JPH086644A - Numerical controller - Google Patents
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- JPH086644A JPH086644A JP13854194A JP13854194A JPH086644A JP H086644 A JPH086644 A JP H086644A JP 13854194 A JP13854194 A JP 13854194A JP 13854194 A JP13854194 A JP 13854194A JP H086644 A JPH086644 A JP H086644A
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- torque
- correction
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- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は工作機械の数値制御装置
に関するものであり、特に繰り返し制御時のトルク指令
値を補正し制御対象の挙動を安定させることにより、加
工精度を向上させる機能を有する送り軸数値制御装置に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a numerical control device for machine tools, and more particularly, it has a function of improving machining accuracy by correcting a torque command value during repetitive control and stabilizing the behavior of a controlled object. The present invention relates to a feed axis numerical control device.
【0002】[0002]
【従来の技術】工作機械の送り軸制御を行なう数値制御
装置の該略を示したブロック図を図8に示す。主制御装
置4から出力される位置指令値SPと位置検出値SPD
により減算器14で位置誤差値を算出する。位置制御部
1は前記位置誤差値に位置ループゲインを乗じ速度指令
値SVとして減算器15に出力する。また減算器15に
は速度検出値SVDを入力し速度誤差を算出し、該速度
誤差に応じて速度制御部2でトルク指令値STを算出す
る。そして電力増幅部8では該トルク指令値STに応じ
た電流でモータ9を駆動する。モータ9には位置検出器
12が取付けられ、テーブル10には別置きの位置検出
器13が取付けられており、それぞれの位置検出値SP
DS、SPDFより位置検出値SPDを算出する位置検
出部6と位置検出値SPDSより速度検出値SVDを算
出する速度検出部7を備えている。加工精度を向上させ
るための手段として、フルクローズド位置検出値SPD
Fと位置指令値SPとの位置誤差値を位置偏差演算部8
1で算出を行ない、位置指令値SPに該位置誤差値に対
して数値処理(フィルタ処理や位相整合)を行なった数
値である補正位置指令値SPCを加え込み、主制御装置
4より位置指令値SP+位置指令値補正分SPC=補正
位置指令SP’を指令する方法がとられている。なお、
この補正工程は加工中、加工周期毎に行なわれるもので
はなく、加工前に制御系とはオフラインで加工周期数回
分行なわれる。2. Description of the Related Art FIG. 8 is a block diagram showing the outline of a numerical controller for controlling a feed axis of a machine tool. Position command value SP and position detection value SPD output from main controller 4
Then, the subtracter 14 calculates the position error value. The position control unit 1 multiplies the position error value by a position loop gain and outputs it as a speed command value SV to the subtractor 15. Further, the speed detection value SVD is input to the subtractor 15 to calculate the speed error, and the speed control unit 2 calculates the torque command value ST according to the speed error. Then, the power amplifier 8 drives the motor 9 with a current according to the torque command value ST. A position detector 12 is attached to the motor 9, and a separate position detector 13 is attached to the table 10. Each position detection value SP
A position detection unit 6 that calculates a position detection value SPD from DS and SPDF and a speed detection unit 7 that calculates a speed detection value SVD from the position detection value SPDS are provided. The fully closed position detection value SPD is used as a means for improving the processing accuracy.
The position error calculation unit 8 calculates the position error value between F and the position command value SP.
1. The position command value SP is added from the position command value SP by adding the corrected position command value SPC, which is a numerical value obtained by numerically processing (filtering or phase matching) the position error value. SP + position command value correction amount SPC = corrected position command SP ′ is commanded. In addition,
This correction step is not performed every machining cycle during machining, but is performed off-line with the control system for several machining cycles before machining.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の数値制御装置により周期的目標値を繰り返し制
御を行なう場合、位置指令値を補正した後で速度検出部
のリップルやトルクの変動(主に摺動トルク、イナーシ
ャの変動、モータ制御の不安定さに起因する外乱)が軌
跡誤差として加工ワーク表面上に現われ、リップルマー
クなど面粗さの低下や加工精度の低下が発生するという
問題点がある。また、補正をメジャーループ(制御周期
が長い)である位置制御ループに対して行なう為、マイ
ナーループ(制御周期が短い)である速度制御ループや
電流制御ループで発生する外乱に対して効果が薄く、位
置補正値自体にメジャーループで発生する外乱成分が重
畳してしまうという欠点や、オフラインで位置指令値の
補正を行なう為、補正を行なうための無駄な工数が発生
するという欠点がある。本発明は上述した事情から成さ
れたものであり、本発明の目的は繰り返し制御を行なう
場合のトルク指令値を補正することで制御対象の挙動を
安定させ、ワークの加工精度を向上させることができる
工作機械の数値制御装置を提供することにある。However, in the case of repeatedly controlling the periodic target value by the above-mentioned conventional numerical control device, the ripples and torque of the speed detecting portion (mainly fluctuations in the velocity detecting portion after correcting the position command value). (Sliding torque, inertia fluctuation, disturbance due to instability of motor control) appear as trace errors on the surface of the work piece, which causes a decrease in surface roughness such as ripple marks and a decrease in processing accuracy. is there. In addition, since the correction is performed on the position control loop which is a major loop (long control cycle), it is less effective against the disturbance generated in the speed control loop and the current control loop which are minor loops (short control cycle). However, there is a drawback that a disturbance component generated in a major loop is superimposed on the position correction value itself, and that the position command value is corrected off-line, so that unnecessary man-hours are required for the correction. The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to stabilize the behavior of a controlled object and improve the machining accuracy of a workpiece by correcting the torque command value when performing repetitive control. It is to provide a numerical control device for a machine tool that can perform.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項1記載の発明は、主制御装置からの位置指
