JPH03271902A - フィードバック制御装置及び非真円創成装置 - 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、フィードバックＩＩＪｍ装置及び該フィード
バック制御装置を用いた非真円創成装置に間するもので
ある。

「従来の技術及びその問題点Ｊ 従来のフィードバック制御装置は、目標値とフィードバ
ックされる応答値との偏差に基づき、ＰＩＤ調節手段に
より操作量を求め、該操作量にょり駆動系を制御してい
た５ しかしながら、上記したフィードバック制御装置は、Ｐ
ＩＤ調節手段の比例ゲイン、積分ゲイン及び微分ゲイン
が一義的に決定され、駆動系自身が発熱してその周波数
特性（伝達関数）が変化した場合でも、その変化に対応
してＰ　Ｉ　Ｄｍ節手段の伝達関数が変化することなく
、あくまでも駆動系の実際の移動量である応答値と指令
値との偏差に基づいて、該駆動系に対する操作量を求め
るため、応答性が悪いという問題点があった。

また、上記フィードバック制御装置を用いる非真円創成
装置があるが、それは、工作物の非真円形状を決定する
目標値の周波数成分を帯域分離し、その高周波成分を圧
電アクチュエータに対する指令値とし、低周波成分をリ
ニアモータに対する指令値として、位置指令コントロー
ラがらそれぞれの駆動系に対して出力し、各指令値と圧
電アクチュエータ及びリニアモータの応答値との偏差に
基づいて、各ＰＩＤ調節手段が操作量を求め、該操作量
により前記各駆動系を制御して作動する圧電アクチュエ
ータとりニアモータとの複合動作を行い、工作物の回転
に同期する切削工具の進退駆動により工作物に対して非
真円切削加工を行うようにしたものである。

しかしながら、上記非真円創成装置は前記したフィード
バック制御装置を用いているため、例えばリニアモータ
の作動によりリニアモータのムービングコイルが発熱し
て、該ムービングコイルの抵抗値が上昇したり、磁気物
性変化により推力が増減する等、リニアモータ自身の周
波数特性が変化した場合は、応答性が悪化するという問
題点を包含していた。

［発明が解決しようとする課題」 本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので
、ＰＩＤ調節手段に対してゲイン調整手段を設けること
により応答性の良いフィードバック制御装置を提供する
ことを目的とするものであり、さらに上記フィードバッ
ク制御装置を用いることにより、応答性を向上し加工精
度を高めた非真円創成装置を提供することを目的とする
ものである。

「課題を解決するための手段ｊ 上記各目的を達成するための具体的手段として、第１図
に示すように、目標値とフィードバックされる応答値と
の偏差に基づき、ＰＩＤ調節手段１００により操作量を
求めて該操作量により駆動系１０１を制御するフィード
バック制御装置において、目標値とフィードバックされ
る応答値との比が予め設定した許容値を超える場合は、
その比が許容値以内となるように前記ＰＩＤ！１１節手
段１００に対してゲインの調整を行うゲイン調整手段１
０２を設けたことを特徴とするフィードバック制御装置
と、第４図に示すように、工作ｅＩＷの非真円形状を法
定する目標値の周波数成分を帯域分離し、その高周波成
分を指令値として駆動され、フィードバックされる応答
値との偏差に基づいてＰＩＤ調節手段１０３により求め
た操作量により制御される圧電アクチュエータ１５と、
低周波成分を指令値として駆動され、フィードバックさ
れる応答値との偏差に基づいてＩ）　Ｉ　Ｄ調節手段１
０４により求めた操作量により制御されるリニアモータ
との複合動作により、工作物Ｗの回転に同期して切削工
具を進退駆動させ該工作物を非真円形状に切削加工する
非真円創成装置において、リニアモータの指令値とフィ
ードバックされる応答値との比が予め設定した許容値を
超える場合は、その比が許容値以内となるように前記Ｐ
ＩＤ調節手段］０４に対してゲインのｉｉ整を行うゲイ
ン調整手段１０５を設けたことを特徴とする非真円創成
装置がそれぞれ提供される。

