦特性の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the actual machine friction characteristic. 図２に示した同定部の一構成例を示した図である。It is the figure which showed one structural example of the identification part shown in FIG. クーロン摩擦力の同定について説明するための図である。It is a figure for demonstrating identification of a Coulomb friction force. 各要素の最大摩擦力及び各要素のばね定数の演算手順について説明するための図でる。It is a figure for demonstrating the calculation procedure of the maximum frictional force of each element, and the spring constant of each element. 各要素の最大摩擦力及び各要素のばね定数の演算手順について説明するための図でる。It is a figure for demonstrating the calculation procedure of the maximum frictional force of each element, and the spring constant of each element. 各要素の最大摩擦力及び各要素のばね定数の演算手順について説明するための図でる。It is a figure for demonstrating the calculation procedure of the maximum frictional force of each element, and the spring constant of each element. 同定パラメータの調整手法について説明するための図であるIt is a figure for demonstrating the adjustment method of an identification parameter. 同定部によるパラメータ同定の手順について説明するためのフローチャートを示した図である。It is the figure which showed the flowchart for demonstrating the procedure of the parameter identification by an identification part. 工作機械において、摩擦の影響によって生ずる加工軌道の誤差の一例について示した図である。It is the figure shown about an example of the error of the processing track which arises by the influence of friction in a machine tool. 古典摩擦モデルの特性を示した図である。It is the figure which showed the characteristic of the classic friction model. 古典摩擦モデルに基づく摩擦特性と、実際の摩擦特性とを比較して示した図である。It is the figure which compared and showed the friction characteristic based on a classic friction model, and an actual friction characteristic.

以下に、金型等を加工する工作機械のサーボ制御装置に、本発明の摩擦補償装置及び摩擦補償方法を適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment in which a friction compensation device and a friction compensation method of the present invention are applied to a servo control device of a machine tool for machining a mold or the like will be described with reference to the drawings.

例えば、工作機械では、軌道追従制御が要求されることが多く、また、単軸だけでなく、ｘｙｚ等の複数の軸を同時に制御することも少なくない。一般的に、工作機械の駆動系には、ボールねじやリニアガイドの駆動系が採用される。これら駆動系等に内在する非線形摩擦特性により、加工軌跡が劣化することがある。 For example, in a machine tool, trajectory tracking control is often required, and not only a single axis but also a plurality of axes such as xyz are often controlled simultaneously. Generally, a drive system of a ball screw or a linear guide is adopted as a drive system of a machine tool. The machining trajectory may be deteriorated due to the nonlinear frictional characteristics inherent in these drive systems and the like.

例えば、２つの軸を、一方の軸を正弦波、他方の軸を余弦波で動作させると円弧を描くことができ、この円弧を描く制御は、工作機械の制御性を検証する上でよく用いられる。この加工では、図１２に示すように、摩擦の影響を受け、一方の軸運動の速度が反転する速度反転時（象限切り換え）において、加工軌跡（図中の実線）が目標軌跡（図中の破線）からずれる象限突起が発生する。これは、速度反転時に、速度が微小、０、微小（符号反転）と変化することで、摩擦の挙動が非線形な領域を遷移しているためである。 For example, if two axes are operated with a sine wave on one axis and a cosine wave on the other axis, an arc can be drawn, and this arc drawing control is often used to verify the controllability of machine tools. It is done. In this machining, as shown in FIG. 12, at the time of speed reversal (quadrant switching) where the speed of one of the axial motions is reversed due to the influence of friction, the machining trajectory (solid line in the figure) becomes the target trajectory (in the figure). Quadrant protrusions that deviate from the broken line are generated. This is because at the time of speed reversal, the speed changes from minute to zero, minute (sign inversion), and the frictional behavior changes in a non-linear region.

金型加工等においては、曲面加工も多いため、軸運動の速度反転が頻繁に発生する。速度反転時に象限突起が発生すると、加工面に筋目が残るため、金型の精度が劣化してしまうおそれがある。また、非線形摩擦の挙動は、温度や湿度、加工物の重量等によっても変動する。
本実施形態に係る摩擦補償装置及び方法は、例えば、上記の如き、工作機械における摩擦による制御誤差を低減するために、工作機械のサーボ制御装置内に組み込まれるものである。 In mold processing and the like, since there are many curved surface processing, the speed reversal of the axial motion frequently occurs. If quadrant protrusions are generated at the time of speed reversal, streaks remain on the processed surface, which may degrade the accuracy of the mold. Further, the behavior of nonlinear friction varies depending on temperature, humidity, the weight of the workpiece, and the like.
The friction compensation device and method according to the present embodiment are incorporated in a servo control device of a machine tool in order to reduce a control error due to friction in the machine tool as described above, for example.

図１は、上述した工作機械のサーボ制御装置の一構成例を示した図である。図１に示すように、サーボ制御装置は、例えば、位置のフィードバック系１１、速度のフィードバック系１２、及びフィードフォワード補償器１３を備える制御系であり、更に、摩擦の影響による制御誤差を補償するための摩擦補償装置２０を主な構成として有している。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the above-described servo control device for a machine tool. As shown in FIG. 1, the servo control device is a control system including, for example, a position feedback system 11, a speed feedback system 12, and a feedforward compensator 13, and further compensates for a control error due to the influence of friction. Therefore, the main component of the friction compensation device 20 is as follows.

