JP3931271B2

JP3931271B2 - Positioning control method and positioning control device

Info

Publication number: JP3931271B2
Application number: JP2001362253A
Authority: JP
Inventors: 双暉郭; 龍一小黒
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2001-11-28
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2007-06-13
Anticipated expiration: 2021-11-28
Also published as: JP2003162330A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子回路基板の組立工程で使われるマシニングセンタなどの工作機械や製造装置で使用され、テーブルの位置決め制御をする位置決め制御装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子回路基板の組立工程で使われるマシニングセンタなどの工作機械や製造装置で使用され、テーブルの位置決め制御をする従来の位置決め制御装置について図に基づいて説明する。図１１は一駆動方向のみの位置決めをする位置決め制御装置の構成例を示している。図において、１はテーブルであり、２はリニアモータからなる第２駆動軸、３はリニアモータからなる第１駆動軸、４はリニアスケールからなる計測部、５は電動機制御装置、６は指令発生器である。指令発生器６が位置指令ｒを生成して電動機制御装置５に出力すると、電動機制御装置５はその位置指令に応じた電力を第２駆動軸２と第１駆動軸３に供給する。第２駆動軸２と第１駆動軸３はその電力をテーブル１を駆動する力に変換する。計測部４は第２駆動軸２と第１駆動軸３の位置などを測定し、負荷フィードバック状態量X（X＝［xm1、vm1、xm2、vm2］）として電動機制御装置５に出力する。ただし、xm1は第１駆動軸３の位置、vm1は第１、駆動軸３の速度、xm2は第２駆動軸２の位置、vm2は第２駆動軸２の速度である。テーブル１にはリニアモータの２次側（または可動子）も含んでおり、加工対象となっているワークなどを支える。電動機制御装置５は第２駆動軸２と第１駆動軸３の位置が指令ｒに一致するように働き、電力V1とV2を生成して第２駆動軸２と第１駆動軸３に出力する。
次に電動機制御装置５の構成を図１２のブロック図に示す。図において、７は第１電力変換装置であり、８は第２電力変換装置、９は第１駆動制御装置、１０は第２駆動制御装置である。第１電力変換装置７と第２電力変換装置８はPWMインバータのような電圧または電流制御装置で構成されており、第２駆動軸２と第１駆動軸３によって発生する力またはトルクが、与えられた力指令またはトルク指令f1ref、f2refと一致するような電力V1、V2を生成して第２駆動軸２と第１駆動軸３に出力する。第１駆動制御装置９は、計測部４から得られた負荷フィードバック状態量Xの内、第１駆動軸３の情報xm1、vm1を利用し、第１駆動軸３の位置が位置指令ｒに一致するように働いて力指令またはトルク指令f1refを生成し、第１電力変換装置７に出力する。第２駆動制御装置１０は、計測部４から得られた負荷フィードバック状態量Xの内、第２駆動軸２の情報xm2、vm2を利用し、第２駆動軸２の位置が指令ｒに一致するように働いて力指令またはトルク指令f2refを生成し、第２電力変換装置８に出力する。通常、第１駆動制御装置９と第２駆動制御装置１０は、PID制御則に従って構成されている。
なお、上記の例では第２駆動軸２と第１駆動軸３がリニアモータであるとしたが、回転モータとボールネジで構成されたものでもよい。また、駆動軸が２台である場合を示したが、駆動軸が３台であっても構わない。
以上のようにして、各、駆動軸の位置を指令ｒに一致させてテーブルの位置決め制御がされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年はテーブルの移動時間を短縮するためにテーブル移動速度がますます急峻になりつつある。このため、各駆動軸に対するテーブルの僅かのアンバランスや、テーブルを支えるガイドの僅かの柔軟性などが原因となって、テーブルが移動する際、ヨーイング方向に振動現象が発生している。一般に、このヨーイング方向の振動現象は、テーブルの駆動動作が終了しても残るので、テーブルを駆動し始めてから停止するまでの時間を短縮することができないという問題があった。
そこで本発明は、新たに機械構成の改善をすることなく、テーブル振動を良好に抑制して、位置決め性能を向上させる位置決め制御方法や位置決め制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の位置決め制御装置は、テーブルの複数の力点にそれぞれ実駆動力を出力して前記テーブルを駆動する複数の駆動手段（２、３）と、その複数の駆動手段（２、３）の状態量を計測して負荷フィードバック状態量を出力する計測手段と、前記テーブルの位置指令と前記負荷フィードバック状態量を受けて複数の推力指令f1ref、f2refを生成する機械制御装置と、前記複数の推力指令flref、f2refを受けて前記複数の駆動手段（２、３）にそれぞれ電力V1、V2を出力する複数の電力変換装置（７、８）からなる電動機制御装置と、を備えた位置決め制御装置であって、前記機械制御装置は、前記複数の駆動手段（２、３）が発生する実駆動力Fl、F2にそれぞれ対応する複数の模擬推力fl、f2を演算する模擬コントローラと、
前記複数の模擬推力fl、f2を受けて、前記複数の駆動手段（２、３）の推定位置と推定速度を含む推定負荷フィードバック状態量を求めるテーブル振動モデルと、前記複数の模擬推力fl、f2と前記推定負荷フィードバック状態量と前記負荷フィードバック状態量を入力して前記複数の推力指令f1ref、f2refを求める実コントローラとから構成され、前記テーブル振動モデルは、前記模擬推力を、力点からテーブルのヨーイング回転中心までの距離を用いて、テーブルのヨーイング回転中心における直進方向の模擬力と、テーブルのヨーイング回転中心における回転方向の模擬トルクに変換する入力変換部と、前記テーブルのヨーイング回転中心における直進方向の模擬力から直進方向のテーブルのヨーイング回転中心における推定状態量を求める直進方向伝達部と、前記テーブルのヨーイング回転中心における回転方向の模擬トルクから回転方向のテーブルのヨーイング回転中心における推定状態量を求める回転方向伝達部と、前記直進方向のテーブルのヨーイング回転中心における推定状態量と前記回転方向のテーブルのヨーイング回転中心における推定状態量から、力点からテーブルのヨーイング回転中心までの距離を用いて、前記推定負荷フィードバック状態量を求める出力変換部、からなることを特徴とするものである。
請求項２記載の位置決め制御方法は、前記テーブル振動モデルは、前記模擬推力f1、f2から直進方向の模擬力ｆをｆ=f1+f2により変換し、回転方向の模擬トルクをτ=f1*r1-f2*r2（r1は第１駆動軸の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離、r2は第２駆動軸の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離）により変換し、直進方向の前記模擬力から直進方向の推定状態量を求め、回転方向の前記模擬トルクから回転方向の推定状態量を求め、直進方向の前記推定状態量と回転方向の前記推定状態量から推定負荷フィードバック状態量を求める演算をすることを特徴としている。
請求項１および２記載の発明によれば、新たに機械構成の改善をすることなく、テーブル振動を良好に抑制して、位置決め性能を向上させることができる。また、制御系の解析や制御ゲインの設定がより簡単に実現できるので、より簡単により良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
請求項３記載の発明は、複数の駆動軸（２、３）により複数の力点に駆動力を与えてテーブルを駆動する駆動部と、前記駆動部の状態量を計測して負荷フィードバック状態量を出力する計測部と、前記負荷フィードバック状態量を用いて前記テーブルが位置指令に一致するように制御する電動機制御装置と、からなる位置決め制御装置において、前記電動機制御装置は、前記負荷フィードバック状態量における駆動軸の位置と力点からテーブルのヨーイング回転中心までの距離とに基づいて、ヨーイング回転中心位置の直進方向位置とヨーイング回転角をx ＝ x1*r2+x2*r1 、θ＝（ x1+x2 ）／（ r1+r2 ）（ r1 は第１駆動軸の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離、 r2 は第２駆動軸の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離）により算出し、前記位置指令と前記直進方向位置と前記ヨーイング回転角とに基づいて、前記複数の駆動軸（２、３）の数と同数の推力指令を生成する機械制御装置と、前記推力指令に従って前記複数の駆動軸に電力を供給し、前記複数の駆動軸（２、３）の数と同数の電力変換装置（７、８）と、を有することを特徴としている。