令値と制御対象からの位置検出値とから位置誤差値を算
出し位置制御を行なう位置制御部と、該位置誤差値と、
該位置検出値と、から算出される速度検出値から速度誤
差値を算出し速度制御を行なう速度制御部と、該速度制
御部から出力されるトルク指令値を電流指令値に変換す
る電力増幅部と、制御対象の位置を検出する位置検出器
と、を有し、周期的目標値の繰り返し制御を行なう数値
制御装置において、該位置指令値と該位置検出値と該速
度検出値と該トルク指令値とからトルク値を補正し補正
トルク値を加工周期毎に算出する補正トルク値演算手段
を有し、前加工周期において算出された該補正トルク値
を次加工周期にフィードフォワード制御値として該トル
ク指令値に加え込むことを特徴とする。請求項2記載の
発明は、請求項1記載の数値制御装置において、前記補
正トルク値演算手段は、該トルク指令値と該速度検出値
とからトルク偏差値を推定する外乱トルク推定手段を有
することを特徴とする。請求項3記載の発明は、請求項
1記載の数値制御装置において、前記補正トルク値演算
手段は、該位置指令値と該位置検出値との位置誤差値よ
りトルク偏差値を推定する位置誤差値トルク推定手段を
有することを特徴とする。請求項4記載の発明は、請求
項1記載の数値制御装置において、前記補正トルク値演
算手段は、該位置誤差値に基づいて関数発生を行なう関
数発生部を有することを特徴とする。請求項5記載の発
明は、請求項1記載の数値制御装置において、前記補正
トルク値演算手段は、該トルク指令値と該速度検出値と
から推定した第1のトルク偏差値と、該位置指令値と該
位置検出値との位置誤差値より推定した第2のトルク偏
差値と、により前記補正トルク値を算出する数値処理部
を有することを特徴とする。To achieve the above object, the invention according to claim 1 calculates a position error value from a position command value from a main controller and a position detection value from a controlled object. A position control unit for performing position control, the position error value,
A speed control unit that performs speed control by calculating a speed error value from the speed detection value calculated from the position detection value, and a power amplification unit that converts a torque command value output from the speed control unit into a current command value. And a position detector that detects the position of the controlled object, and in a numerical controller that repeatedly controls a periodic target value, the position command value, the position detection value, the speed detection value, and the torque command. And a correction torque value calculating means for calculating a correction torque value for each processing cycle, and the correction torque value calculated in the previous processing cycle is used as a feedforward control value in the next processing cycle. The feature is that it is added to the command value. According to a second aspect of the present invention, in the numerical control device according to the first aspect, the correction torque value computing means has a disturbance torque estimating means for estimating a torque deviation value from the torque command value and the speed detection value. Is characterized by. According to a third aspect of the present invention, in the numerical control device according to the first aspect, the correction torque value calculating means estimates a torque deviation value from a position error value between the position command value and the position detection value. It is characterized by having a torque estimating means. According to a fourth aspect of the present invention, in the numerical control device according to the first aspect, the correction torque value computing means has a function generating section for generating a function based on the position error value. According to a fifth aspect of the present invention, in the numerical control device according to the first aspect, the correction torque value computing means estimates a first torque deviation value from the torque command value and the speed detection value, and the position command. And a second torque deviation value estimated from a position error value between the detected value and the position detection value, and a numerical processing unit for calculating the correction torque value.
【0005】[0005]
【作用】本発明にあっては繰り返し制御時、加工周期毎
にトルクの変動(主に摺動トルク、イナーシャの変動、
モータ制御の不安定さなどに起因する外乱)を推定で
き、さらにサーボ系の制御遅れや検出器のリップルによ
る位置誤差より関数を発生させることにより位置誤差ト
ルク推定値とし、前記トルク変動推定値と共にトルク指
令値にフィードフォワード制御値として加えるようにし
た為、制御対象の挙動を安定させることができる。ま
た、一連の補正工程をオンラインで行なえる。In the present invention, during the repetitive control, the torque fluctuations (mainly sliding torque, inertia fluctuations,
(Disturbance due to instability of motor control) can be estimated, and a function is generated from a position error due to control delay of the servo system and ripple of the detector to obtain a position error torque estimated value. Since the feedforward control value is added to the torque command value, the behavior of the controlled object can be stabilized. Also, a series of correction steps can be performed online.
【0006】[0006]
【実施例】以下、図面に基づいて本発明に係る数値制御
装置について説明する。図1は、本発明の数値制御装置
の一例を図8に対応させて示すブロック図である。な
お、図8で使用する同じ番号のブロック及び同じ記号の
信号は同様の機能、内容である。従って、加工精度を向
上させるための手段以外は図8と同様なので説明を省略
する。補正トルク値演算部3にはテーブル10に取付け
られた位置検出器13により検出されたフルクローズド
位置検出値SPDFと位置指令値SPが入力される。ま
た、モータ9に取付けられた位置検出器12により検出
されたセミクローズド位置検出値SPDSより速度検出
部7を介して速度検出値SVDと、速度制御部2で算出
されたトルク指令値STにフィードフォワードゲイン補
正部5によりフィードフォワードゲインKfc倍された補
正トルク値STFCOが加算器16に入力され算出され
た補正トルク指令値ST’が入力される。フィードフォ
ワードゲインKfcは、0〜100%の間で可変であり、
フィードフォワード制御値としてトルク指令値STに加
え込まれる補正トルク値STFCOの値を加減できる。
このように、補正トルク値演算部3は、上記位置指令値
SP、フルクローズド位置検出値SPDF、補正トルク
指令値ST’、そして速度検出値SVDが入力されると
補正トルク値STFCIを加工周期毎に算出する補正ト
ルク値演算手段であり、補正トルク値STFCIを主制
御装置4に転送する。主制御装置4でフィルタ処理およ
び位相整合(図6参照)された補正トルク値STFCO
がフィードフォワードゲインKfcを乗じて、トルク指令
値STと加算器16により加算される。なお補正トルク
値の表記に2種類(STFCO、STFCI)あるの
は、主制御装置内でSTFCIがフィルタ処理及び位相
整合された後にSTFCOとして出力される為、便宜上
区別した。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A numerical controller according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an example of the numerical control device of the present invention in association with FIG. The blocks having the same numbers and the signals having the same symbols used in FIG. 8 have the same functions and contents. Therefore, the description is omitted because it is the same as in FIG. 8 except the means for improving the processing accuracy. The full-closed position detection value SPDF and the position command value SP detected by the position detector 13 attached to the table 10 are input to the correction torque value calculation unit 3. Further, the semi-closed position detection value SPDS detected by the position detector 12 attached to the motor 9 is used to feed the speed detection value SVD via the speed detection section 7 and the torque command value ST calculated by the speed control section 2. The correction torque value STFCO multiplied by the feedforward gain Kfc by the forward gain correction unit 5 is input to the adder 16, and the calculated correction torque command value ST ′ is input. The feedforward gain Kfc is variable between 0 and 100%,
The value of the correction torque value STFCO added to the torque command value ST as the feedforward control value can be adjusted.
In this way, the correction torque value calculation unit 3 receives the position command value SP, the fully closed position detection value SPDF, the correction torque command value ST ′, and the speed detection value SVD, and then outputs the correction torque value STFCI for each machining cycle. The correction torque value calculation means calculates the correction torque value STFCI and transfers the correction torque value STFCI to the main controller 4. Correction torque value STFCO filtered and phase-matched (see FIG. 6) by main controller 4
Is multiplied by the feedforward gain Kfc and added by the torque command value ST and the adder 16. There are two types (STFCO, STFCI) in the notation of the correction torque value because they are output as STFCO after the STFCI is filtered and phase-matched in the main control unit, so that they are distinguished for convenience.
【0007】図2は本発明の補正トルク値演算部3の内
部を示したブロック図である。補正トルク値演算部3に
おける内部処理は、大きく分けて2つのブロックに分れ
る。1つはトルク指令値、本実施例においては補正トル
ク値ST’と速度検出値SVDとからトルク偏差値を推
定する外乱トルク推定手段としての外乱トルク推定部2
2であり、もう1つは位置指令値SPとフルクローズド
位置検出値SPDFとの位置誤差値よりトルク偏差値を
推定する位置誤差値トルク推定手段としての位置誤差値
トルク推定部21である。外乱トルク推定部22は、ま
ず、入力された補正トルク指令値ST’にトルク係数K
t を乗じ、実トルク値を算出の後、速度検出部7で算出
された速度検出値SVDに摺動摩擦係数F+イナーシャ
J・ラプラス演算子S(Sは時間微分を意味する。)を
乗じた値にて減算器226で減算することにより、摺動
摩擦トルク変動分とイナーシャによるトルク変動分およ
びモータ制御の不安定トルク分が推定できる。サーボ性
能以上の周波数を含む信号をそのまま使用すると制御系
が不安定になるため、ローパスフィルタ(LPF)22
3にて処理を行なう。また、トルク定数演算部224に
おいてディメンジョンをトルク指令値ST’と揃えるた
めトルク定数Kt にて除算を行なう。さらに、ゲイン
(1ーKd )を乗じて、外乱トルク推定値STOBとし
数値処理部23に出力する。また、位置誤差値トルク推
定部21に入力されるフルクローズド位置検出値SPD
Fには通常ノイズ成分が含まれるため、ローパスフィル
タ(LPF)211によりノイズ成分を除去し、フィル
タによる位相遅れを位相整合器212にて行なう。ノイ
ズ除去されたフルクローズド位置検出値SPDFと位置
指令値SPを減算器215に入力し、位置誤差値SDを
得る。位置誤差値SDにより関数発生部213でトルク
指令値STと同じディメンジョンの位置誤差トルク推定
値STDが出力され、ゲインKd を乗じて位置誤差トル
ク推定値STDIとして数値処理部23に出力される。
なお、外乱トルク推定部22と位置誤差値トルク推定部
21から出力される各トルク値STOB、STDIにゲ
イン(Kd および1ーKd )が乗じてあるのは、各推定
部からの出力に重み付けを行なうためである。例えば、
位置誤差トルク推定値STDIの値を重視する場合、K
d =80%とすると外乱トルク推定値STOBのゲイン
は1ー0.8=0.2;つまり20%となり、位置誤差
トルク推定値STDI:外乱トルク推定値STOBは
8:2の割合で重み付けされる。次に、数値処理部23
に第1のトルク偏差値としての外乱トルク推定値STO
Bと第2のトルク偏差値としての位置誤差トルク推定値
STDIとを入力し、補正トルク値STFCIを出力す
る。位置誤差トルク推定値STDIは、外乱トルク推定
値STOBを包含している場合が多く、通常Kd を50
%以上で使用する。ゲインKd は制御対象の状況やサー
ボ調整者の目的により、調整される。FIG. 2 is a block diagram showing the inside of the correction torque value calculation unit 3 of the present invention. The internal processing in the correction torque value calculation unit 3 is roughly divided into two blocks. One is a disturbance torque estimating unit 2 as a disturbance torque estimating means for estimating a torque deviation value from a torque command value, which is a correction torque value ST ′ and a speed detection value SVD in this embodiment.
2 is the other, and the other is the position error value torque estimating unit 21 as a position error value torque estimating means for estimating the torque deviation value from the position error value between the position command value SP and the fully closed position detection value SPDF. First, the disturbance torque estimation unit 22 adds the torque coefficient K to the input corrected torque command value ST ′.
A value obtained by multiplying the actual torque value by multiplying t and then multiplying the speed detection value SVD calculated by the speed detection unit 7 by the sliding friction coefficient F + inertia J · Laplace operator S (S means time derivative). By subtracting with the subtractor 226, the sliding friction torque fluctuation, the torque fluctuation due to inertia, and the unstable torque for motor control can be estimated. If a signal containing a frequency higher than the servo performance is used as it is, the control system becomes unstable. Therefore, the low-pass filter (LPF) 22
Processing is performed at 3. Further, in the torque constant calculation unit 224, division is performed by the torque constant Kt in order to align the dimension with the torque command value ST '. Further, it is multiplied by a gain (1−Kd) to output a disturbance torque estimated value STOB to the numerical processing unit 23. In addition, the full-closed position detection value SPD input to the position error value torque estimation unit 21.
Since F normally contains a noise component, the noise component is removed by the low pass filter (LPF) 211, and the phase matching by the filter is performed by the phase matching unit 212. The noise-free fully closed position detection value SPDF and the position command value SP are input to the subtractor 215 to obtain the position error value SD. The position error torque estimated value STD having the same dimension as the torque command value ST is output from the function generation unit 213 based on the position error value SD, multiplied by the gain Kd, and output as the position error torque estimated value STDI to the numerical processing unit 23.
Note that the torque values STOB and STDI output from the disturbance torque estimation unit 22 and the position error value torque estimation unit 21 are multiplied by the gains (Kd and 1−Kd), which means that the outputs from the estimation units are weighted. This is to do it. For example,
If the position error torque estimated value STDI is emphasized, K
When d = 80%, the gain of the disturbance torque estimated value STOB is 1−0.8 = 0.2; that is, 20%, and the position error torque estimated value STDI: disturbance torque estimated value STOB is weighted at a ratio of 8: 2. It Next, the numerical processing unit 23
The estimated disturbance torque value STO as the first torque deviation value
B and the position error torque estimated value STDI as the second torque deviation value are input, and the corrected torque value STFCI is output. The position error torque estimated value STDI often includes the disturbance torque estimated value STOB, and the Kd is usually 50.
Use at% or more. The gain Kd is adjusted depending on the situation of the controlled object and the purpose of the servo adjuster.
【0008】図3は図2で示した数値処理部23の構成
を示したブロック図である。数値処理部23に外乱トル
ク推定値STOBと位置誤差トルク推定値STDIとが
入力され、加算器35と減算器36とにそれぞれの値が
入力される。加算器35による出力は、符号判定器33
と演算器37とに出力される。また、減算器36からの
出力は絶対値化され、スイッチ34に出力される。符号
判定器33は、符号判定によりスイッチ34のP側、N
側の切り替えを行なう。この符号判定による切り替わり
の条件は任意に設定が可能である。スイッチ34がP側
の場合、演算器37は加算器として働き、N側の場合、
演算器37は減算器として働く機能を持つ。演算器37
からの出力は1/2にされた後、補正トルク値STFC
Iとして出力される。FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the numerical processing unit 23 shown in FIG. The disturbance torque estimated value STOB and the position error torque estimated value STDI are input to the numerical processing unit 23, and the respective values are input to the adder 35 and the subtractor 36. The output from the adder 35 is the sign determiner 33.
Is output to the calculator 37. The output from the subtractor 36 is converted into an absolute value and output to the switch 34. The sign determiner 33 determines whether the P side of the switch 34, N
Switch side. The condition for switching by this code determination can be set arbitrarily. When the switch 34 is on the P side, the calculator 37 functions as an adder, and when it is on the N side,
The calculator 37 has a function of working as a subtractor. Calculator 37
Output is halved, then the corrected torque value STFC
It is output as I.
【0009】図4に数値処理部23による補正トルク演
算処理結果の例を示す。X軸には制御位置(時刻)、Y
軸はトルクを示してある。以下図に従って説明する。図
4(a)には、外乱トルク推定部22からの出力である
外乱トルク推定値STOBと位置誤差値トルク推定部2
1からの出力である位置誤差トルク推定値STDIとが
示されてある。図4(b)は図3の符号判定器33の条
件を、外乱トルク推定値STOB+位置誤差トルク推定
値STDI≦0の場合はスイッチ34をN側に、外乱ト
ルク推定値STOB+位置誤差トルク推定値STDI>
0の場合はスイッチ34をP側に切り替わるように設定
した場合の補正トルク値STFCIを示す。これからわ
かるように上記条件の場合、同位置(時刻)の各トルク
推定値の絶対値の大きい方を選択することがわかる。動
的に補正量をかける場合にこの条件を選択することが多
い。図4(c)は図3の符号判定器33の条件を、外乱
トルク推定値STOB+位置誤差トルク推定値STDI
>0の場合はスイッチ34をN側に、外乱トルク推定値
STOB+位置誤差トルク推定値STDI≦0の場合は
スイッチ34をP側に切り替わるように設定した場合の
補正トルク値STFCIを示す。この条件では、同位置
(時刻)の各トルク推定値の絶対値の小さい方の値を選
択する。図4(d)は図3のスイッチ34をオープン
(N側、P側に切り替わらないように符号判定器33を
設定)にした場合の補正トルク値STFCIである。こ
の条件を選択すると、(外乱トルク推定値STOB+位
置誤差トルク推定値STDI)/2の値が出力されるた
め、外乱トルク推定値STOBと位置誤差トルク推定値
STDIの中間値を補正トルク値STFCIとして使用
できる。FIG. 4 shows an example of the correction torque calculation processing result by the numerical processing unit 23. Control position (time) on the X-axis, Y
The axis shows torque. Description will be given below with reference to the drawings. In FIG. 4A, the disturbance torque estimation value STOB output from the disturbance torque estimation unit 22 and the position error value torque estimation unit 2 are shown.
The output from 1 is the position error torque estimate STDI. FIG. 4B shows the conditions of the sign determiner 33 of FIG. 3 as follows: when the disturbance torque estimated value STOB + position error torque estimated value STDI ≦ 0, the switch 34 is set to the N side, and the disturbance torque estimated value STOB + position error torque estimated value. STDI>
In the case of 0, the correction torque value STFCI when the switch 34 is set to be switched to the P side is shown. As can be seen from the above, in the case of the above condition, the one having the larger absolute value of each estimated torque value at the same position (time) is selected. This condition is often selected when the correction amount is dynamically applied. FIG. 4C shows the condition of the sign determiner 33 of FIG. 3 as the disturbance torque estimated value STOB + position error torque estimated value STDI.
When> 0, the switch 34 is set to the N side, and when the disturbance torque estimated value STOB + position error torque estimated value STDI ≦ 0, the corrected torque value STFCI is set when the switch 34 is set to the P side. Under this condition, the smaller one of the absolute values of the estimated torque values at the same position (time) is selected. FIG. 4D shows a correction torque value STFCI when the switch 34 of FIG. 3 is opened (the code determination unit 33 is set so as not to switch to the N side and the P side). When this condition is selected, a value of (disturbance torque estimated value STOB + positional error torque estimated value STDI) / 2 is output, and therefore, an intermediate value between the disturbance torque estimated value STOB and the position error torque estimated value STDI is set as the correction torque value STFCI. Can be used.
【0010】図5は図2の位置誤差値トルク推定部21
内の関数発生部213の構成を示すブロック図である。
この関数発生部213は、位置誤差値に基づいて関数発
生を行なう。まず、位置誤差値SDがローパスフィルタ
41と積分器45に入力される。位置誤差値SDはロー
パスフィルタ41でノイズを除去すると共にサーボ性能
以上の周波数を低減させる処理が行なわれ、また定常偏
差を除去するため積分器45で時間積分し、それぞれ加
算器46にて加算される。通常位置誤差値SDを扱う位
置制御ループよりもトルク指令値STを扱う速度及び電
流制御ループの制御周期は短いため、位置誤差値SDを
補間器42により補間処理(補間処理の一例としてスプ
ライン関数を使用し数値補間をする)を行なうことで速
度及び電流制御ループで扱える値(同じ制御周期の値)
とする。次にラプラス演算子Sの二乗(時間の2回微
分)を乗じ、位相整合器44により位相合わせを行ない
位置誤差トルク推定値STDを出力する。FIG. 5 shows the position error value torque estimating unit 21 of FIG.
3 is a block diagram showing the configuration of a function generating unit 213 in FIG.
The function generating section 213 generates a function based on the position error value. First, the position error value SD is input to the low pass filter 41 and the integrator 45. The position error value SD is processed by the low-pass filter 41 to remove noise and reduce the frequency higher than the servo performance. Further, the position error value SD is time-integrated by the integrator 45 to remove the steady deviation, and added by the adder 46. It Since the control cycle of the speed and current control loop that handles the torque command value ST is shorter than that of the position control loop that handles the normal position error value SD, the position error value SD is interpolated by the interpolator 42 (a spline function is used as an example of the interpolation process. The value that can be handled by the speed and current control loop by performing numerical interpolation (using the same control cycle)
And Next, the Laplace operator S is multiplied by the square (two-fold differentiation of time), the phase matching unit 44 performs phase matching, and the position error torque estimated value STD is output.
【0011】図6は補正トルク値STFCIを入力し補
正トルク値STFCOを出力する主制御装置4の構成を
示すブロック図である。主制御装置4は、位置指令値S
Pを記憶するメモリ55を備え、ここより位置指令値S
Pを出力する。またバッファメモリ54には補正トルク
値演算部3で算出された補正トルク値STFCIが入力
される。このバッファメモリ54は、ローパスフィルタ
53による処理、位相整合器52による処理を行なうた
めに使用される。ローパスフィルタ処理、位相整合処理
が行なわれた後の補正トルク値STFCOはメモリ51
に保存され、位置指令値SPに対応した補正トルク値S
TFCOが出力される。FIG. 6 is a block diagram showing the structure of the main control unit 4 which inputs the correction torque value STFCI and outputs the correction torque value STFCO. The main controller 4 determines the position command value S
A memory 55 for storing P is provided, from which the position command value S
Output P. Further, the correction torque value STFCI calculated by the correction torque value calculation unit 3 is input to the buffer memory 54. The buffer memory 54 is used for performing the processing by the low pass filter 53 and the processing by the phase matching unit 52. The correction torque value STFCO after the low-pass filter processing and the phase matching processing is performed is stored in the memory 51.
The correction torque value S corresponding to the position command value SP is stored in
TFCO is output.
【0012】図7に本実施例に係る数値制御装置を使用
した場合の効果を従来の数値制御器を使用した場合と比
較して示す。X軸は制御位置(時刻)、Y軸は制御対象
のフルクローズド検出位置と位置指令値との位置誤差値
を示す。図7(a)は、従来の数値制御装置を使用した
場合の制御対象の位置誤差を示しており、最大約±8μ
m程度の位置誤差値が発生する。また大きな脈動も生じ
ている。この場合、加工ワーク表面にも位置誤差値と同
様の脈動が現われ、問題となることが多い。この原因は
速度フィードバックに使用している位置検出器12の脈
動が大きく影響しているものと思われる。速度フィード
バックに使用する速度検出値SVDは位置検出値SPD
Sを微分して作成する為、速度検出値SVDに脈動があ
る場合、微分を行なうことで脈動の振幅が大きくなる。
特に高次数の脈動が大きくなることが推測されるが、サ
ーボ性能以上の周波数成分は制御器でフィルタリングさ
れてしまい、検出器1回転あたり数10周期のリップル
が実際に問題となることが多い。このことより位置誤差
値SDを位置指令値SPに対して直接補正を行なっても
効果が薄いことが言える。図7(b)は、本発明の数値
制御装置を使用した場合の制御対象の位置誤差を示して
ある。位置誤差値は約±1μm程度にまで抑えらること
がわかる。また脈動も低減されている。FIG. 7 shows the effect of using the numerical controller according to this embodiment in comparison with the case of using the conventional numerical controller. The X-axis shows the control position (time) and the Y-axis shows the position error value between the fully closed detection position of the controlled object and the position command value. FIG. 7A shows the position error of the controlled object when the conventional numerical control device is used, and the maximum is about ± 8 μm.
A position error value of about m is generated. There is also a large pulsation. In this case, pulsation similar to the position error value appears on the surface of the work piece, which often causes a problem. The cause of this is considered to be that the pulsation of the position detector 12 used for velocity feedback has a great influence. The speed detection value SVD used for speed feedback is the position detection value SPD.
Since S is created by differentiating, when the speed detection value SVD has a pulsation, the amplitude of the pulsation increases by performing the differentiation.
It is speculated that particularly high-order pulsation becomes large, but frequency components of servo performance or higher are filtered by the controller, and ripples of several tens of cycles per one rotation of the detector are actually a problem in many cases. From this, it can be said that the effect is small even if the position error value SD is directly corrected with respect to the position command value SP. FIG. 7B shows the position error of the controlled object when the numerical control device of the present invention is used. It can be seen that the position error value can be suppressed to about ± 1 μm. Moreover, pulsation is also reduced.
