KR20080079590A - Method and apparatus for compensating a stick motion generated at a quadrant changing position in nc machine tools - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 공작 기계의 테이블 등의 이송축을 구동하는 모터의 제어에 관한 것으로, 특히, 테이블에 부착된 피가공물을 가공할 때에, 이송축의 구동 방향을 반전할 때의 마찰력 또는 마찰 토크를 보상하는 마찰 보상 방법, 마찰 보상기 및 모터 제어 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
공작 기계에서 2축 원호(圓弧) 보간(補間) 운동을 시키는 모터의 제어에서는, 우선, 모터에 의해 이송운동되는 이동체의 위치 검출 신호와 위치 지령 신호가 일치하도록 모터의 속도 지령 신호를 생성하고, 다음에, 모터의 속도 검출 신호와 속도 지령 신호가 일치하도록 토크 지령 신호를 생성하고, 이 토크 지령 신호에 의거하여 모터의 토크를 제어하는 방식이 일반적으로 채택되어 있다.In the control of a motor that makes a 2-axis circular interpolation motion in a machine tool, first, a speed command signal of the motor is generated so that the position detection signal and the position command signal of the moving object fed by the motor coincide. Next, a method of generating a torque command signal so that the speed detection signal and the speed command signal of the motor coincide, and controlling the torque of the motor based on this torque command signal is generally adopted.
이와 같은 모터의 제어에서는, 모터의 회전 방향을 반전시킬 때, 통상, 기계는 즉석에서 반전할 수 없다. 이것은, 이송 구동 기구의 마찰의 영향 때문에, 원호 절삭을 행하고 있을 때에 상한(象限)이 변하면, 실제 운동의 궤적이 지령 궤적보다도 외측으로 나와 버려서 궤적으로 팽창을 생기게 한다. 이 현상은 상한돌기(象限突起)라고 불리고 있고, 윤곽(輪郭) 가공 정밀도 저하의 하나의 원인으로 되어 있다.In the control of such a motor, when reversing the rotational direction of the motor, the machine cannot normally reverse immediately. If the upper limit changes during circular arc cutting due to the friction of the feed drive mechanism, this causes the trajectory of the actual motion to move outward from the command trajectory, causing the trajectory to expand. This phenomenon is called an upper limit projection and is one cause of the deterioration of the contour machining accuracy.
이와 같은 현상이 일어나는 것은, 운동 방향이 반전하면 마찰력 또는 마찰 토크분만큼 토크 지령을 반전시킬 필요가 있지만, 토크 지령 신호를 생성하는 속도 루프의 응답성에 의한 지연이 있기 때문에, 이송축이 일시 정지하기 때문이라고 고려되고 있다. 여기서, 마찰력과 마찰 토크는 이송 구동 기구의 구성에 의해 정해지는 계수를 승산함에 의해 일의적으로 변환할 수 있기 때문에, 이하의 설명에서는 마찰력과 마찰 토크를 같은 의미로 이용하는 것으로 한다.Such a phenomenon occurs that when the direction of movement is reversed, it is necessary to reverse the torque command by the frictional force or the friction torque, but the feed shaft stops temporarily because there is a delay due to the responsiveness of the speed loop generating the torque command signal. It is considered because. Here, since the friction force and the friction torque can be uniquely converted by multiplying the coefficient determined by the structure of the feed drive mechanism, the following description will use the friction force and the friction torque in the same sense.
상술한 상한돌기를 줄이기 위해, 하기한 특허문헌1에는, 속도와 마찰력의 관계를 수식으로 표현하고, 미리 그 파라미터를 결정하여 둠과 함께, 인코더에 의해 측정된 위치 정보를 항상 감시하여 운동 방향이 반전하는 지점을 검출하고, 이 운동 방향의 반전이 검출된 경우에는, 이상(異常) 응답의 기간중 미리 설정된 파라미터에 따른 보상치를 속도 지령에 가산함에 의해, 마찰력에 의한 영향을 지워 없애는 방법이 개시되어 있다.In order to reduce the upper limit projection described above,
또한, 하기한 특허문헌2에는, 운동 방향이 반전한 지점부터 어떤 이동량(a)에 달할 때까지는 위치 제어기로부터 출력되는 속도 지령에 운동 방향을 반전하기 직전의 속도 제어계의 적분기의 출력을 목표치로 하는 보상치를, 이동량(b)(>a)으로부터 이동량(c)(>b)까지는 반전시의 가속도에 의해 정해지는 보상치를 인가하는 방법이 개시되어 있다.In addition,
또한, 하기한 특허문헌3에는, 위치 제어기로부터의 출력인 속도 지령으로부터 모터의 회전 방향을 판정하고, 또한 속도 또는 가속도에 대한 불감대를 갖게 하여 보상치를 출력하고, 이 보상치를 속도 제어기로부터의 출력인 토크 지령에 가산함에 의해, 운동 방향 반전시에 있어서의 마찰력의 영향을 보상하는 방법이 개시되어 있다.In addition,
또한, 하기한 비특허문헌1에는, 볼나사의 회전 방향이 반전할 때에 속도 제어계의 적분 요소의 부호를 반전시키고, 모터의 전기자(電機子) 전류를 반전시킴에 의해, 운동 방향 반전시의 토크의 급격한 변화에 의한 영향을 보정하는 방법이 개시되어 있다.In addition, the following
또한, 하기한 비특허문헌2에는, 운동 시작시 또는 운동 방향 반전시에 있어서, 부하가 움직이기 시작할 때까지 전류 지령에 어느 일정 보정치를 가하고, 움직이기 시작한 것을 검출하면 보정치를 제로로 하는 방법이 개시되어 있다.In addition, in the
또한, 하기한 비특허문헌3에는, 원운동시에 마찰력의 영향에 의해 생기는 상한돌기의 크기를 해석적으로 계산하는 방법을 개발하고, 계산된 돌기량에 의거하여 서보계의 위치 지령을 수정함에 의해 보정을 행하는 방법이 개시되어 있다.In addition, in the
특허문헌1 : 일본 특개소63-250715호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-250715
특허문헌2 : 일본 특개평7-13631호 공보Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-13631
특허문헌3 : 일본 특개평11-143548호 공보Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-143548
비특허문헌1 : 가키노 요시아키, 이바라 지민, 나카쓰 젠부, 시노하라 장옹 : NC 공작 기계의 운동 정밀도에 관한 연구(제 6보), 원호 보간 이송시의 스틱 모션의 생성 기구와 그 보정, 정밀공학회지, V01.56, N0.4 (1990) pp.139 내지 144[Non-Patent Document 1] Kakino Yoshiaki, Ibara Jimin, Nakatsu Zhenbu, Shinohara Jangong: A Study on the Motion Accuracy of NC Machine Tool (6th Report), Generation Mechanism of Stick Motion during Circular Interpolation Transfer, Correction and Precision Work Journal, V01.56, N0.4 (1990) pp. 139 to 144
비특허문헌2 : 시전 노리유키, 충우계성, 쓰무라 겐지, 다케우치 가쓰요시, 에카와 미치오 : 뱅뱅제어에 의한 공작 기계 이송의 고정밀화에 관한 연구, 정밀공학회지, V0l.60, N0.3 (1994) pp.427 내지 431[Non-Patent Document 2] Casting Noriyuki, Chungwoo Kye-seong, Genji Tsumura, Katsuyoshi Takeuchi, Michiko Ekawa: A Study on the High Precision of Machine Tool Feeding by Bang Bang Control, Journal of the Korean Society of Precision Engineering, V0.60, N0.3 (1994) ) pp.427 to 431