摩擦補償装置２０は、摩擦モデルを用いて、制御対象である工作機械１００に内在する摩擦力を推定する摩擦推定部２１、及び摩擦推定部２１で用いられる摩擦モデルに含まれる所定のパラメータを同定するパラメータ同定部２２を備えている。 The friction compensator 20 uses a friction model to identify a friction estimation unit 21 that estimates a friction force inherent in the machine tool 100 that is a control target, and a predetermined parameter included in the friction model used in the friction estimation unit 21. The parameter identification unit 22 is provided.

摩擦推定部２１は、例えば、以下の（１）式から（４）式に示される摩擦モデルを用いて、摩擦力Ｆを推定する。 The friction estimation unit 21 estimates the friction force F using, for example, a friction model expressed by the following equations (1) to (4).

上記（１）式から（４）式において、Ｆは摩擦力、Ｆｉは各要素の摩擦力、ｖは速度、ｇ（ｖ）はストライベック曲線、σは潤滑油の粘性係数、Ｎは要素の数、ｋｉは各要素のばね定数、αｉは各要素の最大摩擦力の比率、Ｆｃはクーロン摩擦力、Ｆｓは最大静止摩擦力、Ｃはストライベック効果、ｖｓはストライベック速度である。 In the above equations (1) to (4), F is the friction force, Fi is the friction force of each element, v is the speed, g (v) is the Stribeck curve, σ is the viscosity coefficient of the lubricating oil, and N is the element Number, ki is the spring constant of each element, αi is the ratio of the maximum frictional force of each element, Fc is the Coulomb frictional force, Fs is the maximum static frictional force, C is the Stribeck effect, and vs is the Stribeck speed.

上記（１）式から（４）式に含まれる各種パラメータのうち、各要素のばね定数ｋｉ、各要素の最大摩擦力の比率αｉ、クーロン摩擦力Ｆｃ、及び最大静止摩擦力Ｆｓが、パラメータ同定部２２により同定される。
パラメータ同定部２２は、図２に示すように、データ取得部３１、同定部３２、及びパラメータ調整部３３を主な構成として備えている。 Of the various parameters included in the above equations (1) to (4), the spring constant ki of each element, the ratio αi of the maximum frictional force of each element, the Coulomb frictional force Fc, and the maximum static frictional force Fs are parameter identifications. Identified by part 22.
As shown in FIG. 2, the parameter identification unit 22 includes a data acquisition unit 31, an identification unit 32, and a parameter adjustment unit 33 as main components.

データ取得部３１は、工作機械の位置又は速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得する。本実施形態では、工作機械の位置と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を得るものとして説明するが、位置に代えて速度を採用してもよい。
図３に、データ取得部３１の一構成例を示す。データ取得部３１は、図３に示すように、制御対象（工作機械１００）の逆モデル５１に位置を入力することにより、外乱成分を含むトルクを算出する第１トルク演算部４１と、操作量（例えば、電流指令）−トルク換算モデル６１を用いて、操作量からトルクを算出する第２トルク演算部４２と、第１トルク演算部４１によって算出されたトルクから第２トルク演算部４２によって算出されたトルクを差し引くことにより、摩擦力を演算する摩擦力演算部４３とを主な構成として備えている。 The data acquisition unit 31 acquires the actual machine friction characteristic indicating the relationship between the position or speed of the machine tool and the frictional force. In the present embodiment, description will be made assuming that the actual machine friction characteristic indicating the relationship between the position of the machine tool and the frictional force is obtained, but speed may be adopted instead of the position.
FIG. 3 shows a configuration example of the data acquisition unit 31. As shown in FIG. 3, the data acquisition unit 31 inputs a position to the inverse model 51 of the control target (machine tool 100), thereby calculating a torque including a disturbance component, and an operation amount. (E.g., current command) -torque conversion model 61 is used to calculate the torque from the manipulated variable, and the second torque calculator 42 calculates the torque calculated by the first torque calculator 41. A frictional force calculation unit 43 that calculates the frictional force by subtracting the torque that has been generated is provided as a main component.

ここで、第１トルク演算部４１において用いられる制御対象の逆モデル５１は、微分要素を含むことから、逆モデル５１から出力されたトルクは、プロパー化を行うためのフィルタ５２を経由して摩擦力演算部４３に出力される。また、第１トルク演算部４１から出力されるトルクと整合性を保つため、第２トルク演算部４２においても、操作量−トルク換算モデル６１から出力されたトルクは、プロパー化のためのフィルタ６２を通じて摩擦力演算部４３に出力される。プロパー化のためのフィルタ５２、６２は、いずれもローパスフィルタ特性を有するものである。 Here, since the inverse model 51 to be controlled used in the first torque calculation unit 41 includes a differential element, the torque output from the inverse model 51 is rubbed through the filter 52 for performing properization. It is output to the force calculation unit 43. Further, in order to maintain consistency with the torque output from the first torque calculator 41, the torque output from the manipulated variable-torque conversion model 61 is also converted to a proper filter 62 in the second torque calculator 42. Is output to the frictional force calculation unit 43. The proper filters 52 and 62 have low-pass filter characteristics.

