JP4020726B2

JP4020726B2 - Machine position control device and machine position control system

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Publication number: JP4020726B2
Application number: JP2002231157A
Authority: JP
Inventors: 啓寺田; 鉄明長野; 雅彦吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: JP2004070790A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、工作機械やロボット等におけるモータ等の駆動装置を用いた機械の制御に関し、特に機械の振動抑制を行う位置制御装置および位置制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２を用いて従来の技術を説明する。同図は、従来の技術による機械の位置制御装置の構成例であり、例えば特開平８−１６８２８０号公報に示されている電動機の速度および位置制御装置の具体的説明に示されるブロック図などは、この図２の構成と同じである。図２において、位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と実位置・速度制御部１０４とを有し、更にトルク制御回路２３と電動機２４と位置検出器２５とにより構成される。
【０００３】
このうち、理論位置・速度制御器１０１は、理論位置偏差演算器１とパラメータＫｐ１を有する理論位置制御器２と理論速度偏差演算器３とパラメータＫｖ１を有する理論速度制御器４と補償トルク減算器５とにより構成され、上位の制御装置より与えられる位置指令信号θm*と、後述の機械模擬回路部１０２より得られて理論位置偏差演算器１に入力される理論電動機位置θamおよび理論速度偏差演算器３に入力される理論電動機速度ωａｍと、補償トルク演算回路より得られて補償トルク減算器５に入力される補償トルクＴｃとを入力とし、理論トルクＴｆｆを出力する。
【０００４】
また、機械模擬回路部１０２は、理論電動機トルク演算器６と理論電動機速度演算器７と理論電動機位置演算器８と理論機械端速度演算器９と理論機械端位置演算器１０と理論電動機対機械端位置偏差演算器１１と理論軸ねじれトルク演算器１２と理論電動機対機械端速度偏差演算器１３と理論摩擦トルク演算器１４と理論反力トルク演算器１５とにより構成され、理論位置・速度制御部１０１より得られる理論トルクＴｆｆを入力として、電動機の理論速度ωａｍおよび理論位置θamと、電動機と機械端の理論速度偏差（ωａｍ-ωａｌ）とを出力する。なお、機械模擬回路部１０２では、機械を電動機と機械端とからなる二慣性共振系として模擬しているが、共振軸が異なる場合には、例えば電動機＋電動機側負荷慣性と機械端側負荷慣性の二慣性共振系として模擬することも可能であり、また更には三慣性共振系以上にも同様に対応することが可能である。
【０００５】
補償トルク演算部１０３は、補償トルク演算器１６により構成され、機械模擬回路部１０２より得られる電動機と機械端の理論速度偏差（ωａｍ-ωａｌ）を入力として、補償トルクＴｃを出力する。
【０００６】
更に、実位置・速度制御部１０４は、実位置偏差演算器１７と実位置制御器１８と実速度演算器１９と実速度偏差演算器２０と実速度制御器２１と実トルク指令演算器２２とにより構成され、機械模擬回路部１０２より得られる理論電動機位置θamを実位置偏差演算器１７の入力とし、理論電動機速度ωａｍを実速度偏差演算器２０の入力とし、理論位置・速度制御部１０１より得られる理論トルクＴｆｆと、位置検出器２５より得られる電動機位置θmを実トルク指令演算器２２の入力として、実トルク指令Tm*を出力する。
【０００７】
次に図２に示す従来の技術の簡略動作を説明する。図２において、機械模擬回路部１０２では、実際の機械を二慣性共振系で模擬したものであり、理論トルクＴｆｆが入力された場合の理論電動機速度ωａｍ、理論電動機位置θam等を演算して導出する。補償トルク演算部１０３では、理論電動機対機械端速度偏差（ωａｍ-ωａｌ）から、振動を抑制する為の補償トルクＴｃを演算する。理論位置・速度制御部１０１では、位置指令信号θm*と理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θamとから得られるトルク成分から補償トルクＴｃを減算し、電動機の振動抑制制御を行うのに最適な理論トルクＴｆｆを導出する。実位置・速度制御部１０４では、理論電動機位置θam、理論電動機速度ωａｍ、理論トルクＴｆｆを入力とし、実電動機位置θmおよび実電動機速度ωmが理論電動機位置θam、理論電動機速度ωａｍに追従するように実トルク指令Tm*を制御する。以上により、図２に示す位置制御装置においては、振動しやすい機械においても、振動を抑制しつつ位置指令信号θm*に追従して電動機２４の位置制御を行うことが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−１６８２８０号公報の技術における機械の位置制御装置においては、機械模擬回路部１０２の各ブロックの機械系パラメータＪｍ*,ＪＬ*,Ｃx,Ｋxについて、制御対象である機械の構造から理論計算を行うか、もしくは制御対象の機械特性を測定するなどの方法により、予め機械系のパラメータを抽出し、制御装置に格納しておく必要がある。また、補償トルク演算部１０３の補償パラメータＫｃv，Ｋｃｐについても、前記方法により得られた機械系パラメータを用いて最適値を演算し、同様に制御装置に格納しておく必要がある。
【０００９】
ここで、例えば機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を考える。従来の技術における機械の位置制御装置では機械系パラメータを予め制御装置内に格納しておく必要があるため、Ｘ軸上の適当なＹ軸位置を代表条件とし、その時の機械系の特性を代表値として利用することになる。
【００１０】
しかしながら、機械によってはＹ軸位置がＸ軸に近い状態とＸ軸から遠く離れた状態とで機械系の特性が大きく変動する場合が考えられ、すなわち、ＸＹ平面においてＸ軸の駆動およびＸ軸上でのＹ軸の駆動にあって、Ｘ軸およびＹ軸の原点位置付近の座標設定に対し原点位置からＹ軸位置が離れた遠い座標設定の場合には、テーブルの振動状況が変わってしまい、このため振動を抑制するためのパラメータも変化する。その結果、制御装置内に格納している機械系パラメータに対し実際の機械のパラメータが大きくずれるという現象が発生する。この場合、制御装置の振動抑制性能が劣化し、最適な制御を行うことができなくなる。
【００１１】
以上により、従来の技術では、機械の他軸位置の変化等により、機械系の特性が大きく変動する対象には適応できないという問題点があり、このため従来では機械系の特性があまり変動しない対象に限定して利用されていた。
【００１２】
また、振動を抑制する別の技術には、特開昭６２−１２６４０２号公報に記載の技術がある。この技術では、機械系の特性に合わせたノッチフィルタを速度フィードバックループに挿入することにより、振動抑制を行うことが開示されている。しかしながら、ノッチフィルタを用いて振動抑制を行う手法では、速度制御器の応答がノッチフィルタの周波数で制限される。従って、機械系の剛性が低い場合、ノッチフィルタの設定周波数を低く設定する必要があるため、速度制御応答を上げることができない。
【００１３】
また、更に別の技術には、特開平４−２１９８０７号公報に記載の技術がある。この技術では、部品供給テーブルの総重量を検知し、これに基づいて制御系のパラメータを変更することにより、部品供給テーブルの総重量に応じた位置制御を行うという技術の開示がある。しかしながら、この技術では、機械系の振動を考慮しておらず、機械系の剛性が低い場合には速度制御応答を下げる以外に方法がない。
【００１４】
以上により、上記特開昭６２−１２６４０２号公報または特開平４−２１９８０７号公報に記載の技術では、機械模擬回路部を有さないことから、機械系の剛性が低い場合には速度制御応答を上げることができない為、高速な制御を行うことは不可能であるという問題点があった。
【００１５】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、例えばＸＹテーブルのＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が変動する場合のように、外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成する機械の位置制御装置および位置制御システムの提供を目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる機械の位置制御装置は、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を直接におよび補償トルク演算部を介して理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に機械模擬回路部および補償トルク演算部のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、他軸位置情報等を元に振動抑制パラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００１８】
つぎの発明にかかる機械の位置制御装置は、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に理論位置・速度制御部内の指令フィルタのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、他軸位置情報等を元に振動抑制のための指令フィルタのパラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００２０】
つぎの発明にかかる機械の位置制御装置は、上記の発明において、変更パラメータ演算部では、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルが作成されることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００２２】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置内には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを演算し、しかもこの各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得るばかりでなく、各軸位置変化時の変更パラメータ演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００２４】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する手段を有することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能であるとともに、理論位置・速度制御部、機械模擬回路部、補償トルク演算部の演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００２６】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、上記の発明において、各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータについて、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成することを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００２８】
つぎの発明にかかる機械の位置制御システムは、上記の発明において、複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する場合に、予め位置指令、速度指令およびトルク指令を演算することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、予めパラメータを変更して演算を行った結果を得ることになるので、位置指令生成ではその結果を順に呼び出すだけで、各指令を発生することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる機械の位置制御装置の好適な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は、上述の図２に示す従来の技術と同一あるいは同等の構成部分については、上述の従来の技術と同一の符号を付してその説明を省略する。すなわち、図１、図３〜図６において、理論位置・速度制御部１０１，１０７、機械模擬回路部１０２，１０８、補償トルク演算部１０３、実位置・速度制御部１０４，１０９それぞれの各ブロック、トルク制御回路２３、電動機２４、位置検出器２５について同一ブロックには同一符号を付し、説明を省略する。
【００３１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である機械の位置制御装置の構成を示すブロック図である。この位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と実位置・速度制御部１０４と新たな変更パラメータ演算部１０５とにより構成される。以下では、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。
【００３２】
変更パラメータ演算部１０５は、機械端慣性演算器２６と補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とにより構成され、上位の位置指令生成装置もしくはＹ軸の位置制御装置もしくはＹ軸の位置検出器等より得られるＹ軸位置θm２を入力として、機械端慣性演算器２６による機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数演算器２７による補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数演算器２８による補償トルク積分係数Ｋｃｐとをそれぞれ出力する。
【００３３】
このうち、機械端慣性演算器２６は、予めＹ軸位置θm２に対する機械端慣性ＪＬをテーブル値として格納している。このテーブル値の導出においては、制御対象である機械の構成が既知の場合には理論計算により求めることが可能である。機械の構成が未知の場合には、Ｙ軸の各位置において設計段階での理論計算によりあるいはその後の制御対象の機械特性を測定することによりＹ軸の各位置におけるパラメータを抽出しテーブル化を行う。また、補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とについても、前述の機械端慣性ＪＬのテーブル値の各々に対して、理論計算により最適な補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを得て、テーブル値として格納している。
【００３４】
なお、ここではＹ軸位置θｍ２に応じて、機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数Ｋｃｐとを変更しているが、弾性係数Ｋxや摩擦トルクＣxが変動する場合にも同様の手法にて変更することが可能である。また、同時に理論位置・速度制御部１０１および実位置・速度制御部１０４のパラメータを変更することももちろん可能である。本実施の形態ではＸＹテーブルを対象として振動の抑制を意図しており、機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数Ｋｃｐとを変更するものであるが、振動を抑制するための機械の種類や性質・特性等により、制御することによって効果的に振動の抑制をもたらすような、変更の対象となるパラメータを特定することになる。一般的には、図１の装置についていえば、機械模擬回路部１０２にて模擬の精度が得られれば高精度の振動制御が可能となるので、この機械模擬回路部１０２のパラメータを変更するのが好ましい。なお、後述する図３から図６のケースについても同様のことが言える。
【００３５】
次に、図１に示した実施の形態１について、機械の位置制御装置の動作を説明する。図１において、Ｙ軸位置θm２が、制御定数を格納するために予めパラメータ抽出を行った代表条件における位置である場合には、図１の位置制御装置は従来の技術による位置制御装置と同じ動作を行うことになる。
【００３６】
Ｙ軸位置が、前記位置と異なる位置に移動した場合、機械端慣性演算器２６は、その位置情報θm２を入力として、当該位置における機械端慣性ＪＬを出力する。補償トルク比例係数演算器２７は、前記機械端慣性演算器２６より得られた機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク比例係数Ｋｃｖを出力する。同様に、補償トルク積分係数演算器２８は、機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク積分係数Ｋｃｐを出力する。
【００３７】
そして、機械端速度演算器９は、前記機械端慣性演算器２６より得られた機械端慣性ＪＬにその内部定数値が書き換えられる。同様に、補償トルク演算部１０３は、前記補償トルク比例係数演算器２７および補償トルク積分係数演算器２８より得られた補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを用いてその内部定数が書き換えられる。これらのパラメータ変更はＹ軸位置の移動に応じて逐次なされることが可能である。その結果、Ｙ軸位置の移動により機械系の特性が変化した場合においても、機械系の特性に合った最適な制御を得ることができる。
【００３８】
以上により、この実施の形態１における機械の位置制御装置では、他軸であるＹ軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００３９】
実施の形態２．
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。図３は本発明の実施の形態２である機械の位置制御装置の構成を示す図である。この位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と実位置・速度制御部１０４と新たな変更パラメータ演算部１０６とにより構成される。
【００４０】
この変更パラメータ演算部１０６は、機械端慣性演算器２９と補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とにより構成され、上位の位置指令生成装置もしくは他軸の制御装置もしくは自軸の制御装置等より得られる負荷であるワーク質量ＭＬを入力として、機械端慣性演算器２９による機械端慣性ＪＬと補償トルク比例係数演算器２７による補償トルク比例係数Ｋｃｖと補償トルク積分係数演算器２８による補償トルク積分係数Ｋｃｐとを出力する。この場合、ワーク質量ＭＬと同様な負荷入力としては、機械の負荷慣性を採用することもできる。
【００４１】
ここで機械端慣性演算器２９は、予めワーク質量ＭＬに対する機械端慣性ＪＬをテーブル値として格納している。このテーブル値の導出においては、制御対象である機械の構成が既知の場合には理論計算により求めることが可能である。機械の構成が未知の場合には設計段階での理論計算によりあるいはその後の制御対象の機械特性を測定することによりテーブル化を行う。補償トルク比例係数演算器２７と補償トルク積分係数演算器２８とは、実施の形態１と同様に、前記のＪＬのテーブル値の各々に対して、理論計算により最適な補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを得て、テーブル値として格納している。
【００４２】
次に図３に示した実施の形態２について機械の位置制御装置の動作を説明する。図３において、ワーク質量ＭＬが、制御定数を格納するために予めパラメータ抽出を行った代表条件と同じである場合には、図３の位置制御装置は従来の技術による位置制御装置と同じ動作を行う。
【００４３】
ワーク質量ＭＬが、前記条件と異なる値に変化した場合、機械端慣性演算器２９は、その質量ＭＬを入力として機械端慣性ＪＬを出力する。補償トルク比例係数演算器２７は、前記機械端慣性演算器２９より得られた機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク比例係数Ｋｃｖを出力する。同様に、補償トルク積分係数演算器２８は、機械端慣性ＪＬを入力として補償トルク積分係数Ｋｃｐを出力する。機械端速度演算器９は、前記機械端慣性演算器２９より得られた機械端慣性ＪＬにその内部定数値が書き換えられる。同様に、補償トルク演算部１０３は、前記補償トルク比例係数演算器２７および補償トルク積分係数演算器より得られた補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐを用いてその内部定数が書き換えられる。これらの値はワーク質量ＭＬの変化に応じて逐次変更されることが可能である。その結果、ワーク質量ＭＬの変化により機械系の特性が変化した場合においても、機械系の特性に合った最適な制御を得ることができる。
【００４４】
以上により、実施の形態２における機械の位置制御装置では、ワーク質量ＭＬの変化によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００４５】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３である機械の位置制御装置の構成を示す図である。この位置制御装置は、理論位置・速度制御部１０７と機械模擬回路部１０８と実位置・速度制御部１０９と変更パラメータ演算部１１０とにより構成される。ここでも以下、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。
【００４６】
理論位置・速度制御部１０７は、指令フィルタ３０と理論位置偏差演算器１と理論位置制御器２と理論速度偏差演算器３と理論速度制御器４とにより構成され、上位の制御装置等より与えられる位置指令信号θm*と、機械模擬回路部１０８より得られる理論電動機位置θamおよび理論電動機速度ωａｍとを入力とし、理論トルクＴｆｆを出力する。
【００４７】
機械模擬回路部１０８は、理論電動機速度演算器７と理論電動機位置演算器８とにより構成され、理論位置・速度制御部１０７より得られる理論トルクＴｆｆを入力として、電動機の理論速度ωａｍと理論位置θamとを出力する。
【００４８】
実位置・速度制御部１０９は、実位置偏差演算器１７と実位置制御器１８と実速度演算器１９と実速度偏差演算器２０と実速度制御器２１と実トルク指令演算器２２とにより構成され、機械模擬回路部１０８より得られる理論電動機位置θamおよび理論電動機速度ωａｍと、理論位置・速度制御部１０７より得られる理論トルクＴｆｆと、位置検出器２５より得られる電動機位置θmとを入力として、実トルク指令Ｔm*を出力する。
【００４９】
変更パラメータ演算部１１０は、共振周波数演算器３２と反共振周波数演算器３３とにより構成され、上位の位置指令生成装置もしくはＹ軸の位置制御装置もしくはＹ軸の位置検出器等より得られるＹ軸位置θm２を入力として、共振周波数ωｎと反共振周波数ωｆと、を出力する。共振周波数演算器３２と反共振周波数演算器３３とはそれぞれ予めＹ軸位置θm２に対する共振周波数ωｎと反共振周波数ωfとをテーブル値として格納している。テーブル値の導出については、周波数ωと慣性ＪＬとの違いはあるが、実施の形態１における機械端慣性演算器２６の場合と同様である。
【００５０】
次に図４に示した実施の形態３について機械の位置制御装置の動作を説明する。まず、他軸であるＹ軸位置が固定である条件下での動作について説明する。図４において、機械模擬回路部１０８は、実際の機械の電動機側の慣性を模擬したものであり、理論トルクＴｆｆが入力された場合の理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θamとを演算して導出する。理論位置・速度制御部１０７では、位置指令信号θm*が入力される指令フィルタ３０からの指令信号θm*'と理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θamとから電動機の理論トルクＴｆｆを導出する。
【００５１】
ここで、指令フィルタ３０は、実際の機械の共振特性を考慮した特性となっており、出力される指令信号θm*'は、機械共振を抑制するような指令信号となっている。従ってこの理論位置・速度制御部１０７は、電動機の振動抑制制御を行うのに最適な理論トルクＴｆｆを出力する。実位置・速度制御部１０９では、理論電動機位置θam、理論電動機速度ωａｍ、理論トルクＴｆｆを入力とし、実電動機位置θmおよび実電動機速度ωmが理論電動機位置θam、理論電動機速度ωａｍに追従するように実トルク指令Ｔm*を制御する。このようにして、図４に示す位置制御装置においては、振動しやすい機械においても、振動を抑制しつつ位置指令信号θm*に追従して電動機２４の位置制御を行うことが可能である。
【００５２】
以上により、実施の形態３における機械の位置制御装置では、他軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。また、上述の説明は、Ｙ軸位置θm２を入力として機械の共振特性を得るパラメータテーブルを備えたものであるが、図１に対する図３の関係と同様入力はＹ軸位置θm２に限らず、機械の負荷慣性や重量とし、機械の共振特性を得るパラメータテーブルを備えるようにしてもよい。
【００５３】
なお実施の形態３における機械の位置制御装置では、指令フィルタは帯域遮断型フィルタ構成にて形成しているが、低域通過型フィルタなどの異なる形態のフィルタを用いてもよいし、機械の振動特性に応じて複数個のフィルタを並列に接続した構成を取ってもよい。また、実位置・速度制御部１０９にフィルタを置いて併用することも可能であり、それらの場合においても同様にフィルタ制御を適用することが可能である。
【００５４】
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４である機械の位置制御システムの構成を示す図である。ここでは、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。この位置制御システムは、位置指令生成装置２０１とＸ軸位置制御装置２０２とＸ軸電動機２４とＹ軸位置制御装置２０３とＹ軸電動機３４とにより構成される。
【００５５】
位置指令生成装置２０１は、位置指令生成部１１１と、変更パラメータ演算部１０５とにより構成され、Ｘ軸位置指令信号θm*およびＹ軸位置指令信号θm２*およびＸ軸変更パラメータＪＬ，Ｋｃｖ，Ｋｃｐを出力する。このうち、変更パラメータ演算部１０５は、図１の実施の形態１の位置制御装置における変更パラメータ演算部１０５と同じものであり、Ｙ軸位置指令信号θm２*を入力として変更パラメータＪＬ，Ｋｃｖ，Ｋｃｐを出力する。ここで変更パラメータの演算は、実施の形態１において既に説明しているように、理論計算演算により求めても良いし、予め測定してテーブル値を用意してもよい。Ｘ軸位置制御装置２０２は、図１の実施の形態１の位置制御装置から変更パラメータ演算部１０５のみを除去したものと同じ構成であり、位置指令θm*と変更パラメータＪＬ，Ｋｃｖ，Ｋｃｐを入力とし、トルクを出力して電動機２４を駆動する。Ｙ軸位置制御装置２０３およびＹ軸電動機３４は、Ｘ軸位置制御装置２０２およびＸ軸電動機２４と、同等のもので構成される。
【００５６】
次に図５に示した実施の形態５の機械の位置制御システムの動作を説明する。まず、位置指令生成部１１１は上位の制御装置もしくは外部からの指令入力に従って、Ｘ軸位置指令θm*およびＹ軸位置指令θm２*を生成する。Ｘ軸位置制御装置２０２は、Ｘ軸位置指令θm*に従って機械の位置制御を行う。図５において、Ｙ軸位置θm２*が、Ｘ軸の制御定数を格納するために予めパラメータ抽出を行った代表条件における位置である場合には、Ｘ軸位置制御装置２０２は図１の従来の技術による位置制御装置と同じ動作を行う。
【００５７】
Ｙ軸位置指令θm２*が前記位置から移動した場合、Ｙ軸実位置θm２も同様に移動していると仮定する。この場合、変更パラメータ演算部１０５ではＹ軸位置指令θm２*を入力として、前記Ｙ軸位置に対する機械端慣性値ＪＬと最適な補償トルク比例係数Ｋｃｖおよび補償トルク積分係数Ｋｃｐとを出力する。Ｘ軸位置制御装置２０２は、前記機械端慣性値ＪＬと、補償トルク比例係数Ｋｃｖと、補償トルク積分係数Ｋｃｐを、位置指令生成装置２０１より受け取り、内部のパラメータを変更する。これらのパラメータ変更はＹ軸位置の移動に応じて逐次なされることが可能である。その結果、Ｙ軸位置の移動により機械系の特性が変化した場合においても、Ｘ軸位置制御装置２０２は機械系の特性に合った最適な制御を得ることができる。
【００５８】
以上により、実施の形態４における機械の位置制御システムでは、他軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。また、他軸位置変化時の変更パラメータ演算を上位の位置指令生成装置２０１において行っている為、位置制御装置２０２、２０３の演算負荷を軽減させることが可能である。
【００５９】
なお図５において、この実施の形態４による位置制御装置２０２、２０３は、実施の形態１の位置制御装置の基本構成を元に展開した位置制御装置であるが、前記基本構成に実施の形態２の重量や慣性を入力とする場合や、実施の形態３のような指令フィルタ３０を用いた場合についても、同様に効果が得られるものである。
【００６０】
実施の形態５．
図６は本発明の実施の形態５である機械の位置制御システムの構成を示す図である。ここでは、機械としてＸＹテーブルのＸ軸駆動を仮定し、他軸位置としてＹ軸位置を仮定する。この位置制御システムは、位置指令生成装置２０４とＸ軸位置制御装置２０５とＸ軸電動機２４とＹ軸位置制御装置２０３とＹ軸電動機３４とにより構成される。
【００６１】
位置指令生成装置２０４は、位置指令生成部１１１と変更パラメータ演算部１０５と理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３とにより構成され、理論トルク指令Ｔｆｆと理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θamとを出力する。ここで、変更パラメータ演算部１０５は図５の実施の形態４の位置指令生成装置における変更パラメータ演算部１０５と同じである。理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３とは図１の実施の形態１の位置制御装置における理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と同じものである。
【００６２】
また、Ｘ軸位置制御装置２０５は、図１の実施の形態１にあって位置制御装置そのものから理論位置・速度制御部１０１と機械模擬回路部１０２と補償トルク演算部１０３と変更パラメータ演算部１０５とを除去したものと同じであり、理論トルク指令Ｔｆｆと理論電動機速度ωａｍと理論電動機位置θamとを入力とし、トルクＴｍ*を出力して電動機２４を駆動する構成である。Ｙ軸位置制御装置２０３およびＹ軸電動機３４は、Ｘ軸位置制御装置２０５およびＸ軸電動機２４と同等のもので構成される。
【００６３】
図６に示した実施の形態５の機械の位置制御システムの動作については、図５の実施の形態４の位置制御装置２０２，２０３において、理論位置・速度制御部１０１および機械模擬回路部１０２および補償トルク演算部１０３の演算を、位置指令生成装置２０４側で行う点を除き、同一の動作を行う。
【００６４】
こうして、実施の形態５の機械の位置制御システムでは、他軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。更に、理論位置・速度制御部１０１、機械模擬回路部１０２、補償トルク演算部１０３の演算を上位の位置指令生成装置２０４において行っている為、位置制御装置２０５、２０６の演算負荷を軽減させることが可能である。
【００６５】
なお図６に記載の実施の形態５の機械の位置制御システムでは、理論位置・速度制御部１０１、機械模擬回路部１０２、補償トルク演算部１０３の演算を逐次行っているが、入力θmおよびθm２のパターンが予め判明しているときには、予めパラメータを変更して理論位置・速度制御部１０１、機械模擬回路部１０２、補償トルク演算部１０３の演算を行った結果をメモリに格納しておき、逐次呼び出すことによって位置指令、速度指令およびトルク指令を生成しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００６６】
また図６において、この発明による位置制御システムは、実施の形態１の位置制御装置の基本構成を元に展開した位置制御装置であるが、前記基本構成に実施の形態２や実施の形態３のような構成を用いても同様に効果が得られるものである。特に、実施の形態３を基本構成とした場合には、変更パラメータ演算部１０５と指令フィルタ３０のみを位置指令生成装置で演算させるという構成を用いても、同様の効果が得られる。
【００６７】
また、これらの発明による位置制御システムおよび位置制御装置は、機械を二慣性共振系としているが三軸慣性以上の場合にも同様に適用可能である。またＸＹ二軸で説明を行ってきたが、三軸以上の場合にも同様に適用可能である。
【００６８】
またこれらの発明による位置制御システムおよび位置制御装置においては、振動抑制制御方式として規範モデル追従型制御やノッチ方式を用いているが、別の振動抑制制御方式を用いてもよく、また補償トルク演算部として比例積分演算を用いているが、全次元状態フィードバックなどの別の構成を用いてもよい。
【００６９】
またこれらの発明による位置制御システムおよび位置制御装置においては、他軸の位置情報として位置フィードバックθm２もしくは位置指令θm２*を利用しているが、速度情報もしくはトルク情報を得て、それを元に位置情報を演算しても同様の効果が得られることは言うまでもない。また負荷慣性や弾性係数、共振周波数などの情報を直接リアルタイムチューニング技術により求めてもよい。
【００７０】
またこれらの発明による位置制御システムでは、位置指令生成装置と位置制御装置とが別々に存在しているが、各々の機能が同一の装置内において実現される場合にも、同様に効果が得られることは言うまでもない。
【００７１】
図７に本発明の一実施例による応答例を用いて発明の効果の具体例を示す。図７は機械系の特性が変動した条件のもとで位置制御を行った場合の位置ドループ（位置指令と実位置の偏差）応答のシミュレーション結果である。ここで従来の技術は特開平８−１６８２８０号公報に記載の技術を模擬している。従来の技術においては０．３〜０．４秒付近において大きな振動を発生しており、位置ドループが収束するまでに時間がかかっていることが確認される。一方、本発明による技術では、振動が抑制され速やかに位置決めが完了していることがわかる。また、機械模擬回路部により振動抑制が行われる為、速度制御応答を下げる必要がなく、高速な制御が達成される。以上により、このシミュレーション結果より本発明の効果が確認される。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を直接におよび補償トルク演算部を介して理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に機械模擬回路部および補償トルク演算部のパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことにより、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、他軸位置情報等を元に振動抑制パラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００７３】
つぎの発明によれば、位置指令を入力として理論位置・速度制御部にてトルクを出力し、このトルクを入力として機械模擬回路部にて位置および速度を出力し、この出力を理論位置・速度制御部に戻すことにより、機械の振動特性を考慮した位置制御を行う機械の位置制御装置において、他軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に理論位置・速度制御部内の指令フィルタのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことにより、速度応答を下げることなく高速速度制御応答を前提として、他軸位置情報等を元に振動抑制のための指令フィルタのパラメータを逐次変更し得ることから、例えばＸＹテーブルにおいてＸ軸駆動時にＹ軸位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、つまり外部の状態により機械系の特性が変動した場合にも、振動抑制性能が損なわれることなく高精度な位置制御を達成することができる。
【００７４】
つぎの発明によれば、変更パラメータ演算部では、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルが作成されることにより、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００７５】
つぎの発明によれば、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置内には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量のいずれかに関する情報を元に各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを演算し、しかもこの各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータを逐次変更する変更パラメータ演算部を備えたことにより、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得るばかりでなく、各軸位置変化時の変更パラメータ演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００７６】
つぎの発明によれば、一つの位置指令生成装置と、複数軸の位置制御装置よりなる位置制御システムにおいて、位置指令生成装置には、内部の位置指令生成部にて出力される複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、および重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する手段を有することにより、各軸の位置によって機械系の特性が大きく変動した場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能であるとともに、理論位置・速度制御部、機械模擬回路部、補償トルク演算部の演算を上位の位置指令生成装置において行っている為、位置制御装置の演算負荷を軽減させることが可能となる。
【００７７】
つぎの発明によれば、各軸の位置制御装置内での機械模擬回路部および補償トルク演算部と理論位置・速度制御部内の指令フィルタとのいずれかのパラメータについて、予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成することにより、変更パラメータを演算する場合に予め機械の振動特性から求めたパラメータテーブルを作成しているので、テーブル引きにより演算ができて機械系の構成より機械系のパラメータの理論計算を逐次演算する必要が無いため、少ない演算量で、機械系の特性が大きく変わった場合にも、良好な振動抑制性能を得ることが可能である。
【００７８】
つぎの発明によれば、複数軸の位置情報、機械の負荷慣性、重量に関する情報を元に演算されたパラメータを加味した理論位置・速度制御を行い、機械の振動特性に応じた位置指令、速度指令およびトルク指令を生成する場合に、予め位置指令、速度指令およびトルク指令を演算することにより、予めパラメータを変更して演算を行った結果を得ることになるので、位置指令生成ではその結果を順に呼び出すだけで、各指令を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の機械の位置制御装置のブロック図である。
【図２】従来の技術による機械の位置制御装置のブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２の機械の位置制御装置のブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態３の機械の位置制御装置のブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態４の機械の位置制御システムのブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態５の機械の位置制御システムのブロック図である。
【図７】この発明の効果を示す線図である。
【符号の説明】
１６補償トルク演算器、２６，２９機械端慣性演算器、２７補償トルク比例係数演算器、２８補償トルク積分係数演算器、３０指令フィルタ、３２共振周波数演算器、３３反共振周波数演算器、１０１，１０７理論位置・速度制御部、１０２，１０８機械模擬回路部、１０３補償トルク演算部、１０４，１０９実位置・速度制御部、１０５，１０６，１１０変更パラメータ演算部、１１１位置指令生成部、２０１，２０４位置指令生成装置、２０２，２０５Ｘ軸位置制御装置、２０３Ｙ軸位置制御装置。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to control of a machine using a drive device such as a motor in a machine tool, a robot, or the like, and more particularly to a position control device and a position control system for suppressing vibration of the machine.
[0002]
[Prior art]
The conventional technique will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration example of a position control device for a machine according to the prior art. For example, a block diagram shown in a specific description of a motor speed and position control device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 8-168280 is shown in FIG. This is the same as the configuration of FIG. 2, the position control device includes a theoretical position / speed control unit 101, a machine simulation circuit unit 102, a compensation torque calculation unit 103, and an actual position / speed control unit 104, and further includes a torque control circuit 23, an electric motor 24, and the like. And a position detector 25.
[0003]
Among them, the theoretical position / speed controller 101 includes a theoretical position deviation calculator 1, a theoretical position controller 2 having a parameter Kp1, a theoretical speed deviation calculator 3, a theoretical speed controller 4 having a parameter Kv1, and a compensation torque subtractor. 5, a position command signal θm * given by a host controller, a theoretical motor position θam and a theoretical speed deviation calculation obtained from a machine simulation circuit unit 102 described later and input to the theoretical position deviation calculator 1. The theoretical motor speed ωam input to the compressor 3 and the compensation torque Tc obtained from the compensation torque calculation circuit and input to the compensation torque subtractor 5 are input, and the theoretical torque Tff is output.
[0004]
The machine simulation circuit unit 102 includes a theoretical motor torque calculator 6, a theoretical motor speed calculator 7, a theoretical motor position calculator 8, a theoretical machine end speed calculator 9, a theoretical machine end position calculator 10, and a theoretical motor to machine. An end position deviation calculator 11, a theoretical shaft torsion torque calculator 12, a theoretical motor-to-machine end speed deviation calculator 13, a theoretical friction torque calculator 14, and a theoretical reaction force torque calculator 15, and theoretical position / speed control. The theoretical torque Tff obtained from the unit 101 is input, and the theoretical speed ωam and theoretical position θam of the motor and the theoretical speed deviation (ωam−ωal) between the motor and the machine end are output. In the machine simulation circuit unit 102, the machine is simulated as a two-inertia resonance system including an electric motor and a machine end. However, when the resonance axes are different, for example, the motor + motor side load inertia and the machine end side load inertia It is possible to simulate a two-inertia resonance system, and it is also possible to deal with a three-inertia resonance system or more.
[0005]
The compensation torque calculator 103 includes the compensation torque calculator 16 and outputs the compensation torque Tc with the motor and the theoretical speed deviation (ωam−ωal) between the machine end obtained from the machine simulation circuit 102 as inputs.
[0006]
Further, the actual position / speed control unit 104 includes an actual position deviation calculator 17, an actual position controller 18, an actual speed calculator 19, an actual speed deviation calculator 20, an actual speed controller 21, and an actual torque command calculator 22. The theoretical motor position θam obtained from the machine simulation circuit unit 102 is input to the actual position deviation calculator 17, the theoretical motor speed ωam is input to the actual speed deviation calculator 20, and the theoretical position / speed controller 101 The actual torque command Tm * is output with the obtained theoretical torque Tff and the motor position θm obtained from the position detector 25 as inputs to the actual torque command calculator 22.
[0007]
Next, the simplified operation of the conventional technique shown in FIG. 2 will be described. In FIG. 2, a machine simulation circuit unit 102 simulates an actual machine with a two-inertia resonance system, and calculates and derives a theoretical motor speed ωam, a theoretical motor position θam, and the like when a theoretical torque Tff is input. To do. The compensation torque calculation unit 103 calculates a compensation torque Tc for suppressing vibration from the theoretical motor-to-machine end speed deviation (ωam−ωal). The theoretical position / speed control unit 101 subtracts the compensation torque Tc from the torque component obtained from the position command signal θm *, the theoretical motor speed ωam, and the theoretical motor position θam, and is the optimum theory for performing vibration suppression control of the motor. The torque Tff is derived. The actual position / speed control unit 104 inputs the theoretical motor position θam, the theoretical motor speed ωam, and the theoretical torque Tff so that the actual motor position θm and the actual motor speed ωm follow the theoretical motor position θam and the theoretical motor speed ωam. Controls the actual torque command Tm *. As described above, in the position control device shown in FIG. 2, even in a machine that easily vibrates, it is possible to control the position of the electric motor 24 following the position command signal θm * while suppressing vibration.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the machine position control device in the technique of Japanese Patent Laid-Open No. 8-168280, the mechanical system parameters Jm *, JL *, Cx, Kx of each block of the machine simulation circuit unit 102 are theoretically determined from the structure of the machine to be controlled. It is necessary to extract the parameters of the mechanical system in advance by a method such as calculating or measuring the mechanical characteristics of the controlled object and storing them in the control device. Further, for the compensation parameters Kcv and Kcp of the compensation torque computing unit 103, it is necessary to compute the optimum value using the mechanical system parameter obtained by the above method and store it in the control device as well.
[0009]
Here, for example, an X-axis drive of an XY table is considered as a machine. In the conventional machine position control device, since it is necessary to store the mechanical system parameters in the control device in advance, an appropriate Y axis position on the X axis is used as a representative condition, and the characteristics of the mechanical system at that time are represented. It will be used as a value.
[0010]
However, depending on the machine, there may be a case where the characteristics of the mechanical system greatly fluctuate between a state in which the Y-axis position is close to the X-axis and a state in which the Y-axis position is far from the X-axis. In the driving of the Y-axis, when the coordinate setting near the origin position of the X-axis and the Y-axis is set far away from the origin position, the vibration status of the table changes. For this reason, the parameter for suppressing vibration also changes. As a result, a phenomenon occurs in which the actual machine parameters greatly deviate from the mechanical system parameters stored in the control device. In this case, the vibration suppression performance of the control device deteriorates, and optimal control cannot be performed.
[0011]
As described above, there is a problem that the conventional technology cannot be applied to an object whose characteristics of the mechanical system fluctuate greatly due to a change in the other shaft position of the machine. It was used only for.
[0012]
As another technique for suppressing vibration, there is a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-126402. In this technique, it is disclosed that vibration is suppressed by inserting a notch filter matched to the characteristics of a mechanical system into a speed feedback loop. However, in the technique of suppressing vibration using a notch filter, the response of the speed controller is limited by the frequency of the notch filter. Accordingly, when the rigidity of the mechanical system is low, the setting frequency of the notch filter needs to be set low, so that the speed control response cannot be increased.
[0013]
Still another technique is described in JP-A-4-219807. In this technique, there is disclosed a technique of performing position control according to the total weight of the component supply table by detecting the total weight of the component supply table and changing the parameters of the control system based on the detected total weight. However, this technique does not consider the vibration of the mechanical system, and when the rigidity of the mechanical system is low, there is no method other than reducing the speed control response.
[0014]
As described above, the technique described in the above Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-126402 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-219807 does not have a machine simulation circuit unit. There is a problem that it is impossible to perform high-speed control because it cannot be increased.
[0015]
The present invention has been made in view of the above.Assuming a high-speed speed control response without lowering the speed response, for example, when the characteristics of the mechanical system fluctuate depending on the Y-axis position during the X-axis drive of the XY table, An object of the present invention is to provide a machine position control device and a position control system that achieve highly accurate position control without impairing vibration suppression performance even when the characteristics of the mechanical system fluctuate due to external conditions.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a position control device for a machine according to the present invention outputs a torque at a theoretical position / speed control unit using a position command as an input, and outputs a position and speed at a machine simulation circuit unit using this torque as an input. In a position control device for a machine that performs position control considering the vibration characteristics of the machine by returning this output directly to the theoretical position / speed control section via the compensation torque calculation section, the position of the other axis According to the present invention, there is provided a change parameter calculation unit that sequentially changes parameters of the machine simulation circuit unit and the compensation torque calculation unit based on information, information on load inertia of the machine, and weight.
[0017]
According to the present invention, the vibration suppression parameter can be sequentially changed based on the other-axis position information and the like on the premise of the high-speed speed control response without lowering the speed response. Therefore, even when the characteristics of the mechanical system change greatly, that is, when the characteristics of the mechanical system change due to an external state, highly accurate position control can be achieved without impairing vibration suppression performance.
[0018]
A machine position control device according to the next invention outputs a torque at a theoretical position / speed control unit with a position command as an input, and outputs a position and speed at a machine simulation circuit unit with this torque as an input. Is returned to the theoretical position / velocity control unit, and the position control device for the machine that performs position control taking into account the vibration characteristics of the machine is the source of the position information on the other axis, the load inertia of the machine, and the information on the weight. And a change parameter calculation unit for sequentially changing the parameter of the command filter in the theoretical position / speed control unit.
[0019]
According to the present invention, it is possible to sequentially change the parameter of the command filter for vibration suppression based on the other axis position information, etc. on the premise of the high-speed speed control response without lowering the speed response. Highly accurate position control is achieved without sacrificing vibration suppression performance even when the mechanical system characteristics fluctuate greatly depending on the Y-axis position during shaft drive, that is, when the mechanical system characteristics vary due to external conditions. can do.
[0020]
The machine position control apparatus according to the next invention is characterized in that, in the above invention, the change parameter calculation unit creates a parameter table previously obtained from the vibration characteristics of the machine.
[0021]
According to the present invention, since the parameter table obtained from the vibration characteristics of the machine is created in advance when calculating the change parameter, the calculation can be performed by table lookup, and the theoretical calculation of the mechanical system parameter can be performed from the mechanical system configuration. Since it is not necessary to perform sequential calculation, it is possible to obtain good vibration suppression performance even when the characteristics of the mechanical system greatly change with a small amount of calculation.
[0022]
A position control system for a machine according to the next invention is a position control system comprising a single position command generation device and a multi-axis position control device. The position command generation device includes an output from an internal position command generation unit. Based on the information on the position information of multiple axes, the load inertia of the machine, and the weight, the commands in the machine simulation circuit section and compensation torque calculation section and theoretical position / speed control section in the position control device of each axis Calculates any parameter of the filter, and sequentially changes any of the parameters of the machine simulation circuit unit and compensation torque calculation unit in the position control device of each axis and the command filter in the theoretical position / speed control unit And a change parameter calculation unit.
[0023]
According to the present invention, even when the characteristics of the mechanical system greatly vary depending on the position of each axis, not only good vibration suppression performance is obtained, but also the change parameter calculation at the time of each axis position change is performed by a higher-level position command generation device. Therefore, the calculation load of the position control device can be reduced.
[0024]
A position control system for a machine according to the next invention is a position control system comprising a single position command generation device and a multi-axis position control device. The position command generation device outputs the position command generation device to an internal position command generation unit. Theoretical position / speed control that takes into account parameters calculated based on position information of multiple axes, machine load inertia, and weight information, and position, speed, and torque commands according to the vibration characteristics of the machine It has the means to produce | generate, It is characterized by the above-mentioned.
[0025]
According to the present invention, it is possible to obtain good vibration suppression performance even when the characteristics of the mechanical system fluctuate greatly depending on the position of each axis, and the theoretical position / speed control unit, machine simulation circuit unit, compensation Since the calculation of the torque calculation unit is performed in the upper position command generation device, the calculation load of the position control device can be reduced.
[0026]
The machine position control system according to the next invention is the machine position control system according to any one of the machine simulation circuit section and the compensation torque calculation section in the position control device for each axis and the command filter in the theoretical position / speed control section in the above invention. For the parameters, a parameter table previously obtained from the vibration characteristics of the machine is created.
[0027]
According to the present invention, since the parameter table obtained from the vibration characteristics of the machine is created in advance when calculating the change parameter, the calculation can be performed by table lookup, and the theoretical calculation of the mechanical system parameter can be performed from the mechanical system configuration. Since it is not necessary to perform sequential calculation, it is possible to obtain good vibration suppression performance even when the characteristics of the mechanical system greatly change with a small amount of calculation.
[0028]
The machine position control system according to the next invention is the machine position control system according to the above invention, wherein theoretical position / speed control is performed in consideration of parameters calculated based on position information of a plurality of axes, information on load inertia and weight of the machine, When generating a position command, a speed command, and a torque command according to the vibration characteristics, a position command, a speed command, and a torque command are calculated in advance.
[0029]
According to the present invention, since the calculation result is obtained by changing the parameters in advance, each command can be generated by simply calling the result in order in the position command generation.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of a machine position control apparatus according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the embodiment of the present invention described below, the same or equivalent components as those in the conventional technique shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those in the conventional technique and the description thereof is omitted. To do. That is, in FIGS. 1 and 3 to 6, the theoretical position / speed control units 101 and 107, the machine simulation circuit units 102 and 108, the compensation torque calculation unit 103, and the actual position / speed control units 104 and 109, respectively. For the torque control circuit 23, the electric motor 24, and the position detector 25, the same blocks are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0031]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a machine position control apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. This position control apparatus includes a theoretical position / speed control unit 101, a machine simulation circuit unit 102, a compensation torque calculation unit 103, an actual position / speed control unit 104, and a new change parameter calculation unit 105. In the following, it is assumed that the X-axis drive of the XY table is used as the machine, and the Y-axis position is assumed as the other axis position.
[0032]
The change parameter calculator 105 includes a machine end inertia calculator 26, a compensation torque proportional coefficient calculator 27, and a compensation torque integral coefficient calculator 28, and is a high-order position command generator, a Y-axis position controller, or a Y-axis. The Y-axis position θm2 obtained from the position detector or the like is used as an input, the machine end inertia JL by the machine end inertia calculator 26, the compensation torque proportional coefficient Kcv by the compensation torque proportional coefficient calculator 27, and the compensation torque integral coefficient calculator 28 The compensation torque integral coefficient Kcp is output.
[0033]
Among these, the machine end inertia calculator 26 stores the machine end inertia JL with respect to the Y-axis position θm2 in advance as a table value. In the derivation of this table value, when the configuration of the machine to be controlled is known, it can be obtained by theoretical calculation. When the configuration of the machine is unknown, parameters at each position on the Y axis are extracted and tabulated by theoretical calculation at the design stage at each position on the Y axis or by measuring subsequent mechanical characteristics of the controlled object. . Further, the compensation torque proportional coefficient calculator 27 and the compensation torque integral coefficient calculator 28 are also optimally calculated by theoretical calculation for each of the table values of the above-mentioned machine end inertia JL and the compensation torque integral. A coefficient Kcp is obtained and stored as a table value.
[0034]
Here, the machine end inertia JL, the compensation torque proportional coefficient Kcv, and the compensation torque integration coefficient Kcp are changed according to the Y-axis position θm2, but the same applies when the elastic coefficient Kx and the friction torque Cx vary. It is possible to change by this method. It is of course possible to simultaneously change the parameters of the theoretical position / speed control unit 101 and the actual position / speed control unit 104. In the present embodiment, vibration suppression is intended for the XY table, and the machine end inertia JL, the compensation torque proportional coefficient Kcv, and the compensation torque integral coefficient Kcp are changed. Depending on the type, nature, characteristics, etc. of the machine, the parameter to be changed is specified so as to effectively suppress the vibration by the control. In general, for the apparatus of FIG. 1, if the simulation accuracy can be obtained in the machine simulation circuit unit 102, high-accuracy vibration control is possible. Therefore, the parameters of the machine simulation circuit unit 102 are changed. Is preferred. The same applies to the cases of FIGS. 3 to 6 described later.
[0035]
Next, the operation of the machine position control device will be described with respect to the first embodiment shown in FIG. In FIG. 1, when the Y-axis position θm2 is a position under a representative condition in which parameters are extracted in advance to store control constants, the position control device of FIG. 1 operates in the same manner as the position control device according to the prior art. Will do.
[0036]
When the Y-axis position moves to a position different from the above position, the machine end inertia calculator 26 receives the position information θm2 and outputs the machine end inertia JL at the position. The compensation torque proportional coefficient calculator 27 receives the machine end inertia JL obtained from the machine end inertia calculator 26 and outputs a compensation torque proportional coefficient Kcv. Similarly, the compensation torque integral coefficient computing unit 28 receives the machine end inertia JL and outputs a compensation torque integral coefficient Kcp.
[0037]
The machine end speed calculator 9 rewrites the internal constant value to the machine end inertia JL obtained from the machine end inertia calculator 26. Similarly, the compensation torque calculation unit 103 rewrites the internal constant using the compensation torque proportional coefficient Kcv and the compensation torque integral coefficient Kcp obtained from the compensation torque proportional coefficient calculator 27 and the compensation torque integral coefficient calculator 28. . These parameter changes can be made sequentially according to the movement of the Y-axis position. As a result, even when the characteristics of the mechanical system change due to the movement of the Y-axis position, it is possible to obtain optimal control that matches the characteristics of the mechanical system.
[0038]
As described above, in the machine position control apparatus according to the first embodiment, it is possible to obtain good vibration suppression performance even when the characteristics of the mechanical system greatly vary depending on the position of the Y axis that is the other axis.
[0039]
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a machine position control apparatus according to the second embodiment of the present invention. This position control device includes a theoretical position / speed control unit 101, a machine simulation circuit unit 102, a compensation torque calculation unit 103, an actual position / speed control unit 104, and a new change parameter calculation unit 106.
[0040]
The change parameter calculation unit 106 includes a machine end inertia calculator 29, a compensation torque proportional coefficient calculator 27, and a compensation torque integral coefficient calculator 28. The workpiece mass ML, which is a load obtained from the control device or the like, is input, the machine end inertia JL by the machine end inertia calculator 29, the compensation torque proportional coefficient Kcv by the compensation torque proportional coefficient calculator 27, and the compensation torque integral coefficient calculator 28. The compensation torque integral coefficient Kcp by is output. In this case, the load inertia of the machine can be adopted as the load input similar to the workpiece mass ML.
[0041]
Here, the machine end inertia calculator 29 stores in advance the machine end inertia JL with respect to the workpiece mass ML as a table value. In the derivation of this table value, when the configuration of the machine to be controlled is known, it can be obtained by theoretical calculation. When the machine configuration is unknown, the table is formed by theoretical calculation at the design stage or by measuring the mechanical characteristics of the controlled object thereafter. As in the first embodiment, the compensation torque proportional coefficient calculator 27 and the compensation torque integral coefficient calculator 28 are optimally calculated by theoretical calculation for each of the JL table values and the compensation torque proportional coefficient Kcv. A torque integration coefficient Kcp is obtained and stored as a table value.
[0042]
Next, the operation of the machine position control apparatus according to the second embodiment shown in FIG. 3 will be described. In FIG. 3, when the workpiece mass ML is the same as the representative condition in which the parameters are extracted in advance to store the control constant, the position control device in FIG. 3 performs the same operation as the position control device according to the prior art. Do.
[0043]
When the workpiece mass ML changes to a value different from the above condition, the machine end inertia calculator 29 outputs the machine end inertia JL with the mass ML as an input. The compensation torque proportional coefficient calculator 27 receives the machine end inertia JL obtained from the machine end inertia calculator 29 and outputs a compensation torque proportional coefficient Kcv. Similarly, the compensation torque integral coefficient computing unit 28 receives the machine end inertia JL and outputs a compensation torque integral coefficient Kcp. The machine end speed calculator 9 has its internal constant value rewritten to the machine end inertia JL obtained from the machine end inertia calculator 29. Similarly, the compensation torque calculator 103 rewrites the internal constants using the compensation torque proportional coefficient Kcv and compensation torque integral coefficient Kcp obtained from the compensation torque proportional coefficient calculator 27 and the compensation torque integral coefficient calculator. These values can be sequentially changed according to changes in the workpiece mass ML. As a result, even when the characteristics of the mechanical system change due to a change in the workpiece mass ML, it is possible to obtain optimal control that matches the characteristics of the mechanical system.
[0044]
As described above, in the machine position control apparatus according to the second embodiment, even when the characteristics of the mechanical system greatly fluctuate due to a change in the workpiece mass ML, it is possible to obtain a favorable vibration suppression performance.
[0045]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a machine position control apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. This position control device includes a theoretical position / speed control unit 107, a machine simulation circuit unit 108, an actual position / speed control unit 109, and a change parameter calculation unit 110. Here again, the X-axis drive of the XY table is assumed as the machine, and the Y-axis position is assumed as the other axis position.
[0046]
The theoretical position / speed control unit 107 includes a command filter 30, a theoretical position deviation calculator 1, a theoretical position controller 2, a theoretical speed deviation calculator 3, and a theoretical speed controller 4, and is given by a host controller or the like. The received position command signal θm *, the theoretical motor position θam obtained from the machine simulation circuit unit 108, and the theoretical motor speed ωam are input, and a theoretical torque Tff is output.
[0047]
The machine simulation circuit unit 108 includes a theoretical motor speed calculator 7 and a theoretical motor position calculator 8, and receives the theoretical torque Tff obtained from the theoretical position / speed control unit 107 as an input, and the theoretical speed ωam and the theoretical position of the motor. θam is output.
[0048]
The actual position / speed control unit 109 includes an actual position deviation calculator 17, an actual position controller 18, an actual speed calculator 19, an actual speed deviation calculator 20, an actual speed controller 21, and an actual torque command calculator 22. The theoretical motor position θam and the theoretical motor speed ωam obtained from the machine simulation circuit unit 108, the theoretical torque Tff obtained from the theoretical position / speed control unit 107, and the motor position θm obtained from the position detector 25 are input. The actual torque command Tm * is output.
[0049]
The change parameter calculation unit 110 includes a resonance frequency calculator 32 and an anti-resonance frequency calculator 33, and is obtained from a higher-level position command generation device, a Y-axis position control device, a Y-axis position detector, or the like. Using the position θm2 as an input, the resonance frequency ωn and the anti-resonance frequency ωf are output. The resonance frequency calculator 32 and the anti-resonance frequency calculator 33 respectively store the resonance frequency ωn and the anti-resonance frequency ωf with respect to the Y-axis position θm2 as table values. The derivation of the table value is the same as that of the machine end inertia calculator 26 in the first embodiment, although there is a difference between the frequency ω and the inertia JL.
[0050]
Next, the operation of the machine position control apparatus according to the third embodiment shown in FIG. 4 will be described. First, the operation under the condition that the Y-axis position as the other axis is fixed will be described. In FIG. 4, the machine simulation circuit unit 108 simulates the inertia of the actual machine on the motor side, and calculates and derives the theoretical motor speed ωam and the theoretical motor position θam when the theoretical torque Tff is input. To do. The theoretical position / speed control unit 107 derives the theoretical torque Tff of the motor from the command signal θm * ′ from the command filter 30 to which the position command signal θm * is input, the theoretical motor speed ωam, and the theoretical motor position θam.
[0051]
Here, the command filter 30 has characteristics that take into account the resonance characteristics of the actual machine, and the output command signal θm * ′ is a command signal that suppresses machine resonance. Therefore, the theoretical position / speed control unit 107 outputs a theoretical torque Tff that is optimal for performing vibration suppression control of the motor. The actual position / speed control unit 109 inputs the theoretical motor position θam, the theoretical motor speed ωam, and the theoretical torque Tff so that the actual motor position θm and the actual motor speed ωm follow the theoretical motor position θam and the theoretical motor speed ωam. The actual torque command Tm * is controlled. As described above, in the position control device shown in FIG. 4, even in a machine that easily vibrates, it is possible to control the position of the electric motor 24 following the position command signal θm * while suppressing the vibration.
[0052]
As described above, in the machine position control apparatus according to the third embodiment, it is possible to obtain satisfactory vibration suppression performance even when the characteristics of the mechanical system greatly vary depending on the position of the other axis. The above description is provided with the parameter table for obtaining the resonance characteristics of the machine with the Y-axis position θm2 as an input, but the input is not limited to the Y-axis position θm2 as in the relationship of FIG. A parameter table for obtaining the resonance characteristics of the machine may be provided.
[0053]
In the machine position control apparatus according to the third embodiment, the command filter is formed with a band cut-off filter configuration. However, a filter of a different form such as a low-pass filter may be used, or the vibration of the machine. A configuration may be adopted in which a plurality of filters are connected in parallel according to the characteristics. Further, it is possible to put a filter in the actual position / speed control unit 109 and use it together, and in these cases, it is possible to apply the filter control in the same manner.
[0054]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a machine position control system according to the fourth embodiment of the present invention. Here, the X-axis drive of the XY table is assumed as the machine, and the Y-axis position is assumed as the other axis position. The position control system includes a position command generation device 201, an X-axis position control device 202, an X-axis motor 24, a Y-axis position control device 203, and a Y-axis motor 34.
[0055]
The position command generation device 201 includes a position command generation unit 111 and a change parameter calculation unit 105. The position command generation device 201 receives the X-axis position command signal θm *, the Y-axis position command signal θm2 *, and the X-axis change parameters JL, Kcv, and Kcp. Output. Among these, the change parameter calculation unit 105 is the same as the change parameter calculation unit 105 in the position control apparatus of the first embodiment shown in FIG. 1, and the change parameter JL, Kcv, Kcp is input with the Y-axis position command signal θm2 * as an input. Is output. Here, the calculation of the change parameter may be obtained by theoretical calculation as already described in the first embodiment, or may be measured in advance to prepare a table value. The X-axis position control device 202 has the same configuration as that obtained by removing only the change parameter calculation unit 105 from the position control device of the first embodiment shown in FIG. 1, and receives a position command θm * and change parameters JL, Kcv, and Kcp. The torque is output to drive the electric motor 24. The Y-axis position control device 203 and the Y-axis motor 34 are configured in the same manner as the X-axis position control device 202 and the X-axis motor 24.
[0056]
Next, the operation of the machine position control system of the fifth embodiment shown in FIG. 5 will be described. First, the position command generation unit 111 generates an X-axis position command θm * and a Y-axis position command θm2 * according to a command input from a host control device or the outside. The X-axis position control device 202 controls the position of the machine according to the X-axis position command θm *. In FIG. 5, when the Y-axis position θm2 * is a position under a representative condition in which parameters are extracted in advance in order to store the X-axis control constant, the X-axis position control device 202 is the conventional technique of FIG. Performs the same operation as the position control device by.
[0057]
When the Y-axis position command θm2 * is moved from the position, it is assumed that the actual Y-axis position θm2 is also moved in the same manner. In this case, the change parameter calculation unit 105 receives the Y-axis position command θm2 * as an input, and outputs the machine end inertia value JL with respect to the Y-axis position, the optimal compensation torque proportional coefficient Kcv, and the compensation torque integration coefficient Kcp. The X-axis position control device 202 receives the mechanical end inertia value JL, the compensation torque proportional coefficient Kcv, and the compensation torque integral coefficient Kcp from the position command generation device 201, and changes the internal parameters. These parameter changes can be made sequentially according to the movement of the Y-axis position. As a result, even when the characteristics of the mechanical system change due to the movement of the Y-axis position, the X-axis position control device 202 can obtain optimal control that matches the characteristics of the mechanical system.
[0058]
As described above, in the machine position control system according to the fourth embodiment, it is possible to obtain good vibration suppression performance even when the characteristics of the mechanical system greatly vary depending on the position of the other axis. Moreover, since the change parameter calculation at the time of other axis position change is performed in the higher-order position command generation device 201, the calculation load of the position control devices 202 and 203 can be reduced.
[0059]
In FIG. 5, the position control devices 202 and 203 according to the fourth embodiment are position control devices developed based on the basic configuration of the position control device according to the first embodiment. The same effect can be obtained when the weight or inertia of the input is used as an input or when the command filter 30 as in the third embodiment is used.
[0060]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a machine position control system according to the fifth embodiment of the present invention. Here, the X-axis drive of the XY table is assumed as the machine, and the Y-axis position is assumed as the other axis position. The position control system includes a position command generation device 204, an X-axis position control device 205, an X-axis motor 24, a Y-axis position control device 203, and a Y-axis motor 34.
[0061]
The position command generation device 204 includes a position command generation unit 111, a change parameter calculation unit 105, a theoretical position / speed control unit 101, a machine simulation circuit unit 102, and a compensation torque calculation unit 103, and includes a theoretical torque command Tff and a theoretical motor. The speed ωam and the theoretical motor position θam are output. Here, the change parameter calculation unit 105 is the same as the change parameter calculation unit 105 in the position command generation device of Embodiment 4 in FIG. The theoretical position / speed control unit 101, the machine simulation circuit unit 102, and the compensation torque calculation unit 103 are the theoretical position / speed control unit 101, machine simulation circuit unit 102, and compensation torque calculation in the position control apparatus of the first embodiment shown in FIG. This is the same as the unit 103.
[0062]
The X-axis position control device 205 is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the theoretical position / speed control unit 101, the machine simulation circuit unit 102, the compensation torque calculation unit 103, and the change parameter calculation unit 105. And the theoretical torque command Tff, the theoretical motor speed ωam, and the theoretical motor position θam are input, and the motor 24 is driven by outputting the torque Tm *. The Y-axis position controller 203 and the Y-axis motor 34 are configured in the same manner as the X-axis position controller 205 and the X-axis motor 24.
[0063]
The operation of the machine position control system of the fifth embodiment shown in FIG. 6 is the same as that of the position control devices 202 and 203 of the fourth embodiment shown in FIG. The same operation is performed except that the calculation of the compensation torque calculation unit 103 is performed on the position command generation device 204 side.
[0064]
In this way, in the machine position control system of the fifth embodiment, it is possible to obtain good vibration suppression performance even when the characteristics of the mechanical system greatly vary depending on the position of the other axis. Furthermore, since the calculation of the theoretical position / velocity control unit 101, the machine simulation circuit unit 102, and the compensation torque calculation unit 103 is performed in the upper position command generation device 204, the calculation load on the position control devices 205 and 206 is reduced. Is possible.
[0065]
In the machine position control system according to the fifth embodiment shown in FIG. 6, the calculation of the theoretical position / speed control unit 101, the machine simulation circuit unit 102, and the compensation torque calculation unit 103 is sequentially performed, but the inputs θm and θm2 Is obtained in advance, the results of the calculation of the theoretical position / velocity control unit 101, the machine simulation circuit unit 102, and the compensation torque calculation unit 103 are changed in advance and stored in the memory. It goes without saying that the same effect can be obtained even if a position command, a speed command and a torque command are generated by calling.
[0066]
In FIG. 6, the position control system according to the present invention is a position control device developed based on the basic configuration of the position control device according to the first embodiment. Even if such a configuration is used, the same effect can be obtained. In particular, when the third embodiment is used as a basic configuration, the same effect can be obtained even if a configuration in which only the change parameter calculation unit 105 and the command filter 30 are calculated by the position command generation device is used.
[0067]
Further, the position control system and the position control apparatus according to these inventions have a two-inertia resonance system as a machine, but can be similarly applied to a case of three-axis inertia or more. Further, the description has been given with respect to XY two axes, but the present invention can be similarly applied to the case of three or more axes.
[0068]
In the position control system and position control device according to these inventions, the norm model following control or the notch method is used as the vibration suppression control method. However, another vibration suppression control method may be used, and compensation torque calculation may be performed. Although proportional integral calculation is used as the unit, another configuration such as full-dimensional state feedback may be used.
[0069]
In the position control system and position control device according to these inventions, the position feedback θm2 or the position command θm2 * is used as the position information of the other axis, but the position information is obtained based on the speed information or torque information. It goes without saying that the same effect can be obtained by calculating information. Information such as load inertia, elastic modulus, and resonance frequency may be obtained directly by a real-time tuning technique.
[0070]
Further, in the position control system according to these inventions, the position command generation device and the position control device exist separately, but the same effect can be obtained when each function is realized in the same device. Needless to say.
[0071]
FIG. 7 shows a specific example of the effect of the invention using a response example according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a simulation result of a position droop (position command and actual position deviation) response when position control is performed under conditions where the characteristics of the mechanical system fluctuate. Here, the conventional technique simulates the technique described in JP-A-8-168280. In the conventional technique, a large vibration is generated in the vicinity of 0.3 to 0.4 seconds, and it is confirmed that it takes time until the position droop converges. On the other hand, in the technique according to the present invention, it is understood that the vibration is suppressed and the positioning is completed quickly. Moreover, since vibration suppression is performed by the machine simulation circuit unit, it is not necessary to reduce the speed control response, and high speed control is achieved. As described above, the effect of the present invention is confirmed from the simulation result.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the position command is input to output torque at the theoretical position / speed control unit, and the torque is input to the machine simulation circuit unit to output position and speed. In a position control device for a machine that performs position control in consideration of the vibration characteristics of the machine by returning the position to the theoretical position / speed control section directly and via the compensation torque calculation section, the position information of other axes, the load inertia of the machine , And a change parameter calculation unit that sequentially changes the parameters of the machine simulation circuit unit and the compensation torque calculation unit based on information on any of the weights, assuming a high-speed speed control response without lowering the speed response, Because vibration suppression parameters can be changed sequentially based on other axis position information, etc., for example, in the XY table, the characteristics of the mechanical system depend on the Y axis position when driving the X axis. Even when largely varies, i.e. can be characteristic of the mechanical system by an external state even when the change to achieve precise position control without vibration suppression performance may be impaired.
[0073]
According to the next invention, the position command is input to output the torque at the theoretical position / speed control unit, and the torque is input to the machine simulation circuit unit to output the position and speed. In the position control device of the machine that performs position control considering the vibration characteristics of the machine by returning to the control unit, the theoretical position and speed based on the information on the position information of other axes, the load inertia of the machine, and the weight A command filter for suppressing vibration based on other axis position information, etc. on the premise of a high-speed speed control response without lowering the speed response by providing a change parameter calculation unit that sequentially changes the parameter of the command filter in the control unit For example, when the characteristics of the mechanical system fluctuate greatly depending on the Y-axis position when driving the X-axis on the XY table, this is also possible. Even when the characteristics of the mechanical system varies by an external condition, it is possible to achieve highly accurate position control without vibration suppression performance may be impaired.
[0074]
According to the next invention, in the change parameter calculation unit, a parameter table previously obtained from the vibration characteristics of the machine is created, so that when the change parameter is calculated, the parameter table previously obtained from the vibration characteristics of the machine is created. Therefore, it is possible to perform calculations by table lookup, and it is not necessary to perform theoretical calculation of mechanical system parameters sequentially from the mechanical system configuration, so it is good even when the mechanical system characteristics change significantly with a small amount of calculation. Vibration suppression performance can be obtained.
[0075]
According to the next invention, in the position control system including one position command generation device and a multi-axis position control device, the position command generation device includes a plurality of axes output by the internal position command generation unit. One of the machine simulation circuit section and compensation torque calculation section in the position control device for each axis and the command filter in the theoretical position / speed control section based on information on position information, machine load inertia, and weight Change parameter calculation unit that sequentially changes any of the parameters of the machine simulation circuit unit and compensation torque calculation unit in the position control device of each axis and the command filter in the theoretical position / speed control unit As a result, it is possible not only to obtain good vibration suppression performance even when the mechanical system characteristics fluctuate greatly depending on the position of each axis, Because doing over data calculated in the position command generating unit higher, it becomes possible to reduce the calculation load of the position control device.
[0076]
According to the next invention, in the position control system including one position command generation device and a plurality of axis position control devices, the position command generation device includes a plurality of axis positions output by an internal position command generation unit. It has a means to perform theoretical position / speed control taking into account parameters calculated based on information, load inertia of machine, and information on weight, and generate position command, speed command and torque command according to the vibration characteristics of the machine As a result, even if the characteristics of the mechanical system fluctuate greatly depending on the position of each axis, good vibration suppression performance can be obtained, and the theoretical position / speed control unit, machine simulation circuit unit, compensation torque calculation unit Since the higher-order position command generation device performs this calculation, the calculation load on the position control device can be reduced.
[0077]
According to the next invention, one of the parameters of the machine simulation circuit unit and the compensation torque calculation unit in the position control device for each axis and the command filter in the theoretical position / speed control unit is obtained in advance from the vibration characteristics of the machine. By creating a parameter table, a parameter table obtained from the vibration characteristics of the machine is created in advance when calculating the changed parameter. Since it is not necessary to perform theoretical calculations sequentially, it is possible to obtain good vibration suppression performance even when the characteristics of the mechanical system change greatly with a small amount of calculation.
[0078]
According to the next invention, theoretical position / speed control is performed in consideration of parameters calculated based on position information of a plurality of axes, load inertia of the machine, and information on the weight, and a position command and speed corresponding to the vibration characteristics of the machine. When generating a command and a torque command, a position command, a speed command, and a torque command are calculated in advance to obtain a result of calculation performed by changing parameters in advance. Each command can be generated by simply calling in sequence.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a machine position control apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram of a conventional machine position control apparatus.
FIG. 3 is a block diagram of a machine position control apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram of a machine position control device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of a machine position control system according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram of a machine position control system according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing the effect of the present invention.
[Explanation of symbols]
16 Compensation torque calculator, 26, 29 Machine end inertia calculator, 27 Compensation torque proportional coefficient calculator, 28 Compensation torque integral coefficient calculator, 30 Command filter, 32 Resonance frequency calculator, 33 Anti-resonance frequency calculator, 101, 107 theoretical position / speed control unit, 102, 108 machine simulation circuit unit, 103 compensation torque calculation unit, 104, 109 actual position / speed control unit, 105, 106, 110 change parameter calculation unit, 111 position command generation unit, 201, 204 Position command generation device, 202, 205 X-axis position control device, 203 Y-axis position control device.

Claims

Position output torque at the theoretical position and speed control section of the command as an input, and outputs the position and speed at mechanical simulation circuit section the torque as an input, the theoretical position and the output via a compensation torque calculation unit In the position control device of the machine that performs the position control to suppress the vibration of the first axis machine by returning to the speed control unit and performing the calculation using the vibration suppression parameter
Based on the position information of the second axis, information on the load inertia of the machine, and the weight, the machine end inertia parameter of the machine simulation circuit unit used as the vibration suppression parameter, and also the compensation torque calculation unit used as the vibration suppression parameter A machine position control device comprising a change parameter calculation unit for sequentially changing the compensation torque proportional coefficient parameter and the compensation torque integral coefficient parameter.

The position command is input and torque is output from the theoretical position / speed control unit. The torque is input from the machine simulation circuit unit, and the position and speed are output. The output is returned to the theoretical position / speed control unit, and vibration is generated. In the machine position control device that performs position control to suppress the vibration of the machine of the first axis by performing the calculation using the suppression parameter ,
The resonance frequency parameter and anti-resonance frequency parameter of the command filter in the theoretical position / velocity control unit used as the vibration suppression parameter based on the information on the position information of the second axis , the load inertia of the machine, and the weight are sequentially A machine position control apparatus comprising a change parameter calculation unit for changing.

The machine position control device according to claim 1 or 2, wherein the change parameter calculation unit creates a parameter table obtained in advance from vibration characteristics of the machine.

In a position control system consisting of one position command generation device and a multi-axis position control device,
The position command generation device receives a position command as an input and outputs a torque at a theoretical position / speed control unit, and receives the torque as an input and outputs a position and speed at a machine simulation circuit unit, and outputs the output as a compensation torque calculation unit. And return to the theoretical position / velocity control unit, and perform the position control to suppress the vibration of the machine of the first axis by calculating using the vibration suppression parameter,
The position command generation device uses a machine simulation circuit used as the vibration suppression parameter based on information on any of the position information of the second axis , the load inertia of the machine, and the weight output from the internal position command generation unit. Machine end inertia parameter, compensation torque proportional coefficient parameter and compensation torque integral coefficient parameter of the compensation torque calculation unit used as the vibration suppression parameter are sequentially changed , or used as the vibration suppression parameter in the theoretical position / speed control unit. A machine position control system comprising a change parameter calculation unit that sequentially changes a resonance frequency parameter and an anti-resonance frequency parameter of a command filter.

5. The machine position control system according to claim 4 , wherein the change parameter calculation unit creates a parameter table obtained in advance from the vibration characteristics of the machine.

The position command generating unit, a position command corresponding to the vibration characteristics of the machine, when generating a speed command and torque command, claim 4 or 5, characterized in that for calculating the pre-position command, speed command and torque command The position control system of the machine as described in.