JPH06289917A - 推定外乱負荷トルクによるサーボモータ制御方法 - Google Patents
推定外乱負荷トルクによるサーボモータ制御方法Info
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- JPH06289917A JPH06289917A JP9380493A JP9380493A JPH06289917A JP H06289917 A JPH06289917 A JP H06289917A JP 9380493 A JP9380493 A JP 9380493A JP 9380493 A JP9380493 A JP 9380493A JP H06289917 A JPH06289917 A JP H06289917A
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- servo motor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 工作機械の送り軸に加わる負荷が高くなると
送り速度を低下させ、さらには加工を停止し加工精度の
向上と工具、機械の保安を図る。 【構成】 外乱推定オブザーバによって推定された送り
軸のサーボモータに加わる外乱負荷トルクＴd2が、設定
基準値Ｔ１，Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）間にあるときには（Ａ
１，Ａ２，Ａ７）、オーバライド値ＯＶを設定量αだけ
順次下げる（Ａ８）。その結果送り速度は遅くなる。外
乱負荷トルクＴd2が基準値Ｔ１より小さくなるとオーバ
ライド値ＯＶが１００％になるまで上昇させる（Ａ３〜
Ａ５）。また、外乱負荷トルクＴd2が基準値Ｔ２を越え
ると、オーバライド値ＯＶを「０」として送りを停止
し、加工を停止する（Ａ９）。送り軸に加わる負荷が大
きくなると送り速度が低下し、負荷を軽減させるので加
工精度を維持する。また、負荷が異常に高く基準値Ｔ２
を越えると加工を停止し、機械，工具を保護する。
送り速度を低下させ、さらには加工を停止し加工精度の
向上と工具、機械の保安を図る。 【構成】 外乱推定オブザーバによって推定された送り
軸のサーボモータに加わる外乱負荷トルクＴd2が、設定
基準値Ｔ１，Ｔ２（Ｔ２＞Ｔ１）間にあるときには（Ａ
１，Ａ２，Ａ７）、オーバライド値ＯＶを設定量αだけ
順次下げる（Ａ８）。その結果送り速度は遅くなる。外
乱負荷トルクＴd2が基準値Ｔ１より小さくなるとオーバ
ライド値ＯＶが１００％になるまで上昇させる（Ａ３〜
Ａ５）。また、外乱負荷トルクＴd2が基準値Ｔ２を越え
ると、オーバライド値ＯＶを「０」として送りを停止
し、加工を停止する（Ａ９）。送り軸に加わる負荷が大
きくなると送り速度が低下し、負荷を軽減させるので加
工精度を維持する。また、負荷が異常に高く基準値Ｔ２
を越えると加工を停止し、機械，工具を保護する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、工作機械の送り軸を駆
動制御するサーボモータの制御方法に関し、特に、機械
の保安及び加工精度を向上させるサーボモータの制御方
法に関する。
動制御するサーボモータの制御方法に関し、特に、機械
の保安及び加工精度を向上させるサーボモータの制御方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械において、加工精度の維持や、
機械系の衝突防止、さらには切込量の設定ミスによる工
具破損等の防止のために、送り速度（ワークに対する工
具の相対送り速度）を制御する方法として、モータへの
トルク指令を監視し、このトルク指令値に基づいて送り
速度を調整する方法や、加工プログラムから、予め切削
による負荷の度合いを予測し、この予測に基づいて送り
速度を予め決定して設定する方法等が採られている。ま
た、サーボモータで駆動される被駆動体（工具やテーブ
ル等）が他の物体に衝突したことを検出する方法とし
て、外乱推定オブザーバによって外乱負荷トルクを推定
し、この推定外乱負荷トルクが所定値以上になったこと
を検出することによって衝突を検出する方法も特開平３
−１９６３１３号公報で公知である。
機械系の衝突防止、さらには切込量の設定ミスによる工
具破損等の防止のために、送り速度（ワークに対する工
具の相対送り速度）を制御する方法として、モータへの
トルク指令を監視し、このトルク指令値に基づいて送り
速度を調整する方法や、加工プログラムから、予め切削
による負荷の度合いを予測し、この予測に基づいて送り
速度を予め決定して設定する方法等が採られている。ま
た、サーボモータで駆動される被駆動体（工具やテーブ
ル等）が他の物体に衝突したことを検出する方法とし
て、外乱推定オブザーバによって外乱負荷トルクを推定
し、この推定外乱負荷トルクが所定値以上になったこと
を検出することによって衝突を検出する方法も特開平３
−１９６３１３号公報で公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した送り速度の調
整方法において、サーボモータへのトルク指令を監視
し、そのトルク指令値に応じて送り速度を調整する方法
では、トルク指令値には加減速トルク等の外乱トルク以