図４に、データ取得部３１によって得られる実機摩擦特性の一例を示す。図４において、横軸は位置［ｍｍ］、縦軸は摩擦力［Ｎｍ］を示している。また、例えば、摩擦力に相当するパラメータとして電流指令［％］を用いることとしてもよい。図４に示されるように、実機摩擦特性は、一般的にヒステリシスループとして表される。 FIG. 4 shows an example of actual machine friction characteristics obtained by the data acquisition unit 31. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the position [mm], and the vertical axis indicates the frictional force [Nm]. Further, for example, the current command [%] may be used as a parameter corresponding to the frictional force. As shown in FIG. 4, the actual machine friction characteristic is generally expressed as a hysteresis loop.

同定部３２は、データ取得部３１によって得られた実機摩擦特性を用いて、上述の各要素のばね定数ｋｉ、各要素の最大摩擦力の比率αｉ、クーロン摩擦力Ｆｃ、及び最大静止摩擦力Ｆｓを同定する。 The identification unit 32 uses the actual machine friction characteristics obtained by the data acquisition unit 31 to use the spring constant ki of each element, the maximum frictional force ratio αi of each element, the Coulomb frictional force Fc, and the maximum static frictional force Fs. Is identified.

具体的には、同定部３２は、図５に示すように、第１摩擦同定部７１と、第２摩擦同定部７２と、要素同定部７３とを備える。
第１摩擦同定部７１は、ヒステリシスループとして表された実機摩擦特性の速度反転時における摩擦力からクーロン摩擦力を同定する。図６に示すように、速度反転時は、ヒステリシスループとして表された実機摩擦特性における左下点Ｐ１及び右上点Ｐ２に相当する。第１摩擦同定部７１は、この左下点Ｐ１の摩擦力Ｆ_Ｐ１と右上点Ｐ２の摩擦力Ｆ_Ｐ２の平均値（=（Ｆ_Ｐ２−Ｆ_Ｐ１）／２）をクーロン摩擦力Ｆｃとして特定する。
第２摩擦同定部７２は、クーロン摩擦力Ｆｃに、事前に設定されている１以上の係数を乗じることにより、最大静止摩擦力Ｆｓを算出する。 Specifically, as shown in FIG. 5, the identification unit 32 includes a first friction identification unit 71, a second friction identification unit 72, and an element identification unit 73.
The first friction identification unit 71 identifies the Coulomb friction force from the friction force at the time of speed reversal of the actual machine friction characteristic represented as a hysteresis loop. As shown in FIG. 6, at the time of speed reversal, it corresponds to the lower left point P1 and the upper right point P2 in the actual machine friction characteristic represented as a hysteresis loop. First friction identifying unit 71 identifies the average value of the frictional force _{F P2} of the frictional force _{F P1} and upper right point P2 of the lower left point P1 a _{_{(= (F P2 -F P1)}} / 2) as Coulomb friction Fc.
The second friction identification unit 72 calculates the maximum static friction force Fs by multiplying the Coulomb friction force Fc by one or more coefficients set in advance.

要素同定部７３は、実機摩擦特性のヒステリシスの立ち上がり特性を直線近似し、近似直線から各要素のばね定数ｋｉ及び各要素の最大摩擦力の比率αｉを算出する。具体的には、図７に示すように、クーロン摩擦力−Ｆｃと＋Ｆｃとの間を予め設定されている所定の分割数Ｎ（例えば、初期値Ｎ＝５）で等分する。次に、各区間（要素）において、ヒステリシス特性を直線近似することにより、各区間における傾きＫｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を算出する。ここで、各区間におけるヒステリシスから直接的な直線近似が困難な場合には、まず直線近似するヒステリシスを切り出してから、その切り出し部分を、位置を変数とする多項式（例えば、４次多項式）に近似し、更に、この近似式を１次式に近似することとしてもよい。
次に、同じ傾きを持つ区間を１つの区間に統合する。例えば、図７において、第１区間の傾きＫ１と、第２区間の傾きＫ２とが同一であった場合には、第１区間と第２区間とを統合する。このように、区間の統合を行うことにより、区間数を削減でき、後の演算処理を簡素化することができる。 The element identification unit 73 linearly approximates the rising characteristic of the hysteresis of the actual machine friction characteristic, and calculates the spring constant ki of each element and the ratio αi of the maximum frictional force of each element from the approximate line. Specifically, as shown in FIG. 7, the coulomb friction force −Fc and + Fc are equally divided by a predetermined division number N (for example, initial value N = 5). Next, the slope Ki (i = 1 to N) in each section is calculated by linearly approximating the hysteresis characteristics in each section (element). Here, when direct linear approximation is difficult from the hysteresis in each section, first, the hysteresis to be linearly approximated is cut out, and then the cut-out portion is approximated to a polynomial whose position is a variable (for example, a fourth-order polynomial). Furthermore, this approximate expression may be approximated to a linear expression.
Next, the sections having the same slope are integrated into one section. For example, in FIG. 7, when the slope K1 of the first section and the slope K2 of the second section are the same, the first section and the second section are integrated. In this way, by integrating the sections, the number of sections can be reduced, and the subsequent arithmetic processing can be simplified.