「作用」 上記フィードバック制御装置によれば、目標値とフィー
ドバックされる応答値との比が予め設定した許容値を超
える場合は、ゲイン調整手段１０２がＰＩＤＩＮ節手段
１００に対して、前記比が許容値以内となるようにゲイ
ンの調整を行う。

また、上記非真円創成装置によれば、リニアモータ３１
の指令値とフィードバックされる応答値との比が予め設
定した許容値を超える場合は、ゲイン調整手段１０５が
ＰＩＤ調節手段１０４に対して、前記比が許容値以内と
なるようにゲインの調整を行い、圧電アクチュエータ１
５とリニアモータ３１との工作物Ｗの回転に同期する複
合動作により、切削工具２０を進退駆動させ工作物Ｗに
対して非真円切削加工を行う。

［実施例」 本発明に係るフィードバック制御装置の実施例について
、第２図及び第３図を参照して説明する。

第２図は概略ブロック図であり、１は位置指令装置であ
って、指令値ｒを出力する。２は伝達関数がＧであるＰ
ＩＤ調節器、３は伝達関数がＧｐであるサーボアンプ、
４はモータである。１〕Ｉ　Ｉ）調節器２は、指令値ｒ
とモータ４の実際の移動量である応答値ｙとの偏差を入
力して、サーボアンプ３に対する操作量Ｕを出力する。

サーボアンプ３は操作量Ｕを増幅してモータ４を駆動す
る。５はゲイン調整器であり、指令値ｒと応答値ｙを入
力して、ＰＩＤ調節器２に対してゲインの調整信号を出
力する。前記位置指令装置１．Ｉ）ＩＤ調節器２及びゲ
イン調整器５は、メモリ、入出力インクフェイス及び中
央処理袋！（いずれも図示しない）等で構成されるコン
トローラ６に組み込まれている。また、前記サーボアン
プ３とモータ４とにより駆動系７が構成される。

第３図は、前記ＰＩＤ調節器２に対するゲイン調整処理
を示すフローチャートである。

まず処理がスタートすると、ステップ２００で指令値ｒ
と応答値ｙをゲイン調整器５へ入力する。

続いてステップ２０１へ進み、指令値ｒと応答値ｙの比
ｙ／ｒが、１〜ε＜ｙ／ｒ＜１＋εを満たすかどうかを
監視する。満たせば、ステップ２００へ戻って、監視を
続ける。サーボアンプ３とモータ４とからなる駆動系７
の発熱等により伝達関係Ｇｐが変化して上記式を満たさ
ない場合は、ステップ２０２へ進み制御則 ｙ／ｒ＝Ｇｅ−Ｇｐ／（１＋Ｇｅ−Ｇｐ）、１−ｔ＜ｙ
／ｒ＜１＋ｔを満足するＧを決定する（但し、εは駆動
系７の許容誤差により定まる定数）、そして、ステップ
２００以下のルーチンを繰り返し前記制御則を満足する
か否かを監視する。

次に本発明に係る非真円創成装置の実施例を添付図面を
参照して説明する。

第’ｌ！１（ａ）は本非真円創成装置における切削工具
の駆動部を示した縦断正面図である。また第５図（ｂ）
は第５図（ａ）Ｖ−Ｖ線断面図である。

ベース】θ上には、油圧静圧軸受１１を載置固定した固
定基台１２と、リニアモータであるボイスコイルモータ
３１（以下ＶＣＭと略称する）を載置固定した固定基台
３２とを設ける。油圧静圧軸受１１により断面矩形のラ
ム１３を進退自在に支持する。ラム１３の先端部には、
嵌装孔１４を形成し圧電アクチュエータ１５を嵌装固定
するとともに、スペーサ１７を介して２枚のダイヤフラ
ム１８．１８を固定し、該ダイヤフラム１８，１８によ
り工具嵌着部１９を支持する。工具嵌着部には切削工具
２０を嵌着する。そして、前記圧電アクチュエータ１５
には押圧駆動部材２１を当接するととらに、そのフラン
ジ２２を前記ダイヤフラム１８に連結し、圧電アクチュ
エータ１５に人力される駆動指令信号に応じて切削工具
２０を進出駆動する。前記２枚のダイヤフラム１８，１
８は圧電アクチュエータ１５の作動により進出した切削
工具２０を後退させる。２３は変位センサであって、圧
電アクチュエータ１５の作動による切削工具２０の変位
を検出する。ラム１３にはリニアスケール２４を固定し
、油圧静圧軸受１１に固設した読取ヘッド２５を跨装し
、ラム１３の変位を検出する。

前記固定基台３２上に載置固定したＶＣＭ３１は、固定
マグネット３３．３３と、ムービングコイル３４．３４
を巻装した可動子３５とがら構成され、可動子３５の先
端と前記ラム１３の後端とを直列状に連結する。工作物
Ｗは主軸２６に装架され回転角速度ωで回転する。

尚、第５図（ａ）、（ｂ）では油圧静圧軸受１１に対す
る油圧配管及びＶＣＭ３１駆動用の電源を供給するため
の電気配線等は省略しである。

第６図は、非真円創成装置の制御系を示す概略のブロッ
ク図であって、制御装置４ｏと前記圧電アクチュエータ
１５の制御系４１及びＶＣＭ３１の制御系４２とからな
り、それぞれバスにより接続されている。圧電アクチュ
エータ１５の制御系４１は、位置指令コントローラ４１
ａと駆動系４１ｂ４．ｍ、に’ｌ、ＶＣＭ３１１）制ｆ
ｌｌ系４２は位ｎ指令コントローラ４２ａと駆動系４２
ｂとから構成される装置 は図示しないコンピュータにより制御される。

制御部１ｆ４０は、図示しないコンピュータにより制御
されるデータ処理部４０ａと繰り返し制御部４０ｂとか
らなる。

データ処理部４０ａでは、第７図に示すように、メモリ
５０に記憶される工作物の非真円形状を決定する目標値
である非真円プロフィルデータをフーリエ変換器５１に
より工作物の回転角速度６》の関数である周波数関数に
変換するとともに、周波数分離器５２により高周波でス
トロークの小さなデータと、低周波でストロークの大き
なデータに分離する．周波数分離器５２からの高周波成
分は、逆フーリエ変換器５３により高周波から成る非真
円プロフィルデータに戻され、圧電アクチュエータ１５
の制御系４１の指令値用メモリ４３に記憶される．また
、周波数分離器５２からの低周波成分は、逆フーリエ変
換器５４により低周波から成る非真円プロフィルデータ
に戻され、７０Ｍ３１の制御系４２の指令値用メモリ４
６に記憶される。

前記指令値用メモリ４３に記憶した高周波成分からなる
非真円プロフィルデータに基づいて、実際に圧電アクチ
ュエータ１５を単独作動させ、また指令値用メモリ４６
に記憶した低周波成分からなる非真円プロフィルデータ
に基づいて、実際に７０Ｍ３１を単独で作動させる試し
切削動作を行い、それぞれの応答値を応答値用メモリ４
４及び４７に記憶する。

繰り返し制御部４０ｂでは、高周波成分と低周波成分の
非真円プロフィルデータの目標値、及び応答値用メモリ
４４及び４７に記憶した高周波成分と低周波成分の応答
値とを、前記データ処理部４０ａのフーリエ変換器５１
でそれぞれフーリエ変換して高周波成分と低周波成分毎
にゲインと位相との偏差を算出する．そして、算出した
偏差に基づいて周波数関数データを補正した後、その高
周波成分と低周波成分とを逆フーリエ変換器５３及び５
４により逆変換して、非真円プロフィルデータの指令値
として前記指令値用メモリ４３及び４６にそれぞれ記憶
して、補正前の各指令値を更新する繰り返し制御を行う
。

また、圧電アクチュエータ１５の制御系４１の位置指令
コントローラ４１ａは、指令値用メモリ４３と応答値用
メモリ４４とを備えるとともに、ＰＩＤ調節器５５とゲ
イン調整器５６とを組み込んである．そして、主軸２６
の回転に基づいて出力される同期信号により、指令値用
メモリ４３に記憶される高周波でストロークの小さなデ
ータに基づく指令値を出力し、圧電アクチュエータ１５
の変位センサ２３からフィードバックされる位置信号と
の偏差である位置偏差信号をＰＩＤｙＪ節器５５節用５
５、ＰＩＤ調節器５５は圧電素子駆動用の高圧電源４５
に対する操作量を求め、誤操作量により高圧電源４５を
操作して圧電アクチュエータ１５を制御する．そして、
電圧電源４５と圧電アクチュエータ１５からなる駆動系
４　１．　ｂの作動に基づく発熱等により該駆動系４ｌ
ｂの周波数特性が変化して、指令値と圧電アクチュエー
タ１５の応答値との比が所定の許容値を超える場合は、
ゲイン調整器５６によりＩ）　Ｉ　Ｄ調節器５５のゲイ
ンを１１整して、前記指令値と応答値との比を許容値内
に治める。

７０Ｍ３１の制御系４２の位置指令コントローラ４２ａ
は、指令値用メモリ４６と応答値用メモリ４７とを備え
るとともに、ＰＩＤ調節器５７とゲイン調整器５８とを
組み込んである．そして、主軸２６の回転に基づく同期
信号により、指令値用メモリ４６に記憶される低周波で
ストロークの大きいデータに基づく指令値を出力し、７
０Ｍ３１の変位を読取ヘッド２５がら検出してフィード
バックされる位置信号との偏差である位置偏差信号をＰ
ＩＤ調節器５７へ出力し、ゲイン調整器５８はサーボア
ンプ４８に対する操作量を求め、該操作量によりサーボ
アンプ４８を操作して７０Ｍ３１を制御する．そして、
サーボアンプ４８とＶＣＭ３１からなる駆動系４２ｂの
作動に基づく発熱等によりＶＣＭ３１のムービングコイ
ル３４の温度上昇を生じて該駆動系４２ｂの周波数特性
が変化して、指令値とＶＣＭ３１の応答値との比が所定
の許容値を超える場合は、ゲイン調整器５８によりＰＩ
Ｄ調節器５７のゲインを調整して、前記指令値と応答値
との比を許容値内に治める。

以上のように、圧電アクチュエータ１５及びＶＣＭ３１
が、それぞれ指令値と応答値との比が所定の許容値内に
泊まるように制御されるとともに、両者の作動が複合さ
れて非真円プロフィルデータに即して、切削工具２０の
半径方向の刃先位置を制御し非真円形状を切削加工する
。

前記した位置指令コントローラにおけるゲイン調整処理
は、位置指令コントローラ４１ａ及び４２ａでそれぞれ
行われるが、その処理内容は設定される許容値が相違す
るのみである。従って第８図のフローチャートにより、
前記ゲイン調整処理を説明する。

処理がスタートすると、ステップ３００において指令値
とフィードバックされる応答値とを、位置指令コントロ
ーラのゲイン調整器へ入力する。

そしてステップ３０１で（応答値／指令値）の値が、予
め設定された許容値内に治まるか否かを判定する。治ま
ればステップ３００へ戻って、（応答値／指令値）の値
を監視する。許容値を超える場合は、ステップ３０２へ
進んで（応答値／指令値）の値が、前記許容値内に治ま
るようにゲイン調整器によりＰＩＤ調節器のゲインを調
整する。

上記した本実施例の非真円創成装置は、圧電アクチュエ
ータ１５やＶＣＭ３１の非真円創成機構が発熱した場合
に、圧電アクチュエータ１５とＶＣＭ３１の駆動系４１
ｂ、４２ｂの周波数特性が変化して、指令値と応答値と
の比が所定の許容値内に治まらない場合は、それぞれの
位置指令コントローラ４１ａ、４２ａのゲイン調整器５
６．５８により、ＰＩＤ調節器５５．５７のゲインを調
整して、前記許容値内に治めることができる。従って、
熱的外乱の影響を排除して所定の誤差範囲内での高精度
の非真円切削加工を行うことができる。

「発明の効果」 本発明のフィードバック制御装置は、上記した精成にな
るもので、目標値とフィートノ（・ツクされる応答値と
の比が予め設定した許容値を超える場合は、その比が許
容値以内となるように前記ＰＩＤ調節手段に対してゲイ
ンの調整を行うゲイン調整手段を設けたから、外乱が作
用して制御系が乱れる場合でもゲイン調整をリアルタイ
ムで行って、応答値を一定の許容誤差範囲に治めること
ができる効果がある。

また、上記フィードバック制御装置を用いた非真円創成
装置は、特にリニアモータの発熱に基づく熱的外乱の影
響を排除して、高精度の非真円切削加工を行うことがで
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

添付図面第１図及び第２図は本発明のフィードバック制
御装置の実施例を示し、第１図はクレーム対応図、第２
図は概略ブロック図、第３図はゲイン調整処理を示すフ
ローチャートである。第４〜８図は本発明の非真円創成
装置の実施例を示し、第４図はクレーム対応図、第５図
（ａ）は切削工具の駆動部を示した縦断正面図、第５図
（ｂ）は第５図（ａ）の■−ｖ線切断側面図、第６１３
？ｌは非真円創成装置の制御系の概略を示すブロック図
、第７図はデータ処理部の概略を示したブロック図、第
８図はゲインｍ整処理を示すフローチャートである。 １１１１位置指令装置、　２．、、ＰＩＤ調節器、　３
１０．サーボアンプ、　４１１．モータ、　５１．、ゲ
イン調整器、　１５．、、圧電アクチュエータ、　２０
　、、、切削工具、　２６　、、、主軸、　３１．、、
ＶＣＭ（リニアモータ）、４　］　、、、制御系、４１
ａ、４２ａ位１指令コントローラ、　４　ｌ　ｂ、　４
２ｂ、、、駆動系、　５５．５７．、、ＰＩＤ調節器、
　５６．５８．。 、ゲイン調整器、　１００，１０３，１０４．、、ＰＩ
Ｄ調節手段、　１０１　、、、ｌ［動系、　１０２，１
０５、、、ゲイン調整手段、Ｗ、１．工作物。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）目標値とフィードバックされる応答値との偏差に
   基づき、ＰＩＤ調節手段により操作量を求めて該操作量
   により駆動系を制御するフィードバック制御装置におい
   て、 目標値とフィードバックされる応答値との比が予め設定
   した許容値を超える場合は、その比が許容値以内となる
   ように前記ＰＩＤ調節手段に対してゲインの調整を行う
   ゲイン調整手段を設けたことを特徴とするフィードバッ
   ク制御装置。
2. （２）工作物の非真円形状を決定する目標値の周波数成
   分を帯域分離し、その高周波成分を指令値として駆動さ
   れ、フィードバックされる応答値との偏差に基づいてＰ
   ＩＤ調節手段により求めた操作量により制御される圧電
   アクチュエータと、低周波成分を指令値として駆動され
   、フィードバックされる応答値との偏差に基づいてＰＩ
   Ｄ調節手段により求めた操作量により制御されるリニア
   モータとの複合動作により、工作物の回転に同期して切
   削工具を進退駆動させ該工作物を非真円形状に切削加工
   する非真円創成装置において、リニアモータの指令値と
   フィードバックされる応答値との比が予め設定した許容
   値を超える場合は、その比が許容値以内となるように前
   記ＰＩＤ調節手段に対してゲインの調整を行うゲイン調
   整手段を設けたことを特徴とする非真円創成装置。