外のトルクも含まれるので正確な調整ができない。ま
た、加工プログラムから負荷の度合いを予測し、予め送
り速度を決定する方法では、予測した負荷と実際の負荷
が異なり、設定されている送り速度が適切でない場合が
生じたり、プログラムミスに対応できないという問題が
ある。
整方法において、サーボモータへのトルク指令を監視
し、そのトルク指令値に応じて送り速度を調整する方法
では、トルク指令値には加減速トルク等の外乱トルク以
外のトルクも含まれるので正確な調整ができない。ま
た、加工プログラムから負荷の度合いを予測し、予め送
り速度を決定する方法では、予測した負荷と実際の負荷
が異なり、設定されている送り速度が適切でない場合が
生じたり、プログラムミスに対応できないという問題が
ある。
【０００４】そこで、本発明の目的は、工作機械の送り
軸を駆動するサーボモータに加わる負荷のみを推定し、
該推定負荷によって異常負荷を検出するときの異常負荷
検出レベルを切削状態等に応じて任意に変更できる推定
外乱負荷トルクによるサーボモータ制御方法を提供する
ことにある。
軸を駆動するサーボモータに加わる負荷のみを推定し、
該推定負荷によって異常負荷を検出するときの異常負荷
検出レベルを切削状態等に応じて任意に変更できる推定
外乱負荷トルクによるサーボモータ制御方法を提供する
ことにある。
【０００５】さらに、本発明は、異常負荷レベルを送り
速度を低下させ加工精度を保持させるレベルと、機械、
工具、ワーク等を保護するためのモータを停止させるレ
ベルの２段階とした推定外乱負荷トルクによるサーボモ
ータ制御方法を提供することにある。
速度を低下させ加工精度を保持させるレベルと、機械、
工具、ワーク等を保護するためのモータを停止させるレ
ベルの２段階とした推定外乱負荷トルクによるサーボモ
ータ制御方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、工作機械の送
り軸を駆動制御するサーボモータの制御方法において、
外乱推定オブザーバによってサーボモータに加わる外乱
負荷トルクを推定し、該推定外乱負荷トルクが予め選択
設定された基準値を越えるとサーボモータの速度を下げ
るようにした。特に、上記外乱推定オブザーバはサーボ
モータに指令されるトルク指令値とサーボモータの実速
度から外乱負荷トルクを推定する。また、サーボモータ
の速度の調整は、所定周期毎、推定外乱負荷トルクを検
出し、設定基準値を越えているとサーボモータへの指令
速度を減少させ、設定基準値以下であると設定指令速度
に達してなければ該指令速度を上昇させることによって
行う。しかも、その速度調整には、工作機械において速
度調節として使用されるオーバライド値を所定量変更す
ることによって行う。
り軸を駆動制御するサーボモータの制御方法において、
外乱推定オブザーバによってサーボモータに加わる外乱
負荷トルクを推定し、該推定外乱負荷トルクが予め選択
設定された基準値を越えるとサーボモータの速度を下げ
るようにした。特に、上記外乱推定オブザーバはサーボ
モータに指令されるトルク指令値とサーボモータの実速
度から外乱負荷トルクを推定する。また、サーボモータ
の速度の調整は、所定周期毎、推定外乱負荷トルクを検
出し、設定基準値を越えているとサーボモータへの指令
速度を減少させ、設定基準値以下であると設定指令速度
に達してなければ該指令速度を上昇させることによって
行う。しかも、その速度調整には、工作機械において速
度調節として使用されるオーバライド値を所定量変更す
ることによって行う。
【０００７】さらに、上記設定基準値より大きい機械、
工具、ワーク等を保護するための第２基準値を設け、該
第２基準値より推定外乱負荷トルクが大きくなるとサー
ボモータの駆動を停止し、工具やワークおよび機械を異
常負荷から保護する。上記設定基準値や第２基準値は工
具や該工具で切削されるワークの材質等で決まる切削状
態に応じて予め設定できるようにする。
工具、ワーク等を保護するための第２基準値を設け、該
第２基準値より推定外乱負荷トルクが大きくなるとサー
ボモータの駆動を停止し、工具やワークおよび機械を異
常負荷から保護する。上記設定基準値や第２基準値は工
具や該工具で切削されるワークの材質等で決まる切削状
態に応じて予め設定できるようにする。
【０００８】
【作用】外乱推定オブザーバによって、送り軸を駆動す
るサーボモータに加わる外乱負荷トルクを推定するか
ら、送り軸に加わる負荷を正確に推定することができ、
該推定外乱負荷トルクが高くなった場合には、当然負荷
が高くなったときであるから、推定外乱負荷トルクが設
定基準値を越えると、オーバライド値を下げる等の処理
をして送り速度を低下させて負荷を低下させ、加工精度
の低下を防止する。さらに、設定基準値より大きい第２
基準値より推定外乱負荷トルクが大きくなると、工具や
ワークさらには機械の保安のためにサーボモータの駆動
を停止させる。この設定基準値や第２基準値は、工具や
ワークの材質等で決まる切削状態に応じて、加工精度
や、工具，ワーク，機械の保護等を考慮して任意に設定
変更できるようにする。
るサーボモータに加わる外乱負荷トルクを推定するか
ら、送り軸に加わる負荷を正確に推定することができ、
該推定外乱負荷トルクが高くなった場合には、当然負荷
が高くなったときであるから、推定外乱負荷トルクが設
定基準値を越えると、オーバライド値を下げる等の処理
