KR20080079590A - Method and apparatus for compensating a stick motion generated at a quadrant changing position in nc machine tools - Google Patents

Method and apparatus for compensating a stick motion generated at a quadrant changing position in nc machine tools Download PDF

Info

Publication number
KR20080079590A
KR20080079590A KR1020080008924A KR20080008924A KR20080079590A KR 20080079590 A KR20080079590 A KR 20080079590A KR 1020080008924 A KR1020080008924 A KR 1020080008924A KR 20080008924 A KR20080008924 A KR 20080008924A KR 20080079590 A KR20080079590 A KR 20080079590A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
torque
signal
friction
motor
displacement
Prior art date
Application number
KR1020080008924A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
류타 사토우
마사오미 츠츠미
요시미치 테라시마
Original Assignee
고꾸리쯔 다이가꾸호우징 도쿄노우코우다이가쿠
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 고꾸리쯔 다이가꾸호우징 도쿄노우코우다이가쿠 filed Critical 고꾸리쯔 다이가꾸호우징 도쿄노우코우다이가쿠
Publication of KR20080079590A publication Critical patent/KR20080079590A/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q15/00Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
    • B23Q15/007Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work while the tool acts upon the workpiece
    • B23Q15/013Control or regulation of feed movement
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

A friction compensation method, a friction compensator, and a motor controller are provided to shorten a time required for adjusting parameters by estimating friction and frictional torque with high precision. A friction compensation method comprises the steps of generating a present position signal by estimating a present position of a movable member using a present position estimation unit(21), obtaining a speed signal by differentiating the present position signal using a differentiator(22), generating a displacement signal by integrating the speed signal using an integrator(24), and obtaining an absolute value of the displacement signal using an absolute value calculator(25). A friction characteristic estimation unit(26) calculates variation for the displacement of the friction or frictional torque. A multiplier(27) calculates variation relative to time by multiplying the variation by the speed signal.

Description

마찰 보상 방법, 마찰 보상기 및 모터 제어 장치{METHOD AND APPARATUS FOR COMPENSATING A STICK MOTION GENERATED AT A QUADRANT CHANGING POSITION IN NC MACHINE TOOLS}Friction Compensation Method, Friction Compensator and Motor Control Device TECHNICAL TOOLS TECHNICAL AND APPARATUS FOR COMPENSATING A STICK MOTION GENERATED AT A QUADRANT CHANGING POSITION IN NC MACHINE TOOLS

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 INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to control of a motor for driving a feed shaft, such as a table of a machine tool, and more particularly, to compensate for a frictional force or friction torque when reversing the drive direction of a feed shaft when machining a workpiece attached to the table. A friction compensation method, a friction compensator and a motor control device.

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, Patent Document 1 described below expresses the relationship between the speed and the frictional force by a formula, determines the parameter in advance, and always monitors the position information measured by the encoder so that the direction of motion When the point of inversion is detected and the inversion of this movement direction is detected, the method by which the influence by a frictional force is erased and eliminated by adding the compensation value according to a parameter preset in the period of an abnormal response to a speed command is started. It is.

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, Patent Document 2 described below sets a target value of the integrator of the speed control system immediately before inverting the direction of movement to the speed command output from the position controller until the movement amount a reaches from a point where the direction of movement is reversed. A method of applying a compensation value determined by the acceleration at the time of inversion from the movement amount (b) (> a) to the movement amount (c) (> b) is disclosed.

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, Patent Document 3 described below determines the rotational direction of the motor from the speed command, which is the output from the position controller, and provides a dead band for speed or acceleration, and outputs a compensation value, and outputs the compensation value from the speed controller. A method of compensating the influence of the frictional force at the time of reversing the movement direction by adding to the in torque command is disclosed.

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 non-patent document 1 describes the torque at the time of reversing the movement direction by reversing the sign of the integral element of the speed control system and reversing the armature current of the motor when the direction of rotation of the ball screw is reversed. Disclosed is a method for correcting the influence of a sudden change in the.

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 non-patent document 2 described below, a method of applying a certain correction value to the current command until the load starts to move at the start of the movement or the direction of the movement is reversed, and zeroing the correction value when detecting that the movement has started. Is disclosed.

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 non-patent document 3 described below, a method of analytically calculating the size of the upper limit protrusion caused by the influence of friction during circular motion is developed, and the position command of the servo system is corrected based on the calculated amount of protrusion. The method of correcting is disclosed.

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 Patent Documents 1, 2, 3 and Non-Patent Document 2, it is necessary to adjust each parameter in accordance with the speed and acceleration of the movement and store it in a memory, and the adjustment of these parameters is an experience. Since it is performed by oversense, there is a problem that a large amount of time is required for adjustment in order to effectively operate the correction.

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 Patent Documents 2 and 2 described above, the output of the integrator of the speed control system immediately before reversing the direction of motion is compensated as a frictional force. Since the inertia force is also maximized by this, there exists a problem that the method disclosed by these documents cannot be applied at the time of high motion.

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 non-patent document 3, since the motion error is analyzed by ignoring the dynamic characteristics of the servo system, when the speed and acceleration are large and the dynamic characteristics cannot be ignored, There is a problem that the exact amount of protrusion cannot be calculated.

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 motor 1 is supported by a linear motion guide mechanism (not shown) so as to be movable, and the rotational motion of the motor 1 is a ball screw ( Through the power transmission mechanism including 3) and the nut 4, it is converted into the linear motion of the table 2. Thus, by controlling the motor 1, the position, speed and acceleration of the table 2 can be controlled.

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 motor 1, the table 2 is equipped with a linear encoder (not shown) for detecting its position, and the motor 1 is attached with a taco generator or a rotary encoder (not shown) for detecting its speed. It is. The position controller 11 generates the speed command signal of the motor 1 so that the position command signal applied from the host controller and the position detection signal of the table 2 detected by the linear encoder coincide with each other. ) The speed controller 12 generates a torque command signal so that the speed command signal applied from the position controller 11 and the speed detection signal of the motor 1 detected by the taco generator or rotary encoder coincide with the adder 14. Add. The friction compensator 13 generates and applies a friction compensation signal to the adder 14 on the basis of the position command signal applied from the host controller to compensate for the frictional force generated when the rotation direction of the motor 1 is reversed. The adder 14 adds the torque command signal applied from the speed controller 12 and the friction compensation signal applied from the friction compensator 13 to apply the frictionally compensated torque command signal to the servo amplifier 15 as the torque controller. . The servo amplifier 15 controls the armature current of the motor 1 to generate torque as faithful as possible to the friction compensated torque command signal.

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 position controller 11, the speed controller 12, and the servo amplifier 15 are generally well known, and thus their description is omitted. The configuration and operation of the friction compensator 13 directly related to the present invention will be described in detail after the principle thereof is explained.

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 ball screw 3 is reversed. The response of the control system does not correspond to this change, and for example, an upper limit projection occurs when performing circular arc cutting by performing circular interpolation motion using two orthogonal axes. The friction compensator 13 is for correcting the influence of the frictional force at the time of reversing the movement direction of the table 2.

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 servo amplifier 15 and the motor 1, the friction-compensated torque command signal obtained by correcting the torque command signal in the above formula (1) is supplied to the servo amplifier 15. Even if it is applied, the torque actually output from the motor 1 will be different. Generally, the delay elements of the servo amplifier 15 and the motor 1 are modeled by the torque command filter 16 and the current loop 17, as shown by the block diagram of FIG. In Fig. 4, T r is a torque command signal applied to the servo amplifier 15, T m is a motor torque [Nm] actually generated, T f is a time constant [s] of the torque command filter, and T i is a current loop. 'S time constant [s], s is the Laplace operator.

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 friction compensator 13 which solves the above problems, together with the associated signal waveform. In FIG. 5, the real position estimating unit 21 inputs a position command signal applied from the host controller, and uses the model of the servo control system to which the table 2 is moved. It is to estimate the actual position of to generate a real position signal. The real position estimator 21 is connected with a differentiator 22 which differentiates the real position signal and outputs it as a speed signal. The differentiator 22 detects that the sign of the speed signal is inverted and outputs a reset signal. The integrating detector 23 and the speed signal are integrated to restore the real position signal, and each time the reset signal is output from the sign inversion detecting unit 23, the integral value is reset to zero so that the table 2 adjusts the movement direction. An integrator 24 that has generated a displacement signal from the inverted position is connected, and an integrator 24 is connected to an absolute value calculator 25 for obtaining an absolute value of its output.

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 value calculation section 25, a model representing the relationship between the displacement from the position at which the table 2 reverses the direction of movement and the friction torque is used to determine the displacement (position) of the friction torque as a function of the displacement signal expressed in absolute value. A frictional characteristic estimating section 26 for determining the rate of change for the circuit is connected. The multiplier 27 which multiplies the change rate with respect to the displacement output from the friction characteristic estimation part 26 and the speed signal output from the differentiator 22 and computes the change rate with respect to the time of a friction torque is provided. At the output end of the multiplier 27, an integrator 28 for estimating the friction torque is provided by integrating the rate of change of the friction torque over time. The integrator 28 also models the characteristics from the torque command signal input to the servo amplifier 15 to the torque of the motor 1 actually output, and multiplies the inverse function of the transfer function of the model by the estimated friction torque. The response delay compensator 29 for generating the friction compensation signal is connected.

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 response delay compensator 29. The coefficient block 31, the derivative block 32, the adder 33, the differential block 34, and the adder 35 are shown in FIG. It consists of). In Fig. 6, f e (t) is the estimated friction torque [Nm], T f is the time constant [s] of the torque command filter described above, T i is the time constant [s], s of the current loop described above. The Laplace operator described above. In addition, T rg is a conversion constant from the torque command signal to the torque.

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 friction compensator 13 configured as described above will be described below. First, when the position command signal r is applied from an upper controller not shown, the actual position estimating unit 21 estimates the actual position of the table 2 according to the following equation (2) and then the actual position signal xe (t Create)).

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 real position estimator 21 is differentiated from the differentiator 22 and output as a speed signal dx / dt, and the sign inversion detector 23 and the integrator 24 are used. And multiplier 27. The sign inversion detector 23 detects that the sign of the speed signal dx / dt is inverted and outputs a reset signal. The integrator 24 outputs the position signal again by integrating the speed signal dx / dt, and since it is reset every time a reset signal is applied from the sign inversion detecting section 23, the displacement from the position inverting the direction of movement Output as a signal (± x '). The absolute value calculator 25 calculates the absolute value of the displacement signal ± x 'and outputs the displacement signal x'. The friction characteristic estimator 26 calculates the rate of change of the friction torque with respect to the displacement as a function of the displacement signal x ', that is, the friction characteristic in the following equation (3). Equation (3) is obtained by differentiating the above equation (1) by one system by the displacement signal xe.

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 differentiator 22 results in the differential value of the estimated value of friction torque. Therefore, the multiplier 27 performs calculation of the following formula (4).

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 integrator 28 calculates the estimated value f e (t) of the friction torque by integrating the derivative value df e / dt of the estimated value of the friction torque. The response delay compensator 29 performs a response delay compensation on the estimated value f e (t) of the friction torque to generate a friction compensation signal. When the delay elements of the servo amplifier 15 and the motor 1 are modeled as shown in FIG. 4, the response delay compensation unit 29 is configured as shown in the block diagram of FIG. That is, the friction compensation signal is generated by multiplying the inverse function of the transfer function representing the characteristic from the torque command signal to the torque of the motor actually output by the estimated friction torque f e (t). In Fig. 6, T f is a time constant [s] of the torque command filter, T i is a time constant [s] and s of the current loop, and a Laplace operator, and T rg is a conversion constant from the torque command signal to the friction torque.

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 PC 50 has a digital signal processor (DSP) function, and has functions of the position controller 11, the speed controller 12, and the friction compensator 13 shown in FIG.

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 current loop 21 real position estimation unit

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

Claims (5)

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,Generating 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; generating a torque command signal such that the speed detection signal of the motor and the speed command signal coincide; In controlling the torque of the motor based on the torque command signal, a friction compensation method of generating a friction compensation signal for compensating for the frictional force or friction torque generated when the rotation direction of the motor is inverted to be a correction value of the torque command signal. To 상기 이동체가 이송운동되는 제어계의 모델을 이용하여, 상기 위치 지령 신호에 대응하는 상기 이동체의 실위치를 추정하여 실위치 신호를 생성하는 스텝과,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 변화율에 상기 속도 신호를 승산하여 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 by 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 스텝을, 구비한 것을 특징으로 하는 마찰 보상 방법.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. Friction compensation method characterized in that provided. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이동체가 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위와 마찰력 또는 마찰 토크의 관계를 나타내는 모델은,The model which shows the relationship between the displacement from the position which the said moving body reverses a direction of movement, and a friction force or friction torque, 속도와 가속도에 영향받지 않는 진폭 및 주기로 상기 이동체를 정현파 왕복운동시킨 때의 상기 이동체의 변위와 모터 토크의 관계에 의거하여, 마찰력 또는 마찰 토크를 상기 이동체의 변위의 함수로서 나타냈던 근사식인 것을 특징으로 하는 마찰 보상 방법.Based on the relationship between the displacement of the movable body and the motor torque when the movable body is sine wave reciprocated at an amplitude and a period not affected by the speed and acceleration, the frictional force or the friction torque is an approximation formula that is expressed as a function of the displacement of the movable body. Friction compensation method. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 마찰력 또는 상기 마찰 토크를 f,Friction force or the friction torque f, 상기 이동체가 운동 방향을 반전하는 위치로부터의 변위를 x',X ', the displacement from the position in which the movable body reverses the direction of motion 상기 이동체의 미소변위 영역에서의 상기 이동체의 변위에 대한 마찰력 또는 마찰 토크의 기울기를 a,A slope of friction force or friction torque with respect to the displacement of the movable body in the microdisplacement region of the movable body a, 상기 이동체의 변위가 충분히 큰 때의 마찰력 또는 마찰 토크를 fc,The frictional force or frictional torque when the displacement of the movable body is large enough, f c , 부호 함수를 sgn으로 하여,Let's set the sign function to sgn 상기 근사식은,The approximation formula is f=fc(2tanh(ax')-1)sgn(dx'/dt)f = f c (2tanh (ax ')-1) sgn (dx' / dt) 이고, 마찰력 또는 마찰 토크의 상기 변위에 대한 변화율 dfe/dxe를 다음 식And the rate of change df e / dx e for the displacement of friction force or friction torque is dfe/dxe=2afc{1-tanh2(ax')}df e / dx e = 2af c {1-tanh 2 (ax ')} 에 따라 구하는 것을 특징으로 하는 마찰 보상 방법.The friction compensation method characterized by the above-mentioned. 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,Generating 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; generating a torque command signal such that the speed detection signal of the motor and the speed command signal coincide; In controlling the torque of the motor based on the torque command signal, the friction compensator generates a friction compensation signal for compensating for the frictional force or friction torque generated when the rotation direction of the motor is inverted to be a correction value of the torque command signal. In 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 하는 마찰 보상기.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; Friction compensator, characterized in that provided. 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,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 fed by the motor coincide; and generating a torque command signal for the speed detection signal of the motor to match the speed command signal A torque controller, a friction compensator for generating a friction compensation signal that compensates for the frictional force generated when the rotation direction of the motor is reversed, and a torque of the motor based on the sum of the torque command signal and the friction compensation signal. In the motor control device having a torque controller for controlling the, 상기 마찰 보상기는,The friction compensator, 상기 이동체가 이송운동되는 제어계의 모델을 이용하여, 상기 위치 지령 신 호에 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 하는 모터 제어 장치.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; The motor control device characterized in that it comprises.
KR1020080008924A 2007-02-27 2008-01-29 Method and apparatus for compensating a stick motion generated at a quadrant changing position in nc machine tools KR20080079590A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2007-00047874 2007-02-27
JP2007047874A JP4581096B2 (en) 2007-02-27 2007-02-27 Friction compensation method, friction compensator, and motor control device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080079590A true KR20080079590A (en) 2008-09-01

Family

ID=39786496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080008924A KR20080079590A (en) 2007-02-27 2008-01-29 Method and apparatus for compensating a stick motion generated at a quadrant changing position in nc machine tools

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4581096B2 (en)
KR (1) KR20080079590A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150000364A (en) * 2013-06-24 2015-01-02 삼성전자주식회사 Method and Apparatus for compensating friction torque of permanent magnet synchronous motor
US9061420B2 (en) 2012-12-17 2015-06-23 Hyundai Motor Company Method and system for extracting intended torque for wearable robot
US9162356B2 (en) 2012-12-17 2015-10-20 Hyundai Motor Company Method for controlling two arms of a robot
US9199377B2 (en) 2012-12-17 2015-12-01 Hyundai Motor Company Method and system for extracting intended torque for wearable robot
CN114527710A (en) * 2022-02-21 2022-05-24 天津大学 Feed direct torque control method and device based on friction compensation and storage medium

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5560068B2 (en) * 2010-03-05 2014-07-23 Dmg森精機株式会社 Control method and control apparatus
JP5817428B2 (en) * 2010-10-22 2015-11-18 ブラザー工業株式会社 Numerical control apparatus and friction compensation method
CN102023612B (en) * 2010-12-01 2012-07-04 西安交通大学 Method for compensating frictional error of servo system of numerical control machine tool
JP5823166B2 (en) * 2011-05-24 2015-11-25 Dmg森精機株式会社 Control parameter estimation method and control parameter setting device
JP5834885B2 (en) * 2011-12-21 2015-12-24 ブラザー工業株式会社 Numerical control apparatus and friction compensation method
WO2014091840A1 (en) * 2012-12-11 2014-06-19 三菱電機株式会社 Servo control device
JP5657633B2 (en) * 2012-12-14 2015-01-21 ファナック株式会社 Servo control device for correcting position error when moving body is reversed
US10031507B2 (en) 2013-02-07 2018-07-24 Mitsubishi Electric Corporation Servo control device
JP6185374B2 (en) * 2013-11-22 2017-08-23 国立大学法人 東京大学 Control apparatus and control method
CN105814506B (en) 2013-12-06 2019-01-15 三菱电机株式会社 Friction identification method and Friction identification device
JP6177705B2 (en) * 2014-02-21 2017-08-09 三菱重工業株式会社 Control device of mechanical device and gain determination method for friction compensation
JP6154435B2 (en) 2015-07-09 2017-06-28 ファナック株式会社 Servo control device with function to display online automatic adjustment status of control system
EP3678290B1 (en) * 2017-08-29 2022-09-21 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Motor driving device
JP7120821B2 (en) * 2018-06-15 2022-08-17 三菱重工業株式会社 Control device, control method and program
JP7135483B2 (en) * 2018-06-18 2022-09-13 富士電機株式会社 electric motor controller
JP7283421B2 (en) 2020-03-05 2023-05-30 トヨタ自動車株式会社 Torque estimation system, torque estimation method, and program

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4090666B2 (en) * 1999-10-05 2008-05-28 三菱電機株式会社 Numerical control system and position command value correction device used therefor
JP2004094368A (en) * 2002-08-29 2004-03-25 Masaomi Tsutsumi Control method for servo system and its controller
JP2006121806A (en) * 2004-10-20 2006-05-11 Yaskawa Electric Corp Friction compensation method of motor control device, and the motor control device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9061420B2 (en) 2012-12-17 2015-06-23 Hyundai Motor Company Method and system for extracting intended torque for wearable robot
US9162356B2 (en) 2012-12-17 2015-10-20 Hyundai Motor Company Method for controlling two arms of a robot
US9199377B2 (en) 2012-12-17 2015-12-01 Hyundai Motor Company Method and system for extracting intended torque for wearable robot
KR20150000364A (en) * 2013-06-24 2015-01-02 삼성전자주식회사 Method and Apparatus for compensating friction torque of permanent magnet synchronous motor
CN114527710A (en) * 2022-02-21 2022-05-24 天津大学 Feed direct torque control method and device based on friction compensation and storage medium
CN114527710B (en) * 2022-02-21 2023-09-26 天津大学 Friction compensation-based feed direct torque control method, apparatus and storage medium

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008210273A (en) 2008-09-11
JP4581096B2 (en) 2010-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20080079590A (en) Method and apparatus for compensating a stick motion generated at a quadrant changing position in nc machine tools
US8093856B2 (en) Position control apparatus for numerically controlled machine
JP5885883B2 (en) Servo control device
JP4014162B2 (en) Machine tool position control device and machine tool position control method
JP3739749B2 (en) Control device
JP4283214B2 (en) Machine tip control device
KR101472693B1 (en) Load inertia estimation method and control parameter adjustment method
US10274939B2 (en) Feed shaft control method and numerical control work device
WO2015111298A1 (en) Motor control device
KR20070096821A (en) Method of controlling a servo-motor
JP2010049599A (en) Machine tool
US10247301B2 (en) Servo control system with position compensation function for driven member
JP2000250614A (en) Backlash correction device and numerical control system
JP4879091B2 (en) Method for controlling numerically controlled machine tool and numerically controlled machine tool
JP4226420B2 (en) Position control device
JP5991249B2 (en) Numerical controller
JP2005316937A (en) Control device and its control method
JP2007072943A (en) Position controller
US20190033818A1 (en) Position control apparatus
JP7135483B2 (en) electric motor controller
CN112236729B (en) Numerical control device
JP4507071B2 (en) Motor control device
JP2001030136A (en) Moving device
Kehne et al. Control of the static and dynamic stiffness of feed drive axes by using an external force sensor
JP5225060B2 (en) Mechanical motion measuring device

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination