JP2020027366A - Motor controller - Google Patents

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Abstract

To provide a motor controller adapted to operate a control object part such as a machine tip point according to a command by optimizing a parameter of a machine model.SOLUTION: A motor controller optimizes a parameter of a machine model using an acceleration signal detected by attaching an acceleration sensor for detecting an acceleration signal on a machine tip point and an output signal of a machine model from a control input to a machine tip point. The acceleration signal and a machine-model output signal are FFT-operated to extract a peak frequency and amplitude of a power spectrum and update/optimize the resonance frequency and gain of the machine model. By designing a feedforward compensator using the optimized parameter, feed-forward control is enabled corresponding to a characteristic variation of a control object such as aging or tool exchange, allowing a position command and a machine tip point position to follow up.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、モータで機械を制御する制御装置に関する。   The present invention relates to a control device that controls a machine with a motor.

工作機械における、サーボモータで駆動される被駆動体の制御には、位置フィードバック制御や速度フィードバック制御が用いられており、被駆動体の位置と速度が位置指令と速度指令に追従するように制御している。   Position feedback control and speed feedback control are used to control the driven body driven by the servo motor in the machine tool, and the position and speed of the driven body are controlled so as to follow the position command and the speed command. are doing.

工作機械における、サーボモータで駆動される被駆動体と、工具などが取り付けられる機械先端点の動作は基本的に一致する。そのため、サーボモータに取り付けられたエンコーダにより検出されるモータ位置、速度が指令値と一致するように制御することで、機械先端点が指令に追従した動作を実現できる。   In a machine tool, the operation of a driven body driven by a servomotor and the operation of a machine tip point to which a tool or the like is attached basically match. Therefore, by controlling the motor position and the speed detected by the encoder attached to the servomotor so as to match the command value, the operation in which the machine tip point follows the command can be realized.

しかし、モータと機械先端点の間の機械剛性が低い場合や、高加速度による加工動作の場合などにおいては、モータには見られない共振周波数における機械共振が、機械先端点のみで発生するといった、モータと機械先端点の動作が一致しないことがある。   However, when the mechanical rigidity between the motor and the machine tip point is low, or in the case of machining operation with high acceleration, mechanical resonance at a resonance frequency not found in the motor occurs only at the machine tip point. The operation of the motor and the tip of the machine may not match.

上記課題を解決するため、下記特許文献1記載の制御システムでは、機械先端点の加速度信号を加速度センサにより検出し、積分処理してフィードバックする加速度フィードバック制御が用いられている。しかし、この技術では、加速度センサにより検出される機械先端点加速度信号を積分処理する際に、信号に含まれるDCオフセット量を積算してしまうことから演算結果に誤差が生じてしまう。   In order to solve the above problem, in a control system described in Patent Document 1 below, acceleration feedback control is used in which an acceleration signal of a machine tip point is detected by an acceleration sensor, integrated, and fed back. However, in this technique, when integrating the machine tip point acceleration signal detected by the acceleration sensor, the DC offset amount included in the signal is integrated, so that an error occurs in the calculation result.

また、下記特許文献2記載の制御システムでは、加工動作に先立ち、正弦波指令値を制御対象に入力することで、制御対象の周波数特性を取得し、その逆特性を伝達関数表現したフィルタに指令値を入力することで、工具等の機械先端点の軌跡制御の指令信号を生成している。しかし、この技術は、加工動作の前に、正弦波指令値を制御対象に入力して、制御対象の周波数特性を取得する必要がある、経年変化などの制御対象の特性変動に対応できないという課題もある。   Further, in the control system described in Patent Document 2 below, prior to the machining operation, a sine wave command value is input to the control target to obtain the frequency characteristic of the control target, and the inverse characteristic is transmitted to a filter expressing a transfer function by a transfer function. By inputting a value, a command signal for trajectory control of a tip of a machine such as a tool is generated. However, this technology needs to input a sine wave command value to the control target before the machining operation to acquire the frequency characteristics of the control target, and cannot respond to the characteristic fluctuation of the control target such as aging. There is also.

さらに、下記特許文献3記載の制御システムでは、実機を伝達関数でモデル化し、実際の出力とモデルの出力を比較して、モデルのパラメータを最小二乗法により同定して、同定したパラメータと伝達関数モデルを用いたフィードフォワード制御により、位置決め精度の向上を図っている。しかし、この技術では、モデル次数により同定するパラメータ数が決まる。そのため、モデル次数が高いと、パラメータ数が増え、処理演算量も増加するが、実機とよく一致したモデルが得られる。一方、モデル次数が低いと、パラメータ数は減り、処理演算量も減少するが、モデルと実機が一致せず、加工精度の向上が見込めない。そのため、モデル次数を決める際には、処理演算量と加工精度のトレードオフを考慮する必要があるため、モデル次数決定が容易でないという課題がある。   Further, in the control system described in Patent Document 3 below, a real machine is modeled by a transfer function, an actual output is compared with an output of the model, parameters of the model are identified by a least square method, and the identified parameter and the transfer function are identified. Positioning accuracy is improved by feedforward control using a model. However, in this technique, the number of parameters to be identified is determined by the model order. Therefore, when the model order is high, the number of parameters increases and the amount of processing calculation also increases, but a model that matches well with the actual machine can be obtained. On the other hand, when the model order is low, the number of parameters decreases and the amount of processing calculation also decreases, but the model does not match the actual machine, and improvement in machining accuracy cannot be expected. For this reason, when determining the model order, it is necessary to consider a trade-off between the amount of processing operation and the processing accuracy.

特許第5648870号Patent No. 5648870 特開2010−186461号公報JP 2010-186461 A 特開2003−272328号公報JP 2003-272328 A

本発明は、機械の制御に用いる機械モデルの最適化と演算処理量低減とを両立させる新たな手法を開発することを目的とする。   An object of the present invention is to develop a new method for achieving both optimization of a machine model used for controlling a machine and reduction in the amount of computation.

本発明のモータ制御装置は、位置指令に応じてモータを駆動させて機械の制御対象部位を制御する制御部と、前記制御対象部位の加速度を検出する加速度検出部と、前記位置指令が与えられた場合における前記制御対象部位までの伝達関数で表現した機械モデルと、前記加速度検出部で検出される前記制御対象部位の加速度を周波数分析する制御対象周波数解析部と、前記位置指令が与えられた場合に前記機械モデルにより得られる前記制御対象部位の加速度を周波数分析する機械モデル周波数解析部と、前記2つの周波数解析部による周波数解析結果に基づいて、前記機械モデルのパラメータを更新して最適化するパラメータ更新部と、を備え、前記制御部は、前記機械モデルのパラメータに基づいて前記制御対象部位を制御しており、前記パラメータ更新部は、さらに、前記機械モデルのパラメータの更新に対応して、前記制御部のパラメータを更新する、ことを特徴とする。   The motor control device of the present invention is a control unit that drives a motor according to a position command to control a control target portion of a machine, an acceleration detection unit that detects acceleration of the control target portion, and the position command is given. A mechanical model represented by a transfer function up to the control target part in the case where the control target frequency analysis unit performs frequency analysis of the acceleration of the control target part detected by the acceleration detection unit, and the position command is given. In the case, a machine model frequency analysis unit for frequency-analyzing the acceleration of the control target part obtained by the machine model, and a parameter of the machine model is updated and optimized based on a frequency analysis result by the two frequency analysis units. And a parameter updating unit that controls the control target part based on the parameters of the machine model. Parameter updating unit further corresponding to the updating of the parameters of the machine model, and updates the parameters of the control unit, characterized in that.

本発明によれば、機械モデルの最適化を少ない演算量で実施することができ、機械の制御の高精度化と迅速な制御とを両立させることが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, optimization of a machine model can be implemented with a small amount of calculation, and it is possible to achieve both high-precision machine control and quick control.

本発明の第1の実施形態の位置決め装置の制御装置ブロック図である。FIG. 2 is a control device block diagram of the positioning device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における制御装置の詳細ブロック図である。FIG. 2 is a detailed block diagram of a control device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における機械モデル最適化手順のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the machine model optimization procedure in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態の位置決め装置の制御装置ブロック図である。It is a control device block diagram of a positioning device of a 2nd embodiment of the present invention.