をして送り速度を低下させて負荷を低下させ、加工精度
の低下を防止する。さらに、設定基準値より大きい第２
基準値より推定外乱負荷トルクが大きくなると、工具や
ワークさらには機械の保安のためにサーボモータの駆動
を停止させる。この設定基準値や第２基準値は、工具や
ワークの材質等で決まる切削状態に応じて、加工精度
や、工具，ワーク，機械の保護等を考慮して任意に設定
変更できるようにする。
【０００９】
【実施例】図１は、位置に対し比例（Ｐ）制御を行い、
速度に対し比例，積分（ＰＩ）制御を行う工作機械の送
り軸を駆動するサーボモータの制御系に、外乱負荷トル
クを推定するオブザーバを適用したときのブロック線図
である。項１のＫP は位置ループにおける比例ゲイン、
項２は速度ループにおける伝達関数で、Ｋ1 は積分定
数、Ｋ2 は比例定数である。また、項３，４はモータの
伝達関数で、Ｋｔはトルク定数、Ｊはイナーシャであ
り、項５は速度ｖを積分して位置θを算出する伝達関数
である。また、ＴL は外乱負荷トルクである。なお、Ｓ
はラプラス演算子である。
速度に対し比例，積分（ＰＩ）制御を行う工作機械の送
り軸を駆動するサーボモータの制御系に、外乱負荷トル
クを推定するオブザーバを適用したときのブロック線図
である。項１のＫP は位置ループにおける比例ゲイン、
項２は速度ループにおける伝達関数で、Ｋ1 は積分定
数、Ｋ2 は比例定数である。また、項３，４はモータの
伝達関数で、Ｋｔはトルク定数、Ｊはイナーシャであ
り、項５は速度ｖを積分して位置θを算出する伝達関数
である。また、ＴL は外乱負荷トルクである。なお、Ｓ
はラプラス演算子である。
【００１０】位置指令値θｒから現在位置θのフィード
バック値を減算し、その差の位置偏差ε（＝θｒ−θ）
に比例定数ＫP を乗じ、速度指令値を求め、該速度指令
値と実速度ｖとの差（速度偏差）によってＰＩ制御を行
ってトルク指令（電流指令）Ｉを求め、該トルク指令Ｉ
に基づいてモータモータ電流を制御してモータを駆動す
る。モータは速度ｖで回転し、この速度ｖを積分して位
置θが求められる。
バック値を減算し、その差の位置偏差ε（＝θｒ−θ）
に比例定数ＫP を乗じ、速度指令値を求め、該速度指令
値と実速度ｖとの差（速度偏差）によってＰＩ制御を行
ってトルク指令（電流指令）Ｉを求め、該トルク指令Ｉ
に基づいてモータモータ電流を制御してモータを駆動す
る。モータは速度ｖで回転し、この速度ｖを積分して位
置θが求められる。
【００１１】このようなサーボモータ制御系において、
外乱負荷トルクを推定する場合、トルク指令Ｉとモータ
速度ｖによって外乱負荷トルクを推定する外乱推定オブ
ザーバ６が図１に示すように組み込まれる。外乱推定オ
ブザーバ６の項６２，６３のＫ3 ，Ｋ4 は外乱推定オブ
ザーバのパラメータであり、項６１は実際にサーボモー
タに出力されるトルク指令としての電流値Ｉに乗じるパ
ラメータの値でモータのトルク定数の推定値Ｋt * をイ
ナーシャの推定値Ｊ* で除した値である。６４は積分項
である。
外乱負荷トルクを推定する場合、トルク指令Ｉとモータ
速度ｖによって外乱負荷トルクを推定する外乱推定オブ
ザーバ６が図１に示すように組み込まれる。外乱推定オ
ブザーバ６の項６２，６３のＫ3 ，Ｋ4 は外乱推定オブ
ザーバのパラメータであり、項６１は実際にサーボモー
タに出力されるトルク指令としての電流値Ｉに乗じるパ
ラメータの値でモータのトルク定数の推定値Ｋt * をイ
ナーシャの推定値Ｊ* で除した値である。６４は積分項
である。
【００１２】この図１のブロック図をＫt ＝Ｋt * 、Ｊ
＝Ｊ* として解析すると、 {Ｉ・Ｋt ＋ＴL }（１／Ｊ・Ｓ）＝ｖ …（１） {Ｉ・ (Ｋt ／Ｊ) ＋ (ｖ−ｖａ) Ｋ3 ＋ (ｖ−ｖａ)(Ｋ4 ／Ｓ)} (１／Ｓ) ＝ｖａ …（２） （なお、ｖａは積分項６４の出力で推定速度） 第（１）式より Ｉ＝（ｖ・Ｊ・Ｓ−ＴL ）／Ｋｔ …（３） 第（２）式に第（３）式を代入し整理すると、 （ｖ・Ｊ・Ｓ−ＴL ）／Ｊ＋（ｖ−ｖａ）Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ4 ／Ｓ）＝ｖａ・Ｓ …（４） Ｓ（ｖ−ｖａ）＋（ｖ−ｖａ）・Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ4 ／Ｓ）＝ＴL ／Ｊ …（５） 第（５）式より Ｖerr ＝（ｖ−ｖa ） ＝（ＴL ／Ｊ）［１／｛Ｓ＋Ｋ3 ＋（Ｋ4 ／Ｓ）｝ …（６） 上記第６式より項６３の出力Ｔd1は次の第７式で示され
る。
＝Ｊ* として解析すると、 {Ｉ・Ｋt ＋ＴL }（１／Ｊ・Ｓ）＝ｖ …（１） {Ｉ・ (Ｋt ／Ｊ) ＋ (ｖ−ｖａ) Ｋ3 ＋ (ｖ−ｖａ)(Ｋ4 ／Ｓ)} (１／Ｓ) ＝ｖａ …（２） （なお、ｖａは積分項６４の出力で推定速度） 第（１）式より Ｉ＝（ｖ・Ｊ・Ｓ−ＴL ）／Ｋｔ …（３） 第（２）式に第（３）式を代入し整理すると、 （ｖ・Ｊ・Ｓ−ＴL ）／Ｊ＋（ｖ−ｖａ）Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ4 ／Ｓ）＝ｖａ・Ｓ …（４） Ｓ（ｖ−ｖａ）＋（ｖ−ｖａ）・Ｋ3 ＋（ｖ−ｖａ）（Ｋ4 ／Ｓ）＝ＴL ／Ｊ …（５） 第（５）式より Ｖerr ＝（ｖ−ｖa ） ＝（ＴL ／Ｊ）［１／｛Ｓ＋Ｋ3 ＋（Ｋ4 ／Ｓ）｝ …（６） 上記第６式より項６３の出力Ｔd1は次の第７式で示され
る。
【００１３】 Ｔd1＝Ｖerr ・（Ｋ4 ／Ｓ） ＝（ＴL ／Ｊ）｛Ｋ4 ／（Ｓ2 ＋Ｋ3 ・Ｓ＋Ｋ4 ） …（７） 第７式において、パラメータＫ3 ，Ｋ4 を極が安定する
ように選択すると、Ｔd1＝ＴL ／Ｊと近似することがで
き、全外乱トルクＴL を推定することができることを示
している。そして、この全外乱トルクＴL から摩擦トル
ク相当分として速度Ｖに比例する値（ｋ・ｖ）を減じ
て、更に、項６５でパラメータＪ* ／Ｋt * （Ｊ* はイ
ナーシャ推定値，Ｋt * はトルク定数の推定値）を乗じ
て、推定外乱負荷トルクＴd2を求める。そして、こうし
て求められた推定外乱負荷トルクＴd2の大きさによっ
て、本発明は工具の送り速度（ワークに対する工具の相
対送り速度）を制御するようにする。
ように選択すると、Ｔd1＝ＴL ／Ｊと近似することがで
き、全外乱トルクＴL を推定することができることを示
している。そして、この全外乱トルクＴL から摩擦トル
ク相当分として速度Ｖに比例する値（ｋ・ｖ）を減じ
て、更に、項６５でパラメータＪ* ／Ｋt * （Ｊ* はイ
ナーシャ推定値，Ｋt * はトルク定数の推定値）を乗じ
て、推定外乱負荷トルクＴd2を求める。そして、こうし
て求められた推定外乱負荷トルクＴd2の大きさによっ
て、本発明は工具の送り速度（ワークに対する工具の相
対送り速度）を制御するようにする。
【００１４】図２は本発明の方法を実施するサーボモー
タ制御系の要部ブロック図で、１０は工作機械を制御す
る数値制御装置で、該数値制御装置から移動指令，各種
制御信号が共有メモリ１１を介してディジタルサーボ回
路１２に出力される。ディジタルサーボ回路１２は、プ
ロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成され、位置、速度等
のサーボ制御をディジタル的に制御し、トランジスタイ
ンバータ等で構成されるサーボアンプ１３を介して各軸
のサーボモータ１４を制御するものである。また、１５
は位置、速度を検出する位置速度検出器でサーボモータ
のモータ軸に取り付けられたパルスコーダ等で構成さ
れ、ディジタルサーボ回路１２に位置、速度フィードバ
ック信号を出力している。なお、上記図２には１軸のサ
ーボ系のみを記載しているが、各軸毎に同様な構成を有
しており、これらの構成は、従来から公知のディジタル
サーボ回路の構成と同一である。
タ制御系の要部ブロック図で、１０は工作機械を制御す
る数値制御装置で、該数値制御装置から移動指令，各種
制御信号が共有メモリ１１を介してディジタルサーボ回
路１２に出力される。ディジタルサーボ回路１２は、プ
ロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等で構成され、位置、速度等
のサーボ制御をディジタル的に制御し、トランジスタイ
ンバータ等で構成されるサーボアンプ１３を介して各軸
のサーボモータ１４を制御するものである。また、１５
は位置、速度を検出する位置速度検出器でサーボモータ
のモータ軸に取り付けられたパルスコーダ等で構成さ
れ、ディジタルサーボ回路１２に位置、速度フィードバ
ック信号を出力している。なお、上記図２には１軸のサ
ーボ系のみを記載しているが、各軸毎に同様な構成を有
しており、これらの構成は、従来から公知のディジタル
サーボ回路の構成と同一である。
【００１５】図３は、ディジタルサーボ回路３のプロセ
ッサが速度ループ処理周期毎に実施する速度ループ処理
及び上記外乱推定オブザーバの処理のフローチャートで
ある。なお、予め、オブザーバを構成する定数Ｋ3 、Ｋ
4 、トルク定数推定値Ｋt *、イナーシャ推定値Ｊ* 及
び推定摩擦トルクの係数ｋをディジタルサーボ回路１２
内に設定しておく。また、数値制御装置には、速度制限
区間として速度制限を開始させて加工精度の低下を防止
する負荷レベルの下限基準値Ｔ１と、加工を停止させて
機械、工具、ワーク等を保護するための負荷レベルの上
限基準値Ｔ２を使用する工具やワーク材質等に応じて選
択設定しておく。ディジタルサーボ回路１２のプロセッ
サは速度ループ処理周期毎に図３に示す処理を実行す
る。
ッサが速度ループ処理周期毎に実施する速度ループ処理
及び上記外乱推定オブザーバの処理のフローチャートで
ある。なお、予め、オブザーバを構成する定数Ｋ3 、Ｋ
4 、トルク定数推定値Ｋt *、イナーシャ推定値Ｊ* 及
び推定摩擦トルクの係数ｋをディジタルサーボ回路１２
内に設定しておく。また、数値制御装置には、速度制限
区間として速度制限を開始させて加工精度の低下を防止
する負荷レベルの下限基準値Ｔ１と、加工を停止させて
機械、工具、ワーク等を保護するための負荷レベルの上
限基準値Ｔ２を使用する工具やワーク材質等に応じて選
択設定しておく。ディジタルサーボ回路１２のプロセッ
サは速度ループ処理周期毎に図３に示す処理を実行す
る。
【００１６】まず、位置ループ処理によって求められた
速度指令Ｖcmd と位置速度検出器１５からフィードバッ
クされるサーボモータの実速度である速度フィードバッ
ク値ｖを読み（ステップＳ１）、この速度指令Ｖcmd と
速度フィードバック値ｖより従来と同様に速度ループ処
理を行いトルク指令Ｉを求め、電流ループに引き渡す
（ステップＳ２）。次に、外乱推定オブザーバの処理を
開始する。ステップＳ１で読み取った速度フィードバッ
ク値ｖからレジスタＲ（ｖａ）に記憶する推定速度ｖａ
を減じて実速度と推定速度の差Ｖerr を求める（ステッ
プＳ３）。更に、該差Ｖerr に設定定数Ｋ4 を乗じた値
を全外乱推定値Ｔd1を記憶するアキュムレータに加算し
当該周期における全外乱推定値Ｔd1を求める（ステップ
Ｓ４）。すなわち、ステップＳ４の処理は図１における
要素６３の処理である。
速度指令Ｖcmd と位置速度検出器１５からフィードバッ
クされるサーボモータの実速度である速度フィードバッ
ク値ｖを読み（ステップＳ１）、この速度指令Ｖcmd と
速度フィードバック値ｖより従来と同様に速度ループ処
理を行いトルク指令Ｉを求め、電流ループに引き渡す
（ステップＳ２）。次に、外乱推定オブザーバの処理を
開始する。ステップＳ１で読み取った速度フィードバッ
ク値ｖからレジスタＲ（ｖａ）に記憶する推定速度ｖａ
を減じて実速度と推定速度の差Ｖerr を求める（ステッ
プＳ３）。更に、該差Ｖerr に設定定数Ｋ4 を乗じた値
を全外乱推定値Ｔd1を記憶するアキュムレータに加算し
当該周期における全外乱推定値Ｔd1を求める（ステップ
Ｓ４）。すなわち、ステップＳ４の処理は図１における
要素６３の処理である。
【００１７】次に、推定速度ｖａを記憶するレジスタＲ
（ｖａ）にステップＳ４で求めた全外乱推定値Ｔd1を加
算すると共にステップＳ３で求めた差Ｖerr に定数Ｋ3
を乗じた値を加算し、更に、レジスタＲ（Ｉ）に記憶す
る前周期で読み込んだトルク指令Ｉに推定トルク定数と
推定イナーシャの比（Ｋt * ／Ｊ* ）を乗じた値を加算
し当該周期の速度推定値ｖａを求め、レジスタＲ（ｖ
ａ）に格納する（ステップＳ５）。すなわち、ステップ
Ｓ５の処理は、図１における要素６１及び要素６４等の
処理によって推定速度ｖａを求める処理である。
（ｖａ）にステップＳ４で求めた全外乱推定値Ｔd1を加
算すると共にステップＳ３で求めた差Ｖerr に定数Ｋ3
を乗じた値を加算し、更に、レジスタＲ（Ｉ）に記憶す
る前周期で読み込んだトルク指令Ｉに推定トルク定数と
推定イナーシャの比（Ｋt * ／Ｊ* ）を乗じた値を加算
し当該周期の速度推定値ｖａを求め、レジスタＲ（ｖ
ａ）に格納する（ステップＳ５）。すなわち、ステップ
Ｓ５の処理は、図１における要素６１及び要素６４等の
処理によって推定速度ｖａを求める処理である。
【００１８】次に、ステップＳ２で読み込んだトルク指
令値ＩをレジスタＲ（Ｉ）を格納し（ステップＳ６）、
ステップＳ４で求めた全外乱推定値Ｔd1から速度に比例
する摩擦トルクｋ・ｖを減じた値に推定イナーシャと推
定トルク定数の比（Ｊ* ／Ｋt * ）を乗じて摩擦トルク
を除去した推定外乱負荷トルクＴd2を求める（ステップ
Ｓ７）。すなわち、全推定外乱値Ｔd1、設定係数ｋ、及
びステップＳ１で読み込んだ速度フィードバック値Ｖ、
推定イナーシャと推定トルク定数の比（Ｊ* ／Ｋt * ）
より、次の演算を行って推定外乱負荷トルクＴd2を求め
る。
令値ＩをレジスタＲ（Ｉ）を格納し（ステップＳ６）、
ステップＳ４で求めた全外乱推定値Ｔd1から速度に比例
する摩擦トルクｋ・ｖを減じた値に推定イナーシャと推
定トルク定数の比（Ｊ* ／Ｋt * ）を乗じて摩擦トルク
を除去した推定外乱負荷トルクＴd2を求める（ステップ
Ｓ７）。すなわち、全推定外乱値Ｔd1、設定係数ｋ、及
びステップＳ１で読み込んだ速度フィードバック値Ｖ、
推定イナーシャと推定トルク定数の比（Ｊ* ／Ｋt * ）
より、次の演算を行って推定外乱負荷トルクＴd2を求め
る。
【００１９】Ｔd2＝（Ｊ* ／Ｋt * ）（Ｔd1−ｋ・ｖ） こうして求められた推定外乱負荷トルクＴd2を共有メモ
リ１１に書き込み（ステップＳ８）、当該速度ループの
処理を終了する。以下、速度ループ処理周期毎上記処理
が実行され、時事刻々変化する推定外乱負荷トルクＴd2
が共有メモリ１１に書き込まれることになる。一方、数
値制御装置１０内のシーケンス制御を実行するＰＭＣ
（プログラマブル・マシンコントローラ）用プロセッサ
は、所定周期（上記速度ループ処理周期より長い）毎、
図４に示す処理を実行する。
リ１１に書き込み（ステップＳ８）、当該速度ループの
処理を終了する。以下、速度ループ処理周期毎上記処理
が実行され、時事刻々変化する推定外乱負荷トルクＴd2
が共有メモリ１１に書き込まれることになる。一方、数
値制御装置１０内のシーケンス制御を実行するＰＭＣ
（プログラマブル・マシンコントローラ）用プロセッサ
は、所定周期（上記速度ループ処理周期より長い）毎、
図４に示す処理を実行する。
【００２０】まず、共有メモリ１１より推定外乱負荷ト
ルクＴd2を読み取り（ステップＡ１）、該推定外乱負荷
トルクＴd2の絶対値が速度制限区間として設定された下
限基準値Ｔ１と上限基準値Ｔ２の間の値か否か判断し
（ステップＡ２，Ａ７）、推定外乱負荷トルクＴd2の絶
対値が下限基準値Ｔ１より小さいと、現在設定されてい
るオーバライド値ＯＶが１００％より小さいか否か判断
し、小さければ、該オーバライド値ＯＶに設定量α加算
し新しいオーバライド値ＯＶとする。また、すでにオー
バライド値ＯＶが１００％であれば、そのままオーバラ
イド値ＯＶを１００％に保持する（ステップＡ３〜Ａ
