JP2012234390A - Trajectory control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軌跡制御装置に関する。 The present invention relates to a trajectory control device.
工作機械やレーザ加工機等の機械を用いて加工を行う場合、工作物に対する工具の位置が指令された経路上を沿うように制御することが行われる。この制御は、軌跡制御と呼ばれ、機械の各可動軸の実際の位置が指令経路から求められた各可動軸の位置指令に追従するようにサーボ制御を行うことで軌跡制御を行うことが一般的である。 When processing is performed using a machine tool, a laser processing machine, or the like, control is performed so that the position of the tool with respect to the workpiece is along the commanded path. This control is called trajectory control, and the trajectory control is generally performed by performing servo control so that the actual position of each movable axis of the machine follows the position command of each movable axis obtained from the command path. Is.
軌跡制御を行う際に、各可動軸の制御系の応答遅れなどに起因して、実際の軌跡が指令された経路からずれてしまうことがある。軌跡制御では、機械の各可動軸ごとに制御を行うため、各可動軸の制御系の応答遅れなどに起因する誤差により、各可動軸のサーボ系応答が位置指令よりも遅れて移動する。直線のように指令経路の移動方向が変化しない場合には、各軸が遅れて移動しても、サーボ系応答の軌跡としては指令経路上から外れない。つまり、指令経路の接線方向に誤差が現れるが、指令経路の法線方向の誤差は現れない。一方、曲線やコーナ形状などのように指令経路の移動方向が変化する場合には、各軸のサーボ制御系の遅れにより、指令経路の法線方向に誤差が現れるようになる。以下では、サーボ系応答位置の位置指令に対する誤差のうち、指令経路の接線方向の成分を追従誤差、指令経路の法線方向の成分を軌跡誤差と呼ぶ。この軌跡誤差があると加工形状が本来の形状と一致しなくなるため、好ましくない。 When performing trajectory control, the actual trajectory may deviate from the commanded path due to a response delay of the control system of each movable axis. In the trajectory control, control is performed for each movable axis of the machine, and therefore, the servo system response of each movable axis moves behind the position command due to an error caused by the response delay of the control system of each movable axis. If the movement direction of the command path does not change as in a straight line, even if each axis moves with a delay, the locus of the servo system response does not deviate from the command path. That is, an error appears in the tangential direction of the command path, but no error in the normal direction of the command path appears. On the other hand, when the moving direction of the command path changes like a curve or a corner shape, an error appears in the normal direction of the command path due to the delay of the servo control system of each axis. In the following, among the errors with respect to the position command of the servo system response position, a component in the tangential direction of the command path is referred to as a tracking error, and a component in the normal direction of the command path is referred to as a locus error. If there is a locus error, the processed shape does not match the original shape, which is not preferable.
特許文献1には、数値制御工作機械において、原数値制御プログラムにおける移動指令を先読みして認識した工具先端の移動軌跡の形状に基づいて目標移動軌跡に対する誤差を一定値以下に抑えるための最適送り速度を演算するとともに、この速度で加工を行ったときの目標移動軌跡に対する誤差量を演算し、その誤差量を打ち消すような補正ベクトルに基づいてもとの移動指令を補正することが記載されている。これにより、特許文献1によれば、従来よりも大きな送り速度で加工しながら、従来と同等の加工精度を維持することができるので、加工精度を下げることなく加工時間の短縮を図ることができるとされている。
In
特許文献1に記載された技術では、補正ベクトルの方向が、移動方向に垂直な方向(法線方向)であり、補正ベクトルの長さが、法線方向加速度(速度の二乗を曲率半径で除した値)に所定の係数をかけた値になっている。すなわち、特許文献1に記載された技術では、原数値制御プログラムの移動指令(指令点)に基づいて補正を行うため、指令点間の経路における加速度が加減速の影響により変化する場合には対応できない可能性がある。
In the technique described in
例えば、指令経路の始点付近および終点付近や、指令経路上で指令送り速度が変化する指令点付近では、送り速度を急に変更すると制御対象である機械の許容加速度を越えてしまうため、送り速度を漸増または漸減する加減速を行う必要がある。特許文献1に記載の技術では、加減速を行う前の指令点に基づいて誤差量を演算して補正しており、さらに演算している誤差量は、送り速度が一定の状態(定常状態)での誤差量である。このため、加減速中のように送り速度が変化する状態(過渡状態)では、演算した誤差量が実際に生じる誤差量と異なり、補正を行った結果得られる応答軌跡がもとの指令経路と異なり、応答軌跡の形状にひずみが生じる傾向にある。
For example, near the start point and end point of the command path, or near the command point where the command feed speed changes on the command path, if the feed speed is changed suddenly, the allowable acceleration of the machine being controlled will be exceeded. It is necessary to perform acceleration / deceleration that gradually increases or decreases. In the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加減速の影響により送り速度が過渡的に変化するような場合でも軌跡誤差を抑制できる軌跡制御装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a trajectory control apparatus that can suppress trajectory errors even when the feed rate changes transiently due to the influence of acceleration and deceleration.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の1つの側面にかかる軌跡制御装置は、機械の可動部が複数の可動軸により駆動され、前記複数の可動軸を同時制御することにより前記可動部の軌跡を制御する軌跡制御装置であって、与えられた指令経路に対して補間・加減速を行う補間・加減速演算部と、前記補間・加減速された指令経路に応じて、前記複数の可動軸の位置指令を生成する軸分配部と、前記複数の可動軸の位置指令と前記補間・加減速された指令経路とに基づいて、軌跡誤差を補正するための補正ベクトルを演算する補正ベクトル演算部と、前記演算された補正ベクトルを用いて前記複数の可動軸の位置指令を補正する位置指令補正部と、前記複数の可動軸の位置が前記補正された複数の可動軸の位置指令に追従するように、前記複数の可動軸を同時制御するサーボ制御部とを備えたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a trajectory control device according to one aspect of the present invention is such that a movable part of a machine is driven by a plurality of movable shafts, and the plurality of movable shafts are simultaneously controlled. Is a trajectory control device for controlling the trajectory of the movable part according to the interpolation / acceleration / deceleration calculation unit for performing interpolation / acceleration / deceleration with respect to a given command path, and the command path subjected to the interpolation / acceleration / deceleration. A correction vector for correcting a trajectory error on the basis of the axis distribution unit that generates position commands for the plurality of movable axes, the position commands for the plurality of movable axes, and the interpolated / accelerated and decelerated command paths. A correction vector calculation unit for calculating, a position command correction unit for correcting position commands of the plurality of movable axes using the calculated correction vector, and a plurality of movable axes in which the positions of the plurality of movable shafts are corrected. Follow the position command of As, characterized in that a servo controller for simultaneously controlling the plurality of movable axes.
本発明によれば、補間・加減速された指令経路に基づいて補正ベクトルを演算するので、指令経路上における指令点の間で曲率や加速度が変化する場合においても、応答軌跡が指令経路に正確に追従するような補正を行うことができる。したがって、加減速の影響により送り速度が過渡的に変化するような場合でも軌跡誤差を抑制できる。 According to the present invention, the correction vector is calculated based on the command path that has been interpolated / accelerated, so that even when the curvature or acceleration changes between command points on the command path, the response trajectory is accurate to the command path. It is possible to perform correction so as to follow. Therefore, the trajectory error can be suppressed even when the feed rate changes transiently due to the influence of acceleration / deceleration.
以下に、本発明にかかる軌跡制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a trajectory control apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態.
実施の形態にかかる軌跡制御装置10について図1を用いて説明する。図1は、軌跡制御装置10の構成を示すブロック図である。
Embodiment.
A
機械の可動部が複数の可動軸により駆動される場合に、軌跡制御装置10は、複数の可動軸のモータを同時制御することによりその可動部の軌跡を制御する装置である。すなわち、軌跡制御装置10は、工作機械やレーザ加工機等の制御装置において、指令経路にかかわらず軌跡誤差を抑制し高速高精度加工を実現するための装置である。軌跡誤差は、指令経路に対して実際の応答軌跡がどれだけずれたかを示す誤差である。指令経路は、NCプログラム等の形式で機械の可動部の軌跡上の座標値として与えられる。また、指令された座標値間の補間方法(直線・円弧・スプライン等)および軌跡に沿った方向の移動速度すなわち送り速度も、NCプログラム等によって同時に与えられる。
When the movable portion of the machine is driven by a plurality of movable shafts, the
補間・加減速演算部1は、外部から指令経路を与えられる。補間・加減速演算部1は、指令された座標値間を指定された方法で補間するとともに、指令経路に沿って別途指定された所定の加速度または加減速時定数で加速および減速させる演算を行う。すなわち、補間・加減速演算部1は、与えられた指令経路に対して補間・加減速を行う。これにより、補間・加減速演算部1は、加減速後補間経路(すなわち、補間・加減速された指令経路)を演算して軸分配部3及び補正ベクトル演算部5へ供給する。
The interpolation / acceleration /
軸分配部3は、機械の可動部が加減速後補間経路を通るように、機械の各可動軸の位置指令を演算する。本実施の形態では第1軸及び第2軸の2つの可動軸があるものとし、軸分配部3は、加減速後補間経路に応じて、第1軸の位置指令及び第2軸の位置指令を生成して補正ベクトル演算部5及び位置指令補正部4へ供給する。
The axis distributor 3 calculates the position command of each movable axis of the machine so that the movable part of the machine passes through the interpolation path after acceleration / deceleration. In the present embodiment, it is assumed that there are two movable axes, the first axis and the second axis, and the axis distributor 3 determines the position command for the first axis and the position command for the second axis according to the post-acceleration / deceleration interpolation path. Is supplied to the correction
補正ベクトル演算部5は、加減速後補間経路を補間・加減速演算部1から受け、第1軸の位置指令及び第2軸の位置指令を軸分配部3から受ける。補正ベクトル演算部5は、加減速後補間経路と各可動軸の位置指令とに基づいて、応答軌跡の指令経路に対する軌跡誤差を補正するための補正ベクトルを演算して位置指令補正部4へ供給する。
The correction
位置指令補正部4は、第1軸の位置指令及び第2軸の位置指令を軸分配部3から受け、補正ベクトルを補正ベクトル演算部5から受ける。位置指令補正部4は、各可動軸の位置指令に、補正ベクトルの各可動軸方向の成分を加算する。すなわち、位置指令補正部4は、補正ベクトルを用いて各可動軸の位置指令を補正する。これにより、位置指令補正部4は、各可動軸の補正後位置指令を演算して、第1軸補正後位置指令及び第2軸補正後位置指令をそれぞれ第1軸サーボ制御部6及び第2軸サーボ制御部7へ出力する。
The position command correction unit 4 receives a position command for the first axis and a position command for the second axis from the axis distribution unit 3, and receives a correction vector from the correction
第1軸サーボ制御部6は、第1軸の位置が第1軸補正後位置指令に追従するように、第1軸のモータ駆動トルクを生成して第1軸のモータへ出力する。すなわち、第1軸サーボ制御部6は、第1軸の位置が第1軸補正後位置指令に追従するように、第1軸のモータを制御する。 The first axis servo control unit 6 generates a motor driving torque for the first axis so that the position of the first axis follows the first axis corrected position command, and outputs the generated motor driving torque to the first axis motor. That is, the first axis servo controller 6 controls the first axis motor so that the position of the first axis follows the first axis corrected position command.
第2軸サーボ制御部7は、第2軸の位置が第2軸補正後位置指令に追従するように、第2軸のモータ駆動トルクを生成して第2軸のモータへ出力する。すなわち、第2軸サーボ制御部7は、第2軸の位置が第2軸補正後位置指令に追従するように、第2軸のモータを制御する。
The second axis
第1軸サーボ制御部6および第2軸サーボ制御部7は同様の構成を有しており、そのブロック図を図2に示す。すなわち、第1軸サーボ制御部6および第2軸サーボ制御部7に相当するサーボ制御部11は、次のような構成要素を有する。
The first axis servo control unit 6 and the second axis
サーボ制御部11へ入力された補正後位置指令は、減算器20でモデル位置が減算され、モデルゲイン乗算器21で第1のモデルゲインK1が乗算され、減算器22でモデル速度が減算され、さらにモデルゲイン乗算器23で第2のモデルゲインK2が乗算されてモデル加速度が生成され乗算器30へ出力される。また、積分器24でモデル加速度が積分されてモデル速度が生成され減算器22、積分器25、及び加減算器28へ出力される。積分器25でモデル速度が積分されてモデル位置が生成され減算器20及び減算器26へ出力される。補正後位置指令が入力され、モデル位置・モデル速度・モデル加速度が出力されるブロックを規範モデル12と呼ぶ。
The corrected position command input to the servo control unit 11 is subtracted from the model position by the
減算器26でモデル位置からモータ位置信号が減算されて位置誤差が生成され位置制御器27へ出力される。位置制御器27では位置誤差に対して比例制御等の制御が行われその結果が加減算器28へ出力される。加減算器28において位置制御器27からの出力にモデル速度が加算され、さらにモータ速度信号が減算されて速度誤差が生成され速度制御器29へ出力される。速度制御器29では速度誤差に対して比例・積分制御等の制御が行われその結果が加算器31へ出力される。乗算器30で、モデル加速度に制御対象のイナーシャに相当する値を乗算してモデルトルクが演算され加算器31へ出力される。加算器31で速度制御器29からの出力にモデルトルクが加算されてモータトルク信号が生成され、モータ駆動トルクとしてモータ32へ出力される。モータ32および負荷33を含む機械系13は、モータ駆動トルクにより駆動される。また、エンコーダ(図示せず)等によりモータ速度信号とモータ位置信号とが取得されサーボ制御部11へ出力される。
A motor position signal is subtracted from the model position by the
このサーボ制御部11は、規範モデル12を用いた2自由度制御器であり、指令に対する追従性と外乱に対する応答性とを独立して設計することができる。位置指令に対するモータ位置の追従性は、第1のモデルゲインK1および第2のモデルゲインK2で決まり、外乱に対するモータ位置の応答性は、位置制御器27および速度制御器29の設計で決まる。したがって、モータ位置の応答は、実際の制御対象(機械系13)の特性にかかわらず、規範モデル12の出力であるモデル位置に追従するように制御される。
The servo control unit 11 is a two-degree-of-freedom controller using the
つぎに、各部の演算の詳細について説明する。補間・加減速演算部1は、指令された座標値間を指定された方法で補間し、さらに加減速演算を行って、指令経路上における補間周期ごとの指令位置を演算する。補間の方法には、直線補間・円弧補間・スプライン補間などがある。補間周期は、軌跡制御装置の仕様として定められた一定の周期であり、一般には数ms以下の短い周期を用いる。補間周期が短いほうが、精度の高い軌跡制御が可能となるが、演算に用いるプロセッサ等の処理負荷が大きくなる。補間・加減速の結果得られた補間周期ごとの点を加減速後補間点と呼び、加減速後補間点により形成される経路を加減速後補間経路と呼ぶ。加減速演算は、指令加速度が機械の各可動軸の許容加速度を超えて過大となるのを防ぐためのものであり、速度の変化が別途パラメータ等で指定された加速度以下になるように補間経路上の補間点を演算しなおすものである。すなわち、始点から終点までを移動する場合において、始点直後は速度が漸増するように補間点間の間隔を短くし、終点直後では速度が漸減するように補間点間の間隔を短くするものである。この加減速演算の詳細を、図3に示す例を用いて説明する。
Next, details of the calculation of each unit will be described. The interpolation / acceleration /
図3(a)に示すように、始点P1=(R,0)から終点P2=(0,R)まで反時計回りに円弧補間を行う場合について考える。まず、始点P1から、任意の時刻tにおける経路上の点P(t)までの指令経路に沿った距離をq(t)とする。始点から終点までの移動長さをLとすると、L=πR/2となる。次に、q(t)の時間微分を接線方向速度q’(t)として、q’(t)の加減速パターンを図3(b)のように定める。これは、高さが指令送り速度F、面積が始点から終点までの移動長さLとなる台形状のパターンであり、加速部および減速部の傾きは、別途パラメータ等で指定された加速度となるように定めるものである。ここでは、加速および減速は直線状に行っているが、S字状にして機械の動きをさらになめらかにする場合もある。接線方向速度q’(t)を時間積分することにより加減速後の移動長さq(t)が求まる。Δtを補間周期として、t=NΔt(Nは正の整数)における加減速後移動長さq(NΔt)を求め、始点位置P1から指令経路に沿って長さq(NΔt)進んだ点が、N番目の加減速後補間点となる。加減速後補間点から形成される加減速後補間経路は、図3(c)のようになる。加減速後補間経路の情報としては、加減速後移動長さq(t)、補間の種類(直線補間・円弧補間・スプライン補間など)、補間に必要なパラメータ(始点位置、終点位置、その他の形状パラメータ)が含まれる。その他の形状パラメータとしては、円弧補間の場合は中心位置と半径、スプライン補間の場合はスプライン関数の係数といったパラメータがある。 Consider a case where circular interpolation is performed counterclockwise from the start point P1 = (R, 0) to the end point P2 = (0, R) as shown in FIG. First, let q (t) be the distance along the command path from the start point P1 to the point P (t) on the path at an arbitrary time t. If the movement length from the start point to the end point is L, L = πR / 2. Next, an acceleration / deceleration pattern of q ′ (t) is determined as shown in FIG. 3B with the time derivative of q (t) as a tangential velocity q ′ (t). This is a trapezoidal pattern in which the height is the command feed speed F and the area is the movement length L from the start point to the end point, and the inclinations of the acceleration unit and the deceleration unit are accelerations separately specified by parameters or the like. It is determined as follows. Here, acceleration and deceleration are performed in a straight line, but there are also cases where the movement of the machine is further smoothed by using an S shape. The movement length q (t) after acceleration / deceleration is obtained by time-integrating the tangential speed q '(t). Using Δt as an interpolation cycle, a post-acceleration / deceleration movement length q (NΔt) at t = NΔt (N is a positive