JP6111642B2 - Control device, control program, and control method - Google Patents
Control device, control program, and control method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6111642B2 JP6111642B2 JP2012273843A JP2012273843A JP6111642B2 JP 6111642 B2 JP6111642 B2 JP 6111642B2 JP 2012273843 A JP2012273843 A JP 2012273843A JP 2012273843 A JP2012273843 A JP 2012273843A JP 6111642 B2 JP6111642 B2 JP 6111642B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- control
- measurement information
- smoothing process
- unit
- result
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Description
本発明は、主軸・従軸連動の制御アプリケーションに係る制御装置、その制御プログラムおよびその制御方法に関する。 The present invention relates to a control device, a control program thereof, and a control method thereof related to a spindle / slave interlocking control application.
機械や設備などの制御には、プログラマブルロジックコントローラ（Programmable Logic Controller：以下「ＰＬＣ」と称す。）などの制御装置が用いられる。このような制御装置は、予め定められた周期で制御演算を行なうため、制御の遅れ時間（むだ時間）が問題となることがある。 A control device such as a programmable logic controller (hereinafter referred to as “PLC”) is used for controlling machines and equipment. Since such a control device performs a control calculation at a predetermined cycle, a control delay time (dead time) may be a problem.
このような制御の遅れ時間が問題となる一例として、主軸・従軸連動の制御アプリケーションが挙げられる。この主軸・従軸連動の制御アプリケーションの一例としては、対象物の物理的変位（回転速度や変位）などを測定装置（主軸）で測定して得られた測定情報を用いて、対象物に対する処理（従軸）を制御するようなアプリケーションである。このような制御アプリケーションでは、主軸で測定された情報が処理されて従軸へ伝達されるまでの遅れが発生するという課題が存在する。そこで、このような遅れによる影響を低減する方法が以下のように提案されている。 As an example in which such a control delay time becomes a problem, there is a control application interlocking with a main shaft and a slave shaft. As an example of this spindle / slave-linked control application, processing on an object using measurement information obtained by measuring the physical displacement (rotation speed or displacement) of the object with a measuring device (spindle). This is an application that controls (slave shaft). In such a control application, there is a problem that a delay occurs until information measured on the main shaft is processed and transmitted to the slave shaft. Therefore, a method for reducing the influence of such a delay has been proposed as follows.
特開平０８−１２６３７５号公報（特許文献１）には、主軸モータに従属軸モータが遅れなく追従できる同期制御装置が開示されている。より具体的には、主軸モータと従属軸モータとを同期駆動させる装置において、従属軸モータの動特性モデルより予測したモータの回転位置が未来目標位置指令と一致するように制御される予見制御器を備え、主軸モータの未来位置の予測値を計算する手段と、従属軸モータの未来目標位置指令を主軸モータの未来位置予測値の関数として求め、予見制御器に入力する手段とを備えた構成が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-126375 (Patent Document 1) discloses a synchronous control device in which a sub shaft motor can follow a main shaft motor without delay. More specifically, in a device for synchronously driving the main shaft motor and the sub shaft motor, a foreseeing controller that is controlled so that the rotational position of the motor predicted from the dynamic characteristic model of the sub shaft motor matches the future target position command. And a means for calculating a predicted value of the future position of the spindle motor, and a means for obtaining a future target position command of the dependent axis motor as a function of the predicted future position of the spindle motor and inputting it to the foreseeing controller. Is disclosed.
また、特開平０９−２８９７８８号公報（特許文献２）には、精度の高い同期制御を実現し、かつ、位置指令の入力や、主軸位置の検出に遅れがある場合でも同期精度の劣化が少ない同期制御装置が開示されている。より具体的には、予測装置１と、主軸装置２と、従属軸装置３とを含む、主軸モータに同期して従属軸モータを駆動する同期制御装置を開示される。予測装置１は、現在に至るまでの過去複数点に入力した主軸位置指令増分値を記憶する手段７と、記憶された値の内でＭ−１サンプリング前に入力した主軸位置指令増分値を出力する手段７’と、現在に至るまでの過去複数点に入力した主軸位置増分値を記憶する手段８と、ｄサンプリングの遅れを含めた主軸装置の動特性モデル、記憶された主軸位置指令増分値および主軸位置増分値により、数サンプリング先までの複数個の主軸位置増分値の予測値を求める演算器９と、得られた複数個の主軸位置増分値の予測値から複数個の従属軸未来位置指令を求める変換器１０とを含む構成が開示されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-289788 (Patent Document 2) realizes highly accurate synchronization control, and there is little deterioration in synchronization accuracy even when there is a delay in position command input or spindle position detection. A synchronous control device is disclosed. More specifically, a synchronous control device that drives the dependent shaft motor in synchronization with the main shaft motor, including the
さらに、特開平１０−１７４４７８号公報（特許文献３）には、主軸の動特性が正転時と逆転時とで異なる場合にも、同期精度の劣化のない同期制御装置が開示されている。具体的には、主軸モータに同期して従属軸モータを駆動する同期制御装置であって、主軸位置のサンプリング周期間の増分値、あるいはその予測値を乗数Ｋ１倍した信号と、主軸位置指令増分値を乗数Ｋ２倍した信号とを加算した信号を同期ずれの微調整信号として従属軸モータの制御装置へ入力する微調整装置１９を備えた同期制御装置において、乗数Ｋ１を２種類記憶し、主軸位置増分値の正負によって切り換える手段を有する構成が開示されている。
Furthermore, Japanese Patent Laid-Open No. 10-174478 (Patent Document 3) discloses a synchronous control device that does not deteriorate the synchronization accuracy even when the dynamic characteristics of the main shaft are different between forward rotation and reverse rotation. Specifically, it is a synchronous control device that drives a subordinate motor in synchronization with a main shaft motor, and includes a signal obtained by multiplying an increment value between sampling periods of the main shaft position or a predicted value thereof by a multiplier K1, and a main shaft position command increment. In a synchronous control device provided with a
上述の特許文献１〜３は、対象となる制御システムに応じてモデルやパラメータなどを調整する必要があり、実際に適用する場合には、調整に手間を要するものであった。
In the above-described
本発明は、主軸・従軸連動の制御アプリケーションにおいて生じる制御の遅れ時間による影響を低減できる、新規な制御装置、制御プログラムおよびその制御方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a novel control device, control program, and control method thereof that can reduce the influence due to a control delay time that occurs in a control application interlocked with a main shaft and a slave shaft.
本発明のある局面に従う制御装置は、対象物の物理的変位を示す測定情報を測定装置から取得する入力部と、対象物に対して処理を行なう処理装置を駆動する駆動部と、測定情報に基づいて駆動部を制御する制御部とを含む。制御部は、測定情報に対して平滑化処理を行なう平滑化手段と、先行して算出された平滑化処理の結果と測定情報とを比較することで、平滑化処理の前に測定情報を補正する補正手段とを含む。 A control device according to an aspect of the present invention includes an input unit that acquires measurement information indicating physical displacement of an object from the measurement device, a drive unit that drives a processing device that performs processing on the object, and measurement information. And a control unit for controlling the drive unit based on the control unit. The control unit corrects the measurement information before the smoothing process by comparing the measurement information with the smoothing means for performing the smoothing process on the measurement information and the result of the smoothing process calculated in advance. Correction means.
好ましくは、補正手段は、測定情報と先行して算出された平滑化処理の結果との差を算出する手段を含む。 Preferably, the correcting means includes means for calculating a difference between the measurement information and the result of the smoothing process calculated in advance.
好ましくは、補正手段は、先行して算出された平滑化処理の結果に対して位相を遅れ側にシフトさせる手段と、測定情報と位相がシフトされた平滑化処理の結果との差を算出する手段を含む。 Preferably, the correction means calculates a difference between the means for shifting the phase to the delay side with respect to the result of the smoothing process calculated in advance, and the measurement information and the result of the smoothing process with the phase shifted. Including means.
好ましくは、測定装置は、物理的変位として、対象物の移動に係る各時点での位置を測定し、平滑化手段は、対象物の位置の時間的変化量である移動速度を平滑化する。 Preferably, the measuring device measures the position at each time point related to the movement of the object as a physical displacement, and the smoothing means smoothes the moving speed that is a temporal change amount of the position of the object.
好ましくは、入力部および駆動部の少なくとも一方は、ネットワークを通じて情報を遣り取りする。 Preferably, at least one of the input unit and the drive unit exchanges information through a network.