このような区間統合が行われた後のヒステリシス特性を図８に示す。図８に示すように、第１区間と第２区間とが統合されることにより、分割数Ｎ＝４に変更され、それぞれの区間における傾きＫ１〜Ｋ４が算出される。
続いて、各区間（要素）における最大摩擦力の比率αｉ（ｉ＝１〜Ｎ，αｉ＜１）を算出する。ここで、αｉは、最大摩擦力の比率なので、αｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の和が１となるように、αｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を設定する。本実施形態では、以下のように、設定される。
α１＝０．４
α２＝α３＝α４＝０．２ FIG. 8 shows the hysteresis characteristic after such section integration is performed. As shown in FIG. 8, by integrating the first section and the second section, the number of divisions is changed to N = 4, and the slopes K1 to K4 in each section are calculated.
Subsequently, the maximum frictional force ratio αi (i = 1 to N, αi <1) in each section (element) is calculated. Here, since αi is the ratio of the maximum frictional force, αi (i = 1 to N) is set so that the sum of αi (i = 1 to N) is 1. In the present embodiment, it is set as follows.
α1 = 0.4
α2 = α3 = α4 = 0.2

次に、各区間における線形直線近似の傾きＫｉ（ｉ＝１〜Ｎ）及び各区間における最大摩擦力の比率αｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を用いて、各区間におけるばね定数ｋｉを算出する。ばね定数ｋｉは、以下の（７）式、（８）式で与えられる。 Next, the spring constant ki in each section is calculated using the slope Ki (i = 1 to N) of the linear linear approximation in each section and the maximum frictional force ratio αi (i = 1 to N) in each section. The spring constant ki is given by the following equations (7) and (8).

すなわち、本実施形態におけるばね定数ｋ１〜ｋ４は、以下の通りとなる。
ｋ４＝Ｋ４
ｋ３＝Ｋ３−ｋ４
ｋ２＝Ｋ２−（ｋ３＋ｋ４）
ｋ１＝Ｋ１−（ｋ２＋ｋ３＋ｋ４） That is, the spring constants k1 to k4 in the present embodiment are as follows.
k4 = K4
k3 = K3-k4
k2 = K2- (k3 + k4)
k1 = K1- (k2 + k3 + k4)

ここで、図９に、ばね定数ｋｉの概念について示す。図９では、説明の便宜上、各区間における最大摩擦力αｉの値がそれぞれ異なるものとして示している。
図９に示すように、位置ｘが０＜ｘ≦ｘ_１の範囲では、第１区間から第４区間におけるばね定数ｋ１〜ｋ４の成分の重ね合わせにより傾きＫ１が生成されていると考え、位置ｘがｘ_１＜ｘ≦ｘ_２の範囲では、第２区間から第４区間におけるばね定数ｋ２〜ｋ４の成分の重ね合わせにより傾きＫ２が生成されている、ｘ_２＜ｘ≦ｘ_３の範囲では、第３区間から第４区間におけるばね定数ｋ３〜ｋ４の成分の重ね合わせにより傾きＫ３が生成されていると考え、ｘ_３＜ｘ≦ｘ_４の範囲では、第４区間におけるばね定数ｋ４の成分のみにより傾きＫ４が生成されていると考える。 Here, FIG. 9 shows the concept of the spring constant ki. In FIG. 9, for convenience of explanation, the value of the maximum frictional force αi in each section is shown as being different.
As shown in FIG. 9, the range position x is 0 <x ≦ x _1, consider the inclination K1 is generated from the first section by superposition of the components of the spring constant k1~k4 in the fourth section, the position When x is in the range of x ₁ <x ≦ x ₂ , the slope K2 is generated by superimposing the components of the spring constants k2 to k4 in the second interval to the fourth interval. In the range of x ₂ <x ≦ x ₃ , considered inclination K3 is generated from the third section by superposition of the components of the spring constant k3~k4 in the fourth period, the range of x 3 _<x ≦ x _4, components of the spring constant k4 in the fourth section It is assumed that the slope K4 is generated only by the above.

このようにして、各区間（要素）のばね定数ｋｉ、各区間（要素）の最大摩擦力の比率αｉ、クーロン摩擦力Ｆｃ、及び最大静止摩擦力Ｆｓが同定されることとなる。 In this way, the spring constant ki of each section (element), the maximum frictional force ratio αi of each section (element), the Coulomb friction force Fc, and the maximum static friction force Fs are identified.

