WO2017212685A1 - サーボ制御装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a servo control device that executes trajectory control.
- trajectory control is performed to control the position of the tool tip along the commanded path.
- Trajectory control is performed by performing servo control so that the actual position of each movable axis of the machine follows the position command value of each movable axis.
- Patent Document 1 discloses a technique for performing trajectory control using a cooperative control system including a low-speed axis servo system and a high-speed axis servo system having higher responsiveness than the low-speed axis servo system.
- Patent Document 1 when calculating the command value to the low-speed axis servo system and the command value to the high-speed axis servo system from the tool position command value, the tool position command value and the low-speed axis servo system command are calculated. The difference from the value is set as the command value for the high-speed axis servo system.
- the combined response that combines the servo response of the low-speed axis servo system and the servo response of the high-speed axis servo system correctly follows the command value of the tool position. There is a problem of not.
- An object of the present invention is to obtain a servo control device that realizes more accurate trajectory control in a cooperative control system including a low-speed axis servo system and a high-speed axis servo system.
- the servo control device of the present invention controls the first servo system and the second servo system having higher responsiveness than the first servo system.
- the first servo system causes the position of the first drive unit driven by the first motor on the first axis to follow the first axis command value.
- the second servo system causes the position of the second drive unit driven by the second motor on the second axis to follow the second axis command value.
- the second axis is an axis in the same direction as the first axis.
- the servo control device controls the combined position of the position of the first drive unit and the position of the second drive unit.
- the servo control device includes a first axis target value creation unit and a correction unit.
- the first axis target value creation unit creates a first axis target value based on a composite command value that is a position command value of the composite position.
- the correction unit converts the first axis target value into the first axis command value by using the first transfer function.
- the correction unit converts the first axis target value by using the second transfer function, and calculates the second axis command value by subtracting the converted first axis target value from the combined command value.
- the product of the first transfer function and the first model transfer function that models the characteristics of the first servo system is equal to the product of the second transfer function and the second model transfer function that models the characteristics of the second servo system. .
- FIG. 3 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the servo control device according to the first embodiment.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a cooperative control system to which the servo control device according to the first embodiment is applied.
- the cooperative control system 1000 includes a servo control device 100, a low-speed axis servo system 200 that is a first servo system, and a high-speed axis servo system 300 that is a second servo system.
- the high speed axis servo system 300 is more responsive than the low speed axis servo system 200.
- the servo control device 100 controls the low speed axis servo system 200 and the high speed axis servo system 300.
- the low-speed axis servo system 200 includes a low-speed axis control device 210 and a low-speed axis drive unit 220 that is a first drive unit.
- the high-speed axis servo system 300 includes a high-speed axis control device 310 and a high-speed axis drive unit 320 that is a second drive unit.
- the low speed axis drive unit 220 and the high speed axis drive unit 320 constitute a controlled machine.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the controlled machine.
- the controlled machine includes a low-speed axis drive unit 220, a low-speed axis 230 that is a first axis, a high-speed axis drive unit 320, a high-speed axis 330 that is a second axis, and a tool 400.
- the controlled machine moves the tool 400 in a uniaxial direction that is the left-right direction on the paper surface.
- the low-speed shaft driving unit 220 can move on the low-speed shaft 230 in the left-right direction on the paper surface.
- the high-speed shaft driving unit 320 can move on the high-speed shaft 330 in the left-right direction on the paper surface.
- the low speed axis drive unit 220 is a movable part of the low speed axis 230
- the high speed axis drive part 320 is a movable part of the high speed axis 330.
- a high speed shaft 330 is fixed to the low speed shaft drive unit 220. That is, the high speed shaft 330 is attached to the low speed shaft drive unit 220, and the direction of the high speed shaft 330 and the direction of the low speed shaft 230 are the same.
- the tool 400 is fixed to the high-speed shaft driving unit 320.
- the position of the tool 400 is the sum of the position of the low speed axis drive unit 220 and the position of the high speed axis drive unit 320. In other words, the position of the tool 400 is a combination of the position of the low speed axis drive unit 220 and the position of the high speed axis drive unit 320.
- the low speed shaft drive unit 220 includes an amplifier 221, a motor 222 that is a first motor, and a position detector 223.
- the motor 222 drives the low-speed shaft driving unit 220 that is a movable unit on the low-speed shaft 230.
- the amplifier 221 supplies a current to the motor 222 so that the motor 222 generates a thrust for driving the low-speed axis drive unit 220 according to the low-speed axis thrust command value input from the low-speed axis control device 210.
- the low speed shaft thrust command value is the first shaft thrust command value.
- the position detector 223 detects the position of the low speed shaft drive unit 220 on the low speed shaft 230 and outputs a position signal indicating the detected value.
- the type of the position detector 223 is not limited to a specific type.
- the position detector 223 is a rotary encoder attached to the motor 222.
- the position detector 223 is a linear encoder attached to the low speed shaft drive unit 220.
- the low speed axis control device 210 receives the low speed axis command value that is the first axis command value from the servo control device 100 and receives the position signal from the position detector 223.
- the low speed axis control device 210 calculates a low speed axis thrust command value based on compensation control for causing the position of the low speed axis drive unit 220 indicated by the position signal to follow the low speed axis command value.
- the low speed axis control device 210 inputs the calculated low speed axis thrust command value to the amplifier 221 of the low speed axis drive unit 220.
- the low-speed axis servo system 200 is configured as described above, so that the position of the low-speed axis drive unit 220 on the low-speed axis 230 can follow the low-speed axis command value Xrs132.
- the high-speed shaft driving unit 320 includes an amplifier 321, a motor 322 that is a second motor, and a position detector 323.
- the motor 322 drives the high-speed shaft drive unit 320 that is a movable unit on the high-speed shaft 330.
- the amplifier 321 supplies a current to the motor 322 so that the motor 322 generates a thrust for driving the high-speed axis driving unit 320 according to the high-speed axis thrust command value input from the high-speed axis control device 310. .
- the high-speed axis thrust command value is a second axis thrust command value.
- the position detector 323 detects the position of the high speed axis driving unit 320 on the high speed axis 330 and outputs a position signal indicating the detected value.
- the type of the position detector 323 is not limited to a specific type.
- the position detector 323 is a rotary encoder attached to the motor 322.
- the position detector 323 is a linear encoder attached to the high-speed shaft driving unit 320.
- the high-speed axis control device 310 receives the high-speed axis command value that is the second axis command value from the servo control device 100, and receives the position signal from the position detector 323.
- the high-speed axis control device 310 calculates a high-speed axis thrust command value based on compensation control that causes the position of the high-speed axis drive unit 320 indicated by the position signal to follow the high-speed axis command value.
- the high speed axis control device 310 inputs the calculated high speed axis thrust command value to the amplifier 321 of the high speed axis drive unit 320.
- the position of the high-speed axis drive unit 320 on the high-speed axis 330 in the same direction as the low-speed axis 230 attached to the low-speed axis drive unit 220 is determined as a high-speed axis command value. It can be made to follow Xrf133.
- the mechanism of the low-speed axis drive unit 220 is larger in size and weight than the mechanism of the high-speed axis drive unit 320. Therefore, the low speed axis servo system 200 is less responsive than the high speed axis servo system 300. If the tool 400 is driven only by the low-speed axis servo system 200, the responsiveness is insufficient, and the error between the position command value and the position of the tool 400 increases. In contrast, in the first embodiment, the responsiveness of the cooperative control system 1000 is improved by cooperatively controlling the low-speed axis servo system 200 and the high-speed axis servo system 300 having higher responsiveness than the low-speed axis servo system 200.
- the servo control device 100 calculates a low-speed axis command value and a high-speed axis command value from a combined command value that is a position command value of the position of the tool 400. Then, the servo control device 100 outputs the calculated low-speed axis command value to the low-speed axis control device 210 constituting the low-speed axis servo system 200, and outputs the calculated high-speed axis command value to the high-speed axis servo system 300.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a hardware configuration example of the servo control device 100 according to the first embodiment.
- the servo control device 100 includes an arithmetic device 1, a storage device 2, and an input / output device 3.
- the arithmetic device 1, the storage device 2, and the input / output device 3 are connected to each other via a bus 4.
- the arithmetic device 1 executes a computer program, and is a CPU (Central Processing Unit) in one example.
- the storage device 2 stores a computer program in advance.
- the arithmetic device 1 implements each functional configuration described later by executing a computer program stored in the storage device 2.
- the storage device 2 can be configured by, for example, a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a flash memory, an HDD (Hard Disk Drive), or a combination thereof.
- the input / output device 3 is an interface device for the servo control device 100 to input / output information to / from other devices. In the embodiment, the input / output device 3 is connected to the low speed axis control device 210 and the high speed axis control device 310.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a functional configuration of the cooperative control system 1000 according to the first embodiment.
- FIG. 4 shows a functional configuration of the cooperative control system 1000 according to the first embodiment in the form of a block diagram.
- the servo control device 100 includes a low-speed axis target value creation unit 110 and a correction unit 120.
- the low speed axis target value creation unit 110 creates a low speed axis target value Xrst 131 based on the combined command value Xr130.
- the combined command value Xr130 is given from a user program executed by the arithmetic device 1 or an external arithmetic device.
- the method of creating the low speed axis target value Xrst131 is arbitrary.
- the low-speed axis target value creation unit 110 creates the low-speed axis target value Xrst 131 by removing a high-frequency component from the combined command value Xr130 using a primary low-pass filter.
- the correction unit 120 converts the low-speed axis target value Xrst131 into the low-speed axis command value Xrs132 using the first transfer function, and the first transfer function unit 121 converts the low-speed axis target value Xrst131 using the second transfer function. And a subtractor 123 that calculates a high-speed axis command value Xrf133 by subtracting the low-speed axis target value converted by the second transfer function unit 122 from the combined command value Xr130.
- the transfer function of the first transfer function is expressed as Gf ′
- the transfer function of the second transfer function is expressed as Gs ′
- a transfer function that models the characteristics of the low-speed axis control device 210 is expressed as Cs
- a transfer function that models the characteristics of the low-speed axis drive unit 220 is expressed as Ps.
- a low-speed axis model transfer function which is a first model transfer function that models the characteristics of the low-speed axis servo system 200, is denoted as Gs.
- a transfer function that models the characteristics of the high-speed axis control device 310 is denoted as Cf, and a transfer function that models the characteristics of the high-speed axis drive unit 320 is denoted as Pf.
- a high-speed axis model transfer function which is a second model transfer function that models the characteristics of the high-speed axis servo system 300, is denoted as Gf.
- the synthesis position y500 can be expressed as the following Expression 1.
- y Gf′GsXrst + GfXr ⁇ Gs′GfXrst (Formula 1)
- the first transfer function Gf ′ is equal to the high-speed axis model transfer function Gf.
- the second transfer function Gs ′ is equal to Gs which is a low-speed axis model transfer function. That is, the low-speed axis command value Xrs132 is an estimate of the position of the high-speed axis drive unit 320 when the low-speed axis target value Xrst131 is input to the high-speed axis servo system 300, and is converted using the second transfer function Gs ′.
- the servo control device 100 uses the low-speed axis target value generation unit 110 that generates the low-speed axis target value Xrst 131 based on the combined command value Xr130, and the low speed using the first transfer function Gf ′.
- the shaft target value Xrst131 is converted into a low-speed axis command value Xrs132, the low-speed axis target value Xrst131 is converted using Gs ′ that is the second transfer function, and the converted low-speed axis target value Xrst131 is subtracted from the combined command value Xr130.
- a correction unit 120 that calculates the high-speed axis command value Xrf133.
- the first transfer function Gf ′ is equal to the high-speed axis model transfer function Gf
- the second transfer function Gs ′ is equal to the low-speed axis model transfer function Gs.
- the first embodiment it is possible to cause the combined position y500 of the position of the low speed axis drive unit 220 and the position of the high speed axis drive unit 320 to follow the given combined command value Xr130 with high responsiveness. It becomes.
- highly accurate trajectory control can be realized in the cooperative control system 1000 including the low-speed axis servo system 200 and the high-speed axis servo system 300.
- the response characteristic of the composite position y500 is determined by the high-speed axis servo system 300. Therefore, a servo control system having a higher control band than the low-speed axis servo system 200 is applied to the high-speed axis servo system 300, or the acceleration control values of the drive units 220 and 320 are larger than those of the low-speed axis servo system 200. Or the like, it is possible to realize more accurate trajectory control than driving the tool 400 using only the low-speed axis servo system 200.
- the method of creating the low-speed axis target value Xrst 131 by the low-speed axis target value creation unit 110 is not limited to the above method. As long as each of the low-speed axis drive unit 220 and the high-speed axis drive unit 320 can be operated within a range that does not exceed the movable range, the low-speed axis target value creation unit 110 can calculate the low-speed axis target value Xrst131 by any method. Can be created. In one example, the low-speed axis target value creation unit 110 may create the low-speed axis target value Xrst 131 by calculating 1 ⁇ 4 of the combined command value Xr130.
- the first transfer function only needs to model the characteristics of the low-speed axis servo system 200, and is not limited to the linear model represented by the transfer function.
- the first transfer function may be a general linear model, a nonlinear model, or a delay model.
- the second transfer function only needs to model the characteristics of the high-speed axis servo system 300, and is not limited to the linear model represented by the transfer function.
- the second transfer function may be a general linear model, a nonlinear model, or a delay model.
- the characteristics of the first transfer function and the second transfer function are not limited to the above.
- the first transfer function is expressed as Hs and the second transfer function is expressed as Hf
- Hs is set so that the product of Hs as the first transfer function and Gs as the low-speed axis model transfer function matches the product of Hf as the second transfer function and Gf as the high-speed axis model transfer function.
- Hf and Hf are configured, the relationship of the above equation 2 can be obtained. That is, by configuring Hs and Hf so that the product of Hs and Gs coincides with the product of Hf and Gf, the position of the low-speed shaft drive unit 220 with respect to the given combined command value Xr130. And the combined position y500 of the high-speed shaft drive unit 320 and the position of the high-speed axis drive unit 320 can be accurately followed.
- the first transfer function and the low-speed axis model transfer function are matched with the first transfer function and the low-speed axis model transfer function. Is the same as the product of the second transfer function and the fast axis model transfer function.
- the shape of the low speed shaft 230 and the high speed shaft 330 is not limited to a linear shape. As long as the low-speed axis drive unit 220 and the high-speed axis drive unit 320 can move in the same direction, the shapes of the low-speed axis 230 and the high-speed axis 330 are arbitrary. In one example, the low-speed shaft 230 and the high-speed shaft 330 may have a circular shape or an arc shape.
- the high speed shaft 330 may not necessarily be fixed to the low speed shaft driving unit 220. As long as the low-speed axis drive unit 220 and the high-speed axis drive unit 320 can move in the same direction, the low-speed axis 230 and the high-speed axis 330 may be arranged separately.
- the low speed shaft 230 is disposed below the high speed shaft 330, and the workpiece is fixed to the low speed shaft drive unit 220.
- the high-speed shaft 330 is disposed above the low-speed shaft 230, and the tool 400 is fixed to the high-speed shaft drive unit 320 downward toward the workpiece.
- the position of the tool 400 relative to the workpiece is the position of the low speed shaft drive unit 220.
- the sum of the position and the position of the high-speed axis drive unit 320, that is, the position of the low-speed axis drive unit 220 and the position of the high-speed axis drive unit 320 are combined. Therefore, the technique of the first embodiment can be applied to a servo control device that controls such controlled devices.
- the low-speed axis control device 210 and the high-speed axis control device 310 are connected to the servo control device 100.
- One or both of the low speed axis control device 210 and the high speed axis control device 310 may be included in the servo control device 100.
- the low-speed axis target value creation unit 110 and the correction unit 120 are realized by the computing device 1 executing a computer program. Part or all of the low-speed axis target value creation unit 110 and the correction unit 120 may be realized by a hardware circuit.
- Embodiment 2 the settings of the first transfer function and the second transfer function are different from those in the first embodiment.
- the second embodiment is another example of matching the product of the first transfer function and the low speed axis model transfer function with the product of the second transfer function and the high speed axis model transfer function.
- FIG. 5 is a diagram illustrating a functional configuration of the cooperative control system according to the second embodiment.
- Reference numeral 1000a is assigned to the cooperative control system of the second embodiment
- reference numeral 100a is assigned to the servo control apparatus of the second embodiment.
- the same components and the same names as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.
- the servo control device 100a includes a low-speed axis target value creation unit 110 and a correction unit 120a.
- the correction unit 120a includes a second transfer function unit 122a and a subtractor 123.
- the correction unit 120a receives the low speed axis target value Xrst131 as input, and outputs the input low speed axis target value Xrst131 to the low speed axis control device 210 as it is. That is, in the second embodiment, the low speed axis command value Xrs132 is equal to the low speed axis target value Xrst131, and the first transfer function of the second embodiment corresponds to “1”.
- the second transfer function unit 122a includes a third transfer function unit 124 and a fourth transfer function unit 125.
- the transfer function of the third transfer function unit 124 is Gs ′, which is a low-speed axis model transfer function
- the transfer function of the fourth transfer function unit 125 is 1 / Gf ′, which is an inverse function of the high-speed axis model transfer function.
- the second transfer function of the second embodiment is a product of 1 / Gf ′, which is the inverse function of the high speed axis model transfer function
- Gs ′ which is the low speed axis model transfer function.
- the subtracter 123 subtracts the low speed axis target value Xrst131 converted by the product of 1 / Gf ′, which is an inverse function of the high speed axis model transfer function, and Gs ′, which is the low speed axis model transfer function, from the combined command value Xr130.
- the high speed axis command value Xrf133 is calculated.
- y GfXr ⁇ GfGs ′ (1 / Gf ′) Xrst + GsXrst (Formula 4)
- Equation 4 the second term on the right side and the third term on the right side cancel each other. Therefore, Formula 2 also holds in the second embodiment.
- the first transfer function is “1”
- the second transfer function is equal to the product of the inverse function of the high-speed axis model transfer function and the low-speed axis model transfer function.
- the difference in response between the low-speed axis servo system 200 and the high-speed axis servo system 300 does not affect the combined position y500, and the response characteristic of the combined position y500 is determined by the high-speed axis servo system 300.
- the cooperative control system 1000a including the low-speed axis servo system 200 and the high-speed axis servo system 300, highly accurate trajectory control can be realized.
- Embodiment 3 When the low-speed axis drive unit 220 and the high-speed axis drive unit 320 are connected via the high-speed axis 330, the motor 222 drives the low-speed axis drive unit 220, so that interference force acts on the high-speed axis drive unit 320. . Further, when the motor 322 drives the high-speed shaft drive unit 320, an interference force acts on the low-speed shaft drive unit 220.
- the servo control device corrects each thrust command value in consideration of the influence of the interference force.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a functional configuration of the cooperative control system according to the third embodiment.
- Reference numeral 1000b is assigned to the cooperative control system of the third embodiment
- reference numeral 100b is assigned to the servo control device of the third embodiment
- reference numeral 200b is assigned to the low-speed axis servo system of the third embodiment
- the reference numeral 300b is attached to the high-speed axis servo system.
- the same components and the same names as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.
- the servo control device 100b includes a low-speed axis target value creation unit 110, a correction unit 120, a high-speed axis interference force calculation unit 141 that is a first interference force calculation unit, and a low-speed axis interference force calculation unit 142 that is a second interference force calculation unit. It has.
- the low speed axis servo system 200 b includes a low speed axis control device 210 b and a low speed axis drive unit 220.
- the high-speed axis servo system 300b includes a high-speed axis control device 310b and a high-speed axis drive unit 320.
- the high-speed axis interference force calculation unit 141 calculates a first interference force that is an interference force exerted on the high-speed axis drive unit 320 by driving the low-speed axis drive unit 220 based on the low-speed axis command value Xrs132. Then, the high speed shaft interference force calculation unit 141 subtracts the first interference force from the high speed shaft thrust command value. In one example, the high-speed axis interference force calculation unit 141 outputs a first interference force cancellation input 135 that is a value obtained by inverting the sign of the first interference force.
- the high-speed axis control device 310b includes a high-speed axis compensation unit 311 that is a second axis compensation unit and an adder 312.
- the high-speed axis compensator 311 outputs a high-speed axis thrust command value by the same control as that of the high-speed axis control device 310 of the first embodiment.
- the adder 312 adds the high-speed axis thrust command value output from the high-speed axis compensator 311 and the first interference force cancellation input 135, and obtains the high-speed axis thrust command value to which the first interference force cancellation input 135 is added. This is input to the amplifier 321 of the high-speed axis drive unit 320.
- the low-speed axis interference force calculation unit 142 calculates a second interference force that is an interference force exerted on the low-speed axis drive unit 220 by driving the high-speed axis drive unit 320 based on the high-speed axis command value Xrf133. Then, the low-speed axis interference force calculation unit 142 subtracts the second interference force from the low-speed axis thrust command value. In one example, the low-speed axis interference force calculation unit 142 outputs a second interference force cancellation input 134 that is a value obtained by inverting the sign of the second interference force.
- the low-speed axis control device 210b includes a low-speed axis compensation unit 211 and an adder 212 that are first axis compensation units.
- the low speed axis compensation unit 211 outputs a low speed axis thrust command value by the same control as the low speed axis control device 210 of the first embodiment.
- the adder 212 adds the low-speed axis thrust command value output from the low-speed axis compensator 211 and the second interference force cancellation input 134, and adds the second interference force cancellation input 134 to the low-speed axis thrust command value. Input to the amplifier 221 of the shaft drive unit 220.
- the first interference force Ff acts on the high-speed shaft drive unit 320 by acceleration / deceleration of the low-speed shaft drive unit 220
- the second interference force Fs works on the low-speed shaft drive unit 220 by acceleration / deceleration of the high-speed shaft drive unit 320.
- the acceleration of the high-speed axis drive unit 320 is expressed as Af
- the acceleration of the low-speed axis drive unit 220 is expressed as As
- the first interference force Ff is 5.
- the second interference force Fs is expressed by Equation 6.
- Ff ⁇ AsWf (Formula 5)
- Fs ⁇ AfWf (Formula 6)
- the first interference canceling input 135 is obtained as follows.
- the high-speed axis interference force calculation unit 141 includes a low-speed axis model having the characteristics of the low-speed axis servo system 200b and a second-order differentiator.
- the high speed axis interference force calculation unit 141 inputs the low speed axis command value Xrs132 to the low speed axis model, and obtains the low speed axis predicted position. Then, the high-speed axis interference force calculation unit 141 calculates a low-speed axis predicted acceleration As ′ by applying a second-order differentiator to the obtained low-speed axis predicted position and performing second-order differentiation with respect to time.
- the motor 222 is operated at a low speed by multiplying the total weight Wf of the mechanism driven by the motor 322 of the high-speed axis servo system 300b and the acceleration As of the low-speed axis drive unit 220 and adding a minus sign.
- This is an interference force generated in the high-speed shaft drive unit 320 by driving the shaft drive unit 220. Therefore, the high-speed axis interference force calculation unit 141 obtains the first interference force cancellation input 135 by multiplying the total weight Wf of the mechanism driven by the motor 322 of the high-speed axis servo system 300b by the low-speed axis predicted acceleration As ′. .
- the second interference force cancellation input 134 is obtained as follows.
- the low-speed axis interference force calculation unit 142 includes a high-speed axis model having the characteristics of the high-speed axis servo system 300b and a second-order differentiator.
- the low speed axis interference force calculation unit 142 inputs the high speed axis command value Xrf 133 to the high speed axis model, and obtains a high speed axis predicted position. Then, the low-speed axis interference force calculation unit 142 calculates a high-speed axis predicted acceleration Af ′ by applying a second-order differentiator to the obtained high-speed axis predicted position and performing second-order differentiation with respect to time.
- the motor 322 has a high speed when the total weight Wf of the mechanism driven by the motor 322 of the high speed axis servo system 300b is multiplied by the acceleration Af of the high speed axis drive unit 320 and a minus sign is added.
- This is an interference force generated in the low-speed shaft drive unit 220 by driving the shaft drive unit 320. Therefore, the low-speed axis interference force calculation unit 142 obtains the second interference force cancellation input 134 by multiplying the total weight Wf of the mechanism driven by the motor 322 of the high-speed axis servo system 300b by the high-speed axis predicted acceleration Af ′. .
- the cooperative control system 1000b is described as including both the high-speed axis interference force calculation unit 141 that cancels the first interference force and the low-speed axis interference force calculation unit 142 that cancels the second interference force.
- the cooperative control system 1000b may include only one of the configurations.
- the high-speed axis interference force calculation unit 141 may be included in the low-speed axis control device 210b or the high-speed axis control device 310b.
- the low speed axis interference force calculation unit 142 may be included in the low speed axis control device 210b or the high speed axis control device 310b.
- the high-speed axis interference force calculation unit 141 uses the low-speed axis command to specify the first interference force that is the interference force exerted on the high-speed axis drive unit 320 by the drive of the low-speed axis drive unit 220.
- the first interference force is subtracted from the high-speed shaft thrust command value by calculating based on the value Xrs132 and inputting the first interference force cancellation input 135 to the adder 312.
- the low-speed axis interference force calculation unit 142 calculates a second interference force that is an interference force exerted on the low-speed axis drive unit 220 by driving the high-speed axis drive unit 320 based on the high-speed axis command value Xrf133.
- the second interference force is subtracted from the low-speed axis thrust command value.
- the influence of the second interference force can be eliminated from the low speed axis servo system 200b, so that the tracking accuracy is improved.
- the third embodiment can be applied to the cooperative control system of the second embodiment.
- the first transfer function is equal to “1”
- the second transfer function is constituted by the product of Gs ′, which is the slow axis model transfer function, and 1 / Gf ′, which is the inverse function of the fast axis model transfer function. May be. Even in that case, the same effects as those of the third embodiment described above can be obtained.
- Embodiment 4 the reference model servo system is applied to the servo system of each axis.
- the reference model servo system by using an inverse model of the controlled object, compensation control is performed so that the reference model position matches the output of the controlled object.
- the reference model position is output by a reference model set in the reference model servo system.
- the designer needs to obtain a transfer function that models the characteristics of the low-speed axis servo system 200 and a transfer function that models the characteristics of the high-speed axis servo system 300.
- the reference model set in the reference model servo system can be used as a model indicating the characteristics of the servo system as it is.
- FIG. 7 is a diagram illustrating a functional configuration of the cooperative control system according to the fourth embodiment.
- Reference numeral 1000c is assigned to the cooperative control system of the fourth embodiment
- reference numeral 100c is assigned to the servo control device of the fourth embodiment
- reference numeral 200c is assigned to the low-speed axis servo system of the fourth embodiment
- the fourth embodiment is assigned to the high-speed axis servo system.
- the same components and the same names as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.
