JP4673326B2 - 回転軸の位置制御装置 - Google Patents
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Description
・・・・・(1)
ここで、Mは搭載固定された各種冶具・工具や加工対象物を含む回転テーブル全体の質量,Izは、重心Gを通るZu軸の平行軸回りの回転テーブル全体の慣性モーメント,Imは、モータを含む伝達系の回転軸換算慣性モーメントである。
ξ=[dω/dt,COSθ,−SINθ]T ・・・・・(2)
γ=[ML2+Iz+Im,MgLSbCa,MgLSbSa]T ・・・・・(3)
(但し、Sb=SINb,Ca=COSa,Sa=SINaと表記する。)
数式(1)の運動方程式は、数式(4)の実系モデルで表現できる。
τ=Ct・τc=ξTγ ・・・・・(4)
γID(k)=γID(k-1)−P(k-1)・ξ(k)・ξ(k)TΦ(k) ・・・・・(5)
P(k)-1=C1(k)・P(k-1)-1+C2(k)・ξ(k)ξ(k)T ・・・・・(6)
但し、0<C1(k)≦1,0≦C2(k)<2,P(0)>0とする。
ξ(k)TΦ(k)=ξ(k)TγID(k)−τ(k)
=ξ(k)T[γID(k-1)−P(k-1)・ξ(k)・ξ(k)TΦ(k)]−τ(k)
・・・・・(7)
K(k)=[ξ(1),ξ(2),・・・,ξ(k)]T ・・・・・(8)
行列K(k)が継続的に列フルランクであれば、k→∞で、γID(k)→γとなってパラメータ同定は成立し、更に、収束応答よりもパラメータベクトルγの変化が十分に遅ければ、変化に対して追従した同定パラメータベクトルγID(k)を得られることが知られている。
C1(k)=1−[|P(k-1)ξ(k)|2/[C+ξ(k)TP(k-1)ξ(k)]]・[1/tr[P(0)]]
・・・・・(9)
ここで、C=C1(k)/C2(k) :(一定値)>0.5 である。
cond1=(0<Vf≦Vmax)∩(0<Af) ・・・・・(10)
cond2=(−Vmax≦Vf<0)∩(Af<0) ・・・・・(11)
IDC=(cond1∪cond2)∩OIDC ・・・・・(12)
GID=(ML2+Iz+Im)ID/(Cb・Ct) ・・・・・(13)
慣性モーメント係数GIDは、加算器57出力と乗算器8で乗算される。このため、加減速トルクフィードフォワード量τfは、数式(1)の運動方程式における右辺第1項の線形部分に対応する好適な量になる。
Gv'(s)/(ML2+Iz+Im)=Gv(s)/(Cb・Ct) ・・・・・(14)
よって、数式(13)の慣性モーメント係数GIDを乗ずることは、速度偏差増幅器Gvの伝達特性が、GID・Gv(s)となって、数式(14)のGv'(s)に一致するため、速度制御ループ特性の一定化つまりは、位置ループを含めたフィードバック制御帯域の一定化が図れる。
τfn=(1/Ct){(MgLSbCa)ID・COSθc
+(MgLSbSa)ID・(−SINθc)}
・・・・・(15)
ここで、Ct・τfnは、MgLSb・COS(θc+a)と見なせるから、数式(1)の対象プラントにおける運動方程式の非線形要素である右辺第2項の推定値になる。よって、τfnを加算器9で、乗算器8出力に加算することにより、非線形要素に対するフィードフォワード補償ができる。
(MgLSb)ID={(MgLSbCa)ID 2+(MgLSbSa)ID 2}1/2
・・・・・(16)
(MgLSb)IDは、非線形要素の最大振幅を意味するから、既知情報であるサーボモータの回転軸換算発生トルク制限値τLIMとの間で、数式(17)の演算を行う。
ALIM={τLIM−(MgLSb)ID}/(ML2+Iz+Im)ID ・・・・・(17)
ALIMは、現在の負荷条件下で、位置制御装置が達成できる最大角加速度を示している。
MLID=(MgLSb)ID/(gSb) ・・・・・(18)
制約情報演算部7は、演算されたALIMとMLIDを、現在の負荷条件下における制約情報として、上位装置に出力する。これらの制御情報の範囲内で位置指令値θcの関数発生がなされる。
Claims (5)
- 上位装置からの位置指令値(θc)に従って、位置及び速度のフィードバックループと速度及び加減速トルクのフィードフォワードによりサーボトルクの回転軸換算トルク指令値(τc)を算出し、数値制御機械の回転軸を含む対象プラントの回転角(θ)をサーボモータにより制御する位置制御装置であって、
検出器により検出された前記回転軸の実際の回転角(θ)と該回転角(θ)を2回微分した角加速度(dω/dt)を求め、これらの角加速度および回転角を要素とする信号ベクトル(ξ)を生成する信号ベクトル生成部と、
前記対象プラントの運動方程式である同定モデルから求めた
(回転軸換算トルク指令値(τc))×Ct
=(信号ベクトル(ξ))×(パラメータベクトル(γ))
ただし、Ctは、サーボモータ特性に応じて定める定数
に対し、前記信号ベクトル(ξ)と回転軸換算トルク指令値(τc)とから適応同定を行い、パラメータベクトル(γ)の推定値(γ ID )を算出する適応ループ演算部であって、前記パラメータベクトル(γ)は、前記対象プラントの同定モデルの角加速度に関する項の係数に係る要素と、前記対象プラントの同定モデルの回転角に関する項の係数に係る要素とからなるベクトルである、適応ループ演算部と、
前記パラメータベクトルの推定値(γ ID )の、角加速度に関する項の係数に係る要素に基づき、慣性モーメント係数(G ID )を
G ID =(角加速度に関する項の係数に係る要素)/(Cb×Ct)
ただし、Cbは、回転軸換算されたサーボモータを含む伝達系と対象プラント単 体の慣性モーメント
により算出する慣性モーメント係数演算部と、
前記パラメータベクトルの推定値(γ ID )の回転角に関する項の係数に係る要素と、回転軸の回転角とに基づき、非線形要素トルク補償量(τfn)を、
τfn=(回転角に関する項の係数に係る要素)×(回転軸の回転角)/Ct
により算出する非線形要素演算部と、
前記サーボトルクの回転軸換算トルク指令値(τc)と前記慣性モーメント係数(G ID )を乗算し、さらに前記非線形要素トルク補償量(τfn)を加算し、修正した回転軸換算トルク指令値(τc)を得る乗加算器とを有し、
該修正した回転軸換算トルク指令値に基づき回転軸を含む対象プラントの回転角(θ)をサーボモータにより制御することを特徴とする位置制御装置。 - 請求項1に記載の位置制御装置であって、
前記対象プラントは、治具・工具や加工対象物が搭載固定された回転テーブルであって、前記搭載固定された治具・工具や加工対象物を含む回転テーブル全体の質量がM、重心(G)を通りかつ回転テーブルの回転軸(Zu)に平行な軸回りの回転テーブル全体の慣性モーメントがIz、モータを含む伝達系の回転軸換算慣性モーメントがImであり、
前記信号ベクトル(ξ)は、
ξ=[dω/dt,COSθ,−SINθ] T
であり、
前記対象プラントの同定モデルは、
τ=(ML 2 +Iz+Im)(dω/dt)+M・g・L・SINb・COS(θ+a)
aは、θ=0のときの重心Gの角度位置、
bは、重力の向きに垂直な平面に対する前記回転テーブルの傾きである回転軸 の傾き角
であり、
前記パラメータベクトル(γ)は、
γ=[ML 2 +Iz+Im,MgLSbCa,MgLSbSa] T
ただし、Sb=SINb,Ca=COSa,Sa=SINa
であり、
前記慣性モーメント係数演算部は、慣性モーメント係数(G ID )を
G ID =(ML 2 +Iz+Im) ID /(Cb・Ct)
に従い算出し、
非線形要素演算部は、非線形要素トルク補償量(τfn)を、
τfn=(1/Ct){(MgLSbCa) ID ・COSθc
+(MgLSbSa) ID ・(−SINθc)}
に従い算出する、
位置制御装置。 - 請求項1または2に記載の位置制御装置であって、
さらに、前記適応ループ演算部の適応同定を行うか否かを制御するパラメータ同定制御部を有し、
前記パラメータ同定制御部は、速度フィードフォワード量(Vf)の絶対値が所定値以下であり、かつ加速度フィードフォワード量(Af)が0でないとき、適応同定を行うよう制御する、
位置制御装置。 - 請求項1または2に記載の位置制御装置であって、
さらに、前記パラメータベクトルの推定値(γID)を構成する各加速度に関する項の係数に係る要素と、回転角に関する項に係る要素と、あらかじめ定められた前記サーボモータの発生トルク制限値(τ LIM )とに基づき、現在の条件下で、当該位置制御装置が達成可能な最大角速度(A LIM )を算出し、この達成可能な最大角速度を当該位置制御装置の上位装置に出力する制約情報演算部、
を有する位置制御装置。 - 請求項1または2に記載の位置制御装置であって、
さらに、前記パラメータベクトルの推定値(γ ID )の回転角に関する項に係る要素と、重力加速度と、重力の向きに垂直な平面に対する前記回転テーブルの傾きである回転軸の傾き角(b)とに基づき、対象プラントの質量(M)と、重心と回転中心軸の距離(L ID )との積(ML ID )を算出し、これを制約情報として上位装置に出力する制約情報演算部、
を有する位置制御装置。
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