KR830000317B1 - 폐쇄루우프형 수치제어 공작기계의 위치제어 시스템 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

폐쇄루우프형 수치제어 공작기계의 위치제어 시스템

제 1 및 2도는 각각 졸래의 위치제어 시스템을 실시한 수치제어 공작기계의 배열을 설명하는 선도.

제 3 및 4도는 각각 제1및 2도의 블록 형태도.

제 5내지 7도는 종래의 위치제어 시스템의 작동 설명도.

제 8 도는 예로서 본 발명을 실시한 수치제어 공작기계의 배열의 설명선도.

제 9 및 10도는 제8도의 블록 형태도.

제 11및 12도는 제8도의 공작기계의 특수성을 도시한 도표.

제 13도는 본 발명에 사용하기 위한 위치제어 오차보상기.

제 14도는 제어특성 검출 시스템을 설명하는 블록선도.

제 15도는 제14도의 제어 특성 검출시스템을 실시하는 장치를 도시한 선도.

제 16도는 제 15도의 장치의 작동을 설명하는 도표.

제 17도는 본 발명을 실시하는 또 다른 예의 수치제어 공작기계를 설명하는 선도.

제 18도는 제17도의 공작기계의 작동을 설명하는 도표.

제 19도는 본 발명을 실시하는 수치 제어 공작기계의 다른 예를 설명하는 선도.

제 20및 21도는 제19도의 공작기계의 작동을 설명하는 도표.

본 발명은 수치 제어 공작기계의 위치제어를 정확하고 안정되게 할수 있는 위치제어 시스템에 관한 것이다.

수치제어 공작기계의 위치제어 시스템은 크게 구분하여 예를들어, 제1도와 같은 폐쇄 루우프 서어보기구를 채용한 형식의 시스템과, 예를들어 제2도와 같은 위치검출기 (13)는 예를들어 가등테이블(11)같은 최종적으로 제어될 공작기계의 가동부상에 설치되며, 위치검출기(13)으로부터 검출된 위치정보Ｑ는 수치제어 장치의 위치 제어기 (15)측에 부 피이드 백(帛 feed back)되고,AㅡD변환기를 경유하여 가산기(19)에 가해지며, 가산기에서 지령위치정보 P와 상기 검출된 위치정보 Ｑ는 위치오차 변수 Ｒ을 얻기 위해 비교된다.

위치오차 변수 Ｒ는 위치 루우프게인 설정회로(21) 및ＤㅡＡ변환기(23)을 통해서 속도 증폭기(25)에 가해져서 위치 오차변수Ｒ이 영이 되도록 전동기(27)를 회전시키고, 감속치차(29)및 보울나사(31)을 구동하여 가동테이블(11)의 위치제어를 행한다.

반폐쇄루우프시스템에서,최종적으로 제어될 가동부의 위치는 직접 검출되지 않고,간접위치 예을들어 전동기 축의 회전각은 리졸버 등의 검출기(33)에 의해 검출되어 지령위치 정보Ｐ와 일치하게 부피이드 백된다.

제3및 4도는 예로서, 각각 제1및 2도는 상응하는 블록선도를 도시한다. 참고문자 Ｋ는 위치 루우프게인 을 ,Ｇ₁(Ｓ)는 속도증폭기(25)및 전동기(27)을 포함하는 속도 제어기의 전달함수를 Ｇ₂(S)는 감속치차(29),보울나사(31)및 가등테이블(11)을 포함하는 기계적 시스템의 전달함수를 ω_V및 ω_M은 각각 속도제어기 및 기계적 시스템의 절점각 주파수를,ζ는 간쇠계수를 표시한다.블록선도에서 알수 있는 바와같이 폐쇄루우프 시스템은 그 폐쇄 루우프내에 기계 요소를 포함하여 최종적으로 보울나사(31)의 피치오차 및 비틀림 오차를 수정할수 있어서 반 폐쇄루우프보다 높은 정도의 위치 제어를 할수 있다. 따라서, 폐쇄루우프시스템은 고정도를 요구하는 보오링 선반, 밀링 또는 가공센터등에 광범위하게 사용된다.

블록선ㄷ에서, 폐쇄루우프가 안정되고 가동테이블(11)의 운동이 진동하지 않을 때의 위치 루우프게인 K의 최대치 Kmax는 폐쇄 루우프 시스템의 경우, 속도제어기와 기계적 시스템의 전달함수의 절점 각 주파수 ω_V및 ω_N중의 적은 것에 의해 하기식(1)과 같이 결정되며, 반 폐쇄루우프 시스탬의 경우에는 속도제어기의 전달함수의 절점 각 주파수 ω_V에 의해 하기식(2)와 같이 결정된다.

여기서, n은 거의 5와 같다. 폐쇄루우프 시스탬의 경우에 , ω_M＞ ω_V면 문제가 없지만, ω_M＜ ω_V때는 위치 루우프 게인의 최대치 Kmax는 반 폐쇄시스템의 것보다 적어진다. 따라서, 추종오차, 가속-감속거리 및 서어보 강성의 관점에서 반 폐쇄시스템보다 열등하다. 일반적으로, 기계적 시스템의 전달함수의 절검각주파수 ω_M은

에 의해 주어진다. 여기서 K_L은 감속치차 및 보올나사를 포함하는 기계적 시스템의 강성이며, J_L은 부하관성이다. 따라서, 기계적 시스템의 강성 K_L이 적고 부하관성 J_L이 큰 경우, 예를 들어 대형 가공센터의 테언 테이블의 경우, 기계적 시스템의 전달함수의 절점 각 주파수 f_M(=ω_M/2

)는 예를 들어 가끔 10Hz등이 되고, 달성될 수 있는 위치 루우프 게인 K는 적어져 안정되고 정확한 위치 제어를 곤란하게 한다.

폐쇄 루우프 시스템의 수치제어 공작기계에서, 기계적 시스템의 비선형요소, 예를들어 치차의 백래시 또는 슬라이드 표면의 비선형 마찰은 폐쇄루우프 내에 들어가므로 가동테이블(11)의 운동은 이런 비선형 요소의 영향을 받는다. 제5도 및 제6도는 가동 테이블(11)과 위치오차 변수 R이 비선형요소, 예를들어 크기D를 가진 백래시가 적용하는 경우에 발생하는지 안하는지 의존하여 지령 위치정보 P에 따라 어떻게 변하는가를 도시한 도표이며, 램프(ramp)입력은 하기 관계가 있다.

P=Fax ……………………………… (4)

여기서 F는 피이트 비율이고, t는 시간이다. 백래시가 발생하지 않을때, 가동테이블(11)의 운동 Y는 예로서 제5도에 도시한 정상속도 오차변수ε_D(ε_D ^αF/K)에 상응하는 오차를 가지고 단지 입력 P를 추종하며, 이런 경우의 위치 오차변수 R은 제5B도에 도시된다.

백래시가 발생할 때 가등 테이블(11)의 운동 Y는 제6A도와 같이 정상속도 오차변수 ε_D'에 추가한 D 크기의 백래시에 상응하는 오차를 가지고 입력 P를 추종하며, 이 경우의 위치오차 변수 R은 제6B도에 도시된다. 이식으로, 백래시가 발생할 때 추종오차는 백래시가 발생하지 않을때와 비교하여 증가한다.

예를들어, NC밀링, NC선반 등에 채용된 백래시를 가지지 않고 자자교ㅇㅇ할때 양축의 게인 특성이 선형이고, 서로 등등할때라도 가동 테이블(11)의 운동Y는 제7도와 같이 그 지령 궤적을 이탈하여 상응하는 가공오차를 유발한다. 이런 가공오차는 백래시가 아닌 비선형 요소에 의해 자연히 유발된다.

상술한 바와 같이, 종래의 수치제어 공작기계의 폐쇄 루우프형 위치 제어시스템은 기계적 시스템의 비선형요소에 의해 가공오차가 발생되는 결점을 가지며, 기계적 시스템 즉, 기계적 시스템의 전달함수의 절점 각 주파수 f_M이 낮을때 그 안정된 영역에서 추정되는 위치 루우프게인 크기는 제한되어 위치 제어정도와 안정성을 현져하게 제한하는 결함을 유발한다.

본 발명의 목적은 고정도의 위치제어를 할 수 있는 수치제어 공작기계용 위치제어 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 가동테이블로부터 검출된 위치정보를 피이드 백하는 경우라도 고저도의 위치제어및 고속위치 결정 작동을 확보하기 위한 큰 위치 루우프게인이 얻어질 수 있도록 장착된 수치제어 공작 기계용 위치 제어시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 기계적 시스템의 비선형 요소에 기인한 가공오차를 감소하여 가공조작의 정도를 향상시키는 수치제어 공작기계용 위치제어 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐쇄 루우프형 수치제어 공작기계가 그 자체의 제어특성 검출기능을 구비함으로써 폐쇄 루우프의 전달함수가 서어보 분석기 같은 측정계기를 사용하지 않고 용이하고 경제적으로 얻어질 수 있어서 수치제어 공작기계의 제어특성을 향상시키는 수치제어 공작기계 제어특성 검출 시스템을 제공하는 것이다.

요약하면, 본 발명에 따라 기계적 가동부위 위치제어가 지령 위치정보와 기계적 가동부상에 설치된 위치검출기로 부터 검출된 위치정보를 비교함으로써 얻어진 위치 오차변수에 따라 행해지는 폐쇄루우프형 수치제어 공작기계에서, 위치제어 시스템의 폐쇄 루우프내의 기계적 가동부의 포함으로 부터 유발되는 위치제어 작동의 저하된 성능은 수치제어 고작기계내에 설치한 수정수단에 의해 개량된다.

수정수단은 비선형요소가 수치제어 공작기계의 기계적 시스템내에 포함되지 않을 경우에 기계적 가동부의 운동을 가장하기 위한 시뮬레이터 또는 기계적가동부를 포함한 기계적 시스템의 특성을 고려하여 처리장치(processor)의 연산 기능을 가진 위치제어 오차보상기를 구비하며, 폐쇄루우프의 위치 루우프게인 또는 위치오차 변수는 시물레이터 출력과 검출된 위치정보 사이의 차이에 따라 변한다.

이하 첨부도면을 참고로 상세히 설명한다. 예로서, 제8도에 본 발명이 적용된 수치제어 공작기계의배열이 설명되며, 제1도에 상응하는 부품들은 동일한 참고수자로 식별된다. 참고수자(35)는 위치제어오차 보상기를 표시한다. 참고문자Gc(s)는 보상기 (35)의 전달함수를, K는 위치 루우프 게인을, G₁(e) 및 G₂(s)는 각각 속도제어기 및 기계적 시스템의 전달함수를 표시한다.

본 발명에서, 보상기(35)는 제8도와 같이 폐쇄루우프내에 폐쇄 루우프를 안정시키기 위해 구비된다.

지금 G(s)=K×G₁(s)×G₂(s)…………………………………(5)

라 가정하면, 제9도의 블록선도는 제10도와 같이되며, 시스템의 작동은 하기 합성 전달함수에 의해 결정된다.

H(s)=G₀(s)×G(s)……………………………………………(6)

따라서, 가동테이블(11)의 운동이 진동되지 않는 위치 루우프계인 K의 최대치 Kmax는 하기와 같이 합성 전달함수H(s)가 절정각 주파수 ωo에 의해 주어진다.

Kmax=ωo/n (7)

여기서, n은 거의 5와 같다. 따라서 절정각 주파수 ωo가 크도록 함성 전달함수 H(s)를 구성함으로써 최대치 Kmax는 크게 선택되어 위치 제어의 정도와 안정을 향상시킨다.

본 발명에서 보상기(35)는 이런 목적을 달성하도록 형성된다. 보상기를 구성하기위한 종래의 방법으로서, 위상지연 보상과 위상앞섬보상은 공지의 기술이다.

위상지연보상에서, 저주파수 영역내의 위상지연은 어떤경우-180°를 넘어 폐쇄 루우프 내에 포함된 비선형 요소의 경우 결함에 이르며, 시스템은 종종 불안정하게 된다. 위상앞섬 보상에서, 전달함수 G(s)의 극은 위상앞섬요소의 근에 의해 말소되지만, 일반적으로 사전에 알려지지 않고 부동이 아니므로 전달함수G(s)의 극은 근방내 특성은 충분히 보상받지 못한다.

본 발명에서 상기 목적은 이런 간단한 구조의 보상기 대신에 수치제어 장치내에 처리장치의 연산기능을 활용하는 향상된 보상기를 사용함으로써 달성된다. 이하. 본 실시예의 보상기(35)의 구조에 대해 상세한 설명이 서술된다.

그 전달함수의 절점각 주파수 ω_M이 20rad/s이고, 감쇄계수 ζ가 0.3인 기계적 시스템의 경우, 트랜지스터 서어보가 속도제어기에 채용되면 전달함수의 절점 각 주파수 ωv는 예를들어, 약 500rad/s이 될수 있으며, 따라서 ω_M<ωv이고, 전달함수 G(s)는 각 주파수 ωv에 개의치 않고 하기와 같이 계산될 수 있다.

이 상태에서 보상되지 않는 경우, 전달함수 G'(s)의 위상 특성은 제11도와 같다. 60°이상의 위상여유가 고정되면, 달성될 수 있는 위치 루우프게인 K의 최대치 Kmax는 10sec^-1이하이다. 그리고 보상기(35)는 도입된다.

일반적으로, 하기 식으로 주어진 것과 같이 2차 전달함수Gc(s)가 3차 전달함수 G'(s)에 대해 형성되면 보상된 시스템의 전달함수Gc(s)×G'(s)의 특성근이 임의로 지정될 수 있는 것이 제이. 비. 피어슨(J.B.person)의 동적 보상으로 공지되어 있다.

그리고, 2차 전달함수 Gc(s)가 도입되면, 보상된 시스템은 5차 전달함수 Gc(s)×G'(s)를 가지게 되며, 순차적으로 시스템이 안정되도록 그 특성근이 예를들어,

-ω₀, -4ω₀, -4ω₀, -4ω_M, -4ω_M,

이 되도록 선택되면 그 특성 방정식은 하기와 같다.

1+G_C(s)×G'(s)=(s+ω₀)(s+4ω₀)²(s+4ω_M)²…………………(10)

(10)식으로부터, (9)내 전달함수 Gc(s)의 계수 a₀, a₁, b₀, b₁및 b₂는 단순한 대수방정식에 의해 결정되므로 보상기(35)의 전달함수 Gc(s)는 완전히 결정되고, 보상후 합성 전달함수 H(s)=Gc(s)×G(s)는 하기식으로 주어진다.

예를들어, 보상기가 18rad/see로 선택된 특성근 ωo로 형성될 때 보상된 시스템의 전달함수 Gc(s)×G(s)의 게인과 위상은 예를들어, 제12도의 보우드 선도와 같다.

제12도에서, 정상게인은 약 40sec^-1이지만, 위상여유가 약 60°가 되도록 파단선으로 지시한 것같이 것인을 조정하는 경우 실현 가능한 루우프 게인은 약 20sec^-1이며, 그것은 보상전의 게인보다 커서 안정된 작동이 기대될 수 있다. 보다 큰 루우프 게인이 요구되는 경우, 보상기는 18rad/sec보다 큰 예를들어, 30ad/sec로 선택된 식(10)내의 특성근 ωo의 값과 -ωo, -4ωo, -4ωo, -3ω_M, -3ω_M으로 설정되는 보상후 특성근의 값으로 설계된다.

이렇게 보상기(35)의 계수가 결정되면, 보상기(35)는 하기와 같이 처리장치의 연산기능을 사용하여 실현될 수 있다. 식(9)를 변형하면 다음과 같다.

일반적으로, 이런 전달함수를 가진 시스템의 최수차수의 상태 방정식은 예를들어, 하기 미분방정식에 의해 표시되며, 이런 경우의 회로배열은 제13도와 같다.

여기서,

,_X1및_X2는 상태변수이다.

식(13)이 연속 시스템이므로 그것은 처리장치의 실제 연산처리에는 하기 미분방정식으로 변환된다.

여기서, Φ(T) 및 h(T)는 a₀, a₁, b₀, b₁및 b₂를 포함하는 함수이다.

이렇게 해서, 입력 u(k)로 부터 행렬계산에 의해 제13도의 상태변수 x₁(k) 및 x₂(k)를 구하면, 이런 값을 사용하여 출력 y(k)을 얻을 수 있으므로 이 연산처리가 처리장치에 의해 가공제어와 동시에 직결처리되면 보상기(35)가 얻어진다.

상술한 바와같이, 본 발명에 따라 위치정보가 기계적 가동부로부터 직접 피이드 백되는 폐쇄루우프 시스템의 수치제어 공작기계는 처리장치의 연산기능을 활용하여 기계적 가동부를 포함하는 기계적 시스템의 특성을 고려하여 형성된 보상기를 폐쇄 루우프내에 구비한다. 폐쇄루우프는 기계적 가동부의 위치를 제어하기 위해 보상기에 의해 안정된다.

대형 위치 루우프 게인이 가능하므로 위치 제어는 고정도로 달성될 수 있으며, 위치결정 조작은 고속으로 수행될 수 있다.

상기에서 알수 있는 바와같이, 본 실시예의 보상기(35)를 설계하기 위해서는 기계적 시스템의 전달함수가 사전에 알려져 있어야 한다. 기계적 시스템의 전달함수는 서어보분석기의 채용에 의해서도 얻을 수 있지만, 예를들어 제14도와 같이 실제 시스템과 평행으로 실제시스템의 것과 동일형의 전달함수를 가진 모형시스템을 구비하며, 실제 시스템으로부터의 것과 모형으로 부터의 출력이 동등하도록 가장함으로써 모형의 공명 각 주파수 ωv 및 ω_M과 감쇠계수 ζ가 변화하면 기계적 시스템의 전달함수는 용이하게 가정될수 있다. 이 방법을 활용한 특성 검출시스템에 관해 서술한다.

제15도는 특성검출 시스템을 실시한 수치제어 공작기계의 1예의 주요부의 배열을 도시한다. 제15도에서 제1도와 상응하는 부품들은 동일한 참고숫자로 표시된다. 참고숫자(37)은 모형시스템을, (39)는 매개 변수 수정회로를, (41)은 가산기를 표시한다. 기계 가동부(11)로 부터 검출된 위치 정보가 부 피이드백되는 폐쇄루우프 시스템의 수치제어 공작기계에서, 제어 시스템의 특성을 가장하기 위한 모형 배열(37), 즉 폐쇄루우프의 전달함수와 모형배열(37)의 매개변수를 수정하기 위한 매개변수 수정회로 (39)가 처리장치를 활용하여 위치제어기(15)내에 구비된다. 지령 위치정보는 실제제어시스템 및 모형 시스템(37)의 쌍방에 가해지며, 모형시스템(37)의 매개변수는 실제 제어시스템과 모형 시스템(37)로 부터의 출력사이의 차이를 최소화하기 위한 방식으로 매개 변수 수정회로에 의해 수정되며, 출력차이가 최소인 상태의 모형시스템(37)의 특성은 실제제어시스템의 특성으로서 사용된다.

일반적으로, 수치제어 공작기계 내 폐쇄루우프의 전달함수는 거의 미지가 아니며, 많은 경우 전달함수의 차수는 사전 추정되고, 대개 처리장치에 의한 실제연산 처리에 적합한 하기 식으로 주어진 이런 3차 펄스 전달함수 G(Z)에 의해 표현될 수 있다.

여기서, αi 및 βi(i=0,1,2)는 폐쇄 루우프의 고유상수다. 물론, 보다고차수의 펄스전달함수로 차수를 계산할 필요가 있을때는 보다 고차수 펄스전달 함수가 추정되어야 하지만, 설명의 편의상 폐쇄 루우프의 특성이 식(15)의 펄스 전달함수에 의해 표현된다고 가정한다.

이런 전달함수 G(Z)를 추정하기 위한 모형 시스템(37)로서, 하기식과 같이 전달함수 G(Z)와 동일한 차수의 전달함수를 가지며, 미지의 매개변수 α₀, α₁, α₂, β₀, β₁및 β₂를 가진 모형 시스템이 처리장치를 채용함으로써 얻어진다.

실제 제어 시스템에 적용된 것과 동일한 압력 r로 공급될 때, 모형시스템(37)은 하기 식으로 주어지는 출력 y₀를 구비한다.

따라서, 위치 검출기(13)으로 얻어진 실제 제어 시스템의 출력 y와 모형시스템 (37)의 출력 y₀는 그 사이의 차이 e를 검출하기 위해 가산기(41)에 제공되며, 그 차이e는 매개 변수수정회로(39)에 가해진다.

매개 변수 수정회로(39)는 전술한 바와같이 출력차이 e를 최소화하는 식으로 모형시스템(37)의 매개 변수

및

(i=0,1,2)를 수정하기 위한 것이며, 이런 수정을 위해 하기 식으로 주어지는 것같은 성능 판정기준 J가 도입되어 매개 변수

및

가 평가된다.

즉, 성능판정기준 J(

)는 매개변수

및

에 대해 하방으로 돌출하는 제16A도와 같은 특성곡선을 가지며, 그 편미분계수

및

는 제16B도와 같아진다. 따라서

및

가 감소하여 영이 되도록 하기 관계에 따라 매개변수

및

를 변화시킴으로써 성능판정기준 J가 최소화되는 매개변수

및

의 값이 용이하게 얻어질 수 있으며, 그렇게 해서 성능판정기준 J를 최소화하는 모형시스템(37)이 결정될 수 있다.

이렇게 해서 결정된 모형시스템(37)의 전달함수는 폐쇄 루우프의 전달함수의 최적 추정치로서 사용된다.

이 방식으로, 폐쇄 루우프의 전달함수의 가장을 위한 모형시스템(37)과 모형시스템(37)의 매개변수의 수정을 위한 매개변수 수정회로(39)는 처리장치의 연산기능을 활용하여 구성되며, 모형시스템(37)의 매개변수는 모형시스템(37)의 출력(y₀)이 실제 제어 시스템의 출력(y)에 근사적으로 동등하도록 매개변수 수정회로(39)에 의해 수정되고, 모형 시스템(37)로 부터 유도된 최종치는 실제 제어 시스템의 전달함수의 추정치로서 사용된다. 처리장치로서, 예를들어 통상의 가공제어를 수행하는 처리장치가 사용될 수 있으므로 전달함수가 경제적으로 얻어질 수 있다. 그리고, 이 방법은 종래 기술과 달리 서어보 분석기 같은 임의의 측정장치가 필요하지 않으며, 첨가해서 전달함수를 얻는데 임의의 번잡한 작동이 필요없으므로 이 방법은 위치 제어중 용이하게 실행될 수 있다.

상기 서술은 폐쇄형 수치제어 공작기계의 특성을 얻는 경우와 관련되지만, 반 폐쇄 루우프형 수치제어 공작기계의 특성도 유사하게 얻을 수 있음이 명백하다.

모형 시스템(37)의 매개변수

및

의 평가를 위해 상술한 방법과 다른 시행착오법도 역시 사용될수 있다.

제17도는 본 발명을 실시한 다른 예의 수치제어 공작기계의 주요부의 배열을 설명하며, 제1도의 것과 상응하는 부품은 동일한 참고수자로 표시된다. 참고숫자(43)은 시뮬레이터를, (45)는 비례상수설정 회로를, (47) 및 (49)는 가산기를 표시한다. 시물레이터(43)은 지령비례정보 r을 수납하며, 비선형요소가 수치제어공작기계의 기계적 시스템내에 포함분지 않을 경우에 가동테이블(11)의 운동을 가장한다. 이 시물레이터는 예를들어 처리장치의 연산기능을 활용하여 구성된다. 가장된 출력 y₀는 제17도의 극성으로 가산기(47)에 가해지며, 거기서 가장된 출력 y₀와 위치 검출기(13)으로부터 얻은 가동테이블(11)의 실제운동 y사이의 차이 y₀-y가 구해진다. 차이 y₀-y는 비례상수 설정회로(45)에 가해지며, 거기서 서전설정된 비례상수 K'에 의해 곱해지고, 곱해진 출력 K' x(y₀-y)는 비례상수 설정회로(45)에 가해지며, 거기서 사전설정된 비례상수 K'에 의해 곱해지고, 곱해진 출력 K' x(y₀-y)는 비선형요소의 위치오차 변수 R에 대한 수정량으로 가산을 위해 가산기(49)에 가해진다.

시물레이터(43)의 출력 y0와 기계적 가동부, 즉 가동테이블(11)의 실제운동 y가 후자가 비선형요소에 의해 영향을 받을때는 서로 일치하며, 이 경우 수정은 발생하지 않는다.

가동 테이블(11)의 운동 y가 비선형요소의 영향하에 있을때, 비선형요소에 기인한 추종오차는 양방의 출력 y₀및 y사이의 차이에 따라 발생한다. 차이에 비례하는 수정량 K' x(y₀-y)는 위치오차변수 R에 가해지며, 속도증폭기(25)는 새 위치 오차 변수로서 가산된 양을 사용하는 전동기(27)의 구동을 제어하여 추종오차에 상응하는 수정을 행한다. 그결과, 비 선형요소에 기인한 추종오차는 즉시 수정된다. 제18도는 연속 절삭제어시 백래시가 Y축상에 백래시 없이 X축상에만 작용하는 상태의 본 실시예의 효과를 도시하며, 제7도와 유사한 도표이다.

제18도와 같이, 가동 테이블(11)의 실제운동 y는 그 최초의 편차를 제외하고는 소정의 궤적을 정확히 추종한다. 최초편차 역시 수정계인 K'를 조정함으로써 감소될수 있다. 이런 효과는 예를들어, 가동 테이블(11)의 슬라이드 표면의 비선형 마찰에 대해서도 당연히 발생된다.

상술한 바와같이, 본 실시예에 따라 폐쇄 루우프형 수치제어 공작기계에는 비선형요소가 공작기계의 기계적 시스템내에 포함되지 않는 경우에 기계가동부의 운도을 가장하는 시물레이터 출력과 기계적 가동부의 실제운동 사이의 차이에 비례하는 수정량은 폐쇄 루우프의 위치오차 변수에 가해져서 비선형요소에 기인한 기계적 가동부의 추종오차는 수정된다. 예를들어, 연속 절삭제어등의 고정도로 수행될 수 있다. 그리고, 본 발명에서 시뮬레이터 출력 y₀및 위치 검출기 출력 y사이의 차이는 주 루우프에 가해져서 연속 수정이 단순한 하아드웨어로 달성될 수 있는 이점을 가지게 한다.

제19도는 본 발명의 또 다른 실시예의 수치제어 공작기계의 주요부의 배열을 도시하며, 제17도의 것과 상응하는 부품은 동일한 참고숫자로 표시된다. 시뮬레이터(43)은 지령비례정보 r이 공급되며, 비선형요소가 공작기계의 기계적 시스템내에 포함되지 않는 경우에 가동테이블(11)의 운동을 가장한다. 시뮬레이터(34)는 예를들어, 처리장치의 연산기능을 활용하여 수행되며 가장된 출력 y₀는 가산기(49)의 1입력단자에 가산된다. 가산기(49)의 타입력단자에는 가동테이블(11)상에 설치된 위치 검출기(13)으로부터 검출된 위치정보 y가 제공된다. 가산기(47)에서 가장된 출력 y₀및 위치검출기 (13)에 의해검출된 가동테이블(11)의 실제운동 y사이의 차이 ε가 얻어지며, 이 차이는 위치루우프게인 설정회로(21)에 공급된다.

위치 루우프계인 설정회로(21)은 예를들어, 차이가 허용오차범위 δ₁에 대해 하기 값

로 추정될때, 그 위치 루우프게인 K(ε)는 정상 상태값 K₀로 주어지며, 차이 ε가 오차범위 δ₁에 대해 하기 값

를 가질때 위치 루우프게인 K(ε)는 정상상태 값 K₀보다 큰 값 K₁으로 주어지도록 설계된다.

따라서, 가동 테이블(11)이 기계적 시스템의 비선형요소에 의해 영향을 받지 않을때는 시뮬레이터(43)의 출력 y₀와 가동 테이블(11)의 실제 운동 y는 식(21)을 만족하도록 서로 실질적으로 일치하며, 순차적으로 이 경우에, 위치 루우프계인 K(ε)는 정상상태 치 K₀를 가지며, 종전기술과 동일한 위치제어가 행해질다.

가동 테이블(11)이 비선형요소에 의해 영향을 받고 시뮬레이터(43)의 출력과 가동테이블(11)의 실제운동 y의 차이가 식(22)을 만족하도록 커지면, 위치 루우프계인 K(ε)는 보다 큰 값 K₁으로 변화된다.

시뮬레이터(43)의 출력과 가동테이블(11)의 실제운동을 지시하는 위치 검출기(13)의 출력 y사이의 차이가 크다는 사실은 페쇄루우프의 위치 루우프게인이 기계적 시스템의 비선형요소에 의해 감소되는 것을 의미하고, 따라서 위치 루우프게인 K(ε)를 전술한 바와같이 정상상태치 K₀보다 크게 증가시킴으로써 속도증폭기(25)는 큰 힘으로 전동기(27)을 구동하게 되여 루우프의 시간이 지연되고, 추종오차는 감소된다.

제20도는 X 및 Y축이 동기구동되는 형식의 윤곽제어에서 X축만이 비선형요소에 의해 크게 영향을 받는 경우에 발생되는 본 발명의 효과를 도시하며, 제7도와 유사한 도표다. X축에 상응하는 위치 루우프계인의 수정에 의하여 가동테이블(11)의 실제운동 y가 그 최초 편차를 제외하고는 소정의 궤적 p를 정확히 추종할 수 있어서 가공오차를 감소시킨다.

이상에 있어서, 위치 루우프게인 설정회로의 게인값은 2개의 편수 K₀및 K₁사이의 변수로 서술되지만, 이것은 단지 회로 배열을 간간히 할 목적이며, 제20도의 최초편차를 감소시키기 위해 각종 다른 변경이 유효할 수 있다. 예를들어, 3개 또는 그 이상의 게인 값도 사용될 수 있으며, 그리고 예를들어 제21도와 같이 차이 ε에 대해 위치 루우프게인 K(ε)를 연속적으로 변화시키는 것도 가능하다. 그러나, 이경우처리 장치의 연산기능에 의해 위치 루우프 게인 설정회로(21)을 실현하든가 또는 추가 회로를 구비하는 것이 필요하다.

상술한 바와같이, 본 발명에 따라 폐쇄 루우프형수치제어 공작기계에는 비선형 요소가 공작기계의 기계적 시스템에 포함되지 않을 경우 기계적 가동부의 운동을 가장하기 위한 시뮬레이터가 구비되며, 시뮬레이터 출력과 기계적 가동부의 실제 운동사이의 차이가 검출되고, 이 차이에 따라 폐쇄 루우프의 위치 루우프게인이 변화된다. 위치 루우프 게인이 상기 차이의 증가와 함께 증가하므로 추종오차는 감소되고, 따라서 윤곽제어 등이 고정도로 수행될 수 있다.

본 발명의 진기한 개념의 범위를 일탈함이 없이 수많은 변경과 변화가 가능함은 명백하다.

Claims (1)

1. 기계적 가동부의 위치 제어가 지령 위치 정보와 기계적 가동부 상에 설치된 위치 검출기로부터 검출된 위치 정보 사이의 비교에 의해 얻어진 위치 오차변수에 따라 달성되는 폐쇄 루우프형 수치제어 공작 기계의 위치 제어 시스템에 있어서, 폐쇄루우프내에 기계적 가동부를 포함함으로 유발되는 위치 제어 오차를 감소시키기 위한 수정수단이 특징인 폐쇄루우프형 수치 제어 공작기계의 위치제어 시스템.

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