WO1995001237A1 - Procede de commande de forces pour l'embarreur d'un tour - Google Patents

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WO1995001237A1
WO1995001237A1 PCT/JP1994/000993 JP9400993W WO9501237A1 WO 1995001237 A1 WO1995001237 A1 WO 1995001237A1 JP 9400993 W JP9400993 W JP 9400993W WO 9501237 A1 WO9501237 A1 WO 9501237A1
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WO
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bar feeder
force
control
torque
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Inventor
Yasusuke Iwashita
Original Assignee
Yasusuke Iwashita
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B13/00Arrangements for automatically conveying or chucking or guiding stock
    • B23B13/02Arrangements for automatically conveying or chucking or guiding stock for turning-machines with a single working-spindle
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/182Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D15/00Control of mechanical force or stress; Control of mechanical pressure
    • G05D15/01Control of mechanical force or stress; Control of mechanical pressure characterised by the use of electric means
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/50Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50383Bar feeder applies torque to compensate bending of workpiece during machining

Definitions

  • TECHNICAL FIELD-The present invention relates to a control method of a bar feeder that supports a work on a lathe, and more particularly to a control method of controlling a bar feeder by force control.
  • a bar feeder is used to guide the work in the Z-axis direction.
  • One of the works is supported by a bar feeder, and the other of the works is mounted on two axes of a lathe to perform position control in the Z-axis direction.
  • the position control of the bar feeder is performed by a controller, but during lathe machining, the position control of the lathe in the Z-axis direction and the position control of the bar feeder are performed.
  • the following method is known as a control method therefor.
  • An object of the present invention is to eliminate the need for synchronization for controlling the Z-axis of the lathe and the position of the bar feeder in the Z-axis direction, and to prevent deflection of the work. It is to control the bar feeder of the lathe.
  • a work in controlling a bar feeder of a lathe, a work is held by a Z-axis of the lathe and a bar feeder, and the Z-axis of the lathe performs position control.
  • the feeder performs force control. In this way, control is performed so as to apply a constant torque to the work.
  • the constant torque given to the work from this feeder is set to a magnitude that does not hinder the position control of the Z axis of the lathe.
  • the work is held by the Z axis of the lathe and the bar feeder, the Z axis of the lathe performs position control, and the bar feeder performs force control. Then, the lathe bar feeder is controlled so as to apply a constant torque to the work, and the work is tensioned by the torque applied to the work, and Prevents the work from sagging between the Z axis of the lathe and the bar feeder. In addition, by setting the constant torque given to the work from the bar feeder to a magnitude that does not hinder the position control of the Z-axis of the lathe, the bar feed is achieved. Make sure that the force control of the leader does not affect the position control of the lathe.
  • a load from the external world applied to the work is estimated by a disturbance estimation observer, and an estimated disturbance load torque obtained by the estimation is fed back.
  • Feedback control is performed such that the estimated disturbance load torque matches the force command value.
  • the feedback value of the force in the disturbance estimation observer is a value obtained by multiplying the estimated disturbance load torque by a value obtained by multiplying the motor speed of the bar feeder by the set coefficient. Things.
  • the disturbance estimation job used for the bar feeder of the present invention is based on the torque reading value indicated in the mode of the feeder and the actual speed of the motor. Estimate the estimated disturbance load torque It is something.
  • FIG. 1 is a diagram showing one example of a configuration of a lathe and a bar feeder according to the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a main part of a control system of a bar feeder for implementing the method of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a force control system according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a flowchart of a force control process according to the embodiment of the present invention.
  • one of the works 104 is attached to the Z-axis 102 of the lathe 001, and the other of the works 104 is attached to the bar feeder 105.
  • the work] 04 attached to the Z-axis 102 of the lathe 10] is processed by the X-axis direction cutter 103 in the same manner as a normal lathe.
  • the bar feeder 105 has a controller (not shown) independent of the control port of the lathe ⁇ 01.
  • the position of the controller 105 is not controlled by the force control, but by force control.
  • the direction of the torque given to the work 104 is a direction in which the work 104 is moved away from the lathe 101, and the size of the torque is set to the lathe 101- It is set to a constant value smaller than the torque given to work 104 in the control of the Z-axis. Due to the torque given by the bar feeder 105, the work 104 is always given a tension that does not affect the control of the Z-axis of the lathe 10].
  • the force control of the bar feeder 105 is performed, for example, by controlling a servo motor that drives a drive shaft of the bar feeder by a bar feeder control system. .
  • the device configuration of the lathe 101 and the bar feeder 105 shown in FIG. 1 is an example, and is not limited to the illustrated configuration. ⁇ includes a device having the function of a normal lathe, and the bar feeder 105 also includes a device having the function of a normal bar feeder.
  • the configuration of the control system of the bar feeder will be described with reference to the block diagram of the main part of the control system of the bar feeder that implements the method of the present invention shown in FIG.
  • the bar feeder control system shown in Fig. 2 shows an example using a sub-mode.
  • reference numeral 10 denotes a control device similar to a control device for controlling a general machine tool or a machine such as a robot.
  • the signal is output to the digital model overnight control circuit 12 via the shared memory 11.
  • the digital motor control circuit 12 is composed of a processor (CPU), ROM, RAM, etc., and executes digital motor control of position, speed, force, etc.
  • the servomotors 14 of each axis are controlled via a servo amplifier 13 composed of components and the like.
  • Reference numeral 15 denotes a position / speed detector for detecting the position and speed, which is composed of a pulse coder or the like attached to the motor shaft of the servomotor, and which detects the position and speed detected by the digital motor control circuit 12. Outputs feedback signal. Note that these configurations can use the same configurations as those of a conventionally known digital servo circuit, but are different from the conventional digital servo circuit in performing force control.
  • a servo motor for driving a feeder will be described as an example.
  • the force control is performed by proportional and integral (PI) control.
  • the external force is detected using a disturbance estimation observer.
  • K1 is the integration constant in caffeine knock control
  • K2 is the proportionality constant.
  • Kt is the torque constant
  • Jm is the inertia
  • 4 is the value obtained by multiplying the actual speed V of the motor by the set coefficient. This is the term to be fed back.
  • Reference numeral 5 shown by a dashed line in the figure is a disturbance estimation observer that detects a disturbance load torque applied to the motor from the outside world.
  • the estimated disturbance load torque d 2 is estimated from the actual speed of the vehicle. That is, the disturbance estimation observer 5 is an estimated value based on the torque finger c and the actual speed V of the motor without directly measuring the disturbance load torque that the motor actually receives from the outside world. It outputs the disturbance load torque Td2.
  • D is the disturbance load torque actually received by the motor
  • S represents the Laplace operator.
  • the estimated disturbance load torque Td2 estimated by the disturbance estimation observer 5 is subtracted from the force fingering Fc (the estimated disturbance load torque Td2 obtained by the disturbance estimation observer 5 is obtained with the opposite polarity). Therefore, in FIG. 3, it is described that the estimated disturbance load torque d 2 is added to the force finger F c, but the torque is actually reduced.)
  • proportional integral processing is performed in item 1 Run and torque
  • the command (current command) T c is obtained and output to the motor.
  • K3 and K4 in terms 52 and 53 of disturbance estimation observer 5 are parameters of the disturbance estimation observer, and ⁇ in term 51 is the torque that is actually output in the sub-boat evening. This is the value of the parameter multiplied by the current value c that is the index, and is obtained by dividing the estimated value K t * of the torque constant of the motor by the estimated value J m * of the inertia. (2 K t * no J m *).
  • the term 55 is a term for multiplying the output from the term 53 by (1 / na) to obtain the estimated disturbance load torque d2.
  • This section describes the force control that keeps the torque applied from the feeder to the work constant irrespective of the position of the work.
  • V e r r v-v a
  • the total disturbance torque T dl is equal to 1 Z (-J m *
  • the estimated disturbance load torque d 2 is obtained by multiplying the estimated disturbance load torque d 2, and the force feedback control is performed using the estimated disturbance load torque d 2.
  • the torque finger c is a current finger. By outputting this current finger to the motor, torque control of the motor can be performed.
  • the force applied to the control object from the sub-mode (the force at which the sub-model is generated) is changed to the force index. Therefore, for example, if this force indication Fc is given as a certain set value, it is affected by the magnitude of the load that is actually applied over a short period of time. Therefore, the set torque always occurs from the morning and evening.
  • the bar feeder is controlled by this force control, it is necessary to set a constant value smaller than the torque of the Z axis of the lathe as the force sign Fc.
  • the bar feeder always outputs a constant torque irrespective of the position of the work and can apply tension to the work without having to synchronize with the lathe.
  • This servo motor 14 can perform position ⁇ speed control by executing the conventional position ⁇ speed loop processing.
  • the processing and the force control processing that can be selected by switching can also be used.
  • the processor of the digital motor control circuit 12 executes the processing shown in FIG. 4 every predetermined main cycle (the same cycle as the normal speed loop processing cycle).
  • step S description will be made using the reference numerals of step S.
  • Step S1 First, the force coupling value Fc sent from the control device 10 via the shared memory 1] is read, and the position ⁇ speed detector ⁇ 5 detects the force coupling value Fc. Reads the feedback speed feedback value V.
  • the force reference value F c for example, a constant torque smaller than the torque applied to the work for controlling the Z-axis position of the lathe is generated. Value is set.
  • Step S2 Next, the process of the disturbance estimation observer 4 is started, and the estimated speed V stored in the register R is obtained from the speed feedback value V read in step S1. Subtract a- to find the difference V err between the actual speed and the estimated speed.
  • the estimated speed stored in the register R is represented by R (V a).
