KR20230147328A - Master motor and slave motor switching control system in tandem control of machine tool and method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제1 모터부와 제2 모터부가 서보드라이브의 탠덤제어를 통해 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 나머지 1개는 보조모터부로 구동하고, 탠덤제어 중에 불평형 부하가 발생된 경우 현재 보조모터부로 작동하는 모터부에서의 입력 전력각과 기준값을 비교하여 제1 모터부와 제2 모터부는 서보드라이브의 제어에 따라 주모터부와 보조모터부로 선택적으로 전환함에 따라 안정적인 속도 제어를 수행할 수 있는 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a main motor switching control system and a control method thereof in tandem control of a machine tool. More specifically, the first motor unit and the second motor unit are connected to the first motor unit and the second motor unit through tandem control of the servo drive. One of the parts is driven by the main motor part and the other part is driven by the auxiliary motor part. If an unbalanced load occurs during tandem control, the input power angle and reference value of the motor part currently operating as the auxiliary motor part are compared and the first motor part and the second motor part are driven. 2 This relates to a main motor switching control system and its control method in tandem control of a machine tool that can perform stable speed control by selectively switching between the main motor part and the auxiliary motor part according to the control of the servo drive.
일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.In general, machine tools refer to machines used to process metal/non-metal workpieces into desired shapes and dimensions using appropriate tools using various cutting or non-cutting processing methods.
터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.Various types of machine tools, including turning centers, vertical/horizontal machining centers, door machining centers, Swiss turns, electric discharge machines, horizontal NC boring machines, and CNC lathes, are widely used in various industrial fields to suit the purpose of the work.
일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.In general, various types of machine tools currently in use are equipped with an operating panel to which numerical control (NC) or computerized numerical control (CNC) technology is applied. This operating panel is equipped with various function switches or buttons and a monitor.
또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다. In addition, a machine tool includes a table on which the workpiece material is seated and transported for processing the workpiece, a pallet to prepare the workpiece before processing, a spindle on which the tool or workpiece is combined and rotated, a tailstock to support the workpiece, etc. during processing, and an anti-vibration tool. Equipped with etc.
일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.In general, in machine tools, tables, tool rests, spindles, tailstocks, vibration stoppers, etc. are equipped with transfer units that transfer along a transfer axis to perform various machining.
또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 툴 매거진이나 터렛이 사용된다.In addition, machine tools generally use multiple tools for various processing, and a tool magazine or turret is used as a tool storage location to store and store multiple tools.
또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 툴을 툴 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.In addition, machine tools are generally equipped with an automatic tool changer (ATC) to withdraw or re-store a specific tool from a tool magazine according to a command from a numerical control unit in order to improve the productivity of the machine tool.
또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.Additionally, machine tools are generally equipped with an automatic pallet changer (APC) to minimize non-processing time. The automatic pallet changer (APC) automatically exchanges pallets between the workpiece machining area and the workpiece installation area. A workpiece can be mounted on a pallet.
일반적으로 공작기계에서 자동공구교환장치(ATC), 자동팔레트교환장치(APC), 심압대, 또는 방진구 등을 구동하기 위해서 서보 모터가 사용된다.In general, servo motors are used to drive automatic tool changers (ATC), automatic pallet changers (APC), tailstocks, or vibration isolation devices in machine tools.
이처럼, 서보 모터(SERVO MOTOR)를 제어하여 최종적으로 자동공구교환장치(ATC)나 자동팔레트교환장치(APC), 심압대, 또는 방진구를 제어하는 장치를 서보 제어장치라 한다.In this way, the device that controls the servo motor (SERVO MOTOR) and ultimately controls the automatic tool changer (ATC), automatic pallet changer (APC), tailstock, or vibration isolator is called a servo control device.
특히, 대형 자동팔레트교환장치(APC)와 같이 크기가 크거나 큰 힘이 필요한 경우에 생산성 및 경제적인 요인과 하나의 서보모터만으로는 충분한 토크를 얻을 수 없는 기술적인 요인에 의해 2대의 서보모터를 병렬운전하여 하나의 축을 구동하게 되고, 이를 탠덤 제어(Tandem control)이라 한다.In particular, in cases where the size is large or a large force is required, such as a large automatic pallet changer (APC), two servomotors are installed in parallel due to productivity and economic factors and technical factors in which sufficient torque cannot be obtained with only one servomotor. One axis is driven by driving, and this is called tandem control.
그러나 도 1에 도시된 것처럼, 종래 2개의 서보 모터를 사용하는 경우에 종래 서보 제어장치는 각각 1대의 서보모터에 1대의 인버터와 1대의 서보 드라이브가 결합되었다. 즉 제1 서보모터(30)에 제1 인버터(20)와 제1 서보 드라이브(10)가 연결되고, 제2 서보모터(31)에 제2 인버터(21)와 제2 서보 드라이브(11)가 연결되는 멀티 인버터 멀티 서보모터(Multi inverter multi servo motor) 방식으로 운영되었다. However, as shown in FIG. 1, when using two servo motors, the conventional servo control device combines one inverter and one servo drive with one servo motor, respectively. That is, the
그러나 멀티 인버터 멀티 서보모터의 경우 각각의 서보 모터 별로 별도의 인버터와 서보 드라이브를 결합해야 함에 따라 장치의 크기가 증가하고 제조비용과 유지비용이 증가하며, 공작기계의 소형화를 도모할 수 없는 문제점이 있었다.However, in the case of multi-inverter multi-servomotors, a separate inverter and servo drive must be combined for each servo motor, which increases the size of the device, increases manufacturing and maintenance costs, and makes it impossible to miniaturize machine tools. there was.
이러한 문제점을 해결하기 위해 도 2에 도시된 것처럼 두대의 서보모터(30, 31)에 1개의 인버터(20)와 1대의 서보 드라이브(10)를 병렬운전하는 방식의 단일 인버터 듀얼 서보모터(Single inverter dual servo motor, SIDM)가 제안되었다. To solve this problem, as shown in FIG. 2, a single inverter dual servomotor (Single inverter) is used in which one inverter (20) and one servo drive (10) are operated in parallel on two servo motors (30, 31). dual servo motor (SIDM) was proposed.
그러나 슬립이 존재하는 유도 모터와는 달리 서보모터는 영구자석형 동기 모터로 슬립이 존재하지 않아 속도 편차가 없도록 두대의 서보모터를 동기화시켜야만 안정적인 병렬운전이 가능하며 그렇지 못할 경우 공진과 탈조를 통해 서보 제어장치의 안정성과 신뢰도가 저하되고, 최종적으로 공작기계의 안정성과 신뢰도 및 가공 정밀도가 저하되는 문제점이 있었다.However, unlike induction motors that have slip, servomotors are permanent magnet synchronous motors that do not have slip, so stable parallel operation is possible only when two servomotors are synchronized so that there is no speed deviation. If not, the servo motors are driven through resonance and step-out. There was a problem in that the stability and reliability of the control device deteriorated, and ultimately, the stability, reliability, and processing precision of the machine tool deteriorated.
이러한 공진억제 제어 문제를 해결하기 위해 종래 3가지 공진억제 제어시스템과 공진억제 제어방법이 제안되었다.To solve this resonance suppression control problem, three conventional resonance suppression control systems and resonance suppression control methods have been proposed.
첫째로 보조 인버터와 보조 권선을 이용한 감쇠제어 장치 및 방법으로 이는 주 인버터와 보조 인버터를 따로 구비하고 서보 모터와 보조 권선을 형성하는 구조로 종래 2개의 인버터를 구비함에 따라 발생하는 제조비용 증가, 대량생산 어려움과 같은 문제점이 여전히 남아 있다.First, it is an attenuation control device and method using an auxiliary inverter and an auxiliary winding. This is a structure in which the main inverter and auxiliary inverter are separately provided and a servo motor and auxiliary winding are formed. The manufacturing cost increases due to the existing two inverters, and the mass Problems such as production difficulties still remain.
둘째로 능동감쇠제어(active damping control)장치 및 방법으로 공진억제 제어를 단순히 경험적인 방법으로 설정함에 따라 실제 공진발생이나 많은 외란이나 변수에 능동적으로 대처하지 못하여 서보 제어장치의 신뢰성과 안정성이 여전히 보장되지 않고 제조비용만 증가하는 문제점이 있다.Second, as the resonance suppression control is set simply by empirical methods using an active damping control device and method, the reliability and stability of the servo control device are still guaranteed because the actual occurrence of resonance or many disturbances or variables cannot be actively dealt with. There is a problem that the manufacturing cost only increases.
셋째로 부하맥동분석기(load oscillation analyzer)를 이용한 맥동저감 장치 및 방법으로 공진억제 제어를 경험적인 방법으로 산출한다. 단순히 경험적인 방법으로 산출함에 따라 공진억제 제어의 정확성과 신뢰성이 감소하며, 최종적으로 공작기계의 가공 정밀도와 신뢰성이 감소하는 문제점이 있다.Third, resonance suppression control is calculated empirically using a pulsation reduction device and method using a load oscillation analyzer. There is a problem in that the accuracy and reliability of resonance suppression control are reduced by simply calculating it using an empirical method, and ultimately, the machining precision and reliability of the machine tool are reduced.
또한, 대한민국 특허공개공보 제10-2020-0025683호는 주파수 해석을 통해 얻은 보데선도(Bode Plot)에서 페이스 마진(Phase Margin)을 확인하여 제어 게인을 조정하고, 대한민국 특허출원번호 제10-2019-0170546호는 공진주파수를 찾아 해당 주파수에 노치필터를 적용하는 것으로 2가지 탠덤제어 모두 속도루프 제어가 수행됨에 따라 시스템의 응답성이 저하되고, 시스템 파라미터의 변동에 약한 단점이 있다.In addition, Korean Patent Publication No. 10-2020-0025683 adjusts the control gain by checking the phase margin in the Bode plot obtained through frequency analysis, and Korean Patent Application No. 10-2019- No. 0170546 finds the resonance frequency and applies a notch filter to that frequency. Both types of tandem control have the disadvantage of lowering the responsiveness of the system as speed loop control is performed and being vulnerable to changes in system parameters.
그러나 도 1 내지 도 2 및 기존 출원과 같이 탠덤제어에서 공진 억제만으로 시스템의 안정성과 신뢰성이 유지되는 것은 아니다. 구체적으로 탠덤제어를 통해 안정적인 2대의 서보모터를 병렬운전하기 위해서는 부하변동에 따른 동특성 해석을 통해 주모터부와 보조모터부의 빠른 전환이 요구된다.However, as shown in FIGS. 1 and 2 and previous applications, the stability and reliability of the system are not maintained only by suppressing resonance in tandem control. Specifically, in order to stably operate two servomotors in parallel through tandem control, quick switching between the main motor unit and the auxiliary motor unit is required through analysis of dynamic characteristics according to load fluctuations.
이를 위해 종래 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법은 도 3 내지 도 4에 도시된 것과 같은 등면적법을 이용하여 부하변동에 따른 동특성 해석을 적용하여 탠덤제어를 수행하였다.For this purpose, in the conventional tandem control of machine tools, the main motor switching control system and its control method were implemented by applying dynamic characteristic analysis according to load fluctuations using the equal area method as shown in Figures 3 and 4 to perform tandem control.
도 3은 부하토크에 따른 등면적에 대한 그래프이고, 도 4는 과도상태에서의 토크각 추이에 대한 그래프를 나타낸다. 도 3에서 가로축은 단자전압과 여자전압 사이의 토크각(δ)이고, 세로축은 토크(T)를 나타내고, 도 4에서 가로축은 시간(t)이고 세로축은 토크각(δ)을 나타낸다. 도 3 내지 도 4에서 δ는 토크각이고, δ은 부하토크각을 나타낸다.Figure 3 is a graph of equal area according to load torque, and Figure 4 shows a graph of torque angle change in a transient state. In FIG. 3, the horizontal axis represents the torque angle (δ) between the terminal voltage and the excitation voltage, and the vertical axis represents torque (T). In FIG. 4, the horizontal axis represents time (t) and the vertical axis represents torque angle (δ). In FIGS. 3 and 4, δ is the torque angle, and δ represents the load torque angle.
구체적으로 도 3의 그래프의 A 면적이 B 면적 보다 작은 경우(A<B)에는 안정된 상태로 동기 상태가 유지되고, 도 4에서 토크각(δ)은 Y와 같아진다. Specifically, when the area A in the graph of FIG. 3 is smaller than the area B (A<B), the synchronous state is maintained in a stable state, and the torque angle (δ) in FIG. 4 becomes equal to Y.
또한, 도 3의 그래프의 A 면적이 B 면적 보다 큰 경우(A>B)에는 불안정한 상태로 동기 상태가 탈조되고, 도 4에서 토크각(δ)은 X와 같이 계속 커지게 된다.In addition, when the area A in the graph of FIG. 3 is larger than the area B (A > B), the synchronization state is unstable and the torque angle (δ) continues to increase like X in FIG. 4.
또한, 도 3의 그래프의 A 면적이 B 면적과 같은 경우(A=B)에는 시스템은 불안정한 평형상태가 되고, 도 4에서 토크각(δ)은 Z와 같아진다.Additionally, when the area A in the graph of FIG. 3 is equal to the area B (A=B), the system is in an unstable equilibrium state, and the torque angle (δ) in FIG. 4 is equal to Z.
그러나, 종래 등면적법을 적용한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법은 실시간 영구자석 동기 전동기의 전력각을 구하기 위해 과도상태 토크의 크기와 전력각의 크기를 구해야 함에 따라 많은 시간과 비용이 소모되어 가공생산성이 감소하는 문제점이 있었다.However, in the tandem control of a machine tool using the conventional equal-area method, the main motor switching control system and its control method have many difficulties as the magnitude of the transient torque and the magnitude of the power angle must be determined to obtain the power angle of the real-time permanent magnet synchronous motor. There was a problem that processing productivity decreased due to time and cost being consumed.
또한, 종래 등면적법을 적용한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법은 전력각을 구하기 위해서는 과도상태 d축 리액턴스의 크기를 구해야 하나 전기자 전류의 증가에 따른 쇄교자속의 자기포화 현상으로 인해 과도상태 기간에 d축 리액턴스의 크기를 구하기 쉽지 않아 작업자의 불편을 초래하고 정밀도가 감소하며, 안정성과 신뢰성이 저하되는 문제점이 있었다.In addition, in the tandem control of machine tools applying the conventional equal-area method, the main motor switching control system and its control method need to find the magnitude of the transient d-axis reactance in order to find the power angle, but magnetic saturation of the flux linkage due to the increase in armature current Due to this phenomenon, it is not easy to obtain the size of the d-axis reactance during the transient state, causing inconvenience to the operator, reducing precision, and deteriorating stability and reliability.
더욱이, 종래 등면적법을 적용한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법은 도 3 그래프의 A 면적과 B 면적을 실시간으로 계산해야 함에 따라 서보드라이브의 계산량이 증가해야 함에 따라 시스템의 소형화를 도모할 수 없고, 제조비용이 증가하고 공간활용도가 감소하며 안정적인 속도 제어를 수행할 수 없는 문제점이 있었다.Moreover, in the tandem control of a machine tool using the conventional equal-area method, the main motor switching control system and its control method must calculate the area A and B in the graph in FIG. 3 in real time, and the amount of calculation of the servo drive must increase, so the system There were problems in that miniaturization could not be achieved, manufacturing costs increased, space utilization decreased, and stable speed control could not be performed.
이에 따라 탠덤제어시에 불평등 부하가 발생한 경우 전압과 전류 정보를 이용하여 보조모터부의 입력 전력각을 실시간으로 연산하고 기준값과 비교하여 현재 보조모터부를 주모터부로 기존의 주모터부를 보조모터부로 신속하고 정확하게 전환할 수 있는 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법에 대한 개발이 시급한 실정이다.Accordingly, when an unequal load occurs during tandem control, the input power angle of the auxiliary motor is calculated in real time using voltage and current information, and compared with the reference value, the current auxiliary motor is quickly converted to the main motor and the existing main motor to the auxiliary motor. There is an urgent need to develop a control system and control method for switching from main motor to tandem control of machine tools that can accurately switch.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 제1 모터부와 제2 모터부가 서보드라이브의 탠덤제어를 통해 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 나머지 1개는 보조모터부로 구동하고, 탠덤제어 중에 불평형 부하가 발생된 경우 제1 모터부와 제2 모터부는 서보드라이브의 제어에 따라 주모터부와 보조모터부로 서로 자동으로 전환함에 따라 안정적인 속도 제어를 수행하고, 시스템 응답성과 효율성을 향상할 수 있는 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and the purpose of the present invention is to control the first motor unit and the second motor unit through tandem control of the servo drive, with one of the first motor unit and the second motor unit being the main motor unit. The remaining one is driven by the auxiliary motor unit, and when an unbalanced load occurs during tandem control, the first motor unit and the second motor unit automatically switch between the main motor unit and the auxiliary motor unit under the control of the servo drive, providing stable speed control. The purpose is to provide a control system and control method for switching from main motor to tandem control of machine tools that can improve system responsiveness and efficiency.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 탠덤제어에 따라 현재 주모터부와 보조모터부 사이에 불평형 부하가 발생된 경우에 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 현재 보조모터부로 작동하는 모터부에서의 입력 전력각을 실시간으로 연산한 후에 연산된 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키고, 입력 전력각이 기준값보다 같거나 작은 경우에는 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지함에 따라 안정적인 속도 제어를 수행하여 공작기계의 안정성과 신뢰성을 향상하고, 제조 원가를 절감하고, 불필요한 장비를 제거하여 최소화하여 소형화를 도모하고, 노이즈 감소에 따른 신뢰도 향상 및 내구성을 향상하며, 유지보수 비용과 관리비용을 절감할 수 있는 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to control the input from the motor unit currently operating as the auxiliary motor unit among the first motor unit and the second motor unit when an unbalanced load occurs between the main motor unit and the auxiliary motor unit according to tandem control. After calculating the power angle in real time, if the calculated input power angle is greater than the standard value, the current auxiliary motor is automatically converted to the main motor and the existing main motor is automatically converted to the auxiliary motor. If the input power angle is equal to or smaller than the standard value, the current auxiliary motor is automatically converted to the main motor. By maintaining the auxiliary motor unit and the main motor unit, stable speed control is performed to improve the stability and reliability of the machine tool, reduce manufacturing costs, miniaturize by removing unnecessary equipment, and improve reliability by reducing noise. It provides a control system for switching from tandem control to main motor and its control method for machine tools that can improve performance and durability, and reduce maintenance and management costs.
본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템은 수치제어부; 주조작부; 상기 수치제어부 또는 상기 주조작부와의 통신을 통해 제어명령을 행하는 PLC; 상기 PLC의 제어명령을 수행하는 서보드라이브; 서로 병렬로 연결되는 제1 모터부와 제2 모터부를 구비하고, 상기 서보드라이브에 의해 구동하는 서보모터부; 및 상기 서보모터부 및 상기 서보드라이브와 전기적으로 연결되어 상기 서보드라이브의 탠덤제어를 통해 상기 서보모터부에 전류를 인가하는 전력변환부;를 포함하고, 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부는 상기 서보드라이브의 탠덤제어를 통해 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 나머지 1개는 보조모터부로 구동하고, 불평형 부하가 발생된 경우 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부는 상기 서보드라이브의 제어에 따라 현재 보조모터부로 작동하는 모터부에서의 입력 전력각과 기준값을 비교하여 주모터부와 보조모터부로 선택적으로 전환할 수 있다.In order to achieve the purpose of the present invention, the main motor switching control system in the tandem control of the machine tool according to the present invention includes a numerical control unit; main operation department; A PLC that executes control commands through communication with the numerical control unit or the main operation unit; A servo drive that executes control commands from the PLC; A servo motor unit including a first motor unit and a second motor unit connected in parallel to each other and driven by the servo drive; And a power conversion unit electrically connected to the servo motor unit and the servo drive to apply current to the servo motor unit through tandem control of the servo drive, wherein the first motor unit and the second motor unit are Through tandem control of the servo drive, one of the first motor unit and the second motor unit is driven as a main motor unit and the other one is driven as an auxiliary motor unit, and when an unbalanced load occurs, the first motor unit and the second motor unit are driven. 2 The motor unit can be selectively switched between the main motor unit and the auxiliary motor unit by comparing the input power angle and the reference value of the motor unit currently operating as the auxiliary motor unit under the control of the servo drive.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 상기 서보드라이브는 탠덤제어에 따라 현재 주모터부와 보조모터부 사이에 불평형 부하가 발생된 경우에 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부 중에서 현재 보조모터부로 작동하는 모터부에서의 입력 전력각을 실시간으로 연산한 후에 연산된 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시켜 속도 제어를 수행할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to the present invention, the servo drive of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool currently operates the main motor unit and the auxiliary motor according to tandem control. When an unbalanced load occurs between the units, the input power angle from the motor unit currently operating as the auxiliary motor unit among the first motor unit and the second motor unit is calculated in real time, and the calculated input power angle is greater than the reference value. In this case, speed control can be performed by automatically switching the current auxiliary motor unit to the main motor unit and the existing main motor unit to the auxiliary motor unit.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 상기 서보드라이브는 불평형 부하가 발생된 경우 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부를 상기 서보드라이브의 제어에 따라 주모터부와 보조모터부로 서로 자동으로 전환시키기 위한 데이터를 저장하는 메모리부; 상기 메모리부에 저장된 데이터를 통해 불평형 부하 발생여부를 확인하고 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부 중에서 현재 보조모터부로 작동하는 모터부의 입력 전력각을 연산하는 연산부; 및 상기 메모리부에 저장된 데이터와 상기 연산부의 연산결과에 따라 탠덤제어에 따른 현재 보조모터부와 주모터부의 전환 여부를 결정하는 전환부;를 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to the present invention, the servo drive of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool switches on the first motor when an unbalanced load occurs. a memory unit that stores data for automatically switching the motor unit and the second motor unit to a main motor unit and an auxiliary motor unit under control of the servo drive; a calculation unit that checks whether an unbalanced load occurs through data stored in the memory unit and calculates an input power angle of a motor unit currently operating as an auxiliary motor unit among the first motor unit and the second motor unit; and a switching unit that determines whether to switch between the current auxiliary motor unit and the main motor unit according to tandem control according to the data stored in the memory unit and the calculation result of the calculation unit.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 서보드라이브의 상기 메모리부는 기준값, 단자전압, 여자전압, 동기리액턴스, 동기각속도에 관한 정보를 저장하는 기본데이터 저장부; 모터 속도, 자석의 자속, D축 전류, Q축 전류, 최대 입력 전력, 최대 출력 전력, 고정자 저항에 대한 데이터를 저장하는 수집데이터 저장부; 및 상기 연산부 및 상기 전환부의 결과를 실시간으로 저장하는 실시간 데이터 저장부;를 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to the present invention, the memory unit of the servo drive of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool includes a reference value, terminal voltage, excitation voltage, A basic data storage unit that stores information about synchronous reactance and synchronous angular velocity; A collection data storage unit that stores data on motor speed, magnet flux, D-axis current, Q-axis current, maximum input power, maximum output power, and stator resistance; and a real-time data storage unit that stores the results of the calculation unit and the conversion unit in real time.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 서보드라이브의 상기 연산부는 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부가 탠덤제어를 통해 현재 1개는 주모터부로 다른 1개는 보조모터부로 작동할 때에 불평형 부하의 발생 여부를 확인하는 확인부; 상기 확인부의 확인결과 불평형 부하가 발생된 경우 상기 메모리부에 저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 입력 전력을 계산하는 입력 전력 계산부; 상기 입력 전력 계산부를 통해 계산된 입력 전력과 상기 메모리부에 저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 출력 전력을 계산하는 출력 전력 계산부; 및 상기 입력 전력 계산부에 의해 계산된 입력 전력, 상기 출력 전력 계산부에 의해 계산된 출력 전력, 및 상기 메모리부에 저장된 데이터에 따라 현재 보조모터부의 입력 전력각을 계산하는 입력 전력각 계산부;를 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to the present invention, the operation unit of the servo drive of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool includes the first motor unit and the first motor unit. 2 A confirmation unit that checks whether an unbalanced load occurs when one motor unit operates as a main motor unit and the other as an auxiliary motor unit through tandem control; an input power calculation unit that calculates the current input power of the auxiliary motor unit through data stored in the memory unit when an unbalanced load occurs as a result of the verification unit; an output power calculation unit that calculates the current output power of the auxiliary motor unit using the input power calculated by the input power calculation unit and data stored in the memory unit; and an input power angle calculation unit that calculates the current input power angle of the auxiliary motor unit according to the input power calculated by the input power calculation unit, the output power calculated by the output power calculation unit, and the data stored in the memory unit. may include.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 서보드라이브의 상기 전환부는 상기 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각을 상기 메모리부에 저장된 데이터와 비교하는 비교부; 및 상기 비교부의 비교결과 상기 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에는 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키고, 상기 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 작거나 같은 경우에는 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지시키는 선택부;를 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to the present invention, the switching unit of the servo drive of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool calculates the input power angle through the calculation unit. a comparison unit that compares the current input power angle of the auxiliary motor unit with data stored in the memory unit; And, as a result of the comparison of the comparison unit, if the input power angle of the current auxiliary motor unit calculated through the input power angle calculation unit is greater than the reference value, the current auxiliary motor unit is automatically converted to the main motor unit and the existing main motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit, and the input power angle is automatically converted to the main motor unit. If the input power angle of the current auxiliary motor unit calculated through each calculation unit is less than or equal to the reference value, a selection unit that maintains the current auxiliary motor unit and the main motor unit as is.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 서보드라이브의 상기 입력 전력각 계산부는 정상상태에서 보조모터부의 입력 전력과 출력전력의 크기가 같고 저항 성분은 무시한 상태로 계산을 수행할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to the present invention, the input power angle calculation unit of the servo drive of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool is configured to operate the auxiliary motor in a normal state. The calculation can be performed with the magnitude of the negative input power and output power being the same and the resistance component being ignored.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 상기 서보드라이브는 상기 메모리부, 상기 연산부, 및 상기 전환부의 결과를 표시하는 표시부;를 더 포함할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to the present invention, the servo drive of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool includes the memory unit, the operation unit, and the switching unit. It may further include a display unit that displays a negative result.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어방법은 불평형 부하가 발생된 경우 제1 모터부와 제2 모터부를 서보드라이브의 제어에 따라 주모터부와 보조모터부로 서로 자동으로 전환시키기 위한 데이터를 저장하는 단계; 수치제어부 또는 주조작부와의 통신을 통해 PLC에서 제어명령을 수행하는 단계; 상기 PLC로부터 전달된 제어명령을 상기 서보드라이브에서 수행하는 단계; 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 다른 1개는 보조모터부로 1차적으로 선택한 상태로 선택된 주모터부와 보조모터부가 상기 서보드라이브를 통해 탠덤제어되는 단계; 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부가 탠덤제어 됨에 따라 현재 1개는 주모터부로 다른 1개는 보조모터부로 작동할 때에 불평형 부하의 발생 여부를 확인하는 단계; 확인결과 불평형 부하가 발생된 경우 기저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 입력 전력을 계산하는 단계; 계산된 입력 전력과 기저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 출력 전력을 계산하는 단계; 계산된 입력 전력, 계산된 출력 전력, 및 기저장된 데이터에 따라 현재 보조모터부의 입력 전력각을 계산하는 단계; 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각을 기저장된 기준값과 비교하는 단계; 및 비교결과에 따라 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키거나 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지할지를 선택하는 단계;를 포함할 수 있다.In order to achieve another object of the present invention, the main motor switching control method in tandem control of a machine tool according to the present invention is to switch the first motor unit and the second motor unit between the main motor unit and the second motor unit under the control of the servo drive when an unbalanced load occurs. Storing data for automatically switching between auxiliary motor units; Executing control commands in a PLC through communication with a numerical control unit or main operation unit; Executing a control command transmitted from the PLC by the servo drive; Among the first motor unit and the second motor unit, one is primarily selected as a main motor unit and the other is primarily selected as an auxiliary motor unit, and the selected main motor unit and the auxiliary motor unit are controlled in tandem through the servo drive; Checking whether an unbalanced load occurs when the first motor unit and the second motor unit are controlled in tandem, with one currently operating as a main motor unit and the other motor unit as an auxiliary motor unit; As a result of confirmation, if an unbalanced load occurs, calculating the current input power of the auxiliary motor unit through pre-stored data; Calculating the current output power of the auxiliary motor unit using the calculated input power and previously stored data; calculating the current input power angle of the auxiliary motor unit according to the calculated input power, the calculated output power, and previously stored data; Comparing the calculated current input power angle of the auxiliary motor unit with a pre-stored reference value; and automatically converting the current auxiliary motor unit to the main motor unit and the existing main motor unit to the auxiliary motor unit according to the comparison result, or selecting whether to maintain the current auxiliary motor unit and the main motor unit as is.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어방법의 바람직한 다른 실시예에서, 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어방법의 상기 선택 단계는 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에는 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키고, 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 작거나 같은 경우에는 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지할 수 있다.In addition, in another preferred embodiment of the main motor switching control method in tandem control of a machine tool according to the present invention, the selection step of the main motor switching control method in tandem control of a machine tool is determined by the calculated current input power angle of the auxiliary motor unit. If it is greater than the standard value, the current auxiliary motor unit is automatically converted to the main motor unit and the existing main motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit. If the calculated input power angle of the current auxiliary motor unit is less than or equal to the standard value, the current auxiliary motor unit and main motor unit are left as is. It can be maintained.
본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법은 제1 모터부와 제2 모터부가 서보드라이브의 탠덤제어를 통해 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 나머지 1개는 보조모터부로 구동하고, 탠덤제어 중에 불평형 부하가 발생된 경우 제1 모터부와 제2 모터부는 서보드라이브의 제어에 따라 주모터부와 보조모터부로 서로 자동으로 전환함에 따라 안정적인 속도 제어를 수행함에 따라 제조 원가를 절감하고, 안정성 향상에 따라 신뢰도를 향상하며, 서보모터의 종류와 용량에 관계없이 범용적으로 사용될 수 있어 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법의 호환성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.In the tandem control of a machine tool according to the present invention, the main motor switching control system and its control method have the first motor unit and the second motor unit through tandem control of the servo drive, and one of the first motor unit and the second motor unit is the main motor unit. The remaining motor unit is driven by the auxiliary motor unit, and when an unbalanced load occurs during tandem control, the first motor unit and the second motor unit automatically switch between the main motor unit and the auxiliary motor unit under the control of the servo drive, ensuring stable speed. It reduces manufacturing costs by performing control, improves reliability by improving stability, and can be used universally regardless of the type and capacity of the servomotor, so it is a control system for switching from tandem control of machine tools to a main motor and its control method. It has the effect of increasing compatibility.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법은 1개의 전력부와 전력 변환부에 의해 2개의 서보 모터를 병렬운전과 같은 탠덤제어시에 현재 주모터부와 보조모터부 사이에 불평형 부하가 발생된 경우에 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 현재 보조모터부로 작동하는 모터부에서의 입력 전력각을 실시간으로 연산한 후에 연산된 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키고, 입력 전력각이 기준값보다 같거나 작은 경우에는 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지하도록 서브드라이브가 탠덤제어를 수행함에 따라 불필요한 구성품을 제거하여 공작기계의 탠덤제어 시스템의 소형화를 도모하고, 공간활용도를 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, in tandem control of a machine tool according to the present invention, the main motor switching control system and its control method assist with the current main motor unit when tandem controlling two servo motors such as parallel operation by one power unit and a power conversion unit. In the case where an unbalanced load occurs between the motor units, the input power angle from the motor unit currently operating as the auxiliary motor unit among the first motor unit and the second motor unit is calculated in real time, and the calculated input power angle is greater than the reference value. The current auxiliary motor unit is automatically converted to the main motor unit and the existing main motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit. If the input power angle is equal to or smaller than the standard value, the subdrive performs tandem control to maintain the current auxiliary motor unit and main motor unit as is. Accordingly, by removing unnecessary components, the tandem control system of the machine tool can be miniaturized and space utilization can be maximized.
더욱이, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법은 서보드라이브의 탠덤제어에 따른 서보모터부의 운전상태에 따라 실시간으로 발생하는 불평형 부하에 따라 보조모터부의 입력 전력각을 실시간으로 자동으로 연산하고 이를 기준값과 비교하여 주모터부와 보조모터부의 전환 여부를 신속하고 자동으로 선택하여 탠덤제어를 수행함에 따라 시스템 응답성을 높이고 시스템의 파라미터 변동에 강인한 특성을 보유함에 따라 자동공구교환장치 또는 자동팔레트교환장치의의 서보 제어장치의 정밀도와 신뢰도를 극대화하고, 공작기계의 안정성과 가공효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.Moreover, in tandem control of a machine tool according to the present invention, the main motor switching control system and its control method change the input power angle of the auxiliary motor unit according to the unbalanced load that occurs in real time according to the operation status of the servo motor unit according to the tandem control of the servo drive. It automatically calculates in real time and compares it with the reference value to quickly and automatically select whether to switch between the main motor unit and the auxiliary motor unit to perform tandem control, thereby increasing system responsiveness and maintaining robust characteristics against changes in system parameters. It has the effect of maximizing the precision and reliability of the servo control device of the tool changer or automatic pallet changer, and increasing the stability and processing efficiency of the machine tool.
게다가, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법은 1개의 전력부와 전력 변환부에 의해 2개의 서보 모터를 병렬운전시에 불평형 부하가 발생할 때에 서보모터의 종류와 용량에 관계없이 실시간으로 자동으로 현재의 보조모터부를 주모터부로 전환하거나 기존 상태를 유지하면서 탠덤제어를 수행함에 따라 작업자의 편의를 도모하고, 비가공시간을 최소화하여 공작기계의 생산성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.In addition, in tandem control of a machine tool according to the present invention, the main motor switching control system and its control method are used to determine the type of servo motor when an unbalanced load occurs when two servo motors are operated in parallel by one power unit and a power conversion unit. Regardless of capacity, it automatically converts the current auxiliary motor unit to the main motor unit in real time or performs tandem control while maintaining the existing status, thereby promoting operator convenience and minimizing non-processing time to maximize machine tool productivity. There is a possible effect.
도 1은 종래 서보모터 한대에 1대의 인버터와 1대의 서보 드라이브가 결합되는 멀티 인버터 멀티 서보 모터의 개념도를 나타낸다.
도 2는 종래 2대의 서보모터에 1대의 인버터와 1대의 서보 드라이브가 결합되어 탠덤제어가 수행되는 단일 인버터 멀티 서보 모터의 개념도를 나타낸다.
도 3은 부하토크에 따른 등면적에 대한 그래프를 나타낸다.
도 4는 과도상태에서의 토크각 추이에 대한 그래프를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 구성에 대한 블럭도를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 서보드라이브의 구성에 대한 블럭도를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어방법의 절차도를 나타낸다.
도 8은 영구자석 동기 전동기 모터의 전력각에 대한 안정도 해석에 대한 그래프를 나타낸다.
도 9는 2개의 영구자석 동기 전동기 모터간 불평형 부하에 대한 속도 응답특성을 확인하기 위한 그래프를 나타낸다.
도 10은 도 9의 K부분의 확대 그래프를 나타낸다.
도 11은 도 9의 J부분의 확대 그래프를 나타낸다.Figure 1 shows a conceptual diagram of a multi-inverter multi-servo motor in which one inverter and one servo drive are combined with one conventional servo motor.
Figure 2 shows a conceptual diagram of a single inverter multi-servo motor in which tandem control is performed by combining two conventional servomotors with one inverter and one servo drive.
Figure 3 shows a graph of equal area according to load torque.
Figure 4 shows a graph of torque angle trend in a transient state.
Figure 5 shows a block diagram of the configuration of a main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows a block diagram of the configuration of the servo drive of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 7 shows a procedure diagram of a main motor switching control method in tandem control of a machine tool according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 shows a graph for stability analysis of the power angle of a permanent magnet synchronous electric motor.
Figure 9 shows a graph for confirming the speed response characteristics to an unbalanced load between two permanent magnet synchronous motors.
FIG. 10 shows an enlarged graph of portion K of FIG. 9.
FIG. 11 shows an enlarged graph of portion J of FIG. 9.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, the main motor switching control system and its control method in tandem control of a machine tool according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The embodiments introduced below are provided as examples so that the idea of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. Also, in the drawings, the size and thickness of the device may be exaggerated for convenience. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms. These embodiments only serve to ensure that the disclosure of the present invention is complete and that common knowledge in the technical field to which the present invention pertains is provided. It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. The sizes and relative sizes of layers and regions in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for describing embodiments and is therefore not intended to limit the invention. As used herein, singular forms also include plural forms, unless specifically stated otherwise in the context. As used in the specification, “comprise” and/or “comprising” refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements. or does not rule out addition.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 구성에 대한 블럭도를 나타내고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 서보드라이브의 구성에 대한 블럭도를 나타낸다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어방법의 절차도를 나타낸다. 도 8은 영구자석 동기 전동기 모터의 전력각에 대한 안정도 해석에 대한 그래프를 나타낸다. 도 9는 2개의 영구자석 동기 전동기 모터간 불평형 부하에 대한 속도 응답특성을 확인하기 위한 그래프를 나타내고, 도 10은 도 9의 K부분의 확대 그래프를 나타내며, 도 11은 도 9의 J부분의 확대 그래프를 나타낸다.Figure 5 shows a block diagram of the configuration of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to an embodiment of the present invention, and Figure 6 shows a block diagram of the main motor switching control system in tandem control of a machine tool according to an embodiment of the present invention. It shows a block diagram of the servo drive configuration of the conversion control system. Figure 7 shows a procedure diagram of a main motor switching control method in tandem control of a machine tool according to an embodiment of the present invention. Figure 8 shows a graph for stability analysis of the power angle of a permanent magnet synchronous electric motor. Figure 9 shows a graph for confirming the speed response characteristics for unbalanced load between two permanent magnet synchronous motors, Figure 10 shows an enlarged graph of part K of Figure 9, and Figure 11 shows an enlarged graph of part J of Figure 9. Shows a graph.
도 5 내지 도 6 및 도 8 내지 도 11을 참조하여 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템(1)을 설명한다. 도 5 내지 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템(1)은 수치제어부(100), 주조작부(200), PLC(300), 서보드라이브(400), 서보모터부(600), 및 전력변환부(500)를 포함한다.5 to 6 and 8 to 11, the main motor switching
수치제어부(100)는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉, 수치제어부(100)에는 서보모터부의 구동프로그램, 공구의 가동프로그램 등이 내장되고, 수치제어부의 구동에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 또한, 수치제어부(100)는 주조작부(200), PLC(300), 서보드라이브(400)와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.The
또한, 수치제어부(100)는 자동공구교환장치(ATC) 또는 자동팔레트교환장치(APC)의 구동에 사용되는 서보모터부(600)의 서로 병렬로 연결되는 제1 모터부(610) 및/또는 제2 모터부(620)로부터 작동에 따른 수집 정보와 연산부의 처리 결과에 대한 피드백 정보를 전달 받는다. 더욱 구체적으로 수치제어부(100)는 후술하는 메모리부의 수집데이터 저장부와 기본데이터 저장부로부터 제1 모터부 또는 제2 모터부의 d축 전류 제어부의 저장부의 피드백 데이터 저장부로부터 주모터부 또는 보조모터부의 단자전압, 여자전압, 동기리액턴스, 동기각속도, 모터 속도, 자석의 자속, D축 전류, Q축 전류, 최대 입력 전력, 최대 출력 전력, 고정자 저항위치에 대한 수집 정보와 피드백 정보를 전달받는다.In addition, the
주조작부(200)는 화면표시 프로그램과 화면표시 선택에 따른 데이터 입력 프로그램을 포함하고, 화면표시 프로그램의 출력에 따라 표시화면에 소프트웨어 스위치를 디스플레이하고, 소프트웨어 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 인식하여 기계 동작의 입출력 명령을 내리는 기능을 수행한다. The
또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 주조작부(200)는 공작기계의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 모니터를 구비한다. 즉, 모니터는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함하고 터치스크린 형태로 형성될 수 있다.In addition, although not necessarily limited to this, the
PLC(Programmable Logic Controller, 300)는 수치제어부(100) 또는 주조작부(200)와의 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC(300)는 수치제어부(100) 또는 주조작부(200)의 수치 제어 프로그램에 따른 제어 명령을 받아 작동한다. The PLC (Programmable Logic Controller, 300) performs communication with the
또한, 수치제어부(100)나 주조작부(200)로부터 제어명령을 전달받아 이를 수행한 후에 PLC(300)는 이를 수치제어부(100)로 출력하고, 제어명령을 주조작부(200)를 통해 서보드라이브(400)에 전달한다. 필요에 따라 PLC(300)는 주조작부(200)를 통해 사용자로부터 실시간 제어명령을 서보드라이브(400)에 전달할 수도 있다.In addition, after receiving control commands from the
서보드라이브(400)는 PLC(300)의 제어명령을 수행한다. 즉, 서보드라이브(400)는 PLC(300)의 제어명령을 통해 후술하는 서보모터부(600)의 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부(Master motor)로 나머지 다른 1개는 보조모터부(Slave motor)로 선택하여 현재의 주모터부와 보조모터부의 구동을 제어하고, 최종적으로 주모터부와 보조모터부에 의해 구동되는 자동공구교환장치(ATC) 또는 자동팔레트교환장치(APC), 심압대, 방진구와 같은 공작기계의 다양한 부품의 구동을 제어한다. 서보드라이브(400)는 제어 결과를 접점 또는 소정의 프로토콜에 의한 통신을 통해 PLC(300)에 전달한다.The
또한, 서보드라이브(400)는 자동공구교환장치(ATC) 또는 자동팔레트교환장치(APC)의 구동에 사용되는 서보모터부(600)의 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 현재 주모터부와 보조모터부로 작동하는 모터부 들에 대한 각종 수집 정보와 피드백 정보를 전달받는다.In addition, the
서보모터부(600)는 서보드라이브(400)의 탠덤제어를 통해 구동한다. 도 5에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템(1)의 서보모터부(600)는 서로 병렬로 연결되는 제1 모터부(610)와 제2 모터부(620)를 구비하고, 제1 모터부와 제2 모터부는 모두 서보모터(servo motor)로 형성된다. 또한, 주모터부(Master motor)와 보조모터부(Slave motor)는 서보드라이브의 탠덤제어에 따른 서보모터부의 운전상태에 따라 실시간으로 변동된다. The
전력변환부(500)는 서보모터부(600) 및 서보드라이브(400)와 전기적으로 연결된다. 또한, 전력변환부(500)는 서보드라이브(400)의 접점 신호에 따라 서보모터부(600)에 탠덤제어를 통해 전류를 인가한다. The
서보모터부에서 제1 모터부와 제2 모터부는 서보드라이브의 탠덤제어를 통해 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 나머지 1개는 보조모터부로 구동하고, 불평형 부하가 발생된 경우 제1 모터부와 제2 모터부는 서보드라이브의 제어에 따라 현재 보조모터부로 작동하는 모터부에서의 입력 전력각과 기준값을 비교하여 주모터부와 보조모터부로 선택적으로 전환한다.In the servo motor unit, one of the first and second motor units is driven as the main motor unit and the other as an auxiliary motor unit through tandem control of the servo drive, and an unbalanced load is generated. In this case, the first motor unit and the second motor unit selectively switch to the main motor unit and the auxiliary motor unit by comparing the input power angle and the reference value of the motor unit currently operating as the auxiliary motor unit under the control of the servo drive.
즉, 주모터부와 보조모터부는 특별히 지정된 것이 아니라 서보드라이브의 탠덤제어에 따라 서로 병렬로 연결되어 동기화를 통해 구동하는 주모터부와 보조모터부의 운전상태인 부하량에 따라 실시간으로 변동된다.In other words, the main motor unit and the auxiliary motor unit are not specifically designated, but are connected in parallel according to the tandem control of the servo drive and are changed in real time according to the load amount of the main motor unit and the auxiliary motor unit operating through synchronization.
구체적으로 서보드라이브는 탠덤제어에 따라 현재 주모터부와 보조모터부 사이에 불평형 부하가 발생된 경우에 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 현재 보조모터부로 작동하는 모터부에서의 입력 전력각을 실시간으로 연산한 후에 연산된 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시켜 탠덤제어에 따른 속도 제어를 수행한다.Specifically, when an unbalanced load occurs between the main motor unit and the auxiliary motor unit according to tandem control, the servo drive monitors the input power angle in real time from the motor unit currently operating as the auxiliary motor unit among the first motor unit and the second motor unit. After calculation, if the calculated input power angle is greater than the reference value, the current auxiliary motor unit is automatically converted to the main motor unit and the existing main motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit to perform speed control according to tandem control.
이처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법은 1개의 전력부와 전력 변환부에 의해 2개의 서보 모터를 병렬운전과 같은 탠덤제어시에 현재 주모터부와 보조모터부 사이에 불평형 부하가 발생된 경우에 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 현재 보조모터부로 작동하는 모터부에서의 입력 전력각을 실시간으로 연산한 후에 연산된 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키고, 입력 전력각이 기준값보다 같거나 작은 경우에는 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지하도록 서브드라이브가 탠덤제어를 수행함에 따라 제조 원가를 절감하고, 안정성 향상에 따라 신뢰도를 향상하며, 서보모터의 종류와 용량에 관계없이 범용적으로 사용될 수 있어 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법의 호환성을 증가시키며, 불필요한 구성품을 제거하여 공작기계의 탠덤제어 시스템의 소형화를 도모하고, 공간활용도를 극대화할 수 있다.In this way, in tandem control of a machine tool according to the present invention, the main motor switching control system and its control method assist with the current main motor unit when tandem controlling two servo motors such as parallel operation by one power unit and a power conversion unit. In the case where an unbalanced load occurs between the motor units, the input power angle from the motor unit currently operating as the auxiliary motor unit among the first motor unit and the second motor unit is calculated in real time, and the calculated input power angle is greater than the reference value. The current auxiliary motor unit is automatically converted to the main motor unit and the existing main motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit. If the input power angle is equal to or smaller than the standard value, the subdrive performs tandem control to maintain the current auxiliary motor unit and main motor unit as is. This reduces manufacturing costs, improves reliability by improving stability, and can be used universally regardless of the type and capacity of the servomotor, increasing the compatibility of the main motor conversion control system and its control method in tandem control of machine tools. By removing unnecessary components, the tandem control system of the machine tool can be miniaturized and space utilization can be maximized.
도 5 및 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템(1)의 서보드라이브(400)는 메모리부(410), 연산부(420), 전환부(430), 및/또는 표시부(440)를 포함한다.As shown in Figures 5 and 6, in tandem control of a machine tool according to the present invention, the
도면에 도시되지는 않았지만, 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템의 서보드라이브(400)는 필요에 따라 컨트롤러를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 컨트롤러는 서보드라이브(400)의 내부에 설치되고, 세부적인 제어명령 해독 프로그램이나 각종 가공 프로그램, 구동 프로그램이 별도로 내장된다. 또한, 컨트롤러는 수치제어부(100), 주조작부(200), PLC(300), 서보모터부(600), 전력변환부(500)와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.Although not shown in the drawing, the
필요에 따라 주조작부(200)는 주조작부의 제어명령을 수치제어부(100)를 거치지 않고 바로 PLC(300)를 통해 서보드라이브(400)에 전달할 수 있다. If necessary, the
이처럼, 세부적인 제어명령 해독 프로그램이나 별도의 제어 프로그램이 후술하는 서보드라이브(400)의 컨트롤러에 모두 내장되어 있기 때문에 수치제어부(100)로부터 서보모터부(500)의 구동명령을 받지 않고 주조작부(200)와 PLC(300)를 통한 명령을 서보드라이브(400)가 실행하여 후술하는 서보모터부(600)를 구동할 수도 있다.In this way, since the detailed control command decoding program and separate control program are all built into the controller of the
따라서, 서보드라이브(400)의 컨트롤러에 의해 수치제어부(100)에서 진행하는 세부적인 제어명령을 수행할 수 있어 다른 수치제어부와 프로토콜 기능만을 프로그램하여 서보 드라이브 기능을 수행할 수 있게 됨에 따라 서보 드라이브를 통해 다양한 프로그램의 구동이 가능하여 장비의 호환성을 극대화하고, 사용자의 편의를 도모할 수 있다.Therefore, detailed control commands from the
메모리부(410)는 불평형 부하가 발생된 경우 제1 모터부와 제2 모터부를 서보드라이브의 제어에 따라 주모터부와 보조모터부로 서로 자동으로 전환시키기 위한 데이터를 저장한다. 이러한 메모리부(410)는 ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기일 수 있고, 인터넷(internet)상에서 저장부의 저장 기능을 수행하는 웹 스토리지(web storage)일 수도 있다. 메모리부에 불평형 부하가 발생된 경우 제1 모터부와 제2 모터부를 서보드라이브의 제어에 따라 주모터부와 보조모터부로 서로 자동으로 전환시키기 위한 탠덤제어를 위한 정보를 저장하는 작업은 작업자가 수치제어부 또는 주조작부를 통해 수행할 수 있고, 프로그램 형태로 PLC 또는 입력부를 통해 저장할 수도 있다.The
연산부(420)는 메모리부에 저장된 데이터를 통해 불평형 부하 발생여부를 확인하고 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 현재 보조모터부로 작동하는 모터부의 입력 전력각을 연산한다.The
전환부(430)는 메모리부에 저장된 데이터와 연산부의 연산결과에 따라 탠덤제어에 따른 현재 보조모터부와 주모터부의 전환 여부를 결정한다.The
표시부(440)는 메모리부, 연산부, 및 전환부의 결과를 표시한다. 이러한, 표시부는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.The
또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 표시부는 터치스크린 형태로 형성되어 서보드라이브의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있다.In addition, although not necessarily limited to this, the display unit is formed in the form of a touch screen and can be installed in the housing, case, or one side of the servo drive to display various function switches or buttons and various information.
이러한, 메모리부(410), 연산부(420), 및 전환부(430)는 서보드라이브의 내부에 설치되고, 세부적인 제어명령 해독 프로그램이나 각종 가공 프로그램, 구동 프로그램이 별도로 내장될 수 있다. The
또한, 메모리부(410), 연산부(420), 전환부(430), 및 표시부(440)는 수치제어부(100), 주조작부(200), PLC(300), 서보모터부(600), 전력변환부(500)와 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행할 수 있다.In addition, the
도 6에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템(1)의 서보드라이브(400)의 메모리부(410)는 기본데이터 저장부(411), 수집데이터 저장부(412), 및 실시간데이터 저장부(413)를 포함한다.As shown in Figure 6, in tandem control of a machine tool according to the present invention, the
기본데이터 저장부(411)는 기준값, 단자전압(Vt), 여자전압(Ef), 동기리액턴스(Xs), 동기각속도(ωs)에 관한 정보를 저장한다.The basic
수집데이터 저장부(412)는 모터 속도(ωr), 자석의 자속(φa), D축 전류(ir ds), Q축 전류(ir qs), 최대 입력 전력(Pin_max), 최대 출력 전력(Pout_max), 고정자 저항(Rs)에 대한 데이터를 저장한다.The collection
실시간데이터 저장부(413)는 연산부 및 전환부의 결과를 실시간으로 저장한다. 즉, 실시간데이터 저장부는 후술하는 연산부의 확인부, 입력 전력 계산부, 출력 전력 계산부, 입력 전력각 계산부, 비교부, 및 선택부의 결과를 실시간으로 저장한다.The real-time
도 6에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템(1)의 서보드라이브(400)의 연산부(420)는 확인부(421), 입력 전력 계산부(422), 출력 전력 계산부(423), 및 입력 전력각 계산부(424)를 포함한다.As shown in Figure 6, in tandem control of a machine tool according to the present invention, the
확인부(421)는 제1 모터부와 제2 모터부가 탠덤제어를 통해 현재 1개는 주모터부로 다른 1개는 보조모터부로 작동할 때에 불평형 부하의 발생 여부를 확인한다.The
입력 전력 계산부(422)는 확인부의 확인결과 불평형 부하가 발생된 경우 메모리부에 저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 입력 전력(Pin)을 계산한다. 구체적으로 입력 전력 계산부(422)는 확인부의 확인결과 불평형 부하가 발생된 경우 기본데이터 저장부와 수집데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 입력 전력을 후술하는 식 3을 통해 계산한다.The input
출력 전력 계산부(423)는 입력 전력 계산부를 통해 계산된 입력 전력과 메모리부에 저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 출력 전력(Pout)을 계산한다. 구체적으로 출력 전력 계산부(423)는 입력 전력 계산부를 통해 계산된 입력 전력(Pin)과 기본데이터 저장부와 수집데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 출력 전력(Pout)을 후술하는 식 4를 통해 계산한다.The output
입력 전력각 계산부(424)는 입력 전력 계산부에 의해 계산된 입력 전력(Pin), 출력 전력 계산부에 의해 계산된 출력 전력(Pout), 및 메모리부에 저장된 데이터에 따라 현재 보조모터부의 입력 전력각(δin)을 계산한다. 구체적으로 입력 전력각 계산부(424)는 입력 전력 계산부에 의해 계산된 입력 전력(Pin), 출력 전력 계산부에 의해 계산된 출력 전력(Pout), 및 기본데이터 저장부와 수집데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 입력 전력각(δin)을 후술하는 식 6을 통해 계산한다.The input power
또한, 정확성과 안정성을 유지하면서 신속하고 빠른 응답성을 도출하기 위해 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면 입력 전력각 계산부는 정상상태에서 보조모터부의 입력 전력과 출력전력의 크기가 같고 저항 성분은 무시한 상태로 후술하는 식 7을 통해 계산을 수행한다. In addition, in order to derive quick and rapid response while maintaining accuracy and stability, it is not necessarily limited to this, but according to a preferred embodiment of the present invention, the input power angle calculation unit calculates the input power and output power of the auxiliary motor unit in a normal state. Calculation is performed using Equation 7, described later, with the same size and ignoring the resistance component.
도 6에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템(1)의 서보드라이브(400)의 전환부(430)는 비교부(431) 및 선택부(432)를 포함한다.As shown in Figure 6, in tandem control of a machine tool according to the present invention, the
비교부(431)는 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각을 메모리부에 저장된 데이터와 비교한다. 구체적으로 비교부는 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각(δin)을 기본데이터 저장부에 저장된 기준값과 비교한다.The
선택부(432)는 비교부의 비교결과 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각(δin)이 기준값보다 큰 경우에는 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시킨다. 또한, 선택부는 비교부의 비교결과 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각(δin)이 기준값보다 작거나 같은 경우에는 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지시킨다. 즉 선택부가 전환 신호 또는 유지 신호를 전력변환부로 전송하고 전력변환부는 해당 신호에 따라 전류를 서보모터부에 인가하여 제1 모터부와 제2 모터부의 주모터부와 보조모터부를 전환하거나 유지한 상태로 작동을 수행하게 된다.If the input power angle (δ in ) of the current auxiliary motor unit calculated through the input power angle calculation unit as a result of the comparison of the comparison unit is greater than the reference value, the
도 3 내지 도 6 및 도 8 내지 도 11을 참조하여 탠덤제어시에 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어 원리를 설명한다.With reference to FIGS. 3 to 6 and FIGS. 8 to 11, the main motor switching control principle in tandem control of a machine tool according to the present invention will be explained.
상술한 바와 같이 병렬로 연결된 2개의 모터부를 주모터부와 보조모터부로 하여 탠덤제어를 수행할 때에 불평형 부하가 발생하게 되면 안정적인 제어가 수행되지 않는다.As described above, when performing tandem control with two motor units connected in parallel as a main motor unit and an auxiliary motor unit, if an unbalanced load occurs, stable control is not performed.
구체적으로 탠덤제어시에 주제어 대상은 마스터모터인 주모터부(master motor)이고, 보조모터인 보조모터부(slave motor)는 제어하지 않지만 보조모터부에 불평형 부하가 발생하게 되면 안정적인 제어가 수행되지 않게 된다.Specifically, during tandem control, the main control target is the master motor, which is the master motor, and the slave motor, which is the auxiliary motor, is not controlled. However, if an unbalanced load occurs in the auxiliary motor, stable control may not be performed. do.
즉, 도 8에 가로축은 토크각 세로축은 토크를 나타낸다. 도 8에서와 같이 모터 전력각에 따른 안정도 해석은 식 1과 식 2를 통해 도출된다.That is, in Figure 8, the horizontal axis represents the torque angle and the vertical axis represents the torque. As shown in Figure 8, stability analysis according to motor power angle is derived through
즉, 출력전력에 대한 기계적 출력 토크(정상상태)는 하기 식 1로 도출된다.That is, the mechanical output torque (steady state) relative to the output power is derived from
[식 1][Equation 1]
또한, 토크를 갑자기 변화시킬 때 과도상태토크는 하기 식 2를 통해 도출된다.Additionally, when the torque is suddenly changed, the transient torque is derived through Equation 2 below.
[식 2][Equation 2]
여기에서 Vt는 단자전압, Ef는 여자전압, Xs는 동기리액턴스, ωs는 동기각속도, δ는 단자전압과 여자전압 사이의 토크각이다.Here, V t is the terminal voltage, E f is the excitation voltage, X s is the synchronous reactance, ω s is the synchronous angular velocity, and δ is the torque angle between the terminal voltage and the excitation voltage.
이러한 데이터는 기본데이터 저장부와 수집데이터 저장부를 통해 실시간으로 수집하고 피드백을 통해 새롭게 업데이트가 된다.These data are collected in real time through the basic data storage unit and the collected data storage unit and are updated through feedback.
도 8과 같이 불평형 부하가 발생한 경우 가장 먼저 변화가 생기는 모터부의 파라미터는 전력각이다. 도 8에 도시된 것처럼, 토크각(δ)이 부하토크각(δL) 근처에서 진동하며 정상상태에 도달하면 δ'=δL이 된다. 과도상태에서 발생되는 δ'max 값이 최대 90도를 넘게 되면 탈조하여 먼추게 되는 사고가 발생한다. As shown in Figure 8, when an unbalanced load occurs, the parameter of the motor unit that changes first is the power angle. As shown in Figure 8, the torque angle (δ) oscillates near the load torque angle (δ L ) and when it reaches a steady state, δ'=δ L. If the δ'max value generated in a transient state exceeds the maximum of 90 degrees, an accident occurs due to step-out.
구체적으로 Te는 모터 토크, TL은 부하토크, Tmax는 모터가 내는 최대 토크, δ는 전력각이라 할때에 부하가 없는 상태는 식 1에 의해 식 8로 표현되고, 부하가 있는 상태는 식 1과 식 2를 통해 식 9로 표현된다.Specifically, when T e is the motor torque, T L is the load torque, T max is the maximum torque produced by the motor, and δ is the power angle, the state without load is expressed by
[식 8][Equation 8]
부하가 없는 상태에서 모터 토크 Te = TmaxSINδMotor torque T e = T max SINδ at no load
[식 9][Equation 9]
부하가 있는 상태에서 모터 토크 Te + TL = TmaxSINδ'Motor torque under load T e + T L = T max SINδ'
위 식 8과 식 9에서 δ는 도 8과 같이 90도 이하의 안정 상태를 가정했을 때에 부하가 있을 때 전력각 δ'는 SIN 그래프 형태를 띠고 있기 때문에 부하가 없을 때 전력각 δ 보다 분명히 큰 값이 된다. 즉, 식 8과 식 9에 의해서 알 수 있듯이 부하 토크의 존재는 전력각의 변화로 바로 확인이 가능하다는 것을 도 8과 식 8과 식 9를 통해 알 수 있다.In Equations 8 and 9 above, assuming a stable state of 90 degrees or less as shown in Figure 8, the power angle δ' when there is a load is in the form of a SIN graph, so it is clearly larger than the power angle δ when there is no load. This happens. In other words, as can be seen from Equations 8 and 9, the existence of load torque can be immediately confirmed by the change in power angle.
이러한 원리를 기초로 하여 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템과 제어방법은 불평형 부하가 발생한 경우 보조모터부의 전력각이 부하 토크를 실시간으로 가장 빠르고 신속하며 정확하고 안정적으로 캐치할 수 있는 파라미터로서 입력 전력각(δin)에 대한 계산이 요구된다.Based on this principle, the main motor switching control system and control method in tandem control of a machine tool according to the present invention captures the load torque in real time by the power angle of the auxiliary motor part in the fastest, most accurate and stable manner when an unbalanced load occurs. Calculation of the input power angle (δ in ) is required as a possible parameter.
이를 위해 불평형 부하가 발생하는지를 확인부에서 기본데이터 저장부와 수집데이터 저장부 및 실시간데이터 저장부에 저장된 데이터를 분석하여 확인한다.To this end, the verification unit analyzes and checks the data stored in the basic data storage unit, the collected data storage unit, and the real-time data storage unit to determine whether an unbalanced load occurs.
확인부에서 확인결과 불평형 부하가 발생한 경우에 현재 보조모터부의 입력 전력을 입력 전력 계산부에서 하기 식 3을 통해 계산한다.If an unbalanced load occurs as a result of the confirmation in the confirmation unit, the current input power of the auxiliary motor unit is calculated through Equation 3 below in the input power calculation unit.
[식 3][Equation 3]
이후, 식 3에서 기계적인 출력은 마지막 항이므로 출력 전력은 식 4와 같이 도출되고, 입력 전력 계산부를 통해 계산된 입력 전력과 기본데이터 저장부와 수집데이터 저장부 및 실시간데이터 저장부에 저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 출력 전력을 출력 전력 계산부에서 하기 식 4를 통해 계산한다.Afterwards, since the mechanical output is the last term in Equation 3, the output power is derived as in Equation 4, and the input power calculated through the input power calculation unit and the data stored in the basic data storage unit, the collected data storage unit, and the real-time data storage unit are The current output power of the auxiliary motor unit is calculated through Equation 4 below in the output power calculation unit.
[식 4][Equation 4]
상술한 식 4를 바탕으로 입력 전력각과 출력 전력각을 나타내면 하기 식 5와 같이 도출된다.Based on the above-mentioned Equation 4, the input power angle and output power angle are expressed as Equation 5 below.
[식 5][Equation 5]
상술한 식 4를 정리하면 식 6과 같이 도출되고 이에 따라 실시간으로 입력 전력각을 구할 수 있다. 즉, 입력 전력각 계산부에서 입력 전력 계산부에 의해 식 3으로 계산된 입력 전력, 출력 전력 계산부에 의해 식 4로 계산된 출력 전력, 및 기본데이터 저장부, 수집데이터 저장부, 및 실시간데이터 저장부에 저장된 데이터에 따라 현재 보조모터부의 입력 전력각을 식 6을 통해 계산할 수 있다.By organizing Equation 4 above, Equation 6 is obtained, and the input power angle can be obtained in real time. That is, the input power calculated by Equation 3 by the input power angle calculation unit, the output power calculated by Equation 4 by the output power calculation unit, and the basic data storage unit, the collected data storage unit, and the real-time data. According to the data stored in the storage unit, the current input power angle of the auxiliary motor unit can be calculated through Equation 6.
[식 6][Equation 6]
또한, 정확성과 안정성을 유지하면서 신속하고 빠른 응답성을 도출하기 위해 입력 전력각 계산부는 정상상태에서 보조모터부의 입력 전력과 출력전력의 크기가 같고 저항 성분은 무시한 상태로 하기 식 7을 통해 입력 전력각의 계산을 수행한다. In addition, in order to derive quick and rapid response while maintaining accuracy and stability, the input power angle calculation unit determines the input power and output power of the auxiliary motor unit in the normal state, and calculates the input power through Equation 7 below while ignoring the resistance component. Perform angle calculations.
[식 7][Equation 7]
여기에서 단자전압(Vt), 여자전압(Ef), 동기리액턴스(Xs), 동기각속도(ωs), 모터 속도(ωr), 자석의 자속(φa), D축 전류(ir ds), Q축 전류(ir qs), 최대 입력 전력(Pin_max), 최대 출력 전력(Pout_max), 고정자 저항(Rs), 입력 전력(Pin), 출력 전력(Pout), 입력 전력각(δin), 이다.Here, terminal voltage (V t ), excitation voltage (E f ), synchronous reactance (X s ), synchronous angular velocity (ω s ), motor speed (ω r ), magnetic flux of magnet (ϕ a ), and D-axis current (i r ds ), Q-axis current (i r qs ), maximum input power (P in_max ), maximum output power (P out_max ), stator resistance (R s ), input power (P in ), output power (P out ), The input power angle (δ in ), is.
이후, 비교부가 입력 전력각 계산부에서 입력 전력각이 식 6 또는 식 7에 의해서 현재 보조모터부의 입력 전력각이 계산되면 기본데이터 저장부에 저장된 기준값과 현재 보조모터부의 입력 전력각을 서로 비교한다.Afterwards, when the input power angle of the current auxiliary motor unit is calculated according to Equation 6 or 7 in the input power angle calculation unit, the comparison unit compares the reference value stored in the basic data storage unit with the current input power angle of the auxiliary motor unit. .
이후, 선택부에서 비교부의 비교결과 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에는 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키고, 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 작거나 같은 경우에는 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지시킨다.Afterwards, if the input power angle of the current auxiliary motor unit calculated through the input power angle calculation unit as a result of the comparison of the comparison unit in the selection unit is greater than the standard value, the current auxiliary motor unit is automatically converted to the main motor unit and the existing main motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit, and the input If the input power angle of the current auxiliary motor unit calculated through the power angle calculation unit is less than or equal to the reference value, the current auxiliary motor unit and main motor unit are maintained as is.
도 9는 서로 병렬로 연결되는 제1 모터부와 제2 모터부의 2개의 영구자석 동기 전동기 모터부 간에 불평형 부하에 대한 속도 응답특성을 확인하기 위해 두개의 모터부(V) 모두 무부하 상태로 정격속도 4000rpm 지령을 인가하고, 속도가 정격속도에 도달했을 때에 M2(마스터 모터, 주모터부)에만 정격토크의 50% 부하토크로 인가하고, 2초후에 해제하고, 다시 2초 후에 M1(슬레이브 모터, 보조모터부)에만 정격토크의 50%를 부하토크로 인가했을 때에 가로축의 시간(time, ms)과 세로축의 속도(speed, r/mim)에 대한 그래프를 나타낸다. 도 10은 도 9의 K부분 도 11은 도9의 J부분에 대한 상세 그래프로 가로축의 시간(time, ms)과 세로축의 속도(speed, r/mim)에 대한 그래프를 나타낸다.Figure 9 shows the rated speed of both motor units (V) in an unloaded state to confirm the speed response characteristics to an unbalanced load between the two permanent magnet synchronous motor motor units of the first motor unit and the second motor unit connected in parallel with each other. Apply the 4000rpm command, and when the speed reaches the rated speed, load torque of 50% of the rated torque is applied only to M2 (master motor, main motor part), released after 2 seconds, and then again 2 seconds later to M1 (slave motor, auxiliary motor part). When 50% of the rated torque is applied as load torque to the motor unit only, a graph is shown for the time (time, ms) on the horizontal axis and the speed (speed, r/mim) on the vertical axis. FIG. 10 is a detailed graph of part K of FIG. 9 and FIG. 11 is a detailed graph of part J of FIG. 9, showing a graph of time (time, ms) on the horizontal axis and speed (speed, r/mim) on the vertical axis.
도 9 내지 도 10에 도시된 것처럼 선택적 신호(select signal, S)가 정격속도에 도달한 초기에는 2를 출력하며 이는 M2가 마스터 모터로 동작하고, 도 9의 K부분에서 마스터 모터로 동작하고 있는 M2에만 부하토크를 인가하였을 때도 계속하여 M2를 마스터 모드로 제어하고 있다.As shown in Figures 9 and 10, 2 is output at the beginning when the select signal (S) reaches the rated speed, which means that M2 operates as a master motor, and in part K of Figure 9, it operates as a master motor. Even when load torque is applied only to M2, M2 continues to be controlled in master mode.
도 9 내지 도 11에 도시된 것처럼, 도 9의 J부분에서 슬레이브 모터인 M1에만 정격토크 50%를 부하토크로 인가하고 그에 따라 선택적 신호(select signal, S)가 2에서 1이 됨으로써 M1을 마스터 모터로 변경하여 제어하는 것을 나타내고 있다. As shown in FIGS. 9 to 11, 50% of the rated torque is applied as a load torque only to M1, which is the slave motor, in the J portion of FIG. 9, and the select signal (S) changes from 2 to 1, thereby making M1 the master. It shows control by changing to a motor.
구체적으로 이와 같은 부하변화(불평형 부하 발생)에 대한 과도상태 속도응답은 도 11과 같이 마스터 모터에서 슬레이브 모터로 변경된 M2의 속도는 종래 슬레이브 모터에서 마스터 모터로 변환된 M1 속도 부근에서 60ms동안 진동 후 정상상태로 도달하게 되는 것을 알 수 있다. Specifically, the transient speed response to such a load change (generating an unbalanced load) is as shown in Figure 11. The speed of M2, which has been changed from a master motor to a slave motor, is after vibrating for 60 ms around the speed of M1, which has been converted from a conventional slave motor to a master motor. It can be seen that the steady state has been reached.
이처럼, 실제 도 9 내지 도 11과 같은 실험에서도 알 수 있듯이 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템은 서보드라이브의 탠덤제어에 따른 서보모터부의 운전상태에 따라 실시간으로 발생하는 불평형 부하에 따라 보조모터부의 입력 전력각을 실시간으로 자동으로 연산하고 이를 기준값과 비교하여 주모터부와 보조모터부의 전환 여부를 신속하고 자동으로 선택하여 탠덤제어를 수행함에 따라 불평형 부하 변동에도 안정적인 속도제어가 가능하다.As can be seen from the actual experiments shown in FIGS. 9 to 11, the main motor switching control system in the tandem control of the machine tool according to the present invention is an unbalance that occurs in real time depending on the operation status of the servo motor unit according to the tandem control of the servo drive. Depending on the load, the input power angle of the auxiliary motor unit is automatically calculated in real time and compared with the reference value to quickly and automatically select whether to switch between the main motor unit and the auxiliary motor unit to perform tandem control, ensuring stable speed control even under unbalanced load changes. possible.
또한, 본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템은 시스템 응답성을 높이고 시스템의 파라미터 변동에 강인한 특성을 보유함에 따라 자동공구교환장치 또는 자동팔레트교환장치의의 서보 제어장치의 정밀도와 신뢰도를 극대화하고, 공작기계의 안정성과 가공효율을 증가시키고, 1개의 전력부와 전력 변환부에 의해 2개의 서보 모터를 병렬운전시에 불평형 부하가 발생할 때에 서보모터의 종류와 용량에 관계없이 실시간으로 자동으로 현재의 보조모터부를 주모터부로 전환하거나 기존 상태를 유지하면서 탠덤제어를 수행함에 따라 작업자의 편의를 도모하고, 비가공시간을 최소화하여 공작기계의 생산성을 극대화할 수 있다.In addition, in the tandem control of a machine tool according to the present invention, the main motor switching control system increases system responsiveness and has robust characteristics against changes in system parameters, thereby improving the precision of the servo control device of the automatic tool changer or automatic pallet changer. It maximizes reliability and increases the stability and processing efficiency of machine tools, and when an unbalanced load occurs when two servo motors are operated in parallel by one power unit and power conversion unit, regardless of the type and capacity of the servo motors. By automatically converting the current auxiliary motor unit to the main motor unit in real time or performing tandem control while maintaining the existing status, it is possible to improve the convenience of workers and maximize the productivity of machine tools by minimizing non-processing time.
도 7에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어방법은 데이터 저장 단계(S1), PLC 수행 단계(S2), 서보드라이브 작동 단계(S3), 주모터부/보조모터부 1차 선택 단계(S4), 확인 단계(S5), 입력 전력 계산 단계(S6), 출력 전력 계산 단계(S7), 입력 전력각 계산 단계(S8), 비교 단계(S9), 및 선택 단계(S10)를 포함한다. 각 단계에서 구체적으로 시스템이나 장치의 수행이나 내용은 본 발명의 명세서의 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템과 동일하여 이하에서는 도 7 내지 도 11을 참조하여 공작기계의 탠덤제어 시스템의 제어방법의 특이점을 중점으로 설명한다.As shown in Figure 7, the main motor switching control method in tandem control of a machine tool according to an embodiment of the present invention includes a data storage step (S1), a PLC execution step (S2), a servo drive operation step (S3), and a main motor Taboo/auxiliary motor unit first selection step (S4), confirmation step (S5), input power calculation step (S6), output power calculation step (S7), input power angle calculation step (S8), comparison step (S9), and a selection step (S10). In each step, the specific performance or content of the system or device is the same as the main motor switching control system in the tandem control of the machine tool in the specification of the present invention, and hereinafter, the control of the tandem control system of the machine tool will be described with reference to FIGS. 7 to 11. The unique features of the method are explained with emphasis.
불평형 부하가 발생된 경우 제1 모터부와 제2 모터부를 서보드라이브의 제어에 따라 주모터부와 보조모터부로 서로 자동으로 전환시키기 위한 데이터를 저장한다. When an unbalanced load occurs, data is stored to automatically convert the first motor unit and the second motor unit into a main motor unit and an auxiliary motor unit under the control of the servo drive.
데이터 저장 단계(S1) 이후에, 수치제어부 또는 주조작부와의 통신을 통해 PLC에서 제어명령을 수행한다.After the data storage step (S1), control commands are executed in the PLC through communication with the numerical control unit or main operation unit.
PLC 수행 단계(S2) 이후에, PLC로부터 전달된 제어명령을 서보드라이브에서 수행한다.After the PLC execution step (S2), the control command transmitted from the PLC is executed by the servo drive.
서보드라이브 작동 단계(S3) 이후에, 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 다른 1개는 보조모터부로 1차적으로 선택한 상태로 선택된 주모터부와 보조모터부가 서보드라이브를 통해 탠덤제어가 수행된다. 즉, 서보드라이브를 통해 탠덤제어 될 때에 1차적으로 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 다른 1개는 보조모터부로 1차적으로 선택된다. After the servo drive operation step (S3), one of the first motor unit and the second motor unit is primarily selected as the main motor unit and the other one is primarily selected as the auxiliary motor unit, and the selected main motor unit and the auxiliary motor unit are selected through the servo drive. Tandem control is performed. That is, when tandem control is performed through a servo drive, one of the first and second motor units is primarily selected as the main motor unit and the other is primarily selected as the auxiliary motor unit.
주모터부/보조모터부 1차 선택 단계(S4) 이후에, 제1 모터부와 제2 모터부가 탠덤제어 됨에 따라 현재 1개는 주모터부로 다른 1개는 보조모터부로 작동할 때에 불평형 부하의 발생 여부를 확인한다.After the first selection step (S4) of the main motor unit/auxiliary motor unit, the first motor unit and the second motor unit are controlled in tandem, resulting in an unbalanced load when one currently operates as the main motor unit and the other as the auxiliary motor unit. Check whether
확인 단계(S5) 이후에, 확인결과 불평형 부하가 발생된 경우 기저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 입력 전력을 계산한다.After the confirmation step (S5), if an unbalanced load occurs as a result of the confirmation, the current input power of the auxiliary motor unit is calculated using previously stored data.
입력 전력 계산 단계(S6) 이후에, 계산된 입력 전력과 기저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 출력 전력을 계산한다.After the input power calculation step (S6), the current output power of the auxiliary motor unit is calculated using the calculated input power and previously stored data.
출력 전력 계산 단계(S7) 이후에, 계산된 입력 전력, 계산된 출력 전력, 및 기저장된 데이터에 따라 현재 보조모터부의 입력 전력각을 계산한다.After the output power calculation step (S7), the current input power angle of the auxiliary motor unit is calculated according to the calculated input power, calculated output power, and previously stored data.
입력 전력각 계산 단계(S8) 이후에, 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각을 기저장된 기준값과 비교한다.After the input power angle calculation step (S8), the calculated current input power angle of the auxiliary motor unit is compared with a previously stored reference value.
비교 단계(S9) 이후에, 비교결과에 따라 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키거나 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지할지를 선택한다. 즉, 선택 단계(S10)에서 선택부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에는 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키고, 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 작거나 같은 경우에는 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지한다. After the comparison step (S9), depending on the comparison result, it is selected whether to automatically convert the current auxiliary motor unit to the main motor unit and the existing main motor unit to the auxiliary motor unit or to maintain the current auxiliary motor unit and main motor unit as is. That is, if the input power angle of the current auxiliary motor unit calculated through the selection unit in the selection step (S10) is greater than the reference value, the current auxiliary motor unit is automatically converted to the main motor unit and the existing main motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit, and the calculated current auxiliary motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit. If the negative input power angle is less than or equal to the reference value, the current auxiliary motor unit and main motor unit are maintained as is.
본 발명에 의한 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어방법은 제1 모터부와 제2 모터부가 서보드라이브의 탠덤제어를 통해 제1 모터부와 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 나머지 1개는 보조모터부로 구동하고, 탠덤제어 중에 불평형 부하가 발생된 경우 제1 모터부와 제2 모터부는 서보드라이브의 제어에 따라 주모터부와 보조모터부로 서로 자동으로 전환함에 따라 안정적인 속도 제어를 수행함에 따라 제조 원가를 절감하고, 안정성 향상에 따라 신뢰도를 향상하며, 서보모터의 종류와 용량에 관계없이 범용적으로 사용될 수 있어 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템 및 이의 제어방법의 호환성을 증가시킬 수 있다.In the tandem control of a machine tool according to the present invention, the main motor switching control method is to control the first motor unit and the second motor unit through tandem control of the servo drive, where one of the first motor unit and the second motor unit is the main motor unit and the other one is the main motor unit. The motor is driven by the auxiliary motor unit, and when an unbalanced load occurs during tandem control, the first motor unit and the second motor unit automatically switch between the main motor unit and the auxiliary motor unit under the control of the servo drive, thereby performing stable speed control. This reduces manufacturing costs, improves reliability by improving stability, and can be used universally regardless of the type and capacity of the servomotor, increasing the compatibility of the main motor conversion control system and its control method in tandem control of machine tools. You can do it.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Although the detailed description of the present invention described above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art will understand the present invention as described in the patent claims to be described later. It will be understood that the present invention can be modified and changed in various ways without departing from the spirit and technical scope. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to what is described in the detailed description of the specification, but should be defined by the scope of the patent claims.
1 : 주부모터 전환 제어시스템
10 : 제1 서보 드라이브
11 : 제2 서보 드라이브
20 : 제1 인버터
21 : 제2 인버터
30 : 제1 서보모터
31 : 제2 서보모터
100 : 수치제어부
200 : 주조작부
300 : PLC
400 : 서보드라이브
410 : 메모리부
420 : 연산부
430 : 전환부
440 : 표시부
500 : 전력변환부
600 : 서보모터부
610 : 제1 모터부
620 : 제2 모터부1: Main motor conversion control system
10: 1st servo drive
11: 2nd servo drive
20: first inverter
21: second inverter
30: 1st servo motor
31: 2nd servo motor
100: Numerical control unit
200: main operation unit
300: PLC
400: Servo drive
410: memory unit
420: calculation unit
430: transition unit
440: display unit
500: Power conversion unit
600: Servo motor part
610: first motor unit
620: 2nd motor unit
Claims (10)
주조작부;
상기 수치제어부 또는 상기 주조작부와의 통신을 통해 제어명령을 행하는 PLC;
상기 PLC의 제어명령을 수행하는 서보드라이브;
서로 병렬로 연결되는 제1 모터부와 제2 모터부를 구비하고, 상기 서보드라이브에 의해 구동하는 서보모터부; 및
상기 서보모터부 및 상기 서보드라이브와 전기적으로 연결되어 상기 서보드라이브의 탠덤제어를 통해 상기 서보모터부에 전류를 인가하는 전력변환부;를 포함하고,
상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부는 상기 서보드라이브의 탠덤제어를 통해 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 나머지 1개는 보조모터부로 구동하고,
불평형 부하가 발생된 경우 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부는 상기 서보드라이브의 제어에 따라 현재 보조모터부로 작동하는 모터부에서의 입력 전력각과 기준값을 비교하여 주모터부와 보조모터부로 선택적으로 전환되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 탠덤제어에서 주부모터 전환 제어시스템.
Numerical control unit;
main operation department;
A PLC that executes control commands through communication with the numerical control unit or the main operation unit;
A servo drive that executes control commands from the PLC;
A servo motor unit including a first motor unit and a second motor unit connected in parallel to each other and driven by the servo drive; and
It includes a power conversion unit that is electrically connected to the servo motor unit and the servo drive and applies current to the servo motor unit through tandem control of the servo drive,
The first motor unit and the second motor unit drive one of the first motor unit and the second motor unit as a main motor unit and the other one as an auxiliary motor unit through tandem control of the servo drive,
When an unbalanced load occurs, the first motor unit and the second motor unit are selectively switched to the main motor unit and the auxiliary motor unit by comparing the input power angle and the reference value of the motor unit currently operating as the auxiliary motor unit under the control of the servo drive. A control system for switching from a main motor to a tandem control of a machine tool, characterized in that:
상기 서보드라이브는 탠덤제어에 따라 현재 주모터부와 보조모터부 사이에 불평형 부하가 발생된 경우에 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부 중에서 현재 보조모터부로 작동하는 모터부에서의 입력 전력각을 실시간으로 연산한 후에 연산된 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시켜 속도 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 탠덤제어에서의 주부모터 전환 제어시스템.
According to paragraph 1,
According to tandem control, when an unbalanced load occurs between the main motor unit and the auxiliary motor unit, the servo drive adjusts the input power angle from the motor unit currently operating as the auxiliary motor unit among the first motor unit and the second motor unit. In tandem control of a machine tool, the speed control is performed by automatically switching the current auxiliary motor unit to the main motor unit and the existing main motor unit to the auxiliary motor unit when the calculated input power angle is greater than the reference value after calculating in real time. Main motor switching control system.
상기 서보드라이브는,
불평형 부하가 발생된 경우 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부를 상기 서보드라이브의 제어에 따라 주모터부와 보조모터부로 서로 자동으로 전환시키기 위한 데이터를 저장하는 메모리부;
상기 메모리부에 저장된 데이터를 통해 불평형 부하 발생여부를 확인하고 상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부 중에서 현재 보조모터부로 작동하는 모터부의 입력 전력각을 연산하는 연산부; 및
상기 메모리부에 저장된 데이터와 상기 연산부의 연산결과에 따라 탠덤제어에 따른 현재 보조모터부와 주모터부의 전환 여부를 결정하는 전환부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 탠덤제어에서의 주부모터 전환 제어시스템.
According to paragraph 1,
The servo drive is,
a memory unit storing data for automatically switching the first motor unit and the second motor unit to a main motor unit and an auxiliary motor unit under control of the servo drive when an unbalanced load occurs;
a calculation unit that checks whether an unbalanced load occurs through data stored in the memory unit and calculates an input power angle of a motor unit currently operating as an auxiliary motor unit among the first motor unit and the second motor unit; and
a switching unit that determines whether to switch between the current auxiliary motor unit and the main motor unit according to tandem control according to the data stored in the memory unit and the calculation result of the calculation unit; Transition control system.
상기 메모리부는,
기준값, 단자전압, 여자전압, 동기리액턴스, 동기각속도에 관한 정보를 저장하는 기본데이터 저장부;
모터 속도, 자석의 자속, D축 전류, Q축 전류, 최대 입력 전력, 최대 출력 전력, 고정자 저항에 대한 데이터를 저장하는 수집데이터 저장부; 및
상기 연산부 및 상기 전환부의 결과를 실시간으로 저장하는 실시간데이터 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 탠덤제어에서의 주부모터 전환 제어시스템.
According to paragraph 3,
The memory unit,
A basic data storage unit that stores information on reference values, terminal voltage, excitation voltage, synchronous reactance, and synchronous angular velocity;
A collection data storage unit that stores data on motor speed, magnet flux, D-axis current, Q-axis current, maximum input power, maximum output power, and stator resistance; and
A main motor switching control system in tandem control of a machine tool, comprising a real-time data storage unit that stores the results of the calculation unit and the switching unit in real time.
상기 연산부는,
상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부가 탠덤제어를 통해 현재 1개는 주모터부로 다른 1개는 보조모터부로 작동할 때에 불평형 부하의 발생 여부를 확인하는 확인부;
상기 확인부의 확인결과 불평형 부하가 발생된 경우 상기 메모리부에 저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 입력 전력을 계산하는 입력 전력 계산부;
상기 입력 전력 계산부를 통해 계산된 입력 전력과 상기 메모리부에 저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 출력 전력을 계산하는 출력 전력 계산부; 및
상기 입력 전력 계산부에 의해 계산된 입력 전력, 상기 출력 전력 계산부에 의해 계산된 출력 전력, 및 상기 메모리부에 저장된 데이터에 따라 현재 보조모터부의 입력 전력각을 계산하는 입력 전력각 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 탠덤제어에서의 주부모터 전환 제어시스템.
According to paragraph 3,
The calculation unit is,
a confirmation unit that checks whether an unbalanced load occurs when the first motor unit and the second motor unit operate through tandem control, with one currently operating as a main motor unit and the other as an auxiliary motor unit;
an input power calculation unit that calculates the current input power of the auxiliary motor unit through data stored in the memory unit when an unbalanced load occurs as a result of the verification unit;
an output power calculation unit that calculates the current output power of the auxiliary motor unit using the input power calculated by the input power calculation unit and data stored in the memory unit; and
an input power angle calculation unit that calculates the current input power angle of the auxiliary motor unit according to the input power calculated by the input power calculation unit, the output power calculated by the output power calculation unit, and the data stored in the memory unit; A main motor switching control system in tandem control of a machine tool, comprising:
상기 전환부는,
상기 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각을 상기 메모리부에 저장된 데이터와 비교하는 비교부; 및
상기 비교부의 비교결과 상기 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에는 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키고, 상기 입력 전력각 계산부를 통해 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 작거나 같은 경우에는 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지시키는 선택부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 탠덤제어에서의 주부모터 전환 제어시스템.
According to clause 5,
The switching unit,
a comparison unit that compares the current input power angle of the auxiliary motor unit calculated through the input power angle calculation unit with data stored in the memory unit; and
As a result of the comparison of the comparison unit, if the input power angle of the current auxiliary motor unit calculated through the input power angle calculation unit is greater than the reference value, the current auxiliary motor unit is automatically converted to the main motor unit and the existing main motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit, and the input power angle is automatically converted to the main motor unit. If the input power angle of the current auxiliary motor unit calculated through the calculation unit is less than or equal to the reference value, a selection unit that maintains the current auxiliary motor unit and the main motor unit as is; a main motor in tandem control of a machine tool, comprising a. Transition control system.
상기 입력 전력각 계산부는,
정상상태에서 보조모터부의 입력 전력과 출력전력의 크기가 같고 저항 성분은 무시한 상태로 계산을 수행하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 탠덤제어에서의 주부모터 전환 제어시스템.
According to clause 5,
The input power angle calculator,
A main motor switching control system in tandem control of a machine tool, characterized in that the magnitude of the input power and output power of the auxiliary motor part are the same in a normal state and the calculation is performed while ignoring the resistance component.
상기 서보드라이브는,
상기 메모리부, 상기 연산부, 및 상기 전환부의 결과를 표시하는 표시부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 탠덤제어에서의 주부모터 전환 제어시스템.
According to paragraph 3,
The servo drive is,
A main motor switching control system in tandem control of a machine tool, further comprising a display unit that displays results of the memory unit, the calculation unit, and the switching unit.
수치제어부 또는 주조작부와의 통신을 통해 PLC에서 제어명령을 수행하는 단계;
상기 PLC로부터 전달된 제어명령을 상기 서보드라이브에서 수행하는 단계;
상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부 중에서 1개는 주모터부로 다른 1개는 보조모터부로 1차적으로 선택한 상태로 선택된 주모터부와 보조모터부가 상기 서보드라이브를 통해 탠덤제어되는 단계;
상기 제1 모터부와 상기 제2 모터부가 탠덤제어 됨에 따라 현재 1개는 주모터부로 다른 1개는 보조모터부로 작동할 때에 불평형 부하의 발생 여부를 확인하는 단계;
확인결과 불평형 부하가 발생된 경우 기저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 입력 전력을 계산하는 단계;
계산된 입력 전력과 기저장된 데이터를 통해 현재 보조모터부의 출력 전력을 계산하는 단계;
계산된 입력 전력, 계산된 출력 전력, 및 기저장된 데이터에 따라 현재 보조모터부의 입력 전력각을 계산하는 단계;
계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각을 기저장된 기준값과 비교하는 단계; 및
비교결과에 따라 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키거나 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지할지를 선택하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 탠덤제어에서의 주부모터 전환 제어방법.
When an unbalanced load occurs, storing data to automatically convert the first motor unit and the second motor unit into a main motor unit and an auxiliary motor unit under the control of a servo drive;
Executing control commands in a PLC through communication with a numerical control unit or main operation unit;
Executing a control command transmitted from the PLC by the servo drive;
Among the first motor unit and the second motor unit, one is primarily selected as a main motor unit and the other is primarily selected as an auxiliary motor unit, and the selected main motor unit and the auxiliary motor unit are controlled in tandem through the servo drive;
Checking whether an unbalanced load occurs when the first motor unit and the second motor unit are controlled in tandem, with one currently operating as a main motor unit and the other motor unit as an auxiliary motor unit;
As a result of confirmation, if an unbalanced load occurs, calculating the current input power of the auxiliary motor unit through pre-stored data;
Calculating the current output power of the auxiliary motor unit using the calculated input power and previously stored data;
calculating the current input power angle of the auxiliary motor unit according to the calculated input power, the calculated output power, and previously stored data;
Comparing the calculated current input power angle of the auxiliary motor unit with a pre-stored reference value; and
Tandem control of a machine tool, comprising automatically converting the current auxiliary motor unit to the main motor unit and the existing main motor unit to the auxiliary motor unit according to the comparison results, or selecting whether to maintain the current auxiliary motor unit and the main motor unit as is. Main motor switching control method.
상기 선택 단계는,
계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 큰 경우에는 현재 보조모터부를 주모터부로 기존 주모터부는 보조모터부로 자동으로 전환시키고, 계산된 현재 보조모터부의 입력 전력각이 기준값보다 작거나 같은 경우에는 현재 보조모터부와 주모터부를 그대로 유지하는 것을 특징으로 하는 공작기계의 탠덤제어에서의 주부모터 전환 제어방법.According to clause 9,
The selection step is,
If the calculated input power angle of the current auxiliary motor unit is greater than the standard value, the current auxiliary motor unit is automatically converted to the main motor unit and the existing main motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit. If the calculated input power angle of the current auxiliary motor unit is less than or equal to the standard value, the existing main motor unit is automatically converted to the auxiliary motor unit. A main motor switching control method in tandem control of a machine tool, characterized in that the current auxiliary motor unit and main motor unit are maintained as is.
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KR1020220046208A KR20230147328A (en) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | Master motor and slave motor switching control system in tandem control of machine tool and method thereof |
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