パラメータ調整部３３は、同定部３２によって同定されたクーロン摩擦力Ｆｃ、最大静止摩擦力Ｆｓ、各要素のばね定数ｋｉ、各区間（要素）の最大摩擦力の比率αｉを、（１）式から（４）式で与えられる摩擦モデルに採用し、この摩擦モデルに速度を入力することにより、位置（速度の積分値）と摩擦力の関係を示す検証用摩擦特性を演算する。続いて、検証用摩擦特性と、実機摩擦特性との誤差を算出し、この誤差が許容範囲内である場合には、同定部３２によって同定された上記の各種パラメータを摩擦推定部２１に出力する。具体的には、パラメータ調整部３３は、各位置における検証用摩擦特性の摩擦力と実機摩擦特性の摩擦力との比率を算出し、この比率の平均値が許容範囲内（例えば、１．０５以下）であれば、許容範囲内であると判定する。 The parameter adjustment unit 33 calculates the Coulomb friction force Fc, the maximum static friction force Fs, the spring constant ki of each element, and the ratio αi of the maximum friction force of each section (element) identified by the identification unit 32 from the equation (1). Employed in the friction model given by equation (4) and inputting the speed into this friction model, the verification friction characteristic indicating the relationship between the position (integrated value of the speed) and the frictional force is calculated. Subsequently, an error between the verification friction characteristic and the actual machine friction characteristic is calculated, and when the error is within an allowable range, the various parameters identified by the identification unit 32 are output to the friction estimation unit 21. . Specifically, the parameter adjustment unit 33 calculates the ratio between the friction force of the verification friction characteristic and the friction force of the actual machine friction characteristic at each position, and the average value of the ratio is within an allowable range (for example, 1.05). Or less), it is determined to be within the allowable range.

これに対し、誤差が許容範囲内でなかった場合には、同定部３２によって同定されたクーロン摩擦力Ｆｃを補正するとともに、補正後のクーロン摩擦力Ｆｃに基づいて最大静止摩擦力Ｆｓを補正し、補正後のクーロン摩擦力Ｆｃ及び最大静止摩擦力Ｆｓを摩擦モデルに用いることにより、検証用摩擦特性を再度演算し、この検証用摩擦特性と実機摩擦特性とを再度比較する（図１０参照）。そして、この誤差が許容範囲内となるまで、上述のクーロン摩擦力Ｆｃの値を繰り返し調整する。このように、パラメータの調整は、クーロン摩擦力Ｆｃ及び最大静止摩擦力Ｆｓのみとし、各要素のばね定数ｋｉ及び各要素の最大摩擦力の比率αｉについては、同定部３２によって同定された値を採用するので、パラメータ調整を効率的に行うことが可能となる。 On the other hand, when the error is not within the allowable range, the Coulomb friction force Fc identified by the identification unit 32 is corrected, and the maximum static friction force Fs is corrected based on the corrected Coulomb friction force Fc. Then, by using the corrected Coulomb friction force Fc and the maximum static friction force Fs in the friction model, the verification friction characteristic is calculated again, and the verification friction characteristic and the actual machine friction characteristic are compared again (see FIG. 10). . Then, the value of the above-described Coulomb friction force Fc is repeatedly adjusted until this error falls within the allowable range. Thus, the parameters are adjusted only for the Coulomb friction force Fc and the maximum static friction force Fs, and the values identified by the identification unit 32 are used for the spring constant ki of each element and the ratio αi of the maximum friction force of each element. Since it is employed, parameter adjustment can be performed efficiently.

次に、上述した摩擦補償装置２０を備えるサーボ制御装置における作動について図１を参照して説明する。
例えば、通常制御時においては、制御対象の位置及び速度が検出され、検出された位置信号と速度信号の情報とが位置・速度フィードバック系１１、１２にフィードバックされ、更にフィードフォワード補償器１３を用いることにより、実位置を位置指令に追従させるための電流指令ｉ^＊が生成される。
なお、上記のように、実速度を検出せずに、検出した位置信号を微分（近似微分）することにより、速度信号を演算により求め、この速度信号を制御に用いることとしてもよい。 Next, the operation of the servo control device including the above-described friction compensation device 20 will be described with reference to FIG.
For example, during normal control, the position and speed of the object to be controlled are detected, and the detected position signal and speed signal information are fed back to the position / speed feedback systems 11 and 12, and the feedforward compensator 13 is used. Thus, a current command i ^* for causing the actual position to follow the position command is generated.
Note that, as described above, the speed signal may be obtained by calculation by differentiating (approximate differentiation) the detected position signal without detecting the actual speed, and this speed signal may be used for control.