  • Step S3 Further, a value obtained by multiplying the error V err by the set constant K 4 is added to the accumulation time storing the total disturbance estimation value d 1, and the result is calculated in the cycle.
  • the total disturbance estimate T d] is obtained. This process is the process of item 53 in Fig. 3.o
  • Step S4 Next, the total disturbance estimation value Td obtained in step S3 is added to the register evening R (Va) storing the estimated speed Va, and the step is also performed.
  • the value obtained by multiplying the difference V err obtained in step S 2 by a constant K 3 is added, and the speed estimation value Va of the previous cycle stored in the register R (T c) is obtained. This is stored in R (V a).
  • this process is a process for obtaining the estimated speed Va by the processes of the items 51 and 54 and the like.
  • Step S5 Next, the estimated disturbance load torque Td2 is obtained by dividing the estimated total disturbance value d1 obtained in the process of step S3 by the set coefficient ⁇ .
  • Step S7 Next, multiply the accumulation rate Sum that acts as an integrator by the above-mentioned force deviation F err by the integration constant Kl, and the processing cycle s shown in FIG.
  • the integration process is executed by adding the values obtained (integral process of item 1 in Fig. 3).
  • Step S8 The torque finger c is obtained by adding the value of the accumulator Sum and the value obtained by multiplying the force deviation Ferr by the proportional constant K2. That is, the processing of item 1 of FIG. 3 is performed.
  • Step S 9, 10 The torque coupling T c thus obtained is stored in the register R (T c) before being used in the next cycle, and is also transferred to the current loop. Then, the processing of the cycle ends.
  • the bar feeder performs force control, and imparts a constant torque to the work.
  • this constant torque By applying this constant torque to the work irrespective of the lathe's Z-axis position control, the lathe's Z-axis and the bar feeder do not move synchronously. Even so, control can be performed without causing the work to sag.
  • the feedback amount a value obtained by adding the value obtained by multiplying the estimated speed Td2 of the disturbance load by the coefficient / S to the actual speed V of the motor overnight is used.
  • the function of the actual speed V of the motor is used as a part of the feedback value to prevent the control system from vibrating and to improve the stability. This is to prevent In other words, when the reaction force from the control object is not applied to the motor, the estimated disturbance load torque Td 2 estimated by the disturbance estimation observer is very small, and as a result, the force deviation F Since the err does not decrease as it increases, the motor runs out of control.
  • reaction force can be obtained from the Z axis in consideration of the tolerance of the characteristics of the drive system of the lathe, it is not always necessary to feed back a value proportional to the speed.
  • the work force is controlled by the bar feeder.
  • the work control by the force control is applied to the work clamp of the lathe. You can also do it.
  • the lathe buffer In force control in a feeder synchronization for position control in the Z-axis direction of the lathe and the Z-axis of the lathe is not required, and the deflection of the work can be prevented.

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Description

明 細 書
旋盤のバ一 フ ィ 一ダにおける力制御方法
技 術 分 野 - 本発明は、 旋盤においてワー クを支持するバ一 フ ィ ー ダの制御方法に関 し、 特にバ一 フ ィ ーダを力制御によ り 制御する制御方法に関する。
背 景 技 術
一般に、 細長いワー クを旋盤で加工する場合、 Z軸方 向にワー クをガイ ドするためにバー フ ィ ーダが用い られ る。 ワー クの一方はバーフ ィ ーダによ って支持されてお り 、 ワー クの他方は旋盤の 2軸に取 り付け られて Z軸方 向の位置制御が行なわれる。
従来、 このバ一 フ ィ ーダの位置制御は コ ン ト ロ ーラ に よ って行なわれるが、 旋盤の加工中において旋盤の Z軸 方向の位置制御と、 バーフ ィ ーダの位置制御は同期して いる こ とが必要である。 そのための制御方法と して例え ば以下の方法が知 られている。
( 】 ) 同一のコ ン ト ローラ によ って旋盤とバー フ ィ ー ダを制御する こ と によ って、 旋盤の Z軸の位置制御とバ — フ ィ ーダの Z軸方向の位置制御とを同期させる。
( 2 ) 旋盤とバーフ ィ ーダを同一のコ ン ト ロー ラ によ つて制御する こ とができない場合に、 バーフ ィ ーダ側に おいては、 ワ ー ク をつかむこ とな く フ リ ーな状態と して 単に支えるだけと し、 旋盤の Z軸の位置制御のみで動作 を行な う 。 しかしながら、 前記の従来の旋盤のバ一 フ ィ 一ダの制 御方法においては、 以下のよ う な問題点を有 している。
( 1 ) 従来の旋盤とバー フ ィ ーダの Z軸方向の位 tt制 御を、 同一のコ ン ト ロ ーラ によ って行な う場合には、 旋 盤とバー フ ィ ーダの両方の制御を行な う コ ン ト ロ ーラが 必要であ り、 このよ う なコ ン ト ロー ラ には高価で複雑な 装置が必要となる。 ま た、 このよ う なコ ン ト ロー ラ は個 々 の旋盤とバーフ ィ 一ダに対応 して設定する必要があ り 、 汎用性を欠 く こ とになる。
( 2 ) また、 旋盤とバー フ ィ ーダを個々 に独立した コ ン ト ローラ によ って制御する場合には、 両方のコ ン ト 口 — ラ の同期を と る必要があ るが、 別個の独立した コ ン ト ロ ーラの同期をと る こ とは S難であ る。
( 3 ) 従来のバーフ ィ ーダ側をフ リ ーな状態と して旋 盤の Z軸の制御のみによ って行な う場合には、 細いヮー ク は旋盤とバ一フ ィ ーダとの間において弓な り に湾曲し て、 たわみが生じ、 正確で安定 した加工が困難となる。
発 明 の 開 示
本発明の 目的は、 旋盤の Z軸とバー フ ィ ーダの Z軸方向 の位置制御のための同期を必要とせず、 またワー クのた わみを防止する こ とができ る よ う 、 旋盤のバーフ ィ ーダ の制御を行う こ と にある。