integer) is obtained, and a point advanced by a length q (NΔt) from the start point position P1 along the command path is It becomes the interpolation point after the Nth acceleration / deceleration. The post-acceleration / deceleration interpolation path formed from the post-acceleration / deceleration interpolation points is as shown in FIG. The post-acceleration / deceleration interpolation path information includes post-acceleration / deceleration movement length q (t), interpolation type (linear interpolation, circular interpolation, spline interpolation, etc.), parameters required for interpolation (start point position, end point position, etc. Shape parameters). As other shape parameters, there are parameters such as a center position and a radius in the case of circular interpolation, and a coefficient of a spline function in the case of spline interpolation.
軸分配部3では、加減速後補間経路上における加減速後補間点の各軸の座標値を求める。図3に示す例の場合、指令円弧経路上における補間点の始点からの偏角θは、移動長さq(t)を指令半径Rで除した値である(θ=q(t)/R)ため、第1軸の位置指令xc1(t)および第2軸の位置指令xc2(t)を成分にもつ位置指令ベクトルxc(t)は次式で表される。
補正ベクトル演算部5では、各軸の位置指令と、加減速演算で得られた接線方向速度の変化とに応じて、サーボ系応答軌跡の指令経路に対する軌跡誤差ベクトルを演算し、その軌跡誤差ベクトルを打ち消すように補正ベクトルを演算する。軌跡誤差ベクトルは、指令経路の進行方向に垂直な方向に、指令加速度の法線方向成分の大きさに比例して生じる性質がある。この比例係数kは、指令加速度と軌跡誤差量との関係を実測して求める方法のほか、円弧指令時の定常状態における軌跡誤差量の理論値と法線方向加速度との比を解析的に求める方法により設定する。後者の方法では、まず円弧指令時の軌跡誤差量を、指令半径からサーボ系の周波数応答伝達関数の絶対値に指令半径を乗じた値を引くことにより求め、この軌跡誤差量を指令加速度で除することにより求める。
The correction
式で表すと、下記の式(2)のようになる。半径R、各速度ωの円弧指令時の場合、軌跡誤差量の指令加速度に対する比例係数kは、サーボ系の伝達関数G(s)を用いて下記の式(2)で与えられる。
第2のモデルゲインK2が第1のモデルゲインK1の4倍である場合、すなわちK2=4×K1である場合の、軌跡誤差量の指令加速度に対する比例係数kを求めると、次の式(4)のようになる。
送り速度が変化しない場合は、この軌跡誤差ベクトルを打ち消すために、軌跡誤差ベクトルの符号を反転させたベクトルを補正ベクトルとして演算すればよい。この軌跡誤差ベクトルを第1の補正ベクトルc1とし、次の式(7)で表す。
一方、送り速度が変化する場合には、補正ベクトルの長さが理想的な長さと異なってくる。このずれは、接線方向速度の変化率すなわち接線方向加速度に概ね比例する性質がある。そこで、補間・加減速演算部1で演算した接線方向速度q’(t)を微分して接線方向加速度q’’(t)=d2q/dt2を求め、長さがこの接線方向加速度に比例し、方向が第1の補正ベクトルと一致するような第2の補正ベクトルを求める。第2の補正ベクトルを式で表すと、次の式(8)のようになる。
また、位置指令補正部4においては、加減速後補間経路の形状が直線である場合には、補正ベクトルを0とする。すなわち、補間の種類が直線補間であり、移動長さが十分長い場合には、補正ベクトルを0とする。これは、直線部分で加減速する場合には、本来軌跡誤差が生じないため、接線方向加速度に比例する補正量を加算すると逆に軌跡誤差が生じてしまうためである。また、補間や加減速演算の丸め誤差などの影響で、実際には法線方向加速度が0の場合であっても法線方向加速度が0でないと判定され、第2の補正ベクトルが加算されてしまい補正が過剰となる可能性があるが、もとの経路情報を利用することで過剰な補正を防ぐことができ、より正確に補正を行うことができる。 In the position command correction unit 4, the correction vector is set to 0 when the post-acceleration / deceleration interpolation path shape is a straight line. That is, when the type of interpolation is linear interpolation and the movement length is sufficiently long, the correction vector is set to zero. This is because, when accelerating / decelerating in the straight line portion, a trajectory error does not naturally occur, and therefore a trajectory error occurs conversely when a correction amount proportional to the tangential acceleration is added. Also, due to the influence of rounding errors in interpolation and acceleration / deceleration calculations, even if the normal acceleration is actually 0, it is determined that the normal acceleration is not 0, and the second correction vector is added. Although there is a possibility that the correction becomes excessive, it is possible to prevent the excessive correction by using the original route information, and it is possible to perform the correction more accurately.
位置指令補正部4では、第1軸位置指令および第2軸位置指令に、補正ベクトルの第1軸成分と第2軸成分をそれぞれ加算することで、第1軸補正後位置指令と第2軸補正後位置指令とをそれぞれ演算する。 The position command correction unit 4 adds the first axis component and the second axis component of the correction vector to the first axis position command and the second axis position command, respectively, so that the first axis corrected position command and the second axis component are added. The corrected position command is calculated.
次に、本実施の形態による効果を、数値シミュレーションの結果を用いて説明する。 Next, the effect by this Embodiment is demonstrated using the result of a numerical simulation.
半径5mm、送り速度6m/min(=0.1m/s)の反時計回りの円弧指令を与えた場合の応答軌跡をシミュレーションにより求める。接線方向加速度は2m/s2とし、サーボ制御部11の規範モデルゲインK1は100rad/sとした。図4(a)はその際の接線方向速度の時間波形を示し、図4(b)は接線方向加速度の時間波形を示す。接線方向加速度は、図4(b)に示すように、始点付近の加速中は正の値、中間付近の定常状態では0、終点付近の減速中は負の値となる。 A response locus when a counterclockwise arc command having a radius of 5 mm and a feed speed of 6 m / min (= 0.1 m / s) is given is obtained by simulation. The tangential acceleration was 2 m / s 2, and the normative model gain K 1 of the servo control unit 11 was 100 rad / s. FIG. 4A shows a time waveform of the tangential velocity at that time, and FIG. 4B shows a time waveform of the tangential acceleration. As shown in FIG. 4B, the tangential acceleration has a positive value during acceleration near the start point, 0 in a steady state near the middle, and a negative value during deceleration near the end point.
図6は、比較例の方法で補正を行った場合の応答軌跡である。この比較例では、加減速を行う前の指令位置に対して軌跡誤差を打ち消すような補正量を加算して指令位置の補正を行った後に、補間・加減速を行っている。半径方向に軌跡誤差を拡大してプロットしており、1目盛りが10μmの軌跡誤差に相当する。始点付近・終点付近を除いた定常状態における軌跡誤差はほぼ0となっているが、始点・終点付近では40μmの軌跡誤差が生じている。 FIG. 6 is a response trajectory when correction is performed by the method of the comparative example. In this comparative example, interpolation / acceleration / deceleration is performed after correcting the command position by adding a correction amount that cancels the locus error to the command position before acceleration / deceleration. The locus error is enlarged and plotted in the radial direction, and one scale corresponds to a locus error of 10 μm. The trajectory error in the steady state excluding the vicinity of the start point and the end point is almost zero, but a trajectory error of 40 μm is generated near the start point and the end point.
一方、図5は、本実施の形態で補正を行った場合の応答軌跡を示している。ここでは、接線方向加速度に対する係数αは、加速時は3×10−6、減速時は2×10−6とした。図6より、始点・終点付近の軌跡誤差が5μm程度に抑制されていることがわかる。 On the other hand, FIG. 5 shows a response trajectory when correction is performed in the present embodiment. Here, the coefficient α for the tangential acceleration is 3 × 10 −6 during acceleration and 2 × 10 −6 during deceleration. From FIG. 6, it can be seen that the trajectory error in the vicinity of the start point / end point is suppressed to about 5 μm.
