JP2008290126A - Control device for industrial machinery, and method for controlling the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、産業機械の制御装置および制御方法に関する。 The present invention relates to a control device and control method for an industrial machine.
従来、産業機械には、サーボモータの駆動力によってスライダを往復移動させる駆動機構を備えるものがある。この駆動機構では、回転機構がサーボモータにより回転駆動され、回転機構の回転運動がリンク機構によって往復運動に変換されて、スライダに伝達される。例えば、特許文献1に示されるプレス機械では、サーボモータの駆動力が送りネジ機構およびリンク機構を介してスライダに伝達されることにより、スライダが上下に往復運動する。これにより、スライダに設けられた上型が下型に近接・離反して、プレス加工が行われる。
上記のような産業機械では、駆動機構を支持する本体フレームに振動が発生することがある。この振動が、産業機械が設置された地面や床面に伝わると、周囲環境を悪化させる恐れがある。また、産業機械においては、振動により、加工精度の低下や生産性の低下を招く恐れもある。 In the industrial machine as described above, vibration may occur in the main body frame that supports the drive mechanism. If this vibration is transmitted to the ground or floor where the industrial machine is installed, the surrounding environment may be deteriorated. Further, in industrial machines, vibrations may cause a reduction in machining accuracy and productivity.
一方、上記のような振動の地面への伝達を抑制する手段として、弾性により振動を減衰させる防振装置により本体フレームを支持することが考えられる。しかし、この場合、地面への震動の伝達を抑制することは可能であっても、弾性支持による固有振動数低下に起因して本体フレームの振動が増加する恐れがある。 On the other hand, as a means for suppressing transmission of vibration as described above to the ground, it is conceivable to support the main body frame by a vibration isolator that attenuates vibration by elasticity. However, in this case, even if it is possible to suppress the transmission of the vibration to the ground, there is a possibility that the vibration of the main body frame increases due to the decrease in the natural frequency due to the elastic support.
また、制振に一般的に利用される動吸振器(ダイナミックダンパ)や能動的制振装置(アクティブマスダンパ)を本体フレームに装着することにより、本体フレームの振動を抑制することも可能であるが、装置の大型化やコストの増大を招く恐れがある。 It is also possible to suppress vibration of the main body frame by mounting a dynamic vibration absorber (dynamic damper) or an active vibration damping device (active mass damper) generally used for vibration suppression on the main body frame. However, there is a risk of increasing the size and cost of the apparatus.
本発明の課題は、産業機械の大型化やコストの増大を抑えながら振動を抑制することにある。 An object of the present invention is to suppress vibration while suppressing increase in size and cost of an industrial machine.
第1発明に係る産業機械の制御装置は、サーボモータと、サーボモータにより回転駆動される回転機構と、往復移動可能に設けられるスライダと、回転機構からの回転運動を往復運動に変換してスライダに伝達するリンク機構とを有する駆動機構を備える産業機械を制御するための制御装置であって、振動情報検出部と制振制御部とを備える。振動情報検出部は、産業機械の振動を示す振動情報を検出する。制振制御部は、振動情報を受け、産業機械の振動を抑制するように駆動機構を動作させるための制振制御信号を生成する。 A control device for an industrial machine according to a first aspect of the present invention includes a servomotor, a rotation mechanism that is rotationally driven by the servomotor, a slider that is reciprocally movable, a slider that converts the rotational motion from the rotation mechanism into a reciprocating motion A control device for controlling an industrial machine including a drive mechanism having a link mechanism for transmitting to a vibration mechanism, and includes a vibration information detection unit and a vibration suppression control unit. The vibration information detection unit detects vibration information indicating the vibration of the industrial machine. The vibration suppression control unit receives the vibration information and generates a vibration suppression control signal for operating the drive mechanism so as to suppress the vibration of the industrial machine.
この産業機械の制御装置では、制振制御信号によってサーボモータが制御されることにより、駆動機構が産業機械の振動を抑制するように動作する。これにより、産業機械の振動が抑制される。また、産業機械の駆動機構が振動の抑制に利用されるため、別途の装置を産業機械に装着することなく振動を抑制することができる。このため、産業機械の大型化やコストの増大を抑えることができる。 In this industrial machine control device, the servomotor is controlled by the vibration suppression control signal, so that the drive mechanism operates to suppress the vibration of the industrial machine. Thereby, the vibration of the industrial machine is suppressed. In addition, since the drive mechanism of the industrial machine is used for suppressing the vibration, the vibration can be suppressed without attaching a separate device to the industrial machine. For this reason, the enlargement of an industrial machine and the increase in cost can be suppressed.
第2発明に係る産業機械の制御装置は、第1発明に係る産業機械の制御装置であって、制振制御部は、回転機構の角位置に応じて定められるフィードバックゲインを用いて振動情報から制振制御信号を生成する。 An industrial machine control device according to a second invention is the industrial machine control device according to the first invention, wherein the vibration suppression control unit uses vibration feedback information based on a feedback gain determined according to the angular position of the rotation mechanism. A vibration suppression control signal is generated.
この産業機械の制御装置では、振動情報から制振制御信号を生成するためのフィードバックゲインが、回転機構の角位置に応じて定められる。このため、駆動機構の非線形性を考慮して、駆動機構の動作を制御することができる。これにより、振動抑制の効果を向上させることができる。 In this industrial machine control device, a feedback gain for generating a vibration suppression control signal from vibration information is determined according to the angular position of the rotation mechanism. For this reason, it is possible to control the operation of the drive mechanism in consideration of the nonlinearity of the drive mechanism. Thereby, the effect of vibration suppression can be improved.
第3発明に係る産業機械の制御装置は、第1発明または第2発明の産業機械の制御装置であって、制振制御部は、制振制御信号として、産業機械の振動を抑制するための回転機構におけるトルクを算出する。 An industrial machine control device according to a third invention is the industrial machine control device of the first invention or the second invention, wherein the vibration suppression control unit is for suppressing vibration of the industrial machine as a vibration control signal. The torque in the rotation mechanism is calculated.
この産業機械の制御装置では、制振制御信号として、産業機械の振動を抑制するための回転機構におけるトルクが算出され、トルク制御により駆動機構の動作が制御される。これにより、産業機械の振動を抑制することができる。 In this industrial machine control device, the torque in the rotating mechanism for suppressing the vibration of the industrial machine is calculated as the vibration suppression control signal, and the operation of the drive mechanism is controlled by the torque control. Thereby, the vibration of the industrial machine can be suppressed.
第4発明に係る産業機械の制御装置は、第1発明から第3発明のいずれかの産業機械の制御装置であって、産業機械における作業のために駆動機構を動作させるための作業制御信号を生成する作業制御部と、作業制御信号と制振制御信号とを加算することによりサーボモータへ出力される指令信号を生成する指令信号生成部と、をさらに備える。 An industrial machine control device according to a fourth invention is the industrial machine control device according to any one of the first to third inventions, wherein the work control signal for operating the drive mechanism for work in the industrial machine is provided. A work control unit for generating, and a command signal generating unit for generating a command signal output to the servo motor by adding the work control signal and the vibration suppression control signal are further provided.
この産業機械の制御装置では、作業制御信号と制振制御信号とが加算されることにより、サーボモータへ出力される指令信号が生成される。これにより、産業機械における作業のための駆動機構の制御と、制振のための駆動機構の制御とを両立することができる。 In this industrial machine control device, a command signal output to the servo motor is generated by adding the work control signal and the vibration suppression control signal. Thereby, it is possible to achieve both control of the drive mechanism for work in the industrial machine and control of the drive mechanism for vibration suppression.
第5発明に係る産業機械の制御方法は、サーボモータと、サーボモータにより回転駆動される回転機構と、往復移動可能に設けられるスライダと、回転機構からの回転運動を往復運動に変換してスライダに伝達するリンク機構とを有する駆動機構を備える産業機械の制御方法であって、産業機械の振動を示す振動情報を検出するステップと、振動情報から、産業機械の振動を抑制するように駆動機構を動作させるための制振制御信号を生成するステップと、を備える。 According to a fifth aspect of the invention, there is provided a control method for an industrial machine comprising: a servo motor; a rotary mechanism that is rotationally driven by the servo motor; a slider that is reciprocally movable; A method for controlling an industrial machine comprising a drive mechanism having a link mechanism for transmitting to the vehicle, the step of detecting vibration information indicating the vibration of the industrial machine, and the drive mechanism so as to suppress the vibration of the industrial machine from the vibration information Generating a vibration suppression control signal for operating.
この産業機械の制御方法では、制振制御信号によってサーボモータが制御されることにより、駆動機構が産業機械の振動を抑制するように動作する。これにより、産業機械の振動が抑制される。また、産業機械の駆動機構が利用されるため、別途の装置を産業機械に装着することなく振動を抑制することができる。このため、産業機械の大型化やコストの増大を抑えることができる。 In this industrial machine control method, the servomotor is controlled by the vibration suppression control signal, so that the drive mechanism operates to suppress the vibration of the industrial machine. Thereby, the vibration of the industrial machine is suppressed. In addition, since the drive mechanism of the industrial machine is used, vibration can be suppressed without attaching a separate device to the industrial machine. For this reason, the enlargement of an industrial machine and the increase in cost can be suppressed.
本発明に係る産業機械の制御装置では、駆動機構が産業機械の振動を抑制するように動作することにより、産業機械の振動が抑制される。また、産業機械の駆動機構が利用されるため、別途の装置を産業機械に装着することなく振動を抑制することができる。このため、産業機械の大型化やコストの増大を抑えることができる。 In the industrial machine control device according to the present invention, the vibration of the industrial machine is suppressed by the drive mechanism operating so as to suppress the vibration of the industrial machine. In addition, since the drive mechanism of the industrial machine is used, vibration can be suppressed without attaching a separate device to the industrial machine. For this reason, the enlargement of an industrial machine and the increase in cost can be suppressed.
<産業機械の構成>
本発明の一実施形態にかかる制御装置1(図2参照)を備える産業機械2を図1に示す。この産業機械2は、金型を上下に往復移動させることによってプレス加工を行うプレス機械であり、サーボモータを制御することによって金型を任意の速度、位置に制御することができる、いわゆるサーボプレスである。この産業機械2は、図2に示すように、本体部5と制御装置1とを備える。
<Composition of industrial machinery>
An
本体部5は、図1に示す本体フレーム3と駆動機構4とを含み、制御装置1によって制御される。
The
本体フレーム3は、駆動機構4を支持しており、防振材6を介して地面GR上に設置されている。
The