速度信号は、摩擦補償装置２０に入力され、この速度信号が摩擦推定部２１の摩擦モデルに入力されることにより、摩擦力Ｆが推定される。推定した摩擦力Ｆは、電流指令換算部１４において電流指令に換算され、電流補償指令ｉ_ｄｉｓとして出力される。この電流補償指令ｉ_ｄｉｓが、位置・速度フィードバック系によって生成された電流指令値ｉ^＊から差し引かれることにより、電流指令ｉ^＊が補正され、補正後の電流指令ｉ_Ｃ ^＊が、ドライバ類９０に入力される。ドライバ類９０が電流指令ｉ_Ｃ ^＊に応じて制御されることにより、工作機械１００の位置・速度制御が行われ、目標軌跡に沿った工作機械１００による加工が可能となる。 The speed signal is input to the friction compensator 20, and the speed signal is input to the friction model of the friction estimation unit 21, whereby the friction force F is estimated. The estimated frictional force F is converted into a current command in the current command conversion unit 14 and output as a current compensation command i _dis . This current compensation command i _dis is subtracted from the current command value i ^* generated by the position / velocity feedback system, whereby the current command i ^* is corrected, and the corrected current command i _C ^* is sent to the drivers 90. Entered. By controlling the drivers 90 in accordance with the current command i _C ^* , position / speed control of the machine tool 100 is performed, and machining by the machine tool 100 along the target locus becomes possible.

このような通常制御が行われているとき、或いは、工作機械１００の運転停止時において、パラメータ同定の指示が入力されると、パラメータ同定部２２によるパラメータ同定が行われる。パラメータ同定のタイミングは、工作機械１００の毎回の起動時に行うこととしてもよいし、数週間単位、数か月単位など所定の時間間隔で行うこととしてもよい。また、作業員がパラメータ同定を指示するボタンなどの入力装置を操作したときに行われることとしてもよいし、工作機械の運転中に逐次行われることとしてもよい。このように、パラメータ同定のタイミングについては、特に限定されない。 When such normal control is performed or when a parameter identification instruction is input when the operation of the machine tool 100 is stopped, the parameter identification unit 22 performs parameter identification. The parameter identification timing may be performed every time the machine tool 100 is started, or may be performed at predetermined time intervals such as several weeks or months. Further, it may be performed when an operator operates an input device such as a button for instructing parameter identification, or may be performed sequentially during operation of the machine tool. Thus, the parameter identification timing is not particularly limited.

パラメータ同定の際には、工作機械１００の位置信号及び速度信号及び電流指令ｉ_Ｃ ^＊がパラメータ同定部２２に入力される。パラメータ同定部２２のデータ取得部３１（図２参照）は、これらの情報から実機摩擦特性を取得し、実機摩擦特性を同定部３２に出力する（図１１のステップＳＡ１）。同定部３２は、実機摩擦特性からクーロン摩擦力Ｆｃ、最大静止摩擦力Ｆｓを特定し（図１１のステップＳＡ２）、更に、ヒステリシスループの直線近似により、各要素の最大摩擦力の比率αｉ及び各要素のばね定数ｋｉを決定し（図１１のステップＳＡ３、ＳＡ４）、これらの同定パラメータをパラメータ調整部３３に出力する。 At the time of parameter identification, the position signal, speed signal, and current command i _C ^* of the machine tool 100 are input to the parameter identification unit 22. The data acquisition unit 31 (see FIG. 2) of the parameter identification unit 22 acquires the actual machine friction characteristics from these pieces of information, and outputs the actual machine friction characteristics to the identification unit 32 (step SA1 in FIG. 11). The identification unit 32 specifies the Coulomb friction force Fc and the maximum static friction force Fs from the actual machine friction characteristics (step SA2 in FIG. 11), and further, by linear approximation of the hysteresis loop, the ratio of the maximum friction force αi of each element and each The spring constant ki of the element is determined (steps SA3 and SA4 in FIG. 11), and these identification parameters are output to the parameter adjustment unit 33.

パラメータ調整部３３は、同定部３２からの同定パラメータを摩擦モデルに採用し、この摩擦モデルに実機に対応する速度を入力することにより、位置と摩擦力の関係を示す検証用摩擦特性を演算する（図１１のステップＳＡ５）。続いて、検証用摩擦特性と、実機摩擦特性との誤差を算出し、この誤差が許容範囲内となるまで（図１１のステップＳＡ６）、クーロン摩擦力Ｆｃ及び最大静止摩擦力Ｆｓを調整し（図１１のステップＳＡ７）、誤差が許容範囲内となったときの同定パラメータを摩擦推定部２１に出力する。
これにより、摩擦推定部２１においては、最新の同定パラメータを用いた摩擦力の推定が行われることとなる。 The parameter adjustment unit 33 employs the identification parameter from the identification unit 32 in the friction model, and inputs a speed corresponding to the actual machine to the friction model, thereby calculating a verification friction characteristic indicating the relationship between the position and the friction force. (Step SA5 in FIG. 11). Subsequently, an error between the verification friction characteristic and the actual machine friction characteristic is calculated, and the Coulomb friction force Fc and the maximum static friction force Fs are adjusted until the error falls within the allowable range (step SA6 in FIG. 11) ( In step SA7 in FIG. 11, the identification parameter when the error falls within the allowable range is output to the friction estimation unit 21.
As a result, the friction estimation unit 21 estimates the frictional force using the latest identification parameter.

以上、説明してきたように、本実施形態に係る摩擦補償装置２０及び摩擦補償方法並びにサーボ制御装置によれば、位置又は速度と摩擦力とを関連付けたヒステリシスループで表される実機摩擦特性を取得し、この実機摩擦特性から摩擦モデルのパラメータを同定するので、古典摩擦モデルよりも詳細な、かつ、動的な摩擦モデルを構築することができる。これにより、経年劣化による制御対象の特性変化や周囲環境などに応じて、摩擦モデルを動的に適応させることができ、摩擦の影響による制御精度の低下を抑制することができる。 As described above, according to the friction compensation device 20, the friction compensation method, and the servo control device according to the present embodiment, an actual machine friction characteristic represented by a hysteresis loop in which a position or speed and a friction force are associated is acquired. Since the parameters of the friction model are identified from the actual machine friction characteristics, a more detailed and dynamic friction model than the classical friction model can be constructed. As a result, the friction model can be dynamically adapted according to a change in the characteristics of the controlled object due to deterioration over time, the surrounding environment, and the like, and a reduction in control accuracy due to the influence of friction can be suppressed.

なお、本発明の摩擦補償装置２０が適用されるサーボ制御装置の構成については、図１の構成に限られず、位置、姿勢制御が行われる制御対象のサーボ制御装置に対して、広く適用することが可能である。
また、本実施形態では、工作機械１００を制御対象としたが、制御対象はこれに限られず、ロケットなどの飛昇体、船舶や水中航走体、射出成型機、油圧バルブ、半導体製造装置など、その位置、姿勢（例えば、ピッチ角、ロール角、ヨー角）などが目標値に追従するように制御される機械であればよい。
たとえば、飛昇体では、燃料を噴射する飛翔ノズルにおける摩擦力が問題となる。例えば、ノズルは、モータの回転駆動力を、ボールねじ等を介して直動系に変換し、直動アクチュエータを用いて角度制御される。このため、駆動系に非線形摩擦を有することとなる。このような摩擦による制御誤差を低減する目的で、本発明の摩擦補償装置が採用される。 The configuration of the servo control device to which the friction compensation device 20 of the present invention is applied is not limited to the configuration shown in FIG. 1, and is widely applied to the servo control device to be controlled in which position and orientation control is performed. Is possible.
Further, in the present embodiment, the machine tool 100 is a control target, but the control target is not limited to this, a flying object such as a rocket, a ship or an underwater vehicle, an injection molding machine, a hydraulic valve, a semiconductor manufacturing apparatus, etc. Any machine may be used as long as its position, posture (for example, pitch angle, roll angle, yaw angle) is controlled to follow the target value.
For example, in the flying body, the frictional force in the flying nozzle that injects the fuel becomes a problem. For example, the nozzle converts the rotational driving force of the motor into a linear motion system via a ball screw or the like, and is angle-controlled using a linear motion actuator. For this reason, the drive system has nonlinear friction. In order to reduce such a control error due to friction, the friction compensation device of the present invention is employed.

２０摩擦補償装置
２１摩擦推定部
２２パラメータ同定部
３１データ取得部
３２同定部
３３パラメータ調整部
４１第１トルク演算部
４２第２トルク演算部
４３摩擦力演算部
５１制御対象の逆モデル
５２、６２フィルタ
６１操作量−トルク換算モデル
７１第１摩擦同定部
７２第２摩擦同定部
７３要素同定部
１００工作機械 20 friction compensator 21 friction estimation unit 22 parameter identification unit 31 data acquisition unit 32 identification unit 33 parameter adjustment unit 41 first torque calculation unit 42 second torque calculation unit 43 friction force calculation unit 51 inverse models 52 and 62 to be controlled Filter 61 Operation amount-torque conversion model 71 First friction identification unit 72 Second friction identification unit 73 Element identification unit 100 Machine tool

Claims

制御対象の位置、姿勢等の制御量を目標値に追従させる制御を行うサーボ制御装置に適用される摩擦補償装置であって、
前記制御対象の摩擦力を、摩擦モデルを用いて推定する摩擦推定手段と、
前記摩擦モデルに含まれるパラメータを同定するパラメータ同定手段と
を備え、
前記パラメータ同定手段は、
前記制御対象の位置または速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得するデータ取得手段と、
前記実機摩擦特性を用いて、クーロン摩擦力及び最大静止摩擦力を含む所定のパラメータを同定する同定手段と、
同定した前記パラメータを用いた前記摩擦モデルに、位置または速度を入力することにより、位置または速度と摩擦力との関係を示す検証用摩擦特性を演算し、該検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性との誤差が所定の許容範囲であるか否かを判定し、該誤差が許容範囲内でない場合に、該誤差が許容範囲内となるように、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力を調整するパラメータ調整手段とを備える摩擦補償装置。 A friction compensation device that is applied to a servo control device that performs control to cause a control amount such as a position and orientation of a control target to follow a target value,
Friction estimation means for estimating the frictional force to be controlled using a friction model;
Parameter identifying means for identifying parameters included in the friction model,
The parameter identification means includes
Data acquisition means for acquiring actual machine friction characteristics indicating the relationship between the position or speed of the control object and the friction force;
Identification means for identifying predetermined parameters including Coulomb friction force and maximum static friction force using the actual machine friction characteristics;
By inputting a position or speed to the friction model using the identified parameter, a friction characteristic for verification indicating a relationship between the position or speed and the frictional force is calculated, and the verification friction characteristic and the actual machine friction characteristic are calculated. If the error is not within the allowable range, the Coulomb friction force and the maximum static friction force are adjusted so that the error is within the allowable range. And a parameter adjusting means.

前記実機摩擦特性は、ヒステリシスループとして表され、
前記パラメータ調整手段は、前記同定手段によって同定されたクーロン摩擦力を前記検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性のヒステリシスの振幅比で除算することにより、クーロン摩擦力を調整する請求項１に記載の摩擦補償装置。 The actual machine friction characteristic is expressed as a hysteresis loop,
The said parameter adjustment means adjusts a Coulomb friction force by dividing the Coulomb friction force identified by the said identification means by the amplitude ratio of the hysteresis of the said friction characteristic for verification and the said actual machine friction characteristic. Friction compensator.

前記データ取得手段は、
前記制御対象の逆モデルに位置または速度を入力することにより、外乱成分を含むトルクを算出する第１トルク演算手段と、
操作量−トルク換算モデルを用いて、操作量からトルクを算出する第２トルク演算手段と、
前記第１トルク演算手段によって算出されたトルクから前記第２トルク演算手段によって算出されたトルクを差し引くことにより、摩擦力を演算する摩擦力演算手段と
を具備する請求項１または請求項２に記載の摩擦補償装置。 The data acquisition means includes
First torque calculation means for calculating a torque including a disturbance component by inputting a position or speed to the inverse model of the control object;
Second torque calculation means for calculating torque from the operation amount using an operation amount-torque conversion model;
The frictional force calculating means for calculating a frictional force by subtracting the torque calculated by the second torque calculating means from the torque calculated by the first torque calculating means. Friction compensation device.

前記同定手段は、
前記実機摩擦特性の速度反転時における摩擦力からクーロン摩擦力を同定する第１摩擦力同定手段と、
前記第１摩擦力同定手段によって同定されたクーロン摩擦力から最大静止摩擦力を同定する第２摩擦力同定手段と、
ヒステリシスループとして表された前記実機摩擦特性におけるヒステリシスの立ち上がり特性を直線近似し、該直線近似されたヒステリシス特性から、前記所定のパラメータのうち、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力以外のパラメータを同定する要素同定手段と
を具備する請求項１から請求項３のいずれかに記載の摩擦補償装置。 The identification means includes
First friction force identification means for identifying the Coulomb friction force from the friction force at the time of speed reversal of the actual machine friction characteristics;
Second friction force identification means for identifying a maximum static friction force from the Coulomb friction force identified by the first friction force identification means;
The rise characteristic of hysteresis in the actual machine friction characteristic expressed as a hysteresis loop is linearly approximated, and parameters other than the Coulomb friction force and the maximum static friction force among the predetermined parameters are calculated from the linear approximation hysteresis characteristic. The friction compensation apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising element identification means for identifying.

請求項１から請求項４のいずれかに記載の摩擦補償装置を備えるサーボ制御装置。 A servo control device comprising the friction compensation device according to claim 1.

制御対象の位置、姿勢等の制御量を目標値に追従させる制御を行うサーボ制御に適用される摩擦補償方法であって、
前記制御対象の摩擦力を、摩擦モデルを用いて推定する摩擦推定過程と、
前記摩擦モデルに含まれるパラメータを同定するパラメータ同定過程と
を有し、
前記パラメータ同定過程は、
前記制御対象の位置または速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得するデータ取得過程と、
前記実機摩擦特性を用いて、クーロン摩擦力及び最大静止摩擦力を含む所定のパラメータを同定する同定過程と、
同定した前記パラメータを用いた前記摩擦モデルに、位置または速度を入力することにより、位置または速度と摩擦力との関係を示す検証用摩擦特性を演算し、該検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性との誤差が所定の許容範囲であるか否かを判定し、該誤差が許容範囲内でない場合に、該誤差が許容範囲内となるように、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力を調整するパラメータ調整過程とを有する摩擦補償方法。
It is a friction compensation method applied to servo control that performs control for causing a control amount such as a position and orientation of a control target to follow a target value,
A friction estimation process for estimating the frictional force to be controlled using a friction model;
A parameter identification process for identifying a parameter included in the friction model,
The parameter identification process includes:
A data acquisition process for acquiring actual machine friction characteristics indicating the relationship between the position or speed of the control object and the friction force;
An identification process for identifying predetermined parameters including the Coulomb friction force and the maximum static friction force using the actual machine friction characteristics;
By inputting a position or speed to the friction model using the identified parameter, a friction characteristic for verification indicating a relationship between the position or speed and the frictional force is calculated, and the verification friction characteristic and the actual machine friction characteristic are calculated. If the error is not within the allowable range, the Coulomb friction force and the maximum static friction force are adjusted so that the error is within the allowable range. And a parameter adjustment process.