５）。
ルクＴd2を読み取り（ステップＡ１）、該推定外乱負荷
トルクＴd2の絶対値が速度制限区間として設定された下
限基準値Ｔ１と上限基準値Ｔ２の間の値か否か判断し
（ステップＡ２，Ａ７）、推定外乱負荷トルクＴd2の絶
対値が下限基準値Ｔ１より小さいと、現在設定されてい
るオーバライド値ＯＶが１００％より小さいか否か判断
し、小さければ、該オーバライド値ＯＶに設定量α加算
し新しいオーバライド値ＯＶとする。また、すでにオー
バライド値ＯＶが１００％であれば、そのままオーバラ
イド値ＯＶを１００％に保持する（ステップＡ３〜Ａ
５）。
【００２１】また、推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が
速度制限区間内（Ｔ１≦｜Ｔd2｜＜Ｔ２）であると（ス
テップＡ２，Ａ７）、現在設定されているオーバライド
値ＯＶから設定量αを減じて新しいオーバライド値ＯＶ
とする（ステップＡ８）。さらに、推定外乱負荷トルク
Ｔd2の絶対値が速度制限区間の上限基準値Ｔ２以上にな
ると、切削加工を実行することが危険であるとしてオー
バライド値ＯＶを「０」にセットする。
速度制限区間内（Ｔ１≦｜Ｔd2｜＜Ｔ２）であると（ス
テップＡ２，Ａ７）、現在設定されているオーバライド
値ＯＶから設定量αを減じて新しいオーバライド値ＯＶ
とする（ステップＡ８）。さらに、推定外乱負荷トルク
Ｔd2の絶対値が速度制限区間の上限基準値Ｔ２以上にな
ると、切削加工を実行することが危険であるとしてオー
バライド値ＯＶを「０」にセットする。
【００２２】サーボモータへ指令される送り速度は加工
プログラムで指令された送り速度（指令速度）にオーバ
ライド値ＯＶを乗じたものであるから、推定外乱負荷ト
ルクＴd2の絶対値が速度制限区間内では、オーバライド
値ＯＶが順次減少し、実際の送り速度は低下する。ま
た、推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が速度制限区間と
して設定された下限基準値Ｔ１以下であると、オーバラ
イド値ＯＶが１００％になるまで、順次設定量αづづ増
加し、送り速度を増加させ、オーバライド値ＯＶが１０
０％になると、以後は指令速度でサーボモータを駆動す
ることになる。また、オーバライド値ＯＶが「０」に設
定されると送り速度も「０」となり加工が停止すること
になる。
プログラムで指令された送り速度（指令速度）にオーバ
ライド値ＯＶを乗じたものであるから、推定外乱負荷ト
ルクＴd2の絶対値が速度制限区間内では、オーバライド
値ＯＶが順次減少し、実際の送り速度は低下する。ま
た、推定外乱負荷トルクＴd2の絶対値が速度制限区間と
して設定された下限基準値Ｔ１以下であると、オーバラ
イド値ＯＶが１００％になるまで、順次設定量αづづ増
加し、送り速度を増加させ、オーバライド値ＯＶが１０
０％になると、以後は指令速度でサーボモータを駆動す
ることになる。また、オーバライド値ＯＶが「０」に設
定されると送り速度も「０」となり加工が停止すること
になる。
【００２３】図５はこの実施例における動作を説明する
図である。加工が開始され、推定外乱負荷トルクＴd2の
絶対値が速度制限区間として設定された下限基準値Ｔ１
以下である区間においては、サーボモータは加工プログ
ラムで指令された送り速度で駆動され、指令速度で工具
をワークに対して相対的に移動させる。推定外乱負荷ト
ルクＴd2の絶対値が速度制限区間の下限基準値Ｔ１以上
になると、前述したようにオーバライド値が所定周期ご
と設定値αだけ順次低下するので、実際の送り速度指令
は、指令送り速度にオーバライド値が乗じられたもので
あるからモータの送り速度は順次低下する。その結果、
サーボモータに加わる負荷が減少し、推定外乱負荷トル
クＴd2の絶対値が速度制限区間の下限基準値Ｔ１より小
さくなると、再び、オーバライド値は各周期毎設定量α
だけ順次増大され、該オーバライド値が１００％となる
と、以後はオーバライド値は１００％に固定され、指令
送り速度でサーボモータは駆動されることになる。
図である。加工が開始され、推定外乱負荷トルクＴd2の
絶対値が速度制限区間として設定された下限基準値Ｔ１
以下である区間においては、サーボモータは加工プログ
ラムで指令された送り速度で駆動され、指令速度で工具
をワークに対して相対的に移動させる。推定外乱負荷ト
ルクＴd2の絶対値が速度制限区間の下限基準値Ｔ１以上
になると、前述したようにオーバライド値が所定周期ご
と設定値αだけ順次低下するので、実際の送り速度指令
は、指令送り速度にオーバライド値が乗じられたもので
あるからモータの送り速度は順次低下する。その結果、
サーボモータに加わる負荷が減少し、推定外乱負荷トル
クＴd2の絶対値が速度制限区間の下限基準値Ｔ１より小
さくなると、再び、オーバライド値は各周期毎設定量α
だけ順次増大され、該オーバライド値が１００％となる
と、以後はオーバライド値は１００％に固定され、指令
送り速度でサーボモータは駆動されることになる。
【００２４】送り速度の制限を開始する速度制限区間の
下限基準値Ｔ１及び、送りを止め加工を停止させる上限
基準値Ｔ２は、工具とワークの切削状態に応じて任意に
設定されるものである。例えば、切削しようとするワー
クが固く、重切削になる場合には、上記下限，上限基準
値Ｔ１，Ｔ２を大きくし、速度制限を行う異常負荷検出
レベル、加工を停止する異常負荷検出レベルを上げるよ
うにする。逆に、工具が固い素材で作成され、折れやす
い場合には上記下限，上限基準値Ｔ１，Ｔ２を小さく
し、速度制限開始レベル、加工停止レベルを低下して工
具の破損を防止する。
下限基準値Ｔ１及び、送りを止め加工を停止させる上限
基準値Ｔ２は、工具とワークの切削状態に応じて任意に
設定されるものである。例えば、切削しようとするワー
クが固く、重切削になる場合には、上記下限，上限基準
値Ｔ１，Ｔ２を大きくし、速度制限を行う異常負荷検出
レベル、加工を停止する異常負荷検出レベルを上げるよ
うにする。逆に、工具が固い素材で作成され、折れやす
い場合には上記下限，上限基準値Ｔ１，Ｔ２を小さく
し、速度制限開始レベル、加工停止レベルを低下して工
具の破損を防止する。
【００２５】
【発明の効果】本発明は、外乱推定オブザーバによって
工作機械の送り軸を駆動するサーボモータに加わる負荷
を推定して、該負荷が設定基準値以上になると送り速度
を低下させて負荷の軽減を図ったから、加工精度の低下
を防止し、さらには工具の破損を未然に防止できる。特
に、外乱推定オブザーバによって、実際に加わる負荷を
推定するから、送り速度の調整が正確となる。また、推
定外乱負荷トルクが上記設定基準値よりも大きい第２基
準値を越えると、加工を停止するようにしたから、該第
２基準値を工具やワークの破損、さらには機械の保安上
それ以上負荷が加わっては好ましくない値に設定してお
けば、工具やワークの破損の防止や機械の保安になる。
そして、上記設定基準値や第２基準値の値を工具やワー
クの材質等で決まる切削状態に応じて任意に設定できる
ようにしたので、どのような加工にも適用でき、加工精
度を向上させると共に、工具，ワーク，機械の保安を向
上させることができ、工具の寿命も長くすることができ
る。
工作機械の送り軸を駆動するサーボモータに加わる負荷
を推定して、該負荷が設定基準値以上になると送り速度
を低下させて負荷の軽減を図ったから、加工精度の低下
を防止し、さらには工具の破損を未然に防止できる。特
に、外乱推定オブザーバによって、実際に加わる負荷を
推定するから、送り速度の調整が正確となる。また、推
定外乱負荷トルクが上記設定基準値よりも大きい第２基
準値を越えると、加工を停止するようにしたから、該第
２基準値を工具やワークの破損、さらには機械の保安上
それ以上負荷が加わっては好ましくない値に設定してお
けば、工具やワークの破損の防止や機械の保安になる。
そして、上記設定基準値や第２基準値の値を工具やワー
クの材質等で決まる切削状態に応じて任意に設定できる
ようにしたので、どのような加工にも適用でき、加工精
度を向上させると共に、工具，ワーク，機械の保安を向
上させることができ、工具の寿命も長くすることができ
る。
【図１】サーボモータの制御系と外乱推定オブザーバの
ブロック線図である。
ブロック線図である。
【図２】本発明一実施例を実施する工作機械の制御系の
要部ブロック図である。
要部ブロック図である。
【図３】本発明の一実施例における速度ループ処理周期
毎の速度ループ処理および外乱推定オブザーバの処理の
フローチャートである。
毎の速度ループ処理および外乱推定オブザーバの処理の
フローチャートである。
【図４】同実施例における数値制御装置が実行する送り
速度調整処理のフローチャートである。
速度調整処理のフローチャートである。
【図５】同実施例における動作状態の説明図である。
６ 外乱推定オブザーバ １０ 数値制御装置（ＣＮＣ） １１ 共有メモリ １２ ディジタルサーボ回路 １３ サーボアンプ １４ サーボモータ １５ 位置・速度検出器
Claims (7)
- 【請求項１】 工作機械の送り軸を駆動制御するサーボ
モータの制御方法において、外乱推定オブザーバによっ
てサーボモータに加わる外乱負荷トルクを推定し、該推
定外乱負荷トルクが予め選択設定された基準値を越える
とサーボモータの速度を下げるようにした推定外乱負荷
トルクによるサーボモータ制御方法。 - 【請求項２】 上記外乱推定オブザーバはサーボモータ
に指令されるトルク指令値とサーボモータの実速度から
外乱負荷トルクを推定する請求項１記載の推定外乱負荷
トルクによるサーボモータ制御方法。 - 【請求項３】 所定周期毎、上記推定外乱負荷トルクを
検出し、上記設定基準値を越えているとサーボモータへ
の指令速度を減少させ、設定基準値以下であると設定指
令速度に達してなければ該指令速度を上昇させる請求項
１または請求項２記載の推定外乱負荷トルクによるサー
ボモータ制御方法。 - 【請求項４】 上記指令速度の増減は、各周期毎オーバ
ライド値を所定量変更することによって行う請求項３記
載の推定外乱負荷トルクによるサーボモータ制御方法。 - 【請求項５】 上記設定基準値より大きい第２基準値を
設け、該第２基準値より推定外乱負荷トルクが大きくな
るとサーボモータの駆動を停止するようにした請求項
１，請求項２，請求項３または請求項４記載の推定外乱
負荷トルクによるサーボモータ制御方法。 - 【請求項６】 上記設定基準値は工具と該工具で切削さ
れるワークとの切削状態に応じて予め設定される請求項
１，請求項２，請求項３または請求項４記載の推定外乱
負荷トルクによるサーボモータ制御方法。 - 【請求項７】 上記設定基準値及び第２基準値は工具と