비특허문헌3 : 나가시마 장남, 가쓰키 노리에, 카와카미 구니하루 : NC 공작 기계의 상한 전환 돌기량의 이론 해석과 입력 적응계에 의한 보정, 일본기계학회 논문집(C편), V0l.66, N0.648 (2000) pp.407 내지 413[Non-Patent Document 3] Elder Nagashima, Nori Katsuki, Kuni Kawakari: Theoretical Analysis of Upper Limit Turnover Amount of NC Machine Tool and Correction by Input Adaptive System, Japanese Society of Mechanical Engineers (C), V0.66, N0 .648 (2000) pp. 407 to 413
그러나, 상술한 특허문헌1, 2, 3 및 비특허문헌2에 개시된 방법에서는, 운동의 속도나 가속도에 맞추어서 각 파라미터를 조정하고, 메모리에 기억시켜 둘 필요가 있고, 이들의 파라미터의 조정은 경험과 육감에 의해 행하여지기 때문에, 보정을 효과적으로 작용시키기 위해서는, 조정에 방대한 시간을 낭비하여야 한다는 문제가 있다.However, in the above-described methods disclosed in
또한, 상술한 특허문헌2 및 비특허문헌2에 개시된 방법에서는, 운동 방향을 반전하기 직전에 있어서의 속도 제어계의 적분기의 출력을 마찰력으로서 보상을 행하고 있는데, 운동 방향을 반전하기 직전에는 가속도가 최대로 되고, 이것에 따라 관성력도 최대로 되어 있기 때문에, 고(高)운동시에는 이들 문헌에 개시된 방법을 적용할 수 없다는 문제가 있다.In addition, in the methods disclosed in
또한, 상술한 비특허문헌3에 개시된 방법에서는, 서보계의 동(動)특성을 무시할 수 있는 것으로 하여 운동 오차의 해석을 하고 있기 때문에, 속도나 가속도가 크고, 동특성을 무시할 수 없는 경우에는, 정확한 돌기량을 계산할 수 없게 된다는 문제가 있다.In addition, in the method disclosed in the above-described
본 발명은, 상기한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 운동 방향을 반전하는 전후의 속도나 가속도에 영향받는 일 없이, 마찰력 또는 마찰 토크를 고정밀도로 추정할 수 있음과 함께, 파라미터의 조정에 필요로 하는 시간을 대폭적으로 단축할 수 있는 마찰 보상 방법 및 마찰 보상기를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and its object is to accurately estimate the frictional force or friction torque without affecting the speed and acceleration before and after reversing the direction of movement, It is to provide a friction compensation method and a friction compensator that can significantly reduce the time required for adjustment.
본 발명의 다른 목적은, 공작 기계에서 2축 원호 보간 운동을 시키는 경우의 운동 정밀도를 대폭적으로 개선할 수 있는 모터 제어 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a motor control device capable of significantly improving the motion accuracy when a two-axis circular interpolation motion is performed in a machine tool.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 모터에 의해 이송운동되는 이동체의 위치 검출 신호와 위치 지령 신호가 일치하도록 상기 모터의 속도 지령 신호를 생성하고, 상기 모터의 속도 검출 신호와 상기 속도 지령 신호가 일치하도록 토크 지령 신호를 생성하고, 상기 토크 지령 신호에 의거하여 상기 모터의 토크를 제어함에 있어서, 상기 모터의 회전 방향을 반전시킬 때에 발생하는 마찰력 또는 마찰 토크를 보상하는 마찰 보상 신호를 생성하여 상기 토크 지령 신호의 보정치로 하는 마찰 보상 방법에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention is to generate a speed command signal of the motor so that the position detection signal and the position command signal of the moving object is moved by the motor, and the speed detection signal and the speed command of the motor Generates a torque command signal to match the signal, and generates a friction compensation signal that compensates for the frictional force or friction torque generated when inverting the rotation direction of the motor in controlling the torque of the motor based on the torque command signal. In the friction compensation method of using the torque command signal as a correction value,
상기 이동체가 이송운동되는 제어계의 모델을 이용하여, 상기 위치 지령 신호에 대응하는 상기 이동체의 실위치(實位置)를 추정(推定)하여 실위치 신호를 생성하는 스텝과,A step of generating a real position signal by estimating a real position of the movable body corresponding to the position command signal by using a model of a control system in which the movable body is moved;
상기 실위치 신호를 미분하여 속도 신호로 하고, 상기 속도 신호를 적분하여 실위치 신호를 복원함과 함께, 상기 속도 신호의 부호가 반전할 때에 적분치를 제로로 리셋하여 상기 이동체가 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위 신호를 생성하고, 그 절대치를 구하는 스텝과,The real position signal is differentiated to be a speed signal, the speed signal is integrated to restore the real position signal, and when the sign of the speed signal is inverted, the integral value is reset to zero so that the moving body reverses the direction of movement. Generating a displacement signal from the position and finding its absolute value;
상기 이동체가 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위와 마찰력 또는 마찰 토크의 관계를 나타내는 모델을 이용하여, 절대치로 표시된 상기 변위 신호의 함수로서 마찰력 또는 마찰 토크의 변위에 대한 변화율을 구하고, 상기 변위에 대한 변 화율에 상기 속도 신호를 승산(乘算)하여 마찰력 또는 마찰 토크의 시간에 대한 변화율을 산출하고, 상기 시간에 대한 변화율을 적분함에 의해 마찰력 또는 마찰 토크를 추정하는 스텝과,Using a model representing the relationship between the displacement from the position at which the movable body reverses the direction of movement and the frictional or frictional torque, the rate of change for the displacement of the frictional or frictional torque as a function of the displacement signal expressed in absolute values is obtained, and Calculating a rate of change of the frictional force or friction torque over time by multiplying the rate signal with respect to the rate of change, and estimating the frictional force or friction torque by integrating the rate of change over time;
상기 토크 제어기에 입력되는 토크 지령 신호로부터 실제로 출력되는 모터의 토크까지의 특성을 모델화하고, 그 모델의 전달함수(傳達函數)의 역함수(逆函數)를 상기 추정된 마찰력 또는 마찰 토크에 승산하여 상기 마찰 보상 신호를 생성하는 스텝을 구비한 것을 특징으로 한다.Model the characteristic from the torque command signal input to the torque controller to the torque of the motor actually output, and multiply the inverse function of the transfer function of the model by the estimated friction force or friction torque to And a step of generating a friction compensation signal.
