JP3927264B2 - トルク一定同期駆動制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トルク一定同期駆動制御装置に関し、さらに詳しくは、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら、そのトルク制御軸をメイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は、従来のトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した例を示している。この給材機付き自動旋盤は、ワークＷを固定してワークＷを回転駆動させる主軸１を有する主軸台２と、主軸台２をＸ軸方向に移動させるメインＸ軸送りねじ３を回転駆動するメインＸ軸サーボモータ４と、メインＸ軸サーボモータ４の位置検出器５によりメインＸ軸の位置データを入力してメインＸ軸サーボモータ４の駆動を制御し、主軸台２の位置制御と速度制御をフィードバック式に行うメイン制御装置６と、サブＸ軸送りねじ７によりＸ軸方向に駆動されてワークＷを主軸１に供給し、ワーク加工中にワークＷを主軸１に押し付けるＸ軸方向の一定負荷をワークＷに与える給材機８と、サブＸ軸送りねじ７を回転駆動するサブＸ軸サーボモータ１０と、設定トルクに応じてサブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、給材機８がワークＷに一定負荷を与えるようにトルク制御を行うトルク制御装置１１とを有している。
【０００３】
この例では、メインＸ軸送りねじ３がメイン制御軸であり、サブＸ軸送りねじ７がメイン制御軸と同期駆動するトルク制御軸である。
【０００４】
上述のような給材機付き自動旋盤においては、給材機８によって供給されたワークＷは主軸１に固定されて回転しながら、主軸台２によってＸ軸方向に移動しながら、刃物台の工具（図示省略）により旋削加工される。
【０００５】
このとき、メイン制御装置６はワークＷを加工するために主軸台２をＸ軸方向に位置制御し、トルク制御装置１１は、ワーク加工中に給材機８がワークＷに一定負荷を与えるようにトルク一定制御を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のトルク一定同期制御は、同期制御と云っても、トルク制御装置１１が主軸台２のＸ軸方向移動の制御と連繋を取らずにトルク一定制御のみを行っているだけであり、給材機８をワークＷに押し付ける結果として、負荷トルクに応じてメイン制御装置６との同期運転を行うに過ぎない。
【０００７】
このため、加減速時等、トルク制御装置１１による給材機８の動きがメイン制御装置６による主軸台２の動きに追従できない場合には、ワークＷの押し付け負荷が一定とならず、押し付け負荷不足でワークＷの抜け落ちが発生すると、トルク一定制御は生きているために給材機８が主軸台２に衝突してしまう。また、押し付け負荷過大では、ワークＷに過大な軸力が作用し、ワークＷが変形してしまう可能性があった。
【０００８】
図２１は、加減速時のワーク負荷変動の様子を示している。図２１に示されているように、メインＸ軸速度ωｍとサブＸ軸速度ωｔとが一致していても、加減速時にはワーク負荷トルクＴL が変動し、設定トルクＴ* よりずれてしまう。
【０００９】
この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、加減速時にもワークに対しトルク制御軸によって一定負荷を与え、メイン制御軸に対するトルク制御軸の同期制御を高精度に行うトルク一定同期駆動制御装置を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸の速度データを入力する速度データ入力手段と、前記速度データ入力手段が入力した前記メイン制御軸の速度データから加速度を検出する加速度検出手段と、設定トルク指令に前記加速度検出手段により検出された加速度に応じた成分を加えて前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段と具備しているものである。
【００１１】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、同期運転パターンとなるメイン制御軸の速度データを速度データ入力手段より入力し、加速度検出手段によりその速度データから加速度を検出し、トルク制御手段が検出された加速度より同期運転に必要な加速トルクを設定トルク指令にたしあわせることで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００１２】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸の速度データを入力する速度データ入力手段と、前記速度データ入力手段が入力した前記メイン制御軸の速度データから加速度を検出する加速度検出手段と、前記トルク制御軸に作用する負荷トルクを推定する外乱オブザーバと、設定トルク指令に前記加速度検出手段により検出された加速度に応じた成分と前記外乱オブザーバにより推定された推定負荷トルクとを加減算して前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段とを具備しているものである。
【００１３】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、同期運転パターンとなるメイン制御軸の速度データを速度データ入力手段より入力し、加速度検出手段によりその速度データから加速度を検出し、外乱オブザーバによってトルク制御軸に作用する負荷トルクを推定し、トルク制御手段が検出された加速度を同期運転に必要な加速トルクと、外乱オブザーバにより推定した負荷トルクとを、設定トルク指令に加減算することで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００１４】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸に与える位置指令と同じ位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式により行うトルク制御軸フィードバック制御手段と、設定トルク指令から生成される設定トルク電流指令に前記トルク制御軸フィードバック制御手段が生成する電流指令を加えて前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段とを具備しているものである。
【００１５】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、トルク制御軸の位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系にメイン制御軸と同じ位置指令を入力し、フィードバック制御系により出力される同期運転に必要な電流指令に、設定トルク電流指令をたしあわせることで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００１６】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸に与える位置指令と同じ位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸フィードバック制御手段と、前記トルク制御軸に作用する負荷トルクを推定する外乱オブザーバと、設定トルク指令を前記外乱オブザーバにより推定された推定負荷トルクにより補正したトルク指令から生成されるトルク電流指令に前記トルク制御軸フィードバック制御手段が生成する電流指令を加えて前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段とを具備しているものである。
【００１７】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、トルク制御軸の位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系にメイン制御軸と同じ位置指令を入力し、フィードバック制御系により出力される同期運転に必要な電流指令に、外乱オブザーバにより推定した負荷トルクに設定トルク指令を加えて生成したトルク電流指令をたしあわせることで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００１８】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸に与える位置指令と同じ位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸フィードバック制御手段と、前記トルク制御軸に作用する負荷トルクを推定する外乱オブザーバと、設定トルク指令を前記外乱オブザーバにより推定された推定負荷トルクにより補正したトルク指令から生成されるトルク電流指令に比例・積分制御を行い、比例・積分制御されたトルク電流指令に前記トルク制御軸フィードバック制御手段が決定する電流指令を加えて前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段とを具備しているものである。
【００１９】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、トルク制御軸の位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系にメイン制御軸と同じ位置指令を入力し、フィードバック制御系により出力される同期運転に必要な電流指令に、外乱オブザーバにより推定した負荷トルクに設定トルク指令を加えて生成したトルク電流指令にＰＩ制御（比例・積分制御）をかけた信号をたしあわせることで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００２０】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置において、前述のトルク一定同期駆動制御装置において、前記トルク制御軸フィードバック制御手段が比例・積分制御により速度制御を行うものである。
【００２１】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、トルク制御軸フィードバック制御手段もＰＩ制御を行い、ＰＩ制御による電流指令に、外乱オブザーバにより推定した負荷トルクに設定トルク指令を加えて生成したトルク電流指令にＰＩ制御（比例・積分制御）をかけた信号をたしあわせることで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００２２】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸に与える位置指令より設定トルク相当の位置変化分相違したトルク制御用位置指令を発生するトルク制御用位置指令発生手段と、前記トルク制御用位置指令発生手段が発生するトルク制御用位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸フィードバック制御手段とを具備しているものである。
【００２３】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、トルク制御軸の位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系に、メイン制御軸の位置指令より設定トルク相当の位置変化分多い位置指令を入力することにより、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００２４】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、設定トルク指令により前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段と、前記メイン制御軸の速度データを入力する速度データ入力手段と、前記速度データ入力手段が入力した速度データにより前記トルク制御軸の速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸速度制御手段とを具備し、前記トルク制御軸の負荷トルクが設定トルクに到達するまでは前記トルク制御手段により前記トルク制御軸のトルク制御を行い、前記トルク制御軸の負荷トルクが設定トルクに到達以後は前記トルク制御軸速度制御手段により前記トルク制御軸の速度制御を行うものである。
【００２５】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、同期運転パターンとなるメイン制御軸の速度データを速度データ入力手段より入力し、負荷トルクが設定トルクになった瞬間以後の速度入力データを、指令として速度制御を行うフィードバック制御系に入力することにより、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００２６】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、前記速度データ入力手段が、前記メイン制御軸の位置検出器が出力する位置データを微分処理して速度データを得るもの、前記メイン制御軸の制御装置から速度データを入力するもの、前記メイン制御軸の制御装置に位置指令を与える数値制御装置より前記メイン制御軸の制御装置に与える位置指令を入力して前記メイン制御軸の制御装置のモデル推定出力から速度データを得るものの何れかである。
【００２７】
このトルク一定同期駆動制御装置では、速度データ入力手段は、メイン制御軸の位置検出器が出力する位置データを微分処理、メイン制御軸の制御装置から速度データの入力、モデル推定出力の何れかにより、メイン制御軸の速度データを取得する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態において、上述の従来例と同一構成の部分は、上述の従来例に付した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態１を示している。
【００３０】
この実施の形態では、メイン制御装置６は数値制御装置１２より位置指令を入力する。
【００３１】
トルク制御装置２０は、速度データ入力手段２１と、加速度検出手段２２と、トルク制御手段２３とを含んでいる。
【００３２】
メインＸ軸サーボモータ４の位置検出器５の信号線は分配され、メイン制御装置６の他に速度データ入力手段２１に接続されている。
【００３３】
速度データ入力手段２１は、位置検出器５が出力するメインＸ軸（主軸台２）の位置データを微分処理により速度データに変換し、これを加速度検出手段２２に入力する。
【００３４】
加速度検出手段２２は、速度データ入力手段２１よりの速度データを微分処理することにより加速度データに変換し、これをトルク制御手段２３に与える。
【００３５】
トルク制御手段２３は、設定トルク指令Ｔ* を与えられると共に加速度検出手段２２により加速度データを入力し、メインＸ軸の加速度に応じて同期運転に必要な加速トルク指令を生成し、設定トルク指令Ｔ* に加速トルク指令を加えたトルク指令をもってサブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、トルク制御軸であるサブＸ軸のトルク制御を行う。
【００３６】
上述のように、同期運転に必要な加速トルク指令を設定トルク指令Ｔ* にたしあわせることにより、トルク制御装置２３は、過渡時を含めてメイン制御装置６の動きに追従できるトルク指令を与えられることになり、高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができるようになる。
【００３７】
図２は、メイン制御軸（メインＸ軸）、トルク制御軸（サブＸ軸）の機械系が理想的である場合の実施の形態１の等価ブロック図を示している。図２において、Ｋｐｍはメイン制御装置６によるメインＸ軸系の位置ループゲインを、Ｋｖｍ１＋（Ｋｖｍ２／Ｓ）はメインＸ軸系のＰＩ速度制御による伝達関数を、ＫｔｍはメインＸ軸系のトルク定数を、ＪｍはメインＸ軸系のイナーシャを、ＴｍはメインＸ軸系の発生トルクを、ωｍはメインＸ軸系速度をそれぞれ示している。なお、通常、メインＸ軸系速度は、上述のように比例制御（Ｐ制御）と積分制御（Ｉ制御）とを組み合わされたＰＩ制御により行われる。
【００３８】
また、Ｋｔｔはトルク制御装置２０によるサブＸ軸系のトルク定数を、ＪｔはサブＸ軸系のイナーシャを、ＴｔはサブＸ軸系の発生トルクを、ωｔはサブＸ軸系の速度をそれぞれ示しており、ＫｔｔｎはサブＸ軸系のトルク定数のノミナル値、ＪｔｔｎはサブＸ軸系のイナーシャのノミナル値をそれぞれ示している。
【００３９】
また、ＴL はワークＷに加えられる負荷を発生する負荷トルクを示し、Ｓはラプラス演算子を示している。
【００４０】
なお、図２では、加速度検出手段２２を、速度データ入力手段２１の出力を微分処理するものとして示しているが、ノイズや速度データ入力手段２１の出力分解能を考慮し、系の応答性に影響を与えない程度にフィルタ処理を加えても同じ効果が得られる。
【００４１】
図３は、実施の形態１における、メインＸ軸系速度ωｍ、サブＸ軸系の速度ωｔ、負荷トルクＴL 、メインＸ軸系の発生トルクＴｍ、サブＸ軸系の発生トルクＴｔの各波形を示している。
【００４２】
この波形図から、加減速時にもワークＷに概ね一定の負荷を与え、メイン制御軸（メイン軸）に対するトルク制御軸（サブＸ軸）の同期制御が高精度に行われることが分かる。
【００４３】
図１に示されている実施の形態では、速度データ入力として、メインＸ軸サーボモータ４の位置検出器５の信号線を分配してトルク制御装置２０に入力していたが、他の例として、図４に示されているように、メイン制御装置６にドライバ１３を、トルク制御装置２０にレシーバ２４をそれぞれ設け、メイン制御装置６で得られるメインＸ軸系速度ωｍのデータを、ドライバ１３とレシーバ２４によるデータ通信で、そのままトルク制御装置２０に入力し、レシーバ２４を速度データ入力手段としてもよい。
【００４４】
また、これ以外に、図５に示されているように、トルク制御装置２０の速度データ入力手段２５は、数値制御装置１２からメイン制御装置６に与える位置指令と同じ位置指令を入力してメイン制御装置６のモデル推定出力から速度データを得るもので構成することもできる。
【００４５】
（実施の形態２）
図６は、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態２を示している。なお、図６に於いて、図１に対応する部分は図１に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００４６】
この実施の形態では、トルク制御装置２０は、速度データ入力手段２１、加速度検出手段２２、トルク制御手段２３に加えて外乱オブザーバ２６を有している。
【００４７】
主軸１に固定されたワークＷが給材機８に接しているときに、軸の剛性を十分に高くできない場合には、軸ねじり振動が発生する。外乱オブザーバ２６は、この共振機械系により、トルク制御軸であるサブＸ軸サーボモータ１０に作用する負荷トルクを推定する。
【００４８】
トルク制御手段２３は、設定トルク指令Ｔ* に、加速度検出手段２２により検出された加速度に応じた成分と、外乱オブザーバ２６により推定された推定負荷トルクとを加減算したトルク指令をもってサブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、トルク制御軸であるサブＸ軸のトルク制御を行う。
【００４９】
図７は、メイン制御軸（メインＸ軸）とトルク制御軸（サブＸ軸）の共振機械系を２慣性系とした場合の実施の形態２の等価ブロック図である。なお、図７における各記号は図２における記号と同一である。
【００５０】
図７に示されている２慣性系において、Ｔｍ、Ｊｍ、Ｔｔ、Ｊｔ、Ｋは、メイン制御装置６のイナーシャ、メイン制御装置６の発生トルク、トルク制御装置２０の発生トルク、トルク制御装置２０のイナーシャ、軸ばね定数をそれぞれ示している。
【００５１】
トルク制御装置２０内の外乱オブザーバ２６は、自己の電流指令と速度ωｔを入力し、推定発生トルクＴｔｎと推定加減速トルクＴａｎの差をフィルタを通して複雑に変動する負荷トルクＴL を推定する。ここで、ｇは外乱オブザーバゲインと呼ばれる。
【００５２】
外乱オブザーバ２６により推定した負荷トルクをキャンセルするように、設定トルク指令の２倍と加速度検出手段２２の出力からの必要加速トルク指令の和より推定負荷トルクを引き去ることで、軸ねじれがある複雑な系に対しても、高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができる。
【００５３】
なお、図７において、設定トルク指令直後の２倍処理を示すブロックは、外乱オブザーバ２６により消されてしまうトルクの補正処理である。
【００５４】
図８は、実施の形態２における、メインＸ軸系速度ωｍ、サブＸ軸系の速度ωｔ、負荷トルクＴL 、メインＸ軸系の発生トルクＴｍ、サブＸ軸系の発生トルクＴｔの各波形を示している。
【００５５】
なお、実施の形態２でも、速度データ入力手段として、上述の図４、図５に示されているものを用いることができ、この場合も同じ効果が得られる。
【００５６】
（実施の形態３）
図９は：この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態３を示している。なお、図９に於いても、図１に対応する部分は図１に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００５７】
トルク制御装置２０は、トルク制御軸フィードバック制御手段２７と、トルク制御手段２８とを含んでいる。
【００５８】
トルク制御軸フィードバック制御手段２７は、メイン制御軸であるメインＸ軸に与える位置指令と同じ位置指令を数値制御装置１２より入力し、サブＸ軸サーボモータ１０の位置検出器２９よりサブＸ軸の位置データを入力し、トルク制御軸であるサブＸ軸の位置制御および速度制御をフィードバック方式にて行う。
【００５９】
トルク制御手段２８は、設定トルク指令Ｔ* から生成される設定トルク電流指令にトルク制御軸フィードバック制御手段２７が生成する電流指令を加えた指令で、サブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、サブＸ軸のトルク制御を行う。
【００６０】
図１０は、メイン制御軸（メインＸ軸）、トルク制御軸（サブＸ軸）の機械系が理想的である場合の実施の形態３の等価ブロック図を示している。なお、図１０における各記号は図２における記号と同一である。図１０において、Ｋｐｔはトルク制御軸フィードバック制御手段２７の位置ループゲインを、Ｋｖｔはトルク制御軸フィードバック制御手段２７の速度ループゲインを示している。
【００６１】
なお、トルク制御装置２０は、定常時のトルクが速度制御ループのＰＩ制御により補正されないように、速度制御伝達関数を単にＫｖｔの比例制御ゲインとしている。即ち、この実施の形態でのトルク制御軸フィードバック制御手段２７の速度制御は比例制御だけになっている。
【００６２】
この実施の形態３では、トルク制御装置２０に、位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、メイン制御軸（メイン制御軸）と同じ位置指令が入力されると、速度制御出力（図１０のＫｖｔの出力）は、機械系が理想的である場合には同期運転に必要な加速トルク電流指令となる。設定トルク指令Ｔ* をトルク定数ノミナル値Ｋｔｔｎで割った設定トルク電流指令に上述の加速トルク電流指令をたしあわせることにより、高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができる。
【００６３】
この実施の形態におけるメインＸ軸系速度ωｍ、サブＸ軸系の速度ωｔ、負荷トルクＴL 、メインＸ軸系の発生トルクＴｍ、サブＸ軸系の発生トルクＴｔの各波形は、図３に示されているものと同等のものになる。
【００６４】
また、トルク制御装置２０に位置制御、速度制御を行うフィードバックループが組まれていることから、機械系が理想とは多少異なっていたり、外乱があっても、フィードバック制御により影響を抑制でき、ワークＷが抜け落ちても給材機８が主軸１に衝突することを回避できる。
【００６５】
なお、この実施の形態は、メイン制御装置６と同じトルク制御装置２０を用いて、設定トルク指令が入力できるようにすれば、簡単に実現できる。
【００６６】
（実施の形態４）
図１１はこの発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態４を示している。なお、図１１に於いて、図９に対応する部分は図９に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００６７】
この実施の形態では、トルク制御装置２０は、トルク制御軸フィードバック制御手段２７、トルク制御手段２８に加えて外乱オブザーバ２６を有している。
【００６８】
外乱オブザーバ２６は、実施の形態２におけるものと同じものであり、主軸１に固定されたワークＷが給材機８に接しているとき、軸の剛性を十分に高くできないことから、軸ねじり振動を発生する共振機械系によって、トルク制御軸であるサブＸ軸サーボモータ１０に作用する負荷トルクを推定する。
【００６９】
トルク制御手段２８は、設定トルク指令Ｔ* を外乱オブザーバ２６により推定された推定負荷トルクにより補正し、補正後の設定トルク指令から生成されるトルク電流指令にトルク制御軸フィードバック制御手段２７が生成する電流指令を加えた指令で、サブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、サブＸ軸のトルク制御を行う。
【００７０】
図１２は、メイン制御軸（メインＸ軸）とトルク制御軸（サブＸ軸）の共振機械系を２慣性系とした場合の実施の形態４の等価ブロック図である。なお、図１２における各記号は図７における記号と同一である。
【００７１】
この実施の形態でも、トルク制御装置２０に、位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、メイン制御軸と同じ位置指令が入力されると速度比例制御出力（図１２のＫvtの出力）は、機械系が理想的である場合には同期運転に必要な加速トルク電流指令となる。
【００７２】
この実施の形態では、外乱オブザーバ２６が推定負荷トルクを出力し、外乱オブザーバ２６により推定した負荷トルクをキャンセルするように、設定トルク指令Ｔ* の２倍から推定負荷トルクを差し引いて作成したトルク電流指令を、速度制御出力、すなわち同期運転に必要なトルク電流指令にたしあわせることにより、高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができる。
【００７３】
この実施の形態によれば、機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用のある位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系に、外乱オブザーバ２６を付加することで、機械系があいまいでも、また外乱があっても負荷トルクを徹底してキャンセルし、同期運転時に設定トルク指令Ｔ* による負荷を高精度にワークＷに与えることができる。
【００７４】
なお、この実施の形態におけるメインＸ軸系速度ωｍ、サブＸ軸系の速度ωｔ、負荷トルクＴL 、メインＸ軸系の発生トルクＴｍ、サブＸ軸系の発生トルクＴｔの各波形は、図８に示されているものと同等のものになり、負荷トルクＴL の変動は図８に示されているものより少ないものになる。
【００７５】
また、この実施の形態では、トルク制御装置２０に位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、実施の形態３における場合と同様に、ワークＷが抜け落ちても給材機８が主軸１に衝突することを回避できる。
【００７６】
（実施の形態５）
実施の形態５は、実施の形態４の変形例であり、実施の形態４との相違点は、図１３に示されているように、トルク制御軸フィードバック制御手段２７の速度制御が、Ｋｖｔ１＋（Ｋｖｔ２／Ｓ）で表される速度制御伝達関数をもって、比例制御と積分制御との組み合わせである比例・積分制御（ＰＩ制御）により行われる。
【００７７】
また、設定トルク指令Ｔ* から外乱オブザーバ２６により推定された推定負荷トルクを差し引いて作成されたトルク電流指令は、トルク制御手段２８において、Ｋｔ１＋（Ｋｔ２／Ｓ）で表される速度制御伝達関数をもって比例・積分制御され、トルク制御手段２８は、比例・積分制御されたトルク電流指令とトルク制御軸フィードバック制御手段２７が決定する電流指令とを加算した電流指令により、サブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、サブＸ軸のトルク制御を行う。
【００７８】
この実施の形態では、トルク制御軸フィードバック制御手段２７の速度制御伝達関数をメイン制御装置６と同様にＰＩ制御とし、速度フィードバックループによる機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱除去作用を強化している。
【００７９】
また、外乱オブザーバ２６により推定した負荷トルクをキャンセルするように、設定トルク指令Ｔ* から推定負荷トルクを差し引いて作成したトルク電流指令にＰＩ制御をかけることにより、わずかな負荷トルク変動が発生しても、負荷トルクが設定トルク指令に追従する。
【００８０】
以上のように、この実施の形態では、トルク制御軸側の速度制御およびトルク電流指令制御にＰＩ制御を用いることにより、機械系があいまいでも、また外乱があっても、負荷トルクの変動を実施の形態４よりも徹底してキャンセルするから、同期運転時に設定トルク指令による負荷をさらに高精度にワークＷに与えることができる。
【００８１】
この実施の形態における負荷トルクＴL は図８に示されているものより変動が少ない波形となる。
【００８２】
また、この実施の形態でも、位置制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、ワークＷが抜け落ちても給材機８が主軸１に衝突することを回避できる。
【００８３】
（実施の形態６）
図１４は、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態６を示している。なお、図１４に於いて、図９に対応する部分は図９に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００８４】
この実施の形態では、トルク制御装置２０は、トルク制御用位置指令発生手段３０と、トルク制御軸フィードバック制御手段３１とを含んでいる。
【００８５】
トルク制御用位置指令発生手段３０は、メイン制御軸であるメインＸ軸に与える位置指令より設定トルク相当の位置変化分相違したトルク制御用位置指令を発生するものであり、数値制御装置１２に与える位置指令と同じ位置指令を数値制御装置１２より入力し、この位置指令に設定トルク相当の位置変化分を加算してトルク制御用位置指令を作成する。
【００８６】
トルク制御軸フィードバック制御手段３１は、トルク制御用位置指令発生手段３０が発生するトルク制御用位置指令を入力し、位置検出器２９よりサブＸ軸の位置データを入力し、トルク制御軸であるサブＸ軸の位置制御および速度制御をフィードバック方式にて行う。
【００８７】
図１５は、メイン制御軸（メインＸ軸）とトルク制御軸（サブＸ軸）の共振機械系を２慣性系とした場合の実施の形態６の等価ブロック図である。なお、図１５における各記号は図７における記号と同一である。図１５において、θｍｒはメイン制御装置６の位置指令を、θｔｒはトルク制御装置２０の位置指令を、Δθｒは設定トルク相当の位置変化分をそれぞれ示しており、θｔｒ＝θｍｒ＋Δθｒである。
【００８８】
互いに同じ構成のメイン制御装置６とトルク制御装置２０とを使用して、同じ制御を実施すると、両制御装置の位置出力は一致する。
【００８９】
従って、メイン制御装置６に入力する位置指令θｍｒより、ある位置偏差Δθｒずれた位置指令θｔｒをトルク制御装置２０のトルク制御軸フィードバック制御手段３１に入力すると、トルク制御装置２０は、その指令位置偏差Δθｒ分ずれてメイン制御装置６に追従する。
【００９０】
この場合の負荷トルクは、２慣性系では、メイン制御装置６側のサーボモータ４とトルク制御装置２０側のサーボモータ１０の角度差（位置誤差）に軸ばね定数Ｋをかけた値となる。
【００９１】
そこで、メイン制御装置６に対する位置指令θｍｒに対し、位置指令θｍｒに負荷トルク相当の位置偏差（位置変化分）Δθｒを加えた位置指令θｔｒをトルク制御装置２０のトルク制御軸フィードバック制御手段３１に出力することにより、同期運転時にも負荷トルクを簡単に一定に保つことができる。
【００９２】
印加負荷トルクは、位置検出器の分解能によって設定トルク指令との誤差を持ってしまうが、メイン制御装置６、トルク制御装置２０ともに位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられていることにより、ある程度、機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用もある。
【００９３】
また、位置指令でトルク制御装置２０が動作するため、ワークＷが抜け落ちても給材機８が主軸１に衝突することを回避できる。
【００９４】
図１６は、この実施の形態におけるメインＸ軸系の位置指令θｍｒ、サブＸ軸系の位置指令θｔｒ、メインＸ軸系速度ωｍ、サブＸ軸系の速度ωｔ、負荷トルクＴL 、メインＸ軸系の発生トルクＴｍ、サブＸ軸系の発生トルクＴｔの各波形を示している。
【００９５】
この波形図から、加減速時にもワークＷに概ね一定の負荷を与え、メイン制御軸（メイン軸）に対するトルク制御軸（サブＸ軸）の同期制御が高精度に行われることが分かる。
【００９６】
なお、トルク制御用位置指令発生手段３０と等価のものを数値制御装置１２に設けることにより、位置指令θｔｒを数値制御装置１２より入力することも可能である。
【００９７】
（実施の形態７）
図１７は、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態７を示している。なお、図１７に於いて、図１に対応する部分は図１に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００９８】
この実施の形態では、トルク制御装置２０は、速度データ入力手段２１と、トルク制御手段３２と、トルク制御軸速度制御手段３３と、スイッチ回路３４とを含んでいる。
【００９９】
速度データ入力手段２１は、実施の形態１におけるものと同じものであり、メインＸ軸サーボモータ４の位置検出器５が出力するメインＸ軸（主軸台２）の位置データを微分処理により速度データに変換する。なお、この実施の形態でも、速度データ入力手段２１は、上述の図４、図５に示されているものであってもよい。
【０１００】
トルク制御手段３２は、従来のものと同等に、設定トルク指令Ｔ* によりトルク制御軸であるサブＸ軸のトルク制御を行う。
【０１０１】
トルク制御軸速度制御手段３３は、速度データ入力手段２１が入力した速度データによりトルク制御軸（サブＸ軸）の速度制御をフィードバック式に行う。
【０１０２】
トルク制御手段３２とトルク制御軸速度制御手段３３とは、スイッチ回路３４により相反する関係で、何れか一方が選択される。
【０１０３】
このトルク制御装置２０では、トルク制御軸の負荷トルクが設定トルクに到達するまではスイッチ回路３４がａ側（図１８参照）に切り替わっていることにより、トルク制御手段３２によりトルク制御軸のトルク制御が行われ、トルク制御軸の負荷トルクが設定トルクに到達以後は、スイッチ回路３４がｂ側（図１８参照）に切り替ることにより、トルク制御軸速度制御手段３３によりトルク制御軸の速度制御が行われる。
【０１０４】
図１８は、実施の形態７の等価ブロック図である。なお、図１８における各記号は図２、図７における記号と同一である。
【０１０５】
図１９は、この実施の形態の動作を説明するタイムチャートおよび各部波形である。主軸台２が位置指令により停止状態のまま、トルク制御装置２０に設けられているスイッチ回路３４がａ側にオンされた状態で、時刻Ａにおいて動作を開始すると、トルク制御手段３２による制御によって、先ず加速して給材機８がワークＷを主軸１に接触させ、さらに設定トルク指令Ｔ* にてワークｗを押し当てる。
【０１０６】
トルク制御装置２０は、発生トルクＴL が設定トルクＴ* と一致したと検出した瞬間の時刻Ｂに、スイッチ回路３４をｂ側にオンし、トルク制御軸速度制御手段３３が動作して速度制御ループを形成する。
【０１０７】
この後、メイン制御装置６が加減速運転すると、速度データ入力手段２１からの速度指令によりトルク制御軸速度制御手段３３によって同期運転が行われるため、メイン制御装置６とトルク制御装置２０とは、設定トルク相当の相対位置誤差を保ち続けることができる。従って、同期運転時においても負荷トルクを簡単に一定に保つことができる。
【０１０８】
また、トルク制御装置２０にはトルク制御軸速度制御手段３３によって速度制御を行うフィードバックループが設けられていることにより、ある程度機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用があり、速度指令でトルク制御装置２０が動作するため、ワークＷが抜け落ちても給材機８が主軸１に衝突することも回避できる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、速度データ入力手段、加速度検出手段からの同期運転に必要な加速トルク分を設定トルク指令にたしあわせることにより、加減速時でも高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができる。
【０１１０】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、速度データ入力手段、加速度検出手段からの同期運転に必要な加速トルク分を設定トルク指令にたしあわせ、さらに外乱オブザーバにより不要な負荷トルクを推定して減算することにより、より一層高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができ、特に機械系が理想的で無く軸ねじり振動が発生するような場合に、顕著な効果が得られる。
【０１１１】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、トルク制御軸の位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系にメイン制御軸のメイン制御装置と同じ位置指令を入力することにより、自己ループで同期運転に必要な加速トルク電流指令を作成でき、設定トルク指令による設定トルク電流指令と加速トルク電流指令をたしあわせることにより、加減速時を含めて高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができる。またこのトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御装置と同じ構成のトルク制御装置を用いて設定トルク指令が入力できるようにすれば、簡単に実現できる。
【０１１２】
さらに、このトルク一定同期駆動制御装置によれば、フィードバックループが組まれていることから、機械系が理想とは多少異なっていたり外乱があっても、フィードバック制御により影響を抑制でき、また、ワークが抜け落ちても給材機が主軸に衝突することを回避できる。
【０１１３】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用のある位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系に、外乱オブザーバを付加することで、機械系があいまいでも、また外乱があっても負荷トルクを徹底してキャンセルし、同期運転時に設定トルク指令による負荷を高精度にワークに与えて同期運転することができる。また、このトルク一定同期駆動制御装置では、位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、ワークが抜け落ちても給材機が主軸に衝突することを回避できる。
【０１１４】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用のある位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系に、外乱オブザーバを付加し、設定トルク指令から外乱オブザーバが推定した負荷トルクを差し引いて生成されたトルク電流指令にＰＩ制御をかけてから、制御ループの電流指令にたしこむことで、機械系があいまいでも、また外乱があっても負荷トルクをさらに徹底してキャンセルし、同期運転時に設定トルク指令による負荷を高精度にワークに与えて同期運転することができる。また、このトルク一定同期駆動制御装置でも、位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、ワークが抜け落ちても給材機が主軸に衝突することを回避できる。
【０１１５】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、さらに、フィードバック制御系の速度制御もＰＩ制御とするため、加減速時を含めて同期運転時に設定トルク指令による負荷をより一層高精度にワークに与えて同期運転することができる。
【０１１６】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、トルク制御装置にメイン制御装置と同様に位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられ、メイン制御軸であるメイン制御装置に与える位置指令より設定トルク相当の位置変化分多い位置指令を入力するため、メイン制御軸間は、設定トルク相当の相対位置誤差を保ち続けることができ、同期運転時においても負荷トルクを簡単に一定に保つことができる。
【０１１７】
また、このトルク一定同期駆動制御装置では、位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられていることにより、機械系が理想とは多少異なっていたり外乱があっても、フィードバック制御により影響を抑制でき、またワークが抜け落ちても給材機が主軸に衝突することを回避できる。
【０１１８】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、発生トルクが設定トルクと一致した瞬間以後に速度制御ループを形成し、速度データ入力手段からのメイン制御軸速度データを速度制御ループに入力することにより、設定トルク相当の相対位置偏差を保ち続けることができるから、同期運転時においても負荷トルクを簡単に一定に保つことができる。また、このトルク一定同期駆動制御装置には速度制御を行うフィードバックループが設けられていることにより、ある程度機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用もあり、また速度指令でトルク制御装置が動作するため、ワークが抜け落ちても給材機が主軸に衝突することを回避できる。
【０１１９】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、速度データ入力手段は、メイン制御軸の位置検出器が出力する位置データを微分処理、メイン制御軸の制御装置から速度データの入力、モデル推定出力の何れかにより、メイン制御軸の速度データを確実に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態１を示す構成図である。
【図２】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態１の等価ブロック図である。
【図３】 実施の形態１における各部の波形を示す波形図である。
【図４】 速度データ入力手段の他の例を示す構成図である。
【図５】 速度データ入力手段の他の例を示す構成図である。
【図６】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態２を示す構成図である。
【図７】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態２の等価ブロック図である。
【図８】 実施の形態２における各部の波形を示す波形図である。
【図９】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態３を示す構成図である。
【図１０】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態３の等価ブロック図である。
【図１１】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態４、５を示す構成図である。
【図１２】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態４の等価ブロック図である。
【図１３】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態５の等価ブロック図である。
【図１４】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態６を示す構成図である。
【図１５】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態６の等価ブロック図である。
【図１６】 実施の形態１における各部の波形を示す波形図である。
【図１７】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態７を示す構成図である。
【図１８】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態７の等価ブロック図である。
【図１９】 実施の形態７における各部の波形を示す波形図である。
【図２０】 従来におけるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した例を示す構成図である。
【図２１】 従来におけるトルク一定同期駆動制御装置における各部の波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１ 主軸，２ 主軸台，３ メインＸ軸送りねじ，４ メインＸ軸サーボモータ，５ 位置検出器，６ メイン制御装置，７ サブＸ軸送りねじ，８ 給材機，１０ サブＸ軸サーボモータ，１２ 数値制御装置，１３ ドライバ，２０ トルク制御装置，２１ 速度データ入力手段，２２ 加速度検出手段，２３ トルク制御手段，２４ レシーバ，２５ 速度データ入力手段，２６ 外乱オブザーバ，２７ トルク制御軸フィードバック制御手段，２８ トルク制御手段，２９ 位置検出器，３０ トルク制御用位置指令発生手段，３１ トルク制御軸フィードバック制御手段，３２ トルク制御手段，３３ トルク制御軸速度制御手段，３４ スイッチ回路。
【発明の属する技術分野】
この発明は、トルク一定同期駆動制御装置に関し、さらに詳しくは、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら、そのトルク制御軸をメイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は、従来のトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した例を示している。この給材機付き自動旋盤は、ワークＷを固定してワークＷを回転駆動させる主軸１を有する主軸台２と、主軸台２をＸ軸方向に移動させるメインＸ軸送りねじ３を回転駆動するメインＸ軸サーボモータ４と、メインＸ軸サーボモータ４の位置検出器５によりメインＸ軸の位置データを入力してメインＸ軸サーボモータ４の駆動を制御し、主軸台２の位置制御と速度制御をフィードバック式に行うメイン制御装置６と、サブＸ軸送りねじ７によりＸ軸方向に駆動されてワークＷを主軸１に供給し、ワーク加工中にワークＷを主軸１に押し付けるＸ軸方向の一定負荷をワークＷに与える給材機８と、サブＸ軸送りねじ７を回転駆動するサブＸ軸サーボモータ１０と、設定トルクに応じてサブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、給材機８がワークＷに一定負荷を与えるようにトルク制御を行うトルク制御装置１１とを有している。
【０００３】
この例では、メインＸ軸送りねじ３がメイン制御軸であり、サブＸ軸送りねじ７がメイン制御軸と同期駆動するトルク制御軸である。
【０００４】
上述のような給材機付き自動旋盤においては、給材機８によって供給されたワークＷは主軸１に固定されて回転しながら、主軸台２によってＸ軸方向に移動しながら、刃物台の工具（図示省略）により旋削加工される。
【０００５】
このとき、メイン制御装置６はワークＷを加工するために主軸台２をＸ軸方向に位置制御し、トルク制御装置１１は、ワーク加工中に給材機８がワークＷに一定負荷を与えるようにトルク一定制御を行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のトルク一定同期制御は、同期制御と云っても、トルク制御装置１１が主軸台２のＸ軸方向移動の制御と連繋を取らずにトルク一定制御のみを行っているだけであり、給材機８をワークＷに押し付ける結果として、負荷トルクに応じてメイン制御装置６との同期運転を行うに過ぎない。
【０００７】
このため、加減速時等、トルク制御装置１１による給材機８の動きがメイン制御装置６による主軸台２の動きに追従できない場合には、ワークＷの押し付け負荷が一定とならず、押し付け負荷不足でワークＷの抜け落ちが発生すると、トルク一定制御は生きているために給材機８が主軸台２に衝突してしまう。また、押し付け負荷過大では、ワークＷに過大な軸力が作用し、ワークＷが変形してしまう可能性があった。
【０００８】
図２１は、加減速時のワーク負荷変動の様子を示している。図２１に示されているように、メインＸ軸速度ωｍとサブＸ軸速度ωｔとが一致していても、加減速時にはワーク負荷トルクＴL が変動し、設定トルクＴ* よりずれてしまう。
【０００９】
この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、加減速時にもワークに対しトルク制御軸によって一定負荷を与え、メイン制御軸に対するトルク制御軸の同期制御を高精度に行うトルク一定同期駆動制御装置を得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸の速度データを入力する速度データ入力手段と、前記速度データ入力手段が入力した前記メイン制御軸の速度データから加速度を検出する加速度検出手段と、設定トルク指令に前記加速度検出手段により検出された加速度に応じた成分を加えて前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段と具備しているものである。
【００１１】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、同期運転パターンとなるメイン制御軸の速度データを速度データ入力手段より入力し、加速度検出手段によりその速度データから加速度を検出し、トルク制御手段が検出された加速度より同期運転に必要な加速トルクを設定トルク指令にたしあわせることで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００１２】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸の速度データを入力する速度データ入力手段と、前記速度データ入力手段が入力した前記メイン制御軸の速度データから加速度を検出する加速度検出手段と、前記トルク制御軸に作用する負荷トルクを推定する外乱オブザーバと、設定トルク指令に前記加速度検出手段により検出された加速度に応じた成分と前記外乱オブザーバにより推定された推定負荷トルクとを加減算して前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段とを具備しているものである。
【００１３】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、同期運転パターンとなるメイン制御軸の速度データを速度データ入力手段より入力し、加速度検出手段によりその速度データから加速度を検出し、外乱オブザーバによってトルク制御軸に作用する負荷トルクを推定し、トルク制御手段が検出された加速度を同期運転に必要な加速トルクと、外乱オブザーバにより推定した負荷トルクとを、設定トルク指令に加減算することで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００１４】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸に与える位置指令と同じ位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式により行うトルク制御軸フィードバック制御手段と、設定トルク指令から生成される設定トルク電流指令に前記トルク制御軸フィードバック制御手段が生成する電流指令を加えて前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段とを具備しているものである。
【００１５】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、トルク制御軸の位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系にメイン制御軸と同じ位置指令を入力し、フィードバック制御系により出力される同期運転に必要な電流指令に、設定トルク電流指令をたしあわせることで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００１６】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸に与える位置指令と同じ位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸フィードバック制御手段と、前記トルク制御軸に作用する負荷トルクを推定する外乱オブザーバと、設定トルク指令を前記外乱オブザーバにより推定された推定負荷トルクにより補正したトルク指令から生成されるトルク電流指令に前記トルク制御軸フィードバック制御手段が生成する電流指令を加えて前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段とを具備しているものである。
【００１７】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、トルク制御軸の位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系にメイン制御軸と同じ位置指令を入力し、フィードバック制御系により出力される同期運転に必要な電流指令に、外乱オブザーバにより推定した負荷トルクに設定トルク指令を加えて生成したトルク電流指令をたしあわせることで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００１８】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸に与える位置指令と同じ位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸フィードバック制御手段と、前記トルク制御軸に作用する負荷トルクを推定する外乱オブザーバと、設定トルク指令を前記外乱オブザーバにより推定された推定負荷トルクにより補正したトルク指令から生成されるトルク電流指令に比例・積分制御を行い、比例・積分制御されたトルク電流指令に前記トルク制御軸フィードバック制御手段が決定する電流指令を加えて前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段とを具備しているものである。
【００１９】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、トルク制御軸の位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系にメイン制御軸と同じ位置指令を入力し、フィードバック制御系により出力される同期運転に必要な電流指令に、外乱オブザーバにより推定した負荷トルクに設定トルク指令を加えて生成したトルク電流指令にＰＩ制御（比例・積分制御）をかけた信号をたしあわせることで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００２０】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置において、前述のトルク一定同期駆動制御装置において、前記トルク制御軸フィードバック制御手段が比例・積分制御により速度制御を行うものである。
【００２１】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、トルク制御軸フィードバック制御手段もＰＩ制御を行い、ＰＩ制御による電流指令に、外乱オブザーバにより推定した負荷トルクに設定トルク指令を加えて生成したトルク電流指令にＰＩ制御（比例・積分制御）をかけた信号をたしあわせることで、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００２２】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、前記メイン制御軸に与える位置指令より設定トルク相当の位置変化分相違したトルク制御用位置指令を発生するトルク制御用位置指令発生手段と、前記トルク制御用位置指令発生手段が発生するトルク制御用位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸フィードバック制御手段とを具備しているものである。
【００２３】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、トルク制御軸の位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系に、メイン制御軸の位置指令より設定トルク相当の位置変化分多い位置指令を入力することにより、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００２４】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、設定トルク指令により前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段と、前記メイン制御軸の速度データを入力する速度データ入力手段と、前記速度データ入力手段が入力した速度データにより前記トルク制御軸の速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸速度制御手段とを具備し、前記トルク制御軸の負荷トルクが設定トルクに到達するまでは前記トルク制御手段により前記トルク制御軸のトルク制御を行い、前記トルク制御軸の負荷トルクが設定トルクに到達以後は前記トルク制御軸速度制御手段により前記トルク制御軸の速度制御を行うものである。
【００２５】
この発明によるトルク一定同期駆動制御装置では、同期運転パターンとなるメイン制御軸の速度データを速度データ入力手段より入力し、負荷トルクが設定トルクになった瞬間以後の速度入力データを、指令として速度制御を行うフィードバック制御系に入力することにより、負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行う。
【００２６】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置は、前記速度データ入力手段が、前記メイン制御軸の位置検出器が出力する位置データを微分処理して速度データを得るもの、前記メイン制御軸の制御装置から速度データを入力するもの、前記メイン制御軸の制御装置に位置指令を与える数値制御装置より前記メイン制御軸の制御装置に与える位置指令を入力して前記メイン制御軸の制御装置のモデル推定出力から速度データを得るものの何れかである。
【００２７】
このトルク一定同期駆動制御装置では、速度データ入力手段は、メイン制御軸の位置検出器が出力する位置データを微分処理、メイン制御軸の制御装置から速度データの入力、モデル推定出力の何れかにより、メイン制御軸の速度データを取得する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下に説明するこの発明の実施の形態において、上述の従来例と同一構成の部分は、上述の従来例に付した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態１を示している。
【００３０】
この実施の形態では、メイン制御装置６は数値制御装置１２より位置指令を入力する。
【００３１】
トルク制御装置２０は、速度データ入力手段２１と、加速度検出手段２２と、トルク制御手段２３とを含んでいる。
【００３２】
メインＸ軸サーボモータ４の位置検出器５の信号線は分配され、メイン制御装置６の他に速度データ入力手段２１に接続されている。
【００３３】
速度データ入力手段２１は、位置検出器５が出力するメインＸ軸（主軸台２）の位置データを微分処理により速度データに変換し、これを加速度検出手段２２に入力する。
【００３４】
加速度検出手段２２は、速度データ入力手段２１よりの速度データを微分処理することにより加速度データに変換し、これをトルク制御手段２３に与える。
【００３５】
トルク制御手段２３は、設定トルク指令Ｔ* を与えられると共に加速度検出手段２２により加速度データを入力し、メインＸ軸の加速度に応じて同期運転に必要な加速トルク指令を生成し、設定トルク指令Ｔ* に加速トルク指令を加えたトルク指令をもってサブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、トルク制御軸であるサブＸ軸のトルク制御を行う。
【００３６】
上述のように、同期運転に必要な加速トルク指令を設定トルク指令Ｔ* にたしあわせることにより、トルク制御装置２３は、過渡時を含めてメイン制御装置６の動きに追従できるトルク指令を与えられることになり、高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができるようになる。
【００３７】
図２は、メイン制御軸（メインＸ軸）、トルク制御軸（サブＸ軸）の機械系が理想的である場合の実施の形態１の等価ブロック図を示している。図２において、Ｋｐｍはメイン制御装置６によるメインＸ軸系の位置ループゲインを、Ｋｖｍ１＋（Ｋｖｍ２／Ｓ）はメインＸ軸系のＰＩ速度制御による伝達関数を、ＫｔｍはメインＸ軸系のトルク定数を、ＪｍはメインＸ軸系のイナーシャを、ＴｍはメインＸ軸系の発生トルクを、ωｍはメインＸ軸系速度をそれぞれ示している。なお、通常、メインＸ軸系速度は、上述のように比例制御（Ｐ制御）と積分制御（Ｉ制御）とを組み合わされたＰＩ制御により行われる。
【００３８】
また、Ｋｔｔはトルク制御装置２０によるサブＸ軸系のトルク定数を、ＪｔはサブＸ軸系のイナーシャを、ＴｔはサブＸ軸系の発生トルクを、ωｔはサブＸ軸系の速度をそれぞれ示しており、ＫｔｔｎはサブＸ軸系のトルク定数のノミナル値、ＪｔｔｎはサブＸ軸系のイナーシャのノミナル値をそれぞれ示している。
【００３９】
また、ＴL はワークＷに加えられる負荷を発生する負荷トルクを示し、Ｓはラプラス演算子を示している。
【００４０】
なお、図２では、加速度検出手段２２を、速度データ入力手段２１の出力を微分処理するものとして示しているが、ノイズや速度データ入力手段２１の出力分解能を考慮し、系の応答性に影響を与えない程度にフィルタ処理を加えても同じ効果が得られる。
【００４１】
図３は、実施の形態１における、メインＸ軸系速度ωｍ、サブＸ軸系の速度ωｔ、負荷トルクＴL 、メインＸ軸系の発生トルクＴｍ、サブＸ軸系の発生トルクＴｔの各波形を示している。
【００４２】
この波形図から、加減速時にもワークＷに概ね一定の負荷を与え、メイン制御軸（メイン軸）に対するトルク制御軸（サブＸ軸）の同期制御が高精度に行われることが分かる。
【００４３】
図１に示されている実施の形態では、速度データ入力として、メインＸ軸サーボモータ４の位置検出器５の信号線を分配してトルク制御装置２０に入力していたが、他の例として、図４に示されているように、メイン制御装置６にドライバ１３を、トルク制御装置２０にレシーバ２４をそれぞれ設け、メイン制御装置６で得られるメインＸ軸系速度ωｍのデータを、ドライバ１３とレシーバ２４によるデータ通信で、そのままトルク制御装置２０に入力し、レシーバ２４を速度データ入力手段としてもよい。
【００４４】
また、これ以外に、図５に示されているように、トルク制御装置２０の速度データ入力手段２５は、数値制御装置１２からメイン制御装置６に与える位置指令と同じ位置指令を入力してメイン制御装置６のモデル推定出力から速度データを得るもので構成することもできる。
【００４５】
（実施の形態２）
図６は、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態２を示している。なお、図６に於いて、図１に対応する部分は図１に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００４６】
この実施の形態では、トルク制御装置２０は、速度データ入力手段２１、加速度検出手段２２、トルク制御手段２３に加えて外乱オブザーバ２６を有している。
【００４７】
主軸１に固定されたワークＷが給材機８に接しているときに、軸の剛性を十分に高くできない場合には、軸ねじり振動が発生する。外乱オブザーバ２６は、この共振機械系により、トルク制御軸であるサブＸ軸サーボモータ１０に作用する負荷トルクを推定する。
【００４８】
トルク制御手段２３は、設定トルク指令Ｔ* に、加速度検出手段２２により検出された加速度に応じた成分と、外乱オブザーバ２６により推定された推定負荷トルクとを加減算したトルク指令をもってサブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、トルク制御軸であるサブＸ軸のトルク制御を行う。
【００４９】
図７は、メイン制御軸（メインＸ軸）とトルク制御軸（サブＸ軸）の共振機械系を２慣性系とした場合の実施の形態２の等価ブロック図である。なお、図７における各記号は図２における記号と同一である。
【００５０】
図７に示されている２慣性系において、Ｔｍ、Ｊｍ、Ｔｔ、Ｊｔ、Ｋは、メイン制御装置６のイナーシャ、メイン制御装置６の発生トルク、トルク制御装置２０の発生トルク、トルク制御装置２０のイナーシャ、軸ばね定数をそれぞれ示している。
【００５１】
トルク制御装置２０内の外乱オブザーバ２６は、自己の電流指令と速度ωｔを入力し、推定発生トルクＴｔｎと推定加減速トルクＴａｎの差をフィルタを通して複雑に変動する負荷トルクＴL を推定する。ここで、ｇは外乱オブザーバゲインと呼ばれる。
【００５２】
外乱オブザーバ２６により推定した負荷トルクをキャンセルするように、設定トルク指令の２倍と加速度検出手段２２の出力からの必要加速トルク指令の和より推定負荷トルクを引き去ることで、軸ねじれがある複雑な系に対しても、高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができる。
【００５３】
なお、図７において、設定トルク指令直後の２倍処理を示すブロックは、外乱オブザーバ２６により消されてしまうトルクの補正処理である。
【００５４】
図８は、実施の形態２における、メインＸ軸系速度ωｍ、サブＸ軸系の速度ωｔ、負荷トルクＴL 、メインＸ軸系の発生トルクＴｍ、サブＸ軸系の発生トルクＴｔの各波形を示している。
【００５５】
なお、実施の形態２でも、速度データ入力手段として、上述の図４、図５に示されているものを用いることができ、この場合も同じ効果が得られる。
【００５６】
（実施の形態３）
図９は：この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態３を示している。なお、図９に於いても、図１に対応する部分は図１に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００５７】
トルク制御装置２０は、トルク制御軸フィードバック制御手段２７と、トルク制御手段２８とを含んでいる。
【００５８】
トルク制御軸フィードバック制御手段２７は、メイン制御軸であるメインＸ軸に与える位置指令と同じ位置指令を数値制御装置１２より入力し、サブＸ軸サーボモータ１０の位置検出器２９よりサブＸ軸の位置データを入力し、トルク制御軸であるサブＸ軸の位置制御および速度制御をフィードバック方式にて行う。
【００５９】
トルク制御手段２８は、設定トルク指令Ｔ* から生成される設定トルク電流指令にトルク制御軸フィードバック制御手段２７が生成する電流指令を加えた指令で、サブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、サブＸ軸のトルク制御を行う。
【００６０】
図１０は、メイン制御軸（メインＸ軸）、トルク制御軸（サブＸ軸）の機械系が理想的である場合の実施の形態３の等価ブロック図を示している。なお、図１０における各記号は図２における記号と同一である。図１０において、Ｋｐｔはトルク制御軸フィードバック制御手段２７の位置ループゲインを、Ｋｖｔはトルク制御軸フィードバック制御手段２７の速度ループゲインを示している。
【００６１】
なお、トルク制御装置２０は、定常時のトルクが速度制御ループのＰＩ制御により補正されないように、速度制御伝達関数を単にＫｖｔの比例制御ゲインとしている。即ち、この実施の形態でのトルク制御軸フィードバック制御手段２７の速度制御は比例制御だけになっている。
【００６２】
この実施の形態３では、トルク制御装置２０に、位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、メイン制御軸（メイン制御軸）と同じ位置指令が入力されると、速度制御出力（図１０のＫｖｔの出力）は、機械系が理想的である場合には同期運転に必要な加速トルク電流指令となる。設定トルク指令Ｔ* をトルク定数ノミナル値Ｋｔｔｎで割った設定トルク電流指令に上述の加速トルク電流指令をたしあわせることにより、高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができる。
【００６３】
この実施の形態におけるメインＸ軸系速度ωｍ、サブＸ軸系の速度ωｔ、負荷トルクＴL 、メインＸ軸系の発生トルクＴｍ、サブＸ軸系の発生トルクＴｔの各波形は、図３に示されているものと同等のものになる。
【００６４】
また、トルク制御装置２０に位置制御、速度制御を行うフィードバックループが組まれていることから、機械系が理想とは多少異なっていたり、外乱があっても、フィードバック制御により影響を抑制でき、ワークＷが抜け落ちても給材機８が主軸１に衝突することを回避できる。
【００６５】
なお、この実施の形態は、メイン制御装置６と同じトルク制御装置２０を用いて、設定トルク指令が入力できるようにすれば、簡単に実現できる。
【００６６】
（実施の形態４）
図１１はこの発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態４を示している。なお、図１１に於いて、図９に対応する部分は図９に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００６７】
この実施の形態では、トルク制御装置２０は、トルク制御軸フィードバック制御手段２７、トルク制御手段２８に加えて外乱オブザーバ２６を有している。
【００６８】
外乱オブザーバ２６は、実施の形態２におけるものと同じものであり、主軸１に固定されたワークＷが給材機８に接しているとき、軸の剛性を十分に高くできないことから、軸ねじり振動を発生する共振機械系によって、トルク制御軸であるサブＸ軸サーボモータ１０に作用する負荷トルクを推定する。
【００６９】
トルク制御手段２８は、設定トルク指令Ｔ* を外乱オブザーバ２６により推定された推定負荷トルクにより補正し、補正後の設定トルク指令から生成されるトルク電流指令にトルク制御軸フィードバック制御手段２７が生成する電流指令を加えた指令で、サブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、サブＸ軸のトルク制御を行う。
【００７０】
図１２は、メイン制御軸（メインＸ軸）とトルク制御軸（サブＸ軸）の共振機械系を２慣性系とした場合の実施の形態４の等価ブロック図である。なお、図１２における各記号は図７における記号と同一である。
【００７１】
この実施の形態でも、トルク制御装置２０に、位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、メイン制御軸と同じ位置指令が入力されると速度比例制御出力（図１２のＫvtの出力）は、機械系が理想的である場合には同期運転に必要な加速トルク電流指令となる。
【００７２】
この実施の形態では、外乱オブザーバ２６が推定負荷トルクを出力し、外乱オブザーバ２６により推定した負荷トルクをキャンセルするように、設定トルク指令Ｔ* の２倍から推定負荷トルクを差し引いて作成したトルク電流指令を、速度制御出力、すなわち同期運転に必要なトルク電流指令にたしあわせることにより、高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができる。
【００７３】
この実施の形態によれば、機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用のある位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系に、外乱オブザーバ２６を付加することで、機械系があいまいでも、また外乱があっても負荷トルクを徹底してキャンセルし、同期運転時に設定トルク指令Ｔ* による負荷を高精度にワークＷに与えることができる。
【００７４】
なお、この実施の形態におけるメインＸ軸系速度ωｍ、サブＸ軸系の速度ωｔ、負荷トルクＴL 、メインＸ軸系の発生トルクＴｍ、サブＸ軸系の発生トルクＴｔの各波形は、図８に示されているものと同等のものになり、負荷トルクＴL の変動は図８に示されているものより少ないものになる。
【００７５】
また、この実施の形態では、トルク制御装置２０に位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、実施の形態３における場合と同様に、ワークＷが抜け落ちても給材機８が主軸１に衝突することを回避できる。
【００７６】
（実施の形態５）
実施の形態５は、実施の形態４の変形例であり、実施の形態４との相違点は、図１３に示されているように、トルク制御軸フィードバック制御手段２７の速度制御が、Ｋｖｔ１＋（Ｋｖｔ２／Ｓ）で表される速度制御伝達関数をもって、比例制御と積分制御との組み合わせである比例・積分制御（ＰＩ制御）により行われる。
【００７７】
また、設定トルク指令Ｔ* から外乱オブザーバ２６により推定された推定負荷トルクを差し引いて作成されたトルク電流指令は、トルク制御手段２８において、Ｋｔ１＋（Ｋｔ２／Ｓ）で表される速度制御伝達関数をもって比例・積分制御され、トルク制御手段２８は、比例・積分制御されたトルク電流指令とトルク制御軸フィードバック制御手段２７が決定する電流指令とを加算した電流指令により、サブＸ軸サーボモータ１０の駆動を制御し、サブＸ軸のトルク制御を行う。
【００７８】
この実施の形態では、トルク制御軸フィードバック制御手段２７の速度制御伝達関数をメイン制御装置６と同様にＰＩ制御とし、速度フィードバックループによる機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱除去作用を強化している。
【００７９】
また、外乱オブザーバ２６により推定した負荷トルクをキャンセルするように、設定トルク指令Ｔ* から推定負荷トルクを差し引いて作成したトルク電流指令にＰＩ制御をかけることにより、わずかな負荷トルク変動が発生しても、負荷トルクが設定トルク指令に追従する。
【００８０】
以上のように、この実施の形態では、トルク制御軸側の速度制御およびトルク電流指令制御にＰＩ制御を用いることにより、機械系があいまいでも、また外乱があっても、負荷トルクの変動を実施の形態４よりも徹底してキャンセルするから、同期運転時に設定トルク指令による負荷をさらに高精度にワークＷに与えることができる。
【００８１】
この実施の形態における負荷トルクＴL は図８に示されているものより変動が少ない波形となる。
【００８２】
また、この実施の形態でも、位置制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、ワークＷが抜け落ちても給材機８が主軸１に衝突することを回避できる。
【００８３】
（実施の形態６）
図１４は、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態６を示している。なお、図１４に於いて、図９に対応する部分は図９に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００８４】
この実施の形態では、トルク制御装置２０は、トルク制御用位置指令発生手段３０と、トルク制御軸フィードバック制御手段３１とを含んでいる。
【００８５】
トルク制御用位置指令発生手段３０は、メイン制御軸であるメインＸ軸に与える位置指令より設定トルク相当の位置変化分相違したトルク制御用位置指令を発生するものであり、数値制御装置１２に与える位置指令と同じ位置指令を数値制御装置１２より入力し、この位置指令に設定トルク相当の位置変化分を加算してトルク制御用位置指令を作成する。
【００８６】
トルク制御軸フィードバック制御手段３１は、トルク制御用位置指令発生手段３０が発生するトルク制御用位置指令を入力し、位置検出器２９よりサブＸ軸の位置データを入力し、トルク制御軸であるサブＸ軸の位置制御および速度制御をフィードバック方式にて行う。
【００８７】
図１５は、メイン制御軸（メインＸ軸）とトルク制御軸（サブＸ軸）の共振機械系を２慣性系とした場合の実施の形態６の等価ブロック図である。なお、図１５における各記号は図７における記号と同一である。図１５において、θｍｒはメイン制御装置６の位置指令を、θｔｒはトルク制御装置２０の位置指令を、Δθｒは設定トルク相当の位置変化分をそれぞれ示しており、θｔｒ＝θｍｒ＋Δθｒである。
【００８８】
互いに同じ構成のメイン制御装置６とトルク制御装置２０とを使用して、同じ制御を実施すると、両制御装置の位置出力は一致する。
【００８９】
従って、メイン制御装置６に入力する位置指令θｍｒより、ある位置偏差Δθｒずれた位置指令θｔｒをトルク制御装置２０のトルク制御軸フィードバック制御手段３１に入力すると、トルク制御装置２０は、その指令位置偏差Δθｒ分ずれてメイン制御装置６に追従する。
【００９０】
この場合の負荷トルクは、２慣性系では、メイン制御装置６側のサーボモータ４とトルク制御装置２０側のサーボモータ１０の角度差（位置誤差）に軸ばね定数Ｋをかけた値となる。
【００９１】
そこで、メイン制御装置６に対する位置指令θｍｒに対し、位置指令θｍｒに負荷トルク相当の位置偏差（位置変化分）Δθｒを加えた位置指令θｔｒをトルク制御装置２０のトルク制御軸フィードバック制御手段３１に出力することにより、同期運転時にも負荷トルクを簡単に一定に保つことができる。
【００９２】
印加負荷トルクは、位置検出器の分解能によって設定トルク指令との誤差を持ってしまうが、メイン制御装置６、トルク制御装置２０ともに位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられていることにより、ある程度、機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用もある。
【００９３】
また、位置指令でトルク制御装置２０が動作するため、ワークＷが抜け落ちても給材機８が主軸１に衝突することを回避できる。
【００９４】
図１６は、この実施の形態におけるメインＸ軸系の位置指令θｍｒ、サブＸ軸系の位置指令θｔｒ、メインＸ軸系速度ωｍ、サブＸ軸系の速度ωｔ、負荷トルクＴL 、メインＸ軸系の発生トルクＴｍ、サブＸ軸系の発生トルクＴｔの各波形を示している。
【００９５】
この波形図から、加減速時にもワークＷに概ね一定の負荷を与え、メイン制御軸（メイン軸）に対するトルク制御軸（サブＸ軸）の同期制御が高精度に行われることが分かる。
【００９６】
なお、トルク制御用位置指令発生手段３０と等価のものを数値制御装置１２に設けることにより、位置指令θｔｒを数値制御装置１２より入力することも可能である。
【００９７】
（実施の形態７）
図１７は、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態７を示している。なお、図１７に於いて、図１に対応する部分は図１に付した符号と同一の符号を付けてその説明を省略する。
【００９８】
この実施の形態では、トルク制御装置２０は、速度データ入力手段２１と、トルク制御手段３２と、トルク制御軸速度制御手段３３と、スイッチ回路３４とを含んでいる。
【００９９】
速度データ入力手段２１は、実施の形態１におけるものと同じものであり、メインＸ軸サーボモータ４の位置検出器５が出力するメインＸ軸（主軸台２）の位置データを微分処理により速度データに変換する。なお、この実施の形態でも、速度データ入力手段２１は、上述の図４、図５に示されているものであってもよい。
【０１００】
トルク制御手段３２は、従来のものと同等に、設定トルク指令Ｔ* によりトルク制御軸であるサブＸ軸のトルク制御を行う。
【０１０１】
トルク制御軸速度制御手段３３は、速度データ入力手段２１が入力した速度データによりトルク制御軸（サブＸ軸）の速度制御をフィードバック式に行う。
【０１０２】
トルク制御手段３２とトルク制御軸速度制御手段３３とは、スイッチ回路３４により相反する関係で、何れか一方が選択される。
【０１０３】
このトルク制御装置２０では、トルク制御軸の負荷トルクが設定トルクに到達するまではスイッチ回路３４がａ側（図１８参照）に切り替わっていることにより、トルク制御手段３２によりトルク制御軸のトルク制御が行われ、トルク制御軸の負荷トルクが設定トルクに到達以後は、スイッチ回路３４がｂ側（図１８参照）に切り替ることにより、トルク制御軸速度制御手段３３によりトルク制御軸の速度制御が行われる。
【０１０４】
図１８は、実施の形態７の等価ブロック図である。なお、図１８における各記号は図２、図７における記号と同一である。
【０１０５】
図１９は、この実施の形態の動作を説明するタイムチャートおよび各部波形である。主軸台２が位置指令により停止状態のまま、トルク制御装置２０に設けられているスイッチ回路３４がａ側にオンされた状態で、時刻Ａにおいて動作を開始すると、トルク制御手段３２による制御によって、先ず加速して給材機８がワークＷを主軸１に接触させ、さらに設定トルク指令Ｔ* にてワークｗを押し当てる。
【０１０６】
トルク制御装置２０は、発生トルクＴL が設定トルクＴ* と一致したと検出した瞬間の時刻Ｂに、スイッチ回路３４をｂ側にオンし、トルク制御軸速度制御手段３３が動作して速度制御ループを形成する。
【０１０７】
この後、メイン制御装置６が加減速運転すると、速度データ入力手段２１からの速度指令によりトルク制御軸速度制御手段３３によって同期運転が行われるため、メイン制御装置６とトルク制御装置２０とは、設定トルク相当の相対位置誤差を保ち続けることができる。従って、同期運転時においても負荷トルクを簡単に一定に保つことができる。
【０１０８】
また、トルク制御装置２０にはトルク制御軸速度制御手段３３によって速度制御を行うフィードバックループが設けられていることにより、ある程度機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用があり、速度指令でトルク制御装置２０が動作するため、ワークＷが抜け落ちても給材機８が主軸１に衝突することも回避できる。
【０１０９】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、速度データ入力手段、加速度検出手段からの同期運転に必要な加速トルク分を設定トルク指令にたしあわせることにより、加減速時でも高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができる。
【０１１０】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、速度データ入力手段、加速度検出手段からの同期運転に必要な加速トルク分を設定トルク指令にたしあわせ、さらに外乱オブザーバにより不要な負荷トルクを推定して減算することにより、より一層高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができ、特に機械系が理想的で無く軸ねじり振動が発生するような場合に、顕著な効果が得られる。
【０１１１】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、トルク制御軸の位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系にメイン制御軸のメイン制御装置と同じ位置指令を入力することにより、自己ループで同期運転に必要な加速トルク電流指令を作成でき、設定トルク指令による設定トルク電流指令と加速トルク電流指令をたしあわせることにより、加減速時を含めて高精度に負荷トルクを一定に保ちながら同期運転を行うことができる。またこのトルク一定同期駆動制御装置は、メイン制御装置と同じ構成のトルク制御装置を用いて設定トルク指令が入力できるようにすれば、簡単に実現できる。
【０１１２】
さらに、このトルク一定同期駆動制御装置によれば、フィードバックループが組まれていることから、機械系が理想とは多少異なっていたり外乱があっても、フィードバック制御により影響を抑制でき、また、ワークが抜け落ちても給材機が主軸に衝突することを回避できる。
【０１１３】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用のある位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系に、外乱オブザーバを付加することで、機械系があいまいでも、また外乱があっても負荷トルクを徹底してキャンセルし、同期運転時に設定トルク指令による負荷を高精度にワークに与えて同期運転することができる。また、このトルク一定同期駆動制御装置では、位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、ワークが抜け落ちても給材機が主軸に衝突することを回避できる。
【０１１４】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用のある位置制御、速度制御を行うフィードバック制御系に、外乱オブザーバを付加し、設定トルク指令から外乱オブザーバが推定した負荷トルクを差し引いて生成されたトルク電流指令にＰＩ制御をかけてから、制御ループの電流指令にたしこむことで、機械系があいまいでも、また外乱があっても負荷トルクをさらに徹底してキャンセルし、同期運転時に設定トルク指令による負荷を高精度にワークに与えて同期運転することができる。また、このトルク一定同期駆動制御装置でも、位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられたことにより、ワークが抜け落ちても給材機が主軸に衝突することを回避できる。
【０１１５】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、さらに、フィードバック制御系の速度制御もＰＩ制御とするため、加減速時を含めて同期運転時に設定トルク指令による負荷をより一層高精度にワークに与えて同期運転することができる。
【０１１６】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、トルク制御装置にメイン制御装置と同様に位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられ、メイン制御軸であるメイン制御装置に与える位置指令より設定トルク相当の位置変化分多い位置指令を入力するため、メイン制御軸間は、設定トルク相当の相対位置誤差を保ち続けることができ、同期運転時においても負荷トルクを簡単に一定に保つことができる。
【０１１７】
また、このトルク一定同期駆動制御装置では、位置制御、速度制御を行うフィードバックループが設けられていることにより、機械系が理想とは多少異なっていたり外乱があっても、フィードバック制御により影響を抑制でき、またワークが抜け落ちても給材機が主軸に衝突することを回避できる。
【０１１８】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、発生トルクが設定トルクと一致した瞬間以後に速度制御ループを形成し、速度データ入力手段からのメイン制御軸速度データを速度制御ループに入力することにより、設定トルク相当の相対位置偏差を保ち続けることができるから、同期運転時においても負荷トルクを簡単に一定に保つことができる。また、このトルク一定同期駆動制御装置には速度制御を行うフィードバックループが設けられていることにより、ある程度機械系を含めたシステムパラメータの変動や外乱の除去作用もあり、また速度指令でトルク制御装置が動作するため、ワークが抜け落ちても給材機が主軸に衝突することを回避できる。
【０１１９】
つぎの発明によるトルク一定同期駆動制御装置によれば、速度データ入力手段は、メイン制御軸の位置検出器が出力する位置データを微分処理、メイン制御軸の制御装置から速度データの入力、モデル推定出力の何れかにより、メイン制御軸の速度データを確実に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態１を示す構成図である。
【図２】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態１の等価ブロック図である。
【図３】 実施の形態１における各部の波形を示す波形図である。
【図４】 速度データ入力手段の他の例を示す構成図である。
【図５】 速度データ入力手段の他の例を示す構成図である。
【図６】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態２を示す構成図である。
【図７】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態２の等価ブロック図である。
【図８】 実施の形態２における各部の波形を示す波形図である。
【図９】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態３を示す構成図である。
【図１０】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態３の等価ブロック図である。
【図１１】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態４、５を示す構成図である。
【図１２】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態４の等価ブロック図である。
【図１３】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態５の等価ブロック図である。
【図１４】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態６を示す構成図である。
【図１５】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態６の等価ブロック図である。
【図１６】 実施の形態１における各部の波形を示す波形図である。
【図１７】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した実施の形態７を示す構成図である。
【図１８】 この発明によるトルク一定同期駆動制御装置の実施の形態７の等価ブロック図である。
【図１９】 実施の形態７における各部の波形を示す波形図である。
【図２０】 従来におけるトルク一定同期駆動制御装置を給材機付き自動旋盤に適用した例を示す構成図である。
【図２１】 従来におけるトルク一定同期駆動制御装置における各部の波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１ 主軸，２ 主軸台，３ メインＸ軸送りねじ，４ メインＸ軸サーボモータ，５ 位置検出器，６ メイン制御装置，７ サブＸ軸送りねじ，８ 給材機，１０ サブＸ軸サーボモータ，１２ 数値制御装置，１３ ドライバ，２０ トルク制御装置，２１ 速度データ入力手段，２２ 加速度検出手段，２３ トルク制御手段，２４ レシーバ，２５ 速度データ入力手段，２６ 外乱オブザーバ，２７ トルク制御軸フィードバック制御手段，２８ トルク制御手段，２９ 位置検出器，３０ トルク制御用位置指令発生手段，３１ トルク制御軸フィードバック制御手段，３２ トルク制御手段，３３ トルク制御軸速度制御手段，３４ スイッチ回路。
Claims (9)
- メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、
前記メイン制御軸の速度データを入力する速度データ入力手段と、
前記速度データ入力手段が入力した前記メイン制御軸の速度データから加速度を検出する加速度検出手段と、
押し付け力を発生する負荷トルクとなる設定トルク指令に前記加速度検出手段により検出された加速度に応じた成分を加えて前記トルク制御軸のトルク指令とするトルク制御手段と、
を具備していることを特徴とするトルク一定同期駆動制御装置。 - メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、
前記メイン制御軸の速度データを入力する速度データ入力手段と、
前記速度データ入力手段が入力した前記メイン制御軸の速度データから加速度を検出する加速度検出手段と、
前記トルク制御軸に作用する負荷トルクを推定する外乱オブザーバと、
押し付け力を発生する負荷トルクとなる設定トルク指令に前記加速度検出手段により検出された加速度に応じた成分と前記外乱オブザーバにより推定された推定負荷トルクとを加減算して前記トルク制御軸のトルク指令とするトルク制御手段と、
を具備していることを特徴とするトルク一定同期駆動制御装置。 - メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、
前記メイン制御軸に与える位置指令と同じ位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸フィードバック制御手段と、
押し付け力を発生する負荷トルクとなる設定トルク指令から生成される設定トルク電流指令に前記トルク制御軸フィードバック制御手段が生成する電流指令を加えて前記トルク制御軸のトルク指令とするトルク制御手段と、
を具備していることを特徴とするトルク一定同期駆動制御装置。 - メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、
前記メイン制御軸に与える位置指令と同じ位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸フィードバック制御手段と、
前記トルク制御軸に作用する負荷トルクを推定する外乱オブザーバと、
押し付け力を発生する負荷トルクとなる設定トルク指令を、前記外乱オブザーバにより推定された推定負荷トルクにより補正したトルク指令から生成されるトルク電流指令に前記トルク制御軸フィードバック制御手段が生成する電流指令を加えて前記トルク制御軸のトルク指令とするトルク制御手段と、
を具備していることを特徴とするトルク一定同期駆動制御装置。 - メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、
前記メイン制御軸に与える位置指令と同じ位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸フィードバック制御手段と、
前記トルク制御軸に作用する負荷トルクを推定する外乱オブザーバと、
押し付け力を発生する負荷トルクとなる設定トルク指令と、前記外乱オブザーバにより推定された推定負荷トルクにより補正したトルク指令から生成されるトルク電流指令に比例・積分制御を行い、比例・積分制御されたトルク電流指令に前記トルク制御軸フィードバック制御手段が生成する電流指令を加えて前記トルク制御軸のトルク指令とするトルク制御手段と、
を具備していることを特徴とするトルク一定同期駆動制御装置。 - 前記トルク制御軸フィードバック制御手段において、比例・積分制御により速度制御を行うことを特徴とする請求項５に記載のトルク一定同期駆動制御装置。
- メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、
前記メイン制御軸に与える位置指令より、押し付け力を発生する負荷トルクとなる設定トルク相当の位置変化分相違したトルク制御用位置指令を発生するトルク制御用位置指令発生手段と、
前記トルク制御用位置指令発生手段が発生するトルク制御用位置指令を入力して前記トルク制御軸の位置制御と速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸フィードバック制御手段と、
を具備していることを特徴とするトルク一定同期駆動制御装置。 - メイン制御軸によって駆動されるワークにトルク制御軸によって一定負荷を与えながら当該トルク制御軸を前記メイン制御軸と同期駆動するトルク一定同期駆動制御装置において、
押し付け力を発生する負荷トルクとなる設定トルク指令により前記トルク制御軸のトルク制御を行うトルク制御手段と、
前記メイン制御軸の速度データを入力する速度データ入力手段と、
前記速度データ入力手段が入力した速度データにより前記トルク制御軸の速度制御をフィードバック方式にて行うトルク制御軸速度制御手段とを具備し、
前記トルク制御軸の負荷トルクが前記設定トルクに到達するまでは前記トルク制御手段により前記トルク制御軸のトルク制御を行い、前記トルク制御軸の負荷トルクが前記設定トルクに到達以後は前記トルク制御軸速度制御手段により前記トルク制御軸の速度制御を行うことを特徴とするトルク一定同期駆動制御装置。 - 前記速度データ入力手段は、前記メイン制御軸の位置検出器が出力する位置データを微分処理して速度データを得るもの、前記メイン制御軸の制御装置から速度データを入力するもの、前記メイン制御軸の制御装置に位置指令を与える数値制御装置より前記メイン制御軸の制御装置に与える位置指令を入力して前記メイン制御軸の制御装置のモデル推定出力から速度データを得るものの何れかであることを特徴とする請求項１、２、８の何れか一つに記載のトルク一定同期駆動制御装置。
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