請求項４記載の発明は、複数の駆動軸（２、３）により複数の力点に駆動力を与えてテーブルを駆動する駆動部と、前記駆動部の状態量を計測して負荷フィードバック状態量を出力する計測部と、前記負荷フィードバック状態量を用いて前記テーブルが位置指令に一致するように制御する電動機制御装置と、からなる位置決め制御装置において、前記電動機制御装置は、前記負荷フィードバック状態量における駆動軸の位置と力点からテーブルのヨーイング回転中心までの距離とに基づいて、ヨーイング回転中心位置の直進方向位置とヨーイング回転角をx ＝ x1*r2+x2*r1、θ＝（ x1+x2 ）／（ r1+r2 ）（ r1 は第１駆動軸の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離、 r2 は第２駆動軸の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離）により算出し、前記位置指令と前記直進方向位置と前記ヨーイング回転角とに基づいて、前記複数の駆動軸（２、３）のそれぞれに電力を供給する複数の軸ドライブ装置（１６、１７）を有することを特徴としている。
請求項３、４記載の発明によれば、より良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。また、制御系の解析を行う際に、電気回路で実現されたテーブル振動モデルを利用すれば、より効率的に解析することが出来る。さらに、テーブルに外乱などが存在しても、テーブルのヨーイング方向の振動を常に０付近に抑制することができる。また、ローコストでより簡単により良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施例について図を用いて説明する。図１〜図７は本発明の位置決め制御装置の要部の構成を示すブロック図であり、位置決め制御装置の全体構成は図１１のようになっている。図１１の電動機制御装置５は図７のブロック図のように構成されており、図７の機械制御装置１５は図１のブロック図のように構成されており、図１のテーブル振動モデル１９は図２のブロック図のように構成されている。図１において、模擬コントローラ１８は、位置指令rと、テーブル振動モデル１９の出力である第１駆動軸３の力点の推定移動距離x1と、第２駆動軸２の力点の推定移動距離x2と、第１駆動軸３の力点の推定移動速度v1と、第２駆動軸２の力点の推定移動速度v2とに基づいて、次式のようにして、第１模擬推力f1と第２模擬推力f2を出力する。ただし、K1〜K4は模擬制御ゲインである。
f1＝（K1*（r−x1）−v1）*K2 （１）
f2＝（K3*（r−x2 ）− v2 ） *K4 （２）
実コントローラ２０は、第１模擬推力f1と第２模擬推力f2と、計測部４より得られた負荷フィードバック状態量Ｘと、第１駆動軸３の力点の推定移動距離x1と、第２駆動軸２の力点の推定移動距離x2と、第１駆動軸３の力点の推定移動速度v1と、第２駆動軸２の力点の推定移動速度v2とに基づいて、次式のようにして、第２駆動軸２と第１駆動軸３への推力指令f1ref、f2refを生成する。ただし、K5〜K8は実制御ゲイン、xm1、vm1、xm2、vm2は第１駆動軸３と第２駆動軸２との実位置と実速度、X＝［xm1、vm1、xm2、vm2］である。なお、第１駆動軸３と第２駆動軸２にリニアモータが使われているときは f1ref と f2ref は推力指令として出力されるが、第１駆動軸３と第２駆動軸２に回転型のモータが使われているときは f1ref と f2ref はトルク指令として出力される。
f1ref＝K5*（x1−xm1）+K6*（v1−vm1）+f1 （３）
f2ref＝K7*（x2−xm2）+K8*（v2−vm2）+f2 （４）
【０００６】
次にテーブル振動モデル１９は、入力変換部１１と直進方向伝達部１３、回転方向伝達部１２、出力変換部１４から構成されている。入力変換部１１は、第２駆動軸２と第１駆動軸３により、テーブルに作用する模擬推力f1、f2を、次式のようにして直進方向の模擬力fと回転方向の模擬トルクτに変換する。
ｆ=f1+f2 （５）
τ=f1*r1―f2*r2 （６）
ただし、r1は第１駆動軸３の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離、r2は第２駆動軸２の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離である。
【０００７】
次に直進方向伝達部１３は、直進方向の模擬力fを用いて次式のような直進方向伝達関数の演算を行い、直進方向の推定状態量を発生する。
x*s＝v （７）
v*s＝f／m （８）
ただし、sは微分演算子、xは直進方向の推定位置、vは直進方向の推定速度、mはテーブルの質量である。また、直進方向の推定状態量は直進方向の推定位置 xと直進方向の推定速度vを示す。
次に回転方向伝達部１２は、回転方向の模擬トルクτを用いて次式のような回転方向伝達関数の演算を行い、回転方向の推定状態量を発生する。
θ*s＝ω （９）
ω*s＝（τ―K*θ）／Jm （１０）
ただし、θはテーブルのヨーイング方向の推定回転角度、ωはテーブルのヨーイング方向の推定回転角速度、Kはテーブルのヨーイング方向のばね定数、Jmはテーブルのヨーイング方向の慣性モーメントである。また、回転方向の推定状態量はテーブルのヨーイング方向の推定回転角度θとテーブルのヨーイング方向の推定回転角速度ωを示す。
【０００８】
次に出力変換部１４は、前記回転方向の推定状態量と前記直進方向の推定状態量を用いて、次式のような変換演算を行い、推定負荷フィードバック状態量を発生させる。ただし、x1は第１駆動軸３の力点の推定移動距離、x2は第２駆動軸２の力点の推定移動距離、v1は第１駆動軸３の力点の推定移動速度、v2は第２駆動軸２の力点の推定移動速度である。
x1＝x＋r1*tan(θ) （１１）
x2＝x―r2*tan(θ) （１２）
v1＝v＋ω*r1*（1―tan(θ)*tan(θ)）（１３）
v2＝v―ω*r2*（1―tan(θ)*tan(θ)）（１４）
この実施の形態の位置決め制御方法によれば、テーブル振動モデルのテーブルの各駆動軸の力点に作用している力を直進方向模擬力と回転方向の模擬トルクとに変換し、各駆動軸の力点の状態量を直進方向の状態量と回転方向の状態量とで表現することによって、テーブルのモデルを（７）〜（１０）式のような独立されたモデルで表現し、テーブルを直進方向と回転方向で独立に制御することができる。よって、新たに機械構成の改善をすることなく、テーブル振動を良好に抑制して、位置決め性能を向上させることができる。
また、場合によって、（１１）〜（１４）式の演算の替わりに、次のように演算してもよい。
x1＝x＋r1*θ （１５）
x2＝x―r2*θ （１６）
v1＝v＋ω*r1 （１７）
v2＝v―ω*r2 （１８）
【０００９】
また、場合によっては（８）式の替わりに、次式のようにして演算してもよい。ただし、k1は摩擦係数である。
v*s＝（―k1*v+f）／m （１９）
また、場合によっては（８）式の替わりに次式のようにして演算してもよい。ただし、k2は摩擦係数に比例した係数である。
v*s＝―k2*v+f／m （２０）
また、場合によっては（１０）式の替わりに次式のようにして演算してもよい。ただし、k3は摩擦係数である。
ω*s＝（f―K*θ―k3*ω）／Jm （２１）
また、場合によっては（１０）式の替わりに次式のようにして演算してもよい。ただし、k4は摩擦係数に比例した係数である。
ω*s＝―k4*ω+（f―K*θ）／Jm （２２）
また、場合によっては（１０）式の替わりに次式のようにして演算してもよい。ただし、K1はばね係数に比例した係数である。
ω*s＝―k4*ω―K1*θ+f／Jm （２３）
また、駆動軸を更に増やせば、回転方向としてはヨーイング方向以外にピッチング方向もある。その場合も、上述した方法を簡単に拡張すればヨーイング方向の運動方程式も容易に導かれるので同様な効果が容易に得られる。
【００１０】
次に、図２のテーブル振動モデル１９は、入力変換部１１と直進方向伝達部１３、回転方向伝達部１２、出力変換部１４から構成されている。入力変換部１１は、第１駆動軸３の第１の模擬推力f1と第２駆動軸２の第２の模擬推力f2とを直進方向の模擬力fと回転方向の模擬トルクτに変換する。直進方向伝達部１３は、直進方向の模擬力fに基づいて、直進方向の推定状態量を発生する。回転方向伝達部１２は、回転方向の模擬トルクτに基づいて回転方向の推定状態量を発生する。出力変換部１４は、直進方向の推定状態量と回転方向の推定状態量とを、第１駆動軸３と第２駆動軸２の運動軸上の状態量に変換し、推定負荷フィードバック状態量を発生させる。図３は入力変換部１１の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、入力変換部１１は、加算器１１ａと、減算器１１ｂと、係数器１１ｃと、係数器１１ｄとから構成されている。
【００１１】
係数器１１ｃは、第２駆動軸２の第２の模擬推力f2を次式のようにして内部信号S2に変換する。
S2＝r2*f2 （２４）
係数器１１ｄは、第１駆動軸３の第１の模擬推力f1を次式のようにして内部信号S1に変換する。
S1＝r1*f1 （２５）
加算器１１ａは、第１駆動軸３の第１の模擬推力f1と第２駆動軸２の第２の模擬推力f2を用いて直進方向の模擬力fを次式のようにして生成する。
f＝f1＋f2 （２６）
減算器１１ｂは、内部信号S1と内部信号S2を用いて、回転方向の模擬トルクτを次式のようにして生成する。
τ＝S1―S2 （２７）
図４は直進方向伝達部１３の構成を示すブロック図である。図４に示すように、直進方向伝達部１３は、係数器１３ａと積分器１３ｂ、積分器１３ｃから構成されている。係数器１３ａは、直進方向の模擬力fを用いて次式のようにして内部信号S3を生成する。
S3＝f／m （２８）
積分器１３ｂは、内部信号S3を用いて、次式のようにして直進方向の推定速度vを生成する。
v＝S3／s （２９）
積分器１３ｃは、直進方向の推定速度vを用いて、次のように直進方向の推定位置xを生成する。
x＝v／s （３０）
【００１２】
図５は回転方向伝達部１２の構成を示すブロック図である。図５に示すように、回転方向伝達部１２は、係数器１２ａと積分器１２ｂ、積分器１２ｃ、減算器１２ｄ、係数器１２ｅから構成されている。係数器１２ａは、内部信号S5を用いて次式のようにして内部信号S6を生成する。
S6＝S5／Jm （３１）
積分器１２ｂは、内部信号S6を用いて、次のようにテーブルのヨーイング方向の推定回転角速度ωを生成する。
ω＝S6／s （３２）
積分器１２ｃは、テーブルのヨーイング方向の推定回転角速度ωを用いて次式のようにしてテーブルのヨーイング方向の推定回転角度θを生成する。
θ＝ω／s （３３）
減算器１２ｄは、回転方向の模擬トルクτと内部信号S4を用いて次式のようにして内部信号S5を生成する。
S5＝τ―S4 （３４）
係数器１２ｅは、ヨーイング方向の推定回転角度θを用いて次式のようにして内部信号S4を生成する。
S4=K* θ （３４ａ）
【００１３】
図６は出力変換部１４の構成を示すブロック図である。図６に示すように、出力変換部１４は、加算器１４ａと減算器１４ｂ、係数器１４ｃ、係数器１４ｄ、加算器１４ｅ、減算器１４ｆ、係数器１４ｇ、係数器１４ｈから構成されている。加算器１４ａは、直進方向の推定位置xと内部信号S8とを用いて、次式のようにして第１駆動軸３の力点の推定移動距離x1を生成する。
x1＝x+S8 （３５）
減算器１４ｂは、直進方向の推定位置xと内部信号S7とを用いて、次式のようにして第２駆動軸２の力点の推定移動距離x2を生成する。
x2＝x―S7 （３６）
係数器１４ｃは、テーブルのヨーイング方向の推定回転角度θを用いて、次式のようにして内部信号S7を生成する。
S7＝r2*θ （３７）
係数器１４ｄは、テーブルのヨーイング方向の推定回転角度θを用いて、次式のようにして内部信号S8を生成する。
S8＝r1*θ （３８）
加算器１４ｅは、直進方向の推定速度vと内部信号S10とを用いて、次式のようにして第１駆動軸３の力点の推定移動速度v1を生成する。
v1＝v+S10 （３９）
減算器１４ｆは、直進方向の推定速度vと内部信号S9とを用いて次式のようにして第２駆動軸２の力点の推定移動速度v2を生成する。
v2＝v―S9 （４０）
係数器１４ｇは、テーブルのヨーイング方向の推定回転角速度ωを用いて、次式のようにして内部信号S9を生成する。
S9＝r2*ω （４１）
係数器１４ｈは、テーブルのヨーイング方向の推定回転角速度ωを用いて、次式のようにして内部信号S10を生成する。
S10＝r1*ω （４２）
この実施の形態の位置決め制御装置によれば、テーブル振動モデルを電気回路で容易に実現することが出来るので、テーブル振動モデルを利用したモデル追従制御のような制御則で、テーブルを制御する際に、より良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。また、制御系の解析を行う際に、電気回路で実現されたテーブル振動モデルを利用すれば、より効率的に解析することが出来る。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施例について図に基づいて説明する。図７に示すように、電動機制御装置５は、第１電力変換装置７と、第２電力変換装置８と、機械制御装置１５とから構成されている。第１電力変換装置７と、第２電力変換装置８とは従来例と同一なものであり、機械制御装置１５は次のような操作を行う。
まず、第１駆動軸３の力点の移動距離x1および第２駆動軸２の力点の移動距離x2および第１駆動軸３の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離 r1 と第２駆動軸２の力軸とテーブルのヨーイング方向の回転重心軸との距離 r2 を用いて、次のようにテーブルの直進方向の位置xとヨーイング方向の回転角度θを演算する。
x ＝ x1*r2+x2*r1 （４３）
θ＝（ x1+x2 ）／（ r1+r2 ）（４４）
次に、実施例１に示されているテーブルの直進方向のモデル（例えば、（７）、（８）式で表すもの）とテーブルの回転方向のモデル（例えば、（９）、（１０）式で表すもの）で示されているそれぞれの制御対象系に対して、それぞれの制御系を構成し、直進方向の模擬力ｆと回転方向の模擬トルクτを提供する。例えば、次のような操作で、直進方向の模擬力ｆと回転方向の模擬トルクτを生成すればよい。
ｆ＝m*Kvf*(Kpf*(r-x)-s*x) （４５）
τ＝Jm*Kvt*(Kpt*(-θ)-s*θ) （４６）
ただし、Kvf、Kpfは直進方向の制御系のゲイン、Kvt、Kptは回転方向の制御系のゲインである。
【００１７】
次に、次のように、（５）、（６）式の変換の逆変換を行い、第2駆動軸２及び第１駆動軸３への力またはトルク指令f1ref、f2refを生成する。
f1ref＝（fref*r2+τref）／（r1+r2）（４７）
f2ref＝fref-f1ref （４８）
また、直進方向の力またはトルク指令frefと回転方向のトルク指令τrefを生成する際に、（４５）、（４６）式で示す制御則の代わりに、直進方向と回転方向に対して、その他の制御則を利用してもよい。例えば、PID制御、P-PI制御、P-IP制御などを利用してもよい。また、直進方向をPID制御で、回転方向をP-PI制御で行うこともよい。また、その他の現代制御理論の方法を利用してもよい。
この実施の形態の位置決め制御装置によれば、直進方向と回転方向でテーブルを独立で制御するので、テーブルに外乱などが存在しても、テーブルのヨーイング方向の振動を常に０付近に抑制することができる。また、機械制御装置で各駆動軸の力またはトルク指令を生成しているので、同一の制御対象に対して、最も少ない配線や部品でシステムを構築することができる。よって、ローコストでより簡単により良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
【００１８】
次に、本発明の第３の実施例について図８を用いて説明する。図において、電動機制御装置５Ｂは、第１軸ドライブ装置１６と第２軸ドライブ制御装置１７とから構成されている。第１軸ドライブ装置１６は、位置指令ｒと負荷フィードバック状態量Ｘとに基づいて、第１駆動軸に適切な電力V1を提供する。第２軸ドライブ装置１７は、位置指令ｒと負荷フィードバック状態量Ｘとに基づいて、第２、駆動軸に適切な第２電力V2を出力する。
図９は、第１軸ドライブ装置１６の構成例を示すブロック図である。第１軸ドライブ装置１６は、第１電力変換装置７と、第１軸機械制御装置１６ａとから構成されており、第１電力変換装置７は従来例と同一なものでよい。第１軸機械制御装置１６ａは次のような操作を行い、第１駆動軸３への第１推力指令f1refを生成し、第１電力変換装置７に提供する。まず、（実施例３）と同様な操作を行い、f1refとf2refを生成する。次に、f1refのみを出力し、第１電力変換装置７に提供する。
【００１９】
図１０は、第２軸ドライブ装置１７の構成例を示すブロック図である。第２軸ドライブ装置１７は、図１０に示すように、第２電力変換装置８と、第２軸機械制御装置１７ａとから構成されている。第２電力変換装置８は従来例と同一なものでよい。第２軸機械制御装置１７ａは次のような操作を行い、第２駆動軸２への第２推力指令f2refを生成し、第２電力変換装置８に提供する。まず、（実施例３）と同様な操作を行い、f1refとf2refを生成する。次に、f2refのみを出力し、第２電力変換装置８に提供する。
この実施の形態の位置決め制御装置によれば、同様な制御処理をそれぞれの軸ドライブ装置で行うことにより、各軸のシステム構成を独立で構築することができる。従って、より少ないシステム構成（例えば、電圧、電流の容量など）でより幅広いの制御対象（各駆動軸の容量など）に対応できる。よって、大量生産でシステム部品などを生産する際に、よりローコストで生産できるので、よりローコストでより良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
【００２０】
【発明の効果】
請求項１、２記載の位置決め制御装置及び制御方法によれば、テーブルの各駆動軸の力点に作用されている力を直進方向力と回転方向のトルクとに変換し、各駆動軸の力点の状態量を直進方向の状態量と回転方向の状態量とで表現することによって、テーブルのモデルを（７）〜（１０）式のような独立されたモデルで表現することができるので、テーブルを直進方向と回転方向に独立で制御することができる。よって、新たに機械構成の改善をすることなく、テーブル振動を良好に抑制して、位置決め性能を向上させることができる。
請求項２記載の位置決め制御方法によれば、テーブル振動モデルを電気回路で容易に実現することが出来るので、テーブル振動モデルを利用したモデル追従制御のような制御則で、テーブルを制御する際に、より良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。また、制御系の解析を行う際に、電気回路で実現されたテーブル振動モデルを利用すれば、より効率的に解析することが出来る。
請求項３記載の位置決め制御装置によれば、直進方向と回転方向でテーブルを独立で制御するので、テーブルに外乱などが存在しても、テーブルのヨーイング方向の振動を常に０付近に抑制することができる。また、機械制御装置で各駆動軸の力またはトルク指令を生成しているので、同一の制御対象に対して、最も少ない配線や部品でシステムを構築することができる。よって、ローコストでより簡単により良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
請求項４記載の位置決め制御装置によれば、同様な制御処理をそれぞれの軸ドライブ装置で行うことにより、各軸のシステム構成を独立で構築することができる。従って、より少ないシステム構成（例えば、電圧、電流の容量など）でより幅広いの制御対象（各、駆動軸の容量など）に対応できる。よって、大量生産でシステム部品などを生産する際に、よりローコストで生産できるので、よりローコストでより良好な振動抑制効果が得られ、新たに機械構成の改善をすることなく位置決め性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位置決め制御装置の要部構成を示すブロック図
【図２】本発明の位置決め制御装置の要部構成を示すブロック図
【図３】入力変換部１１の構成を示すブロック図
【図４】直進方向伝達部１３の構成を示すブロック図
【図５】回転方向伝達部１２の構成を示すブロック図
【図６】出力変換部１４の構成を示すブロック図
【図７】電動機制御装置５の構成を示すブロック図
【図８】第２の電動機制御装置５Ｂの構成を示すブロック図
【図９】第１ドライブ装置１６の構成を示すブロック図
【図１０】第２ドライブ装置１７の構成を示すブロック図
【図１１】従来の位置決め制御装置の概要を説明する図
【図１２】従来の電動機制御装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１テーブル
２第２駆動軸
３第１駆動軸
４計測部
５、５Ｂ電動機制御装置
６指令発生器
７第１電力変換装置
８第２電力変換装置
９第１駆動制御装置
１０第１駆動制御装置
１１入力変換部
１１ａ、１４ａ、１４ｅ加算器
１１ｂ、１２ｄ、１４ｂ、１４ｆ減算器
１１ｃ、１１ｄ、１２ａ、１２ｅ、１３ａ、１４ｃ、１４ｄ係数器
１２回転方向伝達部
１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃ積分器
１３直進方向伝達部
１４出力変換部
１４ｇ、１４ｈ係数器
１５機械制御装置
１６第１軸ドライブ装置
１６ａ第１軸機械制御装置
１７第２軸ドライブ装置
１７ａ第２軸機械制御装置
１８模擬コントローラ
１９テーブル振動モデル
２０実コントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a positioning control device and a method for controlling positioning of a table used in a machine tool and a manufacturing apparatus such as a machining center used in an assembly process of an electronic circuit board.
[0002]
[Prior art]
  A conventional positioning control device that is used in a machine tool and a manufacturing apparatus such as a machining center used in an assembly process of an electronic circuit board and controls positioning of a table will be described with reference to the drawings. FIG. 11 shows a configuration example of a positioning control device that performs positioning only in one driving direction. In the figure, 1 is a table, 2 is a second drive shaft made of a linear motor, 3 is a first drive shaft made of a linear motor, 4 is a measuring unit made of a linear scale, 5 is an electric motor control device, and 6 is a command generator. It is a vessel. When the command generator 6 generates a position command r and outputs it to the motor control device 5, the motor control device 5 supplies power corresponding to the position command to the second drive shaft 2 and the first drive shaft 3. The second drive shaft 2 and the first drive shaft 3 convert the electric power into a force for driving the table 1. The measuring unit 4 measures the positions of the second drive shaft 2 and the first drive shaft 3 and outputs them to the motor control device 5 as load feedback state quantities X (X = [xm1, vm1, xm2, vm2]). Where xm1 is the position of the first drive shaft 3, vm1 is the speed of the first drive shaft 3, xm2 is the position of the second drive shaft 2, and vm2 is the speed of the second drive shaft 2. The table 1 also includes a secondary side (or mover) of the linear motor, and supports a workpiece to be processed. The motor control device 5 works so that the positions of the second drive shaft 2 and the first drive shaft 3 coincide with the command r, generates electric power V1 and V2, and outputs them to the second drive shaft 2 and the first drive shaft 3. .
  Next, the configuration of the motor control device 5 is shown in the block diagram of FIG. In the figure, 7 is a first power converter, 8 is a second power converter, 9 is a first drive controller, and 10 is a second drive controller. The first power conversion device 7 and the second power conversion device 8 are configured by a voltage or current control device such as a PWM inverter, and the force or torque generated by the second drive shaft 2 and the first drive shaft 3 is given. Electric power V1 and V2 that coincide with the received force command or torque commands f1ref and f2ref are generated and output to the second drive shaft 2 and the first drive shaft 3, respectively. The first drive control device 9 uses the information xm1, vm1 of the first drive shaft 3 in the load feedback state quantity X obtained from the measuring unit 4, and the position of the first drive shaft 3 matches the position command r. The power command or the torque command f1ref is generated in such a manner as to be output to the first power converter 7. The second drive control device 10 uses the information xm2 and vm2 of the second drive shaft 2 in the load feedback state quantity X obtained from the measurement unit 4, and the position of the second drive shaft 2 matches the command r. In this way, a force command or a torque command f2ref is generated and output to the second power converter 8. Normally, the first drive control device 9 and the second drive control device 10 are configured according to a PID control law.