駆動機構4は、サーボモータ7と、回転機構としてのクランク8と、スライダ9と、リンク機構としてのコンロッド10とを有する。サーボモータ7は、制御装置1からの指令信号により角位置、角速度を任意に制御可能である。クランク8は、サーボモータ7の回転軸に接続されており、サーボモータ7により回転駆動される。コンロッド10は、クランク8とスライダ9とに接続されており、クランク8からの回転運動を往復運動に変換してスライダ9に伝達する。スライダ9は、本体フレーム3に上下に直線移動可能に設けられており、コンロッド10の動作により上下に往復移動可能となっている。また、スライダ9の下面には上型11が取り付けられており、スライダ9が上下に往復移動することにより、上型11が下型12に対して近接・離反する。これにより、上型11と下型12との間に配置されたワークWを所望の形状に加工することができる。なお、下型12は、スライダ9の下方に設けられたボルスター13の上面に取り付けられている。
The
制御装置1は、図2に示すように、変位センサ21、速度センサ22、角度センサ23、角速度センサ24、制振制御部25、作業制御部26、指令信号生成部27を有する。
As shown in FIG. 2, the
変位センサ21は、本体フレーム3の変位を検出する。
The
速度センサ22は、本体フレーム3の速度を検出する。なお、本体フレーム3の変位と、本体フレーム3の速度は、産業機械2の振動を示す振動情報であり、変位センサ21および速度センサ22は、振動情報を検出する振動情報検出部を構成する。
The
角度センサ23は、サーボモータ7の角位置すなわちクランク8の角位置を検出する。
The
角速度センサ24は、サーボモータ7の角速度すなわちクランク8の角速度を検出する。
The
制振制御部25は、産業機械2の制振のための状態フィードバック制御を行う部分であり、本体フレーム3の変位情報と本体フレーム3の速度情報とを受け、これらの情報から、産業機械2の振動を抑制するように駆動機構4を動作させるための制振制御信号を生成する。制振制御信号は、産業機械2の振動を抑制するためのクランク8における制振用トルクT’を示している。ここで、制振制御信号の生成に用いられる制振用フィードバックゲインは、クランク8の角位置に応じて定められるものであり、その決定方法については後に詳述する。
The vibration
作業制御部26は、産業機械2における作業すなわちプレス加工のために駆動機構4を動作させるための作業制御信号を生成する。作業制御部26は、モーション設定部28と、角速度フィードバック制御部29とを有する。モーション設定部28は、プレス加工に適したスライダ9のモーションを設定し、当該モーションを得るためのクランク8の角速度の設定信号を出力する。角速度フィードバック制御部29は、クランク8の角速度の設定信号と、角速度センサ24が検出したクランク8の角速度情報とから、クランク8の角速度フィードバック制御を行い、作業制御信号を生成する。作業制御信号は、スライダ9の所望のモーションを得るためのクランク8における作業用トルクT0を示している。なお、作業制御部26における作業用フィードバックゲインもクランク8の角位置に応じて定められるものである。
The
指令信号生成部27は、作業制御部26によって生成された作業制御信号と、制振制御部25によって生成された制振制御信号とを加算することにより、サーボモータ7へ出力されるトルク指令信号を生成する。
The command
<産業機械2の制御方法>
次に、上記の制御装置1による産業機械2の制御方法について、図3のフローチャートに基づいて説明する。
<Control method of
Next, the control method of the
まず、第1ステップS1〜第4ステップS4では、産業機械2の各種の情報が検出される。具体的には、第1ステップS1では、クランク8の角速度が検出され、第2ステップS2では、クランク8の角位置が検出される。また、第3ステップS3では、本体フレーム3の速度が検出され、第4ステップS4では、本体フレーム3の変位が検出される。
First, in the first step S1 to the fourth step S4, various types of information on the
第5ステップS5では、作業制御部26において作業制御信号が生成される。上述したように、作業制御信号は、プレス加工に適した所望のスライダ9のモーションを得るように駆動機構4を動作させるための制御信号であり、クランク8の角速度に基づくフィードバック制御により算出される。
In the fifth step S5, a work control signal is generated in the
第6ステップS6では、制振制御部25において制振制御信号が生成される。制振制御信号は、上述したように、産業機械2の振動を抑制するように駆動機構4を動作させるための制御信号であり、本体フレーム3の変位、速度に基づくフィードバック制御により算出される。
In the sixth step S6, a vibration suppression control signal is generated in the vibration
第7ステップS7では、作業制御部26において生成された作業制御信号と、制振制御部25において生成された制振制御信号が加算され、クランク8のトルクの指令値Tを示すトルク指令信号が生成される。トルク指令信号は、駆動機構4のサーボモータ7に入力される。
In the seventh step S7, the work control signal generated in the
そして、第1ステップS1に戻り、第1ステップS1〜第7ステップS7が繰り返されることにより、サーボモータ7のフィードバック制御が行われる。
Then, returning to the first step S1, the first step S1 to the seventh step S7 are repeated, whereby the feedback control of the
<制振用フィードバックゲインの決定方法>
次に、上述した制振制御信号の生成に用いられる制振用フィードバックゲインの決定方法について説明する。
<Determination method of feedback gain for vibration suppression>
Next, a method for determining the damping feedback gain used for generating the above-described damping control signal will be described.