또한, 본 발명은, 모터에 의해 이송운동되는 이동체의 위치 검출 신호와 위치 지령 신호가 일치하도록 상기 모터의 속도 지령 신호를 생성하고, 상기 모터의 속도 검출 신호와 상기 속도 지령 신호가 일치하도록 토크 지령 신호를 생성하고, 상기 토크 지령 신호에 의거하여 상기 모터의 토크를 제어함에 있어서, 상기 모터의 회전 방향을 반전시킬 때에 발생하는 마찰력 또는 마찰 토크를 보상하는 마찰 보상 신호를 생성하여 상기 토크 지령 신호의 보정치로 하는 마찰 보상기에 있어서,In addition, the present invention generates a speed command signal of the motor so that the position detection signal and the position command signal of the moving object conveyed by the motor coincide, and the torque command so that the speed detection signal of the motor and the speed command signal coincide. In generating a signal and controlling the torque of the motor based on the torque command signal, a friction compensation signal for compensating for the frictional force or the frictional torque generated when the rotation direction of the motor is reversed is generated to generate the signal. In the friction compensator to be a correction value,
상기 이동체가 이송운동되는 제어계의 모델을 이용하여, 상기 위치 지령 신호에 대응하는 상기 이동체의 실위치를 추정하여 실위치 신호를 생성하는 수단과,Means for estimating the actual position of the movable body corresponding to the position command signal by using a model of a control system in which the movable body is moved;
상기 실위치 신호를 미분하여 속도 신호로 하고, 상기 속도 신호를 적분하여 실위치 신호를 복원함과 함께, 상기 속도 신호의 부호가 반전할 때에 적분치를 제로로 리셋하여 상기 이동체가 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위 신호를 생성하고, 그 절대치를 구하는 수단과,The real position signal is differentiated to be a speed signal, the speed signal is integrated to restore the real position signal, and when the sign of the speed signal is inverted, the integral value is reset to zero so that the moving body reverses the direction of movement. Means for generating a displacement signal from the position and finding its absolute value,
상기 이동체가 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위와 마찰력 또는 마찰 토크의 관계를 나타내는 모델을 이용하여, 절대치로 표시된 상기 변위 신호의 함수로서 마찰력 또는 마찰 토크의 변위에 대한 변화율을 구하고, 상기 변위에 대한 변화율에 상기 속도 신호를 승산하여 마찰력 또는 마찰 토크의 시간에 대한 변화율을 산출하고, 상기 시간에 대한 변화율을 적분함에 의해 마찰력 또는 마찰 토크를 추정하는 수단과,Using a model representing the relationship between the displacement from the position at which the movable body reverses the direction of movement and the frictional or frictional torque, the rate of change for the displacement of the frictional or frictional torque as a function of the displacement signal expressed in absolute values is obtained, and Means for calculating the rate of change of the frictional force or friction torque over time by multiplying the rate signal with respect to the rate of change, and estimating the frictional force or friction torque by integrating the rate of change over time;
상기 토크 제어기에 입력되는 토크 지령 신호로부터 실제로 출력되는 모터의 토크까지의 특성을 모델화하고, 그 모델의 전달함수의 역함수를 상기 추정된 마찰력 또는 마찰 토크에 승산하여 상기 마찰 보상 신호를 생성하는 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.Means for modeling a characteristic from the torque command signal input to the torque controller to the torque of the motor actually output, and multiplying the inverse function of the transfer function of the model by the estimated friction force or friction torque to generate the friction compensation signal; Characterized in that provided.
또한, 본 발명은, 모터에 의해 이송운동되는 이동체의 위치 검출 신호와 위치 지령 신호가 일치하도록 상기 모터의 속도 지령 신호를 생성하는 위치 제어기와, 상기 모터의 속도 검출 신호와 상기 속도 지령 신호가 일치하도록 토크 지령 신호를 생성하는 속도 제어기와, 상기 모터의 회전 방향을 반전시킬 때에 발생하는 마찰력을 보상하는 마찰 보상 신호를 생성하는 마찰 보상기와, 상기 토크 지령 신호와 상기 마찰 보상 신호를 가산한 값에 의거하여 상기 모터의 토크를 제어하는 토크 제어기를 구비한 모터 제어 장치에 있어서,In addition, the present invention is a position controller for generating a speed command signal of the motor so that the position detection signal and the position command signal of the moving object to be moved by the motor, and the speed detection signal and the speed command signal of the motor match A speed controller for generating a torque command signal, a friction compensator for generating a friction compensation signal for compensating for the frictional force generated when reversing the rotation direction of the motor, and a value obtained by adding the torque command signal and the friction compensation signal. In the motor control device having a torque controller for controlling the torque of the motor based on,
상기 마찰 보상기는,The friction compensator,
상기 이동체가 이송운동되는 제어계의 모델을 이용하여, 상기 위치 지령 신호에 대응하는 상기 이동체의 실위치를 추정하여 실위치 신호를 생성하는 수단과,Means for estimating the actual position of the movable body corresponding to the position command signal by using a model of a control system in which the movable body is moved;
상기 실위치 신호를 미분하여 속도 신호로 하고, 상기 속도 신호를 적분하여 실위치 신호를 복원함과 함께, 상기 속도 신호의 부호가 반전할 때에 적분치를 제로로 리셋하여 상기 이동체가 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위 신호를 생성하고, 그 절대치를 구하는 수단과,The real position signal is differentiated to be a speed signal, the speed signal is integrated to restore the real position signal, and when the sign of the speed signal is inverted, the integral value is reset to zero so that the moving body reverses the direction of movement. Means for generating a displacement signal from the position and finding its absolute value,
상기 이동체가 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위와 마찰력 또는 마찰 토크의 관계를 나타내는 모델을 이용하여, 절대치로 표시된 상기 변위 신호의 함수로서 마찰력 또는 마찰 토크의 변위에 대한 변화율을 구하고, 상기 변위에 대한 변화율에 상기 속도 신호를 승산하여 마찰력 또는 마찰 토크의 시간에 대한 변화율을 산출하고, 상기 시간에 대한 변화율을 적분함에 의해 마찰력 또는 마찰 토크를 추정하는 수단과,Using a model representing the relationship between the displacement from the position at which the movable body reverses the direction of movement and the frictional or frictional torque, the rate of change for the displacement of the frictional or frictional torque as a function of the displacement signal expressed in absolute values is obtained, and Means for calculating the rate of change of the frictional force or friction torque over time by multiplying the rate signal with respect to the rate of change, and estimating the frictional force or friction torque by integrating the rate of change over time;
상기 토크 제어기에 입력되는 토크 지령 신호로부터 실제로 출력되는 모터의 토크까지의 특성을 모델화하고, 그 모델의 전달함수의 역함수를 상기 추정된 마찰력 또는 마찰 토크에 승산하여 상기 마찰 보상 신호를 생성하는 수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.Means for modeling a characteristic from the torque command signal input to the torque controller to the torque of the motor actually output, and multiplying the inverse function of the transfer function of the model by the estimated friction force or friction torque to generate the friction compensation signal; It is characterized by including.