【0013】なお、本発明は前述の図1から図6に示し
た本実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱
しない範囲での下記のような変形を行なってもよい。 (1)本実施例の補正トルク値は主制御装置から転送せ
ず、補正トルク値演算部3内にメモリを持ち、該メモリ
より主制御装置4からの位置指令値SPに同期した補正
トルク値STFCOを出力してもよい。 (2)本実施例では離散系の制御装置で説明を行なった
が連続系制御装置でもよい。 (3)本実施例の説明では関数発生部213内の処理に
おいてローパスフィルタ41を用いたが この部分の処
理は離散系制御装置においては重み付け平均、移動平均
などの手法を用いてもよい。 (4)本実施例の補正トルク値演算部3内の数値処理に
おいて、位置誤差トルク推定値STDIと外乱トルク推
定値STOBの和や差を直接算出する方式でもよい。 (5)本実施例では、実加工中、加工周期毎に補正トル
ク値STFCOが更新するように扱ったが、加工前、加
工周期毎に位置誤差値SDが小さくなるよう補正トルク
値STFCOを算出し、トルクフィードフォワード制御
値(=補正トルク値STFCO)を固定値として扱って
もよい。The present invention is not limited to the present embodiment shown in FIGS. 1 to 6, and the following modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. (1) The correction torque value of the present embodiment is not transferred from the main control device, has a memory in the correction torque value calculation unit 3, and the correction torque value synchronized with the position command value SP from the main control device 4 is from the memory. STFCO may be output. (2) In the present embodiment, the description has been given of the discrete control device, but a continuous control device may be used. (3) In the description of the present embodiment, the low-pass filter 41 is used in the processing in the function generator 213, but the processing of this portion may use a method such as weighted averaging or moving averaging in the discrete system control device. (4) In the numerical processing in the correction torque value calculation unit 3 of this embodiment, a method of directly calculating the sum or difference of the position error torque estimated value STDI and the disturbance torque estimated value STOB may be used. (5) In this embodiment, the correction torque value STFCO is updated during each machining cycle during the actual machining, but the correction torque value STFCO is calculated before machining so that the position error value SD becomes smaller for each machining cycle. However, the torque feedforward control value (= correction torque value STFCO) may be treated as a fixed value.
【0014】[0014]
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明で示す数
値制御装置によれば繰り返し制御時、加工周期毎にトル
クの変動(主に摺動トルク、イナーシャの変動、モータ
制御の不安定さなどに起因する外乱)を推定でき、さら
にサーボ系の制御遅れや速度検出部のリップルによる位
置誤差より関数を発生させることにより位置誤差トルク
推定値とし、前記トルク変動推定値と共にトルク指令値
にフィードフォワード制御値として加えるようにした
為、制御対象の挙動を安定させることができるため、ワ
ークの加工精度を向上させることができる。また、一連
の補正工程をオンラインで行なえるため、工数の削減に
つながる。As described above, according to the numerical control device of the present invention, torque fluctuations (mainly sliding torque, inertia fluctuations, instability of motor control, etc.) in each machining cycle during repetitive control. (Disturbance caused by, etc.) can be estimated, and a function is generated from the position error due to the control delay of the servo system and the ripple of the speed detection unit to obtain the position error torque estimated value, which is fed to the torque command value together with the torque fluctuation estimated value. Since it is added as the forward control value, the behavior of the controlled object can be stabilized, so that the machining accuracy of the work can be improved. Further, since a series of correction steps can be performed online, the number of man-hours can be reduced.
【図1】 本発明に係る数値制御装置の一例を示すブロ
ック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an example of a numerical control device according to the present invention.
【図2】 本発明に係る数値制御装置の補正トルク演算
部の一例を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing an example of a correction torque calculation unit of the numerical control device according to the present invention.
【図3】 図2に示した数値処理部の構成を示すブロッ
ク図である。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a numerical processing unit shown in FIG.
【図4】 本実施例における補正トルク演算処理結果の
一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of a correction torque calculation processing result in the present embodiment.
【図5】 図2に示した関数発生部の構成を示すブロッ
ク図である。5 is a block diagram showing a configuration of a function generating section shown in FIG.
【図6】 本実施例における主制御装置の構成を示すブ
ロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a main controller in the present embodiment.
【図7】 従来と本発明の数値制御装置の効果の一例を
示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the effects of the conventional numerical control device and the numerical control device of the present invention.
【図8】 従来の数値制御装置の構成を示すブロック図
である。FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional numerical control device.
1 位置制御部 2 速度制御部 3 補正トルク値演算部 4 主制御装置 5 フィードフォワードゲイン補正部 6 位置検出部 7 速度検出部 8 電力増幅部 9 モータ 10 テーブル 11 ボールネジ 12、13 位置検出器 14、15、36、215、226 減算器 16、35、46 加算器 21 位置誤差値トルク推定部 22 外乱トルク推定部 23 数値処理部 33 符号判定器 34 スイッチ 37 演算器 41、53、211、223 ローパスフィルタ 42 補間器 44、52、212 位相整合器 45 積分器 51、55 メモリ 54 バッファメモリ 61、62、63、64、65 トルク波形 71、72 位置誤差値波形 81 位置偏差演算部 213 関数発生部 224 トルク定数演算部 SP 位置指令値 SP’補正後位置指令値 SV 速度指令値 ST トルク指令値 ST’補正トルク指令値 SPD 位置検出値 SVD 速度検出値 SPDS セミクローズド位置検出値 SPDF フルクローズド位置検出値 STFCI 補正トルク値 STFCO 補正トルク値 SD 位置誤差値 STD 位置誤差トルク推定値 STOB 外乱トルク推定値 STDI 位置誤差トルク推定値(ゲインKd ×ST
D) SPC 位置誤差補正量1 position control unit 2 speed control unit 3 correction torque value calculation unit 4 main control unit 5 feedforward gain correction unit 6 position detection unit 7 speed detection unit 8 power amplification unit 9 motor 10 table 11 ball screw 12, 13 position detector 14, 15, 36, 215, 226 Subtractor 16, 35, 46 Adder 21 Position error value torque estimation unit 22 Disturbance torque estimation unit 23 Numerical processing unit 33 Sign determination unit 34 Switch 37 Operation unit 41, 53, 211, 223 Low pass filter 42 Interpolator 44, 52, 212 Phase matching device 45 Integrator 51, 55 Memory 54 Buffer memory 61, 62, 63, 64, 65 Torque waveform 71, 72 Position error value waveform 81 Position deviation calculator 213 Function generator 224 Torque Constant calculation unit SP Position command value SP 'Position command value after correction SV Speed command Value ST Torque command value ST 'Correction torque command value SPD Position detection value SVD Speed detection value SPDS Semi-closed position detection value SPDF Full closed position detection value STFCI Correction torque value STFCO Correction torque value SD Position error value STD Position error torque estimated value STOB Disturbance torque estimated value STDI Position error torque estimated value (gain Kd x ST
D) SPC position error correction amount
Claims (5)
からの位置検出値とから位置誤差値を算出し位置制御を
行なう位置制御部と、 該位置誤差値と、該位置検出値から算出される速度検出
値と、から速度誤差値を算出し速度制御を行なう速度制
御部と、 該速度制御部から出力されるトルク指令値を電流指令値
に変換する電力増幅部と、 制御対象の位置を検出する位置検出器と、 を有し、周期的目標値の繰り返し制御を行なう数値制御
装置において、 該位置指令値と該位置検出値と該速度検出値と該トルク
指令値とからトルク値を補正し補正トルク値を加工周期
毎に算出する補正トルク値演算手段を有し、 前加工周期において算出された該補正トルク値を次加工
周期にフィードフォワード制御値として該トルク指令値
に加え込むことを特徴とする数値制御装置。1. A position control unit for performing position control by calculating a position error value from a position command value from a main control unit and a position detection value from a controlled object, a position error value and a position detection value. A speed control unit that calculates a speed error value from the detected speed value and performs speed control, a power amplification unit that converts the torque command value output from the speed control unit into a current command value, and the position of the controlled object. In a numerical controller having a position detector for detecting, and performing repetitive control of a periodic target value, a torque value is calculated from the position command value, the position detection value, the speed detection value, and the torque command value. A correction torque value calculating means for correcting and calculating a correction torque value for each machining cycle is provided, and the corrected torque value calculated in the previous machining cycle is added to the torque command value as a feedforward control value in the next machining cycle. Features Numerical control device.
指令値と該速度検出値とからトルク偏差値を推定する外
乱トルク推定手段を有することを特徴とする請求項1記
載の数値制御装置。2. The numerical control device according to claim 1, wherein the correction torque value calculation means has a disturbance torque estimation means for estimating a torque deviation value from the torque command value and the speed detection value.
令値と該位置検出値との位置誤差値よりトルク偏差値を
推定する位置誤差値トルク推定手段を有することを特徴
とする請求項1記載の数値制御装置。3. The correction torque value computing means has a position error value torque estimating means for estimating a torque deviation value from a position error value between the position command value and the position detection value. Numerical control device described.
差値に基づいて関数発生を行なう関数発生部を有するこ
とを特徴とする請求項1記載の数値制御装置。4. The numerical control device according to claim 1, wherein the correction torque value calculating means has a function generating section for generating a function based on the position error value.
指令値と該速度検出値とから推定した第1のトルク偏差
値と、該位置指令値と該位置検出値との位置誤差値より
推定した第2のトルク偏差値と、により前記補正トルク
値を算出する数値処理部を有することを特徴とする請求
項1記載の数値制御装置。5. The correction torque value calculating means estimates from a first torque deviation value estimated from the torque command value and the speed detection value, and a position error value between the position command value and the position detection value. The numerical control device according to claim 1, further comprising a numerical processing unit that calculates the correction torque value based on the second torque deviation value.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13854194A JPH086644A (en) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | Numerical controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13854194A JPH086644A (en) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | Numerical controller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH086644A true JPH086644A (en) | 1996-01-12 |
Family
ID=15224571
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP13854194A Pending JPH086644A (en) | 1994-06-21 | 1994-06-21 | Numerical controller |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JPH086644A (en) |
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- 1994-06-21 JP JP13854194A patent/JPH086644A/en active Pending
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