CN103180790B - 数值控制方法 - Google Patents

Abstract

在通过伺服控制部（52）驱动工作机械（10）的进给轴的数值控制方法中，将进给轴的伺服控制部（52）的动作模型化来求出传递函数，使用进给轴的频率响应，测定工作机械的伺服控制部（52）中的位置环路的闭环传递函数（G_BP）和速度环路的闭环传递函数中的至少一方，使用所测定出的闭环传递函数来求出位置环路的控制对象（P_P）和速度环路的控制对象中的至少一方，根据控制对象求出位置环路的模型化误差（ΔP_P）和速度环路的模型化误差中的至少一方，使用闭环传递函数和模型化误差中的至少一方来算出伺服控制部（52）的至少一个控制参数。由此，简单且自动地求出与进给轴的状态相应的最佳的多个控制参数。

Description

数值控制方法

技术领域

本发明涉及通过伺服控制部驱动工作机械的进给轴的数值控制方法。本发明尤其涉及具有多个进给轴的工作机械的数值控制方法。

背景技术

工作机械包括一个以上的直动轴和/或旋转进给轴（以下，有时也将这些直动轴和旋转进给轴简称为“进给轴”），用于驱动这些进给轴的马达受数值控制装置控制。在工作机械中，根据工件的加工处理内容而安装有不同的工具，另外，用于将工件安装在工作机械上的夹具也根据工件来使用。

在包括这样的工作机械的系统中，需要对进给轴设定加减速时间常数、反转校正值、各种增益、共振过滤器常数等控制参数。专利文献1中公开了通过马达的时间响应和理想的响应误差来调整作为控制参数的反馈补偿器（积分增益）。另外，专利文献2中公开了通过算出机械损伤系数并将该系数与阈值相比较来判断异常。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2007-299122号公报

专利文献2：日本特开2009-154274号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在专利文献1中，由于需要反复进行反馈补偿器的调整，所以处理费时，难以频繁地进行调整。另外，在专利文献1中，没有公开反馈补偿器以外的控制参数的设定。进而，也没有公开自动设定与进给轴的当前状态相适应的加减速参数（加减速时的加速度、加速度变化率和所需时间）。

进而，在专利文献2中，只是通过机械损伤系数来判定特定的异常，甚至无法检测不能通过机械损伤系数判断的异常。因此，专利文献2所公开的异常判断的可靠性比较低，希望通过多方面的判断来提高异常判断的可靠性。

本发明是鉴于这样的情况而提出的，其目的在于，提供一种数值控制方法，能够简单地求出与进给轴的状态相应的最佳的多个控制参数和加减速参数，并能够进行可靠性高的异常判断。

用于解决问题的手段

为了实现上述的目的，根据第1发明，提供了一种数值控制方法，通过伺服控制部驱动工作机械的进给轴，在所述数值控制方法中，将所述进给轴的伺服控制部的动作模型化来求出传递函数，使用所述进给轴的频率响应，测定所述工作机械的伺服控制部中的位置环路的闭环传递函数和速度环路的闭环传递函数中的至少一方，使用所测定出的闭环传递函数来求出所述位置环路的控制对象和所述速度环路的控制对象中的至少一方，根据所述控制对象求出所述位置环路的模型化误差和所述速度环路的模型化误差中的至少一方，使用所述闭环传递函数和模型化误差中的至少一方来算出所述伺服控制部的至少一个控制参数。

根据第2发明，在第1发明中，使用所述位置环路的模型化误差，求出所述位置环路的前馈增益作为控制参数，或者，使用所述速度环路的模型化误差，求出所述速度环路的前馈增益作为控制参数。

根据第3发明，在第1发明中，根据所述位置环路的闭环传递函数和所述位置环路的模型化误差并使用小增益定理，求出所述位置环路的反馈增益，或者，根据所述速度环路的闭环传递函数和所述速度环路的模型化误差并使用小增益定理，求出所述速度环路的反馈增益。

根据第4发明，在第1发明中，求出所述工作机械的伺服控制部中的位置环路的闭环传递函数，将至少包含预定的加速度和时间的多个组输入所述位置环路的闭环传递函数，从所述多个组中，选择至少包含加速度和时间的一个组作为加减速参数，以使所述进给轴的位置指令与实际的位置之间的偏差在所希望的值以下。

根据第5发明，在第1发明中，将所算出的控制参数与该控制参数用的预定的阈值进行比较，在所述控制参数为所述阈值以上的情况下发出警告。

发明的效果

在第1发明中，由于使用了将伺服控制部的动作模型化而得到的闭环传递函数和/或模型化误差，所以能够迅速且自动地求出最佳的多种控制参数。

在第2发明中，能够求出位置环路的前馈增益或速度环路的前馈增益作为控制参数。

在第3发明中，能够求出位置环路的反馈增益或速度环路的反馈增益作为控制参数。

在第4发明中，能够根据进给轴的状态设定适当的加减速参数（加减速时的加速度、加速度变化率以及所需时间）。另外，由于自动进行这样的设定，所以也能够使工作机械的加工时间整体缩短。

在第5发明中，由于能够使用多种最佳化的控制参数进行异常判断，所以能够多方面地进行异常判断，从而能够提高其可靠性。另外，由于自动进行这样的异常判断，所以能够减轻对操作者的负担。此外，阈值根据应被加工的工件的种类、工具的质量等而不同。

附图说明

图1是本发明的数值控制工作机械的概略图。

图2是控制本发明的数值控制工作机械的伺服控制部的结构框线图。

图3是表示图2所示的位置控制部及其周边的框线图。

图4是用于算出与位置控制部相关的控制参数的流程图。

图5a是表示对模型化误差进行近似曲线拟合的方法的第一图。

图5b是表示对模型化误差进行近似曲线拟合的方法的第二图。

图6是用于说明使用小增益定理并根据模型化误差来求出反馈增益的图。

图7是表示图2所示的速度控制部及其周边的框线图。

图8是用于算出与速度控制部相关的控制参数的流程图。

图9a是表示求出速度环路的模型化误差的方法的第一图。

图9b是表示求出速度环路的模型化误差的方法的第二图。

图10a是表示增益与频率的关系的图。

图10b是表示增益与频率的关系的图。

图11（a）是表示进给轴的进给速度与时间的关系的图。图11（b）是表示加速度与时间的关系的图。图11（c）是表示加速度、时间等的表的图。

图12是表示用于基于控制参数进行异常判断的处理的流程图。

图13a是简单表示位置环路的图。

图13b是简单表示速度环路的图。

图14是表示工作机械的工具之一的加工路径的图。

图15a是表示图14中的X方向速度、X方向加速度以及X方向误差与时间的关系的图。

图15b是表示图14中的X方向速度、X方向加速度以及X方向误差与时间的关系的图。

图16是用于计算图14的阈值参数的流程图。

标号说明

10数值控制工作机械

14工作台

16柱

20主轴

22工具

40数值控制部

42NC程序

46解释完程序存储部

48程序执行指令部

50分配控制部

52伺服控制部

54进给轴马达驱动部

56运算控制部

58减法运算器

60位置控制部

61加法运算器

62减法运算器

64速度控制部

92转矩前馈控制部

94加法运算器

96反转校正值算出部

98参数运算部

100减振过滤器

102加减速处理部

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。在以下的附图中对相同的构件标注相同的参考标号。为了便于理解，这些附图对比例尺进行了适当变更。

图1是本发明的数值控制工作机械的概略图。在图1中，数值控制工作机械10是所谓卧式加工中心，其具备在工厂等的地面上设置的床身12。在床身12的上表面，在水平的Z轴方向（在图1中为左右方向）上延伸设置有Z轴导轨28，在Z轴导轨28上以自由滑动的方式安装有用于经由工件用夹具G来固定工件W的工作台14。虽然图1中示出了在工作台14上固定有能够在B轴方向上旋转进给的NC旋转工作台、并在该NC旋转工作台上装载工件W的例子，但是也可以不经由NC旋转工作台而直接将工件W装载在工作台14上。

进而，在床身12的上表面，X轴导轨36垂直于Z轴且在水平的X轴方向（与图1的纸面垂直的方向）上延伸设置，在X轴导轨36上自由滑动地安装有柱16。在柱16的与工件W相对面的前面，在与X轴和Z轴垂直的Y轴方向（在图1中为上下方向）上延伸设置有Y轴导轨34，在Y轴导轨34上自由滑动地安装有将主轴20支撑为自由旋转的主轴头18。

在床身12内工作台14的下侧，在Z轴方向上延伸设置有Z轴进给螺栓24，在工作台14的下表面固定有与Z轴进给螺栓24螺合的螺母26。Z轴进给螺栓24的一端与Z轴进给伺服马达Mz连结，通过驱动Z轴进给伺服马达Mz来使Z轴进给螺栓24旋转，从而使工作台14沿着Z轴导轨28移动。同样地，在床身12内柱16的下侧，在X轴方向上延伸设置有X轴进给螺栓（未图示），在柱16的下表面固定有与所述X轴进给螺栓螺合的螺母（未图示）。

所述X轴进给螺栓的一端与X轴进给伺服马达Mx连结，通过驱动X轴进给伺服马达Mx来使所述X轴进给螺栓旋转，从而使柱16沿X轴导轨36移动。进而，在柱16内Y轴方向上延伸设置有Y轴进给螺栓32，在主轴头18的背面固定有与Y轴进给螺栓32螺合的螺母30。Y轴进给螺栓32的上端与Y轴进给伺服马达My连结，通过驱动Y轴进给伺服马达My来使Y轴进给螺栓32旋转，从而使主轴头18沿Y轴导轨34移动。

在主轴20的顶端安装有工具22例如立铣刀。通过一边使工具22旋转一边使柱16、主轴头18、工作台14分别在X轴、Y轴、Z轴方向上动作，从而将固定于工作台14的工件W切削加工成所希望的形状。在固定有NC旋转工作台的情况下，数值控制工作机械10也称为还具有B轴的4轴的数值控制工作机械。

数值控制工作机械10具备控制使柱16、主轴头18、工作台14在X轴、Y轴、Z轴方向上移动的X轴、Y轴、Z轴进给伺服马达Mx、My、Mz的数值控制部40。在具有NC旋转工作台的情况下，具备B轴进给伺服马达（未图示）。

数值控制部40包括：程序读取解释部44，读取NC程序42并对其进行解释；解释完程序存储部46，暂时存储解释后的程序；程序执行指令部48，从解释完程序存储部46适当调用程序并发出执行程序数据；分配控制部50，基于来自程序执行指令部48的执行程序数据发出向X轴、Y轴、Z轴的各轴的位置指令值、速度指令值、转矩指令值；伺服控制部52，基于来自分配控制部50的位置指令值、速度指令值、转矩指令值以及后述的反馈信号向进给轴马达驱动部54发出转矩指令值或电流指令值。此外，关于B轴也同样，分配控制部50发出向B轴的位置指令值、角速度指令值、角加速度指令值等。

进给轴马达驱动部54基于来自伺服控制部52的转矩指令值或电流指令值来输出电流，从而分别驱动X轴、Y轴、Z轴各自的进给轴马达Mx、My、Mz。进而，在本实施方式中，设置有对从伺服控制部52向进给轴马达驱动部54发出的转矩指令值或电流指令值进行校正的运算控制部56。运算控制部56进行后述的模型化处理、控制参数的算出等各种处理。

图2是控制本发明的数值控制工作机械的伺服控制部的结构框图。在图2的实施方式中，与图1相对应的结构要素用相同的参考标号来表示。

伺服控制部52包括：加减速处理部102，对来自分配控制部50的位置指令值进行加减速处理；减法运算器58，从位置指令值减去安装于工作台14的数字直线标尺等的位置检测器Sp的位置反馈信号；位置控制部60，基于来自减法运算器58的输出来控制位置。伺服控制部52还包括反转校正值算出部96，其基于来自分配控制部50的位置指令值等，利用公知的方法算出与进给轴的回差（backlash）相关的校正值。伺服控制部52还包括：加法运算器61，将算出的反转校正值加到从位置控制部60输出的速度指令上；减法运算器62，从速度指令减去来自设置于进给轴马达M的脉冲编码器PC的速度反馈信号；速度控制部64，基于减法运算器62的输出来控制速度。

另一方面，来自分配控制部50的位置指令值、速度指令值、转矩指令值也被每时每刻地送到速度前馈控制部90和转矩前馈控制部92。速度前馈控制部90和转矩前馈控制部92基于来自分配控制部50的位置指令值等，生成速度前馈值和转矩前馈值。速度前馈值和来自位置控制部60的输出在加法运算器98中进行加法运算，并被供给到进给轴马达驱动部54。进而，转矩前馈值和来自速度控制部64的输出在加法运算器94中进行加法运算，并被供给到进给轴马达驱动部54。

图3是表示图2所示的位置控制部及其周边的框线图。如图3所示，在来自减法运算器58的输出上乘以位置比例增益（位置环路的反馈增益）K_pp。另外，在图3中，速度前馈控制部90的前馈增益利用传递函数G_VF来模型化。

在图3中，加减速处理后的位置指令与由位置检测器Sp检测出的实际位置之间的区域，被模型化成位置环路的闭环传递函数G_BP。进而，如图3所示，在闭环传递函数G_BP内，位置环路的控制对象P_P被模型化，进而，在位置环路的控制对象P_P内示出了位置环路的控制对象模型P_P0。此外，图中的“s”是拉普拉斯算子。另外，图3的“ΔP_P”随着工作机械的状态而变化，并且，加减速处理部102、传递函数G_VF以及位置比例增益K_pp随着最佳化而变化。

图4是用于算出与位置控制部相关的控制参数的流程图。此外，以下的处理由运算控制部56来进行。在本发明中，通过图4所示的处理，算出作为位置控制部60的控制参数的传递函数G_VF（前馈增益）以及位置比例增益K_pp（反馈增益）。

首先，在步骤S1中，测定位置环路的闭环传递函数G_BP。其根据图3所示的加减速处理后的位置指令和由位置检测器Sp检测出的实际位置之比来求出。

接着，在步骤S2中，基于位置环路的闭环传递函数G_BP通过以下的式（1）来求出位置环路的控制对象P_P。

$P_p=\frac{G_{\mathrm{BP}}}{K_{\mathrm{pp}}(1-G_{\mathrm{BP}})}\·\·\·\left(1\right)$

接着，在步骤S3中，通过以下的式（2），根据位置环路的控制对象P_P求出模型化误差ΔP_P。在此，模型化误差ΔP_P意味着因模型化而产生的相对于实际值的误差。

$\mathrm{\Δ}{P}_p=\frac{P_p-P_{p0}}{P_{p0}}\·\·\·\left(2\right)$

然后，在步骤S4中，通过以下的式（3），基于模型化误差ΔP_P算出前馈增益G_VF（参照图3）。

$G_{\mathrm{VF}}=\frac{s}{1+\mathrm{\Δ}{P}_p}$

此时，使用以下的式（4），利用对模型化误差ΔP_P进行近似曲线拟合的方法。

${\mathrm{\Δ}}_{\mathrm{cf}}\left(S\right)=\frac{m_n{s}^n+m_{n-1}{s}^{n-1}+\·\·\·+m_{1}s+m_0}{d_n{s}^n+d_{n-1}{s}^{n-1}+\·\·\·{+d}_{1}s+d_0}\·\·\·\left(4\right)$

s：拉普拉斯算子

m_n：分子sⁿ项的系数

d_n：分母sⁿ项的系数

具体地说，使用模型化误差的数据组通过次数n的传递函数Δ_cf（s）进行近似。在本发明中，以近似的目的使用微分迭代法来求出传递函数的系数。此外，计算时间根据次数n的值来确定。在次数n比较小的情况下，虽然计算时间足够短，但是高频率侧的精度不足。

图5a是表示对模型化误差进行近似曲线拟合的方法的第一图，纵轴表示增益（db）、横轴表示频率f（Hz）。如图5a所示，虽然用于近似的传递函数Δ_cf（s）在低频率侧与实际的模型化误差Δ大致一致，但是在高频率侧却远偏离于模型化误差Δ。

|Δ|＜|T^-1|…(5)

与此相对，在次数n比较大的情况下，如与图5a同样的图即图5b所示，传递函数Δ_cf（s）与实际的模型化误差Δ在整个频率区域范围内大致一致。但是，由于若次数n大则费计算时间，所以考虑运算控制部56的处理能力来确定。将这样得到的传递函数Δ_cf（s）用作模型化误差ΔP_P通过式（3）求出前馈增益G_VF。

最后，在图4的步骤S5中，使用小增益定理，基于位置环路的闭环传递函数G_BP和模型化误差ΔP_P，通过式（5）求出位置比例增益K_pp。根据由小增益定理导出的关系，利用频率响应在整个频率区域观察闭环传递函数（在式（5）中为“T”）的倒数是否比模型化误差Δ大来评价稳定性。

图6是用于说明使用小增益定理根据模型化误差求出反馈增益的图。在图6中，纵轴表示增益（db），横轴表示频率f（Hz）。在此，优选闭环传递函数T的倒数靠近模型化误差Δ，希望使闭环传递函数T的倒数沿箭头方向向模型化误差移动。

然而，在图6中如虚线所示，当闭环传递函数T的倒数的至少一部分与模型化误差Δ交叉时，产生模型化误差Δ比闭环传递函数T的倒数大的区域。在该情况下，不满足小增益定理，机械的稳定性受到损害。因此，以不与模型化误差Δ交叉或接触的方式将闭环传递函数T的倒数设定在模型化误差Δ附近（请参照图6的实线）。这样确定位置环路的闭环传递函数G_BP，从而通过式（1）等算出位置比例增益K_pp。

图7是表示图2所示的速度控制部及其周边的框线图。在图7中，通过反转校正值算出部96制成的反转校正值在加法运算器61中被加到速度指令上，进而，在减法运算器62中减去由脉冲编码器PC检测出的速度。这样的速度指令被输入到速度环路的控制器C_v（=K_vp·K_vi/s）。

如图7所示，在速度环路的控制器C_v中，来自减法运算器62的输出被分岔，一方乘以比例增益K_vp（速度环路的第一反馈增益），并且，另一方乘以积分增益K_vi（速度环路的第二反馈增益）和拉普拉斯算子s的倒数，通过加法运算器94彼此相加。进而，转矩前馈控制部92利用传递函数G_AF进行模型化，通过加法运算器94也加上其输出，然后输入到减振过滤器100。

在图7中，来自分配控制部50的速度指令和由脉冲编码器PC检测出的实际速度之间的区域，被模型化成速度环路的闭环传递函数G_BV。进而，如图7所示，在闭环传递函数G_BV内，对速度环路的控制对象P_V进行模型化，进而，在速度环路的控制对象P_V内，示出了速度环路的控制对象模型P_V0。此外，图中的“s”是拉普拉斯算子，“J”是惯量，“K_t”是转矩常数。图7中的转矩常数K_t、“1/J_s”以及“ΔP_V”随着工作机械的状态而变化，并且，传递函数G_AF、比例增益K_vp、积分增益K_vi以及共振过滤器100随着最佳化而变化。

图8是用于算出与速度控制部相关的控制参数的流程图。此外，以下的处理由运算控制部56来进行。在本发明中，通过图8所示的处理，算出作为速度控制部64的控制参数的传递函数G_AF（前馈增益）以及比例增益K_vp和积分增益K_vi（反馈增益）。

首先，在步骤S11中，测定速度环路的闭环传递函数G_BV。其根据图7所示的速度指令与由脉冲编码器PC检测出的实际速度之比来求出。

接着，在步骤S12中，基于速度环路的闭环传递函数G_BV通过以下的式（6）求出速度环路的控制对象P_V。

$P_v=\frac{G_{\mathrm{BV}}}{C_v(1-G_{\mathrm{BV}})}\·\·\·\left(6\right)$

接着，在步骤S13中，通过以下的式（7），根据速度环路的控制对象P_V求出模型化误差ΔP_V。

$\mathrm{\Δ}{P}_v=\frac{P_v-P_{v0}}{P_{v0}}\·\·\·\left(7\right)$

图9a和图9b是表示求出速度环路的模型化误差ΔP_V的方法的图，纵轴表示增益（db），横轴表示频率f（Hz）。如图9a所示，当对速度环路的控制对象模型P_V0进行实际绘制时，不呈直线状而在高频率侧包含很多误差。

因此，如图9b所示，设定速度环路的控制对象P_V，以在低频率侧与速度环路的控制对象模型P_V0相适合。然后，将所设定的控制对象P_V和控制对象模型P_V0之间的差的区域确定为模型化误差ΔP_V。另外，根据图7可知，控制对象模型P_V0，在来自减振过滤器100的输出上乘以K_t/J_s（=λ）。因此，实际的J（惯量）是由转矩常数K_t除以λ而得到的。

然后，在步骤S14中，通过以下的式（8），基于模型化误差ΔP_V算出前馈增益G_AF（参照图7）。此时，与参照式（4）说明的同样，利用对模型化误差ΔP_V进行近似曲线拟合的方法。

$G_{\mathrm{AF}}=\frac{\hat{J}s}{{\hat{K}}_l(1+\mathrm{\Δ}{P}_v)}\·\·\·\left(8\right)$

最后，在步骤S15中，使用小增益定理，基于速度环路的闭环传递函数G_BV和模型化误差ΔP_V求出速度比例增益K_vi和积分增益K_vp。由于这些增益的求法与图4的步骤S5大致同样所以省略详细内容。但是，在使图6所示的传递函数T的倒数向模型化误差Δ移动时，需要调节速度比例增益K_vi和积分增益K_vp之比，以使传递函数T的倒数不会与模型化误差Δ交叉。这样确定速度环路的闭环传递函数G_BV，从而通过式（6）等来确定速度比例增益K_vi和积分增益K_vp。

这样在本发明中，使用将伺服控制部52的动作模型化而得到的位置环路和速度环路的模型化误差ΔP_P、ΔP_V，分别算出前馈增益G_VF、G_AF。进而，在本发明中，使用位置环路以及速度环路的闭环传递函数G_BP、G_BV和模型化误差ΔP_P、ΔP_V，求出反馈增益K_pp、K_vi、K_vp。

并且，这些增益G_VF、G_AF、K_pp、K_vi、K_vp均是数值控制工作机械10的控制参数。在本发明中，由于使用了通过模型化得到的闭环传递函数和/或模型化误差，所以能得到与进给轴的状态相适应的最佳的控制参数。因此，在本发明中，能够在加工时通过计算而迅速且自动地求出多种控制参数。因此，在本发明中，能够高水平地维持工件W的加工面品位、形状精度。

图10是表示增益和频率的关系的图，是从图9b的内容中提取出模型化误差ΔP_V后得到的图。根据图10a可知，误差集中在较高频率侧的区域Z。该区域Z能够根据增益的平均值与各增益的值的比较而容易地自动确定。因此，若选择减振过滤器100的共振过滤器常数以抑制该区域Z的值，则能够制成如图10b所示误差小的控制对象模型P_V0。

该减振过滤器100的共振过滤器常数也是数值控制工作机械10的控制参数之一。因此，可知在本发明中，通过这样的处理，能够自动设定更多的控制参数。

然而，虽然对进给轴设定了加减速参数（加减速时的加速度、加速度变化率和所需时间、以及容许加速度、转角减速、插补后加减速），但是这样的加减速参数需要根据工件W的质量、即进给轴的负荷而改变。在此，容许加速度参数是利用工具轨迹的曲率半径和指令速度而定义的加速度，转角减速参数是用于抑制因转角部的加速度的不连续性的影响而产生的位置误差的减速速度，插补后加减速参数是为防止加速度和加速度变化率无限变大而使用的过滤器的时间常数。以往，通过将工件W装载在工作台14上使数值控制工作机械10实际进行动作来决定加减速参数。因此，希望根据进给轴的状态来自动且高速地设定加减速参数。因此，在本发明中，不是使工作机械实际地进行动作而是使用计算机上的进给轴系统来高速地计算最佳的加减速参数。

图11（a）是表示进给轴的进给速度和时间的关系的图，图11（b）是表示加速度和时间的关系的图。在进给速度如图11（a）所示从零上升至预定值时，加速度如图11（b）所示以一定的比例上升，在维持了预定的值后，以一定的比例下降。在加速度快速上升或下降时、即加速度变化率大的情况下，如图11（a）中虚线所示，有时误差变大而发生摇晃和/或振动。

在本发明中，如图11（c）所示，在存储部（未图示）中存储有多个由加速度α、加速度变化率α’构成的组。在此，根据图11（b）可知，时间TA表示进给速度从零到一定值的时间，时间TB表示加速度α从零到一定值的时间。

然后，将由加速度α、加速度变化率α’构成的组逐个依次输入到加减速处理部102，对位置指令进行加减速处理。将根据位置环路的闭环传递函数G_BP得到的值与实际位置相比较，判定它们的差是否在预定的范围内。

依次进行这样的处理直到n组，提取上述差在预定的范围内的组。接着，从这样的组中提取加速度变化率α’在预定值以下的组。这是因为：由于在加速度变化率大的情况下，在数值控制工作机械10发生摇晃和/或振动等，所以将这样的情况排除。最后，从提取出的组中，选择时间TA最短的组，将该组设定为加减速参数。

进而，图14是表示工作机械的工具之一的加工路径的图。在图14中，示出了工具22从一方的直线路径AB经过圆弧路径BC向另一方的直线路径CD移动。将圆弧路径BC的半径设为R。这样的加工路径通过解析NC程序42来求出。另外，虚线放大表示机械相对于该加工路径进行动作时的实际轨迹。

并且，图15a、图15b是表示图14中的X方向速度、X方向加速度以及X方向误差与时间的关系的图。在图15a、图15b中，示出了各波形通过模拟求出的结果。图15a示出了由于速度V_X比较大（F₁）所以加速度α_X也大（-F₁ ²/R）、其结果C点的误差E_X也大（e₁）的情形。另一方面，图15a示出了由于速度V_X比较小（F₂）所以加速度α_X也小（-F₂ ²/R）、其结果C点的误差E_X也小（e₂）的情形。

如图15a所述，当速度（F₁）大时，在C点由于大的加速度（-F₁ ²/R）瞬间消失所以产生大的误差（e₁），图14的实际轨迹紊乱，在工作机械发生振动、或在工件发生加工不良。如图15b所示，当误差（e₂）小时不会在工作机械发生振动、或在工件发生加工不良。

因此，利用图16所示的流程图求出适当的速度V_X，以使实际轨迹的紊乱进入容许值内，自动决定根据图2的加减速处理部102所包含的半径R和指令速度F计算出的加速度（F₂/R）的阈值参数。在步骤S31中，对图14所示的指令速度F和半径R设定预先确定的初期值F0和半径R（固定值）。接着制成与步骤S32的X轴相关的位置指令。接着在步骤S33中将该位置指令输入至图3的位置控制部60的位置指令，来模拟误差（位置指令-实际位置）。在步骤S34中，判断C点的误差（E_X）是否在容许值以下。其结果，在误差还比容许值（e₂）大的情况下，在步骤S35中从步骤S32中使用的F（F_old）减去预先设定的ΔF，作为下次在步骤S32中使用的F，重复步骤S32、S33。在步骤S34中误差变为容许值（e₂）以下时，在步骤S36中利用当前的F计算并设定图2的加减速处理部102所包含的阈值参数（=F²/R）。

这样一来，图2的加减速处理部102所设定的加减速参数变得适合于进给轴的状态。另外，使用位置控制部60，不使工作机械实际进行动作而通过模拟来计算，由此能够在短时间内求出最佳的加减速参数。

进而，图12是表示用于基于控制参数来进行异常判断的处理的流程图。如图12所示，在步骤S21中，确认通过本发明算出的控制参数是哪一个控制参数。

接着，在步骤S22中，从存储部（未图示）中读取与该控制参数相关并预先设定的阈值的组。阈值的组通过实验等来确定，包含第一阈值和比第一阈值大的第二阈值。这些阈值根据应被加工的工件W的种类、工具的质量等而不同。

然后，在步骤S23中判定为控制参数比第一阈值大的情况下，前进至步骤S24，对操作者发出视觉或听觉上的警告。然后，在步骤S25中判定为控制参数比第二阈值大的情况下，前进至步骤S26使数值控制工作机械10本身停止。