図4に示す産業機械2のモデル図において、産業機械2の運動方程式を求めると以下の〔数1〕に示す式となる。
In the model diagram of the
m1:産業機械2のスライダ9を除く質量、
m2:スライダ9の質量
x1:本体フレーム3の変位
r:クランク8の回転半径
θ:クランク8の角位置
k:本体フレーム3と地面GRとの間のバネ定数
l:コンロッド10の長さ
J:クランク8の慣性モーメント
c:本体フレーム3と地面GRとの間の減衰係数
Cj:クランク8の回転抵抗
T:クランク8に与えられるトルク
である。
m 1 : mass excluding the
m 2 : Mass of slider 9 x 1 : Displacement of main body frame 3 r: Radius of rotation of crank 8 θ: Angular position of crank 8 k: Spring constant between
上記の〔数1〕式においてθ=α+δと置き換えて、一定角位置α付近における角度変動δを考え、制御系設計のために線形化して状態方程式になおすと以下の〔数2〕に示す式となる。 Substituting θ = α + δ in the above [Equation 1], considering the angle variation δ near the constant angular position α, linearizing it for control system design and reverting it to the state equation, the following equation [Equation 2] It becomes.
一般に、最適レギュレータ理論では、以下の〔数3〕式で示される線形システムにおいて、 In general, in the optimal regulator theory, in the linear system expressed by the following [Equation 3],
以下の〔数4〕式で示される評価関数を最小にする制御入力uは、
以下の〔数5〕式によって示される。
そこで、上記〔数2〕式で示される状態方程式を〔数3〕に当てはめると、評価関数は以下の〔数7〕式で示される。 Therefore, when the state equation expressed by the above [Expression 2] is applied to [Expression 3], the evaluation function is expressed by the following [Expression 7].
また、上記の〔数4〕、〔数5〕、〔数6〕、〔数9〕式において、肩部の記号「T」は行列の転置を示している。 In the above [Expression 4], [Expression 5], [Expression 6], and [Expression 9], the symbol “T” at the shoulder indicates transposition of the matrix.
上記のように求められる制振用フィードバックゲインFの値は、クランク8の角位置αの値によって変化する。クランク8の角位置αに対する制振用フィードバックゲインFをグラフ上にプロットした一例を図5に示す。なお、図5では、h3=0として、h1,h2の値のみを示している。
The value of the damping feedback gain F obtained as described above varies depending on the value of the angular position α of the
<特徴>
この産業機械2の制御装置1では、産業機械2が備える駆動機構4の動作を利用して産業機械2の振動を抑制することができる。このため、産業機械2の大型化やコストの増大を抑えることができる。
<Features>
In the
また、クランク8の角位置αは時間により変化するため、上記の〔数2〕式で示される状態方程式は非線形性を有する。このため、この産業機械2の制御装置1では、制振用フィードバックゲインFをクランク8の角位置αによって変化させることによって、より精度よく産業機械2の振動を抑制することができる。
Further, since the angular position α of the
ここで、図6に、産業機械2の制御装置1による制振制御のシミュレーション結果を示す。図6において、横軸は時間を示し、縦軸は本体フレーム3の変位を示している。産業機械2における振動は、クランク8の回転による振動と、加工時に発生する振動とが合わさったものであるが、図6では、加工時に発生した大きな振動が、振動発生後に直ちに減衰されており、図7に示す制振制御が行われない場合と比べて、減衰されるまでの時間が短いことが分かる。
Here, in FIG. 6, the simulation result of the vibration suppression control by the
<他の実施形態>
(a)
上記の実施形態では、産業機械2としてプレス機械が例示されているが、サーボモータ7からの回転運動を往復運動に変換してスライダ9に伝達する駆動機構4が備えられる産業機械であれば本発明が適用可能である。
<Other embodiments>
(A)
In the above-described embodiment, a press machine is illustrated as the
(b)
上記の実施形態では、クランク・スライダ機構を有する駆動機構4が備えられているが、ウィットウォース機構やトッグルリンク機構などの他のリンク機構を備える駆動機構が備えられてもよい。
(B)
In the above embodiment, the
(c)
上記の実施形態では、最適レギュレータ法によって制振用フィードバックゲインが算出されているが、極配置法などの他の手法が用いられてもよい。
(C)
In the above embodiment, the damping feedback gain is calculated by the optimum regulator method, but other methods such as a pole placement method may be used.
(d)
上記の実施形態では、速度センサ22を設けて本体フレーム3の速度を検出しているが、変位センサ21からの検出値を微分して速度を算出してもよい。
(D)
In the above embodiment, the
また、上記の実施形態では、角速度センサ24を設けてクランク8の角速度を検出しているが角度センサ23からの検出値を微分して角速度を算出してもよい。
In the above embodiment, the
本発明は、産業機械の大型化やコストの増大を抑えながら振動を抑制することができ、産業機械の制御装置および制御方法として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can suppress vibration while suppressing an increase in size and cost of an industrial machine, and is useful as a control device and control method for an industrial machine.
1 制御装置
2 産業機械
7 サーボモータ
8 クランク(回転機構)
9 スライダ
10 コンロッド(リンク機構)
21 変位センサ(振動情報検出部)
22 速度センサ(振動情報検出部)
25 制振制御部
26 作業制御部
27 指令信号生成部
DESCRIPTION OF
9
21 Displacement sensor (vibration information detector)
22 Speed sensor (vibration information detector)
25
Claims (5)
前記産業機械の振動を示す振動情報を検出する振動情報検出部と、
前記振動情報を受け、前記産業機械の振動を抑制するように前記駆動機構を動作させるための制振制御信号を生成する制振制御部と、
を備える産業機械の制御装置。 A drive having a servo motor, a rotation mechanism that is rotationally driven by the servo motor, a slider that is reciprocally movable, and a link mechanism that converts the rotational motion from the rotational mechanism into a reciprocating motion and transmits the reciprocating motion to the slider. A control device for controlling an industrial machine including a mechanism,
A vibration information detection unit for detecting vibration information indicating vibration of the industrial machine;
A vibration control unit that receives the vibration information and generates a vibration control signal for operating the drive mechanism to suppress vibration of the industrial machine;
An industrial machine control device.
請求項1に記載の産業機械の制御装置。 The vibration suppression control unit generates the vibration suppression control signal from the vibration information using a feedback gain determined according to the angular position of the rotation mechanism.
The industrial machine control device according to claim 1.
請求項1または2に記載の産業機械の制御装置。 The vibration suppression control unit calculates a torque in the rotating mechanism for suppressing vibration of the industrial machine as the vibration suppression control signal.
The control device for an industrial machine according to claim 1 or 2.
前記作業制御信号と前記制振制御信号とを加算することにより、前記サーボモータへ出力される指令信号を生成する指令信号生成部と、
をさらに備える請求項1から3のいずれかに記載の産業機械の制御装置。 A work control unit that generates a work control signal for operating the drive mechanism for work in the industrial machine;
A command signal generation unit that generates a command signal output to the servo motor by adding the work control signal and the vibration suppression control signal;
The control device for an industrial machine according to claim 1, further comprising:
前記産業機械の振動を示す振動情報を検出するステップと、
前記振動情報から、前記産業機械の振動を抑制するように前記駆動機構を動作させるための制振制御信号を生成するステップと、
を備える産業機械の制御方法。 A drive having a servo motor, a rotation mechanism that is rotationally driven by the servo motor, a slider that is reciprocally movable, and a link mechanism that converts the rotational motion from the rotational mechanism into a reciprocating motion and transmits the reciprocating motion to the slider. A method for controlling an industrial machine including a mechanism,
Detecting vibration information indicating vibration of the industrial machine;
Generating a vibration suppression control signal for operating the drive mechanism to suppress vibration of the industrial machine from the vibration information;
An industrial machine control method comprising:
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