  In the above example, the second drive shaft 2 andFirst drive shaft 3Is a linear motor, but it may be a rotary motor and a ball screw. Moreover, although the case where two drive shafts were shown was shown, you may have three drive shafts.
  As described above, the positioning of the table is controlled by making the position of each drive shaft coincide with the command r.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  However, in recent years, the table moving speed is becoming increasingly steep in order to shorten the table moving time. For this reason, a vibration phenomenon occurs in the yawing direction when the table moves due to slight imbalance of the table with respect to each drive shaft and slight flexibility of the guide supporting the table. In general, the vibration phenomenon in the yawing direction remains even after the table driving operation is completed, and thus there is a problem that it is not possible to shorten the time from the start of driving the table to the stop.
  SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a positioning control method and a positioning control device that improve the positioning performance by satisfactorily suppressing table vibration without newly improving the machine configuration.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
  The positioning control device of the present invention includes a plurality of drive means (2, 3) for driving the table by outputting actual driving force to a plurality of force points of the table, and states of the plurality of drive means (2, 3). Measuring means for measuring a quantity and outputting a load feedback state quantity; a machine control device for receiving a position command of the table and the load feedback state quantity and generating a plurality of thrust commands f1ref, f2ref; and the plurality of thrust commands a positioning control device comprising: a motor control device comprising a plurality of power converters (7, 8) that receive flref, f2ref and output power V1, V2 to the plurality of drive means (2, 3), respectively. The machine control device includes a simulated controller for calculating a plurality of simulated thrusts fl and f2 respectively corresponding to actual driving forces Fl and F2 generated by the plurality of driving means (2, 3);
  Upon receiving the plurality of simulated thrusts fl, f2, the estimated positions and estimated speeds of the plurality of driving means (2, 3) are obtained.Including estimated load feedback state quantitiesTable vibration model to be obtained, the plurality of simulated thrusts fl, f2 and theEstimated load feedback state quantityAnd the actual controller for obtaining the plurality of thrust commands f1ref and f2ref by inputting the load feedback state quantity, and the table vibration model uses the simulated thrust as a distance from the power point to the yaw rotation center of the table. AndAt the center of yawing rotation of the tableThe simulation force in the straight direction andAt the center of yawing rotation of the tableAn input conversion unit that converts the simulated torque in the rotational direction;In the straight direction at the center of yawing rotation of the tableStraight direction from simulated forceAt the center of yaw rotation of the tableA straight direction transmitting unit for obtaining an estimated state quantity;At the center of yawing rotation of the tableFrom the simulated torque in the rotational directionAt the center of yawing rotation of the tableA rotational direction transmission unit for obtaining an estimated state quantity;The aboveStraight aheadAt the center of yawing rotation of the tableEstimated state quantity andSaidDirection of rotationAt the center of yawing rotation of the tableFrom the estimated state quantity, using the distance from the power point to the yaw rotation center of the table,SaidIt is characterized by comprising an output conversion unit for obtaining an estimated load feedback state quantity.
  In the positioning control method according to claim 2, in the table vibration model, the simulated thrust f in the straight traveling direction is converted from the simulated thrusts f1 and f2 by f = f1 + f2, and the simulated torque in the rotational direction is converted to τ = f1 * r1. -f2 * r2 (r1 is the distance between the force axis of the first drive shaft and the rotational center of gravity axis in the yawing direction of the table, r2 is the distance between the force axis of the second drive shaft and the rotational center of gravity axis in the yawing direction of the table) Converting, obtaining an estimated state quantity in the straight direction from the simulated force in the straight direction, obtaining an estimated state quantity in the rotational direction from the simulated torque in the rotational direction, and calculating the estimated state quantity in the straight direction and the estimated state quantity in the rotational direction The calculation is to obtain the estimated load feedback state quantity from the above.
  According to the first and second aspects of the present invention, it is possible to satisfactorily suppress table vibration and improve positioning performance without newly improving the machine configuration. Further, since the analysis of the control system and the setting of the control gain can be realized more easily, a better vibration suppression effect can be obtained more easily, and the positioning performance can be improved without newly improving the machine configuration.
  The invention according to claim 3 is a driving unit that drives a table by applying driving force to a plurality of power points by a plurality of driving shafts (2, 3), and a load feedback state quantity by measuring a state quantity of the driving unit. In the positioning control device, which includes a measurement unit that outputs and a motor control device that controls the table so as to match the position command using the load feedback state quantity, the motor control device includes:The position of the drive shaft in the load feedback state quantityAnd the distance from the power point to the center of yawing rotation of the tablex = x1 * r2 + x2 * r1 , Θ = ( x1 + x2 ) / ( r1 + r2 ) ( r1 Is the distance between the force axis of the first drive shaft and the rotational center of gravity axis in the yawing direction of the table, r2 Is the distance between the force axis of the second drive shaft and the rotational center of gravity axis in the yawing direction of the table)A machine control device that calculates and generates thrust commands equal to the number of the plurality of drive shafts (2, 3) based on the position command, the straight traveling direction position, and the yawing rotation angle, and according to the thrust command Power is supplied to the plurality of drive shafts, and the number of power conversion devices (7, 8) is the same as the number of the plurality of drive shafts (2, 3).
  According to the fourth aspect of the present invention, a driving unit that drives a table by applying driving force to a plurality of power points by a plurality of driving shafts (2, 3), and a state quantity of the driving unit is measured to obtain a load feedback state quantity In the positioning control device, which includes a measurement unit that outputs and a motor control device that controls the table so as to match the position command using the load feedback state quantity, the motor control device includes:The position of the drive shaft in the load feedback state quantityAnd the distance from the power point to the center of yawing rotation of the tablex = x1 * r2 + x2 * r1,θ = ( x1 + x2 ) / ( r1 + r2 ) ( r1 Is the distance between the force axis of the first drive shaft and the rotational center of gravity axis in the yawing direction of the table, r2 Is the distance between the force axis of the second drive shaft and the rotational center of gravity axis in the yawing direction of the table)A plurality of shaft drive devices (16, 17) that calculate and supply electric power to each of the plurality of drive shafts (2, 3) based on the position command, the straight running direction position, and the yawing rotation angle. It is characterized by that.
  According to the third and fourth aspects of the invention, a better vibration suppressing effect can be obtained, and the positioning performance can be improved without newly improving the machine configuration. Further, when the control system is analyzed, the analysis can be performed more efficiently by using a table vibration model realized by an electric circuit. Furthermore, even if there is a disturbance on the table, the vibration in the yawing direction of the table can always be suppressed to around zero. Further, a better vibration suppressing effect can be obtained more easily at a low cost, and the positioning performance can be improved without newly improving the machine configuration.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 to 7 are block diagrams showing the configuration of the main part of the positioning control device of the present invention. The overall configuration of the positioning control device is as shown in FIG. The motor control device 5 of FIG. 11 is configured as shown in the block diagram of FIG. 7, the machine control device 15 of FIG. 7 is configured as shown in the block diagram of FIG. 1, and the table vibration model 19 of FIG. It is configured as shown in the block diagram of FIG. In FIG. 1, the simulation controller 18Position commandr and the power point of the first drive shaft 3 which is the output of the table vibration model 19Estimated travel distancex1 and the power point of the second drive shaft 2Estimated travel distancex2 and the power point of the first drive shaft 3Estimated moving speedv1 and the power point of the second drive shaft 2Estimated moving speedBased on v2, the first simulated thrust f1 and the second simulated thrust f2 are output as in the following equation. However, K1 to K4 are simulated control gains.
    f1 = (K1 * (r−x1) −v1) * K2 (1)
    f2 = (K3 * (r−x2 ) − v2 ) * K4                         (2)
  The actual controller 20 includes the first simulated thrust f 1, the second simulated thrust f 2, the load feedback state quantity X obtained from the measuring unit 4, and the force points of the first drive shaft 3.Estimated travel distancex1 and the power point of the second drive shaft 2Estimated travel distancex2 and the power point of the first drive shaft 3Estimated moving speedv1 and the power point of the second drive shaft 2Estimated moving speedBased on v2, the following formula is applied to the second drive shaft 2 and the first drive shaft 3.Thrust commandGenerate f1ref and f2ref. However, K5 to K8 are actual control gains, xm1, vm1, xm2, and vm2 are actual positions and actual speeds of the first drive shaft 3 and the second drive shaft 2, and X = [xm1, vm1, xm2, vm2]. .When linear motors are used for the first drive shaft 3 and the second drive shaft 2, f1ref When f2ref Is output as a thrust command, but when a rotary motor is used for the first drive shaft 3 and the second drive shaft 2, f1ref When f2ref Is output as a torque command.
    f1ref = K5*(X1−xm1) + K6 * (v1−vm1) + f1 (3)
    f2ref = K7 * (x2−xm2) + K8 * (v2−vm2) + f2 (4)
[0006]
  Next, the table vibration model 19 includes an input conversion unit 11, a straight traveling direction transmission unit 13, a rotation direction transmission unit 12, and an output conversion unit 14. The input converter 11 acts on the table by the second drive shaft 2 and the first drive shaft 3.Simulated thrustSet f1 and f2 in the straight direction as follows:Simulated powerf and direction of rotationSimulated torqueConvert to τ.
    f = f1 + f2 (5)
    τ = f1 * r1-f2 * r2 (6)
  Here, r1 is the distance between the force axis of the first drive shaft 3 and the rotational center of gravity axis of the table in the yawing direction, and r2 is the distance between the force axis of the second drive shaft 2 and the rotational center of gravity axis of the table in the yawing direction.
[0007]
  Next, the straight direction transmission unit 13Simulated powerUse f to calculate the straight direction transfer function asEstimated state quantityIs generated.
    x * s = v (7)
    v * s = f / m (8)
  Where s is the differential operator and x is the straight directionEstimated position, V is straight aheadEstimated speed, M is the mass of the table. Also, go straight aheadEstimated state quantityIs straight aheadEstimated position xAnd straight aheadEstimated speedIndicates v.
  Next, the rotation direction transmission unit 12Simulated torque τIs used to calculate the rotation direction transfer function as shown below.Estimated state quantityIs generated.
    θ * s = ω (9)
    ω * s = (τ-K * θ) / Jm (10)
  Where θ is the yawing direction of the tableEstimated rotation angle, Ω is the yawing direction of the tableEstimated rotational angular velocity, K is the yawing direction of the tableSpring constant, Jm is the moment of inertia in the yawing direction of the table. Also in the direction of rotationEstimated state quantityIs the yawing direction of the tableEstimated rotation angleθ and the yaw direction of the tableEstimated rotational angular velocityω is shown.
[0008]
  Next, the output conversion unit 14Estimated state quantityAnd in the straight directionEstimated state quantityIs used to perform a conversion operation such asEstimated load feedback state quantityIs generated. However, x1 is the power point of the first drive shaft 3Estimated travel distance, X2 is the power point of the second drive shaft 2Estimated travel distance, V1 is the power point of the first drive shaft 3Estimated moving speed, V2 is the power point of the second drive shaft 2Estimated moving speedIt is.
    x1 = x + r1 * tan (θ) (11)
    x2 = x−r2 * tan (θ) (12)
    v1 ＝ v ＋ ω * r1 * （1－tan (θ) * tan (θ)) (13)
    v2 ＝ v－ω * r2 * （1－tan (θ) * tan (θ)) (14)
  According to the positioning control method of this embodiment,Table vibration modelActs on the power point of each drive shaft of the tableForce to simulate straight directionAnd rotational directionSimulated torque, And the state quantity of the power point of each drive shaft is expressed by the state quantity in the straight traveling direction and the state quantity in the rotational direction, thereby making the table model independent as shown in equations (7) to (10). In the modelExpress, Table straight direction and rotation directionIndependentlyCan be controlled. Therefore, it is possible to satisfactorily suppress table vibration and improve positioning performance without newly improving the machine configuration.
  Further, in some cases, the following calculation may be performed instead of the calculation of the expressions (11) to (14).
    x1 = x + r1 * θ (15)
    x2 = x−r2 * θ (16)
    v1 = v + ω * r1 (17)
    v2 = v-ω * r2 (18)
[0009]
  In some cases, the calculation may be performed as in the following equation instead of the equation (8). However, k1 is a friction coefficient.
    v * s = (-k1 * v + f) / m (19)
  In some cases, the calculation may be performed as in the following equation instead of the equation (8). Here, k2 is a coefficient proportional to the friction coefficient.
    v * s = -k2 * v + f / m (20)
  In some cases, the calculation may be performed as in the following equation instead of the equation (10). However, k3 is a friction coefficient.
    ω * s = (f−K * θ−k3 * ω) / Jm (21)
  In some cases, the calculation may be performed as in the following equation instead of the equation (10). However, k4 is a coefficient proportional to the friction coefficient.
    ω * s = −k4 * ω + (f−K * θ) / Jm (22)
  In some cases, the calculation may be performed as in the following equation instead of the equation (10). K1 is a coefficient proportional to the spring coefficient.
    ω * s = −k4 * ω−K1 * θ + f / Jm (23)
  Further, if the drive shaft is further increased, there is a pitching direction in addition to the yawing direction as the rotation direction. Even in this case, if the above-described method is simply extended, the equation of motion in the yawing direction can be easily derived, so that the same effect can be easily obtained.
[0010]
  Next, the table vibration model 19 in FIG. 2 includes an input conversion unit 11, a straight traveling direction transmission unit 13, a rotation direction transmission unit 12, and an output conversion unit 14. The input conversion unit 11 is connected to the first drive shaft 3First simulated thrustf1 and the second drive shaft 2Second simulated thrustf2 and go straightSimulated powerf and direction of rotationSimulated torqueConvert to τ. The straight direction transmission unit 13 isSimulated powerbased on f,Estimated state quantityIs generated. The rotation direction transmission unit 12 isSimulated torqueRotation direction based on τEstimated state quantityIs generated. The output conversion unit 14Estimated state quantityAnd rotational directionEstimated state quantityThe motion axes of the first drive shaft 3 and the second drive shaft 2upperConverted to a state quantity,Estimated load feedback state quantityIs generated. FIG. 3 shows the configuration of the input conversion unit 11.Block DiagramIt is.
  As shown in FIG. 3, the input conversion unit 11 includes an adder 11a, a subtractor 11b, a coefficient unit 11c, and a coefficient unit 11d.
[0011]
  The coefficient unit 11c is provided for the second drive shaft 2.Second simulated thrustf2 is converted into an internal signal S2 as follows.
    S2 = r2 * f2 (24)
The coefficient unit 11d is provided for the first drive shaft 3First simulated thrustf1 is converted into an internal signal S1 as follows.
    S1 = r1 * f1 (25)
The adder 11a is connected to the first drive shaft 3First simulated thrustf1 and the second drive shaft 2Second simulated thrustUse f2 to go straightSimulated powerf is generated as follows:
    f = f1 + f2 (26)
The subtractor 11b uses the internal signal S1 and the internal signal S2 toSimulated torqueτ is generated as follows:
    τ = S1-S2 (27)
  FIG. 4 shows a configuration of the straight direction transmission unit 13.Block DiagramIt is. As shown in FIG. 4, the straight direction transmission unit 13 includes a coefficient unit 13a, an integrator 13b, and an integrator 13c. The coefficient unit 13aSimulated powerThe internal signal S3 is generated using f as follows.
    S3 = f / m (28)
  The integrator 13b uses the internal signal S3 in the straight direction as follows:Estimated speedGenerate v.
    v = S3 / s (29)
  The integrator 13cEstimated speedUse v to go straight ahead as followsEstimated positionGenerate x.
    x = v / s (30)
[0012]
  FIG. 5 shows a configuration of the rotation direction transmission unit 12.Block DiagramIt is. As shown in FIG. 5, the rotation direction transmission unit 12 includes a coefficient unit 12a, an integrator 12b, an integrator 12c, a subtractor 12d, and a coefficient unit 12e. The coefficient unit 12a uses the internal signal S5 to generate the internal signal S6 as follows.
    S6 = S5 / Jm (31)
The integrator 12b uses the internal signal S6 to change the yaw direction of the table as follows.Estimated rotational angular velocityω is generated.
    ω = S6 / s (32)
  The integrator 12c is used in the yawing direction of the table.Estimated rotational angular velocityUsing ω, the yaw direction of the table isEstimated rotation angleθ is generated.
    θ = ω / s (33)
  The subtractor 12d isSimulated torqueUsing τ and the internal signal S4, the internal signal S5 is generated as follows.
    S5 = τ-S4 (34)
The coefficient unit 12eEstimated rotation angleUsing θ, the internal signal S4 is generated as follows.
    S4 = K * θ                                             (34a)
[0013]
  FIG. 6 shows the configuration of the output conversion unit 14.Block DiagramIt is. As shown in FIG. 6, the output converter 14 includes an adder 14a, a subtractor 14b, a coefficient unit 14c, a coefficient unit 14d, an adder 14e, a subtractor 14f, a coefficient unit 14g, and a coefficient unit 14h. The adder 14aEstimated positionUsing x and the internal signal S8, the power point of the first drive shaft 3 is calculated as follows:Estimated travel distanceGenerate x1.
    x1 = x + S8 (35)
  The subtractor 14bEstimated positionUsing x and the internal signal S7, the power point of the second drive shaft 2 is calculated as follows:Estimated travel distanceGenerate x2.
    x2 = x-S7 (36)
  The coefficient unit 14c is used in the yawing direction of the table.Estimated rotation angleUsing θ, the internal signal S7 is generated as in the following equation.
    S7 = r2 * θ (37)
  The coefficient unit 14d is arranged in the yawing direction of the table.Estimated rotation angleUsing θ, the internal signal S8 is generated as follows.
    S8 = r1 * θ (38)
  The adder 14eEstimated speedUsing v and the internal signal S10, the power point of the first drive shaft 3 is calculated as follows:Estimated moving speedGenerate v1.
    v1 = v + S10 (39)
  The subtractor 14fEstimated speedUsing v and the internal signal S9, the power point of the second drive shaft 2 isEstimated moving speedGenerate v2.
    v2 = v-S9 (40)
  The coefficient unit 14g is used in the yawing direction of the table.Estimated rotational angular velocityUsing ω, the internal signal S9 is generated as follows.
    S9 = r2 * ω (41)
  The coefficient unit 14h is used in the yawing direction of the table.Estimated rotational angular velocityUsing ω, the internal signal S10 is generated as follows.
    S10 = r1 * ω (42)
  According to the positioning control device of this embodiment, since the table vibration model can be easily realized by an electric circuit, when the table is controlled by a control law such as model following control using the table vibration model. Thus, a better vibration suppression effect can be obtained, and the positioning performance can be improved without newly improving the machine configuration. Further, when the control system is analyzed, the analysis can be performed more efficiently by using a table vibration model realized by an electric circuit.
[0016]
  Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 7, the electric motor control device 5 includes a first power conversion device 7, a second power conversion device 8, and a machine control device 15. The first power conversion device 7 and the second power conversion device 8 are the same as those in the conventional example, and the machine control device 15 performs the following operation.
  First, the power point travel distance x1 of the first drive shaft 3 and the power point travel distance x2 of the second drive shaft 2And the distance between the force axis of the first drive shaft 3 and the rotational center of gravity axis in the yawing direction of the table r1 The distance between the force axis of the second drive shaft 2 and the rotational center of gravity axis in the yawing direction of the table r2 And useThe position x in the straight direction of the table and the rotation angle θ in the yawing direction are calculated.
       x = x1 * r2 + x2 * r1                                             (43)
       θ = ( x1 + x2 ) / ( r1 + r2 )                                  (44)
  Next, the model in the straight direction of the table shown in the first embodiment (for example, the one represented by the expressions (7) and (8)) and the model in the rotation direction of the table (for example, the expressions (9) and (10)) Each control system is configured with respect to each control target system indicated by (1) and provides a simulation force f in the straight direction and a simulation torque τ in the rotation direction. For example, the simulation force f in the straight direction and the simulation torque τ in the rotation direction may be generated by the following operation.
    f = m * Kvf * (Kpf * (r-x) -s * x) (45)
    τ = Jm * Kvt * (Kpt * (-θ) -s * θ) (46)
  However, Kvf and Kpf are gains of the control system in the straight direction, and Kvt and Kpt are gains of the control system in the rotation direction.
[0017]
  Next, the inverse transformation of the transformations of equations (5) and (6) is performed as follows to generate force or torque commands f1ref and f2ref to the second drive shaft 2 and the first drive shaft 3.
       f1ref = (fref * r2 + τref) / (r1 + r2) (47)
       f2ref = fref-f1ref (48)
  Further, when generating a straight direction force or torque command fref and a rotational direction torque command τref, (45), (46Instead of the control law shown by the equation (), other control law may be used for the straight direction and the rotational direction. For example, PID control, P-PI control, P-IP control, etc. may be used. Alternatively, the straight direction may be controlled by PID control and the rotational direction may be controlled by P-PI control. Other modern control theory methods may also be used.
  According to the positioning control device of this embodiment, since the table is controlled independently in the straight traveling direction and the rotational direction, the vibration in the yawing direction of the table is always suppressed to near 0 even if there is a disturbance in the table. Can do. Further, since the force or torque command of each drive shaft is generated by the machine control device, a system can be constructed with the least number of wirings and parts for the same control target. Therefore, a better vibration suppressing effect can be obtained more easily at a low cost, and the positioning performance can be improved without newly improving the machine configuration.
[0018]
  Next, the present inventionThird embodimentWill be described with reference to FIG. In the figure, the motor control device 5B is composed of a first shaft drive device 16 and a second shaft drive control device 17. The first shaft drive device 16 provides appropriate electric power V1 to the first drive shaft based on the position command r and the load feedback state quantity X. The second shaft drive device 17 outputs appropriate second power V2 to the second and drive shafts based on the position command r and the load feedback state quantity X.
  FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the first axis drive device 16. The first shaft drive device 16 includes a first power conversion device 7 and a first shaft machine control device 16a. The first power conversion device 7 may be the same as the conventional example. The first shaft machine control device 16a performs the following operation, generates a first thrust command f1ref for the first drive shaft 3, and provides it to the first power converter 7. First, the same operation as in (Example 3) is performed to generate f1ref and f2ref. Next, only f1ref is output and provided to the first power converter 7.
[0019]
  FIG. 10 shows a configuration example of the second axis drive device 17.Block DiagramIt is. As shown in FIG. 10, the second axis drive device 17 includes a second power conversion device 8 and a second axis machine control device 17 a. The second power converter 8 may be the same as the conventional example. The second shaft machine control device 17a performs the following operation to connect the second drive shaft 2 to the second drive shaft 2.Second thrust commandf2ref is generated and provided to the second power converter 8. First, (Example3) To generate f1ref and f2ref. Next, only f2ref is output and provided to the second power converter 8.
  According to the positioning control apparatus of this embodiment, the system configuration of each axis can be independently constructed by performing the same control process in each axis drive apparatus. Therefore, it is possible to deal with a wider range of control objects (capacity of each drive shaft, etc.) with a smaller system configuration (for example, voltage, current capacity, etc.). Therefore, when producing system parts etc. in mass production, it can be produced at a lower cost, so a better vibration suppression effect can be obtained at a lower cost, and positioning performance can be improved without newly improving the machine configuration. Can do.
[0020]
【The invention's effect】
  Claims 1 and 2According to this positioning control device and control method, the force acting on the power point of each drive shaft of the table is converted into the straight direction force and the torque in the rotational direction, and the state quantity of the force point of each drive shaft is changed in the straight direction. By representing the state quantity and the state quantity in the rotation direction, the table model can be represented by an independent model such as equations (7) to (10). It can be controlled independently. Therefore, it is possible to satisfactorily suppress table vibration and improve positioning performance without newly improving the machine configuration.
  Claim 2According to the positioning control method, the table vibration model can be easily realized with an electric circuit. Therefore, when the table is controlled with a control law such as model following control using the table vibration model, better vibration is achieved. The suppression effect is obtained, and the positioning performance can be improved without newly improving the machine configuration. Further, when the control system is analyzed, the analysis can be performed more efficiently by using a table vibration model realized by an electric circuit.
  Claim 3According to the described positioning control device, since the table is controlled independently in the straight traveling direction and the rotation direction, vibration in the yawing direction of the table can always be suppressed to around 0 even if there is a disturbance in the table. Further, since the force or torque command of each drive shaft is generated by the machine control device, a system can be constructed with the least number of wirings and parts for the same control target. Therefore, a better vibration suppressing effect can be obtained more easily at a low cost, and the positioning performance can be improved without newly improving the machine configuration.
  Claim 4According to the described positioning control device, the system configuration of each axis can be independently constructed by performing the same control process in each axis drive device. Therefore, it is possible to deal with a wider range of control objects (respectively, drive shaft capacity, etc.) with a smaller system configuration (eg, voltage, current capacity, etc.). Therefore, when producing system parts etc. in mass production, it can be produced at a lower cost, so a better vibration suppression effect can be obtained at a lower cost, and positioning performance can be improved without newly improving the machine configuration. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a positioning control device according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of a positioning control device according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the input conversion unit 11
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the straight direction transmitting unit 13
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a rotation direction transmission unit 12;
FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the output conversion unit 14
FIG. 7 is a block diagram showing the configuration of the motor control device 5
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of a second motor control device 5B
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the first drive device 16;
FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the second drive device 17
FIG. 11 is a diagram for explaining the outline of a conventional positioning control device;
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of a conventional motor control device
[Explanation of symbols]
1 table
2 Second drive shaft
3 First drive shaft
4 Measurement section
5, 5B Electric motor control device
6 Command generator
7 First power converter
8 Second power converter
9 First drive control device
10 First drive control device
11 Input converter
11a, 14a, 14e Adder
11b, 12d, 14b, 14f Subtractor
11c, 11d, 12a, 12e, 13a, 14c, 14d Coefficient unit
12 Rotation direction transmitter
12b, 12c, 13b, 13c Integrator
13 Straight direction transmission part
14 Output converter
14g, 14h Coefficient unit
15 Machine control device
16 First axis drive device
16a First axis machine control device
17 Second axis drive device
17a Second axis machine control device
18 Simulated controller
19 Table vibration model
20 Actual controller

Claims

A plurality of drive means (2, 3) for driving the table by outputting actual driving force to a plurality of power points of the table, respectively;
Measuring means for measuring state quantities of the plurality of driving means (2, 3) and outputting load feedback state quantities;
A machine control device that receives a position command of the table and the load feedback state quantity and generates a plurality of thrust commands f1ref, f2ref,
An electric motor control device comprising a plurality of power converters (7, 8) that receive the plurality of thrust commands flref, f2ref and output electric power V1, V2 to the plurality of driving means (2, 3), respectively. A positioning control device,
The machine control device includes a simulated controller that calculates a plurality of simulated thrusts fl and f2 respectively corresponding to actual driving forces Fl and F2 generated by the plurality of driving means (2, 3);
A table vibration model which receives the plurality of simulated thrusts fl, f2 and obtains an estimated load feedback state quantity including an estimated position and an estimated speed of the plurality of driving means (2, 3);
The plurality of simulated thrusts fl, f2, the estimated load feedback state quantity and the load feedback state quantity are inputted to configure the plurality of thrust commands f1ref, f2ref to obtain an actual controller,
The table vibration model is:
An input conversion unit that converts the simulated thrust into a simulation force in a straight direction at the yawing rotation center of the table and a simulation torque in the rotation direction at the yawing rotation center of the table, using a distance from the power point to the yawing rotation center of the table. ,
A straight direction transmitting portion for obtaining an estimated amount of state at the yawing rotation center of the table in the straight direction from a simulated force in the straight direction at the center of yawing rotation of the table ;
A rotation direction transmitting unit for obtaining the estimated state quantity in yawing rotation center from simulation torque in the rotation direction of the rotation direction table in yawing rotation center of said table,
From the estimated state quantity in the yawing rotation center of said estimated state quantity in yawing rotation center of the rectilinear direction of the table and the rotating direction table, using the distance from the power point to yawing rotation center of the table, the estimated load feedback state quantity The desired output converter,
A positioning control device comprising:

The positioning control device according to claim 1, wherein the table vibration model is:
From the simulated thrusts f1 and f2, the simulated force f in the straight direction is changed to f = f1 + f2.
To convert the simulated torque in the rotational direction to τ = f1 * r1-f2 * r2
(R1 is the distance between the force axis of the first drive shaft and the rotational center of gravity axis of the table in the yawing direction, r2 is the distance between the force axis of the second drive shaft and the rotational center of gravity axis of the table in the yawing direction)
Converted by
Obtain the estimated state quantity in the straight direction from the simulated force in the straight direction,
Obtain an estimated state quantity in the rotational direction from the simulated torque in the rotational direction,
A positioning control method comprising: calculating an estimated load feedback state quantity from the estimated state quantity in the straight traveling direction and the estimated state quantity in the rotational direction.

A drive unit for driving the table by applying a driving force to a plurality of force points by a plurality of drive shafts (2, 3);
A measurement unit that measures a state quantity of the drive unit and outputs a load feedback state quantity; and
A positioning control device comprising: an electric motor control device that controls the table to match a position command using the load feedback state quantity;
The motor controller is
Based on the position of the drive shaft and the distance from the power point to the yaw rotation center of the table in the load feedback state quantity, the straight running direction position and yawing rotation angle of the yaw rotation center position are calculated.
x = x1 * r2 + x2 * r1
θ = ( x1 + x2 ) / ( r1 + r2 )
( R1 is the distance between the force axis of the first drive shaft and the rotational center of gravity axis of the table in the yawing direction, r2 is the distance between the force axis of the second drive shaft and the rotational center of gravity axis of the table in the yawing direction)
A machine control device calculates, based on said yawing rotation angle and the straight direction position and the position command, and generates the same number of thrust command and the number of said plurality of drive shafts (2,3) by,
Power is supplied to the plurality of drive shafts according to the thrust command, and the same number of power conversion devices (7, 8) as the number of the drive shafts (2, 3);
A positioning control device comprising:

A drive unit for driving the table by applying a driving force to a plurality of force points by a plurality of drive shafts (2, 3);
A measurement unit that measures a state quantity of the drive unit and outputs a load feedback state quantity; and
A positioning control device comprising: an electric motor control device that controls the table to match a position command using the load feedback state quantity;
The motor controller is
Based on the position of the drive shaft and the distance from the power point to the yaw rotation center of the table in the load feedback state quantity, the straight running direction position and yawing rotation angle of the yaw rotation center position are calculated.
x = x1 * r2 + x2 * r1
θ = ( x1 + x2 ) / ( r1 + r2 )
( R1 is the distance between the force axis of the first drive shaft and the rotational center of gravity axis of the table in the yawing direction, r2 is the distance between the force axis of the second drive shaft and the rotational center of gravity axis of the table in the yawing direction)
And a plurality of shaft drive devices (16, 17) for supplying electric power to each of the plurality of drive shafts (2, 3) based on the position command, the straight running direction position, and the yawing rotation angle.
A positioning control device comprising: