JPH02307104A - リード加工データ作成方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、リード加工機等の工作機械に用いられるサー
ボモータの制御に関し、特に所定周期で繰返される方形
波状の速度指令に対し、学習制御を行い高精度の加工を
可能にするリード加工データの作成方式に関する。

従来の技術 サーボモータの制御において、所定周期で同じパターン
で繰返される指令に対し、制御偏差を零に収束させ＾い
精度のモータ制御を行い加工精度を向上させる方法とし
て、学習制御方式が用いられている。

第９図は、上記学習制御方式を適用したサーボモータの
制御における要部ブロック線図である。

第９図において、ｒは速度指令、εは該速度指令ｒと実
際の速度出力ωとの差である速度偏差、１２は速度ルー
プの伝達関数で、従来がら公知のようにＰＩ副制御を行
うものである。そして、学習制御を行うために学習コン
トローラ１ｏが付加されており、該学習コントローラ１
ｏは帯域制限フィルタ３０．所定周期して繰返される１
周期分のデータを記憶する遅れ要素３２、及び、制御対
象の位相遅れ、ゲイン低下を補償するための動特性補償
要素３４で構成されている。

上記学習コントローラ１０は所定サンプリング周期Ｔ毎
に速度偏差εに遅れ要素３２から出力される１周期り前
のサンプリング時のデータを側御し、帯域制限フィルタ
３０の処理を行って遅れ要素３２にそのデータを格納す
る。遅れ要素３２は（Ｌ／Ｔ）［！の記憶部を有し、１
周１ｆｌＬ分の各サンプリングデータを記憶できるよう
になっており、一番古いデータを出力するようになって
いる。即ち、各サンプリング毎１番地の記憶部に入力デ
ータを格納し、１番地毎シフトし、（Ｌ／Ｔ　）番地の
データを出力する。その結果、遅れ要素３２の出力は１
周期り９遅れたサンプリングデータが出力される。その
ため、周期しで周一パターンの速度指令ｒが与えられる
から、加算器３６で加算される速度偏差εと遅れ要素３
２の出力は、速度指令ｒのパターン上において同一位置
のデータが加算されることとなる。

また、遅れ要素３２の出力は動特性補償要素３４で位相
遅れ、ゲイン低下が補償されて、学習コントローラ１０
の出力ｙとして出力され、該出力ｙが速度偏差εに加算
されて、この加算データによって速度ループ処理が実行
される。

その結果、所定周期して同一パターンの処理が繰返され
、あるサンプリング時において前周期で当該リンブリン
グ時に対応するサンプリング時の速度偏差εが大きな値
の場合には、今周期においては、学習コントローラ１０
から大きな値の出力ｙが出力され速度偏差に加算される
こととなるから、速度ループ処理に入力される速度偏差
は大きく変り、実速度ωもそれに対して変化するから、
速度偏差εはその値が零に収束するように修正されるこ
とになり、高開度のモータＩＩＩ　ｔｉｌｌが可能とな
る。

発明が解決しようとする課題 リード加工等に用いられる第４図に示すような方形波状
の速度指令ｒに対し上述した学習制御を行う場合、速度
指令ｒが方形波状であることから高周波成分を含むこと
となり、咳高周波成分が帯域１１１１限フイルタ３０の
帯域より高い所である値以上になると、その成分の速度
偏差が収束せず発振する場合がある。即ち、速度指令ｒ
の立上り、立下り部分で速度偏差が収束せず、速度が振
動を起こし高精度の加工ができない場合が生じる。

そこで本発明の目的は、方形波の速度指令が所定周期で
繰返されるリード加工のサーボモータの制御において、
高周波成分を低減させ、サーボ系の発振を押え、速度偏
差を零に収束させるリード加工データの自動作成方式を
提供することにある。

課題を解決するための手段 所定周期で繰返される方形波状の速度指令で駆動制御さ
れリード加工を行い、かつ学習制御を行うサーボモータ
の制御方式において、本発明は、上記方形波状の速度指
令の１周期分のデータと、必要とする有効リード長、学
習制御における帯域制限フィルタの値及び制限する高周
波成分のゲインの値より、高周波成分によるサーボ系の
発振を押え、有効リード長が得られる速度指令の加減速
時定数を求め、該求めた加減速時定数によって上記方形
波状の速度指令を加減速制御して速度指令データを作成
することによって上記課題を解決した。

作　　用 １周Ｉσ１分の方形波状の速度指令データより、該速度
指令のパターンが求まる。また、帯域制限フィルタの帯
域と速度指令の周波数より制限する高周波成分の次数が
決まり、その次数のゲインを設定ゲイン以下にし、台形
波のフーリエ係数の求めた次数の係数が設定ゲイン以下
になるような時定数を求める。そして、この時定数によ
って速度指令を加減速制御した場合１ｑられる速度指令
で、有効リード長が得られるならば、該求められた時定
数によって速度指令を加減速制御して速度指令データを
作成する。また、求められた時定数によって有効リード
長が得られなければ、方形波状の速度指令を改善し有効
リード長が得られる時定数を求める。

実施例 第３図（ａ＞は本発明を適用して加工しようとする一実
施例のワークの一例を示すもので、ビデオ機器のテープ
のガイドとして用いられるドラムＷの面にリード面１６
を加工しようとするものである。第３図（ｂ）はドラム
Ｗの面を展開した図であり、第３図（Ｃ）は、このリー
ド面１６を加工するとき、刃物を移動させるサーボモー
タへの位置指令を表わしている。

リード加工物であるドラムＷの径、テープをガイドする
有効リード長１．リード角θが与えられ、ドラムＷの回
転数が決まれば、回転するドラムＷに対し軸方向に刃物
を移動させ、リード面１６を切削するサーボモータへの
移動指令の周１１１ｊＬ及び位置指令Ｐは第３図（Ｃ）
に示すように決まる。

このようなリード加工の場合、所定リード角θで有効リ
ード長ｌのリード面１６を直線状に加工することから、
位置指令Ｐは第３図（Ｃ）のようになり、これに対応す
る速度指令ｒは第４図に示すような方形波状の指令とな
る。

このような方形波状の速度指令ｒが所定周期り毎繰返さ
れ、かつ学習制御を行って速度偏差εを零とするように
制御する場合、前述したように、該速度指令ｒに高周波
成分が含まれることになるから、速度偏差εが収束せず
発振することがある。

特に、テープをガイドする有効リード長ｌのり一ド面１
６においては、その真直度の誤差が１μ〜２μ程度の高
精度が要求されることから（真直度が悪いとテープがリ
ード面によって削られるという現象が生じる）、有効リ
ード長！のリード面１６を加工するとき（第４図におけ
るプラスの速度指令の部分）の速度偏差εの振動を防止
することが望まれる。

高周波成分は速度指令ｒの立上り、立下り部分で生じる
ものであるから、速度指令ｒを第５図に示すような台形
状の速度指令ｒ′に変換して入力すれば、高周波成分に
よる発振を押えることができる。

そこで、本発明においては、第１図に示すように、指令
変換器１４を付加し、該指令変換器１４によって第４図
に示すような方形波状速度指令ｒを第５図に示すような
台形状の速度指令ｒ′に変換し、該速度指令ｒ′を学習
制御を行う速度ループ処理に入力するようにする。

第２図は上記指令変換器１４の構成を表わすもので、後
述するバッファ数決定手段２０とバッファＢ１〜ＢＮ及
び除算器２２で構成される加減速制御部で構成されてお
り、所定サンプリング周期Ｔ毎バッフ？に記憶するデー
タをシフトさせ（バッファ［３ｉ　（ｉ＝１．２・・・
・・・Ｎ−１）の記憶値を次のバッファＢｉ＋１に格納
する）ると共に、入力された速度指令ｒと各バッファ８
１〜ＢＮの値を加算し、加算された値をバッファ数Ｎに
１を加算した値（Ｎ　＋１）で割り・、変換された速度
指令ｒ′として出力する。

例えば、速度指令ｒが１００であり、バッファ数Ｎが４
であるとすると、始めのサンプリング時にはバッファＢ
１〜Ｂ４の値は「０」で速度指令ｒ−１００が入力され
ることから、変換された速度指令ｒ′はｒ／　（Ｎ＋１
）＝１００１５＝２０が出力され、次のサンプリング時
にはｒ＝１００゜８１−１００．８２〜Ｂ４−０で、２
００１５＝４０が出力され、次のサンプリング時にはｒ
＝１００．８１＝８２＝１００．８３〜Ｂ４＝０で、３
００１５＝６０が出りされ、以下、ｒ’　＝８０゜１０
０となり、バッファ８１〜Ｂ４にすべて１００が記憶さ
れると、以後のサンプリング時に変換された速度指令ｒ
′は１００が出力されることとなる。　すなわち、第５
図に示すような台形状の速度指令ｒ′が出力されること
となる。

上述したように、台形波を形成する速度指令ｒ′の立上
り、立下り部の時定数は指令変換器１４の加減速制御部
のバッファ数によって決まる。

バッファ数が多くなるにつれて時定数が大きくなり、立
上り、立下り部は緩やかに上背または下静することとな
る。

一方、有効リード長１のリード面１６を加：Ｆするとき
の速度指令ｒ′は一定でなければならない。

即ち、有効リード長ｌを加工する時間だけ速度指令ｒ′
はドラムＷの回転数及びリード角θで決まる所定速度に
保持されねばならない。かつ、制限する高周波成分の値
によって、上記時定数（バッファ数）は制限を受【ノる
。

そこで、指令変換器１４のバッファ数決定手段によって
有効リード長ｌを加工する時間だけ所定速度に保持し、
かつ、制限する高周波成分を排除できるような時定数、
即ち、バッファ数を自動的に求めるようにする。

第６図は所定周期しで繰返される１周期分の速度指令ｒ
の方形波を示し、該方形波の中心をｒＯＪとし、速度指
令ｒの立上り部即ちマイナスの速度指令からプラスの速
度指令に立上る位置を−８１立下る位置をａ、有効リー
ド長ｌのリード面１６を加工するプラスの速度指令ｒの
値をｂ１有効リード長ｌのリード面１６を加工するため
に復帰するマイナスの速度指令の値をＣとする。また、
該方形波の速度指令ｒを受けて、その立上りから所定時
定数で立上り、方形波の速度指令ｒの立下りから所定時
定数で立下り、台形状の速度指令ｒ′を作る指令変換器
１４の出力ｒ′が第７図の波形になるものとする。そし
て、該台形波の中心を「０」とし、立上り開始位置を−
ｄ、立上り終了位置を−ａ′、立下り開始位置をａ′、
立下り終了位置をｄ、立上りωをｂ′とし、立上り開始
位置−ｄから立上り終了位置　ａｌ　までの間をＸとす
る。なお、このＸの値が時定数を決めるもので、バッフ
ァの数ＮがこのＸの値で決まる。

第６図と第７図において、２ａ’　＋ｘ＝２ａであるこ
とから、 ａ’＝ａ−ｘ／２ ｄ　　＝ａ’　十ｘ＝ａ　−（ｘ／２）＋ｘ＝ａ＋　（
ｘ／２） ｂ’＝ｂ＋ｃ　　　　　　　　　　　・・・・・・（１
）なる関係が成立する。

また、台形波ｆ　（ｔ）の１周期（−π〜π）のフーリ
エ級数展開は次の第（２）式である。

ｆ（ｔ）　〜（ＡＯ／２＞＋Σ（Ａｎ　ｃｏｓｎｔ＋Ｂ
ｎ　５ｉｎｎｔ）ｎ＝１ ・・・・・・（２） 第７図に示す台形波を上記第（２）式のフーリエ級数に
展開すると、その係数は次のようになる。

ＡＯ＝１／π（２ａ’ｂ’＋（ａ’＋ｄ）−ｂ’）　　
・−・−（３）Ａｎ＝」ニー（ｓｉｎ　ｎａ’　＋−１
−、（ｄ　５ｉｎｎｄ−ａ’　ｓｉｎ　ｎａ’π・ｎｄ
−ａ ｃｏｓｎｄ−ｃｏｓｎａ’ “　□））　　・・・・・・（４） Ｂｎ　＝　０ そこで、入力指令の周波数ｆ　１　　（＝　１　／　Ｌ
　）　Ｈｚ。

学習コントローラー０の帯域制限フィルタ３０の帯域を
ｆ２Ｈ７とし、制限する高周波成分をｆ２　／ｆ１−ｍ
次でゲインがＺｄＢ以下という基準を予め実験もしくは
シュミレーション等で求めでおく。そして、第（４）式
で示されるｍ次の係数をＡｍとすると、次の第（５）式
よりＸの値を求めることができる。

２０１ｏｇ７１１ｍ　≦　Ｚ　　　　　　　　・−・・
・（５）すなわち、ａ’　、ｂ’　、ｄの値は第（１）
式に示されるように入力された速度指令ｒの波形から求
められるａ、ｂ、ｃとＸの値によって置き換えられるか
ら、第（５）式において未知数はＸの値のみとなり、第
（５）式よりＸの値が導き出される。

一方、有効リード長オだけ速度指令ｒ′を所定速度に保
持しなければならない。即ち、第７図において、−ａ′
〜ａ′間の長さが有効リード長１以上なければならず、
次の第（６）式が成立しなければならない。

２ａ’　＝２ａ−Ｘ≧オ　　　・・・・・・（６）そし
て、上記第（６）式が成立しなければ、入力される方形
波状の速度指令ｒの改善（ｃ、ａの値の変更等）、また
はワークであるドラムＷの回転数を換えるようにする。

そして、上記第（６）式を満足するＸの値が求まれば速
度指令ｒ′の時定数はｂ’　／Ｘであり、該Ｘの値をサ
ンプリング周期Ｔで除せば指令変換器１４の加減速制御
部のバッファ数Ｎは決まる。

Ｎ＝　（ｘ／Ｔ）−１・・・・・・（７）上記処理を行
えば、高周波成分の発振を押え、有効リード長ｌを確保
したリード加工データ（速度指令データ）が得られる。

そこで、実施例では上記処理を行う指令変換器１４を学
習コントローラ１０の処理を行うと共に速度ループ処理
、さらには位置ループ処理等のす−水制御を行うデジタ
ル制御のプロセッサによって行う。まず、時定数算出処
理モードにすると、該プロセッサは第８図の処理を開始
する。なお、学習コントローラ１０の帯域制限フィルタ
３０の帯域ｆ２及び制限する高周波成分のゲインＺの値
及び有効リード長ｌを予め設定記憶させているものとす
る。プロセッサは速度指令ｒの１周期り分指令をサンプ
リング周期Ｔ毎取込み記憶しくステップＳ１）、取込ま
れた１周期り分の速度指令ｒの方形波に対し、第６図に
おけるａ、ｂ、ｃの値を求め、また、１周期り分のサン
プリング回数により、速度指令ｒの周波数ｆ１が求まる
（ステップ８２）。

次に、求められたａ、ｂ、ｃの値を用いて、第（１）式
及び第（４）式から、ｍ　（＝ｆ２　／ｆ１　）次のフ
ーリエ係数ＡｍのＸの関数式を求める（ステップ８３）
。そして、第（５）式の演算を行うことによって、フー
リエ係数Ａｍが７ｄＢ以下となるＸの値を求める（ステ
ップ８４）。

そして、求められたＸの値から有効リード長ｌが取れる
か否か判断する。即ち、第（６）式で示す２ａ’　＝２
ａ−ｘ≧１なる関係が成立するか否か判断する（ステッ
プ８５）。第（６）式が成立し、有効リード長ｌが取れ
ると判断されると、求められたＸの値とサンプリング周
期Ｔにより第（７）式から、バッファ数Ｎを求め、加減
速制御部のバッファ数を求められたバッファ数Ｎに設定
・しくステップ８６．８７＞、時定数算出処理を終了す
る。

なお、ステップＳ５で第（６）式を満足しなかった場合
、即ち、有効リード長でか取れなかった場合はアラーム
を発生させる（ステップＳ８）。そして、この場合は、
速度指令ｒの方形波パターンを改善する。例えば、速度
指令ｒの方形波のＣ０ａの値を変更し、再度ステップ８
１以下の時定数算出処理を行わせる。

こうして、バッファ数Ｎが決まり設定され加工が開始さ
れると、デジタルサーボ回路のプロセッサは、従来と同
様に位置ループ処理を行い、速度指令ｒを算出し、該速
度指令ｒに対し設定されたバッファ数Ｎで前述した加減
速処理を行って台形波状の速度指令ｒ′に変換し、この
速度指令ｒ′に基いて学習コントローラ１０の処理及び
速度ループ処理を行い、さらには電流ループ処理を行っ
てサーボモータを駆動し、刃物を移動させリード加工を
行う。

なお、上記実施例では時定数算出処理をデジタルサーボ
回路のプロセッサで行うようにしたが、この時定数算出
処理は常時行う必要がなく、ある１つのリード加工を行
う前に１回行って時定数即ちバッファ数Ｎを求めればよ
いものであるから、デジタルサーボ回路のプロセッサ以
外の他のコンピュータで第８図に示す時定数算出処理を
行わせて、バッファ数Ｎを求め、求められたバッファ数
をデジタルサーボ回路に設定し、設定されたバッファ数
によって速度指令ｒを加減速制御を行って時定数を持っ
た速度指令ｒ′に変換するようにすればよい。

発明の効果 本発明によると、速度指令に含まれる高周波成分が低減
され、かつ有効リード長方は設定された所定速度に保持
されるから、学習制御によって速度偏差を零に収束させ
ることができ、有効リード長のリード面は精度の＾い真
直性のある加工を行うことができる。また、従来必要で
あった速度指令の作成時に学習制御の帯域制限フィルタ
の帯域を意識して高周波成分を取除く作業が不要となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック図、第２図は同実
施例における指令変換器のブロック図、第３図（ａ）は
本発明を適用するリード加工物の一例を示す図、第３図
（ｂ）は第３図（ａ）におけるリード加工物の展開図、
第３図（Ｃ）は第３図（ａ）のリード加工物にリード加
工を行うときの速度指令の位置指令を示す図、第４図は
リード加工を行うときの速度指令の一例を示す図、第５
図は第４図に示す速度指令を直線加減速制御して得られ
る速度指令を示す図、第６図は方形波の速度指令の１周
期分の分析を説明するための説明図、第７図は加減速制
御された速度指令の分析説明図、第８図は時定数算出処
理の７０−ヂヤート、第９図は従来から行われている学
習１１Ｊ　ｍを適用したサーボモータの制御の要部ブロ
ック線図である。 １０・・・学習コントローラ、１２・・・速度ループの
伝達関数、１４・・・指令変換器、８１〜ＢＮ・・・バ
ッファ、２０・・・バッファ数決定手段、２２・・・除
算器、３０・・・帯域制限フィルタ、３２・・・遅れ要
素、３４・・・動特性補償要素、ｒ・・・速度指令、ε
・・・速度偏差、ｙ・・・学習コントローラの出力、ω
・・・モータの実速度、ｒ′・・・加減速制御された速
度指令、Ｗ・・・ドラム、１６・・・リード面、ｌ・・
・有効リード長、し・・・加工の１周期。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 所定周期で繰返される方形波状の速度指令で駆動制御さ
   れリード加工を行い、かつ学習制御を行うサーボモータ
   の制御方式において、 上記方形波状の速度指令の１周期分のデータと、必要と
   する有効リード長、学習制御における帯域制限フィルタ
   の値及び制限する高周波成分のゲインの値より、高周波
   成分によるサーボ系の発振を押え、有効リード長が得ら
   れる速度指令の加減速時定数を求め、該求めた加減速時
   定数によって上記方形波状の速度指令を加減速制御して
   速度指令データを作成するようにしたことを特徴とする
   リード加工データ作成方式。