以下に、本発明の実施形態につき図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明の第1の実施形態の位置決め装置の制御装置のブロック図を図1に示した。図1に示すように、本実施形態では、被加工物と加工する工具などが取り付けられる機械先端点6に加速度検出部7と、モータ4に位置検出部5を設置し、位置検出部5により検出される位置信号に基づいて、機械先端点6である工具先などのずれを補正し、指令に追従させる制御をするものである。   FIG. 1 is a block diagram of a control device of the positioning device according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, an acceleration detection unit 7 is installed at a machine tip point 6 where a workpiece and a tool to be machined are attached, and a position detection unit 5 is installed on a motor 4. Based on the detected position signal, the displacement of the tool tip, which is the machine tip point 6, is corrected, and control is performed to follow the command.

図1のモータ制御装置の制御対象8において、被駆動体を駆動するモータ4には、モータ回転数から被駆動体の移動量を検出する位置検出部5が取り付けられており、機械先端点6には、機械先端点6の加速度を検出する加速度検出部7が取り付けられている。位置検出部5にはエンコーダ、加速度検出部7には、加速度センサがそれぞれ用いられる。   In the control target 8 of the motor control device shown in FIG. 1, the motor 4 for driving the driven body is provided with a position detecting unit 5 for detecting the moving amount of the driven body from the number of rotations of the motor. Is provided with an acceleration detection unit 7 for detecting the acceleration of the machine tip point 6. An encoder is used for the position detection unit 5 and an acceleration sensor is used for the acceleration detection unit 7, respectively.

図1のモータ制御装置は、位置制御部1と速度制御部2を含む制御部を備え、モータの位置、速度を制御することで、モータ4と機械先端点6の制御を行う制御装置である。また、制御入力τから機械先端点加速度αまでを伝達関数で表現する機械モデル9を備え、加速度検出部7により検出される機械先端点加速度αをFFT演算し、パワースペクトルを算出し、ピーク周波数と振幅を抽出する制御対象周波数解析部10と、機械モデル9に位置指令Prを入力することで生成される機械モデル出力yをFFT演算し、パワースペクトルを算出し、ピーク周波数と振幅を抽出する機械モデル周波数解析部11と、制御対象周波数解析部10と機械モデル周波数解析部11により抽出されるピーク周波数と振幅から変化率を算出し、機械モデル9の共振周波数とゲインを条件に応じて更新し、機械モデル及び制御部に反映させるパラメータ更新部16とを備えている。 The motor control device in FIG. 1 includes a control unit including a position control unit 1 and a speed control unit 2, and controls the motor 4 and the machine end point 6 by controlling the position and speed of the motor. . Further, a machine model 9 that expresses from the control input τ to the machine tip point acceleration α L by a transfer function is provided, and the machine tip point acceleration α L detected by the acceleration detection unit 7 is subjected to FFT calculation to calculate a power spectrum. a control target frequency analysis unit 10 for extracting a peak frequency and amplitude, and FFT computing machinery model output y m generated by inputting the position command Pr on the machine model 9 calculates the power spectrum, peak frequency and amplitude , A change rate is calculated from the peak frequency and the amplitude extracted by the control target frequency analysis unit 10 and the machine model frequency analysis unit 11, and the resonance frequency and the gain of the machine model 9 are used as conditions. And a parameter updating unit 16 that updates the parameters according to the machine model and the control unit.

一般的に用いられるモータ位置決め装置は、モータと負荷を弾性軸で結合した2慣性系として扱うことができる。そこで、図1中の制御対象8は、図2に示すブロック図で表現できる。図2において、Jは慣性モーメント、θは回転角度、τは制御入力、Kはばね係数、Kはトルク定数、Dは粘性係数、添字Mはモータ、Lは負荷(機械先端点)を示す。 A commonly used motor positioning device can be treated as a two inertial system in which a motor and a load are connected by an elastic shaft. Thus, the control target 8 in FIG. 1 can be represented by a block diagram shown in FIG. In FIG. 2, J is the moment of inertia, theta is angle of rotation, tau is the control input, K s is the spring coefficient, K t is a torque constant, D is a viscosity coefficient, subscript M is the motor, L is load (machine effecting end) Show.

図1の本発明の第1の実施形態のモータ制御装置において、第1加減算部12は、位置指令Prから、位置検出部5により検出されるモータ位置θを減算して偏差を算出する。この偏差に位置制御部1の伝達関数Cp(s)を乗算して速度指令Vrを算出し、第2加減算部13に出力する。 The motor control apparatus of the first embodiment of the present invention in FIG. 1, the first subtraction unit 12, from the position command Pr, calculates the deviation by subtracting the motor position theta M detected by the position detection unit 5. The speed command Vr is calculated by multiplying the deviation by the transfer function Cp (s) of the position control unit 1 and output to the second addition / subtraction unit 13.

第2加減算部13は、位置制御部1から入力された速度指令Vrから、位置検出部5より検出されるモータ位置θを速度計算部3の微分器にて微分処理することで得られるモータ速度ωを減算して偏差を算出する。この偏差に速度制御部2の伝達関数Cv(s)を乗算して制御入力τを算出し、制御対象8に出力する。 The second subtraction unit 13 is obtained by the speed command Vr input from the position controller 1, for differential processing of the motor position theta M is detected from the position detecting unit 5 at a rate calculating unit 3 of the differentiator motor to calculate the deviation by subtracting the speed ω M. The deviation is multiplied by the transfer function Cv (s) of the speed control unit 2 to calculate a control input τ, which is output to the control target 8.

本発明の第1の実施形態において、図2の制御対象8の詳細ブロック図より、制御入力τから機械先端点位置θまでの伝達関数は式(1)、制御入力τからモータ位置θまでの伝達関数は式(2)、モータ位置θから機械先端点位置θまでの伝達関数は式(3)で表現できる。
In a first embodiment of the present invention, more detailed block diagram of the controlled object 8 in FIG. 2, the transfer function from the control input τ to machine effecting end position theta L has the formula (1), the motor position theta M from the control input τ the transfer function to the formula (2), the transfer function from the motor position theta M to machine effecting end position theta L can be expressed by equation (3).

ここで、2慣性系の慣性比をR、反共振角周波数をω、共振角周波数をωとすると、それぞれ次式で表現できる。
Here, if the inertia ratio of the two inertial system is R, the anti-resonance angular frequency is ω a , and the resonance angular frequency is ω b , they can be expressed by the following equations.

式(1)、式(2)をR、ω、ωを用いて表現すると式(7)、式(8)になる。
When Expressions (1) and (2) are expressed using R, ω a and ω b , Expressions (7) and (8) are obtained.

制御対象8の共振角周波数ωは共振周波数fを用いて、ω=2π・fと表現することができるため、反共振角周波数ωは式(9)で表現できる。
Resonance angular frequency omega b of the controlled object 8 using the resonance frequency f b, it is possible to express the ω b = 2π · f b, antiresonance angular frequency omega a can be expressed by Equation (9).

本発明の第1の実施形態において、機械モデル9は、制御入力τから機械先端点加速度αまでの伝達関数G(s)は、式(7)より式(10)で定義できる。
In the first embodiment of the present invention, the transfer function G f (s) from the control input τ to the machine tip point acceleration α L in the machine model 9 can be defined by the equation (10) from the equation (7).

式(10)の機械モデル9の各パラメータの初期値はあらかじめ設定しておくものとする。なお、今回は制御入力τから機械先端点加速度αまでの機械モデル9を、2慣性系をベースにした式(10)で定義しているが、3慣性系以上の多慣性系をベースにした機械モデルで定義してもよい。 It is assumed that the initial values of the parameters of the machine model 9 in the equation (10) are set in advance. In this case, the machine model 9 from the control input τ to the machine tip point acceleration α L is defined by the equation (10) based on the two-inertia system. It may be defined by a machine model that has been set.

次に、式(10)で定義した機械モデル9の最適化手法を示す。機械モデルパラメータの最適化手順のフローチャートを図3に示す。機械先端点6に取り付けた加速度検出部7から検出される機械先端点加速度αを、制御対象周波数解析部10に入力することでFFT演算して、機械先端点加速度αのパワースペクトルを算出する。算出したパワースペクトルから、振幅が最大となる周波数(ピーク周波数)fとその時の振幅Aを抽出する。同様に、式(10)で定義される機械モデル9に位置指令Prを入力して生成される機械モデル出力yを、機械モデル周波数解析部11に入力することでFFT演算して、機械モデル出力yのパワースペクトルを算出する。算出したパワースペクトルから、ピーク周波数fとその時の振幅Aを抽出する。 Next, an optimization method of the machine model 9 defined by the equation (10) will be described. FIG. 3 shows a flowchart of the procedure for optimizing the machine model parameters. By inputting the machine tip point acceleration α L detected from the acceleration detection unit 7 attached to the machine tip point 6 to the control target frequency analysis unit 10, FFT calculation is performed to calculate the power spectrum of the machine tip point acceleration α L. I do. From the calculated power spectrum to extract amplitude and it becomes frequency (peak frequency) f p and the maximum amplitude A p at that time. Similarly, the machine model output y m generated by inputting the position command Pr to machine model 9 which is defined by equation (10), and FFT calculation by inputting the machine model the frequency analyzing unit 11, the machine model It calculates the power spectrum of the output y m. From the calculated power spectrum to extract the amplitude A m when the peak frequency f m.

パラメータ更新部16にて、第1除算部14では、機械先端点加速度αから抽出されるピーク周波数fを機械モデル出力yから抽出されるピーク周波数fで除算し、共振周波数変化率Δfpmを算出する。共振周波数変化率Δfpmが設定した基準値fより変化率が大きい場合、式(11)、式(12)に示すように機械モデル9の共振角周波数ω、反共振角周波数ωを更新する。共振周波数変化率Δfpmが基準値fより小さい場合、機械モデル9に反映させない。
At parameter updating unit 16, the first divider 14, divided by the peak frequency f m which is extracted peak frequency f p extracted from the machine effecting end acceleration alpha L from the machine model output y m, the resonance frequency change rate Calculate Δf pm . If the rate of change than the reference value f s of the resonance frequency change rate Delta] f pm is set large, equation (11), the resonance angular frequency omega b of the machine model 9 as shown in Equation (12), the anti-resonant angular frequency omega a Update. If the resonance frequency change rate Delta] f pm is smaller than the reference value f s, it is not reflected in the machine model 9.

ここで、ω’、ω’、f’はそれぞれパラメータ更新後の反共振角周波数、共振角周波数、共振周波数である。 Here, ω a ′, ω b ′, and f b ′ are the anti-resonance angular frequency, the resonance angular frequency, and the resonance frequency after updating the parameters, respectively.

第2除算部15では、機械先端点加速度αから抽出されるピーク振幅Aを機械モデル出力yから抽出されるピーク振幅Aで除算し、振幅変化率ΔApmを算出する。振幅変化率ΔApmが設定した基準値Aより変化率が大きい場合、式(13)に示すように機械モデル9に反映させる。振幅変化率ΔApmが基準値Aより小さい場合、機械モデル9に反映させない。
In the second divider 15, divided by the peak amplitude A m extracted peak amplitude A p extracted from the machine effecting end acceleration alpha L from the machine model output y m, to calculate the amplitude change rate .DELTA.A pm. If the amplitude change rate .DELTA.A pm sets the reference value A s than the change rate is high, to be reflected in the machine model 9 as shown in equation (13). If the amplitude change rate .DELTA.A pm is less than the reference value A s, not reflected in the machine model 9.

共振周波数変化率Δfpmと振幅変化率ΔApmが基準値f、A以下になるまで最適化手順を繰り返す。 Resonance frequency change rate Delta] f pm and amplitude change rate .DELTA.A pm reference value f s, and repeats the optimization procedure until the following A s.

さらに、パラメータ更新部16では、機械モデル9のパラメータ更新に対応して、制御部(位置制御部1、速度制御部2)のパラメータの更新を行う。これにより、最適化された機械モデル9に対応した制御が行われることになる。   Further, the parameter update unit 16 updates the parameters of the control units (the position control unit 1 and the speed control unit 2) in accordance with the update of the parameters of the machine model 9. As a result, control corresponding to the optimized machine model 9 is performed.

本発明の第1の実施形態の位置決め装置では、機械先端点加速度αと機械モデル出力yを周波数解析し、制御対象8と機械モデル9の共振周波数とゲインの誤差が小さくなるように機械モデル9のパラメータを更新していくことで、機械モデル9の共振周波数とゲインを最適化することができる。なお、第1の実施形態では、機械モデル9を、図2に示したように制御入力τから機械先端点までの伝達関数で表現した。しかし、機械モデルは、位置指令に応じた機械先端点の振る舞いが表現されていればよく、例えば位置指令Prから機械先端点までを伝達関数を用いて表現するようにしてもよい。 In the positioning device of the first embodiment of the present invention, the machine effecting end acceleration alpha L and machine model output y m frequency analysis, mechanically so that the error of the resonance frequency and the gain of the controlled object 8 and the machine model 9 is reduced By updating the parameters of the model 9, the resonance frequency and the gain of the machine model 9 can be optimized. In the first embodiment, the machine model 9 is represented by a transfer function from the control input τ to the machine tip point as shown in FIG. However, the machine model only needs to express the behavior of the machine tip point according to the position command. For example, the machine model may be expressed using a transfer function from the position command Pr to the machine tip point.

続いて、本発明の第2の実施形態の位置決め装置の制御装置のブロック図を図4に示す。本発明の第1の実施形態との違いは、フィードフォワード制御部にある。すなわち、図1の位置決め装置において、新たにフィードフォワード制御部を制御部に追加し、フィードフォワード制御を行っている。図4において、第1の実施形態と同様の方法で、制御対象8と機械モデル9の共振周波数とゲインの誤差が小さくなるように、機械モデル9の共振周波数とゲインの最適化を行う。最適化した機械モデル9を基に設計されるフィードフォワード制御部18、19、20を用いたフィードフォワード制御を行う。   Subsequently, a block diagram of a control device of the positioning device according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. The difference from the first embodiment of the present invention lies in the feedforward control unit. That is, in the positioning device of FIG. 1, a feedforward control unit is newly added to the control unit to perform feedforward control. In FIG. 4, the resonance frequency and the gain of the machine model 9 are optimized by the same method as in the first embodiment so that the error between the resonance frequency and the gain of the control target 8 and the machine model 9 is reduced. Feed-forward control is performed using feed-forward control units 18, 19, and 20 designed based on the optimized machine model 9.

図4の位置決め制御系における、位置指令Prから機械先端点位置θまでの伝達関数を式(14)に示す。
In the positioning control system of FIG. 4, shown in equation (14) to a transfer function of a machine effecting end position theta L from the position command Pr.

式(14)において、Gf1(s)は第1フィードフォワード制御部18、Gf2(s)は第2フィードフォワード制御部19、Gf3(s)は第3フィードフォワード制御部20の伝達関数、G(s)は制御入力τからモータ位置θ、G(s)はモータ位置θから機械先端点位置θ、GML(s)は制御入力τから機械先端点位置θまでの伝達関数を表す。 In the equation (14), G f1 (s) is a transfer function of the first feedforward control unit 18, G f2 (s) is a transfer function of the second feedforward control unit 19, and G f3 (s) is a transfer function of the third feedforward control unit 20. , G M (s) is the motor position θ M from the control input τ, GL (s) is the machine tip point position θ L from the motor position θ M , and G ML (s) is the machine tip point position θ L from the control input τ. Represents the transfer function up to

式(14)において、3つのフィードフォワード制御部の伝達関数を次式のように設計すると、位置指令Prから機械先端点位置θまでの伝達特性が1となり、位置指令Prと機械先端点位置θが一致する制御が可能となる。
In equation (14), if the transfer functions of the three feedforward control units are designed as in the following equation, the transfer characteristic from the position command Pr to the machine tip point position θ L becomes 1, and the position command Pr and the machine tip point position Control in which θ L matches can be performed.

式(15)、式(16)、式(17)は、制御対象8を2慣性系として扱う時の伝達関数である式(3)、式(7)を使用し、式中の共振周波数とゲインは最適化した値を用いることで、精度の高いフィードフォワード制御を行うことができる。   Expressions (15), (16), and (17) use the transfer functions (3) and (7), which are transfer functions when the controlled object 8 is treated as a two-inertia system. By using an optimized value for the gain, highly accurate feedforward control can be performed.

本発明の第2の実施形態の位置決め装置では最適化したパラメータを適用したフィードフォワード制御器を用いたフィードフォワード制御を行うことで、位置指令と機械先端点位置を追従させる制御を行うことができる。   In the positioning apparatus according to the second embodiment of the present invention, by performing feedforward control using a feedforward controller to which optimized parameters are applied, control for following a position command and a machine tip point position can be performed. .

本発明の第1及び第2の実施形態において、加速度センサにより機械先端点の加速度を検出し、FFT演算することで、機械モデルの共振周波数とゲインを最適化することができ、最適化されたパラメータを用いて機械先端点を指令通りに動作させることが可能となる。特に、最適化されたパラメータを用いたフィードフォワード制御を行うことで、機械先端点の制御精度を向上させることが期待できる。これらの実施形態では、経年変化や個体ばらつき等により、制御対象の特性が変化した場合でも、機械モデルのパラメータを最適化し、それを反映させたフィードフォワード制御によるロバストな位置決め制御が実現できる。   In the first and second embodiments of the present invention, the acceleration at the tip of the machine is detected by the acceleration sensor, and the FFT operation is performed, so that the resonance frequency and the gain of the machine model can be optimized. Using the parameters, the machine tip point can be operated as instructed. In particular, by performing feedforward control using the optimized parameters, it can be expected that the control accuracy of the machine tip point is improved. In these embodiments, even if the characteristics of the control target change due to aging, individual variation, or the like, robust positioning control by feedforward control that optimizes the parameters of the machine model and reflects the changes can be realized.

以上の説明においては、伝達関数は、実施形態に限定されるものではなく、例えば減衰定数などの他のパラメータを用いる伝達関数によって機械モデルを構築し、そのパラメータの最適化を行うことも可能である。   In the above description, the transfer function is not limited to the embodiment. For example, it is possible to construct a mechanical model by using a transfer function using another parameter such as a damping constant and optimize the parameter. is there.

また、上記説明では、被加工物の加工を行う工作機械の機械先端点の制御を例に挙げて説明を行った。しかし、本発明は、モータ制御を行う機械全般に適用可能である。例えば、モータの位置そのものや、モータによって動く他の部位を制御対象として、制御を行うことができる。   In the above description, control of the machine tip point of a machine tool for processing a workpiece is described as an example. However, the present invention is applicable to all machines that perform motor control. For example, control can be performed with the position of the motor itself or another part moved by the motor as a control target.

1 位置制御部、2 速度制御部、3 速度計算部(微分器)、4 モータ、5 位置検出部、6 機械先端点、7 加速度検出部、8 制御対象、9 機械モデル、10 制御対象周波数解析部、11 機械モデル周波数解析部、12 第1加減算部、13 第2加減算部、14 第1除算部、15 第2除算部、16 パラメータ更新部、17 第3加減算部、18 第1フィードフォワード制御部、19 第2フィードフォワード制御部、20 第3フィードフォワード制御部。   1 position control unit, 2 speed control unit, 3 speed calculation unit (differentiator), 4 motor, 5 position detection unit, 6 machine tip point, 7 acceleration detection unit, 8 control target, 9 machine model, 10 control target frequency analysis Unit, 11 mechanical model frequency analysis unit, 12 first addition / subtraction unit, 13 second addition / subtraction unit, 14 first division unit, 15 second division unit, 16 parameter update unit, 17 third addition / subtraction unit, 18 first feedforward control Unit, 19 second feedforward control unit, 20 third feedforward control unit.

Claims (6)

位置指令に応じてモータを駆動させて機械の制御対象部位を制御する制御部と、
前記制御対象部位の加速度を検出する加速度検出部と、
前記位置指令が与えられた場合における前記制御対象部位までの伝達関数で表現した機械モデルと、
前記加速度検出部で検出される前記制御対象部位の加速度を周波数分析する制御対象周波数解析部と、
前記位置指令が与えられた場合に前記機械モデルにより得られる前記制御対象部位の加速度を周波数分析する機械モデル周波数解析部と、
前記2つの周波数解析部による周波数解析結果に基づいて、前記機械モデルのパラメータを更新して最適化するパラメータ更新部と、
を備え、
前記制御部は、前記機械モデルのパラメータに基づいて前記制御対象部位を制御しており、
前記パラメータ更新部は、さらに、前記機械モデルのパラメータの更新に対応して、前記制御部のパラメータを更新する、ことを特徴とするモータ制御装置。
A control unit that drives a motor according to a position command to control a control target portion of the machine,
An acceleration detection unit that detects the acceleration of the control target portion,
A machine model represented by a transfer function up to the control target part when the position command is given,
A control target frequency analysis unit that performs frequency analysis of the acceleration of the control target part detected by the acceleration detection unit,
A machine model frequency analysis unit for frequency-analyzing the acceleration of the control target part obtained by the machine model when the position command is given,
A parameter updating unit that updates and optimizes parameters of the machine model based on a frequency analysis result by the two frequency analyzing units;
With
The control unit is controlling the control target part based on the parameters of the machine model,
The motor control device, wherein the parameter update unit further updates a parameter of the control unit in response to an update of a parameter of the machine model.
請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記制御部は、前記機械モデルのパラメータに基づいてフィードフォワード制御を行うフィードフォワード制御部を含み、
前記パラメータ更新部は、前記フィードフォワード制御部のパラメータを更新する、ことを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 1,
The control unit includes a feedforward control unit that performs feedforward control based on the parameters of the machine model,
The motor control device, wherein the parameter updating unit updates a parameter of the feedforward control unit.
請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記制御部が制御する前記制御対象部位は、前記機械の先端であり、
前記加速度検出部は、前記機械の前記先端の加速度を検出する、ことを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 1,
The control target portion controlled by the control unit is a tip of the machine,
The motor control device, wherein the acceleration detection unit detects acceleration of the tip of the machine.
請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記機械モデルにおける前記伝達関数は、制御対象を2慣性系として扱うことで表現されている、ことを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 1,
The motor control device, wherein the transfer function in the machine model is expressed by treating a control target as a two-inertia system.
請求項1に記載のモータ制御装置において、
前記制御対象周波数解析部は、前記制御対象部位の加速度を入力し、FFT演算を行ってパワースペクトルを算出し、算出されたパワースペクトルからピーク周波数と振幅を抽出し、
前記機械モデル周波数解析部は、前記機械モデルによる前記制御対象部位の加速度を入力し、FFT演算を行ってパワースペクトルを算出し、算出されたパワースペクトルからピーク周波数と振幅を抽出し、
前記パラメータ更新部は、前記2つの周波数解析部から得られたピーク周波数と振幅を比較して、前記機械モデル及び前記制御部のパラメータを更新する、ことを特徴とするモータ制御装置。
The motor control device according to claim 1,
The control target frequency analysis unit receives the acceleration of the control target portion, calculates a power spectrum by performing an FFT operation, and extracts a peak frequency and an amplitude from the calculated power spectrum.
The machine model frequency analysis unit inputs the acceleration of the control target portion by the machine model, calculates a power spectrum by performing an FFT operation, and extracts a peak frequency and an amplitude from the calculated power spectrum,
The motor control device, wherein the parameter update unit compares the peak frequency and the amplitude obtained from the two frequency analysis units to update the parameters of the mechanical model and the control unit.
請求項5に記載のモータ制御部において、
前記パラメータ更新部は、前記2つの周波数解析部により抽出される前記機械の加速度と前記機械モデルによる加速度についてピーク周波数とゲインの変化率を算出し、算出された変化率とあらかじめ設定された基準値を比較することで、前記機械モデル及び前記制御部の共振周波数とゲインを最適化する、ことを特徴とするモータ制御装置。
The motor control unit according to claim 5,
The parameter updating unit calculates a peak frequency and a change rate of a gain with respect to the acceleration of the machine and the acceleration based on the machine model extracted by the two frequency analysis units, and calculates the calculated change rate and a preset reference value. Optimizing the resonance frequency and gain of the mechanical model and the control unit by comparing
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