JP2011113475A - Numerical control device and machine tool including the numerical control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a numerical control device that achieves high followability to a position command and a machine tool including the numerical control device. <P>SOLUTION: In a first multiplication part 14 of an FF generation part 30 in the numerical control device 4, a "value 1" is determined by multiplying a constant 1 by a velocity determined by a first velocity calculation part 13. In a second multiplication part 17, a constant 3 is assumed to be zero, and an acceleration found by an acceleration calculation part 15 is not used. In a fourth multiplication part 25, a constant 5 is defined to be zero, and a jerk calculated by a jerk calculation part 23 is not used. Then, a constant 6 of a primary LPF 19 and a constant 7 of a primary LPF 20 are defined to be time constants, and a "value 2" is calculated by subtracting a value determined by processing a velocity calculated by a second velocity calculation part 18 with the primary LPF 19 and the primary LPF 20 from the velocity calculated by the second velocity calculation part 18. In a third multiplication part 22, "a value 3" is determined by multiplying the "value 2" by the predetermined constant 8. By a first adder 12, the "value 1" and the "value 3" are added together to be added to an output of a position loop multiplier 10 as an FF command. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、数値制御プログラムを実行して工作機械を制御する数値制御装置及び当該装置を備えた工作機械に関する。   The present invention relates to a numerical control device that controls a machine tool by executing a numerical control program and a machine tool including the device.

従来、工作機械では、数値制御プログラム(以下、「NCプログラム」という。)を使用し、モータ制御により、テーブルや主軸等を移動回転させ、ワークを加工する。この場合に、工作機械は、ワークの加工時間(サイクルタイム)を短くすることが必要である。工作機械は、NCプログラムにより運転する場合、加工や位置決め動作を連続して行う。工作機械は、前記動作を実行する場合、現在の動作の目標位置に到達して、次の動作を実行する場合が多い。従って、工作機械の各軸を動かすモータの制御は、位置指令(移動指令)に対して追従性が良ければ、次の動作が速く実行でき、結果としてサイクルタイムは短くなる。   Conventionally, a machine tool uses a numerical control program (hereinafter referred to as an “NC program”) to move and rotate a table, a spindle, or the like by motor control to process a workpiece. In this case, the machine tool needs to shorten the machining time (cycle time) of the workpiece. When the machine tool is operated by the NC program, it performs machining and positioning operations continuously. When the machine tool performs the above-described operation, the machine tool often reaches the target position of the current operation and executes the next operation. Therefore, in the control of the motor that moves each axis of the machine tool, if the followability with respect to the position command (movement command) is good, the next operation can be executed quickly, resulting in a short cycle time.

追従性を良くする手段として、フィードフォワード(FF)指令のゲインを上げることを行うと、位置指令への追従性は改善される。しかし、フィードフォワード指令のゲインを100%まで上げると、目標位置よりも行き過ぎるオーバーシュート等の問題が発生する。この解決手段として、特許文献1に記載の発明では、フィードフォワード指令をローパスフィルタに通すことにより、追従性を改善している。   If the gain of the feedforward (FF) command is increased as a means for improving the followability, the followability to the position command is improved. However, when the gain of the feedforward command is increased to 100%, problems such as overshoot that exceed the target position occur. As a means for solving this problem, in the invention described in Patent Document 1, followability is improved by passing a feedforward command through a low-pass filter.

特許第3892824号公報Japanese Patent No. 3899824

しかしながら、特許文献1に記載の発明では、位置指令に対して追従性は有る程度良くなるものの、まだ十分な追従性を実現できていないという問題点があった。   However, the invention described in Patent Document 1 has a problem that sufficient followability has not yet been realized, although the followability to the position command is improved to some extent.

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、位置指令に対して高い追従性を実現できる数値制御装置及び当該装置を備えた工作機械を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a numerical control device that can realize high followability to a position command and a machine tool including the device.

本発明の第一の態様にかかる数値制御装置は、制御対象であるモータの位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段からフィードバックされた前記モータの位置と位置指令との位置偏差を求める第一減算手段と、前記位置偏差に位置比例ゲインを乗算する位置ループ乗算手段と、前記位置指令を微分して速度成分を求める第一速度演算手段と、前記第一速度演算手段の出力に所定の定数を乗算する第一乗算手段と、前記第一乗算手段の出力をフィードフォワード指令として前記位置ループ乗算手段の出力に加算してモータアンプに出力する数値制御装置において、前記位置指令を2回微分して加速度指令を求める加速度演算手段と、前記加速度演算手段の出力に所定の定数を乗算する第二乗算手段と、前記位置指令を微分して速度指令を求める第二速度演算手段と、前記第二速度演算手段の出力をフィルタ処理するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力を前記第二速度演算手段の出力から減算する第二減算手段と、前記第二減算手段の出力に所定の定数を乗算する第三乗算手段と、前記第一乗算手段の出力に前記第二乗算手段の出力と、前記第三乗算手段の出力とを加算して前記フィードフォワード指令を演算する第一加算手段とを備えている。   A numerical control apparatus according to a first aspect of the present invention obtains a position deviation between a position detection means for detecting a position of a motor to be controlled and a position of the motor fed back from the position detection means and a position command. A first subtracting means; a position loop multiplying means for multiplying the position deviation by a position proportional gain; a first speed calculating means for differentiating the position command to obtain a speed component; and a predetermined output at the first speed calculating means And a numerical control device for adding the output of the first multiplication means as a feedforward command to the output of the position loop multiplication means and outputting the same to the motor amplifier. Acceleration calculating means for obtaining an acceleration command by differentiating, second multiplying means for multiplying the output of the acceleration calculating means by a predetermined constant, and speed command by differentiating the position command Second speed calculating means to be obtained; a low-pass filter for filtering the output of the second speed calculating means; a second subtracting means for subtracting the output of the low-pass filter from the output of the second speed calculating means; Third feed means for multiplying the output of the subtracting means by a predetermined constant; the output of the second multiplication means and the output of the third multiplication means are added to the output of the first multiplication means; First adding means for calculating.

第一の態様にかかる数値制御装置では、速度成分と加速度成分とをフィードフォワード指令に加算することにより、制御対象であるモータの位置偏差を改善して、ほぼ0に近づけることができる。従って、位置指令が終了すると同時に、終了条件を満たして、移動のサイクルタイムを短くすることができる。また、移動中は、位置偏差がほぼ0のため、位置指令どおりに移動経路を移動することができる。従って、経路誤差の改善もできる。   In the numerical control device according to the first aspect, by adding the velocity component and the acceleration component to the feedforward command, it is possible to improve the position deviation of the motor to be controlled and bring it close to almost zero. Therefore, at the same time when the position command is completed, the termination condition is satisfied and the movement cycle time can be shortened. Further, since the position deviation is almost zero during movement, the movement path can be moved according to the position command. Therefore, the path error can be improved.

前記数値制御装置は、前記加速度演算手段の出力を微分して加加速度成分を求める加加速度演算手段と、前記加加速度演算手段の出力に所定の定数を乗算する第四乗算手段とを備え、前記第一加算手段は、前記第一乗算手段の出力と、前記第二乗算手段の出力と、前記第三乗算手段の出力と、前記第四乗算手段の出力とを加算してフィードフォワード指令を出力するようにしてもよい。   The numerical control device includes jerk calculating means for differentiating the output of the acceleration calculating means to obtain a jerk component, and fourth multiplying means for multiplying the output of the jerk calculating means by a predetermined constant, The first addition means adds the output of the first multiplication means, the output of the second multiplication means, the output of the third multiplication means, and the output of the fourth multiplication means, and outputs a feedforward command You may make it do.

この場合には、速度成分及び加速度成分に加え、加加速度成分もフィードフォワード指令に加算することができ、制御対象であるモータの位置偏差を更に改善して、位置偏差を更に0に近づけることができる。   In this case, in addition to the speed component and the acceleration component, the jerk component can also be added to the feedforward command, so that the position deviation of the motor to be controlled can be further improved and the position deviation can be made closer to zero. it can.

前記数値制御装置では、前記ローパスフィルタは、複数段設けられていてもよい。ローパスフィルタを複数段設けることにより、位置制御遅れの補償をさらに改善できる。   In the numerical control device, the low-pass filter may be provided in a plurality of stages. By providing a plurality of low-pass filters, position control delay compensation can be further improved.

第二の態様にかかる工作機械は、上記の数値制御装置を備えていることを特徴とする。上記の数値制御装置を備えた工作機械は、制御対象である各軸のモータの位置偏差を改善して、位置偏差を0に近づけることができる。従って、位置指令が終了すると同時に、終了条件を満たして、加工のサイクルタイムを短くすることができる。また、移動中は、位置偏差がほぼ0のため、位置指令どおりに移動経路を移動することができる。従って、経路誤差の改善もできる。   A machine tool according to a second aspect includes the numerical control device described above. A machine tool provided with the above numerical control device can improve the positional deviation of the motor of each axis that is a control target, and can bring the positional deviation closer to zero. Therefore, at the same time when the position command is finished, the finish condition can be satisfied and the machining cycle time can be shortened. Further, since the position deviation is almost zero during movement, the movement path can be moved according to the position command. Therefore, the path error can be improved.

第1実施の形態の数値制御装置4及び工作機械1の電気的構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an electrical configuration of a numerical control device 4 and a machine tool 1 according to a first embodiment. 従来の数値制御装置におけるフィードフォワード・ゲインを50%とした場合の位置制御を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the position control when the feedforward gain in the conventional numerical control apparatus is 50%. 図2の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of FIG. 2. 位置指令から求めた速度に基づいたFF指令による位置制御動作を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the position control operation | movement by FF command based on the speed calculated | required from the position command. 位置指令から求めた速度と、当該速度を1次LPFに通した結果との加算値をFF指令とした位置制御動作を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the position control operation | movement which made the addition value of the speed calculated | required from the position instruction | command and the result of having passed the said speed | rate through 1st-order LPF to FF instruction | command. 位置指令から求めた速度と、当該速度を1次LPFに通した結果と、加速度との加算値をFF指令とした位置制御動作を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the position control operation | movement which made the addition value of the speed calculated | required from the position instruction | command, the said speed | rate through primary LPF, and acceleration to FF instruction | command. 位置指令から求めた速度と、当該速度を1次LPFに通した結果と、加速度と、加加速度との加算値をFF指令とした位置制御動作を測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the speed calculated | required from the position command, the result of having passed the said speed to primary LPF, and the position control operation | movement which made the addition value of an acceleration and jerk the FF command. 第2実施の形態の数値制御装置4及び工作機械1の電気的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electrical structure of the numerical control apparatus 4 and machine tool 1 of 2nd Embodiment.

以下、本発明に係る数値制御装置が使用される工作機械及び数値制御装置の第1実施の形態を図面を参照して説明する。なおこれらの図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものであり、記載されている数値制御装置や工作機械の構成などは、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。   Hereinafter, a first embodiment of a machine tool and a numerical control device in which a numerical control device according to the present invention is used will be described with reference to the drawings. These drawings are used for explaining the technical features that can be adopted by the present invention, and the numerical control device and the configuration of the machine tool described are not intended to be limited only to them. It is just an illustrative example.

図1に示すように、工作機械1には、モータ2及びエンコーダ3が設けられている。工作機械1には、図示外の主軸モータ、X軸モータ、Y軸モータ、Z軸モータが設けられているが、モータ2は、X軸モータ、Y軸モータ、Z軸モータの一つを代表するものとし、他のモータにも同様の制御がなされるものとする。モータ2には、制御対象であるモータ2の出力軸の位置を検出するエンコーダ3が設けられている。   As shown in FIG. 1, the machine tool 1 is provided with a motor 2 and an encoder 3. The machine tool 1 includes a spindle motor, an X-axis motor, a Y-axis motor, and a Z-axis motor (not shown). The motor 2 represents one of the X-axis motor, the Y-axis motor, and the Z-axis motor. It is assumed that the same control is performed for the other motors. The motor 2 is provided with an encoder 3 that detects the position of the output shaft of the motor 2 to be controlled.

工作機械1には、工作機械1のモータ2(主軸モータ、X軸モータ、Y軸モータ、Z軸モータ)を制御する数値制御装置4が接続している。数値制御装置4は、位置制御部5と工作機械1のモータ2を制御するモータアンプ部6とから構成されている。位置制御部5には、フィードフォワード(以下、「FF」と言う。)指令を生成するFF生成部30が設けられている。   The machine tool 1 is connected to a numerical controller 4 that controls a motor 2 (main shaft motor, X-axis motor, Y-axis motor, Z-axis motor) of the machine tool 1. The numerical controller 4 includes a position controller 5 and a motor amplifier 6 that controls the motor 2 of the machine tool 1. The position controller 5 is provided with an FF generator 30 that generates a feed forward (hereinafter referred to as “FF”) command.

数値制御装置4は、位置指令入力部11から入力される位置指令とエンコーダ3からフィードバックされるモータ2の出力軸の位置とが一致するように、FF生成部30でFF指令を出力して位置制御を行うように構成されている。モータアンプ部6は、モータ2の速度制御を行う速度制御部7と、モータ2のトルク制御を行うトルク制御部8とから構成される。   The numerical controller 4 outputs an FF command from the FF generator 30 so that the position command input from the position command input unit 11 and the position of the output shaft of the motor 2 fed back from the encoder 3 coincide with each other. It is configured to perform control. The motor amplifier unit 6 includes a speed control unit 7 that performs speed control of the motor 2 and a torque control unit 8 that performs torque control of the motor 2.

位置制御部5のFF生成部30は、位置指令を入力する位置指令入力部11と、前記位置指令入力部11から入力された位置指令を微分して速度成分を演算する第一速度演算部13と、当該第一速度演算部13の出力に所定の定数1を乗算する第一乗算部14とを備えている。この定数1は、工作機械1の位置偏差が0に近づくように予め工作機械1毎に測定して定められた値である。   The FF generation unit 30 of the position control unit 5 includes a position command input unit 11 that inputs a position command, and a first speed calculation unit 13 that calculates a speed component by differentiating the position command input from the position command input unit 11. And a first multiplication unit 14 that multiplies the output of the first speed calculation unit 13 by a predetermined constant 1. The constant 1 is a value determined in advance for each machine tool 1 so that the positional deviation of the machine tool 1 approaches zero.

また、位置制御部5は、前記位置指令入力部11から入力された位置指令を2回微分して加速度成分を演算する加速度演算部15と、当該加速度演算部15の出力を平均化する移動平均フィルタ16と、移動平均フィルタ16の出力に所定の定数3を乗算する第二乗算部17とを備えている。移動平均フィルタ16の定数2は、工作機械1の位置偏差が0に近づくように予め定めた時定数である。また、定数3は、工作機械1の位置偏差が0に近づくように予め工作機械1毎に測定して定められた値である。   The position control unit 5 includes an acceleration calculation unit 15 that calculates the acceleration component by differentiating the position command input from the position command input unit 11 twice, and a moving average that averages the output of the acceleration calculation unit 15. A filter 16 and a second multiplier 17 that multiplies the output of the moving average filter 16 by a predetermined constant 3 are provided. The constant 2 of the moving average filter 16 is a time constant determined in advance so that the positional deviation of the machine tool 1 approaches zero. The constant 3 is a value determined in advance for each machine tool 1 so that the positional deviation of the machine tool 1 approaches zero.

また、FF生成部30は、前記位置指令入力部11から入力された位置指令を微分して速度成分を演算する第二速度演算部18と、位置制御遅れを補償するための1次ローパスフィルタ(以下、「1次LPF」という。)19及び1次ローパスフィルタ(以下、「1次LPF」という。)20と、第二速度演算部18で演算された速度から1次LPF20の出力を減算する第二減算器21と、第二減算器21の出力に所定の定数8を乗算する第三乗算部22とを備えている。1次LPF19,20の定数6及び定数7は、工作機械1の位置偏差が0に近づくように予め定めた時定数である。また、定数8は、工作機械1の位置偏差が0に近づくように予め工作機械1毎に測定して定められた値である。   The FF generator 30 also includes a second speed calculator 18 for differentiating the position command input from the position command input unit 11 to calculate a speed component, and a primary low-pass filter for compensating for position control delay ( Hereinafter, the output of the primary LPF 20 is subtracted from the speed calculated by the first speed LPF 20 and the first low-pass filter (hereinafter referred to as “first-order LPF”) 20 and the second speed calculator 18. A second subtractor 21 and a third multiplier 22 for multiplying the output of the second subtractor 21 by a predetermined constant 8 are provided. The constants 6 and 7 of the primary LPFs 19 and 20 are time constants determined in advance so that the positional deviation of the machine tool 1 approaches zero. The constant 8 is a value determined in advance for each machine tool 1 so that the positional deviation of the machine tool 1 approaches zero.

また、位置制御部5は、移動平均フィルタ16の出力を微分して、加加速度を演算する加加速度演算部23と、加加速度演算部23の出力を平均化する移動平均フィルタ24と、移動平均フィルタ24の出力に所定の定数5を乗算する第四乗算部25とを備えている。移動平均フィルタ24の定数4は、工作機械1の位置偏差が0に近づくように予め定めた時定数である。また、定数5は、工作機械1の位置偏差が0に近づくように予め工作機械1毎に測定して定められた値である。   Further, the position controller 5 differentiates the output of the moving average filter 16 to calculate a jerk, a moving acceleration filter 24 that averages the output of the jerk calculating unit 23, and a moving average. A fourth multiplier 25 for multiplying the output of the filter 24 by a predetermined constant 5; The constant 4 of the moving average filter 24 is a time constant determined in advance so that the positional deviation of the machine tool 1 approaches zero. The constant 5 is a value determined in advance for each machine tool 1 so that the positional deviation of the machine tool 1 approaches zero.

また、位置制御部5は、前記位置指令入力部11から入力された位置指令からモータ2の出力軸の位置を検出するエンコーダ3のフィードバック値を引いて位置偏差を求める第一減算器9と、第一減算器9から出される位置偏差を位置比例ゲインの係数Kp倍する位置ループ乗算器10と、位置ループ乗算器10の出力とFF生成部30からのFF指令とを加算する第一加算器12が設けられ、第一加算器12の出力がモータアンプ部6に入力される。尚、係数Kpは、装置毎に予め定められた所定値である。   Further, the position control unit 5 subtracts a feedback value of the encoder 3 that detects the position of the output shaft of the motor 2 from the position command input from the position command input unit 11, and obtains a position deviation; A position loop multiplier 10 that multiplies the position deviation output from the first subtractor 9 by a coefficient Kp of a position proportional gain, and a first adder that adds the output of the position loop multiplier 10 and the FF command from the FF generator 30. 12 is provided, and the output of the first adder 12 is input to the motor amplifier unit 6. The coefficient Kp is a predetermined value predetermined for each apparatus.

次に、1次LPF19及び1次LPF20について説明する。1次LPF19及び1次LPF20は、「X:入力値」、「Y:出力値」、「T:時定数」、「A:計算用中間値」とし、下付の数字を時間(n周期目)とすると、以下のような演算式で表される。
1周期め A=X=A/T
2周期め A=X+A−Y=(A+Y)/T


n周期め A=X+An−1−Yn−1=(A+Yn−1)/T
Next, the primary LPF 19 and the primary LPF 20 will be described. The primary LPF 19 and the primary LPF 20 are “X: input value”, “Y: output value”, “T: time constant”, “A: intermediate value for calculation”, and subscript numbers are time (nth cycle). ) Is expressed by the following arithmetic expression.
1st period A 1 = X 1 Y 1 = A 1 / T
2nd period A 2 = X 2 + A 1 −Y 1 Y 2 = (A 2 + Y 1 ) / T


n period A n = X n + A n−1 −Y n−1 Y n = (A n + Y n−1 ) / T

また、移動平均フィルタ16は、移動平均フィルタ24は、「X:入力値」、「Y:出力値」、「T:時定数」とし、下付の数字を時間(n周期目)とすると、以下のような演算式で表される。
1周期め Y=X/T
2周期め Y=(X+X)/T
3周期め Y=(X+X+X)/T
・ ・
・ ・
n周期め Y=(X+X+・・・+X)/T
n+1周期め Yn+1=(X+X+・・・+Xn+1)/T
The moving average filter 16 has a moving average filter 24 with “X: input value”, “Y: output value”, “T: time constant”, and the subscript number is time (nth cycle). It is expressed by the following arithmetic expression.
1st cycle Y 1 = X 1 / T
2nd cycle Y 2 = (X 1 + X 2 ) / T
3rd period Y 3 = (X 1 + X 2 + X 3 ) / T
・ ・
・ ・
n-th cycle Y n = (X 1 + X 2 +... + X n ) / T
n + 1 period Y n + 1 = (X 2 + X 3 +... + X n + 1 ) / T

次に、位置指令と、第一速度演算部13又は第二速度演算部18で演算される速度、加速度演算部15で演算される加速度、加加速度演算部23で演算される加加速度の関係について説明する。第一速度演算部13又は第二速度演算部18で演算される速度は、以下の式により求められる。
速度=今周期の位置指令−前周期の位置指令
尚、加速度、加加速度についても同様の考え方で演算される。
演算結果の一例を表1に示す。

Figure 2011113475
Next, regarding the relationship between the position command, the speed calculated by the first speed calculation unit 13 or the second speed calculation unit 18, the acceleration calculated by the acceleration calculation unit 15, and the jerk calculated by the jerk calculation unit 23 explain. The speed calculated by the first speed calculation unit 13 or the second speed calculation unit 18 is obtained by the following equation.
Speed = position command in current cycle−position command in previous cycle Note that acceleration and jerk are calculated in the same way.
An example of the calculation result is shown in Table 1.
Figure 2011113475

次に、従来の数値制御装置における工作機械1の位置制御と、本実施の形態の数値制御装置4を図2乃至図7を参照して説明する。図2乃至図3に示すように、従来の数値制御装置におけるフィードフォワード・ゲインを50%とした場合の位置制御では、位置偏差が大きく、位置偏差が0から大きく離れている。尚、図2乃至図7の左の縦軸の速度の単位は、「mm/msec」であり、右の縦軸の位置偏差の単位は、モータ2の遅れのパルス数であり、横軸は、時間「msec」である。   Next, the position control of the machine tool 1 in the conventional numerical control device and the numerical control device 4 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 2 to FIG. 3, in the position control when the feedforward gain is 50% in the conventional numerical control apparatus, the position deviation is large and the position deviation is far from zero. The unit of velocity on the left vertical axis in FIGS. 2 to 7 is “mm / msec”, the unit of position deviation on the right vertical axis is the number of delayed pulses of the motor 2, and the horizontal axis is , Time “msec”.

次に、本実施の形態の数値制御装置4のFF生成部30で、第一速度演算部13で求めた速度に基づいてFF指令を生成した場合を説明する。この場合には、数値制御装置4のFF生成部30の第一乗算部14で、予め定めた所定の定数である定数1を第一速度演算部13で求めた速度に乗算して「値1」を求める。次いで、第二乗算部17の「定数3=0」とし、加速度演算部15で求めた加速度を使用しない。また、第三乗算部22の「定数8=0」とし、第二速度演算部18で求めた速度を使用しない。さらに、第四乗算部25の「定数5=0」として、加加速度演算部23で求めた加加速度を使用しない。この場合には、第一速度演算部13で求められた速度に所定の定数1を乗算した「値1」が、FF指令として、第一加算器12で、位置ループ乗算器10の出力に加算される。この場合の位置制御では、図4に示すように、位置偏差は、中央部分(150msec〜250msec)の間で改善している。   Next, a case where the FF command is generated based on the speed obtained by the first speed calculation unit 13 in the FF generation unit 30 of the numerical controller 4 of the present embodiment will be described. In this case, the first multiplication unit 14 of the FF generation unit 30 of the numerical control device 4 multiplies the speed obtained by the first speed calculation unit 13 by a constant 1 which is a predetermined constant, and obtains “value 1 " Next, “constant 3 = 0” of the second multiplication unit 17 is set, and the acceleration obtained by the acceleration calculation unit 15 is not used. Further, “constant 8 = 0” of the third multiplication unit 22 is set, and the speed obtained by the second speed calculation unit 18 is not used. Further, the jerk obtained by the jerk calculator 23 is not used as “constant 5 = 0” of the fourth multiplier 25. In this case, “value 1” obtained by multiplying the speed obtained by the first speed calculation unit 13 by a predetermined constant 1 is added to the output of the position loop multiplier 10 by the first adder 12 as an FF command. Is done. In the position control in this case, as shown in FIG. 4, the position deviation is improved between the central portions (150 msec to 250 msec).

次に、本実施の形態の数値制御装置4のFF生成部30で、第一速度演算部13で求めた速度と、第二速度演算部18で求めた速度に基づいてFF指令を生成した場合を説明する。数値制御装置4のFF生成部30の第一乗算部14で、予め定めた所定の定数である定数1を第一速度演算部13で求めた速度に乗算して「値1」を求める。また、第二乗算部17の「定数3=0」とし、加速度演算部15で求めた加速度は使用しない。さらに、第四乗算部25の「定数5=0」として、加加速度演算部23で求めた加加速度を使用しない。次いで、1次LPF19の定数6及び1次LPF20の定数7を時定数とし、第二速度演算部18で求めた速度から第二速度演算部18で求た速度を1次LPF19及び1次LPF20で処理した値を減算して「値2」を求める。第三乗算部22で「値2」に所定の定数8を乗算して「値3」を求める。「値1」と「値3」とを加算して、FF指令として、第一加算器12が位置ループ乗算器10の出力に加算する。この場合の位置制御では、図5に示すように、位置偏差は、中央部分(150msec〜250msec)の間で0に近づいて改善しているだけでなく、さらに時間100msec付近及び350msec付近も改善している。   Next, when the FF generation unit 30 of the numerical control device 4 of the present embodiment generates an FF command based on the speed obtained by the first speed calculation unit 13 and the speed obtained by the second speed calculation unit 18 Will be explained. The first multiplication unit 14 of the FF generation unit 30 of the numerical controller 4 multiplies the speed obtained by the first speed calculation unit 13 by a constant 1 that is a predetermined constant to obtain “value 1”. Further, “constant 3 = 0” of the second multiplication unit 17 is set, and the acceleration obtained by the acceleration calculation unit 15 is not used. Further, the jerk obtained by the jerk calculator 23 is not used as “constant 5 = 0” of the fourth multiplier 25. Next, the constant 6 of the first order LPF 19 and the constant 7 of the first order LPF 20 are set as time constants, and the speed obtained by the second speed computation section 18 from the speed obtained by the second speed computation section 18 is calculated by the primary LPF 19 and the primary LPF 20. “Value 2” is obtained by subtracting the processed value. The third multiplier 22 multiplies “value 2” by a predetermined constant 8 to obtain “value 3”. “Value 1” and “value 3” are added, and the first adder 12 adds to the output of the position loop multiplier 10 as an FF command. In the position control in this case, as shown in FIG. 5, the position deviation is not only improved to approach 0 in the central part (150 msec to 250 msec), but also improved in the vicinity of 100 msec and 350 msec. ing.

次に、本実施の形態の数値制御装置4のFF生成部30で、第一速度演算部13で求めた速度と、第二速度演算部18で求めた速度と、加速度演算部15で求めた加速度とに基づいてFF指令を生成した場合を説明する。数値制御装置4のFF生成部30の第一乗算部14で、予め定めた所定の定数である定数1を第一速度演算部13で求めた速度に乗算して「値1」を求める。さらに、第四乗算部25の「定数5=0」として、加加速度演算部23で求めた加加速度を使用しない。次いで、1次LPF19の定数6及び1次LPF20の定数7を時定数とし、第二速度演算部18で求めた速度から第二速度演算部18で求た速度を1次LPF19及び1次LPF20で処理した値を減算して「値2」を求める。第三乗算部22で「値2」に所定の定数8を乗算して「値3」を求める。移動平均フィルタ16の定数2を時定数とし、加速度演算部15で求めた加速度を、移動平均フィルタ16で処理し「値4」を求める。第二乗算部17で「値4」に所定の定数3を乗算して「値5」を求める。「値1」と「値3」と「値5」とを加算して、FF指令として、第一加算器12が位置ループ乗算器10の出力に加算する。この場合の位置制御では、図6に示すように、位置偏差は、70msec〜320msecの間でさらに0に近づいて改善している。   Next, in the FF generation unit 30 of the numerical control device 4 of the present embodiment, the speed obtained by the first speed computation unit 13, the speed obtained by the second speed computation unit 18, and the acceleration computation unit 15 A case where the FF command is generated based on the acceleration will be described. The first multiplication unit 14 of the FF generation unit 30 of the numerical controller 4 multiplies the speed obtained by the first speed calculation unit 13 by a constant 1 that is a predetermined constant to obtain “value 1”. Further, the jerk obtained by the jerk calculator 23 is not used as “constant 5 = 0” of the fourth multiplier 25. Next, the constant 6 of the first order LPF 19 and the constant 7 of the first order LPF 20 are set as time constants, and the speed obtained by the second speed computation section 18 from the speed obtained by the second speed computation section 18 is calculated by the primary LPF 19 and the primary LPF 20. “Value 2” is obtained by subtracting the processed value. The third multiplier 22 multiplies “value 2” by a predetermined constant 8 to obtain “value 3”. The constant 2 of the moving average filter 16 is set as a time constant, and the acceleration obtained by the acceleration calculator 15 is processed by the moving average filter 16 to obtain “value 4”. The second multiplier 17 multiplies “value 4” by a predetermined constant 3 to obtain “value 5”. “Value 1”, “value 3”, and “value 5” are added, and the first adder 12 adds to the output of the position loop multiplier 10 as an FF command. In the position control in this case, as shown in FIG. 6, the position deviation is further improved by approaching 0 between 70 msec and 320 msec.

次に、本実施の形態の数値制御装置4のFF生成部30で、第一速度演算部13で求めた速度と、第二速度演算部18で求めた速度と、加速度演算部15で求めた加速度と、加加速度演算部23で求めた加加速度とに基づいてFF指令を生成した場合を説明する。数値制御装置4のFF生成部30の第一乗算部14で、予め定めた所定の定数である定数1を第一速度演算部13で求めた速度に乗算して「値1」を求める。次いで、1次LPF19の定数6及び1次LPF20の定数7を時定数とし、第二速度演算部18で求めた速度から第二速度演算部18で求た速度を1次LPF19及び1次LPF20で処理した値を減算して「値2」を求める。第三乗算部22で「値2」に所定の定数8を乗算して「値3」を求める。移動平均フィルタ16の定数2を時定数とし、加速度演算部15で求めた加速度を、移動平均フィルタ16で処理し「値4」を求める。第二乗算部17で「値4」に所定の定数3を乗算して「値5」を求める。さらに、加加速度演算部23で移動平均フィルタ16から出力される加速度から加加速度を求める。移動平均フィルタ24の定数4を時定数とし、加加速度演算部23で求めた加加速度を、移動平均フィルタ24で処理し「値6」を求める。第四乗算部25で「値6」に所定の定数5を乗算して「値7」を求める。「値1」と「値3」と「値5」と「値7」とを加算して、FF指令として、第一加算器12が位置ループ乗算器10の出力に加算する。この場合の位置制御では、図7に示すように、位置偏差は、50msec〜400msecの間でさらに0に近づいて改善している。   Next, in the FF generation unit 30 of the numerical control device 4 of the present embodiment, the speed obtained by the first speed computation unit 13, the speed obtained by the second speed computation unit 18, and the acceleration computation unit 15 A case where the FF command is generated based on the acceleration and the jerk obtained by the jerk calculation unit 23 will be described. The first multiplication unit 14 of the FF generation unit 30 of the numerical controller 4 multiplies the speed obtained by the first speed calculation unit 13 by a constant 1 that is a predetermined constant to obtain “value 1”. Next, the constant 6 of the first order LPF 19 and the constant 7 of the first order LPF 20 are set as time constants, and the speed obtained by the second speed computation section 18 from the speed obtained by the second speed computation section 18 is calculated by the primary LPF 19 and the primary LPF 20. “Value 2” is obtained by subtracting the processed value. The third multiplier 22 multiplies “value 2” by a predetermined constant 8 to obtain “value 3”. The constant 2 of the moving average filter 16 is set as a time constant, and the acceleration obtained by the acceleration calculator 15 is processed by the moving average filter 16 to obtain “value 4”. The second multiplier 17 multiplies “value 4” by a predetermined constant 3 to obtain “value 5”. Further, the jerk calculation unit 23 calculates the jerk from the acceleration output from the moving average filter 16. Using the constant 4 of the moving average filter 24 as a time constant, the jerk obtained by the jerk calculating unit 23 is processed by the moving average filter 24 to obtain “value 6”. The fourth multiplier 25 multiplies “value 6” by a predetermined constant 5 to obtain “value 7”. “Value 1”, “value 3”, “value 5”, and “value 7” are added, and the first adder 12 adds to the output of the position loop multiplier 10 as an FF command. In the position control in this case, as shown in FIG. 7, the position deviation is further improved by approaching 0 between 50 msec and 400 msec.

以上説明したように、本実施の形態の数値制御装置4では、速度成分をFF指令に加算することにより、工作機械1のモータ2の位置偏差を改善することができる。また、速度成分と加速度成分とをFF指令に加算することにより、工作機械1のモータ2の位置偏差を更に改善することができる。また、速度成分と加速度成分と加加速度成分とをFF指令に加算することにより、工作機械1のモータ2の位置偏差を大幅に改善することができる。   As described above, in the numerical control device 4 of the present embodiment, the position deviation of the motor 2 of the machine tool 1 can be improved by adding the speed component to the FF command. Further, the position deviation of the motor 2 of the machine tool 1 can be further improved by adding the speed component and the acceleration component to the FF command. Further, by adding the velocity component, the acceleration component, and the jerk component to the FF command, the position deviation of the motor 2 of the machine tool 1 can be greatly improved.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、図8に示す第2実施の形態のように、ローパスフィルタを1次LPF19のみにしても良い。また、移動平均フィルタ16及び移動平均フィルタ24
は、必ずしも設けなくても良い。また、数値制御装置4は、CPU,ROM、RAMを備えて、ソフトウエアにより実現しても良いし、ハードロジック回路等により実現しても良い。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible. For example, as in the second embodiment shown in FIG. 8, only the first-order LPF 19 may be used as the low-pass filter. In addition, the moving average filter 16 and the moving average filter 24
Is not necessarily provided. The numerical control device 4 includes a CPU, a ROM, and a RAM, and may be realized by software, or may be realized by a hard logic circuit or the like.

1 工作機械
2 モータ
3 エンコーダ
4 数値制御装置
5 位置制御
6 モータアンプ部
7 速度制御部
8 トルク制御部
9 第一減算器
10 位置ループ乗算器
11 位置指令入力部
12 第一加算器
13 第一速度演算部
14 第一乗算部
15 加速度演算部
16 移動平均フィルタ
17 第二乗算部
18 第二速度演算部
19 1次LPF
20 1次LPF
21 第二減算器
22 第三乗算部
23 加加速度演算部
24 移動平均フィルタ
25 第四乗算部
30 FF生成部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Machine tool 2 Motor 3 Encoder 4 Numerical control apparatus 5 Position control 6 Motor amplifier part 7 Speed control part 8 Torque control part 9 1st subtractor 10 Position loop multiplier 11 Position command input part 12 1st adder 13 1st speed Calculation unit 14 First multiplication unit 15 Acceleration calculation unit 16 Moving average filter 17 Second multiplication unit 18 Second speed calculation unit 19 Primary LPF
20 Primary LPF
21 Second subtractor 22 Third multiplication unit 23 Jerk calculation unit 24 Moving average filter 25 Fourth multiplication unit 30 FF generation unit

Claims (4)

制御対象であるモータの位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段からフィードバックされた前記モータの位置と位置指令との位置偏差を求める第一減算手段と、前記位置偏差に位置比例ゲインを乗算する位置ループ乗算手段と、前記位置指令を微分して速度成分を求める第一速度演算手段と、前記第一速度演算手段の出力に所定の定数を乗算する第一乗算手段と、前記第一乗算手段の出力をフィードフォワード指令として前記位置ループ乗算手段の出力に加算してモータアンプに出力する数値制御装置において、
前記位置指令を2回微分して加速度指令を求める加速度演算手段と、
前記加速度演算手段の出力に所定の定数を乗算する第二乗算手段と、
前記位置指令を微分して速度指令を求める第二速度演算手段と、
前記第二速度演算手段の出力をフィルタ処理するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力を前記第二速度演算手段の出力から減算する第二減算手段と、
前記第二減算手段の出力に所定の定数を乗算する第三乗算手段と、
前記第一乗算手段の出力に前記第二乗算手段の出力と、前記第三乗算手段の出力とを加算して前記フィードフォワード指令を演算する第一加算手段とを備えていることを特徴とする数値制御装置。
Position detecting means for detecting the position of the motor to be controlled;
First subtracting means for obtaining a position deviation between the position of the motor and the position command fed back from the position detecting means, position loop multiplying means for multiplying the position deviation by a position proportional gain, and differentiating the position command. A first speed calculating means for obtaining a speed component; a first multiplying means for multiplying an output of the first speed calculating means by a predetermined constant; and an output of the first multiplying means as a feedforward command. In the numerical controller that adds to the output and outputs to the motor amplifier,
Acceleration calculation means for differentiating the position command twice to obtain an acceleration command;
Second multiplication means for multiplying the output of the acceleration calculation means by a predetermined constant;
Second speed calculation means for differentiating the position command to obtain a speed command;
A low-pass filter for filtering the output of the second speed calculation means;
Second subtracting means for subtracting the output of the low-pass filter from the output of the second speed calculating means;
Third multiplication means for multiplying the output of the second subtraction means by a predetermined constant;
And a first addition unit for calculating the feedforward command by adding the output of the second multiplication unit and the output of the third multiplication unit to the output of the first multiplication unit. Numerical control unit.
前記加速度演算手段の出力を微分して加加速度成分を求める加加速度演算手段と、
前記加加速度演算手段の出力に所定の定数を乗算する第四乗算手段と
を備え、
前記第一加算手段は、前記第一乗算手段の出力と、前記第二乗算手段の出力と、前記第三乗算手段の出力と、前記第四乗算手段の出力とを加算してフィードフォワード指令を演算することを特徴とする請求項1に記載の数値制御装置。
Jerk calculation means for differentiating the output of the acceleration calculation means to obtain a jerk component;
A fourth multiplication means for multiplying the output of the jerk calculation means by a predetermined constant;
The first addition means adds the output of the first multiplication means, the output of the second multiplication means, the output of the third multiplication means, and the output of the fourth multiplication means to give a feedforward command. The numerical control device according to claim 1, wherein the numerical control device performs calculation.
前記ローパスフィルタは、複数段設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の数値制御装置。   The numerical control device according to claim 1, wherein the low-pass filter is provided in a plurality of stages. 請求項1〜3の何れかに記載の数値制御装置を備えたことを特徴とする工作機械。  A machine tool comprising the numerical control device according to claim 1.
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