以上のように、実施の形態では、補間・加減速演算部1が指令経路に対して補間・加減速を行い、補正ベクトル演算部5が、補間・加減速された指令経路(加減速後補間経路)に基づいて補正ベクトルを演算する。これにより、指令経路上における指令点の間で曲率や加速度が変化する場合においても、応答軌跡が指令経路に正確に追従するような補正を行うことができる。したがって、加減速の影響により送り速度が過渡的に変化するような場合でも軌跡誤差を抑制できる。
As described above, in the embodiment, the interpolation / acceleration /
また、実施の形態では、補正ベクトル演算部5が、第1軸位置指令及び第2軸位置指令と、加減速後補間経路における接線方向の移動量の変化とに基づいて、軌跡誤差ベクトルを演算し、その軌跡誤差ベクトルを打ち消すように第1の補正ベクトルを演算し、第1の補正ベクトルを用いて補正ベクトルを演算する。これにより、指令経路上における指令点の間で曲率や加速度が変化する場合においても、軌跡誤差を打ち消すように補正を行うことができ、応答軌跡が指令経路に正確に追従するような補正を行うことができる。
In the embodiment, the correction
また、実施の形態では、補正ベクトル演算部5が、第1の補正ベクトルに加えて、第1の補正ベクトルと同じ方向を有するとともに加減速後補間経路における接線方向加速度に所定係数を乗じた長さを有する第2の補正ベクトルを演算し、第1の補正ベクトルと第2の補正ベクトルとを加算することで補正ベクトルを演算する。このため、加減速により送り速度が変化する場合にも、応答軌跡が指令経路により正確に追従するような補正を行うことができる。
In the embodiment, in addition to the first correction vector, the correction
また、実施の形態では、第2の補正ベクトルの長さを接線方向加速度の所定係数倍とする。これにより、加減速部分においてもより正確に補正を行うことができ、軌跡に生じるひずみを抑制することができる。 In the embodiment, the length of the second correction vector is set to a predetermined coefficient times the tangential acceleration. Thereby, it is possible to correct more accurately in the acceleration / deceleration portion, and it is possible to suppress distortion generated in the locus.
さらに、実施の形態では、第2の補正ベクトルの演算時に、加速時と減速時とで接線方向加速度に乗ずる係数を変える。これにより、加減時と減速時とでサーボ系の特性によって軌跡のひずみ方が異なる場合にも、正確に補正を行うことができる。 Furthermore, in the embodiment, when calculating the second correction vector, the coefficient by which the tangential acceleration is multiplied is changed between acceleration and deceleration. As a result, even when the method of distortion of the trajectory differs depending on the characteristics of the servo system during adjustment and deceleration, correct correction can be performed.
また、直線部分で加減速する場合には、本来軌跡誤差が生じないため、接線方向加速度に比例する補正量を加算すると逆に軌跡誤差が生じてしまうが、実施の形態では、このような場合には補正を行わないようにする。すなわち、位置指令補正部4は、補間・加減速された指令経路(加減速後補間経路)に基づいて、指令経路が曲線か直線かを判断し、直線と判断した場合に補正ベクトルを0とする。これにより、直線部分においても軌跡精度を保つことができる。また、補間や加減速演算の丸め誤差などの影響で、第2の補正ベクトルが過剰に出力される可能性があるが、もとの経路情報を利用することで第2の補正ベクトルが過剰となるのを防ぎ、より正確に補正を行うことができる。 In addition, when accelerating / decelerating in a straight line portion, a trajectory error is not originally generated, so adding a correction amount proportional to the tangential acceleration results in a trajectory error. In the embodiment, in this case, Do not make any corrections. That is, the position command correction unit 4 determines whether the command path is a curve or a straight line based on the interpolated / accelerated / decelerated command path (interpolated path after acceleration / deceleration). To do. Thereby, the trajectory accuracy can be maintained even in the straight line portion. Further, the second correction vector may be output excessively due to the influence of rounding error of interpolation or acceleration / deceleration calculation, but the second correction vector becomes excessive by using the original path information. Can be corrected, and correction can be performed more accurately.
なお、実施の形態では、可動軸の数が2(第1軸及び第2軸)としていたが、可動軸の数が3以上の場合であってもよい。サーボ系応答軌跡ベクトル、誤差ベクトル、補正ベクトルを2次元ではなく3以上の次元のベクトルとすることで、同様の補正を行うことができる。 In the embodiment, the number of movable axes is two (first axis and second axis), but the number of movable axes may be three or more. Similar correction can be performed by setting the servo system response trajectory vector, error vector, and correction vector to vectors of three or more dimensions instead of two dimensions.
また、本実施の形態では、軌跡誤差ベクトルを法線方向指令加速度から演算したが、応答軌跡をシミュレーションにより求め、指令経路との間のずれから軌跡誤差を求めるようにしてもよい。このようにすることで、プロセッサの演算負荷は必要となるものの、より正確に軌跡誤差ベクトルを求めることが可能となる。 In this embodiment, the trajectory error vector is calculated from the normal direction command acceleration. However, the response trajectory may be obtained by simulation, and the trajectory error may be obtained from a deviation from the command path. By doing so, although the calculation load of the processor is required, it is possible to obtain the trajectory error vector more accurately.
以上のように、本発明にかかる軌跡制御装置は、工作機械やレーザ加工機等の機械の稼動部の軌跡を制御することに有用である。 As described above, the trajectory control device according to the present invention is useful for controlling the trajectory of an operating part of a machine such as a machine tool or a laser processing machine.
1 補間・加減速演算部
3 軸分配部
4 位置指令補正部
5 補正ベクトル演算部
6 第1軸サーボ制御部
7 第2軸サーボ制御部
10 軌跡制御装置
11 サーボ制御部
12 規範モデル
13 機械系
20 減算器
21 モデルゲイン乗算器
22 減算器
23 モデルゲイン乗算器
24 積分器
25 積分器
26 減算器
27 位置制御器
28 加減算器
29 速度制御器
30 乗算器
31 加算器
32 モータ
33 負荷
DESCRIPTION OF
Claims (5)
与えられた指令経路に対して補間・加減速を行う補間・加減速演算部と、
前記補間・加減速された指令経路に応じて、前記複数の可動軸の位置指令を生成する軸分配部と、
前記複数の可動軸の位置指令と前記補間・加減速された指令経路とに基づいて、軌跡誤差を補正するための補正ベクトルを演算する補正ベクトル演算部と、
前記演算された補正ベクトルを用いて前記複数の可動軸の位置指令を補正する位置指令補正部と、
前記複数の可動軸の位置が前記補正された複数の可動軸の位置指令に追従するように、前記複数の可動軸を同時制御するサーボ制御部と、
を備えたことを特徴とする軌跡制御装置。 A trajectory control device for controlling a trajectory of the movable part by driving a movable part of a machine by a plurality of movable axes and simultaneously controlling the plurality of movable axes,
An interpolation / acceleration / deceleration calculation unit that performs interpolation / acceleration / deceleration for a given command path;
An axis distributor that generates position commands for the plurality of movable axes according to the interpolated / accelerated and decelerated command paths;
A correction vector calculation unit for calculating a correction vector for correcting a trajectory error based on the position commands of the plurality of movable axes and the command path subjected to the interpolation / acceleration and deceleration;
A position command correction unit that corrects position commands of the plurality of movable axes using the calculated correction vector;
A servo control unit that simultaneously controls the plurality of movable axes such that the positions of the plurality of movable axes follow the corrected position commands of the plurality of movable axes;
A trajectory control device characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の軌跡制御装置。 The correction vector calculation unit calculates a trajectory error vector based on a position command of the plurality of movable axes and a change in a tangential movement amount in the interpolated / accelerated / decelerated command path, and the trajectory error vector The trajectory control device according to claim 1, wherein a first correction vector is calculated so as to cancel and the correction vector is calculated using the first correction vector.
ことを特徴とする請求項2に記載の軌跡制御装置。 The correction vector calculation unit adds a second correction vector having the same direction as the first correction vector and a length obtained by multiplying a tangential acceleration by a predetermined coefficient to the first correction vector, The trajectory control device according to claim 2, wherein the correction vector is calculated.
ことを特徴とする請求項3に記載の軌跡制御装置。 The trajectory control device according to claim 3, wherein the predetermined coefficient has different values between acceleration and deceleration.
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の軌跡制御装置。 The position command correction unit determines whether the command path is a curve or a straight line based on the interpolated / accelerated / decelerated command path, and sets the correction vector to 0 when it is determined to be a straight line. Item 5. The trajectory control device according to any one of Items 1 to 4.
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