好ましくは、制御部は、予め定められた周期で演算処理を実行する。
好ましくは、制御部は、前記平滑化処理の結果に基づいて前記駆動部へ与える指令値を算出する算出手段をさらに含み、算出手段は、平滑化処理の結果から対象物の位置を推定する。
Preferably, a control part performs a calculation process with a predetermined period.
Preferably, the control unit further includes a calculation unit that calculates a command value to be given to the drive unit based on the result of the smoothing process, and the calculation unit estimates the position of the object from the result of the smoothing process.
本発明の別の局面に従えば、対象物の物理的変位を示す測定情報を測定装置から取得する入力部と、対象物に対して処理を行なう処理装置を駆動する駆動部と、制御部とを備えたコンピュータで実行される制御プログラムが提供される。制御プログラムは、コンピュータに、測定情報に対して平滑化処理を行なうステップと、先行して算出された平滑化処理の結果と測定情報とを比較することで、平滑化処理の前に測定情報を補正するステップとを実行させる。 According to another aspect of the present invention, an input unit that acquires measurement information indicating physical displacement of an object from a measurement device, a drive unit that drives a processing device that performs processing on the object, and a control unit, There is provided a control program to be executed by a computer comprising: The control program compares the measurement information with the step of performing the smoothing process on the measurement information to the computer by comparing the result of the smoothing process calculated in advance with the measurement information. And a step of correcting.
本発明のさらに別の局面に従えば、対象物の物理的変位を示す測定情報を測定装置から取得する入力部と、対象物に対して処理を行なう処理装置を駆動する駆動部と、制御部とを備えたコンピュータで実行される制御方法が提供される。制御方法は、測定情報に対して平滑化処理を行なうステップと、先行して算出された平滑化処理の結果と測定情報とを比較することで、平滑化処理の前に測定情報を補正するステップとを含む。 According to still another aspect of the present invention, an input unit that acquires measurement information indicating physical displacement of an object from a measurement device, a drive unit that drives a processing device that performs processing on the object, and a control unit And a control method executed by a computer. The control method includes a step of performing the smoothing process on the measurement information and a step of correcting the measurement information before the smoothing process by comparing the measurement result with the result of the smoothing process calculated in advance. Including.
本発明によれば、主軸・従軸連動の制御アプリケーションにおいて生じる制御の遅れ時間による影響を低減できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the influence by the control delay time which arises in the control application of a spindle / slave interlock can be reduced.
本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about the same or equivalent part in a figure, the same code | symbol is attached | subjected and the description is not repeated.
＜Ａ．システム構成＞
本発明のある実施の形態として、移動する対象物（以下「ワーク」と称す。）を測定するとともに、予め定められた位置で処理を行なう、主軸・従軸連動の制御アプリケーションについて考える。
<A. System configuration>
As an embodiment of the present invention, a spindle / slave-linked control application that measures a moving object (hereinafter referred to as “work”) and performs processing at a predetermined position will be considered.
図１は、本実施の形態に係る制御システム１００の構成を示す模式図である。図１を参照して、本実施の形態に係る制御システム１００は、鉄板などのワークＷを搬送するための搬送モータ１１２，１１４と、ワークＷを切断するロータリーカッターとを含む。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a
ワークＷの移動量（あるいは、搬送速度）は、ワークＷの移動に関連付けられたメジャリングロールによって計測される。このメジャリングロールとしては、その回転軸がワークＷの裏面と接触するように配置されたエンコーダ１４０が用いられる。すなわち、エンコーダ１４０からの検出信号（パルス信号）に基づいてワークＷの移動量が算出されるとともに、予め指定された間隔でワークＷが切断される。
The movement amount (or conveyance speed) of the workpiece W is measured by a measuring roll associated with the movement of the workpiece W. As this measuring roll, an
ワークＷの切断は、搬送方向に直交する方向に配置された一対のロータリーカッター１０２および１０４で行われる。より具体的には、このロータリーカッター１０２がサーボモータ１１０によって駆動されることで、ロータリーカッター１０２および１０４が同期回転して、その周の一部に形成されている刃でワークＷを切断する。サーボモータ１１０は、サーボドライバ４０からその駆動に係る信号（典型的には、パルス信号）を供給されることで、回転駆動する。
The workpiece W is cut by a pair of
図１に示す例では、エンコーダ１４０を主軸とも称し、この主軸からの情報を受けて駆動されるサーボモータ１１０を従軸とも称す。
In the example shown in FIG. 1, the
このワークＷの移動量の測定およびワークＷの切断は、制御装置１によって制御される。次に、この制御装置１の詳細について説明する。
The measurement of the movement amount of the workpiece W and the cutting of the workpiece W are controlled by the
＜Ｂ．制御装置の構成＞
図１に示す制御装置１は、典型的には、プログラマブルロジックコントローラ（Programmable Logic Controller：以下「ＰＬＣ」と称す。）などによって実現される。もちろん、ＰＬＣではなく、パーソナルコンピューター（ＰＣ）や各種の演算処理装置を用いて実装してもよい。
<B. Configuration of control device>
The
制御装置１は、主たる演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニット１０と、エンコーダ１４０が出力するパルス信号を検出およびカウントするためのパルスカウンタユニット２０と、サーボドライバ４０などのフィールド機器と通信を行なうためのフィールドバスインターフェイス（Ｉ／Ｆ）ユニット３０とを含む。
The
ＣＰＵユニット１０は、主たる構成要素として、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性メモリ、および、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの不揮発性メモリを含む。典型的には、制御装置１では、ＣＰＵユニット１０がプログラムを実行することで後述するような処理が実現される。但し、プログラムによって実現される処理の全部または一部を専用のハードウェアで実現してもよい。
The
フィールドネットワークとしては、ＥｔｈｅｒＣＡＴ（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｎｅｔ ＩＲＴ、ＭＥＣＨＡＴＲＯＬＩＮＫ（登録商標）−ＩＩＩ、Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ、ＳＥＲＣＯＳ（登録商標）−ＩＩＩ、ＣＩＰ Ｍｏｔｉｏｎといった各種の産業用イーサネット（登録商標）を用いることができる。あるいは、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣｏｍｐｏＮｅｔ／ＩＰ（登録商標）などの独自規格のネットワークを用いてもよい。 As the field network, various industrial Ethernets (registered trademark) such as EtherCAT (registered trademark), Profinet IRT, MECHATRLINK (registered trademark) -III, Powerlink, SERCOS (registered trademark) -III, and CIP Motion can be used. Alternatively, a proprietary network such as DeviceNet or CompoNet / IP (registered trademark) may be used.
制御装置１は、図示しない入出力ユニットや特殊ユニットを含んでいてもよい。これらのユニットは、図示しないＰＬＣシステムバスを介して、データを互いに遣り取りできるように構成される。
The
図１に示す構成例において、エンコーダ１４０についてもフィールドバスなどのネットワークを通じてその情報が伝送されてもよい。すなわち、入力部であるパルスカウンタユニット２０および駆動部であるサーボドライバ４０の少なくとも一方は、ネットワークを通じて情報を遣り取りしてもよい。
In the configuration example shown in FIG. 1, the information may be transmitted to the
図１に示すパルスカウンタユニット２０は、対象物（ワークＷ）の物理的変位である移動量（あるいは、搬送速度）を示す測定情報を測定装置であるエンコーダ１４０から取得する入力部に相当する。フィールドバスインターフェイスユニット３０およびサーボドライバ４０は、対象物（ワークＷ）に対して処理を行なう処理装置であるロータリーカッター１０２，１０４およびサーボモータ１１０を駆動する駆動部に相当する。ＣＰＵユニット１０は、測定情報（すなわち、エンコーダ１４０からのパルス信号）に基づいて駆動部を制御する制御部に相当する。
The
本実施の形態に係る制御装置１は、後述するような処理ロジックを採用することで、ワークＷの切断精度をより高めることができる。以下、この処理ロジックの詳細について説明する。
The
＜Ｃ．主軸・従軸連動について＞
まず、主軸であるエンコーダ１４０による検出値（主軸位置／カウント値）と、従軸であるサーボモータ１１０の回転運動との関係について説明する。図１に示すロータリーカッターは、ワークＷの移動に応じてその刃の位置を適切に制御する必要がある。すなわち、サーボモータ１１０の回転角度を適切に制御することで、一種のカム運動を実現する。
<C. About main / slave interlocking>
First, the relationship between the detection value (main shaft position / count value) by the
図２は、本実施の形態に係る制御システム１００における主軸・従軸連動を説明するための模式図である。図２に示すように、ワークＷの移動量を示す主軸位置の変化に対して、従軸目標角度（ロータリーカッター１０２，１０４の角度）は、リニアではなく所定の関係に従って決定される。典型的には、この主軸・従軸の関係は、後述するカムテーブルによって実現される。すなわち、図２に示す主軸・従軸の関係をカムテーブルとして定義しておき、パルスカウンタユニット２０によってカウントされたパルス数に応じて、このカムテーブルを参照することで、ロータリーカッター１０２，１０４の角度が逐次算出される。
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the interlocking of the main shaft and the slave shaft in the
ワークＷに対する切断面をより好ましいものにするために、従軸目標角度［ｒａｄ］およびその微分値である従軸目標角速度［ｒａｄ／ｓ］の両方が考慮される。従軸目標角速度について見れば、切断動作の開始位置から距離ｐ１までの間は、その従軸目標角速度が一定値（典型的には、ワークＷの搬送速度に相当する値）に制限される。その後、切断動作の開始位置から距離ｐ２の位置でロータリーカッター１０２，１０４の角速度が最大化するように増速される。その後、切断動作の開始位置から距離ｐ３の位置において、再度、その従軸目標角速度が一定値（典型的には、ワークＷの搬送速度に相当する値）に制限される。そして、切断動作の開始位置から距離ｐ４の位置において、切断動作が完了する。
In order to make the cut surface with respect to the workpiece W more preferable, both the slave shaft target angle [rad] and the slave shaft target angular velocity [rad / s] which is a differential value thereof are considered. In terms of the slave target angular velocity, the slave target angular velocity is limited to a constant value (typically a value corresponding to the conveyance speed of the workpiece W) from the start position of the cutting operation to the distance p1. Thereafter, the angular velocities of the
次に、主軸・従軸連動における制御の遅れ時間の影響について説明する。
図３および図４は、本実施の形態に係る制御システム１００における遅れ時間の影響を説明するための図である。
Next, the influence of the control delay time in the main shaft / slave shaft linkage will be described.
3 and 4 are diagrams for explaining the influence of the delay time in the
図１に示す制御システム１００では、ワークＷの搬送に係る物理的変化は、エンコーダ１４０によって測定される。エンコーダ１４０は、物理的変位として、対象物であるワークＷの移動に係る各時点での位置を測定する。このエンコーダ１４０による測定情報がフィールドネットワークなどを介して伝送される場合には、その伝送による遅延時間（むだ時間）は不可避である。また、パルスカウンタユニット２０がエンコーダ１４０からの検出信号（パルス信号）をカウントして、ＣＰＵユニット１０がそのカウント値を参照して、従軸目標角度を算出するための演算時間が必要である。さらに、その算出された従軸目標角度がフィールドバスを介してサーボドライバ４０へ伝送されるのに要する遅延時間も必要となる。
In the
これらの遅延時間（むだ時間）によって、従軸であるロータリーカッター１０２，１０４が実際に動作を開始するタイミングは遅れる。具体的には、図３に示すように、主軸位置に対して、従軸目標角度が現実に有効になるタイミングが遅くなるので、その遅延分がカット寸法誤差となる。すなわち、本来であれば、切断動作の開始位置から距離ｐ４の位置で切断動作が完了すべきであるところ、現実には、距離ｐ４’の位置で切断動作が完了する。
Due to these delay times (dead time), the timing at which the
ワークＷの搬送速度が一定であれば、図３に示す遅れの特性は、図４に示すような特性として表現することもできる。図４に示すように、位置検出遅れやＣＰＵ演算遅れによって、カット寸法の誤差が生じ得る。 If the conveyance speed of the workpiece W is constant, the delay characteristic shown in FIG. 3 can also be expressed as a characteristic shown in FIG. As shown in FIG. 4, an error in cut dimensions may occur due to a position detection delay or a CPU calculation delay.
本実施の形態においては、このような遅れを補正することで、カット寸法の誤差発生といった影響を回避して、ロータリーカッターをより高い精度で制御する。特に、本実施の形態においては、ワークＷの搬送速度を算出する際に量子化誤差を抑制するために実行されるフィルタ処理（平滑化処理）による位相遅れを考慮した補正ロジックを採用する。より具体的には、フィルタ処理（平滑化処理）による位相遅れを補正するために、オブザーバ制御を導入する。以下、このオブザーバ制御について説明する。 In the present embodiment, by correcting such a delay, the influence of the occurrence of an error in cut dimensions is avoided, and the rotary cutter is controlled with higher accuracy. In particular, in the present embodiment, a correction logic that takes into account a phase delay due to a filter process (smoothing process) executed to suppress a quantization error when calculating the conveyance speed of the workpiece W is employed. More specifically, observer control is introduced in order to correct a phase delay due to filter processing (smoothing processing). Hereinafter, the observer control will be described.
＜Ｄ．オブザーバ制御＞
図５は、本実施の形態に係る制御装置１に実装される制御構造を示す模式図である。図５に示す制御構造は、ＣＰＵユニット１０がプログラムを実行することによって、実現される。基本的には、ＣＰＵユニット１０は、予め定められた制御周期（例えば、１０ｍｓｅｃ）で演算処理を実行する。そのため、図５に示す制御構造に係る演算についても、予め定められた制御周期で繰り返し実行される。
<D. Observer control>
FIG. 5 is a schematic diagram showing a control structure implemented in the
図５を参照して、制御装置１は、その制御構造として、微分要素１１と、増幅要素１２と、加算要素１３と、フィルタ要素１４と、減算要素１５と、積分要素１６，１８とを含む。制御装置１において、パルスカウンタユニット２０は、エンコーダ１４０からのパルス信号をカウントする。このカウント値がワークＷの主軸位置に相当し、この主軸位置（カウント値）がＣＰＵユニット１０によって読み出される。この読み出された主軸位置（カウント値）は、微分要素１１によって、時間についての微分（あるいは、差分）されることで、ワークＷの搬送速度が算出される。制御装置１においては、ワークＷの搬送速度に基づいて制御が行われる。
Referring to FIG. 5,
このワークＷの搬送速度は、フィルタ要素１４によって平滑化される。このフィルタ要素１４は、微分要素１１によって生じる量子化誤差やパルス信号に生じるノイズなどの影響を取り除くために用いられる。すなわち、フィルタ要素１４は、測定情報であるエンコーダ１４０からのパルス信号に対して平滑化処理を行なう平滑化手段に相当する。図１に示す構成例においては、フィルタ要素１４は、対象物であるワークＷの位置の時間的変化量である搬送速度を平滑化する。
The conveying speed of the workpiece W is smoothed by the
フィルタ要素１４から出力される平滑化後の搬送速度は、ワークＷの推定搬送速度に相当し、積分要素１８に入力されてさらに積分される。積分要素１８から出力される結果は、ワークＷの位置（移動量）を示す。この積分要素１８から出力されるワークＷの位置（移動量）は、目標値算出部１９へ入力される。目標値算出部１９は、図２に示すような特性を定義するカムテーブル１９ａを参照して、サーボドライバ４０へ与える目標値（ロータリーカッター１０２，１０４を駆動するサーボモータ１１０の角速度の指令値あるいは指令角度）が算出される。そして、算出された目標値は、サーボドライバ４０へ出力される。すなわち、積分要素１８および目標値算出部１９は、平滑化処理の結果に基づいて、駆動部であるサーボモータ１１０へ与える指令値を算出する算出手段に相当する。そして、この算出手段は、平滑化処理の結果から対象物であるワークＷの位置を推定する。
The smoothed transport speed output from the
フィルタ要素１４は、量子化誤差やノイズなどの影響を除去するのに有効であるが、いくらかの時定数を有しているので、入力と出力との間に遅れ時間が生じる。そこで、このフィルタ要素１４による遅れ時間をオブザーバ制御によって補償する。より具体的には、増幅要素１２、加算要素１３、減算要素１５、および、積分要素１６がオブザーバ制御を実現する。このオブザーバ制御は、先行して算出された平滑化処理の結果（フィルタ要素１４の出力）と測定情報（パルスカウンタユニット２０から読み出された値：主軸位置）とを比較することで、平滑化処理の前に測定情報である主軸位置を補正する補正手段に相当する。
The
すなわち、フィルタ要素１４から出力される平滑化後の搬送速度は、積分要素１６に入力されて積分される。積分要素１６から出力される結果は、ワークＷの推定位置（推定の移動量）を示す。制御系としての遅れ時間がなければ、理想状態として、このワークＷの推定位置は、パルスカウンタユニット２０から読み出された主軸位置と一致する。本実施の形態においては、フィルタ要素１４に遅れ時間が存在しているため、両者の間にはいくらかの差が生じる。この主軸位置と推定位置との差に基づいて主軸位置を補正することで、両者の間の時間遅れを補償する。
That is, the smoothed conveyance speed output from the
より具体的には、減算要素１５には、パルスカウンタユニット２０から読み出された主軸位置と、積分要素１６での積分の結果得られる推定位置とが入力される。そして、減算要素１５は、両者の差を算出し、増幅要素１２へ入力する。このように、オブザーバ制御は、測定情報（パルスカウンタユニット２０から読み出された値：主軸位置）と先行して算出された平滑化処理の結果（フィルタ要素１４の出力）との差を算出する手段として、減算要素１５を含む。増幅要素１２は、入力値に予め定められた補正ゲインを乗じた後、その結果を加算要素１３へ出力する。加算要素１３は、微分要素１１の出力に増幅要素１２の出力を加算することで、補正後のワークＷの搬送速度を算出する。
More specifically, the spindle position read from the
以上のようなオブザーバ制御を採用することで、フィルタ要素１４による遅れ時間を補償して、より正確な位置制御を行なうことができる。
By adopting the observer control as described above, it is possible to compensate for the delay time caused by the
＜Ｅ．処理手順＞
次に、図１に示す制御システム１００における制御手順について説明する。図６は、本実施の形態に係る制御システム１００における処理手順を示すフローチャートである。図６に示す各ステップは、典型的には、ＣＰＵユニット１０がプログラムを実行することで実現される。
<E. Processing procedure>
Next, a control procedure in the
図６を参照して、ＣＰＵユニット１０は、ワークＷがカット位置に到達したか否かを判断する（ステップＳ１０２）。ワークＷがカット位置に到達したか否かは、ワークＷの搬送経路に設けられた位置検出センサ（光学式または機械式など）などを用いて判断してもよいし、メジャリングローラであるエンコーダ１４０を用いて判断してもよい。
Referring to FIG. 6,
ワークＷがカット位置に到達したと判断された場合（ステップＳ１０２においてＹＥＳの場合）には、ＣＰＵユニット１０は、メジャリングロールによって計測されるワークＷの長さを初期化する（ステップＳ１０４）。典型的には、エンコーダ１４０からの検出信号（パルス信号）のカウント値がゼロリセットされる。
If it is determined that the workpiece W has reached the cutting position (YES in step S102), the
これに対して、ワークＷがカット位置に到達したと判断されなかった場合（ステップＳ１０２においてＮＯの場合）には、ステップＳ１０４の処理はスキップされる。 On the other hand, when it is not determined that the workpiece W has reached the cutting position (NO in step S102), the process of step S104 is skipped.
続いて、ＣＰＵユニット１０は、エンコーダ１４０からの検出信号（パルス信号）のカウント値を取得する（ステップＳ１０６）。典型的には、パルスカウンタユニット２０は、ＣＰＵユニット１０の制御周期とは独立して、エンコーダ１４０からの検出信号（パルス信号）をカウントする。そして、ＣＰＵユニット１０が所定の演算タイミングにおいて、パルスカウンタユニット２０に保持されているカウント値を読み出す。
Subsequently, the
ＣＰＵユニット１０は、ワークＷの主軸位置を更新する（ステップＳ１０８）とともに、ワークＷの搬送速度を算出する（ステップＳ１１０）。さらに、ＣＰＵユニット１０は、前の制御周期において算出されたワークＷの推定位置と現制御周期において取得されたワークＷの主軸位置との差分を用いて、ワークＷの搬送速度を補正する（ステップＳ１１２）。そして、ＣＰＵユニット１０は、補正後のワークＷの搬送速度に対してフィルタ処理を実行する（ステップＳ１１４）。このフィルタ処理として、移動平均法を採用した場合には、それ以前に算出されたワークＷの搬送速度の平均値が用いられる。
The
そして、ＣＰＵユニット１０は、フィルタ処理後のワークＷの搬送速度からワークＷの推定位置を算出するとともに、サーボドライバ４０へ与える目標値を算出する（ステップＳ１１６）。最終的に、ＣＰＵユニット１０は、サーボドライバ４０へ与える目標値を出力する（ステップＳ１１８）。
Then, the
そして、次の制御周期が到来すると、ステップＳ１０２以下の処理が再度実行される。
＜Ｆ．シミュレーション結果＞
次に、図５および図６に示すオブザーバ制御に係る効果を、シミュレーションを用いて検証した結果の一例について示す。
Then, when the next control cycle arrives, the processing after step S102 is executed again.
<F. Simulation results>
Next, an example of the result of verifying the effect related to the observer control shown in FIGS. 5 and 6 using simulation will be described.
図７は、本実施の形態に係る制御システム１００による改善効果をシミュレーションで検証した一例を示す図である。図７に示す例は、ロータリーカッターの定格トルクの１４％に相当する加速度変動を与えた場合の挙動をシミュレーションしたものである。図７の（１）は、実速度（実搬送速度）を示し、ワークＷの推定搬送速度がこの実速度に近い値を示す程、正確な速度推定ができていることになる。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the improvement effect by the
図７の（２）は、エンコーダ１４０からの検出信号（パルス信号）に基づいて算出（差分）された速度を示し、図７の（３）は、上述のオブザーバ制御が無い場合にフィルタ要素１４から出力される平滑化後の速度を示す。この図７の（３）に示すように、フィルタ要素１４によって遅れ時間が生じていることがわかる。
(2) in FIG. 7 shows the speed calculated (difference) based on the detection signal (pulse signal) from the
これに対して、図７の（４）は、上述のオブザーバ制御がある場合にフィルタ要素１４から出力される平滑化後の速度を示す。この図７の（４）に示すように、オブザーバ制御によって、フィルタ要素１４で生じる遅れ時間が補償されていることがわかる。
On the other hand, (4) of FIG. 7 shows the speed | velocity | rate after smoothing output from the
このように、オブザーバ制御を適用することで、フィルタ要素１４による遅れ時間を低減することができ、これによって生じる影響を最小限化できる。
Thus, by applying the observer control, the delay time due to the
＜Ｇ．第１変形例＞
上述のオブザーバ制御においては、フィルタ要素１４による遅れを補償する構成について説明した。一方、制御システム１００の全体としては、エンコーダ１４０で検出されたパルス信号の伝送遅延や、ＣＰＵユニット１０における制御周期によるむだ時間などにより、出力の演算に影響を与えやすい。このような伝送遅延や制御周期によるむだ時間などは、その大きさを予め知ることができる。そこで、このような予め定められたむだ時間を補償するために、上述したオブザーバ制御に位相シフトフィルタを導入することで、より遅れによる影響を回避することができる。以下、オブザーバ制御を改良した構成について例示する。
<G. First Modification>
In the above-described observer control, the configuration for compensating for the delay due to the
図８は、第１変形例に係る制御装置１に実装される制御構造を示す模式図である。図８に示す制御構造は、ＣＰＵユニット１０がプログラムを実行することによって、実現される。基本的には、ＣＰＵユニット１０は、予め定められた制御周期（例えば、１０ｍｓｅｃ）で演算処理を実行する。そのため、図８に示す制御構造に係る演算についても、予め定められた制御周期で繰り返し実行される。
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a control structure mounted on the
図８に示す制御構造は、図５に示す制御構造に比較して、積分要素１６の前段に位相シフトフィルタ１７が追加された点が異なっている。この位相シフトフィルタ１７は、フィルタ要素１４から出力されるワークＷの推定搬送速度に対して、指定されたシフト量だけ位相を遅らせた上で、積分要素１６へその結果を出力する。この位相シフトフィルタ１７は、伝送遅延や制御周期によるむだ時間などを補償するものであり、基本的には、これらの遅れ時間と同程度の時間に基づいて、遅らせる位相が決定される。すなわち、ワークＷの推定搬送速度を所定時間分だけ遅らせた上でフィードバックすることで、対応する位相分を進ませる方向にワークＷの搬送速度が補正される。
The control structure shown in FIG. 8 differs from the control structure shown in FIG. 5 in that a
位相シフトフィルタ１７は、典型的には、１次遅れフィルタである。位相シフトフィルタ１７で搬送速度の位相は所定の時定数（遅れ時間）だけシフトし、その結果、後述するようなオブザーバ補正値を算出する系によって、結果的に、処理反映位置の位相を進ませることができる。
The
位相シフトフィルタ１７において、位相をシフトさせる時間は、システムに応じて、任意に設定可能である。典型的には、フィールドネットワークにおける伝搬遅延時間（および、ＣＰＵユニット１０における指令値生成処理やその出力処理に要する時間）とほぼ同一の時間とすることが好ましい。
The time for shifting the phase in the
このように、第１変形例に従うオブザーバ制御は、先行して算出された平滑化処理の結果（フィルタ要素１４の出力）に対して遅れ側にシフトさせる手段として、位相シフトフィルタ１７を含む。そして、第１変形例に従うオブザーバ制御は、測定情報（パルスカウンタユニット２０から読み出された値：主軸位置）と位相がシフトされた平滑化処理の結果（位相シフトフィルタ１７の出力）との差を算出する手段として、減算要素１５を含む。
As described above, the observer control according to the first modification includes the
第１変形例によれば、速度オブザーバにおいて、遅れ時間および／またはむだ時間のうち、予測可能なものについて位相をシフトさせることで、将来値を推定することができる。これによって、検出系の遅れや目標速度の変動を補償できる。 According to the first modification, the future value can be estimated by shifting the phase of the delay observer and / or the dead time that can be predicted in the speed observer. As a result, it is possible to compensate for delays in the detection system and fluctuations in the target speed.
このように、第１変形例に従うオブザーバ制御は、先行して算出された平滑化処理の結果（フィルタ要素１４の出力）に対して遅れ側にシフトさせる手段として、位相シフトフィルタ１７を含む。そして、第１変形例に従うオブザーバ制御は、測定情報（パルスカウンタユニット２０から読み出された値：主軸位置）と位相がシフトされた平滑化処理の結果（位相シフトフィルタ１７の出力）との差を算出する手段として、減算要素１５を含む。
As described above, the observer control according to the first modification includes the
第１変形例によれば、速度オブザーバにおいて、遅れ時間および／またはむだ時間のうち、予測可能なものについて位相をシフトさせることで、将来値を推定することができる。これによって、検出系の遅れや目標速度の変動を補償できる。 According to the first modification, the future value can be estimated by shifting the phase of the delay observer and / or the dead time that can be predicted in the speed observer. As a result, it is possible to compensate for delays in the detection system and fluctuations in target speed.
次に、図８に示すオブザーバ制御に係る効果を、シミュレーションを用いて検証した結果の一例について示す。 Next, an example of the result of verifying the effect related to the observer control shown in FIG. 8 using simulation will be described.
図９および図１０は、第１変形例に係る制御装置１による改善効果をシミュレーションで検証した一例を示す図である。図９および図１０に示す例は、ロータリーカッターの定格トルクの１４％に相当する加速度変動を与えた場合の挙動をシミュレーションしたものである。但し、エンコーダ１４０から制御装置１までの通信ラインに通信遅れ（２ｍｓ）があると仮定している。
9 and 10 are diagrams illustrating an example in which the improvement effect by the
図９および図１０の（１）は、制御装置１へ入力されるエンコーダ１４０の実速度（実搬送速度）を示し、図９および図１０の（１）’は、エンコーダ１４０の実速度（実搬送速度）を示す。すなわち、図９および図１０の（１）は、図９および図１０の（１）’を通信に係るむだ時間である２ｍｓだけシフトさせたものに相当する。ワークＷの推定搬送速度が図９および図１０の（１）’に近い値を示す程、正確な速度推定ができていることになる。
(1) in FIGS. 9 and 10 shows the actual speed (actual conveyance speed) of the
図９および図１０の（２）は、エンコーダ１４０からの検出信号（パルス信号）に基づいて算出（差分）された速度を示し、図９および図１０の（３）は、上述のオブザーバ制御が無い場合にフィルタ要素１４から出力される平滑化後の速度を示す。
(2) in FIGS. 9 and 10 show the speed calculated (difference) based on the detection signal (pulse signal) from the
図９および図１０の（４）は、実施の形態１に係るオブザーバ制御がある場合にフィルタ要素１４から出力される平滑化後の速度を示す。この図９および図１０の（４）に示すように、オブザーバ制御によって、フィルタ要素１４で生じる遅れ時間が補償されていることがわかる。但し、エンコーダ１４０の検出信号の通信に係るむだ時間については補償できていない。
(4) of FIG. 9 and FIG. 10 shows the speed | velocity | rate after the smoothing output from the
これに対して、図９および図１０の（５）は、第１変形例に係る、位相シフトフィルタをさらに含むオブザーバ制御がある場合にフィルタ要素１４から出力される平滑化後の速度を示す。このように、位相シフトフィルタを含むオブザーバ制御を適用することで、フィルタ要素１４による遅れ時間に加えて、通信に係るむだ時間によって生じる影響を最小限化できる。
On the other hand, (5) in FIG. 9 and FIG. 10 shows the speed after smoothing output from the
＜Ｈ．第２変形例＞
主軸・従軸連動の制御アプリケーションとしては、上述した制御システム１００の他に、以下のような制御システム２００を対象とすることもできる。
<H. Second Modification>
In addition to the above-described
図１１は、第２変形例に係る制御システム２００の構成を示す模式図である。図１１を参照して、本実施の別の形態に係る制御システム２００は、移動する対象物（ワークＷ）として、ソーラパネルのガラス基板などを想定する。この制御システム２００は、ワークＷに対してレーザ光を照射することで、所定の配線パターンなどを形成する。レーザ光の光源とワークＷの照射位置との距離は予め定められた値に維持する必要がある。そのため、光学的な手段によりワークＷまでの距離を測定するとともに、この測定した距離に基づいて、レーザ光の光源をワークＷの垂直方向に逐次移動させる。
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration of a
より具体的には、レーザ光源２４０および測定用カメラ２５０は、同一の基板２２０上に配置されており、この基板２２０は、サーボモータ２３０によって紙面上下方向、すなわちワークＷの面に対して垂直方向に移動される。この移動によって、基板２２０とレーザ光源２４０との距離は予め定められた値に維持される。なお、ワークＷの表面は、無視できない程度の凸凹が存在しているものとする。
More specifically, the
測定用カメラ２５０によってワークＷの表面が撮像され、この撮像によって得られた画像およびそのときの光学定数（焦点位置など）から、ガラス基板の表面までの距離がガラス面距離計算ロジック２６０によって算出される。この距離は、所定周期毎に更新されることになる。すなわち、測定用カメラ２５０およびガラス面距離計算ロジック２６０による距離測定は、予測可能なむだ時間が存在することになる。
The surface of the workpiece W is imaged by the
また、サーボモータ２３０は、サーボドライバ４０からその駆動に係る信号（典型的には、パルス信号）を供給されることで、回転駆動する。図１１に示す例では、測定用カメラ２５０およびガラス面距離計算ロジック２６０を主軸とも称し、この主軸からの情報を受けて駆動されるサーボモータ２３０を従軸とも称す。
The
制御装置１Ａは、主たる演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）ユニット１０と、測定用カメラ２５０およびガラス面距離計算ロジック２６０が出力する距離を取得するためのＡＤ（Analog to Digital）ユニット５０と、サーボドライバ４０などのフィールド機器と通信を行なうためのフィールドバスインターフェイスユニット３０とを含む。
The control device 1A includes a CPU (Central Processing Unit)
その他の基本的な構成については、図１に示す制御システム１００と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
Since other basic configurations are the same as those of
図１１に示す制御システム２００においては、ガラス基板の表面までの距離の情報更新周期がサーボモータ２３０の制御周期に比較して遅く、かつ、その距離情報がアナログ信号によって規定されるのでノイズを含み得るという課題がある。したがって、測定用カメラ２５０からの出力信号をそのままサーボモータ２３０に対する指令値として与えると、サンプリングの遅れに起因する追従遅れとセンシングノイズに起因する振動とが発生し得る。前者に関しては、位相シフトフィルタの導入による位相進み時間の補償によって対応し、後者に関しては、オブザーバ制御に含まれるローパスフィルタ（フィルタ）処理によって対応する。
In the
図１２は、第２変形例に係る制御システム２００における処理手順を示すフローチャートである。図１２に示す各ステップは、典型的には、ＣＰＵユニット１０がプログラムを実行することで実現される。
FIG. 12 is a flowchart showing a processing procedure in the
図１２を参照して、ＣＰＵユニット１０は、ワークＷの加工面までの目標距離設定値を受け付ける（ステップＳ２００）。続いて、ＣＰＵユニット１０は、測定用カメラ２５０による画像の撮像タイミングであるか否かを判断する（ステップＳ２０２）。測定用カメラ２５０による画像の撮像タイミングではない場合（ステップＳ２０２においてＮＯの場合）には、ステップＳ２１６の処理が実行される。
Referring to FIG. 12,
測定用カメラ２５０による画像の撮像タイミングである場合（ステップＳ２０２においてＹＥＳの場合）には、ＣＰＵユニット１０は、測定用カメラ２５０によりワークＷを撮像するとともに、その撮像された画像に基づいてワークＷまでの距離を取得する（ステップＳ２０４）。そして、ＣＰＵユニット１０は、目標距離と取得したワークＷまでの距離との偏差を算出する（ステップＳ２０６）。
If it is the timing for capturing an image by the measurement camera 250 (YES in step S202), the
続いて、ＣＰＵユニット１０は、目標距離との偏差について時間変化量を算出する（ステップＳ２０８）。そして、ＣＰＵユニット１０は、前の制御周期において算出された推定の偏差と現制御周期において取得された偏差との差分を用いて、偏差について時間変化量を補正する（ステップＳ２１０）。そして、ＣＰＵユニット１０は、補正後の偏差について時間変化量に対してフィルタ処理を実行する（ステップＳ２１２）。
Subsequently, the
続いて、ＣＰＵユニット１０は、フィルタ処理後の偏差を用いて時間変化量から推定の偏差を算出するとともに、サーボドライバ４０へ与える目標値を算出する（ステップＳ２１４）。具体的には、目標距離設定値に対して推定の偏差を加算することで、サーボドライバ４０へ与える目標位置が決定される。最終的に、ＣＰＵユニット１０は、サーボドライバ４０へ与える目標値を出力する（ステップＳ２１６）。
Subsequently, the
そして、次の制御周期が到来すると、ステップＳ２０２以下の処理が再度実行される。
ここで、オブザーバ制御を用いた将来値を推定、すなわち将来目標位置を予測する処理についてより詳細に説明する。
Then, when the next control cycle arrives, the processing after step S202 is executed again.