- the low-speed axis servo system 200c and the high-speed axis servo system 300c are servo systems to which the standard model servo system is applied.
- the low-speed axis servo system 200c includes a low-speed axis control device 210c and a low-speed axis drive unit 220.
- the low-speed axis control device 210c includes a low-speed axis compensation unit 211 that is a first axis compensation unit and a low-speed axis reference model 213 that is a first axis reference model unit.
- the low speed axis reference model position 213 calculates the low speed axis reference model position, which is the first axis reference model position, based on the low speed axis command value Xrs132, and outputs the low speed axis reference model position.
- the transfer function of the low speed axis reference model 213 is expressed as Ms.
- the low speed axis compensator 211 calculates a low speed axis thrust command value so that the position of the low speed axis drive unit 220 matches the low speed axis reference model position, and calculates the calculated low speed
- the shaft thrust command value is input to the amplifier 221.
- FIG. 8 is a diagram showing a detailed functional configuration of the low-speed axis servo system 200c.
- the low speed axis reference model 213 filters the low speed axis command value Xrs132 using a filter having a high frequency band cutoff characteristic, and outputs a low speed axis reference model position.
- the filter of the low-speed axis reference model 213 is, for example, a secondary low-pass filter.
- the low-speed axis compensation unit 211 includes a feedback control unit 214, a low-speed axis inverse model 215, and an adder 216.
- the feedback control unit 214 executes a calculation including proportional calculation, integration, or differentiation based on the low-speed axis reference model position and the output position of the low-speed axis drive unit 220, so that the low-speed axis reference model position and the low-speed axis drive unit Create a feedback input that reduces the difference in 220 output positions.
- the transfer function of the feedback control unit 214 is expressed as Ks.
- the low speed axis inverse model 215 is a transfer function 1 / Ps ′ that models the reverse characteristic of the characteristic of the low speed axis drive unit 220, and the transfer function 1 / Ps ′ is used to convert the low speed axis reference model position into a feedforward input. To do.
- the adder 216 calculates the low speed axis thrust command value by adding the feedback input and the feedforward input.
- the low-speed axis compensator 211 can calculate the low-speed axis thrust command value so that the position of the low-speed axis drive unit 220 matches the low-speed axis reference model position by the above configuration.
- the product of the transfer function Ps of the low speed axis drive unit 220 and the transfer function 1 / Ps ′ of the low speed axis inverse model 215 is “1”. Therefore, the transfer function from the low-speed axis command value Xrs132 to the output position of the low-speed axis drive unit 220, that is, the transfer function of the low-speed axis servo system 200c coincides with the transfer function Ms of the low-speed axis reference model 213 with high accuracy.
- the high-speed axis servo system 300c includes a high-speed axis control device 310c and a high-speed axis drive unit 320.
- the high-speed axis control device 310c includes a high-speed axis compensation unit 311 that is a second axis compensation unit and a high-speed axis reference model 313 that is a second axis reference model unit.
- the high-speed axis reference model 313 calculates a high-speed axis reference model position based on the high-speed axis command value Xrf 133 and outputs the high-speed axis reference model position.
- the transfer function of the high speed axis reference model 313 is denoted as Mf.
- the high speed axis compensator 311 calculates a high speed axis thrust command value based on the position signal from the position detector 323 so that the position of the high speed axis drive unit 320 matches the high speed axis reference model position.
- the high speed axis compensator 311 inputs the calculated high speed axis thrust command value to the amplifier 321.
- FIG. 9 is a diagram showing a detailed functional configuration of the high-speed axis servo system 300c.
- the high-speed axis reference model 313 filters the high-speed axis command value Xrf133 using a filter having a high-frequency band cutoff characteristic, and outputs a high-speed axis reference model position.
- the transfer function of the high speed axis reference model 313 is Mf.
- the filter of the high-speed axis reference model 313 is, for example, a secondary low-pass filter.
- the high-speed axis compensation unit 311 includes a feedback control unit 314, a high-speed axis inverse model 315, and an adder 316.
- the feedback control unit 314 executes a calculation including proportional calculation, integration, or differentiation based on the high-speed axis reference model position and the output position of the high-speed axis drive unit 320, thereby providing a high-speed axis reference model position and a high-speed axis drive unit.
- a feedback input that reduces the difference from the output position of 320 is created.
- the transfer function of the feedback control unit 314 is denoted as Kf.
- the high-speed axis inverse model 315 is a transfer function 1 / Pf ′ that models the reverse characteristic of the characteristic of the high-speed axis drive unit 320, and the high-speed axis reference model position is converted into a feedforward input using the transfer function 1 / Pf ′. To do.
- the adder 316 calculates a high-speed shaft thrust command value by adding the feedback input and the feedforward input.
- the high-speed axis compensator 311 can calculate the high-speed axis thrust command value so that the position of the high-speed axis drive unit 320 matches the high-speed axis reference model position with the above configuration.
- the product of the transfer function Pf of the high-speed shaft drive unit 320 and the transfer function 1 / Pf ′ of the high-speed shaft inverse model 315 is “1”. Therefore, the transfer function from the high-speed axis command value Xrf 133 to the output position of the high-speed axis drive unit 320, that is, the transfer function of the high-speed axis servo system 300c coincides with the transfer function Mf of the high-speed axis reference model 313 with high accuracy.
- the servo control device 100c includes a low-speed axis target value creation unit 110 and a correction unit 120c.
- the correction unit 120c includes a first transfer function unit 121c, a second transfer function unit 122c, and a subtractor 123.
- the first transfer function unit 121c converts the low speed axis target value Xrst131 into the low speed axis command value Xrs132 by using the first transfer function of the fourth embodiment.
- the second transfer function unit 122c converts the low speed axis target value Xrst131 by using the second transfer function of the fourth embodiment.
- the subtractor 123 calculates the high-speed axis command value Xrf133 by subtracting the converted low-speed axis target value Xrst131 from the combined command value Xr130.
- the first transfer function of the fourth embodiment is Mf
- the second transfer function of the fourth embodiment is Ms. Therefore, Formula 2 also holds in the fourth embodiment.
- the reference model servo system is applied to each of the low speed axis servo system 200c and the high speed axis servo system 300c.
- the first transfer function is equal to the transfer function Mf of the high-speed axis reference model 313, which is a reference model set for the high-speed axis servo system 300c
- the second transfer function is the reference set for the low-speed axis servo system 200c. It is equal to the transfer function Ms of the low speed axis reference model 213 which is a model.
- the difference in response between the low-speed axis servo system 200c and the high-speed axis servo system 300c does not affect the combined position y500, and the response characteristic of the combined position y500 is determined by the high-speed axis servo system 300c. Trajectory control can be realized. In addition, it is possible to realize more accurate trajectory control than when the tool 400 is driven using only the low-speed axis servo system 200c.
- the designer models the first transfer function and the first transfer function by modeling the characteristics of the low-speed axis servo system 200 or modeling the characteristics of the high-speed axis servo system 300. 2 It is necessary to obtain a transfer function, and an error due to modeling occurs.
- the designer can set the known transfer function Mf that represents the characteristics of the high-speed axis servo system 300c with high accuracy as the first transfer function. It is possible to set the known transfer function Ms representing the characteristics of the system 200c with high accuracy as the second transfer function. Therefore, according to Embodiment 4, the modeling burden can be reduced. In addition, since the influence of errors that occur during modeling can be eliminated, the accuracy of trajectory control can be further improved.
- any function is adopted for the first transfer function and the second transfer function. Can be established as well. That is, in the fourth embodiment, as described in the second embodiment, even when the first transfer function is “1” and the second transfer function is a product of the inverse function of Mf and Ms, the above description is made. The effect of the fourth embodiment can be obtained.
- Embodiment 5 FIG. In the fifth embodiment, a cooperative control system in which the configuration for reducing the action of the interference force described in the third embodiment is applied to the configuration of the fourth embodiment will be described.
- FIG. 10 is a diagram illustrating a functional configuration of the cooperative control system according to the fifth embodiment.
- Reference numeral 1000d is assigned to the cooperative control system of the fifth embodiment
- reference numeral 100d is assigned to the servo control apparatus of the fifth embodiment
- reference numeral 200d is assigned to the low-speed axis servo system of the fifth embodiment
- the reference numeral 300d is attached to the high-speed axis servo system.
- the same components and elements as those in the fourth embodiment are denoted by the same names and reference numerals as those in the fourth embodiment, and redundant description is omitted.
- Servo control device 100d includes a low-speed axis target value creation unit 110, a correction unit 120c, a high-speed axis interference force calculation unit 141d, and a low-speed axis interference force calculation unit 142d.
- the low speed axis servo system 200d includes a low speed axis control device 210d and a low speed axis drive unit 220.
- the low speed axis control device 210d includes a low speed axis compensator 211, an adder 212, and a low speed axis reference model 213.
- the high-speed axis servo system 300d includes a high-speed axis control device 310d and a high-speed axis drive unit 320.
- the high-speed axis control device 310 d includes a high-speed axis compensation unit 311, an adder 312, and a high-speed axis reference model 313.
- the high-speed axis interference force calculation unit 141d works on the high-speed axis drive unit 320 by driving the low-speed axis drive unit 220 based on the low-speed axis reference model position output from the low-speed axis reference model 213. The first interference force is calculated. Then, the high-speed axis interference force calculation unit 141d outputs a first interference force cancellation input 135d that is a value obtained by inverting the sign of the first interference force of the fifth embodiment that operates on the high-speed axis drive unit 320.
- the first interference force refers to the first interference force of the fifth embodiment unless otherwise specified.
- the high-speed axis interference force calculation unit 141d includes a second-order differentiator.
- the high-speed axis interference force calculation unit 141d calculates a predicted acceleration As ′ of the low-speed axis by applying a second-order differentiator to the low-speed axis reference model position and differentiating twice with respect to time.
- the total weight Wf of the mechanism driven by the motor 322 of the high-speed axis servo system 300d is multiplied by the acceleration As of the low-speed axis drive unit 220 and given a minus sign so that the low-speed axis drive unit 220 is driven to increase the speed.
- This is an interference force generated in the shaft driving unit 320. Therefore, the high-speed axis interference force calculation unit 141d obtains the first interference force cancellation input 135d by multiplying the weight Wf by the predicted acceleration As ′ of the low-speed axis.
- the low-speed axis interference force calculation unit 142d works on the low-speed axis drive unit 220 when the motor 322 drives the high-speed axis drive unit 320 based on the high-speed axis reference model position output from the high-speed axis reference model 313.
- the second interference force of form 5 is calculated.
- the low-speed axis interference force calculation unit 142d outputs a second interference force cancellation input 134d that is a value obtained by inverting the sign of the second interference force of the fifth embodiment that works on the low-speed axis drive unit 220.
- the second interference force refers to the second interference force of the fifth embodiment.
- the low-speed axis interference force calculation unit 142d includes a second-order differentiator.
- the low-speed axis interference force calculation unit 142d calculates the predicted acceleration Af ′ of the high-speed axis by applying a second-order differentiator to the high-speed axis reference model position and differentiating it twice with respect to time.
- the total weight Wf of the mechanism driven by the motor 322 of the high-speed axis servo system 300d and the acceleration Af of the high-speed axis drive unit 320 are added with a minus sign, and the high-speed axis drive unit 320 is driven to reduce the speed. This is an interference force generated in the shaft drive unit 220. Therefore, the low-speed axis interference force calculation unit 142d obtains the second interference force cancellation input 134d by multiplying the weight Wf by the predicted acceleration Af ′ of the high-speed axis drive unit 320.
- the low speed axis compensation unit 211 is based on the position signal from the position detector 223 so that the position of the low speed axis drive unit 220 matches the low speed axis reference model position.
- the adder 212 adds the second interference force cancellation input 134d to the low speed axis thrust command value, and inputs the low speed axis thrust command value to which the second interference force cancellation input 134d is added to the amplifier 221 of the low speed axis drive unit 220. .
- the high-speed axis compensator 311 is based on the position signal from the position detector 323 so that the position of the high-speed axis drive unit 320 matches the high-speed axis reference model position.
- the adder 312 adds the first interference force cancellation input 135d to the high-speed axis thrust command value, and inputs the high-speed axis thrust command value obtained by adding the first interference force cancellation input 135d to the amplifier 321 of the high-speed axis drive unit 320. .
- the interference force generated in the low-speed axis drive unit 220 and the high-speed axis drive unit 320 is canceled by the second interference force cancellation input 134d and the first interference force cancellation input 135d, so that the influence of the interference force can be eliminated. . Therefore, the transfer function from the combined command value Xr130 to the combined position y500 matches the transfer function Mf of the high speed axis servo system 300d when the first interference force cancellation input 135d is zero. Therefore, the difference in response between the low-speed axis servo system 200d and the high-speed axis servo system 300d does not affect the combined position y500, and the response characteristic of the combined position y500 is determined by the high-speed axis servo system 300d. Can be realized. In addition, it is possible to realize more accurate trajectory control than when the tool 400 is driven using only the low-speed axis servo system 200d.
- the designer can set the known transfer function Mf representing the characteristics of the high-speed axis servo system 300d with high accuracy as the first transfer function, and the low-speed axis servo system 200d. It is possible to set a known transfer function Ms that accurately represents the characteristic of the second transfer function. According to the fifth embodiment, the modeling burden can be reduced. In addition, since the influence of errors that occur during modeling can be eliminated, the accuracy of trajectory control can be further improved.
- any function is adopted for the first transfer function and the second transfer function. Can be established as well. That is, in the fifth embodiment, as described in the second embodiment, even when the first transfer function is “1” and the second transfer function is a product of the inverse function of Mf and Ms, the above description will be given. The effect of the fourth embodiment can be obtained.
- the high-speed axis interference force calculation unit 141d calculates a first interference force, which is an interference force exerted on the high-speed axis drive unit 320 by driving the low-speed axis drive unit 220, based on the low-speed axis reference model position.
- the first interference force is subtracted from the value.
- the low-speed axis interference force calculation unit 142d calculates a second interference force, which is an interference force exerted on the low-speed axis drive unit 220 by driving the high-speed axis drive unit 320, based on the high-speed axis reference model position.
- the second interference force is subtracted from the value. As a result, the influence of the second interference force can be eliminated from the low speed axis servo system 200d, so that the tracking accuracy is improved.
- the servo control device 100d has been described as including the high-speed axis interference force calculation unit 141d and the low-speed axis interference force calculation unit 142d. However, the cancellation effect by the first interference force cancellation input 135d and the second interference force cancellation input 134d are described. Since the cancellation effect due to is independently exhibited, the tracking accuracy can be improved even when either one is used. That is, in the above description, the cooperative control system 1000d is described as including both the high-speed axis interference force calculation unit 141d that cancels the first interference force and the low-speed axis interference force calculation unit 142d that cancels the second interference force. The cooperative control system 1000d may include only one of the configurations.
- the high-speed axis interference force calculation unit 141d may be included in the low-speed axis control device 210d or the high-speed axis control device 310d.
- the low speed axis interference force calculation unit 142d may be included in the low speed axis control device 210d or the high speed axis control device 310d.
- Embodiment 6 FIG.
- the servo control device according to the sixth embodiment is obtained by adding a delay unit to the servo control device 100 according to the first embodiment.
- FIG. 11 is a diagram illustrating a functional configuration of the cooperative control system according to the sixth embodiment.
- Reference numeral 1000e is assigned to the cooperative control system of the sixth embodiment, and reference numeral 100e is assigned to the servo control apparatus of the sixth embodiment.
- the same components and the same names as those in the first embodiment are denoted by the same names and reference numerals as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.
- the servo control device 100e includes a low-speed axis target value creation unit 110, a correction unit 120e, and a delay unit 600.
- the correction unit 120e includes a first transfer function unit 121, a second transfer function unit 122, and a subtractor 123e.
- the delay unit 600 delays the composite command value Xr130 for a set time.
- the subtractor 123e creates the high-speed axis command value Xrf133 by subtracting the low-speed axis target value converted by the second transfer function unit 122 from the combined command value delayed by the delay unit 600.
- the low-speed axis target value creation unit 110 obtains the low-speed axis target value Xrst131 by applying a primary low-pass filter that blocks high-frequency components to the combined command value Xr130. Therefore, the low speed axis target value Xrst131 is delayed with respect to the synthesis command value Xr130.
- the low-speed axis target value Xrst 131 is converted by a transfer function Gs ′ that models the characteristics of the low-speed axis servo system 200. Therefore, the low speed axis target value converted by the second transfer function unit 122 is delayed with respect to the low speed axis target value Xrst.
- the low-speed axis target value converted by the second transfer function unit 122 is the low-speed axis target value with respect to the combined command value Xr130.
- the delay is caused by the sum of the delay generated in the generation unit 110 and the delay generated in the second transfer function unit 122.
- the subtractor 123 subtracts the low-speed axis target value converted by the second transfer function unit 122 from the combined command value Xr130 to create the high-speed axis command value Xrf133.
- the subtractor 123e subtracts the low-speed axis target value converted by the second transfer function unit 122 from the combined command value Xr130 delayed by the delay unit 600, thereby obtaining the high-speed axis command.
- a value Xrf133 is created.
- the setting time of the delay unit 600 that is, the time for delaying the combined command value Xr130 is, for example, greater than zero, and is 2 which is the sum of the response delay time of the second transfer function 122 and the response delay time of the low-speed axis target value creation unit 110. It is a time shorter than twice.
- the delay time or advance time between the combined command value Xr130 delayed by the delay unit 600 and the low-speed axis target value converted by the second transfer function unit 122 is the same as the combined command value Xr130 and the first time in the first embodiment. 2 It becomes smaller than the delay time from the low speed axis target value converted by the transfer function unit 122.
- the maximum absolute value of the high-speed axis command value Xrf133 which is the difference between the delayed combined command value Xr130 and the low-speed axis target value converted by the second transfer function unit 122 in the sixth embodiment, is 1 is smaller than the maximum absolute value of the high-speed axis command value Xrf133, which is the difference between the combined command value Xr130 at 1 and the low-speed axis target value converted by the second transfer function unit 122. That is, according to the sixth embodiment, the moving distance of the high-speed shaft driving unit 320 can be shortened compared to the case of the first embodiment. In other words, useless movement in the high-speed shaft 330 can be reduced.
- the moving distance of the high-speed axis drive unit 320 is shortened and the high-speed axis 330 is wasted. The effect of reducing the movement is the highest.
- Equation 7 Gf′GsXrst + etGfXr ⁇ Gs′GfXrst (Formula 7)
- the transfer function Gv from the combined command value Xr130 to the combined position y500 can be matched with the transfer function of the high-speed axis servo system 300 plus the delay et. Therefore, it is possible to cause the combined position y500 of the position of the low-speed axis driving unit 220 and the position of the high-speed axis driving unit 320 to follow the given combined command value Xr130 with high responsiveness.
- highly accurate trajectory control can be realized in the cooperative control system 1000e including the low-speed axis servo system 200 and the high-speed axis servo system 300 having higher responsiveness than the low-speed axis servo system 200.
- the delay unit 600 that delays the combined command value Xr130 by the set time is provided.
- the correction unit 120e calculates the high-speed axis command value Xrf133 by subtracting the low-speed axis target value converted by the second transfer function unit 122 from the combined command value Xr130 delayed by the delay unit 600.
- the set time is a time greater than zero and shorter than twice the sum of the response delay time of the second transfer function 122 and the response delay time of the low speed axis target value creation unit 110.
- the sixth embodiment can be applied to a servo control device that controls a controlled machine in which the movable range of the high-speed shaft 330 is smaller than in the other embodiments.
- the sum of the response delay time of the second transfer function unit 122 and the response delay time of the low-speed axis target value creation unit 110 may be set. In that case, the effect of shortening the moving distance of the high-speed shaft drive unit 320 and reducing useless movement in the high-speed shaft 330 is the highest.
- Embodiment 6 can also be applied to the cooperative control system of Embodiments 2 to 5.
- the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.
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Abstract
サーボ制御装置は、第1サーボ系と第1サーボ系よりも応答性が高い第2サーボ系との合成位置を制御する。サーボ制御装置は、第1軸目標値作成部と、補正部と、を備える。第1軸目標値作成部は、合成位置の位置指令値である合成指令値に基づき第1軸目標値を作成する。補正部は、第1伝達関数を用いることによって第1軸目標値を第1軸指令値に変換する。また、補正部は、第2伝達関数を用いることによって第1軸目標値を変換し、変換された第1軸目標値を合成指令値から減算することによって第2軸指令値を計算する。第1伝達関数と第1サーボ系の特性をモデル化した第1モデル伝達関数との積は、第2伝達関数と第2サーボ系の特性をモデル化した第2モデル伝達関数との積と等しい。
Description
本発明は、軌跡制御を実行するサーボ制御装置に関する。
レーザ加工機または工作機械を用いて加工を行う場合、指令された経路上を工具先端の位置が沿うように制御する、軌跡制御が行われる。軌跡制御は、各可動軸の位置指令値に機械の各可動軸の実際の位置が追従するようにサーボ制御を行うことにより行われる。
通常の機械では1つの移動方向に対して1つのモータが用いられる。1つの移動方向に対して1つのモータを用いてサーボ制御を行う場合、サーボ制御系の応答遅れにより生じる追従誤差が問題となる。さらに、モータが発生できる推力に限界があるため、駆動できる加速度が制限され、高速な応答を実現できないといった問題も生じる。数十m/分以上の高速な動作が要求される場合、追従誤差または応答性の不足の影響は特に顕著である。
そこで、これまで用いていたモータに、より高速な応答が可能な付加的なモータを追加し、1つの移動方向の運動を応答性が異なる2つのモータを用いて制御する装置が提案されている。例えば特許文献1には、低速軸サーボ系と、低速軸サーボ系よりも応答性が高い高速軸サーボ系と、を具備する協調制御系を用いて軌跡制御を行う技術が開示されている。
上記特許文献1によれば、工具位置の指令値から低速軸サーボ系への指令値と高速軸サーボ系への指令値を計算する際に、工具位置の指令値と低速軸サーボ系への指令値との差分が高速軸サーボ系への指令値に設定される。しかしながら、低速軸サーボ系および高速軸サーボ系でそれぞれ異なる応答遅れが生じるため、低速軸サーボ系のサーボ応答と高速軸サーボ系のサーボ応答とを合成した合成応答が工具位置の指令値に正しく追従しないという問題がある。
この発明は、低速軸サーボ系と高速軸サーボ系とを具備する協調制御系において、より精度が高い軌跡制御を実現するサーボ制御装置を得ることを目的としている。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のサーボ制御装置は、第1サーボ系と、第1サーボ系より応答性が高い第2サーボ系と、を制御する。第1サーボ系は、第1軸上を第1モータが駆動する第1駆動部の位置を第1軸指令値に追従させる。第2サーボ系は、第2軸上を第2モータが駆動する第2駆動部の位置を第2軸指令値に追従させる。第2軸は、第1軸と同方向の軸である。サーボ制御装置は、第1駆動部の位置と第2駆動部の位置との合成位置を制御する。サーボ制御装置は、第1軸目標値作成部と、補正部と、を備える。第1軸目標値作成部は、合成位置の位置指令値である合成指令値に基づき第1軸目標値を作成する。補正部は、第1伝達関数を用いることによって第1軸目標値を第1軸指令値に変換する。また、補正部は、第2伝達関数を用いることによって第1軸目標値を変換し、変換された第1軸目標値を合成指令値から減算することによって第2軸指令値を計算する。第1伝達関数と第1サーボ系の特性をモデル化した第1モデル伝達関数との積は、第2伝達関数と第2サーボ系の特性をモデル化した第2モデル伝達関数との積と等しい。
本発明によれば、低速軸サーボ系と高速軸サーボ系とを具備する協調制御系において、より精度が高い軌跡制御を実現するサーボ制御装置を得ることができるという効果を奏する。
以下に、本発明の実施の形態にかかるサーボ制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1にかかるサーボ制御装置が適用された協調制御系の構成を示す図である。協調制御系1000は、サーボ制御装置100、第1サーボ系である低速軸サーボ系200、および第2サーボ系である高速軸サーボ系300を備えている。高速軸サーボ系300は、低速軸サーボ系200よりも応答性が高い。サーボ制御装置100は、低速軸サーボ系200および高速軸サーボ系300を制御する。
図1は、実施の形態1にかかるサーボ制御装置が適用された協調制御系の構成を示す図である。協調制御系1000は、サーボ制御装置100、第1サーボ系である低速軸サーボ系200、および第2サーボ系である高速軸サーボ系300を備えている。高速軸サーボ系300は、低速軸サーボ系200よりも応答性が高い。サーボ制御装置100は、低速軸サーボ系200および高速軸サーボ系300を制御する。
低速軸サーボ系200は、低速軸制御装置210と、第1駆動部である低速軸駆動部220とを備えている。また、高速軸サーボ系300は、高速軸制御装置310と、第2駆動部である高速軸駆動部320とを備えている。
低速軸駆動部220および高速軸駆動部320は、被制御機械を構成する。図2は、被制御機械の構成を示す図である。被制御機械は、低速軸駆動部220、第1軸である低速軸230、高速軸駆動部320、第2軸である高速軸330、および工具400を備えている。被制御機械は、工具400を紙面左右方向である一軸方向に移動させるものである。低速軸駆動部220は、低速軸230上を紙面左右方向に移動可能である。高速軸駆動部320は、高速軸330上を紙面左右方向に移動可能である。低速軸駆動部220は低速軸230の可動部であり、高速軸駆動部320は高速軸330の可動部である。高速軸330が低速軸駆動部220に固定されている。即ち、高速軸330は、低速軸駆動部220に取り付けられており、高速軸330の方向と低速軸230の方向とは同じである。工具400は、高速軸駆動部320に固定されている。工具400の位置は、低速軸駆動部220の位置と高速軸駆動部320の位置との和である。言い換えると、工具400の位置は、低速軸駆動部220の位置と高速軸駆動部320の位置とを合成したものである。
図1に説明を戻す。低速軸駆動部220は、アンプ221、第1モータであるモータ222、および位置検出器223を備える。モータ222は、可動部である低速軸駆動部220を低速軸230上で駆動する。アンプ221は、モータ222が、低速軸駆動部220を駆動するための推力を、低速軸制御装置210から入力される低速軸推力指令値のとおりに発生するように、モータ222に電流を供給する。低速軸推力指令値は、第1軸推力指令値である。位置検出器223は、低速軸230上の低速軸駆動部220の位置を検出し、検出値を示す位置信号を出力する。
位置検出器223の種類は特定の種類に限定されない。一例では、位置検出器223は、モータ222に取り付けられたロータリエンコーダである。別の例では、位置検出器223は、低速軸駆動部220に取り付けられたリニアエンコーダである。
低速軸制御装置210は、サーボ制御装置100から第1軸指令値である低速軸指令値を受信し、位置検出器223から位置信号を受信する。低速軸制御装置210は、位置信号が示す低速軸駆動部220の位置を低速軸指令値に追従させる補償制御に基づいて、低速軸推力指令値を計算する。低速軸制御装置210は、計算した低速軸推力指令値を低速軸駆動部220のアンプ221に入力する。
低速軸サーボ系200は、上記のように構成されることにより、低速軸230上における低速軸駆動部220の位置を低速軸指令値Xrs132に追従させることができる。
高速軸駆動部320は、アンプ321、第2モータであるモータ322、および位置検出器323を備える。モータ322は、可動部である高速軸駆動部320を高速軸330上で駆動する。アンプ321は、モータ322が、高速軸駆動部320を駆動するための推力を、高速軸制御装置310から入力される高速軸推力指令値のとおりに発生するように、モータ322に電流を供給する。高速軸推力指令値は、第2軸推力指令値である。位置検出器323は、高速軸330上の高速軸駆動部320の位置を検出し、検出値を示す位置信号を出力する。
位置検出器323の種類は特定の種類に限定されない。一例では、位置検出器323は、モータ322に取り付けられたロータリエンコーダである。別の例では、位置検出器323は、高速軸駆動部320に取り付けられたリニアエンコーダである。
高速軸制御装置310は、サーボ制御装置100から第2軸指令値である高速軸指令値を受信し、位置検出器323から位置信号を受信する。高速軸制御装置310は、位置信号が示す高速軸駆動部320の位置を高速軸指令値に追従させる補償制御に基づいて、高速軸推力指令値を計算する。高速軸制御装置310は、計算した高速軸推力指令値を高速軸駆動部320のアンプ321に入力する。
高速軸サーボ系300は、上記のように構成されることにより、低速軸駆動部220に取り付けられた低速軸230と同方向の高速軸330上における高速軸駆動部320の位置を高速軸指令値Xrf133に追従させることができる。
図2に示したように、低速軸駆動部220の機構は、高速軸駆動部320の機構に比べ、サイズが大きく、重量が大きい。したがって、低速軸サーボ系200は、高速軸サーボ系300よりも応答性が低い。仮に低速軸サーボ系200だけで工具400を駆動した場合、応答性が不足し、位置指令値と工具400の位置との誤差が大きくなる。これに対し、実施の形態1では、低速軸サーボ系200と、低速軸サーボ系200よりも応答性が高い高速軸サーボ系300とを協調制御することで、協調制御系1000の応答性を向上させる。具体的には、サーボ制御装置100は、工具400の位置の位置指令値である合成指令値から、低速軸指令値と、高速軸指令値とを計算する。そして、サーボ制御装置100は、計算された低速軸指令値を低速軸サーボ系200を構成する低速軸制御装置210に出力し、計算された高速軸指令値を高速軸サーボ系300に出力する。
図3は、実施の形態1のサーボ制御装置100のハードウェア構成例を示す図である。サーボ制御装置100は、演算装置1、記憶装置2、および入出力装置3を備えている。演算装置1、記憶装置2、および入出力装置3はバス4を介して相互に接続されている。演算装置1は、コンピュータプログラムを実行するものであり、一例ではCPU(Central Processing Unit)である。記憶装置2は、コンピュータプログラムを予め記憶するものである。演算装置1は、記憶装置2が記憶するコンピュータプログラムを実行することによって、後述する各機能的構成を実現する。記憶装置2は、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、フラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)、またはこれらの組み合わせによって構成され得る。入出力装置3は、サーボ制御装置100が他の装置との間で情報の入出力を行うためのインタフェース装置である。実施の形態では、入出力装置3は、低速軸制御装置210および高速軸制御装置310に接続されている。
図4は、実施の形態1の協調制御系1000の機能的構成を示す図である。図4では、ブロック線図の形式で実施の形態1の協調制御系1000の機能的構成を示す。
サーボ制御装置100は、低速軸目標値作成部110と、補正部120とを備える。
低速軸目標値作成部110は、合成指令値Xr130に基づき、低速軸目標値Xrst131を作成する。合成指令値Xr130は、一例では、演算装置1または外部の演算装置によって実行されるユーザプログラムから与えられる。低速軸目標値Xrst131の作成方法は任意である。一例では、低速軸目標値作成部110は、1次ローパスフィルタを用いて合成指令値Xr130から高周波成分を除去することによって、低速軸目標値Xrst131を作成する。
補正部120は、第1伝達関数を用いて低速軸目標値Xrst131を低速軸指令値Xrs132に変換する第1伝達関数部121と、第2伝達関数を用いて低速軸目標値Xrst131を変換する第2伝達関数部122と、第2伝達関数部122によって変換された低速軸目標値を合成指令値Xr130から減算することによって高速軸指令値Xrf133を計算する減算器123と、を備えている。
図4では、第1伝達関数の伝達関数をGf′と表記し、第2伝達関数の伝達関数をGs′と表記する。また、低速軸制御装置210の特性をモデル化した伝達関数をCsと表記し、低速軸駆動部220の特性をモデル化した伝達関数をPsと表記する。また、低速軸サーボ系200の特性をモデル化した第1モデル伝達関数である低速軸モデル伝達関数をGsと表記する。また、高速軸制御装置310の特性をモデル化した伝達関数をCfと表記し、高速軸駆動部320の特性をモデル化した伝達関数をPfと表記する。また、高速軸サーボ系300の特性をモデル化した第2モデル伝達関数である高速軸モデル伝達関数をGfと表記する。合成位置y500は、次の式1のように表記できる。
y=Gf′GsXrst+GfXr-Gs′GfXrst (式1)
y=Gf′GsXrst+GfXr-Gs′GfXrst (式1)
ここで、実施の形態1では、第1伝達関数Gf′は、高速軸モデル伝達関数であるGfと等しい。また、第2伝達関数Gs′は、低速軸モデル伝達関数であるGsと等しい。即ち、低速軸指令値Xrs132は低速軸目標値Xrst131を高速軸サーボ系300に入力した場合の高速軸駆動部320の位置を推定したものであり、第2伝達関数Gs′を用いて変換された低速軸目標値は低速軸目標値Xrst131を低速軸サーボ系200に入力した場合の低速軸駆動部220の位置を推定したものである。したがって、合成指令値Xr130から合成位置y500までの伝達関数Gwは、式2に示すように、高速軸サーボ系300の特性をモデル化したGfと一致する。
Gw=y/Xr=Gf (式2)
Gw=y/Xr=Gf (式2)
このように、実施の形態1のサーボ制御装置100は、合成指令値Xr130に基づき低速軸目標値Xrst131を作成する低速軸目標値作成部110と、第1伝達関数であるGf′を用いて低速軸目標値Xrst131を低速軸指令値Xrs132に変換し、第2伝達関数であるGs′を用いて低速軸目標値Xrst131を変換し、変換された低速軸目標値Xrst131を合成指令値Xr130から減算することによって高速軸指令値Xrf133を計算する補正部120と、を備える。そして、第1伝達関数であるGf′は、高速軸モデル伝達関数であるGfと等しく、第2伝達関数であるGs′は、低速軸モデル伝達関数であるGsと等しい。上記の構成により、合成指令値Xr130から合成位置y500までの伝達関数Gwを、高速軸モデル伝達関数であるGfと一致せしめることが可能となる。別の視点では、低速軸サーボ系200と高速軸サーボ系300の応答の差は合成位置y500に影響しない。したがって、実施の形態1によれば、与えられる合成指令値Xr130に対して、低速軸駆動部220の位置と高速軸駆動部320の位置との合成位置y500を高い応答性で追従させることが可能となる。言い換えると、低速軸サーボ系200と高速軸サーボ系300とを具備する協調制御系1000において、精度が高い軌跡制御を実現することができる。
なお、上記に説明したように、合成位置y500の応答特性は高速軸サーボ系300によって決定される。そのため、高速軸サーボ系300に、低速軸サーボ系200よりも制御帯域の高いサーボ制御系を適用したり、低速軸サーボ系200よりも駆動部220,320の加速度の制限値が大きいサーボ制御系を適用したりすると、低速軸サーボ系200だけを用いて工具400を駆動するよりも高精度な軌跡制御を実現することが可能である。
なお、低速軸目標値作成部110によって低速軸目標値Xrst131を作成する手法は上記の手法だけに限定されない。低速軸駆動部220および高速軸駆動部320のそれぞれを、移動可能な範囲を越えない範囲で動作せしめることができる限り、低速軸目標値作成部110は、任意の手法で低速軸目標値Xrst131を作成することができる。一例では、低速軸目標値作成部110は、合成指令値Xr130の1/4を計算することによって低速軸目標値Xrst131を作成してもよい。
また、第1伝達関数は、低速軸サーボ系200の特性をモデル化したものであればよく、伝達関数で表される線形モデルだけに限定されない。第1伝達関数は、一般の線形モデル、非線形モデルまたは遅延モデルであってもよい。
同様に、第2伝達関数は、高速軸サーボ系300の特性をモデル化したものであればよく、伝達関数で表される線形モデルだけに限定されない。第2伝達関数は、一般の線形モデル、非線形モデルまたは遅延モデルであってもよい。
さらに、第1伝達関数および第2伝達関数の特性は、上記に限定されない。より一般的な表現として、第1伝達関数をHs、第2伝達関数をHfとそれぞれ表記すると、合成位置y500は(式3)のように表される。
y=HsGsXrst+GfXr-HfGfXrst (式3)
y=HsGsXrst+GfXr-HfGfXrst (式3)
ここで、第1伝達関数であるHsと低速軸モデル伝達関数であるGsとの積が、第2伝達関数であるHfと高速軸モデル伝達関数であるGfとの積と一致するように、HsとHfとが構成された場合、上述の式2の関係を得ることができる。即ち、HsとGsとの積が、HfとGfとの積と一致するように、HsとHfとが構成されることによって、与えられる合成指令値Xr130に対して、低速軸駆動部220の位置と高速軸駆動部320の位置との合成位置y500を正確に追従させることが可能となる。
つまり、実施の形態1において説明した、第1伝達関数を高速軸モデル伝達関数と一致させ、第2伝達関数を低速軸モデル伝達関数と一致させることは、第1伝達関数と低速軸モデル伝達関数との積を第2伝達関数と高速軸モデル伝達関数との積と一致させることの一例である。
また、低速軸230および高速軸330の形状は直線形状だけに限定されない。低速軸駆動部220と高速軸駆動部320とが同じ方向を移動可能であるかぎり、低速軸230および高速軸330の形状は任意である。一例では、低速軸230および高速軸330の形状は、円形状または円弧形状であってもよい。
また、高速軸330は低速軸駆動部220に必ずしも固定されていなくてもよい。低速軸駆動部220と高速軸駆動部320とが同じ方向を移動可能であるかぎり、低速軸230および高速軸330は、個別に配置されてもよい。一例では、低速軸230が高速軸330の下方に配置され、低速軸駆動部220に被加工物が固定される。高速軸330は、低速軸230の上方に配置され、高速軸駆動部320に工具400が被加工物に向けて下向きに固定される。このような被制御機械において、低速軸230の駆動方向は右を正方向、高速軸330の駆動方向は左を正方向とすると、被加工物に対する工具400の位置は、低速軸駆動部220の位置と高速軸駆動部320の位置との和、即ち、低速軸駆動部220の位置と高速軸駆動部320の位置とを合成したものとなる。したがって、このような被制御機器を制御するサーボ制御装置に対し、実施の形態1の技術が適用可能である。
また、上記では、低速軸制御装置210および高速軸制御装置310はサーボ制御装置100に接続されていると説明した。低速軸制御装置210および高速軸制御装置310の一方または両方は、サーボ制御装置100に含まれていてもよい。
また、上記では、低速軸目標値作成部110および補正部120は、演算装置1がコンピュータプログラムを実行することによって実現されると説明した。低速軸目標値作成部110および補正部120の一部または全部は、ハードウェア回路によって実現されてもよい。
実施の形態2.
実施の形態2では、第1伝達関数および第2伝達関数の設定が実施の形態1と異なる。実施の形態2は、第1伝達関数と低速軸モデル伝達関数との積を第2伝達関数と高速軸モデル伝達関数との積と一致させることの別の例である。
実施の形態2では、第1伝達関数および第2伝達関数の設定が実施の形態1と異なる。実施の形態2は、第1伝達関数と低速軸モデル伝達関数との積を第2伝達関数と高速軸モデル伝達関数との積と一致させることの別の例である。
図5は、実施の形態2の協調制御系の機能的構成を示す図である。実施の形態2の協調制御系に符号1000aを付し、実施の形態2のサーボ制御装置に符号100aを付す。また、実施の形態1と共通する構成要素には、実施の形態1と同じ名称および符号を付し、重複する説明を省略する。
サーボ制御装置100aは、低速軸目標値作成部110および補正部120aを備えている。
補正部120aは、第2伝達関数部122aと減算器123とを備えている。補正部120aは、低速軸目標値Xrst131を入力とし、入力された低速軸目標値Xrst131を、そのまま低速軸制御装置210に出力する。即ち、実施の形態2においては、低速軸指令値Xrs132は低速軸目標値Xrst131と等しく、実施の形態2の第1伝達関数は「1」に相当する。
第2伝達関数部122aは、第3伝達関数部124および第4伝達関数部125を備えている。第3伝達関数部124の伝達関数は、低速軸モデル伝達関数であるGs′であり、第4伝達関数部125の伝達関数は、高速軸モデル伝達関数の逆関数である1/Gf′である。即ち、実施の形態2の第2伝達関数は、高速軸モデル伝達関数の逆関数である1/Gf′と低速軸モデル伝達関数であるGs′との積である。
減算器123は、高速軸モデル伝達関数の逆関数である1/Gf′と低速軸モデル伝達関数であるGs′との積によって変換された低速軸目標値Xrst131を、合成指令値Xr130から減算することによって、高速軸指令値Xrf133を計算する。
上記の構成により、合成位置y500は、下記の式4のように表される。
y=GfXr-GfGs′(1/Gf′)Xrst+GsXrst (式4)
y=GfXr-GfGs′(1/Gf′)Xrst+GsXrst (式4)
式4において、右辺の第2項と右辺の第3項とは、互いに打ち消し合う。したがって、実施の形態2においても式2が成立する。
このように、実施の形態2によれば、第1伝達関数は「1」であり、第2伝達関数は、高速軸モデル伝達関数の逆関数と低速軸モデル伝達関数との積に等しい。低速軸サーボ系200と高速軸サーボ系300の応答の差は合成位置y500に影響せず、合成位置y500の応答特性は高速軸サーボ系300によって決定されるので、実施の形態1と同様に、低速軸サーボ系200と高速軸サーボ系300とを具備する協調制御系1000aにおいて、精度が高い軌跡制御を実現することができる。また、低速軸サーボ系200だけを用いて工具400を駆動するよりも高精度な軌跡制御を実現することが可能である。
実施の形態3.
低速軸駆動部220と高速軸駆動部320とは、高速軸330を介して接続されている場合、モータ222が低速軸駆動部220を駆動することによって、高速軸駆動部320に干渉力が働く。また、モータ322が高速軸駆動部320を駆動することによって、低速軸駆動部220に干渉力が働く。低速軸駆動部220と高速軸駆動部320との間で干渉力が働く場合、低速軸駆動部220の低速軸指令値Xrs132に対する追従精度が劣化し、高速軸駆動部320の高速軸指令値Xrf133に対する追従精度が劣化するため、合成指令値Xr130に対する合成位置y500の追従精度が劣化する。
低速軸駆動部220と高速軸駆動部320とは、高速軸330を介して接続されている場合、モータ222が低速軸駆動部220を駆動することによって、高速軸駆動部320に干渉力が働く。また、モータ322が高速軸駆動部320を駆動することによって、低速軸駆動部220に干渉力が働く。低速軸駆動部220と高速軸駆動部320との間で干渉力が働く場合、低速軸駆動部220の低速軸指令値Xrs132に対する追従精度が劣化し、高速軸駆動部320の高速軸指令値Xrf133に対する追従精度が劣化するため、合成指令値Xr130に対する合成位置y500の追従精度が劣化する。
そこで、実施の形態3では、サーボ制御装置は、干渉力の影響を考慮して、それぞれの推力指令値を補正する。
図6は、実施の形態3の協調制御系の機能的構成を示す図である。実施の形態3の協調制御系に符号1000bを付し、実施の形態3のサーボ制御装置に符号100bを付し、実施の形態3の低速軸サーボ系に符号200bを付し、実施の形態3の高速軸サーボ系に符号300bを付す。また、実施の形態1と共通する構成要素には、実施の形態1と同じ名称および符号を付し、重複する説明を省略する。
サーボ制御装置100bは、低速軸目標値作成部110、補正部120、第1干渉力計算部である高速軸干渉力計算部141、および第2干渉力計算部である低速軸干渉力計算部142を備えている。低速軸サーボ系200bは、低速軸制御装置210bおよび低速軸駆動部220を備えている。高速軸サーボ系300bは、高速軸制御装置310bおよび高速軸駆動部320を備えている。
高速軸干渉力計算部141は、低速軸駆動部220の駆動が高速軸駆動部320に及ぼす干渉力である第1干渉力を、低速軸指令値Xrs132に基づいて計算する。そして、高速軸干渉力計算部141は、高速軸推力指令値から第1干渉力を減算させる。一例では、高速軸干渉力計算部141は、第1干渉力の符号を反転させた値である第1干渉力打消し入力135を出力する。
高速軸制御装置310bは、第2軸補償部である高速軸補償部311および加算器312を備えている。高速軸補償部311は、実施の形態1の高速軸制御装置310と同様の制御により、高速軸推力指令値を出力する。加算器312は、高速軸補償部311が出力した高速軸推力指令値と第1干渉力打消し入力135とを加算し、第1干渉力打消し入力135が加算された高速軸推力指令値を高速軸駆動部320のアンプ321に入力する。
低速軸干渉力計算部142は、高速軸駆動部320の駆動が低速軸駆動部220に及ぼす干渉力である第2干渉力を、高速軸指令値Xrf133に基づいて計算する。そして、低速軸干渉力計算部142は、低速軸推力指令値から第2干渉力を減算させる。一例では、低速軸干渉力計算部142は、第2干渉力の符号を反転させた値である第2干渉力打消し入力134を出力する。
低速軸制御装置210bは、第1軸補償部である低速軸補償部211および加算器212を備えている。低速軸補償部211は、実施の形態1の低速軸制御装置210と同様の制御により、低速軸推力指令値を出力する。加算器212は、低速軸補償部211が出力した低速軸推力指令値と第2干渉力打ち消し入力134とを加算し、第2干渉力打消し入力134が加算された低速軸推力指令値を低速軸駆動部220のアンプ221に入力する。
続いて、高速軸干渉力計算部141および低速軸干渉力計算部142の詳細について説明する。
低速軸駆動部220の加減速によって高速軸駆動部320に第1干渉力Ffが働き、高速軸駆動部320の加減速によって低速軸駆動部220に第2干渉力Fsが働く。高速軸駆動部320と工具400の質量の和をWfと表し、高速軸駆動部320の加速度をAfと表し、低速軸駆動部220の加速度をAsと表すとすると、第1干渉力Ffは式5、第2干渉力Fsは式6で表される。
Ff=-AsWf (式5)
Fs=-AfWf (式6)
Ff=-AsWf (式5)
Fs=-AfWf (式6)
第1干渉力打ち消し入力135は、次のように求められる。高速軸干渉力計算部141を、低速軸サーボ系200bの特性を持つ低速軸モデルと2階微分器とによって構成する。高速軸干渉力計算部141は、低速軸指令値Xrs132を低速軸モデルに入力し、低速軸予測位置を得る。そして、高速軸干渉力計算部141は、得られた低速軸予測位置に2階微分器を作用させ、時間に対して2階微分を行うことによって、低速軸予測加速度As′を計算する。式5に示したように、高速軸サーボ系300bのモータ322によって駆動される機構の合計の重量Wfと低速軸駆動部220の加速度Asを掛けてマイナス符号をつけたものが、モータ222が低速軸駆動部220を駆動することによって高速軸駆動部320に発生する干渉力である。よって、高速軸干渉力計算部141は、高速軸サーボ系300bのモータ322によって駆動される機構の合計の重量Wfに低速軸予測加速度As′を乗算することによって第1干渉力打ち消し入力135を得る。
第2干渉力打ち消し入力134は、次のように求められる。低速軸干渉力計算部142を、高速軸サーボ系300bの特性を持つ高速軸モデルと2階微分器とによって構成する。低速軸干渉力計算部142は、高速軸指令値Xrf133を高速軸モデルに入力し、高速軸予測位置を得る。そして、低速軸干渉力計算部142は、得られた高速軸予測位置に2階微分器を作用させ、時間に対して2階微分を行うことによって、高速軸予測加速度Af′を計算する。式6に示したように、高速軸サーボ系300bのモータ322によって駆動される機構の合計の重量Wfと高速軸駆動部320の加速度Afを掛けてマイナス符号をつけたものが、モータ322が高速軸駆動部320を駆動することによって低速軸駆動部220に発生する干渉力である。よって、低速軸干渉力計算部142は、高速軸サーボ系300bのモータ322によって駆動される機構の合計の重量Wfに高速軸予測加速度Af′を乗算することによって第2干渉力打ち消し入力134を得る。
第2伝達関数であるGs′と、第2干渉力打ち消し入力134をゼロとした時の低速軸モデル伝達関数であるGsと、高速軸干渉力計算部141における低速軸モデルの伝達関数と、の3つが一致し、かつ、第1伝達関数であるGf′と、第1干渉力打ち消し入力135をゼロとした時の高速軸モデル伝達関数であるGfと、低速軸干渉力計算部142における高速軸モデルの伝達関数と、の3つが一致する場合、低速軸駆動部220に発生する第2干渉力は第2干渉力打ち消し入力134に打ち消され、高速軸駆動部320に発生する第1干渉力は第1干渉力打ち消し入力135に打ち消される。これにより、干渉力による影響を排することが可能となる。よって、合成指令値Xr130から合成位置y500までの伝達関数は、第1干渉力打ち消し入力135をゼロとした時の高速軸モデル伝達関数と一致する。
したがって、低速軸駆動部220が駆動されることで高速軸駆動部320に干渉力が働き、高速軸駆動部320が駆動されることによって低速軸駆動部220に干渉力が働く場合でも、与えられる合成指令値Xr130に対して、低速軸駆動部220の位置と高速軸駆動部320の位置の合成位置y500が正確に追従することができる。
なお、第1干渉力打ち消し入力135による打ち消しの効果および第2干渉力打ち消し入力134による打ち消しの効果はそれぞれ独立に発揮されるものであるため、どちらか一方を利用した場合にも追従精度が向上する効果が得られる。即ち、上記では、協調制御系1000bは、第1干渉力を打ち消す高速軸干渉力計算部141と第2干渉力を打ち消す低速軸干渉力計算部142との両方が具備される、として説明したが、協調制御系1000bは、どちらか一方の構成のみを備えていてもよい。
また、高速軸干渉力計算部141は、低速軸制御装置210bまたは高速軸制御装置310bに具備されてもよい。また、低速軸干渉力計算部142は、低速軸制御装置210bまたは高速軸制御装置310bに具備されてもよい。
以上述べたように、実施の形態3によれば、高速軸干渉力計算部141は、低速軸駆動部220の駆動が高速軸駆動部320に及ぼす干渉力である第1干渉力を低速軸指令値Xrs132に基づいて計算し、第1干渉力打ち消し入力135を加算器312に入力することによって、高速軸推力指令値から第1干渉力を減算させる。これにより、高速軸サーボ系300bから第1干渉力による影響を排すことができるので、追従精度が向上する。
また、低速軸干渉力計算部142は、高速軸駆動部320の駆動が低速軸駆動部220に及ぼす干渉力である第2干渉力を高速軸指令値Xrf133に基づいて計算し、第2干渉力打ち消し入力134を加算器212に入力することによって、低速軸推力指令値から第2干渉力を減算させる。これにより、低速軸サーボ系200bから第2干渉力による影響を排すことができるので、追従精度が向上する。
なお、実施の形態3は、実施の形態2の協調制御系に適用することが可能である。具体的には、第1伝達関数が「1」と等しく、第2伝達関数が低速軸モデル伝達関数であるGs′と高速軸モデル伝達関数の逆関数である1/Gf′との積によって構成されてもよい。その場合であっても、上記に述べた実施の形態3と同じ効果が得られる。
実施の形態4.
実施の形態4では、各軸のサーボ系において、規範モデルサーボ系が適用される。規範モデルサーボ系では、制御対象の逆モデルが使用されることにより、規範モデル位置と制御対象の出力とを一致させる補償制御がなされる。規範モデル位置は、規範モデルサーボ系に設定される規範モデルによって出力されるものである。
実施の形態4では、各軸のサーボ系において、規範モデルサーボ系が適用される。規範モデルサーボ系では、制御対象の逆モデルが使用されることにより、規範モデル位置と制御対象の出力とを一致させる補償制御がなされる。規範モデル位置は、規範モデルサーボ系に設定される規範モデルによって出力されるものである。
実施の形態1または2では、設計者は、低速軸サーボ系200の特性をモデル化した伝達関数および高速軸サーボ系300の特性をモデル化した伝達関数を求める必要があったが、実施の形態4では、規範モデルサーボ系が採用されることにより、規範モデルサーボ系に設定された規範モデルがそのままサーボ系の特性を示すモデルとして利用可能となる。
図7は、実施の形態4の協調制御系の機能的構成を示す図である。実施の形態4の協調制御系に符号1000cを付し、実施の形態4のサーボ制御装置に符号100cを付し、実施の形態4の低速軸サーボ系に符号200cを付し、実施の形態4の高速軸サーボ系に符号300cを付す。また、実施の形態1と共通する構成要素には、実施の形態1と同じ名称および符号を付し、重複する説明を省略する。
低速軸サーボ系200cおよび高速軸サーボ系300cは、それぞれ、規範モデルサーボ系が適用されたサーボ系である。
低速軸サーボ系200cは、低速軸制御装置210cおよび低速軸駆動部220を備えている。低速軸制御装置210cは、第1軸補償部である低速軸補償部211と第1軸規範モデル部である低速軸規範モデル213とを備えている。低速軸規範モデル213は、低速軸指令値Xrs132に基づいて第1軸規範モデル位置である低速軸規範モデル位置を計算し、低速軸規範モデル位置を出力する。低速軸規範モデル213の伝達関数をMsと表記する。低速軸補償部211は、位置検出器223からの位置信号に基づき、低速軸駆動部220の位置が低速軸規範モデル位置と一致するように、低速軸推力指令値を計算し、計算された低速軸推力指令値をアンプ221に入力する。
図8は、低速軸サーボ系200cの詳細な機能的構成を示す図である。
低速軸規範モデル213は、低速軸指令値Xrs132に対して、高周波帯域遮断特性をもつフィルタを用いてフィルタリングを行い、低速軸規範モデル位置を出力する。低速軸規範モデル213のフィルタは、一例では、2次のローパスフィルタである。
低速軸補償部211は、フィードバック制御部214、低速軸逆モデル215、および加算器216を備える。フィードバック制御部214は、低速軸規範モデル位置と低速軸駆動部220の出力位置とに基づき、比例計算、積分、または微分を含む計算を実行することによって、低速軸規範モデル位置と低速軸駆動部220の出力位置の差を小さくするフィードバック入力を作成する。フィードバック制御部214の伝達関数をKsと表記する。低速軸逆モデル215は、低速軸駆動部220の特性の逆特性をモデル化した伝達関数1/Ps′であり、伝達関数1/Ps′を用いて低速軸規範モデル位置をフィードフォワード入力に変換する。加算器216は、フィードバック入力とフィードフォワード入力とを加算することによって、低速軸推力指令値を計算する。
低速軸補償部211は、上記の構成により、低速軸駆動部220の位置が低速軸規範モデル位置と一致するように、低速軸推力指令値を計算することができる。
低速軸駆動部220の伝達関数Psと低速軸逆モデル215の伝達関数1/Ps′との積は、「1」である。したがって、低速軸指令値Xrs132から低速軸駆動部220の出力位置への伝達関数、即ち低速軸サーボ系200cの伝達関数は、低速軸規範モデル213の伝達関数Msと高精度に一致する。
高速軸サーボ系300cは、高速軸制御装置310cおよび高速軸駆動部320を備えている。高速軸制御装置310cは、第2軸補償部である高速軸補償部311と第2軸規範モデル部である高速軸規範モデル313とを備えている。高速軸規範モデル313は、高速軸指令値Xrf133に基づいて高速軸規範モデル位置を計算し、高速軸規範モデル位置を出力する。高速軸規範モデル313の伝達関数を、Mfと表記する。高速軸補償部311は、位置検出器323からの位置信号に基づき、高速軸駆動部320の位置が高速軸規範モデル位置と一致するように、高速軸推力指令値を計算する。高速軸補償部311は、計算された高速軸推力指令値をアンプ321に入力する。
図9は、高速軸サーボ系300cの詳細な機能的構成を示す図である。
高速軸規範モデル313は、高速軸指令値Xrf133に対して、高周波帯域遮断特性をもつフィルタを用いてフィルタリングを行い、高速軸規範モデル位置を出力する。高速軸規範モデル313の伝達関数をMfとする。高速軸規範モデル313のフィルタは、一例では、2次のローパスフィルタである。
高速軸補償部311は、フィードバック制御部314、高速軸逆モデル315、および加算器316を備える。フィードバック制御部314は、高速軸規範モデル位置と高速軸駆動部320の出力位置とに基づき、比例計算、積分、または微分を含む計算を実行することによって、高速軸規範モデル位置と高速軸駆動部320の出力位置との差を小さくするフィードバック入力を作成する。フィードバック制御部314の伝達関数をKfと表記する。高速軸逆モデル315は、高速軸駆動部320の特性の逆特性をモデル化した伝達関数1/Pf′であり、伝達関数1/Pf′を用いて高速軸規範モデル位置をフィードフォワード入力に変換する。加算器316は、フィードバック入力とフィードフォワード入力とを加算することによって、高速軸推力指令値を計算する。
高速軸補償部311は、上記の構成により、高速軸駆動部320の位置が高速軸規範モデル位置と一致するように、高速軸推力指令値を計算することができる。
高速軸駆動部320の伝達関数Pfと高速軸逆モデル315の伝達関数1/Pf′との積は、「1」である。したがって、高速軸指令値Xrf133から高速軸駆動部320の出力位置への伝達関数、即ち高速軸サーボ系300cの伝達関数は、高速軸規範モデル313の伝達関数Mfと高精度に一致する。
図7に説明を戻す。サーボ制御装置100cは、低速軸目標値作成部110、および補正部120cを備えている。補正部120cは、第1伝達関数部121c、第2伝達関数部122c、および減算器123を備えている。第1伝達関数部121cは、実施の形態4の第1伝達関数を用いることによって低速軸目標値Xrst131を低速軸指令値Xrs132に変換する。第2伝達関数部122cは、実施の形態4の第2伝達関数を用いることによって低速軸目標値Xrst131を変換する。減算器123は、変換された低速軸目標値Xrst131を合成指令値Xr130から減算することによって、高速軸指令値Xrf133を計算する。
ここで、実施の形態4の第1伝達関数は、Mfであり、実施の形態4の第2伝達関数は、Msである。したがって、実施の形態4においても式2が成立する。
以上述べたように、実施の形態4においては、低速軸サーボ系200cおよび高速軸サーボ系300cにはそれぞれ規範モデルサーボ系が適用される。そして、第1伝達関数は、高速軸サーボ系300cに設定された規範モデルである、高速軸規範モデル313の伝達関数Mfと等しく、第2伝達関数は、低速軸サーボ系200cに設定された規範モデルである、低速軸規範モデル213の伝達関数Msと等しい。上記の構成により、低速軸サーボ系200cと高速軸サーボ系300cの応答の差は合成位置y500に影響せず、合成位置y500の応答特性は高速軸サーボ系300cによって決定されるので、精度が高い軌跡制御を実現することができる。また、低速軸サーボ系200cだけを用いて工具400を駆動するよりも高精度な軌跡制御を実現することが可能である。
また、実施の形態1および実施の形態2の場合、設計者は、低速軸サーボ系200の特性をモデル化したり、高速軸サーボ系300の特性をモデル化したりすることによって第1伝達関数および第2伝達関数を求める必要があり、モデル化による誤差が生じる。これに対して、実施の形態4の場合、設計者は、高速軸サーボ系300cの特性を高精度に表す既知の伝達関数Mfを第1伝達関数に設定することが可能であり、低速軸サーボ系200cの特性を高精度に表す既知の伝達関数Msを第2伝達関数に設定することが可能である。したがって、実施の形態4によれば、モデル化の負担を軽減することができる。また、モデル化の際に生じる誤差の影響を排することができるので、軌跡制御の精度をより向上させることができる。
なお、第1伝達関数とMsとの積と、第2伝達関数とMfとの積とが一致する限り、どのような関数が第1伝達関数および第2伝達関数に採用された場合であっても、式2を成立させることができる。即ち、実施の形態4においては、実施の形態2のように、第1伝達関数が「1」であり、第2伝達関数がMfの逆関数とMsとの積であっても、上記に説明した実施の形態4の効果が得られる。
実施の形態5.
実施の形態5では、実施の形態4の構成に実施の形態3で説明した干渉力の作用を低減するための構成を適用した協調制御系を説明する。
実施の形態5では、実施の形態4の構成に実施の形態3で説明した干渉力の作用を低減するための構成を適用した協調制御系を説明する。
図10は、実施の形態5の協調制御系の機能的構成を示す図である。実施の形態5の協調制御系に符号1000dを付し、実施の形態5のサーボ制御装置に符号100dを付し、実施の形態5の低速軸サーボ系に符号200dを付し、実施の形態5の高速軸サーボ系に符号300dを付す。また、実施の形態4と共通する構成要素には、実施の形態4と同じ名称および符号を付し、重複する説明を省略する。
サーボ制御装置100dは、低速軸目標値作成部110、補正部120c、高速軸干渉力計算部141d、および低速軸干渉力計算部142dを備えている。低速軸サーボ系200dは、低速軸制御装置210dおよび低速軸駆動部220を備えている。低速軸制御装置210dは、低速軸補償部211、加算器212、および低速軸規範モデル213を備えている。高速軸サーボ系300dは、高速軸制御装置310dおよび高速軸駆動部320を備えている。高速軸制御装置310dは、高速軸補償部311、加算器312、および高速軸規範モデル313を備えている。
高速軸干渉力計算部141dは、低速軸規範モデル213が出力した低速軸規範モデル位置に基づき、モータ222が低速軸駆動部220を駆動することによって高速軸駆動部320に働く、実施の形態5の第1干渉力を計算する。そして、高速軸干渉力計算部141dは、高速軸駆動部320に働く実施の形態5の第1干渉力の符号を反転させた値である第1干渉力打ち消し入力135dを出力する。以降、特に断りがない限り、第1干渉力は、実施の形態5の第1干渉力をいう。
一例では、高速軸干渉力計算部141dは、2階微分器を備える。高速軸干渉力計算部141dは、低速軸規範モデル位置に2階微分器を作用させ、時間に対して2回微分することによって低速軸の予測加速度As′を計算する。高速軸サーボ系300dのモータ322によって駆動される機構の合計の重量Wfに低速軸駆動部220の加速度Asを掛けてマイナス符号をつけたものが、低速軸駆動部220が駆動されることによって高速軸駆動部320に発生する干渉力である。よって、高速軸干渉力計算部141dは、重量Wfに低速軸の予測加速度As′を乗算することによって第1干渉力打ち消し入力135dを得る。
また、低速軸干渉力計算部142dは、高速軸規範モデル313が出力した高速軸規範モデル位置に基づき、モータ322が高速軸駆動部320を駆動することによって低速軸駆動部220に働く、実施の形態5の第2干渉力を計算する。そして、低速軸干渉力計算部142dは、低速軸駆動部220に働く実施の形態5の第2干渉力の符号を反転させた値である第2干渉力打ち消し入力134dを出力する。以降、特に断りがない限り、第2干渉力は、実施の形態5の第2干渉力をいう。
一例では、低速軸干渉力計算部142dは、2階微分器を備える。低速軸干渉力計算部142dは、高速軸規範モデル位置に2階微分器を作用させ、時間に対して2回微分することによって高速軸の予測加速度Af′を計算する。高速軸サーボ系300dのモータ322によって駆動される機構の合計の重量Wfと高速軸駆動部320の加速度Afを掛けてマイナス符号をつけたものが、高速軸駆動部320が駆動されることによって低速軸駆動部220に発生する干渉力である。よって、低速軸干渉力計算部142dは、重量Wfに高速軸駆動部320の予測加速度Af′を乗算することによって第2干渉力打ち消し入力134dを得る。
低速軸補償部211は、実施の形態4と同様に、位置検出器223からの位置信号に基づき、低速軸駆動部220の位置が低速軸規範モデル位置と一致するように、低速軸推力指令値を計算する。加算器212は、低速軸推力指令値に第2干渉力打ち消し入力134dを加算し、第2干渉力打ち消し入力134dが加算された低速軸推力指令値を低速軸駆動部220のアンプ221に入力する。
高速軸補償部311は、実施の形態4と同様に、位置検出器323からの位置信号に基づき、高速軸駆動部320の位置が高速軸規範モデル位置と一致するように、高速軸推力指令値を計算する。加算器312は、高速軸推力指令値に第1干渉力打ち消し入力135dを加算し、第1干渉力打ち消し入力135dが加算された高速軸推力指令値を高速軸駆動部320のアンプ321に入力する。
低速軸駆動部220および高速軸駆動部320に発生する干渉力は、第2干渉力打ち消し入力134dおよび第1干渉力打ち消し入力135dによって打ち消されるため、干渉力の影響を排することが可能となる。よって、合成指令値Xr130から合成位置y500までの伝達関数は、第1干渉力打ち消し入力135dをゼロとした時の高速軸サーボ系300dの伝達関数Mfと一致する。したがって、低速軸サーボ系200dと高速軸サーボ系300dの応答の差は合成位置y500に影響せず、合成位置y500の応答特性は高速軸サーボ系300dによって決定されるので、精度が高い軌跡制御を実現することができる。また、低速軸サーボ系200dだけを用いて工具400を駆動するよりも高精度な軌跡制御を実現することが可能である。
また、実施の形態5によれば、設計者は、高速軸サーボ系300dの特性を高精度に表す既知の伝達関数Mfを第1伝達関数に設定することが可能であり、低速軸サーボ系200dの特性を高精度に表す既知の伝達関数Msを第2伝達関数に設定することが可能である。実施の形態5によれば、モデル化の負担を軽減することができる。また、モデル化の際に生じる誤差の影響を排することができるので、軌跡制御の精度をより向上させることができる。
なお、第1伝達関数とMsとの積と、第2伝達関数とMfとの積とが一致する限り、どのような関数が第1伝達関数および第2伝達関数に採用された場合であっても、式2を成立させることができる。即ち、実施の形態5においては、実施の形態2のように、第1伝達関数が「1」であり、第2伝達関数がMfの逆関数とMsとの積であっても、上記に説明した実施の形態4の効果が得られる。
また、高速軸干渉力計算部141dは、低速軸駆動部220の駆動が高速軸駆動部320に及ぼす干渉力である第1干渉力を低速軸規範モデル位置に基づいて計算し、高速軸推力指令値から第1干渉力を減算させる。これにより、高速軸サーボ系300dから第1干渉力による影響を排すことができるので、追従精度が向上する。
また、低速軸干渉力計算部142dは、高速軸駆動部320の駆動が低速軸駆動部220に及ぼす干渉力である第2干渉力を高速軸規範モデル位置に基づいて計算し、低速軸推力指令値から第2干渉力を減算させる。これにより、低速軸サーボ系200dから第2干渉力による影響を排すことができるので、追従精度が向上する。
なお、サーボ制御装置100dは、高速軸干渉力計算部141dおよび低速軸干渉力計算部142dを備える、と説明したが、第1干渉力打ち消し入力135dによる打ち消しの効果および第2干渉力打ち消し入力134dによる打ち消しの効果はそれぞれ独立に発揮されるものであるため、どちらか一方を利用した場合にも追従精度が向上する効果が得られる。即ち、上記では、協調制御系1000dは、第1干渉力を打ち消す高速軸干渉力計算部141dと第2干渉力を打ち消す低速軸干渉力計算部142dとの両方が具備される、と説明したが、協調制御系1000dは、どちらか一方の構成のみを備えていてもよい。
また、高速軸干渉力計算部141dは、低速軸制御装置210dまたは高速軸制御装置310dに具備されてもよい。また、低速軸干渉力計算部142dは、低速軸制御装置210dまたは高速軸制御装置310dに具備されてもよい。
実施の形態6.
実施の形態6のサーボ制御装置は、実施の形態1のサーボ制御装置100に遅延部を加えて得られるものである。
実施の形態6のサーボ制御装置は、実施の形態1のサーボ制御装置100に遅延部を加えて得られるものである。
図11は、実施の形態6の協調制御系の機能構成を示す図である。実施の形態6の協調制御系に符号1000eを付し、実施の形態6のサーボ制御装置に符号100eを付す。また、実施の形態1と共通する構成要素には、実施の形態1と同じ名称および符号を付し、重複する説明を省略する。
サーボ制御装置100eは、低速軸目標値作成部110と補正部120eと遅延部600とを備えている。
補正部120eは、第1伝達関数部121と第2伝達関数部122と減算器123eとを備えている。
遅延部600は、設定時間だけ合成指令値Xr130を遅延せしめる。
減算器123eは、第2伝達関数部122によって変換された低速軸目標値を、遅延部600によって遅延された合成指令値から減算することによって、高速軸指令値Xrf133を作成する。
低速軸目標値作成部110では、一例では、高周波成分を遮断する1次ローパスフィルタを合成指令値Xr130に作用させることによって低速軸目標値Xrst131を得る。よって、低速軸目標値Xrst131は、合成指令値Xr130に対して遅れる。
また、第2伝達関数部122においては、一例では、低速軸目標値Xrst131を低速軸サーボ系200の特性をモデル化した伝達関数Gs′で変換する。よって、第2伝達関数部122によって変換された低速軸目標値は、低速軸目標値Xrstに対して遅れる。
低速軸目標値作成部110および第2伝達関数部122においてそれぞれ遅延が発生するため、第2伝達関数部122で変換された低速軸目標値は、合成指令値Xr130に対して、低速軸目標値作成部110で発生する遅れと第2伝達関数部122で発生する遅れの合計だけ遅れる。
実施の形態1では、減算器123において、合成指令値Xr130から第2伝達関数部122で変換された低速軸目標値を減算することで、高速軸指令値Xrf133を作成する。
これに対し、実施の形態6では、減算器123eにおいて、遅延部600によって遅延された合成指令値Xr130から第2伝達関数部122で変換された低速軸目標値を減算することで、高速軸指令値Xrf133を作成する。
遅延部600の設定時間、即ち合成指令値Xr130を遅延せしめる時間は、一例では、ゼロより大きく、第2伝達関数122の応答遅れ時間と低速軸目標値作成部110の応答遅れ時間の和の2倍より短い時間である。その場合、遅延部600によって遅延された合成指令値Xr130と第2伝達関数部122で変換された低速軸目標値との遅れ時間または進み時間が、実施の形態1における、合成指令値Xr130と第2伝達関数部122で変換された低速軸目標値との遅れ時間よりも小さくなる。
そのため、実施の形態6における遅延された合成指令値Xr130と第2伝達関数部122で変換された低速軸目標値との差である高速軸指令値Xrf133の絶対値の最大値は、実施の形態1における合成指令値Xr130と第2伝達関数部122で変換された低速軸目標値との差である高速軸指令値Xrf133の絶対値の最大値よりも小さくなる。即ち、実施の形態6によれば、実施の形態1の場合に比べて、高速軸駆動部320の移動距離を短くすることができる。言い換えると、高速軸330における無駄な動きを低減することが可能である。
なお、設定時間が第2伝達関数部122の応答遅れ時間と低速軸目標値作成部110の応答遅れ時間の和と等しい場合、高速軸駆動部320の移動距離を短くし、高速軸330における無駄な動きを低減する、という効果が最も高くなる。
また、遅延部600の伝達関数をetと表記すると、合成位置y500は、式7のように表される。
y=Gf′GsXrst+etGfXr-Gs′GfXrst (式7)
y=Gf′GsXrst+etGfXr-Gs′GfXrst (式7)
第1伝達関数Gf′が高速軸サーボ系300の特性をモデル化したGfと等しく、第2伝達関数Gs′が高速軸サーボ系300の特性をモデル化したGsと等しい構成では、式7の第1項と第3項が打ち消し合う。したがって、合成指令値Xr130から合成位置y500までの伝達関数Gvは式8で表される。
Gv=etGf (式8)
Gv=etGf (式8)
これは、式2に遅延部600の伝達関数etを作用させたものであり、合成指令値Xr130から合成位置y500までの伝達関数Gvは、高速軸サーボ系300の伝達関数に遅延etを加えたものに等しい。
言い換えると、合成指令値Xr130から合成位置y500までの伝達関数Gvは、高速軸サーボ系300の伝達関数に遅延etを加えたものと一致せしめることが可能となる。したがって、与えられる合成指令値Xr130に対して、低速軸駆動部220の位置と高速軸駆動部320の位置との合成位置y500を高い応答性で追従させることが可能となる。言い換えると、低速軸サーボ系200と低速軸サーボ系200よりも高い応答性を持った高速軸サーボ系300とを具備する協調制御系1000eにおいて、精度が高い軌跡制御を実現することができる。
このように、実施の形態6によれば、合成指令値Xr130を設定時間だけ遅延せしめる遅延部600を備える。補正部120eは、遅延部600によって遅延せしめられた合成指令値Xr130から第2伝達関数部122で変換された低速軸目標値を減算することによって高速軸指令値Xrf133を計算する。ここで、設定時間は、ゼロより大きく、第2伝達関数122の応答遅れ時間と低速軸目標値作成部110の応答遅れ時間の和の2倍より短い時間である。これにより、高速軸駆動部320の移動距離を短くし、高速軸330における無駄な動きを低減することが可能となる。よって、実施の形態6は、他の実施の形態に比べ、高速軸330の可動範囲がより小さい被制御機械を制御するサーボ制御装置に適用することが可能である。
また、設定時間として、第2伝達関数部122の応答遅れ時間と低速軸目標値作成部110の応答遅れ時間の和が設定されてもよい。その場合、高速軸駆動部320の移動距離を短くし、高速軸330における無駄な動きを低減する、という効果が最も高くなる。
実施の形態6は、実施の形態2から5の協調制御系にも適用可能である。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 演算装置、2 記憶装置、3 入出力装置、4 バス、100,100a,100b,100c,100d,100e サーボ制御装置、110 低速軸目標値作成部、120,120a,120c,120e 補正部、121,121c 第1伝達関数部、122,122a,122c 第2伝達関数部、123,123e 減算器、124 第3伝達関数部、125 第4伝達関数部、134,134d 第2干渉力打ち消し入力、135,135d 第1干渉力打ち消し入力、141,141d 高速軸干渉力計算部、142,142d 低速軸干渉力計算部、200,200b,200c,200d 低速軸サーボ系、210,210b,210c,210d 低速軸制御装置、211 低速軸補償部、212 加算器、213 低速軸規範モデル、214 フィードバック制御部、215 低速軸逆モデル、216 加算器、220 低速軸駆動部、221 アンプ、222 モータ、223 位置検出器、230 低速軸、300,300b,300c,300d 高速軸サーボ系、310,310b,310c,310d 高速軸制御装置、311 高速軸補償部、312 加算器、313 高速軸規範モデル、314 フィードバック制御部、315 高速軸逆モデル、316 加算器、320 高速軸駆動部、321 アンプ、322 モータ、323 位置検出器、330 高速軸、400 工具、600 遅延部、1000,1000a,1000b,1000c,1000d,1000e 協調制御系。
Claims (14)
- 第1軸上を第1モータが駆動する第1駆動部の位置を第1軸指令値に追従させる第1サーボ系と、前記第1軸と同方向の第2軸上を第2モータが駆動する第2駆動部の位置を第2軸指令値に追従させる第2サーボ系と、を制御し、前記第2サーボ系の応答性は前記第1サーボ系の応答性よりも高く、前記第1駆動部の位置と前記第2駆動部の位置との合成位置を制御するサーボ制御装置において、
前記合成位置の位置指令値である合成指令値に基づき第1軸目標値を作成する第1軸目標値作成部と、
第1伝達関数を用いることによって前記第1軸目標値を前記第1軸指令値に変換し、第2伝達関数を用いることによって前記第1軸目標値を変換し、前記変換された第1軸目標値を前記合成指令値から減算することによって前記第2軸指令値を計算し、前記第1伝達関数と前記第1サーボ系の特性をモデル化した第1モデル伝達関数との積は前記第2伝達関数と前記第2サーボ系の特性をモデル化した第2モデル伝達関数との積と等しい、補正部と、
を備えることを特徴とするサーボ制御装置。 - 前記第1伝達関数は前記第2モデル伝達関数と等しく、
前記第2伝達関数は前記第1モデル伝達関数と等しい、
ことを特徴とする請求項1に記載のサーボ制御装置。 - 前記第1伝達関数は1であって前記第1軸指令値は前記第1軸目標値と等しく、
前記第2伝達関数は前記第2モデル伝達関数の逆関数と前記第1モデル伝達関数との積と等しい、
ことを特徴とする請求項1に記載のサーボ制御装置。 - 前記第2サーボ系は、前記第2モータのアンプに入力する第2軸推力指令値を、前記第2駆動部の位置を前記第2軸指令値に追従させる補償制御に基づいて計算する第2軸補償部を備え、
前記第1駆動部の駆動が前記第2駆動部に及ぼす干渉力である第1干渉力を前記第1軸指令値に基づいて計算し、前記計算された第1干渉力を前記計算された第2軸推力指令値から減算させる第1干渉力計算部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。 - 前記第1サーボ系は、前記第1モータのアンプに入力する第1軸推力指令値を、前記第1駆動部の位置を前記第1軸指令値に追従させる補償制御に基づいて計算する第1軸補償部を備え、
前記第2駆動部の駆動が前記第1駆動部に及ぼす干渉力である第2干渉力を前記第2軸指令値に基づいて計算し、前記計算された第2干渉力を前記計算された第1軸推力指令値から減算させる第2干渉力計算部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。 - 前記第1サーボ系は、第1軸規範モデル位置を前記第1軸指令値に基づいて計算する第1軸規範モデル部と、前記第1モータのアンプに入力する第1軸推力指令値を、前記第1軸規範モデル位置と前記第1駆動部の位置とを一致させる補償制御に基づいて計算する第1軸補償部と、を備え、
前記第2サーボ系は、第2軸規範モデル位置を前記第2軸指令値に基づいて計算する第2軸規範モデル部と、前記第2モータのアンプに入力する第2軸推力指令値を、前記第2軸規範モデル位置と前記第2駆動部の位置とを一致させる補償制御に基づいて計算する第2軸補償部と、を備え、
前記第1モデル伝達関数は前記第1軸規範モデル部の伝達関数と等しく、
前記第2モデル伝達関数は前記第2軸規範モデル部の伝達関数と等しい、
ことを特徴とする請求項1に記載のサーボ制御装置。 - 前記第1伝達関数は前記第2軸規範モデル部の伝達関数と等しく、
前記第2伝達関数は前記第1軸規範モデル部の伝達関数と等しい、
ことを特徴とする請求項6に記載のサーボ制御装置。 - 前記第1伝達関数は1であって前記第1軸指令値は前記第1軸目標値と等しく、
前記第2伝達関数は前記第2軸規範モデル部の伝達関数の逆関数と前記第1軸規範モデル部の伝達関数との積と等しい、
ことを特徴とする請求項6に記載のサーボ制御装置。 - 前記第1駆動部の駆動が前記第2駆動部に及ぼす干渉力である第1干渉力を前記第1軸規範モデル位置に基づいて計算し、前記計算された第1干渉力を前記計算された第2軸推力指令値から減算させる第1干渉力計算部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項6に記載のサーボ制御装置。 - 前記第2駆動部の駆動が前記第1駆動部に及ぼす干渉力である第2干渉力を前記第2軸規範モデル位置に基づいて計算し、前記計算された第2干渉力を前記計算された第1軸推力指令値から減算させる第2干渉力計算部をさらに備える、
ことを特徴とする請求項6または9に記載のサーボ制御装置。 - 前記第2サーボ系の制御帯域は、前記第1サーボ系の制御帯域よりも高い、
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。 - 前記第2駆動部の加速度の制限値は、前記第1駆動部の加速度の制限値よりも大きい、
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。 - 前記合成指令値を、設定時間だけ遅延せしめる遅延部を備え、
前記設定時間は、ゼロより大きく、前記第2伝達関数の応答遅れ時間と前記第1軸目標値作成部の応答遅れ時間の和の2倍より短い時間であり、
前記補正部は、前記変換された第1軸目標値を前記遅延部によって遅延された前記合成指令値から減算することによって前記第2軸指令値を計算する、
ことを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載のサーボ制御装置。 - 前記設定時間は、前記第2伝達関数の応答遅れ時間と前記第1軸目標値作成部の応答遅れ時間の和に等しい、
ことを特徴とする請求項13に記載のサーボ制御装置。
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