본 발명에 관한 마찰 보상 방법 및 마찰 보상기에 의하면, 이동체의 실위치 신호를 미분하여 속도 신호를 구하고, 이 속도 신호를 적분함에 의해 이동체가 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위 신호를 생성하여 그 절대치를 구하고, 변위와 마찰력 또는 마찰 토크의 관계를 나타내는 모델을 이용하여 마찰력 또는 마찰 토크의 변위에 대한 변화율을 구하고, 이 변위에 대한 변화율에 속도 신호를 승산 하여 시간에 대한 변화율을 구하고, 이 시간에 대한 변화율을 적분하여 마찰력 또는 마찰 토크를 추정하고 있기 때문에, 운동 방향을 반전하는 전후의 속도나 가속도에 영향받는 일 없이, 마찰력 또는 마찰 토크를 고정밀도로 추정할 수 있다.According to the friction compensation method and friction compensator according to the present invention, a velocity signal is obtained by differentiating a real position signal of a moving object, and by integrating this speed signal, a displacement signal is generated from a position at which the moving object reverses the direction of motion and its absolute value. To obtain the rate of change of the frictional force or friction torque using a model representing the relationship between displacement and frictional force or friction torque, and multiply the rate signal by the rate of change for this displacement to obtain the rate of change over time. Since the frictional force or the frictional torque are estimated by integrating the change rate, the frictional force or the frictional torque can be estimated with high accuracy without being influenced by the speed and acceleration before and after the direction of movement is reversed.
또한, 본 발명에 관한 마찰 보상 방법 및 마찰 보상기에 의하면, 이동체의 실위치를 추정하는 모델, 변위와 마찰력 또는 마찰 토크의 관계를 나타내는 모델, 및 토크 지령 신호로부터 모터의 토크까지의 모델의 각 파라미터는 기지(旣知)의 것이 많고, 실질적으로 조정이 필요한 파라미터는 적기 때문에, 종래의 것과 비교하여 파라미터의 조정에 필요로 하는 시간을 대폭적으로 단축할 수 있다.Moreover, according to the friction compensation method and friction compensator which concerns on this invention, the model which estimates the actual position of a moving body, the model which shows the relationship of a displacement and friction force or friction torque, and each parameter of a model from a torque command signal to the torque of a motor Since many are known and there are few parameters that require substantially adjustment, the time required for adjustment of parameters can be significantly shortened compared with the conventional one.
또한, 본 발명에 관한 모터 제어 장치에 의하면, 상술한 바와 같이, 마찰력 또는 마찰 토크를 고정밀도로 추정할 수 있는 마찰 보상기를 구성 요소로 하고 있기 때문에, 공작 기계로 2축 원호 보간 운동을 시키는 경우의 운동 정밀도를 대폭적으로 개선할 수 있다.Moreover, according to the motor control apparatus which concerns on this invention, since the friction compensator which can estimate a friction force or a friction torque with high precision is made into a component as mentioned above, when making a 2-axis circular interpolation motion by a machine tool, The movement precision can be improved significantly.
이하, 본 발명을 도면에 도시하는 알맞는 실시의 형태에 의거하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 마찰 보상기 및 이것을 포함하는 모터 제어 장치의 한 실시의 형태의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1에서, 모터(1)에 의해 이송운동되는 이동체로서의 테이블(2)은 도시 생략한 직동(直動) 안내 기구에 의해 이동 가능하게 지지되고, 모터(1)의 회전운동이, 볼나사(3) 및 너트(4)를 포함하는 동력 전달 기구를 통하여, 테이블(2)의 직진운동으로 변환된다. 그래서, 모터(1)를 제어함에 의해 테이블(2)의 위치, 속도 및 가속도를 제어할 수 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, this invention is demonstrated in detail based on suitable embodiment shown in drawing. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a block diagram which shows schematic structure of one Embodiment of the friction compensator which concerns on this invention, and the motor control apparatus containing this. In Fig. 1, the table 2 as a moving body which is conveyed by the
모터(1)를 제어하기 위해, 테이블(2)에는 그 위치를 검출하는 리니어 인코더(도시 생략)가 부착되고, 모터(1)에는 그 속도를 검출하는 태코제너레이터 또는 로터리 인코더(도시 생략)가 부착되어 있다. 그리고, 위치 제어기(11)는 상위 컨트롤러로부터 가하여진 위치 지령 신호와, 리니어 인코더에 의해 검출된 테이블(2)의 위치 검출 신호가 일치하도록 모터(1)의 속도 지령 신호를 생성하여 속도 제어기(12)에 가한다. 속도 제어기(12)는 위치 제어기(11)로부터 가하여진 속도 지령 신호와, 태코제너레이터 또는 로터리 인코더에 의해 검출된 모터(1)의 속도 검출 신호가 일치하도록 토크 지령 신호를 생성하여 가산기(14)에 가한다. 마찰 보상기(13)는 상위 컨트롤러로부터 가하여진 위치 지령 신호에 의거하여, 모터(1)의 회전 방향을 반전시킬 때에 발생하는 마찰력을 보상하는 마찰 보상 신호를 생성하여 가산기(14)에 가한다. 가산기(14)는 속도 제어기(12)로부터 가하여진 토크 지령 신호와, 마찰 보상기(13)로부터 가하여진 마찰 보상 신호를 가산하여 마찰 보상된 토크 지령 신호를 토크 제어기로서의 서보앰프(15)에 가한다. 서보앰프(15)는 마찰 보상된 토크 지령 신호에 가능한 한 충실한 토크를 발생하도록 모터(1)의 전기자 전류를 제어한다.In order to control the
도 1에 도시한 모터 제어 장치를 구성하는 각 구성 요소중, 위치 제어기(11), 속도 제어기(12) 및 서보앰프(15)의 구성 및 동작에 관해서는 일반적으로 널리 알려져 있기 때문에 그들의 설명을 생략하고, 본원 발명에 직접 관련되는 마찰 보상기(13)의 구성 및 동작에 관해, 그 원리를 설명한 후에 상세히 설명하기로 한다.Of the components constituting the motor control device shown in FIG. 1, the configuration and operation of the