本発明の方法は、 旋盤のバー フ ィ ーダの制御において 、 ワ ー クを旋盤の Z軸とバーフ ィ ーダによ り摑持 し、 旋 盤の Z軸は位置制御を行い、 バ一フ ィ ーダは力制御を行 な う こ と によ って、 ワ ー ク に一定の トル クを付与する よ う 制御する。 このバ一 フ ィ ーダから ワー ク に付与される 一定の ト ルク は、 旋盤の Z軸の位置制御を阻害しない程 度の大き さ に設定される。
そ して、 ワ ー ク を旋盤の Z軸とバ一フ ィ ーダによ り摑 持 し、 旋盤の Z軸は位置制御を行い、 バーフ ィ ーダは力 制御を行なう こ と によ って、 ワ ー ク に一定の トル クを付 与する よ う に旋盤のバ一フ ィ ーダを制御 し、 このワー ク に付与した ト ルク によ り ワ ー ク に張力を付与 して、 旋盤 の Z軸とバ一 フ ィ ーダとの間における ワ ー ク のたるみを 防止する。 また、 バ一 フ ィ ーダからワー クに付与される 一定の ト ルクを、 旋盤の Z軸の位置制御を阻害しない程 度の大き さに設定する こ と によ って、 バ一フ ィ ーダの力 制御が旋盤の位置制御に影響を与えないよ う にする。
また、 本発明のバー フ ィ ーダの力制御は、 ワー ク に加 わる外界からの負荷を外乱推定オブザーバによ って推定 し、 該推定によ り得られる推定外乱負荷 トル クを フ ィ 一 ドバ ッ ク して、 該推定外乱負荷 トル クが力指合値と一致 する よ う にフ ィ ー ドバ ッ ク制御する ものである。 また、 こ の外乱推定オブザーバにおける力のフ ィ ー ドバ ッ ク値 は、 推定外乱負荷 トル クにバ一 フ ィ ーダのモー夕 の速度 に設定係数を乗じた値を加箕した値とする ものである。
また、 本凳明のバー フ ィ ーダに使用する外乱推定ォブ ザ一バは、 バ一フ ィ ーダのモ一夕 に指合される ト ルク指 合値とモー夕 の実速度から推定外乱負荷 トル クを推定す る ものである。
図面の簡単な説明
図 】 は、 本発明の旋盤およびバー フ ィ ーダの一構成-例 を示す図、
図 2 は、 本発明の方法を実施するバー フ ィ ーダの制御 系の要部ブロ ッ ク 図、
図 3 は、 本発明の実施例の力制御系のブロ ッ ク線図、 図 4 は、 本発明の実施例における力制御の処理のフ ロ —チ ャ ー トである。
発明を実施する ための最良の形態
〔実施例の構成〕
(本発明を実施する ための旋盤およびバー フ ィ ーダの 構成)
は じめに、 本発明の旋盤およびバーフ ィ ーダの一構成 例を、 図 1 を用いて説明する。 図 1 において、 ワ ー ク 1 0 4 の一方は旋盤 】 0 1 の Z軸 1 0 2 に取り付け られ、 ワ ー ク 1 0 4 の他方はバ一 フ ィ ーダ 1 0 5 に取り付け ら れる。
旋盤 1 0 】 の Z軸 1 0 2 に取 り付け られたワー ク 】 0 4 は、 通常の旋盤と同様に して X軸方向の刃物 1 0 3 に よ って加工さ れる。
また、 バー フ ィ ーダ 1 0 5 は、 旋盤 】 0 1 のコ ン ト 口 —ラ とは独立した コ ン ト ロ ーラ (図示していない) を有 してお り 、 こ のバーフ ィ ーダ 1 0 5 のコ ン ト 口一 ラ はヮ — ク 1 0 4 に対して位置制御は行なわず、 力制御によ つ て一定の トル クを与える。 このワー ク 1 0 4 に与える ト ル ク の方向は、 ワ ー ク 1 0 4 を旋盤 1 0 1 か ら離れる方 向であ り 、 また、 その トル クの大き さは、 旋盤 1 0 1 -の Z軸の制御においてワ ー ク 1 0 4 に与える ト ルク よ り も 小さな一定値に設定さ れる。 こ のバーフ ィ ーダ 1 0 5 か ら与えられる トル ク によ って、 ワー ク 1 0 4 は旋盤 1 0 】 の Z軸の制御に影響を与えない程度の張力が常に付与 される。
こ のバー フ ィ ーダ 1 0 5 の力制御は、 例えばバーフ ィ — ダの駆動軸を駆動するサーボモ一 夕を、 バーフ ィ ーダ の制御系によ つて制御する こ と によ り行なわれる。
なお、 図 1 に示す旋盤 1 0 1 およびバ一フ ィ ーダ 1 0 5 の装置形態は、 一実施例であ って図示される形態に限 定される ものでな く 、 旋盤 1 0 1 は通常の旋盤の機能を 有する装置を含むものであ り、 またバ一 フ ィ ーダ 1 0 5 も通常のバー フ ィ ーダの機能を有する装置を含む もので め ο
以下、 このバー フ ィ ーダの制御系の構成、 およ びその バ一 フ ィ 一ダの制御系によ る力制御の構成について説明 する。
(バー フ ィ ーダの制御系の構成)
バーフ ィ ーダの制御系の構成について、 図 2 の本発明 の方法を実施するバ一 フ ィ ーダの制御系の要部プロ ッ ク 図を用いて説明する。 図 2 に示すバーフ ィ ーダの制御系 はサ一ボモー夕を用いた例を示 している。 図において、 1 0 は一般の工作機械やロボ ッ ト等の機 械を制御する制御装置と同様の制御装置であ り、 この制 御装置 1 0 か ら移動指合, 力指合, 各種制御信号が共-有 メ モ リ 1 1 を介してディ ジタルモ一夕制御回路 1 2 に出 力 さ れる。 ディ ジタルモー夕制御回路 1 2 は、 プロセ ッ サ ( C P U ) , R O M , R A M等によ り構成され、 位置 , 速度, 力等のモー夕制御をディ ジタル的に実行 し、 ト ラ ン ジス夕イ ンバー夕等で構成されるサーポア ンプ 1 3 を介 して各軸のサーボモ一夕 1 4 を制御する ものであ る 。 また、 1 5 は位置, 速度を検出する位置速度検出器で サ一ボモー夕 のモー夕軸に取り付け られたパルス コーダ 等で構成され、 ディ ジタルモー夕制御回路 1 2 に検出 し た位置, 速度フ ィ ー ドバッ ク信号を出力 している。 なお 、 これらの構成は、 従来の公知のディ ジタルサ一ボ回路 の構成と 同一のものを用いる こ とができ るが、 力制御を 行な う 点において従来のディ ジタルサーボ回路と異な つ ている。
(バー フ ィ 一ダのカ制御の構成) 次に、 前記バ一 フ ィ ーダの制御系において、 バ一フ ィ 一ダをカ制御する場合の力制御の構成について、 図 3 に 示す本発明の実施例の力制御系のプロ ッ ク線図を用いて 説明する。
図 3 においては、 バ一フ ィ ーダを駆動するサーボモー 夕を例に して説明する。 こ の実施例では、 力制御を比例 , 積分 ( P I ) 制御で行な う もので、 サ—ボモ一夕 に加 わる外界からの力を外乱推定オブザーバを用いて検出す る よ う に している。 項 1 の K 1 はカ フ イ ー ドノくッ ク制御 における積分定数、 K 2 は比例定数であ る。 また、 項- 2 , 3 はモー夕 の伝達関数で、 K t は トル ク定数、 J mは イ ナーシ ャであ り 、 項 4 はモ一夕の実速度 V に設定係数 を乗じた値をフ ィ 一 ドバ ッ クする項である。
図中の一点鎖線で示される 5 は、 外界からモー夕に印 加される外乱負荷 トル クを検出する外乱推定オブザーバ であ り、 モー夕 に指示される ト ルク指合丁 c とモ一夕 の 実速度 から、 推定外乱負荷 トルク 丁 d 2 を推定する も のである。 つま り 、 外乱推定オブザーバ 5 は、 モ一夕が 外界から実際に受ける外乱負荷 トル クを、 直接測定せず に トルク指合丁 c とモ一夕 の実速度 V と に基づいた推定 値である外乱負荷 トル ク T d 2 を出力する ものである。 なお、 丁 Lは実際にモー夕が受ける外乱負荷 トル クであ り 、 Sはラ プラス演算子を表している。
力指合 F c から外乱推定オブザーバ 5 で推定した推定 外乱負荷 トル ク T d 2 を減 じ (なお、 外乱推定ォブザー ノく 5 で求められる推定外乱負荷 トル ク T d 2 は逆極性で 得 られる ため、 図 3 においては力指合 F c に推定外乱負 荷 ト ルク 丁 d 2 が加箕される よ う に記載されているが、 実際は減箕される) 、 さ らに、 項 4 においてモー夕の実 速度 V に設定係数 を乗じた値を減じて力偏差 F err ( = F c + T d 2 — /S * V ) を求め、 この力偏差 F err に 基づいて項 1 において比例積分処理を実行して、 トル ク 指令 (電流指合) T c を求めモー夕へ出力する。 この項 4 を通る フ ィ ー ドバッ ク制御によ り 、 サーボモ一夕か ら 制御対象に付加さ れる力 (サ一ボモ一夕が発生する力) が力指合 F c に一致する よ う に制御される。
また、 外乱推定オブザーバ 5 の項 5 2 , 5 3の K 3 , K 4 は外乱推定オブザーバのパラ メ 一夕であ り、 項 5 1 の αは実際にサ一ボモー夕 に出力さ れる トル ク指合とな る電流値丁 c に乗 じ られるパラ メ 一夕の値であ り 、 モー 夕 の トル ク定数の推定値 K t * をイ ナ一 シャ の推定値 J m * で除 した ( 二 K t * ノ J m* ) と して表さ れる。 また、 項 5 5 は、 項 5 3か らの出力に ( 1 /な ) を乗 じ て推定外乱負荷 ト ルク 丁 d 2 を求める項である。
〔実施例の作用〕
次に、 本発明の実施例の作用について説明する。. (バ一 フ ィ ーダの力制御の動作)
ノく一フ ィ ーダか らワ ー ク に付与する ト ルクを、 ワー ク の位置にかかわ らずいねに一定とする力制御について説 明する。
図 3 に示さ れる前記バ一 フ ィ 一ダのカ制御の構成にお レ、て、 二 K t * / J m * とおき、 かつモ一夕の トル ク 定数 K t はその推定値 K t * と等しい ( K t - K t * ) と し、 モー夕 のイ ナ一 シャ J mはその推定値 J m * ( J m - J m * ) と して解釈する と、
項 3の演箕によ り
(丁 c * K t + T L ) ( 】 Z J m ♦ S ) 二 V … ( 1 ) が得 られ、 ま た項 5の出力 v aを考える と、
{ T c ♦ ( K t J m ) + ( v - v a ) K 3 + ( ν - ν a ) ( K 4 / S ) } * ( 1 S ) = ν a - ( ) が得 られる。 第 1 式を変形する と次式とな り 、
T c - ( V * J m · S - T L ) K t … ( 3 ) こ の第 3式を第 2式に代入して整理する と、
( V * J m * S - T L ) / J m + ( v - v a ) K 3 + ( v - v a ) ( K 4 S ) = v a - S … ( 4 )
S ( v - v a ) + ( v - v a ) * K 3 十 ( v - v a ) (K 4 S ) = T L / J m … ( 5 ) となる。 また、 第 5式から V e r r ( = v - v a ) を求 める と次式とな り 、
V e r r = v - v a
= ( T L J m ) [ 】 / { S + K 3 + (K 4 Z S ) } ]
… ( 6 ) 上記第 6式か ら項 5 3 の出力丁 d 〗 は次の第 7式によ つ て表される。
T d l = V e r r * ( K 4 S )
二 ( T L / J m) {K 4 ( S 2 + K 3 * S + K 4 ) }
- ( 7 ) 第 7式において、 パラ メ 一夕 K 3 , K 4を極が安定す る よ う に選択する と、 T d 】 = T L / J mと近似する こ とができ、 こ の関係式は全外乱 トル ク T d を推定でき る こ とを示している。
そ して、 こ の全外乱 トル ク T d l に 1 Z ( - J m * K t * ) を乗じて推定外乱負荷 ト ルク 丁 d 2 を求め、 こ の推定外乱負荷 トル ク 丁 d 2 を用いて力のフ ィ ー ドバ ッ ク制御を行な う 。
こ の推定外乱負荷 ト ルク T d 2 を用いた力のフ ィ ー ド バ ッ ク制御は、 力指合 F c に対 して、 外乱推定ォブザー バ 5 で推定した推定外乱負荷 トルク T d 2 と項 4 におい てモ一夕 の実速度 V に設定係数 を乗じた値との差によ つて力偏差を求めて、 その力偏差 F e r r ( = F c + T d 2 - β * ν ) を求め、 さ らに項 1 において.こ の力偏差 F e r r を比例積分処理して ト ルク指合 T c を求める。 こ の ト ル ク指合丁 c は電流指合.であ り、 この電流指合をモー 夕 に出力する こ と によ ってモー夕の トル ク制御を行な う こ とができ る。
つま り 、 こ の項 4 を通る フ ィ ー ドノくッ ク制御によ り、 サ一ボモー夕から制御対象に付加される力 (サ一ボモ一 夕が発生する力) が、 力指会 F c に一致する よ う に制御 さ れる こ とにな り 、 例えばこの力指合 F c をある設定値 と して与える と、 サ一ボモ一夕 に実際に加わる負荷の大 き さ に係わらず、 モー夕か らは常に設定された ト ルクが 発生する こ と にな る。
したがって、 バ一 フ ィ ーダを こ の力制御によ り制御す る と、 力指合 F c と して旋盤の Z軸の ト ルク よ り も小さ な一定値を設定してお く と、 バ一 フ ィ ーダはワ ー ク の位 置に無関係に常に一定の ト ルク を出力 して、 旋盤との同 期を と る こ とな く ワー ク に張力を付加する こ とができ る (バー フ ィ ーダの制御系の動作)
次に、 前記力制御を行な う ための制御系の動作につ-い て、 前記図 2 、 および図 4 に示すディ ジタルモー夕制御 回路のプロセ ッサが実施する力制御の処理の フ ロ ーチ ヤ ― ト に従って説明する。
なお、 あ らかじめ、 外乱推定オブザーバを構成する定 数 K 3 , K 4 , 係数 , ^ をディ ジタルモー夕制御回路 1 2 内に設置してお く もの とする。
また、 このサーボモ一夕 1 4 は、 従来の位置 ♦ 速度ル ープ処理を実行する こ と によ り位置 ♦ 速度制御を行な う こ とができ る ものであ り、 この位置 ♦ 速度ループ処理と 力制御処理と は切替えによ つて選択可能とする ものを用 いる こ と もでき る。
力制御においては、 ディ ジタ ルモ一夕制御回路 1 2 の プロセ ッ サは所定の主周期 (通常速度ループ処理周期と 同一の周期) 毎に図 4 に示す処理を実行する。
以下、 ステ ッ プ S の符号を用いて説明する。
ステ ッ プ S 1 : まず、 制御装置 1 0 から共有メ モ リ 1 】 を介して送られてきた力指合値 F c を読むと と もに、 位置 ♦ 速度検出器 〗 5 で検出されフ ィ ー ドバッ ク された 速度フ ィ ー ドバッ ク値 Vを読み込む。 こ の力指合値 F c と しては、 例えば旋盤の Z軸の位置制御を行な う ために ワ ー ク に付与する トル ク よ り も小さ い一定の トル クが発 生する よ う な値が設定される。 ステ ッ プ S 2 : 次に、 外乱推定オブザーバ 4 の処理を 開始 し、 前記ステ ッ プ S 1 で読み取った速度フ ィ ー ドバ ッ ク値 Vから レ ジス夕 R に記憶 してある推定速度 V a-を 減 じて実速度と推定速度の差 V e r r を求める。 なお、 図 4 においては、 こ の レ ジス夕 R に記憶 してある推定速 度を R ( V a ) で表 している。
ステ ッ プ S 3 : さ らに、 前記誤差 V e r r に設定定数 K 4 を乗 じた値を全外乱推定値丁 d 1 を記憶 している ァ キュ ム レ 一夕 に加算し、 当該周期における全外乱推定値 T d 】 を求める。 こ の処理は図 3 における項 5 3 の処理 である o
ステ ッ プ S 4 : 次に、 推定速度 V a を記憶する レ ジス 夕 R ( V a ) に前記ステ ッ プ S 3 で求めた全外乱推定値 T d 】 を加算する と と もに、 ステ ッ プ S 2 で求めた差 V e r r に定数 K 3 を乗 じた値を加算 し、 さ らに、 レ ジス 夕 R ( T c ) に記憶する前周期の速度推定値 V a を求め 、 レ ジス夕 R ( V a ) に格納する。 つま り、 この工程は 、 項 5 1 およびこ う 5 4 等の処理によ って推定速度 V a を求める処理であ る。
ステ ッ プ S 5 : 次に、 ステ ッ プ S 3 の工程で求めた全 外乱推定値丁 d 1 を設定係数 αで除 して推定外乱負荷 ト ル ク T d 2 を求める。
以上のステ ッ プ S 2 〜ステ ッ プ S 5 の処理が推定外乱 負荷 トル クを求める外乱推定オブザーバ 4 の処理である Λ ステ ッ プ S 6 ; こ う して求め られた推定外乱負荷 トル ク T d 2 を力のフ ィ ー ドバ ッ ク値と して利用 し、 力指合 値 F cから減 じる こ と にな るが、 外乱推定オブザーバで 求め られる推定外乱負荷 ト ルク T d 2は力指合値 F c と 極性が逆にな つて求め られるか ら、 実際は力指合値 F c に推定外乱負荷 ト ルク T d 2を加算する こ と によ って実 質的に差を求める こ と にな る。 そ して、 さ らに、 ステ ツ プ S 1 で求めた速度フ ィ 一 ドバ ッ ク値 V に設定係数 を 乗 じた値を減じて力偏差 F e r rを求める。 すなわち、 次式の演算を行な う こ と によ り力偏差 F e r rを求める
F e r r 二 F c + T d 2 _ S * v
ステ ッ プ S 7 : 次に、 積分器と して作用するアキュ ム レ ー夕 S u mに前記力偏差 F e r r に積分定数 K l 、 お よ び図 4 に示す処理の周期丁 s を乗 じた値を加箕する こ と によ って積分処理を実行する (図 3 中の項 1 の積分処 理) 。
ステ ッ プ S 8 : 前記アキュ ム レータ S u mの値と前記 力偏差 F e r r に比例定数 K 2を乗 じた値を加算 して ト ル ク指合丁 c を求める。 すなわち、 図 3 の項 1 の処理を 実行する。
ステ ッ プ S 9 , 1 0 : こ う して求めた トル ク指合 T c を次の周期で使用する こめに レ ジス夕 R ( T c ) に格納 する と と もに電流ループに引渡 し、 当該周期の処理を終 了する。 前記ステ ッ プの工程によ る制御系の動作によ り 、 バ— フ ィ 一ダは力制御を行い、 ワー ク に対して一定の トル ク を付与する こ と になる。 こ の一定の トル クを旋盤の Z-軸 の位置制御に関係な く ワー ク に対して付与する こ とによ り 、 旋盤の Z軸とバ一 フ ィ ーダが同期して動かない場合 であ って も、 ワー ク にたる み等を生 じさせる こ とな く 制 御を行な う こ とができ る。
前記においては、 フ ィ 一 ドバ ッ ク量と して推定外乱負 荷 ト ルク T d 2 にモ一夕の実速度 V に係数 / S を乗 じた値 を加算したものを採用 しているが、 モ一夕の実速度 Vの 関数をフ ィ ー ドバ ッ ク値の一部と して利用するのは、 制 御系の振動を防止 して安定性を向上させるためと、 モー 夕 の暴走を防止するためである。 つま り 、 制御対象か ら の反力がモー夕 に加わ らない場合には、 外乱推定ォブザ —バで推定する推定外乱負荷 ト ルク T d 2 が非常に小さ な り 、 その結果、 力偏差 F e r r が大き く な つて減少す る こ とがないため、 モー夕 は暴走する こ とになる。
したがって、 旋盤の駆動系の特性の許容を考慮 して、 Z軸から反力が得 られる場合には、 必ず し も速度に比例 する値をフ ィ ー ドバッ クする必要はない。
〔変形例〕
前記実施例においては、 バ一 フ ィ 一ダによ ってワー ク の力制御を行な っているが、 こ の力制御によ る ワ ー ク の 制御を旋盤の芯押 し台に適用する こ と もでき る。
以上説明 したよ う に、 本発明によれば、 旋盤のバ一 フ ィ 一ダにおける力制御において、 旋盤の Z軸とバ一フ ィ —ダの Z軸方向の位置制御のための同期を必要とせず、 ま たワー クのたわみを防止する こ とができ る。 -

Claims

請求の範囲
1 . 旋盤のバ一フ ィ ーダの制御において、 ワ ー ク を旋盤 の z軸とバ一 フ ィ ーダによ り摑持し、 旋盤の z軸は位-置 制御を行い、 バー フ ィ ーダは力制御を行な う こ と によ つ て、 ワー ク に一定の ト ル ク を付与する こ とを特徵とする 旋盤のバ一フ ィ ーダにおける力制御方法。
2 . 上記力制御は、 前記.ワ ー ク に加わる外界からの負荷 を外乱推定オブザーバによ って推定 し、 該推定によ り得 られる推定外乱負荷 ト ルク をフ ィ ー ドバッ ク して、 該推 定外乱負荷 ト ルクが力指合値と一致する よ う にフ ィ ー ド バ ッ ク制御する ものである請求の範囲第 1 項に記載の旋 盤のバ一 フ ィ 一ダにおける力制御方法。
3 . 上記推定外乱負荷 トル ク にバー フ ィ ーダのモータ の 速度に設定係数を乗じた値を加箕した値を力のフ ィ 一 ド バ ッ ク値とする請求の範囲第 2 項に記載の旋盤のバ一 フ ィ 一ダにおける力制御方法。
4 . 上記外乱推定オブザーバは、 バ一フ ィ ーダのモ一夕 に指合される トル ク指合値とモ一夕 の実速度から推定外 乱負荷 ト ルク を推定する請求の範囲第 1 項、 又は第 2 項 に記載の旋盤のバ一 フ ィ ーダにおける力制御方法。
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