該工具で切削されるワークとの切削状態に応じて予め設
定される請求項５記載の推定外乱負荷トルクによるサー
ボモータ制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9380493A JPH06289917A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 推定外乱負荷トルクによるサーボモータ制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9380493A JPH06289917A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 推定外乱負荷トルクによるサーボモータ制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06289917A true JPH06289917A (ja) | 1994-10-18 |
Family
ID=14092607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9380493A Pending JPH06289917A (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 推定外乱負荷トルクによるサーボモータ制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06289917A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09305235A (ja) * | 1996-05-10 | 1997-11-28 | Nec Corp | サーボモータの位置制御方法および制御装置 |
| US6291959B1 (en) | 1999-03-24 | 2001-09-18 | Makino Milling Machine Co., Ltd. | Method and apparatus for controlling numerically controlled machine tool |
| WO2009110101A1 (ja) * | 2008-03-04 | 2009-09-11 | 株式会社牧野フライス製作所 | 加工方法及び工作機械 |
| JP2010271880A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Keio Gijuku | 加工力監視システム及びをそれを用いた工作機械 |
| JP2018024040A (ja) * | 2016-08-09 | 2018-02-15 | 株式会社塩 | 数値制御研削装置、その制御装置、制御方法、及び制御プログラム |
| CN113517832A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-10-19 | 浙江工业大学 | 一种低压伺服离散线性自抗扰控制方法 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP9380493A patent/JPH06289917A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09305235A (ja) * | 1996-05-10 | 1997-11-28 | Nec Corp | サーボモータの位置制御方法および制御装置 |
| US6291959B1 (en) | 1999-03-24 | 2001-09-18 | Makino Milling Machine Co., Ltd. | Method and apparatus for controlling numerically controlled machine tool |
| WO2009110101A1 (ja) * | 2008-03-04 | 2009-09-11 | 株式会社牧野フライス製作所 | 加工方法及び工作機械 |
| JP5253493B2 (ja) * | 2008-03-04 | 2013-07-31 | 株式会社牧野フライス製作所 | 加工方法及び工作機械 |
| US8668412B2 (en) | 2008-03-04 | 2014-03-11 | Makino Milling Machine Co., Ltd. | Machining method and machine tool |
| JP2010271880A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Keio Gijuku | 加工力監視システム及びをそれを用いた工作機械 |
| JP2018024040A (ja) * | 2016-08-09 | 2018-02-15 | 株式会社塩 | 数値制御研削装置、その制御装置、制御方法、及び制御プログラム |
| CN113517832A (zh) * | 2021-06-16 | 2021-10-19 | 浙江工业大学 | 一种低压伺服离散线性自抗扰控制方法 |
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