JP2006224126A - プレス制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 プレス制御装置の設定速度発生器30は、回転状体24の加工区間S1における加工速度の基礎および非加工区間S10における非加工速度の基礎となる設定速度VLを発生する。軌跡速度指令手段32は、設定速度VLを入力し、軌跡速度指令V(x*)を出力する。加減算器37は、設定速度VL、軌跡速度指令V(x*)および実接線速度Vωを入力し、軌跡速度偏差ΔVを出力する。第1の積分器38は、軌跡速度偏差ΔVを入力し、位置偏差ΔP1を出力する。第1の位置制御器39は、第1の位置偏差ΔP1を入力し、基本角速度指令ω0 *を出力する。第1の減算器41は、基本角速度指令ω0 *および実角速度ωを入力し、角速度偏差Δωを出力する。速度制御器42は、角速度偏差Δωを入力し、基本トルク指令τ0 *を制御対象48に加える。
【選択図】 図2
Description
図1は、本発明に係るプレス制御装置をプレス装置に適用した概念図である。プレス装置21は、プレス制御装置22とプレス装置本体23とを備える。プレス装置本体23は、回転状体24、クランク機構25、電動機26、パルス発生器(A)27、パルス発生器(B)28、スライド2およびボルスタ8を備える。
x*=VLmax×t^ (1)
となる。ここで、加減速判定基準値t^は数値0〜1の値であり、t^=A+B+C、A=i2/2ta^、B=j、C=k−k2/2td^とし、i、jおよびkは、それぞれta、tf、td区間の時間軸を示し、ta^およびtd^は、それぞれta、tdをサイクル時間Tで正規化した値を示す。ただし、加減速判定基準値t^は時間の経過と共に増加するが、その値が最大1となるように、軌跡速度指令手段32にはリミット回路(図示せず)が内蔵されている。この場合、加工開始点にて上限リミットが1となる。また、加工完了信号(図示せず)によって第2の積分器52がリセットされて、加減速判定基準値t^の値がゼロとなる。
VLmax=(B0―L)/{(ta+td)/2+tf} (2)
となる。式(1)および式(2)により、
x*=(B0―L)×t^/{(ta+td)/2+tf} (3)
となる。ここで、位相パターンp^は、
p^=t^/{(ta+td)/2+tf} (4)
とする。ここで、(ta+td)/2+tfを実効サイクル時間という。したがって、軌跡位置指令x*は、(B0―L)に位相パターンp^を乗算した値となる。つまり、軌跡位置指令x*は、位相パターンp^を変化させると、位相パターンp^に応じて変化する。
ω/V(x*)=E×{1/(1+τcS)}/F (5)
となる。ここで、
E=1+(S/Kp)+τc×S2/Kp、F=1+(S/Kp)+Tm×S2/Kp (6)
である。いま、Kv=J^/τc、Tm=J/Kv、J^=J、α1=1―Kpτc、β1=1に設定すると、
ω/V(x*)=1/(1+τcS) (7)
となる。したがって、電動機26の実角速度ωおよび軌跡速度指令V(x*)の速度応答性ω/V(x*)は、1次遅れの速度応答性となる。これにより、回転状体24の位置および速度を安定かつ確実に制御することができる。つまり、プレス装置本体23のスライド2の位置および速度を安定かつ確実に制御することができる。
2 スライド
3 ボールねじ
4 減速機
5 電気サーボモータ
6 サーボアンプ
7 コントローラ
8 ボルスタ
9 制御パターン入力部
10 加工条件入力部
11 基準パターン記憶部
12 予備データ記憶部
13 制御パターン自動生成部
14 アクチュエータ制御部
15 制御パターン実行部
21 プレス装置
22 プレス制御装置
23 プレス装置本体
24 回転状体
25 機械的機構(クランク機構)
26 電動機
27 パルス発生器(A)
28 パルス発生器(B)
30 設定速度設定器
31 スイッチ部
32 軌跡速度指令手段
33 加工距離設定器
34 加工速度可変手段
35 フィードフォワード補償器
36 係数器
37 加減算器
38 第1の積分器
39 第1の位置制御器
40 第1の加算器
41 第1の減算器
42 速度制御器
43 負荷フィードフォワード制御手段
44 第2の加算器
45 制御対象モデル
46 第2の減算器
47 負荷フィードフォワード制御器
48 制御対象
50 第1の正規化演算器
51 第2の正規化演算器
52 第2の積分器
53 整定時間補償器
54 第3の加算器
55 位相パターン演算器
56 位置発生器
57 微分器
60 軌跡速度FF補償器
61 加工速度FF補償器
62 第4の加算器
63 第1の加速度FF補償器
64 第5の加算器
65 第1の速度FF補償器
66 第2の加速度FF補償器
67 第6の加算器
68 第2の速度FF補償器
70 第3の積分器
71 第3の減算器
72 第2の位置制御器
73 リミット回路
74 速度指令遅延回路
α1 第1の速度フィードフォワード係数
α2 第2の速度フィードフォワード係数
β1 第1の加速度フィードフォワード係数
β2 第2の加速度フィードフォワード係数
J 制御対象の慣性モーメント
J^ 制御対象モデルの慣性モーメント
Kv 速度ゲイン定数
τc 第1の1次遅れ要素の時定数
τ2 第2の1次遅れ要素の時定数
Kp1 第1の位置ゲイン定数
Kp2 第2の位置ゲイン定数
ts 整定時間
τf フィルタ回路の1次遅れ要素の時定数
VL 設定速度
VL3 補正加工速度
VLmax 設定速度の最大値
V(x*) 軌跡速度指令
x* 軌跡位置指令
ω 実角速度
ω* 角速度指令
ω0 * 基本角速度指令
Claims (8)
- 被加工物を加工するプレス装置のスライドを、機械的変換機構を介して回転運動を直線運動へ変換する回転状体によって動作させるように、前記回転状体に連動する電動機の位置および速度を制御するプレス制御装置において、
前記回転状体の非加工区間における非加工速度の基礎となる設定速度を発生する設定速度発生器と、
前記設定速度を入力し、該設定速度および非加工区間における速度パターンによって軌跡位置を演算し、軌跡速度指令値を出力する軌跡速度指令手段と、
加工速度が一定の場合は前記設定速度を、加工速度が可変の場合は加工開始から加工終了までの距離に基づいて生成した速度を、加工区間における加工速度設定値として出力する手段と、
前記加工速度設定値および軌跡速度指令値を入力し、該加工速度設定値に基づいて加工速度を制御し、軌跡速度指令値に基づいて非加工速度を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とするプレス制御装置。 - 被加工物を加工するプレス装置のスライドを、機械的変換機構を介して回転運動を直線運動へ変換する回転状体によって動作させるように、前記回転状体に連動する電動機の位置および速度を制御するプレス制御装置において、
前記回転状体の加工区間における加工速度および非加工区間における非加工速度の基礎となる設定速度を発生する設定速度発生器と、
前記設定速度を入力し、該設定速度、設定速度の最大値および前記非加工区間における速度パターンによって演算される軌跡位置に基づいて、軌跡速度指令値を出力する軌跡速度指令手段と、
前記軌跡速度指令値、設定速度、および電動機の実角速度から換算した実接線速度を入力し、該軌跡速度指令値と設定速度を加算し、得られる速度から実接線速度を減算し、得られる軌跡速度偏差を出力する加減算器と、
前記軌跡速度偏差を入力し、該軌跡速度偏差を時間積分し、得られる第1の位置偏差を出力する第1の積分器と、
前記第1の位置偏差を入力し、該第1の位置偏差に第1の位置ゲイン定数を乗算し、得られる基本角速度指令値を角速度指令値として出力する第1の位置制御器と、
前記角速度指令値および実角速度を入力し、該角速度指令値から実角速度を減算し、得られる角速度偏差を出力する第1の減算器と、
前記角速度偏差を入力し、該角速度偏差に速度ゲイン定数を乗算し、得られる基本トルク指令値を出力する速度制御器とを備え、
前記加工区間において、加工速度が設定速度に基づく速度に同調するように制御し、かつ、前記非加工区間において、非加工速度が軌跡速度指令値に基づくように軌跡制御することを特徴とするプレス制御装置。 - 前記軌跡速度指令手段は、
設定速度を設定速度の最大値で除算し、得られる正規化設定速度を出力する第1の正規化演算器と、
前記正規化設定速度を入力し、該正規化設定速度をサイクル時間で除算し、得られるサイクル時間当たりの正規化設定速度を出力する第2の正規化演算器と、
前記サイクル時間当たりの正規化設定速度を入力し、該サイクル時間当たりの正規化設定速度を時間積分し、得られる加減速判定基準値を出力する第2の積分器と、
前記加減速判定基準値を入力し、該加減速判定基準値を実効サイクル時間で除算し、得られる位相パターンを出力する位相パターン演算器と、
前記位相パターンを入力し、回転状体のプレス一周長から設定長(設定速度をストローク数で除算して得られる値)を減算し、得られる値に前記位相パターンを乗算し、得られる軌跡位置指令値を出力する位置発生器と、
前記軌跡位置指令値を入力し、該軌跡位置指令値を時間微分し、得られる軌跡速度指令値を出力する微分器と、
を備えることを特徴とする請求項2に記載のプレス制御装置。 - 前記軌跡速度指令値および設定速度を入力し、
該軌跡速度指令値を時間微分し、得られる加速度に制御対象モデルの慣性モーメントを乗算し、得られる値に第1の加速度フィードフォワード係数を乗算し、得られる値を速度ゲイン定数で除算し、その結果として得られる値に第1の1次遅れ要素を持たせた第1の加速度フィードフォワード量を算出し、
前記軌跡速度指令値に第1の速度フィードフォワード係数を乗算し、その結果として得られる値に第1の1次遅れ要素を持たせた第1の速度フィードフォワード量を算出し、
前記設定速度を時間微分し、得られる加速度に制御対象モデルの慣性モーメントを乗算し、得られる値に第2の加速度フィードフォワード係数を乗算し、得られる値を速度ゲイン定数で除算し、その結果として得られる値に第2の1次遅れ要素を持たせた第2の加速度フィードフォワード量を算出し、
前記設定速度に第2の速度フィードフォワード係数を乗算し、得られる値に第2の1次遅れ要素を持たせた第2の速度フィードフォワード量を算出し、
前記第1の加速度フィードフォワード量、第1の速度フィードフォワード量、第2の加速度フィードフォワード量および第2の速度フィードフォワード量を加算し、得られる加速度/速度フィードフォワード量を出力するフィードフォワード補償器と、
前記加速度/速度フィードフォワード量および第1の位置制御器により出力される基本角速度指令値を入力し、該加速度/速度フィードフォワード量と基本角速度指令値を加算し、得られる角速度指令値を前記第1の減算器に出力する第1の加算器と、
を備えることを特徴とする請求項2または3に記載のプレス制御装置。 - 前記基本トルク指令値および実角速度を入力し、負荷フィードフォワード量を出力する負荷フィードフォワード制御手段と、
前記基本トルク指令値および負荷フィードフォワード量を入力し、該基本トルク指令値と前記負荷フィードフォワード量を加算し、得られるトルク指令値を出力する第2の加算器とを備えるプレス制御装置であって、
前記負荷フィードフォワード制御手段は、
基本トルク指令値を入力し、該基本トルク指令値を制御対象モデルの慣性モーメントで除算し、得られる値をさらに時間積分し、得られる修正角速度指令を出力する制御対象モデルと、
前記修正角速度指令および実角速度を入力し、該修正角速度指令から実角速度を減算し、得られる第2の角速度偏差を出力する第2の減算器と、
前記第2の角速度偏差を入力し、該第2の角速度偏差に負荷フィードフォワード係数を乗算し、得られる負荷フィードフォワード量を出力する負荷フィードフォワード制御器と、
を備えることを特徴とする請求項2から4までのいずれか一項に記載のプレス制御装置。 - 前記軌跡速度指令手段は、さらに、
前記第2の正規化演算器が出力するサイクル時間当たりの正規化設定速度を入力し、該正規化設定速度に整定時間を乗算し、得られる値に第3の1次遅れ要素を乗算し、得られる1次遅れ整定時間を出力する整定時間補償器と、
前記第2の積分器が出力する加減速判定基準値に1次遅れ整定時間を加算し、得られる新たな加減速判定基準値を前記位相パターン演算器に出力する第3の加算器と、
を備えることを特徴とする請求項3から5までのいずれか一項に記載のプレス制御装置。 - 前記被加工物を加工開始点から加工終了点まで加工するときのスライドの移動距離を回転状体における接線方向の距離に換算した加工距離を設定する加工距離設定器と、
前記加工距離および前記設定速度発生器が発生する設定速度を入力し、補正加工速度を出力する加工速度可変手段と、
前記設定速度および補正加工速度を入力し、前記加工速度可変手段を使用し、かつ回転状体が加工角度内にあるときに補正加工速度を出力し、前記加工速度可変手段を使用しないときに、または、前記加工速度可変手段を使用し、かつ回転状体が加工角度内にないときに、設定速度を出力する加工速度切替え手段とを備え、
前記加減算器は、軌跡速度指令値、前記加工速度切替え手段が出力する設定速度または補正加工速度、および電動機の実角速度から換算した実接線速度を入力し、該軌跡速度指令値と設定速度または補正加工速度を加算し、得られる速度から実接線速度を減算し、得られる軌跡速度偏差を第1の積分器へ出力することを特徴とする請求項2から6までのいずれか一項に記載のプレス制御装置。 - 前記加工速度可変手段は、
該加工速度可変手段が出力する補正加工速度を時間積分し、得られる移動量を出力する第3の積分器と、
前記加工距離設定器が出力する加工距離および前記移動量を入力し、該加工距離から移動量を減算し、得られる第2の位置偏差を出力する第3の減算器と、
前記第2の位置偏差を入力し、該第2の位置偏差に第2の位置ゲイン定数を乗算し、得られる速度を出力する第2の位置制御器と、
前記設定速度発生器が発生する設定速度および第2の位置制御器が出力する速度を入力し、該速度をプラスリミット値とし、前記加工速度ゼロをマイナスリミット値として設定速度を制限し、補正前加工速度を出力するリミット回路と、
前記補正前加工速度を入力し、該補正前加工速度を経過時間に対し遅延変化させた補正加工速度を出力する速度指令遅延回路と、
を備えることを特徴とする請求項7に記載のプレス制御装置。
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