如前面叙述那样，在本发明中，得到多种控制参数，另外，将这些控制参数分别作为异常判断的指标来使用。因此，能够进行与各控制参数相应的固有的异常判断。

例如，在控制参数为减振过滤器100的共振过滤器常数的情况下，能够对进给轴的刚性下降进行判定。其理由在于：当构成进给轴的滚珠螺栓装置的预压下降时，进给轴的刚性也下降。当然，在选择了其他的控制参数的情况下，能够进行其他种类的异常判断。

因此，在本发明中，能够使用多种最佳化的控制参数来多方面地进行异常判断，其结果，能够提高异常判断的可靠性。进而，在本发明中，由于能够自动进行这样的异常判断，所以也能够减轻对操作者的负担。也能够使本发明的数值控制方法在工作机械接通电源时自动执行，根据最佳化的控制参数的每天变化来进行工作机械的状态检查。

图13a是简单表示位置环路的图。在图4的步骤S1中求出位置环路的闭环传递函数G_BP时，在将图13a所示的工作机械的位置指令维持振幅的同时改变频率，并在例如10Hz～1000Hz的范围内输入。然后，已通过补偿器81和设备82的输出，由标尺或伺服马达的编码器来检测。接着，将输入和输出进行傅里叶变换，求出它们的比，由此能够求出传递函数G_BP。

同样地，图13b是简单表示速度环路的图。在图8的步骤S11中求出速度环路的速度环路传递函数G_BV时，使伺服马达进行动作，如图13b所示，在将该转矩维持振幅的同时改变频率，并在例如10Hz～1000Hz的范围内输入。然后，利用转矩检测器等来检测已通过补偿器81和设备82的输出。接着，对输入和输出进行傅里叶变换，求出它们的比，由此能够求出传递函数G_BV。此外，当然也可以代替转矩而直接输入速度。

这样在使频率在例如10Hz～1000Hz的范围内改变的同时输入位置指令等所需的时间为数秒足以。另外，在这样的作业中，无需使工作机械实际进行动作。因此，可知传递函数G_BP、G_BV的算出在极短的时间内进行。进而，设备82通常包含工作机械的模型和误差例如模拟数字变换时的变换延迟等。由于在本发明中通过传递函数G_BP、G_BV进行各种判定，因此可知能获得与工作机械的实际动作相近的结果。

Claims (5)

1.一种数值控制方法，通过伺服控制部驱动工作机械的进给轴，其特征在于，

对于所述进给轴的伺服控制部的动作，使用位置环路的控制对象及控制对象模型和速度环路的控制对象及控制对象模型中的至少一方来进行模型化，

使用所述进给轴的频率响应，测定所述工作机械的伺服控制部中的位置指令与实际位置之比即位置环路的闭环传递函数和速度指令与实际速度之比即速度环路的闭环传递函数中的至少一方，

使用所测定出的闭环传递函数来求出所述位置环路的控制对象和所述速度环路的控制对象中的至少一方，

根据所述控制对象及所述控制对象模型求出所述位置环路的模型化误差和所述速度环路的模型化误差中的至少一方，

使用所述闭环传递函数和模型化误差中的至少一方来算出所述伺服控制部的至少一个控制参数。

2.如权利要求1所述的数值控制方法，其中，

使用所述位置环路的模型化误差，求出所述位置环路的前馈增益作为控制参数，或者，使用所述速度环路的模型化误差，求出所述速度环路的前馈增益作为控制参数。

3.如权利要求1所述的数值控制方法，其中，

根据所述位置环路的闭环传递函数和所述位置环路的模型化误差并使用小增益定理，求出所述位置环路的反馈增益，或者，根据所述速度环路的闭环传递函数和所述速度环路的模型化误差并使用小增益定理，求出所述速度环路的反馈增益。

4.如权利要求1所述的数值控制方法，其中，

求出所述工作机械的伺服控制部中的位置环路的闭环传递函数，

将至少包含预定的加速度和时间的多个组输入所述位置环路的闭环传递函数，

从所述多个组中，选择至少包含加速度和时间的一个组作为加减速参数，以使所述进给轴的位置指令与实际的位置之间的偏差在所希望的值以下。

5.如权利要求1所述的数值控制方法，其中，

将所算出的控制参数与该控制参数用的预定的阈值进行比较，在所述控制参数为所述阈值以上的情况下发出警告。