JP2008225632A

JP2008225632A - Ｎｃ制御のサーボ駆動装置

Info

Publication number: JP2008225632A
Application number: JP2007060053A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Watanabe; 一雄渡辺; Akira Busujima; 明毒島
Original assignee: Hitachi Via Mechanics Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 2007-03-09
Filing date: 2007-03-09
Publication date: 2008-09-25

Abstract

【課題】装置構成が変更された場合であっても、サーボ制御パラメータを適切に設定することができるサーボ制御パラメータの設定機能を備えるサーボ制御装置を提供する。
【解決手段】サーボ制御を行うＮＣ制御装置に、予め定める同一の動作パターンを周波数を変えて指令する動作パターン出力部１１と、指令データと応答データとを記憶する記憶部１０，１２と、指令データと応答データとからゲインの周波数特性を算出する周波数特性作成部１３と、作成された周波数特性の特徴を抽出する特徴抽出部１４と、ゲインが予め定める範囲に入るまで、サーボ制御パラメータの値を代えるパラメータ作成部１５とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーボ制御パラメータの設定機能を備えるＮＣ制御のサーボ駆動装置に関するものである。

図６は、従来の工作機におけるテーブルを駆動する場合のサーボ駆動系のブロック図であり、図7は、駆動制御装置のブロック図である。

ＮＣ制御装置１は入力された加工プログラムの内容に従い、位置指令２４を駆動制御装置２の加算器５１に出力する。加算器５１は、位置指令２４から位置検出器２１から送られる位置応答２２を減算する。加算器５１の出力３０（位置指令２４と位置応答２２の偏差）と位置指令ゲイン（位置ループゲイン）７１の積は速度指令３１として加算器５２に入力される。加算器５２は、速度指令３１から位置応答２２を微分器７４で微分処理した速度応答３２を減算する。加算器５２の出力３３（速度指令３１と速度応答３２の偏差）と速度指令ゲイン（速度ループゲイン）７２の積はトルク指令３４としてノッチフィルタ７３に入力される。ノッチフィルタ７３はトルク指令３４から共振周波数成分を低減し、トルク指令３５としてサーボアンプ３に出力される。サーボアンプ３は、トルク指令３５を基に電流指令３６を生成し、サーボモータ４を駆動する。サーボモータ４が回転することによりボールスクリュー２３が回転し、ボールスクリュー２３に係合する図示を省略するナットが固定された制御対象であるテーブルを動作させる。ＮＣ制御装置１は、図示を省略する他の駆動軸についても同様の位置指令を作成し、各軸の駆動装置を介して移動を制御する。

従来この種のサーボ制御装置では、応答特性を向上させるとともに高速な位置決め動作を実現するため、ＰＩＤ制御やフィードフォワード制御等、多くのサーボ補償機構が導入されている。そして、このサーボ駆動系の振る舞いを左右するサーボ制御パラメータを自動調整する方法が提案されている。

一般的には、サーボ駆動系の稼動範囲内を所定の位置決め動作（実際の加工を想定した動作）を繰り返し実施し、この位置応答や振動の発生状況から位置ループゲイン、速度ループゲインを決定していた（特許文献１）。
特開２００４−２４６６８９号

しかし、特許文献１の技術では、装置構成（例えば、テーブル）が変更された場合に、その装置が持つ基本的なサーボ剛性や振動特性が適切にサーボ制御パラメータに反映されない場合がある。例えば、装置振動によりループゲインが低く抑えられると、位置決め応答が遅くなる。

本発明の目的は上記従来技術の課題を解決し、装置構成が変更された場合であっても、実際の加工を想定しなくても、サーボ制御パラメータを適切に設定することができるサーボ制御パラメータの設定機能を備えるＮＣ制御のサーボ駆動装置を提供するにある。

上記課題を解決するため、本発明は、サーボ制御パラメータを用いて被駆動体の現在値を指令値に近づけるようにしたＮＣ制御のサーボ駆動装置において、予め定める同一の動作パターンを周波数を変えて指令する動作パターン出力部と、指令データと前記被駆動体の応答データとを記憶する記憶部と、前記指令データと前記応答データとからゲインの周波数特性を算出する周波数特性作成部と、作成された周波数特性の特徴を抽出する特徴抽出部と、前記ゲインが予め定める範囲に入るまで、前記サーボ制御パラメータの値を代えるパラメータ作成部と、を設け、前記ゲインを前記予め定める範囲に収める前記サーボ制御パラメータの値を決定することを特徴とする。

この場合、前記サーボ制御パラメータを、位置ループゲイン、速度ループゲインあるいはノッチフィルタとすることができる。

装置の物理特性である周波数特性から装置の特徴を解析して、サーボ制御パラメータを決定するので、装置構成が変更された場合にも、装置に最適なパラメータを決定することができる。この場合、実際の動作を想定した試験条件を予め準備する必要がないので、作業が容易である。

以下、本発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るサーボ駆動系のブロック図であり、図６，７と同一または同一機能のものは、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

本発明に係るＮＣ制御装置１は、サーボ制御パラメータを作成するため、動作パターン出力部１１、指令データ保存部１０、応答データ記憶部１２、周波数特性作成部１３、特徴抽出部１４およびパラメータ作成部１５を備えている。なお、後述するように、指令データ保存部１０には加算器５２の出力３３が、応答データ記憶部１２には微分処理した速度応答３２が入力される。

動作パターン出力部１１は予め設定された動作パターン（例えば、正弦波）の位置指令２４を駆動制御装置２に出力する（以下、「動作１」という）。

駆動制御装置２は、位置指令２４に基づき、サーボアンプ３を介してサーボモータ４を駆動して制御対象５（例えば、テーブル）を移動させる（以下、「動作２」という）。

そして、サーボモータ４に取り付けられた位置検出器（図示を省略するエンコーダであり、図７における位置検出器２１）から送られる位置応答２２を応答データ記憶部１２に保存する（以下、「動作３」という）と共に、周波数特性作成部１３に入力する（以下、「動作４」という）。

周波数特性作成部１３では、動作パターン出力部１１から送られる動作パターンと応答データとからゲインの周波数特性曲線を作成し、特性抽出部１４に送る（以下、「動作５」という）。

特性抽出部１４は、この周波数特性曲線の特徴を解析し、適正なサーボパラメータを判断して駆動制御装置に送出する（以下、「動作６」という）。

上記の動作１から動作６までの操作を繰り返し、当該装置に適したサーボ制御パラメータを決定する。

次に、上記サーボ制御パラメータであるゲイン（例えば、位置ループゲインや速度ループゲイン）の値を決定する手順を説明する。

図２はゲインの値を決定する手順を示すフローチャートである。また、図３は周波数特性図であり、横軸は周波数、縦軸はゲインである。

まず、装置が稼働できるだけの初期パラメータを設定して（手順S１０）、上記動作１から動作５を実施して周波数特性曲線を作成し（手順S１５）、得られた周波数特性曲線にゲインのピーク値がないかどうかを調べる（手順S２０）。そして、図３における曲線Ｇ４１のようにゲインのピーク値が検出されない場合は、ゲインの値を上げて（手順S２５）、手順S１５の処理を行い、ゲインのピーク値が検出された場合は、手順S３０の処理を行う。手順S３０では検出されたゲインのピーク値と予め定めた規定範囲の最大値Ｇｍａｘとを比較し、周波数特性が図３における曲線Ｇ４２のように検出されたゲインのピーク値がＧｍａｘを超えている場合は、ゲインの値を下げて（手順S３５）、手順S１５の処理を行い、検出されたゲインのピーク値が最大値Ｇｍａｘ以下の場合は手順S４０の処理を行う。手順S４０では検出されたゲインのピーク値と予め定めた規定範囲の最小値Ｇｍｉｎとを比較し、周波数特性が図３における曲線Ｇ４３のように検出されたゲインのピーク値が最小値Ｇｍｉｎ未満の場合は、ゲインの値を上げて（手順S４５）手順S１５の処理を行い、検出されたゲインのピーク値が最小値Ｇｍｉｎ以上の場合は処理を終了する。

次に、上記サーボ制御パラメータであるフィルタを決定する手順を説明する。

図４は、フィルタを決定する手順を示すフローチャートであり、図２と同じ手順は同一の符号が付してある。また、図５は周波数特性図であり、横軸は周波数、縦軸はゲインである。

まず、装置が稼働できるだけの初期パラメータを設定して（手順S１０）、上記動作１から動作５を実施して周波数特性曲線を作成し（手順S１５）、得られた周波数特性曲線に共振点がないかどうかを調べる（手順S６０）。そして、図５における曲線Ｇ６１のように共振点が検出されない場合は処理を終了し、その他の場合は（例えば、図５における曲線Ｇ６２のようにある周波数の幅でゲインの差ΔＧ６２が予め定める値よりも大きくなる場合）、手順S６５の処理を行う。手順S６５では検出された共振点の周波数ｆ１が前回検出した共振点の周波数と同一かどうかを判定し、同一周波数でない場合および初めて検出された周波数である場合は、周波数ｆ１の振動抑止フィルタ（ノッチフィルタ）を設定して（手順S７０）、手順S１５の処理を行い、同一周波数の場合は、ノッチフィルタのＱ設定を変更して（手順S７５）、手順S１５の処理を行う。

以上の手順Ｓ１５から手順Ｓ７５までを繰り返し実施することにより、制御対象のノッチフィルタを適正な値に調整することができる。

なお、上記における周波数としては、例えば１〜１ｋＨｚの実用的な範囲を定めておけばよい。また、ゲインを増減する値は予め定めておくのが実用的である。

本発明に係るサーボ駆動系のブロック図である。ゲインの値を決定する手順を示すフローチャートである。本発明のゲイン・周波数特性図である。フィルタを決定する手順を示すフローチャートである。本発明のゲイン・周波数特性図である。従来のサーボ駆動系のブロック図である。従来の駆動制御装置のブロック図である。

符号の説明

１ＮＣ制御装置
１０記憶部
１１動作パターン出力部
１２記憶部
１３周波数特性作成部
１４特徴抽出部
１５パラメータ作成部

Claims

サーボ制御パラメータを用いて被駆動体の現在値を指令値に近づけるようにしたＮＣ制御のサーボ駆動装置において、
予め定める同一の動作パターンを周波数を変えて指令する動作パターン出力部と、指令データと前記被駆動体の応答データとを記憶する記憶部と、
前記指令データと前記応答データとからゲインの周波数特性を算出する周波数特性作成部と、
作成された周波数特性の特徴を抽出する特徴抽出部と、
前記ゲインが予め定める範囲に入るまで、前記サーボ制御パラメータの値を代えるパラメータ作成部と、を設け、
前記ゲインを前記予め定める範囲に収める前記サーボ制御パラメータの値を決定することを特徴とするＮＣ制御のサーボ駆動装置。
前記サーボ制御パラメータが位置ループゲインまたは速度ループゲインであることを特徴とする請求項１に記載のＮＣ制御のサーボ駆動装置。
前記特徴抽出部が抽出する特徴がゲインのピーク値であることを特徴とする請求項１に記載のＮＣ制御のサーボ駆動装置。
前記特徴抽出部が抽出する特徴が共振周波数であり、前記サーボ制御パラメータが前記抽出された共振周波数に対応するノッチフィルタであることを特徴とする請求項１に記載のＮＣ制御のサーボ駆動装置。