도 1에 도시한 테이블(2)의 구동 기구에서의 마찰력은, 테이블(2)의 운동 방향이 반전할 때, 즉 볼나사(3)의 회전 방향이 반전할 때에 급격하게 변화한다. 이 변화에 제어계의 응답이 대응하지 못하고, 예를 들면 직교하는 2개의 축을 사용하여 상술한 바와 같이 원호 보간 운동을 행하여 원호 절삭을 행할 때에 상한돌기가 발생한다. 마찰 보상기(13)는, 테이블(2)의 운동 방향 반전시에 있어서의 마찰력의 영향을 보정하기 위한 것이다.The friction force in the drive mechanism of the table 2 shown in FIG. 1 changes rapidly when the direction of movement of the table 2 is reversed, that is, when the direction of rotation of the
그래서, 발명자는 볼나사와 직동 구름(轉) 안내를 이용한 이송 구동계에 있어서, 마찰력이 속도와 가속도에 영향받지 않는다고 생각되는 진폭 50㎛(마이크로 미터), 주기 4s(초)로 테이블을 정현파 왕복운동시키고, 그 경우의 모터 토크의 시간적 변화를 측정한 바, 모터 토크는 모터축 환산으로의 비선형 마찰 토크와 거의 동등하게 되어 있는 것을 알았다. 도 2의 (a)는 모터 토크에 대응하는 마찰 토크의 시간적 변화를 도시한 도면이고, 이 측정 결과에 의거하여 횡축을 테이블 변위, 종축을 마찰 토크로 하여 플롯하면, 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같은, 변위와 마찰 토크의 관계를 도시하는 선도가 얻어졌다. 이 도 2의 (b)로부터 분명한 바와 같이, 변위가 10㎛ 이하의 영역에서는 변위와 마찰 토크는, 거의 비례하고 있고, 변위가 10㎛ 내지 40㎛의 영역에서의 마찰 토크는, 거의 일정하게 된다. 또한, 되돌아오는 운동에서도 같은 특성을 나타내고, 왕복운동에 따라 마찰 토크는 히스테리시스 루프를 그린다.Therefore, in the feed drive system using the ball screw and the linear rolling guide, the sine wave reciprocating motion of the table with an amplitude of 50 μm (micrometer) and a period of 4 s (second) is considered that the friction force is not affected by the speed and acceleration. When the temporal change of the motor torque in that case was measured, it was found that the motor torque is almost equal to the nonlinear friction torque in terms of the motor shaft. FIG. 2 (a) is a diagram showing the temporal change of the friction torque corresponding to the motor torque, and based on this measurement result, when the horizontal axis is plotted with the table displacement and the vertical axis is the friction torque, it is shown in FIG. As shown, a diagram showing the relationship between the displacement and the friction torque was obtained. As is apparent from FIG. 2B, the displacement and the friction torque are almost proportional in the displacement of 10 μm or less, and the friction torque in the displacement of 10 μm to 40 μm is substantially constant. . In addition, the return motion exhibits the same characteristics, and the friction torque draws a hysteresis loop according to the reciprocation motion.
속도와 가속도의 영향을 받는 실제의 운동에서는, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같은 마찰 토크의 변화에 대해 제어계가 대응할 수 없고, 운동 오차가 발생하여 버린다. 역으로, 모터 토크를 마찰 토크의 변화에 완전히 추종시키면, 마찰에 기인하는 운동 오차가 생기지 않는 서보계를 실현할 수 있다.In the actual motion influenced by the speed and the acceleration, the control system cannot cope with a change in the friction torque as shown in Figs. 2A and 2B, and a motion error occurs. Conversely, if the motor torque is completely followed by the change in the friction torque, the servo system can be realized in which a motion error due to friction does not occur.
본 실시의 형태는, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같은 마찰 특성을, 하기의 식 (1)에 의해 운동 방향의 반전 위치로부터의 변위의 함수로서 모델화한다.This embodiment models the frictional characteristics as shown in Figs. 2A and 2B as a function of displacement from the reversal position in the movement direction by the following equation (1).
f=fc(2tanh(ax')-1)sgn(dx'/dt) … (1)f = f c (2tanh (ax ')-1) sgn (dx' / dt)... (One)
단,only,
f : 마찰 토크[Nm]f: friction torque [Nm]
x' : 이동체가 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위x ': displacement from the position where the moving body reverses the direction of motion
a : 이동체의 미소변위 영역에서의 이동체의 변위에 대한 마찰력 또는 마찰 토크의 기울기a: inclination of frictional force or friction torque with respect to the displacement of the movable body in the small displacement region of the movable body
fc : 이동체의 변위가 충분히 큰 때의 마찰 토크[Nm]f c : Friction torque when displacement of moving object is big enough [Nm]
sgn : 부호 함수(dx'/dt>0일때 +1, dx'/dt=0일때 0, dx'/dt<0일때 -1)sgn: Sign function (+1 when dx '/ dt> 0, 0 when dx' / dt = 0, -1 when dx '/ dt <0)
이다. 그리고, 상기 식 (1)을 사용하여 정현파 왕복운동시의 마찰 토크(f)를 계산하여 얻어진 왕복운동시의 마찰 토크의 변화를 도 3의 (a)에, 변위와 마찰 토크의 관계를 도 3의 (b)에 각각 도시한다. 이 도 3의 (a) 및 도 3의 (b)로부터 분명한 바와 같이, 상기 식 (1)에 의해, 실제의 마찰 토크의 변화를 추정할 수 있는 것을 알 수 있다.to be. And the change of the friction torque at the time of reciprocation obtained by calculating the friction torque f at the time of sine wave reciprocation using Formula (1) is shown in FIG. (B) is shown, respectively. As is apparent from Figs. 3A and 3B, the above equation (1) shows that the actual change in friction torque can be estimated.
이와 같이, 상기 식 (1)에 의해, 운동 방향 반전시의 마찰 토크의 변화를 사 전에 추정하고, 서보계의 토크 지령 신호를 보정하기 위한 보정치로 하면, 마찰에 의한 영향을 보상할 수 있다고 생각된다. 그러나, 서보앰프(15) 및 모터(1)의 각각의 내부에 존재하는 지연 요소에 의해, 토크 지령 신호를 상기 식 (1)에서 보정하여 얻어지는 마찰 보상된 토크 지령 신호를 서보앰프(15)에 가하였다고 하여도, 모터(1)로부터 실제로 출력되는 토크는 다른 것으로 되어 버린다. 일반적으로, 서보앰프(15)와 모터(1)의 지연 요소는, 도 4의 블록선도로 도시하는 바와 같이, 토크 지령 필터(16)와, 전류 루프(17)로 모델화된다. 도 4중의 Tr은 서보앰프(15)에 가하여지는 토크 지령 신호이고, Tm은 실제로 발생된 모터 토크[Nm]이고, Tf는 토크 지령 필터의 시정수[s], Ti는 전류 루프의 시정수[s], s는 라플라스 연산자이다.In this way, according to Equation (1), if the change in the friction torque at the time of inversion of the movement direction is estimated in advance, and the correction value for correcting the torque command signal of the servo system is considered, the influence of friction can be compensated. do. However, by the delay elements existing inside each of the
또한, 실제로 측정된 위치 신호로부터 상기 식 (1)에 의해 마찰 토크를 계산하면, 측정 결과에 포함되는 노이즈나 양자화의 영향에 의한 오차가 발생한다. 또한, 상위 컨트롤러로부터 가하여진 위치 지령 신호로부터 마찰 토크를 계산하면 실제의 위치는 위치 지령 신호보다 지연되어 있기 때문에, 토크 지령 신호를 보정하는 타이밍이 맞지 않게 된다. 이 외에, 상기 식 (1)에는 부호 함수(sgn)가 포함되어 있기 때문에, 실제의 기계에 적용하면, 채터링이 발생한다는 문제도 있다.In addition, when the friction torque is calculated by the above equation (1) from the actually measured position signal, an error due to the influence of noise or quantization included in the measurement result occurs. If the friction torque is calculated from the position command signal applied from the host controller, the actual position is delayed from the position command signal, and therefore the timing for correcting the torque command signal is not correct. In addition, since the sign function sgn is included in the above formula (1), there is a problem that chattering occurs when applied to an actual machine.
도 5는 상기한 문제를 해결하는 마찰 보상기(13)의 상세한 구성을, 관련되는 신호 파형과 아울러서 도시한 블록도이다. 도 5에서, 실위치 추정부(21)는 상위 컨트롤러로부터 가하여지는 위치 지령 신호를 입력하고, 테이블(2)이 이송운동되는 서보 제어계의 모델을 이용하여, 위치 지령 신호에 대응하는 테이블(2)의 실위치를 추정하여 실위치 신호를 생성하는 것이다. 이 실위치 추정부(21)에는 실위치 신호를 미분하여 속도 신호로서 출력하는 미분기(22)가 접속되고, 이 미분기(22)에는 속도 신호의 부호가 반전하는 것을 검출하여 리셋 신호를 출력하는 부호 반전 검출부(23)와, 속도 신호를 적분하여 실위치 신호를 복원함과 함께, 부호 반전 검출부(23)로부터 리셋 신호가 출력될 때마다, 적분치를 제로로 리셋하여 테이블(2)이 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위 신호를 생성한 적분기(24)가 접속되어 있고, 또한, 적분기(24)에는 그 출력의 절대치를 구하는 절대치 산출부(25)가 접속되어 있다.Fig. 5 is a block diagram showing the detailed configuration of the
절대치 산출부(25)에는, 테이블(2)이 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위와 마찰 토크의 관계를 나타내는 모델을 이용하여, 절대치로 표시된 변위 신호의 함수로서 마찰 토크의 변위(위치)에 대한 변화율을 구하는 마찰 특성 추정부(26)가 접속되어 있다. 이 마찰 특성 추정부(26)로부터 출력되는 변위에 대한 변화율과, 미분기(22)로부터 출력되는 속도 신호를 승산하여 마찰 토크의 시간에 대한 변화율을 산출하는 승산기(27)가 마련되어 있다. 이 승산기(27)의 출력단에는, 마찰 토크의 시간에 대한 변화율을 적분함에 의해 마찰 토크를 추정하는 적분기(28)가 마련되어 있다. 또한, 적분기(28)에는 서보앰프(15)에 입력되는 토크 지령 신호로부터 실제로 출력되는 모터(1)의 토크까지의 특성을 모델화하고, 그 모델의 전달함수의 역함수를 추정된 마찰 토크에 승산하여 마찰 보상 신호를 생성하는 응답 지연 보상부(29)가 접속되어 있다.In the absolute
도 6은 응답 지연 보상부(29)의 상세한 구성을 도시하는 블록선도이고, 계수 블록(31)과, 미분 블록(32)과, 가산기(33)와, 미분 블록(34)과, 가산기(35)로 구성되어 있다. 도 6중, fe(t)는 추정된 마찰 토크[Nm]이고, Tf는 전술한 토크 지령 필터의 시정수[s], Ti는 전술한 전류 루프의 시정수[s], s는 전술한 라플라스 연산자이다. 또한, Trg는 토크 지령 신호로부터 토크로의 변환 정수(定數)이다.6 is a block diagram showing the detailed configuration of the
상기한 바와 같이 구성된 마찰 보상기(13)의 동작에 관해 이하에 설명한다. 우선, 도시 생략한 상위 컨트롤러로부터 위치 지령 신호(r)가 가하여지면, 실위치 추정부(21)는 하기 식 (2)에 따라 테이블(2)의 실위치를 추정하여 실위치 신호(xe(t))를 생성한다.The operation of the
xe(t)={1/(Tcs+1)}r … (2)x e (t) = {1 / (T c s + 1)} r... (2)
단,only,
Tc : 서보계 전체의 지연 시정 수T c : delay time constant of the whole servo system
s : 라플라스 연산자s: Laplace operator
이다.to be.
실위치 추정부(21)에서 생성된 실위치 신호(xe(t))는 미분기(22)에서 미분되어 속도 신호(dx/dt)로서 출력되고, 부호 반전 검출부(23), 적분기(24) 및 승산기(27)에 가하여진다. 부호 반전 검출부(23)는 속도 신호(dx/dt)의 부호가 반전하는 것을 검출하여 리셋 신호를 출력한다. 적분기(24)는 속도 신호(dx/dt)를 적분함에 의해 재차 위치 신호를 출력하는데, 부호 반전 검출부(23)로부터 리셋 신호가 가하여질 때마다 리셋되기 때문에, 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위 신호(±x')로서 출력한다. 절대치 산출부(25)는 변위 신호(±x')의 절대치를 구하여 변위 신호(x')를 출력한다. 마찰 특성 추정부(26)는 변위 신호(x')의 함수로서 변위에 대한 마찰 토크의 변화율, 즉 마찰 특성을 하기한 식 (3)에서 연산한다. 식 (3)은 상기한 식 (1)을 변위 신호(xe)로 1계(階) 미분한 것이다.The real position signal x e (t) generated by the
dfe/dxe=2afc{1-tanh2(ax')} … (3)df e / dx e = 2af c {1-tanh 2 (ax ')}. (3)
식 (3)에서 얻어진 변위에 대한 마찰 토크의 변화율(dfe/dxe)과, 미분기(22)로부터 출력된 속도 신호(dxe/dt)를 승산하면, 마찰 토크의 추정치의 미분치가 된다. 그래서, 승산기(27)는 하기한 식 (4)의 연산을 행한다.Multiplying the rate of change (df e / dx e ) of the friction torque with respect to the displacement obtained in equation (3) by the speed signal (dx e / dt) output from the
dfe/dt=(dfe/dxe)·(dxe/dt) … (4)df e / dt = (df e / dx e ) · (dx e / dt). (4)
다음에, 적분기(28)는 마찰 토크의 추정치의 미분치(dfe/dt)를 적분하여 마찰 토크의 추정치(fe(t))를 산출한다. 응답 지연 보상부(29)는 마찰 토크의 추정치(fe(t))에 대해 응답 지연 보상을 행하여 마찰 보상 신호를 생성한다. 서보앰프(15) 및 모터(1)의 지연 요소가 도 4와 같이 모델화된 경우, 응답 지연 보상부(29)는 도 6의 블록선도에 도시하는 바와 같이 구성된다. 즉, 토크 지령 신호로부터 실제로 출력되는 모터의 토크까지의 특성을 나타내는 전달함수의 역함수를 추정된 마찰 토크(fe(t))에 승산하여 마찰 보상 신호를 생성한다. 도 6중, Tf은 토크 지령 필터의 시정수[s], Ti는 전류 루프의 시정수[s], s는 라플라스 연산자이고, Trg는 토크 지령 신호로부터 마찰 토크로의 변환 정수이다.Next, the
다음에, 상술한 모터 위치 제어 장치의 효과를 확인하기 위해, 본 발명을 적용하지 않고 원호 보간 운동을 행한 경우와, 본 발명을 적용하여 원호 보간 운동을 행한 경우를 비교하는 것으로 한다. 도 7은 원호 보간 운동을 행하게 하는 모터 제어 장치의 개략 구성을 도시하는 사시도이고, XY테이블(41)을 X방향 및 Y방향으로 구동하는 서보 모터(42)가, 각각 X축 서보앰프(43) 및 Y축 서보증폭기(44)를 통하여, 퍼스널 컴퓨터(이하, PC라 약기한다)(50)에 접속되어 있다. 또한, XY테이블(41)의 X방향의 위치 및 Y방향의 위치를 각각 검출하기 위해 2대의 리니어 인코더(45)가 마련되어 있다. PC(50)는 DSP(Digital signal Processor) 기능을 가지며, 도 1에 도시한 위치 제어기(11), 속도 제어기(12), 마찰 보상기(13)의 각 기능을 갖게 하고 있다.Next, in order to confirm the effect of the motor position control apparatus mentioned above, the case where circular interpolation motion is performed without applying this invention and the case where circular interpolation motion is performed by applying this invention is compared. Fig. 7 is a perspective view showing a schematic configuration of a motor control device for performing circular interpolation motion, wherein the servo motor 42 for driving the XY table 41 in the X and Y directions is an X axis servo amplifier 43, respectively. And a personal computer (hereinafter abbreviated as PC) 50 via a Y-axis servo amplifier 44. In addition, two linear encoders 45 are provided to detect the position in the X direction and the position in the Y direction of the XY table 41, respectively. The
처음에, 종래의 모터 제어 장치(예를 들면, 부분적 모델 매칭법(기타모리 순코 : 제어 대상의 부분적 지식에 의거한 제어계의 설계법, 계측자동제어학회 논문집, 제 15권, 제 4호, (1979), pp549 내지 555)을 이용하는 구체적인 설계법(이데 유, 사토 류타, 제 마사오미 : 부분적 모델 매칭법에 의한 이송 구동계의 제어계 설계법, 2005년도 정밀공학춘계대회 학술강연회 강연논문집, (2005), pp1133 내지 1134)에 의해 각 서보 게인을 조정하는 것)를 이용하여 원호 보간 운동을 행한 경우의 오차를 조사한 결과를 도 8에 도시한다. 도 8은 이상적인 원호 궤적과 실제의 궤적과의 오차를 1000배로 확대하여 표시하고 있다. 이 중, 도 8의 (a)는 이송 속도를 3m/min, 반경을 25㎜로 한 경우의 원호 궤적이고, 도 8의 (b)는 이송 속도를 6m/min, 반경을 25㎜로 한 경우의 원호 궤적이고, 도 8의 (c)는 이송 속도를 3m/min, 반경을 10㎜로 한 경우의 원호 궤적이다. 도 8의 (a), (b), (c)에 도시한 결과의 전부에 있어서, 0°, 90°, 180°, 270° 부근에서 돌기형상의 궤적 오차, 즉 상한돌기가 생기고 있다. 이 중, 0° 및 180°에서는 X축의 운동 방향이 반전하고 있고, 90° 및 270°에서는 Y축의 운동 방향이 반전하고 있다. 각 반전 위치 부근에서의 돌기형상의 궤적 오차는, 운동 방향 반전시의 마찰력의 변화에 대한 서보계의 응답이 원호 궤적상에 나타난 것이다.Initially, a conventional motor control device (e.g., partial model matching method (Kitamori Shunko: design method of the control system based on the partial knowledge of the control object, Journal of the Korean Society for Measurement and Automatic Control, Vol. 15, No. 4, (1979) ), pp549 to 555) (Ideyu, Sato Ryuta, Masao, Part .: Design of Control System of Feed Drive System by Partial Model Matching Method, 2005 Lecture on Precision Engineering Spring Conference, (2005), pp1133 to 1134) Fig. 8 shows the result of checking the error in the case of performing the circular interpolation motion by adjusting each servo gain). Fig. 8 shows the error between the ideal arc trajectory and the actual trajectory enlarged by 1000 times. Among these, FIG. 8 (a) is an arc trajectory when the feed speed is 3 m / min and the radius is 25 mm, and FIG. 8 (b) is when the feed speed is 6 m / min and the radius is 25 mm. 8C is a circular arc trajectory in the case where the feed speed is 3 m / min and the radius is 10 mm. In all of the results shown in (a), (b) and (c) of FIG. 8, a locus error, i.e., an upper limit protrusion, occurs in the vicinity of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 °. Among them, the movement direction of the X axis is reversed at 0 ° and 180 °, and the movement direction of the Y axis is reversed at 90 ° and 270 °. The locus error of the projection shape in the vicinity of each inversion position is that the response of the servo system to the change in the frictional force at the time of inversion of the movement is shown on the arc locus.
다음에, 본 발명에 관한 마찰 보상기를 적용하여 원호 보간 운동을 행한 경우의 오차를 조사한 결과를 도 9에 도시한다. 도 9의 (a), (b), (c)는 각각 도 8의 (a), (b), (c)에 결과가 나타난 경우와 동일한 속도 및 반경으로 원호 보간 운동을 행한 결과이다. 도 9의 (a), (b), (c)에 도시한 결과의 전부에 있어서, 0°, 90°, 180°, 270° 부근에서의 돌기형상의 궤적 오차가 없어져 있고, 운동 정밀도가 대폭적으로 개선되어 있는 것을 알 수 있다.Next, the result of having investigated the error at the time of performing circular interpolation motion by applying the friction compensator which concerns on this invention is shown in FIG. 9A, 9B, and 9C are results of circular interpolation motions at the same speed and radius as those shown in Figs. 8A, 8B, and 8C, respectively. In all of the results shown in (a), (b) and (c) of Fig. 9, the locus error of the projection shape in the vicinity of 0 °, 90 °, 180 °, and 270 ° is eliminated, and the movement precision is greatly reduced. It can be seen that the improvement.
또한, 본 발명에 관한 마찰 보상기에서는, 서보계의 지연 시정수(Tc), 모터축 환산의 마찰 토크(fc), 마찰 토크의 상승 계수(a), 토크 지령 필터의 시정수(Tf), 전류 루프의 시정수(Ti) 및 토크 지령으로부터 토크로의 변환 정수(Trg)의 6개의 파라미터를 한번 설정하면, 원호 운동의 반경이나 이송 속도가 변화하여도 파 라미터를 재조정할 필요는 없다. 또한, 마찰에 관한 파라미터, 즉, 모터축 환산의 마찰 토크(fc) 및 마찰 토크의 상승 계수(a) 이외의 파라미터는 이미 알고 있는 경우가 많기 때문에, 실질적으로 조정이 필요한 파라미터는 fc와 a의 2개뿐이다. 따라서, 종래의 마찰 보상기와 비교하여 파라미터의 조정에 필요로 하는 시간을 대폭적으로 단축할 수 있다.Further, in the friction compensator according to the present invention, the delay time constant Tc of the servo system, the friction torque f c of motor shaft conversion, the rising coefficient a of friction torque, and the time constant T f of the torque command filter Once the six parameters of the current loop time constant (T i ) and the torque command to torque conversion constant (T rg ) are set once, it is necessary to readjust the parameters even if the radius of the circular motion or the feed rate change. There is no. In addition, the parameter associated with the friction, that is, have a tendency parameter other than the friction torque (f c) and the rising coefficient of the frictional torque (a) in terms of the motor shaft is already known, the parameters required are substantially adjusted to the f c and only two of a. Therefore, compared with the conventional friction compensator, the time required for parameter adjustment can be significantly shortened.
본 발명에 관한 마찰 보상기에 의하면, 마찰력 또는 마찰 토크의 변위에 대한 변화율을 구하고, 이 변위에 대한 변화율에 속도 신호를 승산하여 시간에 대한 변화율을 구하고, 이 시간에 대한 변화율을 적분하여 마찰력 또는 마찰 토크를 추정하고 있기 때문에, 운동 방향을 반전하는 전후의 속도나 가속도에 영향받는 일 없이, 마찰력 또는 마찰 토크를 고정밀도로 추정할 수 있기 때문에, 이 마찰 보상기를 요소로 하여 모터 제어 장치를 구성하면, 수치 제어 공작 기계, 3차원 측정기, 반도체 제조 관련 장치 및 로봇의 운동 정밀도를 향상시킬 수 있다.According to the friction compensator according to the present invention, a rate of change for a displacement of friction force or friction torque is obtained, a rate signal is multiplied by the rate signal for the displacement, and the rate of change for time is integrated, and the rate of change for this time is integrated to give a frictional force or friction Since the torque is estimated, the friction force or the friction torque can be estimated with high accuracy without being influenced by the speed and acceleration before and after reversing the direction of movement. It is possible to improve the movement precision of numerically controlled machine tools, three-dimensional measuring machines, semiconductor manufacturing apparatuses, and robots.
도 1은 본 발명에 관한 마찰 보상기 및 이것을 포함하는 모터 제어 장치의 한 실시의 형태의 개략 구성을 도시하는 블록도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The block diagram which shows schematic structure of one Embodiment of the friction compensator which concerns on this invention, and the motor control apparatus containing this.
도 2는 이송 구동계에 의해 테이블을 정현파 왕복운동시킨 때의 마찰 토크의 시간적인 변화, 및 변위와 토크의 관계를 도시하는 선도.Fig. 2 is a diagram showing the temporal change of friction torque and the relationship between displacement and torque when the table is sinusoidally reciprocated by a feed drive system.
도 3은 테이블이 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위와 마찰 토크의 관계를 나타내는 근사식을 이용하여 계산하여 얻어진 마찰 토크의 시간적인 변화, 및 변위와 토크의 관계를 도시하는 선도.Fig. 3 is a diagram showing the temporal change of the friction torque obtained by calculation using an approximation equation showing the relationship between the displacement and the friction torque from the position at which the table reverses the direction of movement, and the relationship between the displacement and the torque.
도 4는 서보앰프와 모터의 지연 요소를 도시하는 블록선도.4 is a block diagram showing delay elements of the servo amplifier and the motor;
도 5는 본 발명에 관한 마찰 보상기의 한 실시의 형태의 상세한 구성을, 관련되는 신호 파형과 아울러서 도시한 블록도.Fig. 5 is a block diagram showing a detailed configuration of an embodiment of a friction compensator according to the present invention together with an associated signal waveform.
도 6은 본 발명에 관한 마찰 보상기의 한 실시의 형태를 구성하는 응답 지연 보상부의 상세한 구성을 도시하는 블록선도.Fig. 6 is a block diagram showing a detailed configuration of a response delay compensator which constitutes one embodiment of a friction compensator according to the present invention.
도 7은 원호 보간 운동을 행하게 하는 모터 제어 장치의 개략 구성을 도시하는 사시도.7 is a perspective view showing a schematic configuration of a motor control device for performing circular interpolation motion.
도 8은 종래의 마찰 보상기를 이용하여 원호 보간 운동을 행한 경우의 이상적인 원호 궤적과 실제의 궤적과의 오차를 도시한 도면.Fig. 8 is a diagram showing an error between an ideal arc trajectory and an actual trajectory in the case of performing circular interpolation motion using a conventional friction compensator.
도 9는 본 발명에 관한 마찰 보상기를 이용하여 원호 보간 운동을 행한 경우의 이상적인 원호 궤적과 실제의 궤적과의 오차를 도시한 도면.Fig. 9 is a diagram showing an error between an ideal arc trajectory and an actual trajectory when the circular interpolation motion is performed using the friction compensator according to the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
1 : 모터 2 : 테이블1: motor 2: table
3 : 볼나사 4 : 너트3: ball screw 4: nut
11 : 위치 제어기 12 : 속도 제어기11: position controller 12: speed controller
13 : 마찰 보상기 14 : 가산기13: friction compensator 14: adder
15 : 서보앰프 16 : 토크 지령 필터15: Servo amplifier 16: Torque command filter
17 : 전류 루프 21 : 실위치 추정부17
22 : 미분기 23 : 부호 반전 검출부22: differentiator 23: sign inversion detector
24, 28 : 적분기 25 : 절대치 산출부24, 28: integrator 25: absolute value calculation unit
26 : 마찰 특성 추정부 27 : 승산기26: friction characteristic estimation unit 27: multiplier
29 : 응답 지연 보상부29: response delay compensation unit
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