Here, the process of estimating the future value using the observer control, that is, predicting the future target position will be described in more detail.
図１３は、第２変形例に係る制御システムに実装される制御構造の全体を示す模式図である。図１３を参照して、制御装置１Ａは、その制御構造として、将来位置予測部２７０を含む。将来位置予測部２７０の内部の制御構造は、図８に示す制御構造と実質的に同一である。将来位置予測部２７０は、入力データおよび位相シフト量を受け付け、目標位置情報の未来の値を出力する。将来位置予測部２７０は、基板偏差ｅ（ｋ，０）を受け付ける。この基板偏差ｅ（ｋ，０）は、図１１の主軸位置として入力される。ここで、カッコ内の１番目の変数（ｋ）は制御タイミング（制御周期の番号）を示し、カッコ内の２番目の変数は制御タイミング（位相）を示す。
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating the entire control structure implemented in the control system according to the second modification. Referring to FIG. 13, control device 1A includes a future
位相シフト量Ｓ（１，ｍ）に含まれる、カッコ内の１番目の変数は、測定用カメラ２５０による撮像間隔を示し、カッコ内の２番目の変数は、ネットワーク上の伝送による遅延時間およびＣＰＵユニット１０での処理時間の合計時間（むだ時間）を示す。
The first variable in parentheses included in the phase shift amount S (1, m) indicates an imaging interval by the
将来位置予測部２７０は、予測した基板偏差予測値ｅ（ｋ＋１，ｍ）＊を出力する。ここで、カッコ内の１番目の変数は、制御タイミング（制御周期の番号）を示し、カッコ内の２番目の変数は、ネットワーク上の伝送による遅延時間およびＣＰＵユニット１０での処理時間の合計時間（むだ時間）を示す。
The future
以下、第２変形例に係る効果について、関連技術と比較しつつ説明する。
図１４は、第２変形例に係る制御システムに関連する目標位置予測の効果の一例を示す図である。図１５は、第２変形例に係る制御システムに関連する別の目標位置予測の効果の一例を示す図である。図１６は、第２変形例の別の形態に係る制御システムによる目標位置予測の効果の一例を示す図である。
Hereinafter, the effects according to the second modification will be described in comparison with related technologies.
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the effect of target position prediction related to the control system according to the second modification. FIG. 15 is a diagram illustrating an example of another target position prediction effect related to the control system according to the second modification. FIG. 16 is a diagram illustrating an example of the effect of target position prediction by the control system according to another form of the second modified example.
まず、図１４を参照して、偏差情報取得タイミング（測定用カメラ２５０による距離情報の取得タイミング）およびサーボ制御タイミング（サーボドライバ４０へ実際に指令値が与えられるタイミング）は、同期しているとは限らない。そのため、ｔ（ｋ，０）の情報を何ら考慮せずに、目標位置として設定されると、この設定は、ｔ（ｋ，ｍ）において反映される。すなわち、目標位置は、図１４の太線のようなタイミングで切り替わる。この結果、目標位置は、偏差情報取得タイミングの間一定となり、目標位置の切り替えタイミングにいおいて振動（変位）が大きくなる。 First, referring to FIG. 14, the deviation information acquisition timing (distance information acquisition timing by the measurement camera 250) and the servo control timing (timing at which the command value is actually given to the servo driver 40) are synchronized. Is not limited. Therefore, if the target position is set without considering any information on t (k, 0), this setting is reflected at t (k, m). That is, the target position is switched at the timing shown by the thick line in FIG. As a result, the target position becomes constant during the deviation information acquisition timing, and vibration (displacement) increases at the target position switching timing.
図１５には、図１４に示す制御構成において、目標位置で生じる振動を緩和できる手法を示す。より具体的には、例えば、後退差分近似などの補間ロジックを用いることで、目標位置の時間的変化（軌道）が滑らかになる。但し、図１５の方法では、基板偏差と目標位置ｅとの間の乖離（追従誤差）が大きくなるという課題がある。 FIG. 15 shows a technique capable of mitigating the vibration generated at the target position in the control configuration shown in FIG. More specifically, for example, by using an interpolation logic such as backward difference approximation, the temporal change (trajectory) of the target position becomes smooth. However, the method of FIG. 15 has a problem that the deviation (following error) between the substrate deviation and the target position e is increased.
これに対して、本形態においては、図１６に示すように、まず、位相シフト量Ｓ（１，ｍ）が与えられることで、将来偏差が予測される。より具体的には、将来偏差予測部１７０は、予測時間に相当する位相シフト量Ｓ（１，ｍ）を受け付け、基板偏差予測値ｅ（ｋ＋１，ｍ）＊を出力する。さらに、補間部１７２は、この基板偏差予測値ｅ（ｋ＋１，ｍ）＊に基づいて、制御周期毎に後退差分近似などの補間ロジックを実行する。これによって、基板偏差ｅに含まれるノイズを除去できる。また、将来値を予測することで、時間的に滑らかな目標軌道を生成できる。 On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 16, first, a phase deviation S (1, m) is given, so that a future deviation is predicted. More specifically, the future deviation prediction unit 170 receives the phase shift amount S (1, m) corresponding to the prediction time, and outputs a substrate deviation predicted value e (k + 1, m) * . Further, the interpolation unit 172 executes interpolation logic such as backward difference approximation for each control cycle based on the substrate deviation predicted value e (k + 1, m) * . Thereby, noise included in the substrate deviation e can be removed. In addition, by predicting future values, it is possible to generate a target trajectory that is smooth in time.
このように、将来位置予測部２７０は、測定情報の取得された時間的変化に基づいて測定情報を予測する。
As described above, the future
＜Ｉ．第３変形例＞
上述の実施の形態においては、対象物の物理的変位（主軸：回転速度や変位）と取得される測定情報との間の時間的な遅れを補償する補償手段の一例として、オブザーバ制御について説明した。これに対して、第３変形例においては、過去の実績に基づいて、対象物の物理的変位を予測することで、取得される測定情報に生じる遅れを補償する方法について説明する。より具体的には、予め予測可能な遅れの情報（ヒントデータ）を作成し、この作成したヒントデータを用いて、ある時点から所定時間だけ先の位置（将来位置）を決定する。
<I. Third Modification>
In the above-described embodiment, the observer control has been described as an example of compensation means for compensating for a time delay between the physical displacement of the object (main axis: rotational speed and displacement) and the acquired measurement information. . On the other hand, in the third modification, a method for compensating for a delay that occurs in acquired measurement information by predicting a physical displacement of an object based on past results will be described. More specifically, delay information (hint data) that can be predicted in advance is generated, and a position (future position) ahead by a predetermined time from a certain point in time is determined using the generated hint data.
第３変形例として、図１１に示す制御システム２００の制御装置１Ａに実装される制御構造について説明する。
As a third modification, a control structure mounted on the control device 1A of the
図１７は、第３変形例に係る制御システムに実装される制御構造の全体を示す模式図である。図１７に示す制御構造は、ＣＰＵユニット１０がプログラムを実行することによって、実現される。基本的には、ＣＰＵユニット１０は、予め定められた制御周期（例えば、１０ｍｓｅｃ）で演算処理を実行する。そのため、図１７に示す制御構造に係る演算についても、予め定められた制御周期で繰り返し実行される。
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating the entire control structure implemented in the control system according to the third modification. The control structure shown in FIG. 17 is realized by the
図１７を参照して、制御装置１Ａは、その制御構造として、将来位置予測部１５０を含む。将来位置予測部１５０の内部の制御構造は、図８に示す制御構造と実質的に同一である。将来位置予測部１５０は、今回計測結果（現在の制御周期において取得された計測結果）にヒントデータを加えた値を入力データとして受け付けるとともに、位相シフトフィルタ１７に設定される位相シフト時間を設定値として受け付ける。なお、入力データは、図８の主軸位置として入力される。そして、将来位置予測部１５０は、入力データおよび将来位置を出力する。
Referring to FIG. 17, control device 1A includes a future
位相シフト時間としては、検出器の検出遅れやネットワーク上の遅延時間といった予測可能な値が設定される。 As the phase shift time, a predictable value such as a detection delay of the detector or a delay time on the network is set.
図１８は、第３変形例に係る制御装置１Ａに入力される入力データに含まれるヒントデータの作成方法を説明するための図である。図１９は、第３変形例に係る制御装置１Ａによる将来位置予測の効果の一例を示す図である。図１９には、図１１に示す制御システム２００において、測定用カメラ２５０のサンプリング周期が２ｍｓｅｃである場合に、１６ｍｓｅｃ後のワークＷの位置を予測した結果を示す。
FIG. 18 is a diagram for explaining a method of creating hint data included in input data input to the control device 1A according to the third modification. FIG. 19 is a diagram illustrating an example of the effect of future position prediction by the control device 1A according to the third modification. FIG. 19 shows a result of predicting the position of the workpiece W after 16 msec in the
図１９を参照して、ヒントデータは、前回計測結果（１つ前の制御周期において取得された計測結果）をむだ時間分だけ時間的にシフトさせたデータを正解データとし、この正解データから前回計測結果を減算したものをヒントデータとする。ここで、前回計測結果は、ある遅れ時間をもって計測されることになる。この両者の差分をヒントデータとすることで、追従誤差を低減できる。すなわち、補償手段としての将来位置予測部１５０は、制御系で生じるむだ時間だけ測定情報を時間的にシフトさせて得られる測定情報と今回の測定情報との差分からヒントデータを生成する。
Referring to FIG. 19, the hint data is data obtained by shifting the previous measurement result (measurement result acquired in the previous control cycle) by the dead time as the correct data, and the correct data is used as the previous data. The subtraction of the measurement result is used as hint data. Here, the previous measurement result is measured with a certain delay time. By using the difference between the two as hint data, the tracking error can be reduced. That is, the future
図１９には、正解値（実線）と測定用カメラ２５０によって測定される今回計測結果とを示す。さらに、ヒントデータおよびヒントデータをフィルタ処理した結果を示す。このヒントデータまたはフィルタ処理したヒントデータを用いて、計測値を補正することで、より正解値に近い位置を予測できる（本手法）。図１９には、本実施の形態に関連する手法により予測される位置を併せてします。特に、変動の大きな範囲では、本実施の形態によれば、より正確に位置を予測できていることがわかる。
FIG. 19 shows the correct answer value (solid line) and the current measurement result measured by the
図１９には、正解値に対する予測値の誤差を示す。図１９には、第３変形例に従うヒントデータを用いた予測手法を用いた場合とそうでない場合とを比較して示す。図１９に示すように、本実施の形態に従うヒントデータを用いて遅れを補償することで、より誤差の少ない位置予測を行なうことができる。 FIG. 19 shows the error of the predicted value with respect to the correct value. FIG. 19 shows a comparison between the case where the prediction method using hint data according to the third modification is used and the case where it is not. As shown in FIG. 19, position prediction with less error can be performed by compensating the delay using the hint data according to the present embodiment.
このように、第３変形例においては、ヒントデータを用いて指令値を生成する。
＜Ｊ．第４変形例＞
上述の実施の形態においては、過去の実績に基づいて、対象物の物理的変位を予測することで、取得される測定情報に生じる遅れを補償する方法について説明した。これに対して、実施の形態３においては、同一のワークについて取得済の情報を利用して、将来のデータを外挿によって決定する方法について説明する。
Thus, in the third modified example, the command value is generated using the hint data.
<J. Fourth Modification>
In the above-described embodiment, the method of compensating for the delay that occurs in the acquired measurement information by predicting the physical displacement of the object based on the past performance has been described. On the other hand, in the third embodiment, a method for determining future data by extrapolation using information acquired for the same workpiece will be described.
第４変形例として、図１に示す制御システム１００の制御装置１に実装される制御構造について説明する。
As a fourth modification, a control structure mounted on the
図２０は、第４変形例に係る制御装置１に実装される制御構造を示す模式図である。図２１は、図２０に示す制御構造における時間的な遅れの補償を行なうための原理を説明するための図である。
FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a control structure mounted on the
図２０を参照して、制御装置１は、その制御構造として、バッファ１６０と、補間部１６２と、予測部１６４と、制御部１６６とを含む。
Referring to FIG. 20,
バッファ１６０は、メジャリングロール（エンコーダ１４０）によって測定される主軸位置を一時的に格納する。補間部１６２は、バッファ１６０に格納された主軸位置などを参照するとともに、これらを補間（外挿）することで、所定期間だけ先の位置を算出する。典型的には、線形補間（一次補間）や各種の多次元補間などを用いることができる。
The
予測部１６４は、測定された主軸位置と、補間部１６２によって算出される所定期間だけ先の位置とを組み合わせて、予測位置を算出する。この算出された予測位置は、制御部１６６へ入力される。制御部１６６は、入力された予測位置に基づいて制御を行ない、サーボモータ１１０へ与えられる指令値を算出する。この制御部１６６としては、一般的なＰＩＤ制御を採用してもよい。
The
次に、図２１を参照して、予測位置の算出方法について説明する。図２１に示す矢印のように、先に取得された位置の数点を用いて、所定期間だけ先の変化を予測する。このように、ある期間にわたる位置の変化を取得できれば、先の変化を予測できる。このように対象物の物理的変位を予測できるので、取得される情報に時間遅れがあったとしても、その影響を受けることなく、適切な指令値を生成および出力できる。 Next, a method for calculating a predicted position will be described with reference to FIG. Like the arrow shown in FIG. 21, the change of the future is estimated only for a predetermined period using several points of the position acquired previously. Thus, if the change of the position over a certain period can be acquired, the previous change can be predicted. Since the physical displacement of the object can be predicted in this way, even if there is a time delay in the acquired information, an appropriate command value can be generated and output without being affected by the time delay.
このように、第４変形例において、予測部１６４は、測定情報の取得された時間的変化に基づいて測定情報を予測する。
Thus, in the fourth modified example, the
＜Ｋ．利点＞
本実施の形態に係る制御装置によれば、ワークＷの物理的変位などに含まれる量子化誤差やノイズなどによる影響をフィルタ処理（平滑化処理）を用いて低減することができる。同時に、フィルタ処理によって生じる遅れ時間による影響については、オブザーバ制御を用いて補正する。これによって、量子化誤差やノイズによる影響を抑制しつつ、精度の高い制御を実現することができる。
<K. Advantage>
According to the control device according to the present embodiment, it is possible to reduce the influence of quantization error, noise, and the like included in the physical displacement of the workpiece W by using filter processing (smoothing processing). At the same time, the influence of the delay time caused by the filter processing is corrected using observer control. As a result, highly accurate control can be realized while suppressing the influence of quantization error and noise.
より具体的には、オブザーバ制御をサーボモータ１１０に対する指令値に適用することで、サンプリングの遅れ分だけ指令値の時間を進めることができるので、安定性を損なうことなく、応答性を高めることができる。
More specifically, by applying the observer control to the command value for the
さらに、オブザーバ制御に位相シフトフィルタを導入することにより、伝送遅れや計測系のむだ時間による影響を低減することができる。これによって、予測可能なむだ時間については、その影響を排除できる。 Furthermore, by introducing a phase shift filter to the observer control, it is possible to reduce the influence of transmission delay and measurement system dead time. This eliminates the effect of a predictable dead time.
より具体的には、位相シフトフィルタにおける位相進み時間を明示的に指定できるので、フィールドネットワークなどのむだ時間が明確に判断できるシステムにおいて、フィードフォワード制御および／またはフィードバック制御における位相調整を容易に行なうことができる。 More specifically, since the phase advance time in the phase shift filter can be explicitly specified, phase adjustment in feedforward control and / or feedback control is easily performed in a system in which dead time such as a field network can be clearly determined. be able to.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
１ 制御装置、２ 主軸装置、３ 従属軸装置、１０ ＣＰＵユニット、１１ 微分要素、１２ 増幅要素、１３ 加算要素、１４ フィルタ要素、１５ 減算要素、１６，１８ 積分要素、１７ 位相シフトフィルタ、１９ 目標値算出部、１９ａ カムテーブル、２０ パルスカウンタユニット、３０ フィールドバスインターフェイスユニット、４０ サーボドライバ、１００，２００ 制御システム、１０２，１０４ ロータリーカッター、１１０，２３０ サーボモータ、１１２，１１４ 搬送モータ、１４０ エンコーダ、２２０ 基板、２４０ レーザ光源、２５０ 測定用カメラ、２６０ ガラス面距離計算ロジック、Ｗ ワーク。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記対象物に対して処理を行なう処理装置を駆動するための駆動部と通信するインターフェイスと、
前記測定情報に基づいて前記駆動部を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記測定情報に対して平滑化処理を行なう平滑化手段と、
先行して算出された平滑化処理の結果と前記測定情報とを比較することで、前記平滑化処理の前に前記測定情報を補正する補正手段とを含み、前記補正手段は、
前記先行して算出された平滑化処理の結果に対して位相を遅れ側にシフトさせる手段と、
前記測定情報と前記位相がシフトされた平滑化処理の結果との差を算出する手段を含む、制御装置。 An input unit for acquiring measurement information indicating physical displacement of the object from the measurement device;
An interface that communicates with a drive unit for driving a processing device that performs processing on the object;
A control unit for controlling the drive unit based on the measurement information,
The controller is
Smoothing means for smoothing the measurement information;
A correction unit that corrects the measurement information before the smoothing process by comparing a result of the smoothing process calculated in advance with the measurement information, and the correction unit includes:
Means for shifting the phase to the delay side with respect to the result of the smoothing process calculated in advance;
A control device including means for calculating a difference between the measurement information and a result of the smoothing process in which the phase is shifted.
前記平滑化手段は、前記対象物の位置の時間的変化量である移動速度を平滑化する、請求項１に記載の制御装置。 The measuring device measures the position at each time point related to the movement of the object as the physical displacement,
The control device according to claim 1 , wherein the smoothing unit smoothes a moving speed that is a temporal change amount of the position of the object.
前記算出手段は、前記平滑化処理の結果から前記対象物の位置を推定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の制御装置。 The control unit further includes calculation means for calculating a command value to be given to the drive unit based on the result of the smoothing process,
Said calculation means, said estimates the position of the object from the results of the smoothing process, the control device according to any one of claims 1-4.
前記測定情報に対して平滑化処理を行なうステップと、
先行して算出された平滑化処理の結果と前記測定情報とを比較することで、前記平滑化処理の前に前記測定情報を補正するステップとを実行させ、
前記補正するステップは、
前記先行して算出された平滑化処理の結果に対して位相を遅れ側にシフトさせるステップと、
前記測定情報と前記位相がシフトされた平滑化処理の結果との差を算出するステップとを含む、制御プログラム。 An input unit that acquires measurement information indicating physical displacement of an object from a measurement device, an interface that communicates with a drive unit for driving a processing device that performs processing on the object, and a control unit A control program executed on a computer, the control program being
Performing a smoothing process on the measurement information;
By comparing the measurement information with the result of the smoothing process calculated in advance, the step of correcting the measurement information before the smoothing process,
The correcting step includes
Shifting the phase to the lag side with respect to the result of the smoothing process calculated in advance;
Calculating a difference between the measurement information and a result of the smoothing process in which the phase is shifted.
前記測定情報に対して平滑化処理を行なうステップと、
先行して算出された平滑化処理の結果と前記測定情報とを比較することで、前記平滑化処理の前に前記測定情報を補正するステップとを含み、
前記補正するステップは、
前記先行して算出された平滑化処理の結果に対して位相を遅れ側にシフトさせるステップと、
前記測定情報と前記位相がシフトされた平滑化処理の結果との差を算出するステップとを含む、制御方法。 An input unit that acquires measurement information indicating physical displacement of an object from a measurement device, an interface that communicates with a drive unit for driving a processing device that performs processing on the object, and a control unit A control method executed by a computer,
Performing a smoothing process on the measurement information;
A step of correcting the measurement information before the smoothing process by comparing the measurement information with the result of the smoothing process calculated in advance.
The correcting step includes
Shifting the phase to the lag side with respect to the result of the smoothing process calculated in advance;
Calculating a difference between the measurement information and a result of the smoothing process in which the phase is shifted.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012273843A JP6111642B2 (en) | 2012-12-14 | 2012-12-14 | Control device, control program, and control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012273843A JP6111642B2 (en) | 2012-12-14 | 2012-12-14 | Control device, control program, and control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014119902A JP2014119902A (en) | 2014-06-30 |
| JP6111642B2 true JP6111642B2 (en) | 2017-04-12 |
Family
ID=51174699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012273843A Active JP6111642B2 (en) | 2012-12-14 | 2012-12-14 | Control device, control program, and control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP6111642B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105938324B (en) * | 2015-03-04 | 2019-07-16 | 欧姆龙株式会社 | Control device and synchronisation control means |
| US10268183B2 (en) | 2015-03-04 | 2019-04-23 | Omron Corporation | Control device and method of synchronizing control |
| JP6829982B2 (en) * | 2016-10-28 | 2021-02-17 | Dmg森精機株式会社 | Machine position measuring device and machine position measuring system |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4330896B2 (en) * | 2003-02-03 | 2009-09-16 | 三菱電機株式会社 | Servo control system |
| JP4304452B2 (en) * | 2003-09-24 | 2009-07-29 | 富士電機システムズ株式会社 | Control device and traveling cutting machine |
| JP4468216B2 (en) * | 2005-03-14 | 2010-05-26 | 三菱電機株式会社 | Synchronous control device |
| JP4350063B2 (en) * | 2005-05-16 | 2009-10-21 | 日本リライアンス株式会社 | Electric motor control device |
| JP5098863B2 (en) * | 2008-07-11 | 2012-12-12 | 株式会社安川電機 | Synchronous control device |
-
2012
- 2012-12-14 JP JP2012273843A patent/JP6111642B2/en active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2014119902A (en) | 2014-06-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6325504B2 (en) | Servo control device having a function of automatically adjusting a learning controller | |
| JP3805309B2 (en) | Servo motor drive control device | |
| EP1439440A2 (en) | Servo motor drive control device | |
| JP4575508B1 (en) | Servo control device for dual position feedback control | |
| TWI514099B (en) | Servo control device | |
| JP5098863B2 (en) | Synchronous control device | |
| JP2004288164A (en) | Synchronous control device | |
| JP5269158B2 (en) | Control method and control apparatus | |
| US9459598B2 (en) | Motor control device | |
| JP5366840B2 (en) | Trajectory control device | |
| US20090251093A1 (en) | Motor control apparatus | |
| JP2015156194A (en) | Mechanical device control device and friction compensation gain determination method | |
| TWI520807B (en) | Laser processing device | |
| JP6111642B2 (en) | Control device, control program, and control method | |
| JP6464226B2 (en) | Electric motor control device | |
| JP6244622B2 (en) | Control device, control program, and control method | |
| JP2018151889A (en) | Processing apparatus, parameter adjustment method, and parameter adjustment program | |
| JP5648863B2 (en) | Motor control device | |
| JP2007140950A (en) | Digital servo control device | |
| JP2008097334A (en) | Servo controller and control method therefor | |
| JP4483314B2 (en) | Servo control device | |
| JP6423904B2 (en) | Numerical control device for machine tools | |
| CN109143968B (en) | Control device, position control system, position control method, and recording medium | |
| JP5460371B2 (en) | Numerical controller | |
| JP5199682B2 (en) | Motor control device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20151106 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160929 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20161004 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161129 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170104 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170124 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170214 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170227 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6111642 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |