JP6004315B2 - Pressure control device and pressure control method - Google Patents
Pressure control device and pressure control method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6004315B2 JP6004315B2 JP2012048316A JP2012048316A JP6004315B2 JP 6004315 B2 JP6004315 B2 JP 6004315B2 JP 2012048316 A JP2012048316 A JP 2012048316A JP 2012048316 A JP2012048316 A JP 2012048316A JP 6004315 B2 JP6004315 B2 JP 6004315B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- unit
- pressure
- observer
- force
- state variable
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
本発明は、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させて受圧体に力を作用させる機械において、受圧体に作用する力をロードセル等の力検出器を使わずに制御する圧力制御装置及び圧力制御方法に関するものである。 The present invention relates to a pressure control that controls a force acting on a pressure receiving body without using a force detector such as a load cell in a machine that operates a working body via a power transmission means by a servo motor to apply a force to the pressure receiving body. The present invention relates to an apparatus and a pressure control method.
従来、電動射出成形機の圧力制御装置として、射出圧力の閉ループ制御部と、射出速度の閉ループ制御部と、外乱オブザーバ演算部と、射出圧力を検出するロードセルと、射出速度を検出するエンコーダとを備え、前記射出圧力の閉ループ制御部で圧力設定値とロードセルで検出された圧力検出値とから得られる動作信号を制御器で調節して射出速度指令値を出力し、この射出速度指令値と外乱オブザーバ演算部で推定した無効速度推定値とから得られる動作信号により、射出軸用の電動モータに入力するトルクを演算して、射出軸の圧力を圧力設定値と一致させるべくフィードバック制御するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。しかし、ロードセルは、電動モータから射出スクリューに至る射出軸系において機械に組み込むための構造が複雑になると共に、検出器自体が高価であるうえに、歪みゲージを検出部に貼り付ける構造のために、検出器不良が発生するおそれがある。 Conventionally, as a pressure control device for an electric injection molding machine, a closed loop control unit for injection pressure, a closed loop control unit for injection speed, a disturbance observer calculation unit, a load cell for detecting injection pressure, and an encoder for detecting injection speed The injection pressure closed loop control unit adjusts the operation signal obtained from the pressure set value and the pressure detection value detected by the load cell by the controller, and outputs the injection speed command value. The torque input to the electric motor for the injection shaft is calculated based on the operation signal obtained from the estimated invalid speed estimated by the observer calculation unit, and feedback control is performed so that the pressure of the injection shaft matches the pressure set value. Is known (for example, see Patent Document 1). However, the load cell has a complicated structure for incorporation into the machine in the injection shaft system from the electric motor to the injection screw, and the detector itself is expensive, and because of the structure for attaching the strain gauge to the detection unit There is a risk of detector failure.
そこで、ロードセルに係る問題を回避するために、ロードセルを必要としないオブザーバを構成することにより、ロードセル(力覚センサ)を用いずに圧力制御を行うようにしたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。 Therefore, in order to avoid problems related to the load cell, it is known that pressure control is performed without using a load cell (force sensor) by configuring an observer that does not require a load cell (for example, Patent Document 2).
また、電動射出成形機では、射出して金型を充填した後、所定の圧力を保持して加圧を続ける工程(保圧工程)を必要とする。すなわち、電動射出成形機で用いられる圧力パターンは、例えば、図19に示すように、各工程に対応する4種類のパターンに分類することができる。図19は、電動射出成形機で用いられる圧力パターンの一例を示す。圧力パターンは、(1)休止、(2)射出(樹脂注入)、(3)保圧、(4)背圧(樹脂計量)の各工程ごとに分けることができる。(1)の休止工程では、電動モータを停止させ、金型内の製品の突き出し及び次の射出のための型締めなどを行い射出の準備をする。(2)の射出工程では、電動モータを動作させて、一定速度で金型内に樹脂を注入する。このとき、金型内の圧力は一定速度で注入される樹脂量に応じて上昇する。(3)の保圧工程では、樹脂が金型内で冷却される際に一定の圧力を保ち、樹脂の逆流による充填圧力の低下を防ぎ、樹脂の冷却収縮の際の補充を行う。(4)の背圧工程では、スクリューの回転と射出軸の後退により次の射出のための樹脂を加熱筒に充填する。そして、加熱筒のヒータとスクリュー回転によるせん断熱により、プラスチック樹脂を溶融させる。これらの工程を1サイクルとして繰り返すことで、連続的に射出成形品を生産している。 Further, the electric injection molding machine requires a step (pressure holding step) of maintaining a predetermined pressure and continuing pressurization after injection and filling the mold. That is, the pressure patterns used in the electric injection molding machine can be classified into four types of patterns corresponding to each process, for example, as shown in FIG. FIG. 19 shows an example of a pressure pattern used in the electric injection molding machine. The pressure pattern can be divided for each step of (1) pause, (2) injection (resin injection), (3) holding pressure, and (4) back pressure (resin metering). In the pause step (1), the electric motor is stopped, the product in the mold is ejected, the mold is clamped for the next injection, and the like is prepared for injection. In the injection step (2), the electric motor is operated to inject resin into the mold at a constant speed. At this time, the pressure in the mold rises according to the amount of resin injected at a constant speed. In the pressure-holding step (3), when the resin is cooled in the mold, a constant pressure is maintained, a decrease in filling pressure due to the back flow of the resin is prevented, and replenishment is performed when the resin is cooled and contracted. In the back pressure process of (4), the resin for the next injection is filled in the heating cylinder by the rotation of the screw and the retraction of the injection shaft. Then, the plastic resin is melted by the heat of the heating cylinder and the shear heat generated by the screw rotation. By repeating these steps as one cycle, an injection molded product is continuously produced.
図19に示した(3)保圧工程において、電動モータを用いて一定の圧力を保持するように印加する場合、電動モータが過負荷状態となる恐れがある。その問題を回避するために、必要とされる目標圧力に振動成分を重畳して圧力制御を行うことにより、電動モータ(サーボモータ)の実効負荷率を低下させるようにしたものが知られている(例えば、特許文献3参照)。 In the (3) pressure holding step shown in FIG. 19, when an electric motor is applied so as to maintain a constant pressure, the electric motor may be overloaded. In order to avoid such a problem, an effective load factor of an electric motor (servo motor) is reduced by performing pressure control by superimposing a vibration component on a required target pressure. (For example, refer to Patent Document 3).
しかしながら、特許文献2の電動射出成形機の制御装置において、特許文献3に記載の圧力制御方法を適用すると、ロードセルによって検出された圧力では検出されない偽信号がオブザーバで推定された圧力では検出される場合がある。電動射出成形機において、そのような偽信号が重畳した推定圧力の値ではフィードバック制御の帰還信号とすることができないという問題がある。この問題の解決を図った圧力制御方法の一例が特許文献4に記載されている。
However, when the pressure control method described in
特許文献4に記載されている圧力制御方法では、電流指令として重畳させた振動に応じて生じる抗力が、機械インピーダンス要素を介して被駆動部に作用する力を外乱として同定した制御モデルに基づいて構成される外乱オブザーバ部が用いられている。この構成によれば、機械インピーダンス要素の特性に応じて電流指令に重畳する振動の影響を低減させて被駆動部に作用する力を推定することができる。そして、この外乱オブザーバ部によって推定した力に基づいてサーボモータの動作をフィードバック制御することにより、目標圧力に振動成分を重畳して圧力制御を行う場合においても、作動体が受圧体に作用させる力をロードセル等の力検出器を使わずに正確に制御することができる。
In the pressure control method described in
しかしながら、出願人において、特許文献4に記載されているような圧力制御方法を用いた場合、条件によっては、圧力が一定の状態では正しく力の推定はできるが、圧力がステップ的に変化した過渡状態では正しい力の推定ができずに、アンダーシュートやオーバーシュートが生じてしまうときがあることが確認されている。この課題の解決を図った制御方法の一例が非特許文献1に記載されている。非特許文献1に記載されている技術は、オブザーバの減衰特性に係るパラメータによって、振動成分の重畳に対する推定精度を確保することができるものの過渡状態における推定精度が低下してしまうものや、過渡状態における推定精度を向上させることができるものの定常状態において振動成分の重畳による精度低下が発生してしまうことがあることに着目してなされたものである。すなわち、非特許文献1に記載されている技術では、圧力変化に応じてオブザーバが有する減衰係数を2種類の値に切り替えることで過渡状態の推定精度と定常状態の推定精度との向上をはかったものである。非特許文献1に記載されている技術では、異なるパラメータを有する2種類のオブザーバを並列に動作させ、圧力変化に応じて推定値を段階的に切り替えることで推定値の精度を確保している。
However, when the applicant uses the pressure control method described in
しかしながら、非特許文献1に記載されている技術では、異なるパラメータを有する2個のオブザーバを並列して動作させ、各オブザーザから出力される力の推定値を切り替えながら使用していた。オブザーバの実行には比較的大きなコンピュータリソースを必要とする。そのため、非特許文献1に記載されている技術には、2個のオブザーバを並列で実行するために大きなコンピュータリソースが必要となるという課題があった。
However, in the technique described in Non-Patent
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、電動射出成形機等のように、サーボモータにより動力伝達手段を介して作動体を動作させて受圧体に力を作用させる機械において、受圧体に作用する力をロードセル等の力検出器を使わず、かつ、大きなコンピュータリソースを必要とせずに正確に圧力を制御することができるサーボモータを用いた圧力制御方法装置及び圧力制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, such as an electric injection molding machine, etc., in a machine that operates a working body via a power transmission means by a servo motor and applies a force to a pressure receiving body. A pressure control method apparatus and a pressure control method using a servo motor capable of accurately controlling the pressure acting on a pressure receiving body without using a force detector such as a load cell and without requiring a large computer resource. The purpose is to provide.
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項1に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、サーボモータにより動力伝達部を介して被駆動部を作動させ、該被駆動部によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、制御手段により前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御装置であって、前記制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と前記駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記被駆動部が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を備え、前記オブザーバは、所定のパラメータと所定の状態変数とを用いて前記制御モデルに対して構築されたものであり、前記被駆動部が受ける力の変化に応じて、前記所定の状態変数の変化を予測し、その予測値を用いて前記所定の状態変数を変化させるとともに、前記所定のパラメータを変化させることで、前記被駆動部に作用する力を推定することを特徴とする。
The present invention is characterized by the following points in order to solve the above problems.
That is, the pressure control device using a servo motor according to
請求項2に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、請求項1に記載の圧力制御装置において、前記オブザーバが、前記所定の状態変数の変化を予測する際に、定常状態の状態変数の値を予測するものであることを特徴とする。
A pressure control device using a servo motor according to
請求項3に係るサーボモータを用いた圧力制御装置は、請求項2に記載の圧力制御装置において、前記オブザーバが、前記所定の状態変数の変化を予測する際に、定常状態の状態変数の値を最終値の定理を用いて予測するものであることを特徴とする。
A pressure control device using a servo motor according to
請求項4に係るサーボモータを用いた圧力制御方法は、サーボモータにより動力伝達部を介して被駆動部を作動させ、該被駆動部によって受圧体に力を作用させる機械において、前記受圧体に作用させる力の制御を、制御手段により前記サーボモータの出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御方法であって、前記制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と前記駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記被駆動部が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を用い、前記オブザーバは、所定のパラメータと所定の状態変数とを用いて前記制御モデルに対して構築されたものであり、前記被駆動部が受ける力の変化に応じて、前記所定の状態変数の変化を予測し、その予測値を用いて前記所定の状態変数を変化させるとともに、前記所定のパラメータを変化させることで、前記被駆動部に作用する力を推定することを特徴とする。
A pressure control method using a servo motor according to
なお、上記のサーボモータを用いた圧力制御装置及び圧力制御方法において、前記機械は、前記サーボモータによりプーリとベルトを介してボールねじ軸またはボールナットを回転させ、これらに螺合するボールナットまたはボールねじ軸を介して射出機構の射出スクリューを作動させて、型締機構によって型締めされた金型に溶融樹脂を圧力を制御しながら射出して成形を行う電動射出成形機としてもよい。 In the pressure control device and the pressure control method using the servo motor, the machine rotates the ball screw shaft or the ball nut through the pulley and the belt by the servo motor, and the ball nut or An electric injection molding machine that performs molding by operating an injection screw of an injection mechanism via a ball screw shaft and injecting molten resin into a mold clamped by the mold clamping mechanism while controlling the pressure.
本発明は以下の優れた効果を奏する。
すなわち、請求項1に係るサーボモータを用いた圧力制御装置及び請求項4に係る圧力制御方法によれば、オブザーバが、当該オブザーバを構築する所定のパラメータと所定の状態変数とを、被駆動部が受ける力の変化に応じて変化させる際に、状態変数の変化を予測した値を用いて変化させるので、1個のオブザーバを用いてパラメータを変化させた場合に、そのパラメータの変化に合わせて状態変数を適切に変化させることができる。よって、例えば2個のオブザーバを並列に動作させなくても、2種類のパラメータを切り替えて力の推定を精度良く行うことができる。
これにより、機械にロードセルを組み込む格別の手段が不要となるので、機械の構成を簡単にすることができると共に、サーボモータを用いた圧力制御装置の信頼性を高めることができる。
The present invention has the following excellent effects.
That is, according to the pressure control device using the servo motor according to
This eliminates the need for a special means for incorporating the load cell into the machine, thereby simplifying the construction of the machine and improving the reliability of the pressure control device using the servo motor.
(第1実施形態)
以下、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、添付図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機の射出圧力を制御する制御装置に適用した一例を示す。図1において、1は電動射出成形機(機械)であり、支持盤2に取り付けられた先端にノズル3を有する加熱筒4と、該加熱筒4内に軸回りに回転自在にかつ軸方向に移動自在に挿入された射出スクリュー(受圧体)5と、該射出スクリュー5の外端を回転自在に支持する支持台6とを有する。また、前記支持台6は、前記支持盤2とこれに対向配置した他の支持盤7に対して回転自在に支承された一対のボールねじ軸8に、該ボールねじ軸8に螺合されたボールナット9を介して2箇所で支持されている。
(First embodiment)
Hereinafter, a pressure control device using a servo motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows an example in which a pressure control device using a servo motor according to an embodiment of the present invention is applied to a control device for controlling the injection pressure of an electric injection molding machine. In FIG. 1,
また、各ボールねじ軸8の一端にはプーリ10がそれぞれ取り付けられ、これらのプーリ10とサーボモータ11の出力軸に取り付けられたプーリ12との間に、タイミングベルト(ベルト)13が張設され、前記サーボモータ11の回転により、タイミングベルト13と各プーリ10,12を介して各ボールねじ軸8が回転され、これらに螺合されたボールナット9を介して前記支持台6が往復移動し、これにより、前記射出スクリュー5がその軸方向に移動して、射出スクリュー5の回転で加熱筒4内の先端部に計量された溶融樹脂を、型締機構によって型締めされた金型(図示せず)内に射出するようになっている。また、14はサーボモータ11の回転位置に応じたパルスを発生するパルスエンコーダである(位置検出器)。
A
一方、前記金型に溶融樹脂を射出する射出圧力を制御する制御装置(制御手段)15は、オペレータが射出速度設定値VSVを設定する射出速度設定部16と、射出圧力設定値を設定する射出圧力設定部17と、前記パルスエンコーダ14が検出したサーボモータ11の現在の回転位置θに基づいて導かれる回転角速度(回転情報)ωm(図4参照)及び電流検出器18が検出するサーボモータ11に対する現在の電流値(電流指令)Iから射出圧力フィードバック値を推定するオブザーバ19と、射出圧力フィードバック制御部20とを備えている。該射出圧力フィードバック制御部20は、前記オブザーバ19が推定した射出圧力フィードバック値と前記射出圧力設定部17による射出圧力設定値との偏差値を求める加算器21と、その偏差値に対しPID演算を実行する第1のPID演算器22と、このPID演算器22の出力値MVと前記射出速度設定部16による射出速度設定値VSVとを比較する比較器23と、該比較器23でMV>VSVのときPID演算器22の積分要素22aを回路から切り離すスイッチ25とから構成されている。
On the other hand, a control device (control means) 15 for controlling the injection pressure for injecting the molten resin into the mold includes an injection
さらに、前記制御装置15は、前記出力値MVから速度指令値SVを得る射出速度指令部26と、該射出速度指令部26から入力された速度指令値SVを射出速度設定値VSVによってクランプ(制限)して出力値VLIN(VSV>SVのときVLIN=SV、VSV≦SVのときVLIN=VSVとなる)を出力する射出速度制限部27と、前記パルスエンコーダ14からの回転位置θに基づいて回転角速度(回転情報)ωmに変換する射出速度フィードバック入力回路28と、加算器29によって前記射出速度制限部27の出力値VLINと射出速度フィードバック入力回路28から出力された回転角速度ωmとの偏差値を求め、該偏差値に対し第2のPID演算器30によってPID演算を実行する射出速度フィードバック制御部31と、前記電流検出器18からのフィードバック電流と前記第2のPID演算器30の演算出力との偏差値を求める加算器32と、該加算器32が求めた偏差値のPID演算を行う電流制御用のPID演算器33とを備えている。該電流制御用のPID演算器33の出力電流が最終的にサーボモータ11への電流指令値(電流指令)Iとなる。なお、前記各PID演算器22,30は可変できる制御定数である。
Further, the
次に、前記オブザーバ19は、前記電動射出成形機1を駆動部と動力伝達部と被駆動部とからなる制御モデルに基づいて構築して、該制御モデルの駆動部に対する動作指令と、射出速度フィードバック入力回路28によって変換された駆動部の回転角速度(回転情報)から被駆動部に作用する力を推定する推定器として構築されている。また、オブザーバ19は、射出圧力設定部17から出力された圧力設定値Pを入力し、この圧力設定値Pの変化に応じてオブザーバ19を構成する所定のパラメータや制御変数を変化させる。
本実施形態では、オブザーバ19が、図4に示すような2慣性系制御モデルに対して適用される。
すなわち、前記電動射出成形機1の制御モデル(制御モデル)38は、図4に示すように、前記サーボモータ11が、トルク定数Ktを有するトルク定数要素35aと、加え合わせ点35bを介して前記トルク定数要素35aに結合されたトルク/回転要素35cとを含む伝達要素からなる駆動部35として構成される。なお、トルク/回転要素35cには、パルスエンコーダ(位置検出器)14及び射出速度フィードバック入力回路28を含むこととし、駆動部35の出力として前記サーボモータ11の回転角速度ωmを得るものとして以下、説明する。
Next, the
In this embodiment, the
That is, as shown in FIG. 4, the control model (control model) 38 of the electric
また、制御モデル38は、プーリ10,12およびタイミングベルト13が、前記駆動部35の加え合わせ点35bと引き出し点35dにそれぞれ結合されたギア比(回転比)Rgを有する一対の回転角速度変換要素36a,36bと、一方の回転角速度変換要素36aと結合された前記タイミングベルト13のバネ定数Ksを有するバネ定数要素36cと、該バネ定数要素36cに結合されると共に加え合わせ点36dを介して他方の回転角速度変換要素36bと結合された変換要素36eとを含む伝達要素からなる動力伝達部36として構成される。
Further, the
また、制御モデル38は、前記ボールねじ軸8、ボールナット9,支持台6等が、加え合わせ点37aを介して前記バネ定数要素36cに結合されると共に引き出し点37bから加え合わせ点36dを経て前記変換要素36eに結合された従動側要素37cとを含む伝達要素からなる被駆動部37として構成されて構築されている。
In the
なお、前記トルク/回転要素35cは一次側の等価慣性モーメントJmと粘性係数Dmを含んで構成され、前記従動側要素37cは二次側の等価慣性モーメントJLと粘性係数DLを含んで構成されている。
そして、前記オブザーバ19は、前記駆動部35に対する電流指令値(電流指令)ICMD(なお、以下では電流指令値をIqと表す場合がある)が引き出し点35fから供給されると共に、駆動部35からの出力である前記サーボモータ11の回転角速度(回転情報)ωmが射出速度フィードバック入力回路28から供給され、推定されたトルク(力または圧力)である外力の直流成分の推定値τext_dc(ハット)を出力する。
また、前記オブザーバ19は、前記オブザーバ19に供給される電流指令値ICMDと回転角速度ωmとに基づいて状態変数を導く外乱オブザーバ部19aと、外乱オブザーバ部19aによって導かれた状態変数、すなわち、外乱オブザーバ部19aによって推定された外乱の影響を低減させる振動除去部19bを備える。前記オブザーバ19に関する詳細な説明は、後述とする。
The torque /
The
The
図2と図3を参照し、射出制御装置における圧力制御の指令値について説明する。
図2は、射出圧力設定部17の構成を示すブロック図である。
また、図3は、圧力制御の指令値について示す図である。
射出圧力設定部17は、前記射出圧力設定値Pにおける保圧設定値Pi(P1〜P3)を、それぞれ、図3(a)に示すように、時間tに関して変化しない一定値として設定する一定値設定部17aと、この一定値設定部17aに設定された一定値の保圧設定値Piを加工し、図3(b)に示すように、所定の周波数f(周期ω0)と振幅Aの圧力変動(振動)を伴った保圧指令値を出力する設定値加工部17bと、前記保圧指令値の周波数f(周期ω0)を設定する周波数設定部17cと、前記保圧指令値の振幅Aを設定する振幅設定部17dと、前記一定値設定部17aと前記設定値加工部17bのいずれかを一方を前記射出圧力フィードバック制御部20に切換え接続するための切換スイッチ(切換手段)17eとを備えている。
前記切換スイッチ17eは、前記一定値設定部17aからの一定の保圧設定値Piと前記設定値加工部17bからの保圧指令値Pcのいずれによって前記サーボモータ11を回転作動させるかの設定切り換えを行うものである。なお、前記一定値設定部17a、周波数設定部17c、振幅設定部17dはそれぞれ設定キー等によって適宜数値を入力するようになっている。
A command value for pressure control in the injection control device will be described with reference to FIGS. 2 and 3.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of the injection
FIG. 3 is a diagram showing command values for pressure control.
The injection
The
前記設定値加工部17bは、前記一定値設定部17aから入力された図3(a)に示すような一定の保圧設定値Piを、前記周波数設定部17c、振幅設定部17dからそれぞれ入力された周波数f、振幅Aに基づいて所要の演算を行って、図3(b)に示すように、一定の保圧設定値Piを中心にしてその上下に、時間tの経過に従って圧力変化を繰り返す一定振幅A、一定周波数fのsin曲線、cos曲線、三角波、台形波、矩形等からなる振動を伴った保圧指令値Pcに加工し、この保圧指令値Pcに対応する制御データを、前記切換スイッチ17eを経て前記射出圧力フィードバック制御部20の記憶領域に記憶させるようになっている。
The set
これにより、前記設定値加工部17bが一定値設定部17aから入力された保圧設定値Piを、周波数設定部17cと振幅設定部17dからそれぞれ入力された周波数f、振幅Aに基づいて、図3(b)に示すような振動を伴った保圧指令値Pcに加工する。この保圧指令値Pcは前記一定値設定部17aで設定された充填圧力設定値P0と共に切換スイッチ17eを介して前記射出圧力フィードバック制御部20の記憶領域に記憶される。
なお、射出制御装置における圧力制御の指令値の詳細な制御方法については、特許文献3などを参照する。
Thus, the set
For a detailed control method of the pressure control command value in the injection control device, refer to Patent
図4は、本実施形態の制御モデルを示す図である。
図4に示される前記制御モデル38において、前記駆動部35(サーボモータ11)のトルク定数要素35aに電流指令値ICMDが入力されると、動力伝達部36を介して被駆動部37を作動させる。これにより、駆動部35の回転位置θmが変化するとともに、出力としての回転角速度ωmが変化する。そして、前記オブザーバ19が前記電流指令値ICMDと前記回転角速度ωmとを取り込む。前記電流指令値ICMDによって本来発生されるべき回転角速度ωLと前記取り込んだ実際の回転角速度ωmとの偏差が生じる。
前記オブザーバ19は、導かれた回転角速度の偏差に基づいて駆動部35に加わった反抗トルクを推定する。その反抗トルクから被駆動部37が抵抗物モデルから受ける力に対する反抗力(推定トルク(外力の直流成分の推定値τext_dc(ハット)))を推定する。この推定トルク(外力の直流成分の推定値τext_dc(ハット))が電動射出成形機1の射出圧力のフィードバック制御用の入力信号として使用されることとなる。
FIG. 4 is a diagram illustrating a control model of the present embodiment.
In the
The
図5は、制御対象を二慣性系制御モデルとして構成する場合の構成図である。
最初に、オブザーバを二慣性反力推定オブザーバとして構成する場合の各状態変数に関する微分方程式を順に示す。各式に示される変数は、ICMDがモータ電流指令値、Ktがトルク定数、Rgがギア比、Ksがバネ定数、Jmがモータ慣性モーメント、Dmがモータ粘性係数、JLが負荷側慣性モーメント、DLが負荷側粘性係数である。
FIG. 5 is a configuration diagram when the control target is configured as a two-inertia control model.
First, differential equations relating to the respective state variables when the observer is configured as a two-inertia reaction force estimation observer will be sequentially shown. The variables shown in each equation are: ICMD is a motor current command value, Kt is a torque constant, Rg is a gear ratio, Ks is a spring constant, Jm is a motor inertia moment, Dm is a motor viscosity coefficient, JL is a load side inertia moment, DL Is the load-side viscosity coefficient.
また、図8に示すような状態変数線図38aとして展開することができるので、負荷側(被駆動部37)の回転角速度(回転情報)ωL、サーボモータ側(駆動部35)と負荷側との回転位置の差(回転角度差)θs、サーボモータ側の回転角速度ωm、樹脂圧力(オブザーバ19で推定する力)から射出スクリュー5が受ける負荷側トルクτL、負荷側トルクτLの一次微分をτL(ドット)、負荷側トルクτLの二次微分をτL(ツードット)として示す。式では、τL(ドット)は、τLの上に点(ドット)を1つ附す。また、τL(ツードット)は、それぞれτLの上に点(ドット)を2つ附す。
Further, since it can be developed as a state variable diagram 38a as shown in FIG. 8, the rotational angular velocity (rotation information) ωL on the load side (driven unit 37), the servo motor side (driving unit 35) and the load side Is the first derivative of the load side torque τL and the load side torque τL that the
サーボモータ側(駆動部35)と負荷側(被駆動部37)との回転位置の差(回転角度差)であるねじれ角θsの微分方程式を、式(1)として示す。 A differential equation of the torsion angle θs, which is the difference in rotational position (rotational angle difference) between the servo motor side (drive unit 35) and the load side (driven unit 37), is shown as equation (1).
負荷側(被駆動部37)の回転角速度(回転情報)ωLの微分方程式を、式(2)として示す。 A differential equation of the rotational angular velocity (rotation information) ωL on the load side (driven portion 37) is shown as equation (2).
サーボモータ側(駆動部35)の回転角速度ωmの微分方程式を、式(3)として示す。 A differential equation of the rotational angular velocity ωm on the servo motor side (drive unit 35) is shown as equation (3).
図6は、本実施形態における外乱の定義を示す図である。
図6に示されるサーボモータ側から供給されるトルクτmに応じて慣性モーメントJmの駆動対象を駆動し回転角速度ωmを得る。ただし、回転角速度ωmは、供給されるトルクτmに対して、負荷側からの負荷側トルクτLの影響を受け変化する。
本実施形態では、電動射出成形機1の射出スクリュー(受圧体)5(以下、「射出軸」という。)を駆動する力指令値にあたる外力の直流成分τext_dcに外力の高調波成分τext_acを重畳させて、静止摩擦力が電動射出成形機1の射出軸に影響しない様に制御する。その外力の高調波成分τext_acの基本周波数をω0として示す。
外力の高調波成分τext_acが重畳された指令値によって、電動射出成形機1の射出軸が駆動される。射出軸が駆動され、溶融樹脂(射出対象物)を加圧した際に反力の高調波成分を生じる。
その反力の高調波成分は、指令値に基づいて駆動された外力の高調波成分τext_acによって生じることから、同じ周波数成分、つまり基本周波数ω0に生じる。
FIG. 6 is a diagram showing the definition of disturbance in the present embodiment.
The drive object of the moment of inertia Jm is driven according to the torque τm supplied from the servo motor side shown in FIG. 6 to obtain the rotational angular velocity ωm. However, the rotational angular velocity ωm changes with the influence of the load side torque τL from the load side with respect to the supplied torque τm.
In the present embodiment, the harmonic component τext_ac of the external force is superimposed on the DC component τext_dc of the external force corresponding to the force command value for driving the injection screw (pressure receiving body) 5 (hereinafter referred to as “injection shaft”) of the electric
The injection shaft of the electric
Since the harmonic component of the reaction force is generated by the harmonic component τext_ac of the external force driven based on the command value, it is generated at the same frequency component, that is, the fundamental frequency ω0.
通常のオブザーバでは、入力信号に重畳された高調波入力成分だけであれば、その高調波の影響を受けずに、外乱入力を推定することができる。しかしながら、電動射出成形機1の場合、この外乱入力は、射出軸が溶融樹脂を押した際の反力であるため、重畳した高調波の力と同じ周波数の反力も、射出軸の射出による反力と同時に、外乱入力として、電動射出成形機1に加わることとなる。
その高調波の反力は、重畳した高調波と同じ周波数であるが、溶融樹脂は機械インピーダンスを持つので同じ周波数の反力でも、重畳した高調波の力の位相と反力の位相が異なり、位相の値は未知となる。それゆえ、どのような波形の反力が加わるかを予測できないため、モデル化することができない。
したがって、この高調波成分の影響について、通常のオブザーバによる推定方法では完全に排除することができない。通常のオブザーバとは、状態オブザーバ及び外乱オブザーバの双方のことである。
With a normal observer, if only the harmonic input component superimposed on the input signal is used, the disturbance input can be estimated without being affected by the harmonic. However, in the case of the electric
The harmonic reaction force has the same frequency as the superimposed harmonic, but the molten resin has mechanical impedance, so even with the same frequency reaction force, the phase of the superimposed harmonic force and the phase of the reaction force are different. The phase value is unknown. Therefore, it cannot be modeled because it is impossible to predict what waveform reaction force is applied.
Therefore, the influence of this harmonic component cannot be completely eliminated by an estimation method using a normal observer. Normal observers are both state observers and disturbance observers.
図7は、本実施形態における制御モデルを示す図である。
そこで、図7に示すように、射出軸が受ける外力の直流成分τext_dcは、射出圧による反力が重畳する外力の高調波成分τext_acと同じ周波数の固有振動数の機械インピーダンス要素39を通過して、射出軸に加わる負荷側トルクτLとみなし、この固有振動数ω0の影響を受けない高次外乱オブザーバを構成する。
つまり、この高次外乱オブザーバは、射出軸に加わる負荷側トルクτLを外乱入力とする外乱オブザーバ部19aを構築し、その推定出力とする状態量に負荷側トルクτLの推定値を含めて構成する。
なお、射出軸に作用する負荷側トルクτLは、外力τextによって変化する。その、外力τextは、外力の直流成分τext_dcと、重畳された外力の高調波成分τext_acとの加算値であり、式(4)として示される。
FIG. 7 is a diagram illustrating a control model in the present embodiment.
Therefore, as shown in FIG. 7, the direct current component τext_dc of the external force received by the injection shaft passes through the
In other words, this higher-order disturbance observer is constructed by constructing a
Note that the load side torque τL acting on the injection shaft varies with the external force τext. The external force τext is an addition value of the DC component τext_dc of the external force and the harmonic component τext_ac of the superimposed external force, and is expressed as Expression (4).
この高次外乱オブザーバは、固有振動数を持つ機械インピーダンス要素39を通過する前の外乱入力(外力の直流成分τext_dc)を、外力の高調波成分τext_acの反力の位相に影響を受けずに推定することができる。
結果的に、電動射出成形機1が押す力の高調波も、溶融樹脂が環境から受ける高調波も影響を受けないで、外乱入力(反力)を推定することが可能となる。
This higher-order disturbance observer estimates the disturbance input (DC component τext_dc of the external force) before passing through the
As a result, the disturbance input (reaction force) can be estimated without being influenced by the harmonics of the force pressed by the electric
外乱オブザーバ部19aは、未知の外乱入力を状態変数と見なして、状態方程式を加えて、外乱入力を推定する。
本実施形態による2慣性系でモデル化される射出成型機において、負荷側トルクτLは、機械インピーダンス要素39の影響を受けトルクτmに影響を与える。
また、外乱オブザーバ部19aの状態変数に関する微分方程式を、式(5)として示す。
The
In the injection molding machine modeled by the two-inertia system according to the present embodiment, the load side torque τL is affected by the
Moreover, the differential equation regarding the state variable of the
図9は、電動射出成形機1の制御モデル38を他の形式で示した状態変数線図である。
図9に示される電動射出成形機1の制御モデル38bは、式(6)として示す状態方程式と、式(7)として示す出力方程式とによって示すことができる。
FIG. 9 is a state variable diagram showing the
The
式(6)と式(7)において、Aがシステム行列を示し、B及びDが制御行列を示し、xが状態変数を示し、uが入力変数を示し、yが出力変数を示し、Cが出力行列を示す。
高次外乱オブザーバを反力推定オブザーバに適用するために、モデルパラメータを当てはめ、各状態変数の微分式を導いて、式(8)として示す。
In Expressions (6) and (7), A represents a system matrix, B and D represent control matrices, x represents a state variable, u represents an input variable, y represents an output variable, and C represents Indicates the output matrix.
In order to apply the higher-order disturbance observer to the reaction force estimation observer, model parameters are applied and a differential expression of each state variable is derived and expressed as Expression (8).
式(8)に示された微分方程式において、負荷側(被駆動部37)の回転速度(回転情報)ωL、サーボモータ側(駆動部35)と負荷側との回転位置の差(回転角度差)θs、サーボモータ側の回転速度ωm、樹脂圧力(オブザーバ19で推定する力)から射出スクリュー5が受ける負荷側トルクτL、負荷側トルクτLの一次微分であるτL(ドット)、及び、負荷側トルクτLの2次微分であるτL(ツードット)を、状態変数xとして与えると、式(9)として状態方程式と、式(10)として出力方程式が得られる。
In the differential equation shown in Equation (8), the rotational speed (rotation information) ωL on the load side (driven unit 37), the difference in rotational position between the servo motor side (drive unit 35) and the load side (rotational angle difference) ) Θs, rotation speed ωm on the servo motor side, load side torque τL received by the
図10は、電動射出成形機1の制御モデル38を他の形式で示し外乱オブザーバ部を付加した制御モデルの状態変数線図である。
図10に示した構成に基づいて、オブザーバ19における外乱オブザーバ部19aを同定することができる。図10に示した外乱オブザーバ部19aは、制御モデル38に対するオブザーバの基本要素である要素41〜52と、パラメータ及び状態変数設定部100とを備えている。パラメータ及び状態変数設定部100は、圧力設定値Pを入力し、圧力設定値Pに応じて、要素41、49及び51における所定のパラメータと、状態変数x(ハット)とを変化させる。要素41、49及び51における所定のパラメータは、本実施形態においては、減衰係数ζである。また、状態変数x(ハット)は、パラメータを変化させた後、所定時間後に予測される状態変数x(ハット)の定常状態における値を積分要素43に設定することで変化させる。なお、要素41は伝達関数行列Bh、要素42は加算器、要素43は積分要素(すなわち1/s関数)、要素44は分岐点、そして、要素45は伝達関数行列Chである。また、要素46は分岐点、要素47は加算器、要素48は係数Kの乗算器、要素49は伝達関数行列Ah、要素52は加算器、そして、要素51は伝達関数行列Dhである。
図10に示す外乱オブザーバ部19aにおける伝達関数行列Ah、Bh、Ch及びDhについては、式(9)として示した状態方程式に基づいて、例えば、「ゴピナスの設計法」を用いて高次外乱を考慮した反力推定オブザーバとして設計する。
FIG. 10 is a state variable diagram of a control model in which the
Based on the configuration shown in FIG. 10, the
For the transfer function matrices Ah, Bh, Ch, and Dh in the
本実施形態では、外乱オブザーバ部19aが、任意の周波数成分を除去する2慣性系の反力推定オブザーバとして構成される。そして、オブザーバ19は、射出圧力設定部17によって重畳した周波数成分のみを除去して力推定を行なっている。本オブザーバ部19aを表す状態方程式を式(11)及び(12)に示す。
In this embodiment, the
式(11)及び(12)において、ζは減衰係数を示す。また、a,b,c,d,eは、外乱オブザーバ部19aの極αによって次のように決定されるパラメータである。ただし、式を簡略化するためL=1/JLとする。
In equations (11) and (12), ζ represents an attenuation coefficient. Further, a, b, c, d, and e are parameters determined as follows by the pole α of the
ここで、Ah、Bh及びDhが伝達関数行列を示し、行列x1が状態変数を示し、行列u1が入力変数を示し、行列y1が出力変数を示し、Chが出力行列を示す。
式(11)、(12)より求めたτL(ハット)、τL(ドットハット)、τL(ツードットハット)から、入力振動成分を除去した反力推定値の直流分τext_dc(ハット)は次式により求められる。
Here, Ah, Bh, and Dh represent transfer function matrices, matrix x1 represents state variables, matrix u1 represents input variables, matrix y1 represents output variables, and Ch represents an output matrix.
The direct current component τext_dc (hat) of the reaction force estimation value obtained by removing the input vibration component from τL (hat), τL (dot hat), and τL (two dot hat) obtained from the equations (11) and (12) is It is calculated by.
τL(ハット)、τL(ドットハット)、τL(ツードットハット)は、それぞれ推定された負荷側トルクτLの推定値、τLの一次微分の推定値、τLの二次微分の推定値である。
上記に示した手順により、外乱オブザーバ部19aを要素とするオブザーバ19を構成することができる。
また、外乱オブザーバ部19aから状態変数が供給される振動除去部19bは、先に示した機械インピーダンス要素39と逆の特性を有するものとする。オブザーバ19によって外力の直流成分τext_dcの推定値が導かれる。
τL (hat), τL (dot hat), and τL (two dot hat) are the estimated value of the estimated load-side torque τL, the estimated value of the first derivative of τL, and the estimated value of the second derivative of τL, respectively.
By the procedure shown above, the
Further, it is assumed that the
一方、図10に示したパラメータ及び状態変数設定部100は、例えば、図11に示すように構成することができる。図11に示したパラメータ及び状態変数設定部100は、設定変更要否判定部101と、パラメータ及び状態変数変更部102とを有している。設定変更要否判定部101は、射出圧力設定部17から入力した圧力設定値Pを入力し、圧力設定値Pが所定の判定条件を満たすように変化した場合には、パラメータ及び状態変数変更部102に対して、パラメータと状態変数とを変更するように指示を出す。パラメータ及び状態変数変更部102は、設定変更要否判定部101からの指示を受け、所定のパラメータ、すなわち本実施形態では減衰係数ζの値を変化させる。また、パラメータ及び状態変数変更部102は、設定変更要否判定部101からの指示を受け、状態変数における所定の変化を予測し、その予測結果を用いて要素43における状態変数を変化させる。つまり、式(11)及び(12)における各状態変数x1、x2、x3、x4及びx5を変化させる。その際、パラメータ及び状態変数変更部102は、状態変数の変化を予測する場合に、例えば、定常状態の状態変数の値を最終値の定理を用いて予測する。
On the other hand, the parameter and state
パラメータ及び状態変数変更部102が定常状態の状態変数の値を最終値の定理を用いて予測する処理は次のようにして行う。すなわち、パラメータ及び状態変数変更部102は、パラメータ切替時の推定誤差を改善するために,システムの入力Iq(=ICMD)から状態変数x1,x2,x3,x4,x5までのパルス伝達関数を次のように定義する。
The process in which the parameter and state
そして、離散系での最終値の定理を用いて、入力をIqのステップ関数とした場合の各状態変数の最終値は以下のようになる。 Then, using the final value theorem in a discrete system, the final value of each state variable when the input is a step function of Iq is as follows.
パラメータを切り替えるときに、式(15)から切り替え後の各状態変数の最終値を計算し,切り替え前の状態変数と置き換えを行う。パラメータの切り替えは、図19に示した保圧工程の定常状態のみで行うこととする。保圧工程(3)において、定常状態ではモータ速度はほぼゼロなので、モータ速度の項はゼロとして計算を行う。 When switching parameters, the final value of each state variable after switching is calculated from Equation (15) and replaced with the state variable before switching. The parameters are switched only in the steady state of the pressure holding process shown in FIG. In the pressure holding step (3), since the motor speed is substantially zero in the steady state, the calculation is performed assuming that the term of the motor speed is zero.
なお、式(11)及び(12)に示した状態方程式を、離散系で表すと、式(16)及び(17)のようになる。 In addition, when the state equations shown in the equations (11) and (12) are expressed in a discrete system, the equations (16) and (17) are obtained.
また、状態方程式を(16)及び(17)とした場合、パルス伝達関数Gi(z)(i=1,…,5)は、式(18)〜(22)で表される。 When the state equations are (16) and (17), the pulse transfer function Gi (z) (i = 1,..., 5) is expressed by the equations (18) to (22).
また、式(18)〜(22)における各変数は次のように表される。 Moreover, each variable in Formula (18)-(22) is represented as follows.
なお、パラメータ及び状態変数設定部100の動作例をフローチャートにすると、例えば図12に示すように表すことができる。すなわち、パラメータ及び状態変数設定部100は、設定変更要否判定部101によって圧力設定値Pが所定の条件を満たす変化を示したか否かを判定する(ステップS1)。圧力設定値Pが所定の条件を満たす変化とは、例えば、圧力設定値Pが保圧工程(3)に該当する値を有することとなったことか、保圧工程(3)において一定以上の大きさの変動を有したことなどである。ステップS1で満たしたと判定された場合、所定時間待機した後(ステップS2)、設定変更要否判定部101の指示によってパラメータ及び状態変数変更部102が、定常状態の状態変数の値を最終値の定理を用いて予測するとともに、予測した値を用いて状態変数を変更するとともに、パラメータ(すなわち、減衰係数ζ)を変更する(ステップS3)。
In addition, when the example of operation | movement of the parameter and state
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
(第2実施形態)
以下、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、添付図面を参照して説明する。
図13は、本発明の一実施の形態に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機の射出圧力を制御する制御装置に適用した他の形態を示す。図1、図4と同じ構成には、同じ符号を附す。
この図13に示される電動射出成形機(機械)1は、図4に示された制御モデル38とオブザーバ19に加え、線形摩擦補償部40を備える。
線形摩擦補償部40は、クーロン摩擦補間演算を行うクーロン摩擦補間部41と、クーロン摩擦補間部41によって変換された補償値に、予め定められる比例係数を乗算する係数演算子42とを備える。
線形摩擦補償部40は、サーボモータ11が反転するときにクーロン摩擦が変化するため、その影響を低減させる。線形摩擦補償部40は、回転方向が変化する変化点において発生する急峻な変化を低減させるため、変化点付近の特性を補間することにより、摩擦力の影響を低減させることができる。
Next, a modification of the above embodiment will be described.
(Second Embodiment)
Hereinafter, a pressure control device using a servo motor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 13 shows another embodiment in which a pressure control device using a servo motor according to an embodiment of the present invention is applied to a control device for controlling the injection pressure of an electric injection molding machine. The same components as those in FIGS. 1 and 4 are denoted by the same reference numerals.
The electric injection molding machine (machine) 1 shown in FIG. 13 includes a
The linear
The
図14は、線形摩擦補償部とオブザーバの関係を示す図である。
線形摩擦補償部40は、分岐点35dから分岐されるサーボモータ11の回転角速度ωmに基づいて、摩擦力の変化によるモータトルクの補償量を生成する。生成されたモータトルクの補償量は、加算器43において、モータトルクに加算される。これにより、補償されたモータトルクが、オブザーバ19に供給される。
つまり、オブザーバ19として構成した制御モデルでは、クーロン摩擦力を補償する構成としていないものである。しかし、入力される制御指令値ICMDと発生させるモータトルクとが対応するため、上記の補償方法で静止摩擦力の影響を低減させることができる。
FIG. 14 is a diagram illustrating a relationship between the linear friction compensation unit and the observer.
The linear
That is, the control model configured as the
図15は、クーロン摩擦補償特性の一例を示す図である。
図15に示されるグラフは、クーロン摩擦補間部41が有する変換特性を示す。
縦軸は、回転角速度に応じて補償された摩擦力を示し、横軸が回転角速度を示す。
モータ速度の値が、−v0から+v0までの範囲をsin特性で補間する。
具体的な補間特性を、式(23)として示す。
FIG. 15 is a diagram illustrating an example of Coulomb friction compensation characteristics.
The graph shown in FIG. 15 shows the conversion characteristics of the Coulomb
The vertical axis represents the friction force compensated according to the rotational angular velocity, and the horizontal axis represents the rotational angular velocity.
The range of the motor speed value from −v0 to + v0 is interpolated with the sin characteristic.
A specific interpolation characteristic is shown as Expression (23).
式(23)において、クーロン摩擦補間速度v0の設定範囲として、例えば、1(回転/分)から15(回転/分)を範囲として、1(回転/分)刻みで設定可能とする。その際の標準値としては、10(回転/分)とする。 In equation (23), the setting range of the coulomb friction interpolation speed v0 can be set in increments of 1 (rotation / minute), for example, from 1 (rotation / minute) to 15 (rotation / minute). In this case, the standard value is 10 (rotations / minute).
次に、図16および図17を参照して本発明の効果について検証した結果を説明する。図16にパラメータ及び状態変数を変化させた場合の力の推定値のシミュレーション結果を示す。図16(a)に圧力応答波形とオブザーバのモード信号、図16(b)に状態変数を示す。ここでオブザーバのモードとは0の場合に減衰係数ζを0.0とし、1の場合に減衰係数ζを0.7とする動作モードを表す。図16に示したシミュレーション結果を見ると、図17の状態変数を変化させない場合の推定値の変化で見られた、パラメータ切替時の大きな推定誤差は改善されていることが確認できる。この結果によれば、本実施形態の構成によって、状態変数は、切替時に適切に補正されていることが確認できた。なお、シミュレーションで用いたパラメータの一覧を図18に示した。 Next, the result of verifying the effect of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17. FIG. 16 shows the simulation result of the estimated force value when the parameters and the state variables are changed. FIG. 16A shows a pressure response waveform and an observer mode signal, and FIG. 16B shows state variables. Here, the observer mode represents an operation mode in which the attenuation coefficient ζ is 0.0 when 0 and the attenuation coefficient ζ is 0.7 when 1. When the simulation result shown in FIG. 16 is seen, it can be confirmed that the large estimation error at the time of parameter switching, which is seen in the change of the estimated value when the state variable of FIG. 17 is not changed, is improved. According to this result, it was confirmed that the state variable was appropriately corrected at the time of switching by the configuration of the present embodiment. A list of parameters used in the simulation is shown in FIG.
なお、本発明の実施形態と示した構成は、一実施態様を示したものであり、本発明の要旨を変えない範囲で、構成、容量、数量などを変更することができる。
例えば、本実施形態では、外乱を生じる機械インピーダンス要素39の特性を二次系として示したが、必要とされる次数を選択することができる。選択した機械インピーダンス要素の次数に応じて、外乱オブザーバ部19aが推定する負荷側トルクτLの次数を合わせて定め、さらに、その後段の振動除去部19bの特性も、機械インピーダンス要素39(共振系)に対応した逆の特性(減衰系)の特性に変更する。
In addition, the structure shown as embodiment of this invention shows one embodiment, A structure, a capacity | capacitance, a quantity, etc. can be changed in the range which does not change the summary of this invention.
For example, in the present embodiment, the characteristic of the
また、摩擦補償の手段として示したクーロン摩擦補償において、補間関数をsin関数として示したが、単調に変化する他の関数(折れ線近似、台形補間など)を用いることができる。
また、その摩擦補償の補償量については、構成する制御系の構成に依存することから適用する制御系に応じて適宜定めることとする。
また、オブザーバが参照するサーボモータの回転情報は、回転角度として検出される位置情報、又は、回転角速度情報とすることができる。
In the Coulomb friction compensation shown as means for friction compensation, the interpolation function is shown as a sin function, but other functions that change monotonously (such as polygonal line approximation and trapezoidal interpolation) can be used.
Further, the amount of friction compensation is appropriately determined according to the control system to be applied because it depends on the configuration of the control system to be configured.
Further, the rotation information of the servo motor referred to by the observer can be position information detected as a rotation angle or rotation angular velocity information.
なお、前記においては、本発明に係るサーボモータを用いた圧力制御装置を、電動射出成形機1の射出機構において射出スクリューによって射出圧力を制御する場合に適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、計量時に射出スクリューに付加する背圧の制御に適用したり、サーボモータによりボールねじ軸にボールナットを螺合してなる直線移動機構を介して可動盤を直接または間接に移動させ、可動盤と固定盤との間で金型を型締めする型締機構において金型の型締め圧力を制御する場合や、エジェクタの突き出し圧力を制御する場合にも適用することができる。
さらに、電動モータにより伝動機構を介してねじ軸にナットを螺合してなる直線移動機構を作動させ、該直線移動機構に連結された加圧盤を移動させて、該加圧盤と固定盤との間でワークを加圧成形するプレス機械において、加圧盤に加える圧力(力)を制御する場合、その他の産業機械において圧力(力)の制御を行う場合にも適用することができる。
In the above description, the example in which the pressure control device using the servo motor according to the present invention is applied to the case where the injection pressure is controlled by the injection screw in the injection mechanism of the electric
Furthermore, the linear movement mechanism formed by screwing the nut onto the screw shaft via the transmission mechanism by the electric motor is operated, and the pressure plate connected to the linear movement mechanism is moved, and the pressure plate and the fixed plate are moved. In a press machine that press-molds a workpiece in between, the pressure (force) applied to the pressure platen can be controlled, and the pressure (force) can be controlled in other industrial machines.
なお、本実施形態のサーボモータ11により動力伝達手段を介して作動体を作動させ、該作動体によって射出スクリュー5(受圧体)に力を作用させる機械において、射出スクリュー5に作用させる力の制御を、制御手段によりサーボモータ11の出力トルク又は回転速度を制御して行う圧力制御装置であって、制御手段15は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバ19と、駆動部に対する電流指令と駆動部の回転情報とにより前記オブザーバ19が推定した力に基づいて、前記作動体が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、を備える。そして、オブザーバ19は、所定のパラメータ(減衰係数ζ)と所定の状態変数とを用いて制御モデルに対して構築されたものであり、被駆動部(37)が受ける力の変化に応じて、所定の状態変数(行列x1または変数x1〜x5)の変化を予測し、その予測値を用いて所定の状態変数を変化させるとともに、所定のパラメータを変化させることで、被駆動部(37)に作用する力を推定する。
これにより、例えば2個のオブザーバを並列に動作させなくても、2種類のパラメータを切り替えて力の推定を精度良く行うことができる。また、機械にロードセルを組み込む格別の手段が不要となるので、機械の構成を簡単にすることができると共に、サーボモータを用いた圧力制御装置の信頼性を高めることができる。
In addition, in the machine which operates an operating body via the power transmission means by the
Thereby, for example, even if two observers are not operated in parallel, the two types of parameters can be switched to accurately estimate the force. Further, since no special means for incorporating the load cell into the machine is required, the structure of the machine can be simplified and the reliability of the pressure control device using the servo motor can be increased.
また、本実施形態の外乱オブザーバ部19aは、所定の状態変数の変化を予測する際に、定常状態の状態変数の値を予測したり、さらに詳しくは定常状態の状態変数の値を最終値の定理を用いて予測したりするものである。
これらの計算は過渡状態の値を求める場合に比べ比較的容易に行うことができる。よって、例えば2種類のパラメータを切り替えて力の推定を行う際に状態変数の変化を予測する場合に必要とされる計算量を大きく増加させることがない。
In addition, the
These calculations can be performed relatively easily as compared with the case of obtaining the transient value. Therefore, for example, when the change of the state variable is predicted when the force is estimated by switching two types of parameters, the amount of calculation required for the prediction is not greatly increased.
1 電動射出成形機(機械)
4 加熱筒
5 射出スクリュー(受圧体)
6 支持台
8 ボールねじ軸
9 ボールナット
10,12 プーリ
13 タイミングベルト(ベルト)
14 パルスエンコーダ(位置検出器)
15 制御装置
16 射出速度設定部
17 射出圧力設定部
18 電流検出器
19 オブザーバ
20 射出圧力フィードバック制御部
19a 外乱オブザーバ部
100 パラメータ及び状態変数設定部
1 Electric injection molding machine (machine)
4
6
14 Pulse encoder (position detector)
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と前記駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、
前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記被駆動部が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、
を備え、
前記オブザーバは、所定のパラメータと所定の状態変数とを用いて前記制御モデルに対して構築されたものであり、前記被駆動部が受ける力の変化に応じて、前記所定の状態変数の変化を予測し、その予測値を用いて前記所定の状態変数を変化させるとともに、前記所定のパラメータを変化させることで、前記被駆動部に作用する力を推定する
ことを特徴とするサーボモータを用いた圧力制御装置。 Via a power transmission unit to operate the driven part by a servomotor, in a machine that applies a force to the pressure receiving member by the driven unit, a control of the force applied to said pressure receiving member, the servo motor output by the control means A pressure control device for controlling torque or rotational speed,
The control means is constructed with respect to a control model of the machine constructed from a drive unit, a power transmission unit, and a driven unit, and is based on a current command to the drive unit and rotation information from the drive unit. An observer for estimating the force received by the driven part;
A feedback control unit that feedback-controls the force applied to the pressure receiving body by the driven unit based on the force estimated by the observer based on the current command to the driving unit and the rotation information of the driving unit ;
With
The observer is constructed for the control model using a predetermined parameter and a predetermined state variable, and changes the predetermined state variable according to a change in the force received by the driven unit. A servo motor is used that predicts, changes the predetermined state variable using the predicted value, and estimates the force acting on the driven part by changing the predetermined parameter. Pressure control device.
ことを特徴とする請求項1に記載のサーボモータを用いた圧力制御装置。 The pressure control apparatus using a servo motor according to claim 1, wherein the observer predicts a value of a state variable in a steady state when predicting a change in the predetermined state variable.
ことを特徴とする請求項2に記載のサーボモータを用いた圧力制御装置。 The servo motor according to claim 2, wherein the observer predicts a value of a steady state state variable using a final value theorem when predicting a change in the predetermined state variable. Pressure control device using.
前記制御手段は、駆動部と動力伝達部と被駆動部とから構築された前記機械の制御モデルに対して構築され、かつ前記駆動部への電流指令と前記駆動部からの回転情報とに基づいて前記被駆動部が受ける力を推定するオブザーバと、
前記駆動部に対する電流指令と前記駆動部の回転情報とにより前記オブザーバが推定した力に基づいて、前記被駆動部が受圧体に作用させる力をフィードバック制御するフィードバック制御部と、
を用い、
前記オブザーバは、所定のパラメータと所定の状態変数とを用いて前記制御モデルに対して構築されたものであり、前記被駆動部が受ける力の変化に応じて、前記所定の状態変数の変化を予測し、その予測値を用いて前記所定の状態変数を変化させるとともに、前記所定のパラメータを変化させることで、前記被駆動部に作用する力を推定する
ことを特徴とするサーボモータを用いた圧力制御方法。 Via a power transmission unit to operate the driven part by a servomotor, in a machine that applies a force to the pressure receiving member by the driven unit, a control of the force applied to said pressure receiving member, the servo motor output by the control means A pressure control method for controlling torque or rotational speed,
The control means is constructed with respect to a control model of the machine constructed from a drive unit, a power transmission unit, and a driven unit, and is based on a current command to the drive unit and rotation information from the drive unit. An observer for estimating the force received by the driven part;
A feedback control unit that feedback-controls the force applied to the pressure receiving body by the driven unit based on the force estimated by the observer based on the current command to the driving unit and the rotation information of the driving unit ;
Use
The observer is constructed for the control model using a predetermined parameter and a predetermined state variable, and changes the predetermined state variable according to a change in the force received by the driven unit. A servo motor is used that predicts, changes the predetermined state variable using the predicted value, and estimates the force acting on the driven part by changing the predetermined parameter. Pressure control method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012048316A JP6004315B2 (en) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | Pressure control device and pressure control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012048316A JP6004315B2 (en) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | Pressure control device and pressure control method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013182604A JP2013182604A (en) | 2013-09-12 |
JP6004315B2 true JP6004315B2 (en) | 2016-10-05 |
Family
ID=49273179
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012048316A Active JP6004315B2 (en) | 2012-03-05 | 2012-03-05 | Pressure control device and pressure control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6004315B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6492772B2 (en) * | 2015-02-27 | 2019-04-03 | 富士通株式会社 | Information processing apparatus, model generation program, and model generation method |
JP6603260B2 (en) | 2017-04-27 | 2019-11-06 | ファナック株式会社 | Numerical controller |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3168289B2 (en) * | 1996-07-31 | 2001-05-21 | 株式会社日本製鋼所 | Pressure control method and pressure control device for injection molding machine |
JP4614111B2 (en) * | 2002-09-25 | 2011-01-19 | 株式会社ニイガタマシンテクノ | Pressure control method using servo motor, pressure holding control method and pressure holding control device for electric molding machine |
JP4022646B2 (en) * | 2004-11-19 | 2007-12-19 | 株式会社ニイガタマシンテクノ | Pressure control device using servo motor |
JP5590298B2 (en) * | 2010-03-05 | 2014-09-17 | 株式会社ニイガタマシンテクノ | Pressure control device and pressure control method |
-
2012
- 2012-03-05 JP JP2012048316A patent/JP6004315B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013182604A (en) | 2013-09-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4674923B1 (en) | Pressure control device and pressure control method for electric injection molding machine | |
US8229592B2 (en) | Device and method for pressure control of electric injection molding machine | |
JP5452720B2 (en) | Motor control device | |
US9013131B2 (en) | Real-time servo motor controller based on a load weight | |
CN105122637A (en) | Motor control device | |
Marton et al. | Control of robotic systems with unknown friction and payload | |
JP2013054436A (en) | Control method and controller | |
JP6203701B2 (en) | Electric machine and program | |
JP6004315B2 (en) | Pressure control device and pressure control method | |
JP4674924B1 (en) | Plasticization control device and plasticization control method for electric injection molding machine | |
JP5590298B2 (en) | Pressure control device and pressure control method | |
CN105965807A (en) | Injection molding machine and method for controlling injection molding machine | |
JP4678894B1 (en) | Plasticization control device and plasticization control method for electric injection molding machine | |
CN103907070A (en) | Servo control device | |
JP4022646B2 (en) | Pressure control device using servo motor | |
JP5163432B2 (en) | Control device for injection molding machine and injection molding machine | |
US10216151B2 (en) | Power consumption-amount estimation apparatus | |
JP5093750B2 (en) | Control method of electric injection molding machine | |
Hu et al. | Suppression of limit cycle oscillation for two-mass system with backlash nonlinearity based on dual Luenberger observer | |
JP4540597B2 (en) | Injection control method and apparatus for injection molding machine | |
CN113727262B (en) | Voice coil driver force output type displacement control method based on matching disturbance compensation | |
Iwasawa et al. | Fine sensorless force control using stribeck model for injection molding machine | |
JP2005266932A (en) | Driving control method and driving controller | |
Liu et al. | Robust Control Strategy of Speed Loop with Variable Inertia | |
Liu et al. | Accurate Speed Control for High-power Servomotor Based on Adaptive Backstepping Control Approach |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150203 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20150203 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160128 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160209 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160406 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160809 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160826 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6004315 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |