WO1997003386A1 - Vibration damping device - Google Patents

Vibration damping device Download PDF

Info

Publication number
WO1997003386A1
WO1997003386A1 PCT/JP1996/001876 JP9601876W WO9703386A1 WO 1997003386 A1 WO1997003386 A1 WO 1997003386A1 JP 9601876 W JP9601876 W JP 9601876W WO 9703386 A1 WO9703386 A1 WO 9703386A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
function
frequency
target position
vibration
function value
Prior art date
Application number
PCT/JP1996/001876
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Shinji Mitsuta
Kazuhiro Hatake
Hideaki Kawakami
Eishin Masutani
Original Assignee
Komatsu Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd. filed Critical Komatsu Ltd.
Publication of WO1997003386A1 publication Critical patent/WO1997003386A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16FSPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D19/00Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase
    • G05D19/02Control of mechanical oscillations, e.g. of amplitude, of frequency, of phase characterised by the use of electric means

Definitions

  • the present invention relates to the control of a movement system for moving a structure including a vibration system, and by controlling the movement system, simultaneously reduces vibrations generated in the vibration system.
  • the present invention relates to a vibration suppressing device which enables positioning, and more particularly to a device which is suitably applied to reduce the vibration of a feed bar of a transfer press.
  • Figure 1 shows the configuration of the transfer control device of the transfer press, that is, the control device of the feed bar.
  • the press angle of the press machine is detected by a press angle detecting encoder 1, and a signal indicating the press angle 2 is input to a trajectory table section 3.
  • the trajectory table section 3 outputs a signal indicating the position command 4 corresponding to the press angle 2 to the position control circuit section 7 based on the input signal 2 and the target trajectory of the feedback shaft 19.
  • the position control circuit unit 7 outputs a signal indicating the speed command 9 to the speed control circuit unit 11 based on the position command 4 input from the trajectory table unit 3.
  • the speed control circuit section 11 outputs a motor drive command to the servomotor 15 based on the speed command 9 input from the position control circuit section 7.
  • the servomotor 15 drives the feedback mechanism 19 via a drive mechanism 18 (for example, a rack and pinion mechanism) in response to a motor drive command input from the speed control circuit section 11.
  • a drive mechanism 18 for example, a rack and pinion mechanism
  • the speed control circuit section 11 outputs a motor drive command based on the speed feedback amount 13 detected by the tacho generator 16 attached to the motor 15. You.
  • the speed feedforward section 5 calculates a feedforward control amount 6 of the speed based on the position command 4 output from the trajectory table section 3 and adds this to the position control circuit section 7.
  • the position feedback amount 14 detected by the encoder 17 attached to the motor 15 is applied to the position control circuit unit 7.
  • the position control circuit 7 generates and outputs a speed command 9 based on the speed feedforward amount 6 and the position feedback amount 14.
  • the feed bar 19 of the transfer press is driven by the feed pack control or the feed head control, so that the feeder 19 can accurately follow the target trajectory. It is.
  • the speed feedback amount 13 is a full closed loop control system that takes the direct feedback from the feed bar 19, the vibration of the mechanical system can be suppressed to some extent.
  • the mechanical system is included in the speed feed-up loop, and the characteristics of the mechanical system, particularly mechanical play (for example, the gap between the rack and the pinion), may adversely affect the speed loop. .
  • the speed loop is not performed due to the feed-back of the mechanical characteristics described above.
  • the vibration is likely to occur.
  • the load is increased in the low frequency range to suppress fluctuations, and the control gain is increased in the high frequency range to reduce the effects of relatively high frequency sensor noise superimposed on the position loop loop.
  • a method of trading off sensitivity characteristics and robust stability using H ⁇ control theory is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. The technology is disclosed in the official gazette.
  • H ⁇ control theory uses frequency weights to be multiplied by an evaluation function that evaluates robust stability, such as the sensitivity function and complementary sensitivity function of the controlled object, so that the H ⁇ norm of the controlled object is equal to or less than a predetermined value.
  • the theory is that the function value of the function is determined, and the frequency characteristics (frequency transfer function) of the controller are determined accordingly.
  • Vibration is reduced by installing a dynamic vibration absorber such as a cylinder on the feeder 19.
  • the method 1) of using lightweight and high-rigidity materials generally increases the cost of the materials and raises problems such as workability and durability.
  • the amplitude of the vibration is reduced, but the attenuation of the residual vibration is still improved. Will not be up.
  • the present invention has been made to solve these problems, and is intended to achieve a vibration generated in a controlled object having a mechanical play such as a feeder without impairing the target position tracking performance.
  • the objective is to realize high-speed, high-precision control of the controlled object and to easily configure the control device without using expensive materials or modifying existing devices. It is assumed that.
  • the purpose of the present invention is
  • the function value corresponding to a low frequency range below a predetermined frequency is larger than the function value corresponding to another frequency range.
  • the function value corresponding to the resonance frequency of the controlled object is larger than the function values corresponding to other frequency ranges.
  • the function value of the frequency weighting function to be multiplied by the evaluation function for evaluating the mouth bust stability of the control model with respect to the mechanical play Determine that the corresponding function value is larger than the function values corresponding to other frequency ranges
  • the sensitivity function indicating the target position following performance of the movable part is, specifically, a transfer function using the target position as an input signal and the deviation between the current position of the movable part and the target position as an output signal. is there.
  • the sensitivity function indicating the vibration suppression performance of the controlled object is, specifically, a transfer function that uses a disturbance applied to the controlled object as an input signal and the amount of vibration of the controlled object as an output signal.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional device.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of the transfer press.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the feed bar.
  • Fig. 7 is a control model diagram of the control target.
  • Fig. 8 is a control block diagram considering the uncertainty of the actual control target.
  • FIGS. 9 (a), 9 (b), 9 (c), 9 (d), and 9 (e) show the frequency characteristics of the frequency weight function.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating the basic structure of two-degree-of-freedom control.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining a case where two-degree-of-freedom control is applied to the embodiment device.
  • Figure 12 is a control block diagram that takes into account the uncertainty of the actual control target.
  • FIGS. 13 (a), 13 (b), and 13 (c) are diagrams showing frequency characteristics of the frequency weighting function.
  • FIGS. 14 (a), 14 (b), 14 (c), 14 (d), and 14 (e) are diagrams showing the frequency characteristics of the filters of the two-degree-of-freedom control law parameters.
  • FIG. 15 is a diagram showing a time change of the vibration displacement of the feed bar.
  • Fig. 16 is a diagram showing the time change of the vibration displacement of the feeder.
  • FIG. 17 is a diagram showing the time change of the vibration displacement of the feed bar.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the feeder 19.
  • the feeder 19 is composed of two bars and fingers for gripping the work (see FIG. 5).
  • the feeder 19 holds the work (clamp) and lifts it to a position where it does not interfere with the mold (lift-up). ), Unloading and positioning to the next die station (advance), setting the work in the die (lift down), releasing the work and moving the feed bar to a position where the upper die does not interfere with the fingers.
  • the operation of retracting (unclamping) and the operation of returning to the home position (return) in order to transport the work in the next processing cycle are sequentially and repeatedly performed.
  • FIGS. 2, 3, and 4 are block diagrams showing the devices of the respective embodiments, and the same reference numerals are given to components having the same functions as those of the conventional device of FIG.
  • the angle of the press crankshaft of the press machine is detected by the press angle detection encoder 1, and a signal indicating the press angle 2 is input to the locus table unit 3.
  • the trajectory table section 3 generates a signal indicating a position command 4 (on the target trajectory) corresponding to the press angle 2 based on the input signal 2 and the target trajectory of the feed bar 19 stored in advance. Either output to the position control circuit unit 7 (in the case of FIGS. 2 and 4) or output to the H ⁇ controller 8 (in the case of FIG. 3).
  • the position control circuit unit 7 in FIGS. 2 and 4 outputs a signal indicating a speed command 9 to the H ⁇ controller 8 based on the position command 4 input from the trajectory table unit 3.
  • the speed control circuit section 11 which is a servo amplifier, generates a motor drive command based on the speed command 10 calculated and output by the H ⁇ controller 8, and outputs this to the servomotor 15. You.
  • the servomotor 15 drives the feed bar 19 via a drive mechanism 18 (for example, a rack-pinion mechanism) in response to a motor drive command input from the speed control circuit section 11.
  • a drive mechanism 18 for example, a rack-pinion mechanism
  • the speed control circuit section 11 outputs a motor drive command based on the speed feed pack amount 13 detected by the tacho generator 16 attached to the motor 15.
  • the speed feedforward section 5 shown in FIGS. 2 and 4 calculates a feedforward control amount 6 of the speed based on the position command 4 output from the trajectory table section 3, and converts this into a position control circuit section 7. Add to Further, the position feedback amount 14 detected by the encoder 17 attached to the motor 15 is applied to the position control circuit section 7 (in the case of FIGS. 2 and 4).
  • the position control circuit unit 7 shown in FIGS. 2 and 4 generates and outputs the speed command 9 based on the speed feedforward amount 6 and the position feedback amount 14.
  • the position feedback amount 14 is added to the H ⁇ controller 8.
  • a vibration detector 20 for detecting the vibration generated at the feeder 19 is attached to the feed bar 19, and the vibration signal 21 detected by the vibration detector 20 is H.
  • the H ⁇ controller 8 is a controller designed based on the H ⁇ control theory, and calculates a speed command 10 that minimizes the vibration acceleration of the feeder 19.
  • the input signal of the H ⁇ controller 8 is one or more of the following signals (1) to (3).
  • the input signal of the H ⁇ controller 8 is the input signal 9 shown in the above (1)
  • the input signal of the H ⁇ controller 8 is the above
  • the input signals 4 and 14 shown in (2) are shown.
  • the input signals of the H ⁇ controller 8 are the input signals 9 and 21 shown in the above (1) and (3).
  • the feed bar 19 which is a movable part
  • the feeder 19 is deformed by the inertial force acting on the feeder 19. Since the restoring force acts on the feed bar 19 at the same time according to the amount of deformation, vibration is generated particularly at the time of positioning to the next process position (at the time of completion of transport to the next process).
  • the movement and positioning of the feed bar 19 are generally controlled by the position control circuit 7 as feedback control, as shown in FIG. That is, the position control circuit 7 calculates the deviation between the target position 4 of the feed bar 19 and the current position 14 and multiplies the deviation by an appropriate coefficient to obtain a low-pass filter as necessary.
  • the signal is output to the speed control circuit 11 through the evening.
  • an H ⁇ controller 8 is further inserted between the position control section 7 and the speed control circuit section 11, and the H ⁇ ⁇ ⁇ controller 8 shown in FIG.
  • a vibration detector 20 for detecting the vibration displacement (vibration amount) of the feeder 19 is mounted on the feed bar 19.
  • the output 21 of the vibration detector 20 is taken into the H ⁇ controller 8, and an appropriate control operation for damping the vibration of the feed bar 19 is performed.
  • the feed bar 19 can be moved so that vibration does not occur in the feed bar 19, and the vibration generated in the feed bar 19 due to external force or the like when the feed bar 19 stops can be quickly attenuated.
  • two detectable amounts are the output 9 of the position control circuit unit 7 and the output 21 of the vibration detector 20 and are in the form of output feedback.
  • the control in which the vibration amount 21 is fed back from the vibration detector 20 corresponds to the control for adding attenuation to the feed bar 19.
  • the velocity command signal 9, which is a position deviation signal input from the position control circuit unit 7 for positioning the feed bar 19, corresponds to a disturbance signal that causes vibration for a vibration system.
  • the controller 8 feeds the disturbance signal This is to control the movement of the feedback bar 19 so as not to excite the vibration generated in the feedback bar 19 by the feed control.
  • connection between the drive mechanism 18 between the motor 15 and the feeder 19, that is, for example, the connection by the rack and pinion mechanism is treated as the connection by the hard panel k2 and the damper c2, and an unknown external force fg is applied to this connection. Shall be added. In other words, the non-linearity due to mechanical play generated in the drive mechanism 18 is represented by the external force fg.
  • the equivalent mass of the motor 15 mm, the equivalent mass of the feedback 19 ml, m2, equivalent stiffness kl, k2, equivalent damping cl, c2 are measured transfer function and time response by a method such as impact excitation.
  • the following equations (1), (2), and (3) are obtained when the equation of motion is established for the control model in Fig. 7.
  • xm, xl, and x2 are the positions in the absolute coordinate system x of mass mm, ml, and m2, respectively, fd is the disturbance force acting on mass m2, and fm is the driving force of Each is represented.
  • the response of the drive torque to the input signal is regarded as a first-order lag system, the time constant is set, and the gain is a.
  • the error is a signal obtained by multiplying the error by the coefficient Kv, the following equation (4) holds for the driving force fm of the servo motor 15:
  • the matrix ⁇ represents a state variable, and is defined by the following equation (6).
  • the information that can be directly detected and used by the H ⁇ controller 8 is the acceleration yl in the center of the feed bar 19 and the error y2 between the target trajectory 4 of the motor 15 and the actual trajectory 14, and
  • the output equation for the control output y [yl y2] is written as:
  • control target (plant) P is defined as in the following equation (10).
  • the frequency characteristic of the H ⁇ controller 8 may be determined based on the H ⁇ control theory based on the control model thus obtained.
  • the requirement (b) is realized by suppressing a transfer function that uses a disturbance fd that excites vibration as an input signal and a vibration amount 21 (x2-xl) as an output signal.
  • the function value of the frequency weighting function multiplied by the sensitivity function indicating the target position tracking performance is increased in the low frequency range
  • the vibration control performance is increased.
  • the function value of the frequency weighting function to be multiplied by the sensitivity function shown in the figure is increased in the resonance frequency range
  • an evaluation function such as a complementary sensitivity function for evaluating mouth bust stability against uncertainty of the controlled object
  • the function value of the frequency weight function multiplied by the evaluation function for evaluating the robustness of the controlled object against mechanical backlash is increased by increasing the function value of the frequency weight function multiplied by By setting it to be large in the region, it would normally balance conflicting demands.
  • an evaluation function such as a complementary sensitivity function that guarantees mouth bust stability against model uncertainty is called a maximum allowable uncertainty function.
  • a play uncertainty function An evaluation function that guarantees robust stability against mechanical play is called a play uncertainty function. I will call it.
  • is any stable transfer function of magnitude less than one.
  • P represents a linear model of the controlled object, and is a transfer function expressed by the following equation (11).
  • the model parameters to be controlled are as shown in the table below:
  • Wpf2 is the frequency weighting function that multiplies the sensitivity function that indicates Wad2, the frequency weight function that multiplies the play uncertainty function is Wrt:
  • the function value becomes maximum near the primary resonance frequency to be damped, and the function values of the other low and high frequency bands are the function values of the resonance frequency. Set to be smaller.
  • the function value is set to be large in the low frequency range and small in other high frequency ranges:
  • the frequency function Wad that multiplies the maximum allowable uncertainty function and the play uncertainty function For 1, Wad2, and Wrt the function value is set to be large in the high frequency range, and to be small in other low frequency ranges.
  • Figure 10 shows the basic structure of two-degree-of-freedom control, in which the control model of the servo feeder is P, the measured quantity of the feedback controller is y, the controlled quantity is z, and the transfer characteristic from r to z is improved. think of.
  • the right irreducible decomposition of P is
  • N the transfer characteristic from r to z is N1T, and the feedback controller K does not affect N1T:
  • the configuration of the two-degree-of-freedom control + H ⁇ controller when applied to the device of this embodiment (Fig. 3) is shown in Fig. 11.
  • the design procedure of this control system is as follows. (1) Design controllers K1 and K2 using H ⁇ control to improve the feedback characteristics.
  • a constant loop gain is applied in advance by multiplying the position deviation by a constant K2, and the H ⁇ control is applied to the acceleration feedback.
  • a constant K2 with a value as shown in (18) below can be used.
  • the acceleration feedback Kl is designed by the H ⁇ control theory using a generalized plant and a model of structural uncertainty as shown in Fig. 12.
  • the function value of the frequency weighting function Wpfl that determines the damping performance is maximized near the primary resonance frequency to be damped, and the other low frequency band, Set so that the function value in the high frequency band is smaller than the function value in the resonance frequency:
  • the function value is set to increase in the low frequency range and to decrease in other high frequency ranges.
  • the function value is set to be large in the high frequency region and small in other low frequency regions.
  • each frequency weighting function Wpfl, Wpf2, Wadl The frequency characteristics of each frequency weighting function Wpfl, Wpf2, Wadl are set as shown in FIGS. 13 (a), (b), and (c), respectively.
  • these frequency weighting functions Wpfl, Wpf2, and Wadl are represented by the following equations (19) to (21). ⁇
  • the parameters T, D, N2 (acceleration feedback side), N2 (position feedback side) and K1 (acceleration feedback side) of the two-degree-of-freedom control law have the frequency characteristics shown in Figs. 14 (a) to (e).
  • the two-degree-of-freedom control described above is described in, for example, the document “Control System Design-H ⁇ Control and Its Application” (edited by the Society of Systems Information Engineers, edited by Shigeyuki Hosoe and Mitsuhiko Araki / Asakura Shoten). This is a known technique as shown.
  • FIGS. 15 to 17 show how the vibration displacement changes with time when the feed bar 19 is positioned.
  • the production speed (feed bar speed) is shown for 15 SPM, 20 SPM, and 27 SPM, respectively:
  • Figure 15 shows the vibration displacement when the conventional control is performed, and it can be seen that the amplitude increases almost in proportion to the production speed:
  • FIG. 16 shows the vibration displacement when the H ⁇ control of this embodiment is performed, and it can be seen that the overall amplitude is smaller than that of the conventional control method shown in FIG. Fig. 17 shows the vibration displacement when H ⁇ control + two degrees of freedom control of the present embodiment was performed, and it was compared with the conventional case of Fig. 15 as well as with the case of this embodiment of Fig. 16. It can also be seen that almost no overshoot has occurred:
  • the frequency region is divided into a low frequency region, a resonance frequency region, and a high frequency region, and the target position following performance, the vibration suppression performance, and the mechanical backlash of the controlled object are controlled.
  • the bust stability is traded off.
  • control unit This allows the control unit to be easily configured without using expensive materials or modifying existing equipment:
  • vibrations may occur in the vibration system of the controlled object. It will be possible to immediately follow the motion command as soon as possible, realizing high-speed, high-precision control of the control target.
  • the present invention is applicable not only to the suppression of the vibration of the feed bar of the transfer press, but also to the control of a motion system for moving a structure including a vibration system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)

Abstract

A controlled system is preset as a controlled model having mechanical looseness between an actuator and a movable section. The value of a frequency weight function by which the sensitivity function expressing the target position follow-up ability of the movable section is multiplied is so determined that the value of the frequency weight function corresponding to the frequency region lower than a prescribed frequency is larger than the value of the fequency weight function corresponding to the other frequency region. The value of a frequency weight function by which the sensitivity function expressing the vibration damping ability of the controlled system is multiplied is so determined that the value of the frequency weight function corresponding to the resonance frequency of the controlled system is larger than the value of the frequency weight function corresponding to the other frequency region. The value of a frequency weight function by which an evaluation function (represented by a complementary sensitivity function) for evaluation the robust stability of the mechanical looseness of the controlled model is multiplied is so determined that the value of the frequency weight function corresponding to the frequency region higher than a prescribed frequency is larger than that corresponding to the other frequency region. Thus, the controller is improved in target position follow-up ability and vibration damping ability for a controlled system having mechanical looseness.

Description

明 細 書 発明の名称  Description Name of Invention
振動抑制装置 技術分野  Vibration suppression device Technical field
本発明は、 振動系を含む構造物を移動させる運動系の制御に関し、 その運動系 を制御することによって同時に振動系に生じる振動を低減させるようにし、 もつ て構造物の高速、 高精度な移動、 位置決めを可能ならしめる振動抑制装置に関し、 とりわけトランスファプレスのフィードバーの振動低減に適用して好適な装置に 関する。 背景技術  The present invention relates to the control of a movement system for moving a structure including a vibration system, and by controlling the movement system, simultaneously reduces vibrations generated in the vibration system. The present invention relates to a vibration suppressing device which enables positioning, and more particularly to a device which is suitably applied to reduce the vibration of a feed bar of a transfer press. Background art
図 1は、 トランスファプレスの搬送制御装置、 つまりフィードバーの制御装置 の構成を示している。  Figure 1 shows the configuration of the transfer control device of the transfer press, that is, the control device of the feed bar.
同図 1に示すように、 プレス機械のプレス角度はプレス角度検出用エンコーダ 1によって検出され、 そのプレス角度 2を示す信号は、 軌跡テーブル部 3に入力 される。 この軌跡テーブル部 3は、 入力された信号 2とフィードバ一 1 9の目標 軌跡とに基づき、 プレス角度 2に対応する位置指令 4を示す信号を位置制御回路 部 7に出力する。  As shown in FIG. 1, the press angle of the press machine is detected by a press angle detecting encoder 1, and a signal indicating the press angle 2 is input to a trajectory table section 3. The trajectory table section 3 outputs a signal indicating the position command 4 corresponding to the press angle 2 to the position control circuit section 7 based on the input signal 2 and the target trajectory of the feedback shaft 19.
位置制御回路部 7は、 軌跡テーブル部 3より入力される位置指令 4に基づき速 度指令 9を示す信号を速度制御回路部 1 1に出力する。  The position control circuit unit 7 outputs a signal indicating the speed command 9 to the speed control circuit unit 11 based on the position command 4 input from the trajectory table unit 3.
速度制御回路部 1 1は、 位置制御回路部 7より入力される速度指令 9に基づき モータ駆動指令をサーボモータ 1 5に出力する。  The speed control circuit section 11 outputs a motor drive command to the servomotor 15 based on the speed command 9 input from the position control circuit section 7.
サーボモータ 1 5は、 速度制御回路部 1 1より入力されるモータ駆動指令に応 じて駆動機構 1 8 (たとえば、 ラック ' ピニオン機構) を介してフィードバ一 1 9を駆動する。  The servomotor 15 drives the feedback mechanism 19 via a drive mechanism 18 (for example, a rack and pinion mechanism) in response to a motor drive command input from the speed control circuit section 11.
このとき、 速度制御回路部 1 1では、 モータ 1 5に付設されたタコジェネレー タ 1 6で検出される速度フィ一ドバック量 1 3に基づきモータ駆動指令を出力す る。 At this time, the speed control circuit section 11 outputs a motor drive command based on the speed feedback amount 13 detected by the tacho generator 16 attached to the motor 15. You.
また、 速度フィードフォワード部 5は、 軌跡テーブル部 3から出力された位置 指令 4に基づき、 速度のフィードフォワード制御量 6を演算し、 これを位置制御 回路部 7に加える。 また、 モータ 1 5に付設されたエンコーダ 1 7で検出される 位置フィードバック量 1 4は位置制御回路部 7に加えられる。  Further, the speed feedforward section 5 calculates a feedforward control amount 6 of the speed based on the position command 4 output from the trajectory table section 3 and adds this to the position control circuit section 7. The position feedback amount 14 detected by the encoder 17 attached to the motor 15 is applied to the position control circuit unit 7.
位置制御回路部 7では、 速度フィードフォワード量 6、 位置フィードバック量 1 4に基づき速度指令 9が生成出力されることになる。  The position control circuit 7 generates and outputs a speed command 9 based on the speed feedforward amount 6 and the position feedback amount 14.
このようにトランスファプレスのフィ一 ドバ一 1 9は、 フィ一ドパック制御あ るいはフィ一ドフ才ヮード制御により駆動されており、 フィードパー 1 9を目標 軌跡に沿って精度よく追従させることは可能である。  As described above, the feed bar 19 of the transfer press is driven by the feed pack control or the feed head control, so that the feeder 19 can accurately follow the target trajectory. It is.
しかし、 フィードパー 1 9が所定位置に位置決めされる際に発生する中央部の 振動を抑制することは極めて困難であつた。  However, it has been extremely difficult to suppress the vibration of the central portion that occurs when the feeder 19 is positioned at a predetermined position.
すなわち、 トランスファプレスでは、 フィードバーによりワークが次行程の金 型へ順次搬送されるが、 次行程の金型にワークを位置決めしょうとするとき、 ヮ —クを把持しているフィードバーが振動してしまう。 この結果、 ワークの位置決 め不良が発生しやすくなる。 しかも、 生産スピード (搬送速度) が速くなるにつ れ、 振動は大きくなるため、 ある一定以上に生産スピードを上げることができな いという制限があり、 生産効率の低下を招く原因であつた。  In other words, in the transfer press, the work is sequentially conveyed to the mold in the next process by the feed bar, but when trying to position the work in the mold in the next process, the feed bar holding the workpiece vibrates. Would. As a result, a work positioning error is likely to occur. In addition, as the production speed (transport speed) increases, the vibrations increase, so that the production speed cannot be increased beyond a certain level, which limits the production efficiency.
ただし、 図 1のセミクローズドループ制御系において、 速度フィードバック量 1 3をフィードバー 1 9から直接取るフルクローズドループ制御系にすれば、 機 械系の振動をある程度抑えることはできる。  However, in the semi-closed loop control system shown in Fig. 1, if the speed feedback amount 13 is a full closed loop control system that takes the direct feedback from the feed bar 19, the vibration of the mechanical system can be suppressed to some extent.
しかし、 このようにすると、 機械系が速度フィードパックループ内に含まれる ため、 機械系の諸特性、 特に機械的ガタ (たとえばラックとピニオンとの間のガ 夕) が、 速度ループに悪影響を与える。 これにより、 モータ 1 5とフィードバー 1 9との間に速度差がない、 つまり本来なら振動が発生していない状況下におい ても、 上記機械諸特性がフィードパックされることにより速度ループが不安定と なり、 フィードバー 1 9が運動中あるいは位置決め時に、 逆に振動が発生しやす くなるという問題が招来する。  However, in this case, the mechanical system is included in the speed feed-up loop, and the characteristics of the mechanical system, particularly mechanical play (for example, the gap between the rack and the pinion), may adversely affect the speed loop. . As a result, even when there is no speed difference between the motor 15 and the feed bar 19, that is, even in a situation where vibration is not originally generated, the speed loop is not performed due to the feed-back of the mechanical characteristics described above. As a result, when the feed bar 19 is moving or positioned, the vibration is likely to occur.
そこで、 フィードバー 1 9の目標位置追従性を損なわずに、 外乱による負荷の 変動を抑制するために、 制御ゲインを低周波数領域で高くするとともに、 位置ル —プゃ速度ループなどに重畳する比較的周波数の高いセンサノイズの影響を小さ くするために制御ゲインを高周波数領域で低くするという手法が用いられていた ここに、 H∞制御理論を用いて、 感度特性とロバスト安定性のトレー ドオフ (折り合い) を図るという手法は、 たとえば特開平 6—1 1 3 5 7 8号公報にそ の技術が開示されている。 Therefore, without impairing the target position tracking capability of the feed bar 19, the load The control gain is increased in the low frequency range to suppress fluctuations, and the control gain is increased in the high frequency range to reduce the effects of relatively high frequency sensor noise superimposed on the position loop loop. Here, a method of trading off sensitivity characteristics and robust stability using H∞ control theory is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. The technology is disclosed in the official gazette.
H∞制御理論は、 周知のように、 制御対象に関する H∞ノルムが所定値以下と なるように、 制御対象の感度関数および相補感度関数等、 ロバスト安定性を評価 する評価関数に乗ずべき周波数重み関数の関数値を決定し、 これによりコン ト口 ーラの周波数特性 (周波数伝達関数) を決定するという理論である。  As is well known, H∞ control theory uses frequency weights to be multiplied by an evaluation function that evaluates robust stability, such as the sensitivity function and complementary sensitivity function of the controlled object, so that the H∞ norm of the controlled object is equal to or less than a predetermined value. The theory is that the function value of the function is determined, and the frequency characteristics (frequency transfer function) of the controller are determined accordingly.
しかしながら、 上記公報に開示された技術は、 速応性ゃ追従性を示す感度特性 と、 軸ねじり振動や制御パラメータ変動等に対する口バスト安定性の改善を図ら んとしているとはいえ、 実際には、 被制御対象自体に発生する振動や軸のねじり 振動などを防ぐことは困難であり、 そのような振動によつて被制御対象の高速、 高精度な制御が阻まれる場合がしばしば生じる:  However, although the technology disclosed in the above-mentioned publication does not aim to improve sensitivity characteristics showing quick response and follow-up characteristics and mouth bust stability against shaft torsional vibration, control parameter fluctuation, etc. It is difficult to prevent vibrations occurring in the controlled object itself or torsional vibrations of the shaft, and such vibrations often hinder high-speed, high-precision control of the controlled object:
とりわけ、 フィードバー 1 9の搬送制御に適用した場合、 フィードバ一1 9全 体の安定性を保証するために制御ゲインをどのように設定するかという部分が勘 と経験にまかされていたため、 フィードバ一 1 9自体に発生する振動やモータ軸 のねじり振動などを防ぐことはきわめて困難となる。  In particular, when applied to the transport control of the feed bar 19, the part of how to set the control gain to guarantee the stability of the entire feed bar 19 was left to intuition and experience, It is extremely difficult to prevent the vibration generated in the feedback bar 19 itself or the torsional vibration of the motor shaft.
また、 振動低減に関する他の従来の方法として、 以下のような方法が挙げられ る。  Other conventional methods for reducing vibration include the following methods.
1 ) フィードバ一 1 9に軽量、 高剛性の材料を用いることにより振動を発生しに く くする:  1) Use a lightweight, high-rigidity material for the feedback bar 19 to reduce vibration.
2 ) フィードバ一1 9にシリンダ等の動吸振器を装着することにより振動を低減 する。  2) Vibration is reduced by installing a dynamic vibration absorber such as a cylinder on the feeder 19.
しかしながら、 これらの方法 1 ) 、 2 ) では、 以下のような問題がある。 まず、 1 ) の軽量、 高剛性の材料を使うという方法では、 一般に材料が高価と なるとともに、 加工性や耐久性といった問題が生じる。 また、 そのような材料を 使用すれば、 振動の振幅は小さくなるものの、 残留振動の減衰性は依然として向 上しないままとなる。 However, these methods 1) and 2) have the following problems. First, the method 1) of using lightweight and high-rigidity materials generally increases the cost of the materials and raises problems such as workability and durability. In addition, when such a material is used, the amplitude of the vibration is reduced, but the attenuation of the residual vibration is still improved. Will not be up.
また、 2 ) の動吸振器等を装着するという方法では、 共振周波数に応じてチュ 一二ングの必要がある。 また、 既存の装置に適用するには、 既存の装置自身に大 きな改造が必要となり、 高コス トを招来する。 発明の開示  In addition, in the method of 2) where a dynamic vibration absorber is mounted, tuning is necessary according to the resonance frequency. Also, in order to apply to the existing equipment, the existing equipment itself needs to be greatly remodeled, resulting in high cost. Disclosure of the invention
本発明は、 こうした問題点を解決するためになされたものであり、 フィードパ 一等、 機械的ガタが存在する被制御対象に発生する振動を、 目標位置追従性能を 損なうことなく達成するようにして、 被制御対象の高速、 高精度な制御を実現で きるようにするとともに、 高価な材料の使用や、 既存の装置の改造を要すること なく、 簡易に制御装置を構成できるようにすることを目的とするものである。 本発明の目的は、  The present invention has been made to solve these problems, and is intended to achieve a vibration generated in a controlled object having a mechanical play such as a feeder without impairing the target position tracking performance. The objective is to realize high-speed, high-precision control of the controlled object and to easily configure the control device without using expensive materials or modifying existing devices. It is assumed that. The purpose of the present invention is
目標位置に位置決めされる可動部と、 前記可動部を駆動するァクチユエ一夕と、 前記目標位置を示す信号に基づき前記可動部を前記目標位置に位置決めするため の駆動指令信号を、 前記ァクチユエ一夕に対して出力するコントローラとを備え、 H∞制御理論に基づき前記可動部と前記ァクチユエ一夕とからなる制御対象の H ∞ノルムが所定値以下となるように、 前記制御対象の感度関数および口バスト安 定性を評価する評価関数に乗ずべき周波数重み関数の関数値を決定することによ り、 前記コントローラの周波数特性を決定するようにした振動抑制装置において、 前記制御対象を、 前記ァクチユエ一夕と前記可動部との間に機械的なガタがあ る制御モデルとして予め設定しておき、  A movable part positioned at a target position, an actuator for driving the movable part, and a drive command signal for positioning the movable part at the target position based on a signal indicating the target position, A sensitivity function and a port of the controlled object based on H H control theory such that the H∞ norm of the controlled object including the movable part and the actuator is less than or equal to a predetermined value. By determining a function value of a frequency weighting function to be multiplied by an evaluation function for evaluating bust stability, a vibration suppression device configured to determine a frequency characteristic of the controller is provided. Is set in advance as a control model with mechanical play between the
前記可動部の目標位置追従性能を示す感度関数に乗ずべき周波数重み関数の関 数値については、 所定周波数以下の低周波数域に対応する関数値が、 他の周波数 域に対応する関数値よりも大きくなるように決定し、 力、つ、  Regarding the function value of the frequency weighting function to be multiplied by the sensitivity function indicating the target position tracking performance of the movable section, the function value corresponding to a low frequency range below a predetermined frequency is larger than the function value corresponding to another frequency range. Decide to be, force, one,
前記制御対象の振動抑制性能を示す感度関数に乗ずべき周波数重み関数の関数 値については、 前記制御対象の共振周波数に対応する関数値が、 他の周波数域に 対応する関数値よりも大きくなるように決定するようにし、 かつ、  Regarding the function value of the frequency weighting function to be multiplied by the sensitivity function indicating the vibration suppression performance of the controlled object, the function value corresponding to the resonance frequency of the controlled object is larger than the function values corresponding to other frequency ranges. To decide on, and
前記制御モデルの前記機械的ガタに対する口バスト安定性を評価する評価関数 に乗ずべき周波数重み関数の関数値については、 所定周波数以上の高周波数域に 対応する関数値が、 他の周波数域に対応する関数値よりも大きくなるように決定 する The function value of the frequency weighting function to be multiplied by the evaluation function for evaluating the mouth bust stability of the control model with respect to the mechanical play, Determine that the corresponding function value is larger than the function values corresponding to other frequency ranges
ことによって達成される。  Achieved by:
ここで、 可動部の目標位置追従性能を示す感度関数は、 具体的には、 目標位置 を入力信号とし、 可動部の現在位置と目標位置との偏差を出力信号とする伝達関 数のことである。  Here, the sensitivity function indicating the target position following performance of the movable part is, specifically, a transfer function using the target position as an input signal and the deviation between the current position of the movable part and the target position as an output signal. is there.
また、 制御対象の振動抑制性能を示す感度関数は、 具体的には、 制御対象に加 わる外乱を入力信号とし、 制御対象の振動量を出力信号とする伝達関数のことで ある。 図面の簡単な説明  Further, the sensitivity function indicating the vibration suppression performance of the controlled object is, specifically, a transfer function that uses a disturbance applied to the controlled object as an input signal and the amount of vibration of the controlled object as an output signal. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は従来装置の構成を示す図である。  FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a conventional device.
図 2は実施例装置の構成を示す図である。  FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the apparatus according to the embodiment.
図 3は実施例装置の構成を示す図である。  FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the apparatus according to the embodiment.
図 4は実施例装置の構成を示す図である。  FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the apparatus according to the embodiment.
図 5はトランスファプレスの外観を示す斜視図である。  FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of the transfer press.
図 6はフィ一ドバ一の動作を説明する図である。  FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the feed bar.
図 7は制御対象の制御モデル図である。  Fig. 7 is a control model diagram of the control target.
図 8は実際の制御対象の不確かさを考慮した制御プロック図である。  Fig. 8 is a control block diagram considering the uncertainty of the actual control target.
図 9 (a) 、 図 9 (b) 、 図 9 (c) 、 図 9 (d) 、 図 9 (e) は、 周波数重 み関数の周波数特性を示す図である。  FIGS. 9 (a), 9 (b), 9 (c), 9 (d), and 9 (e) show the frequency characteristics of the frequency weight function.
図 10は 2自由度制御の基本的な構造を説明する図である。  FIG. 10 is a diagram illustrating the basic structure of two-degree-of-freedom control.
図 11は 2自由度制御を実施例装置に適用した場合を説明する図である。  FIG. 11 is a diagram for explaining a case where two-degree-of-freedom control is applied to the embodiment device.
図 12は実際の制御対象の不確かさを考慮した制御プロック図である。  Figure 12 is a control block diagram that takes into account the uncertainty of the actual control target.
図 13 (a) 、 図 13 (b) 、 図 13 (c) は、 周波数重み関数の周波数特性 を示す図である。  FIGS. 13 (a), 13 (b), and 13 (c) are diagrams showing frequency characteristics of the frequency weighting function.
図 14 (a) 、 図 14 (b) 、 図 14 (c) 、 図 14 (d) 、 図 14 (e) は、 2自由度制御則のパラメータのフィルタの周波数特性を示す図である。  FIGS. 14 (a), 14 (b), 14 (c), 14 (d), and 14 (e) are diagrams showing the frequency characteristics of the filters of the two-degree-of-freedom control law parameters.
図 15はフィードバーの振動変位の時間変化を示す図である。 図 1 6はフィードパーの振動変位の時間変化を示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing a time change of the vibration displacement of the feed bar. Fig. 16 is a diagram showing the time change of the vibration displacement of the feeder.
図 1 7はフィードバーの振動変位の時間変化を示す図である。 発明を実施するための最良の態様  FIG. 17 is a diagram showing the time change of the vibration displacement of the feed bar. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 図面を参照して本発明に係る振動抑制装置の実施の態様について説明す る。  Hereinafter, embodiments of a vibration suppression device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
この実施例では、 図 5に示すように、 トランスファプレス 1 0 0、 2 0 0間で ワークを矢印方向に搬送するフィ一ドバ一 1 9で発生する振動の抑制に、 本発明 を適用した場合を想定している。  In this embodiment, as shown in FIG. 5, when the present invention is applied to the suppression of the vibration generated in the feed bar 19 which conveys the work in the direction of the arrow between the transfer presses 100 and 200, as shown in FIG. Is assumed.
図 6は、 フィードバ一1 9の動作を説明する図である。  FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the feeder 19.
すなわち、 フィードパ一1 9は、 2本のバーと、 ワークを把持するフィンガー とからなり (図 5参照) 、 ワークを挟む動作 (クランプ) 、 金型と干渉しない位 置まで持上げる動作 (リフ トアップ) 、 次行程の金型ステーションまで搬出, 位 置決めする動作 (ァドバンス) 、 金型にワークをセッ 卜させる動作 (リフトダウ ン) 、 ワークを離し、 上型とフィンガーが干渉しない位置までフィードバーを退 避させる動作 (アンクランプ) 、 次の加工サイクルにてワークを搬送するために 原点位置まで戻る動作 (リターン) を、 順次繰り返し行うものである。  That is, the feeder 19 is composed of two bars and fingers for gripping the work (see FIG. 5). The feeder 19 holds the work (clamp) and lifts it to a position where it does not interfere with the mold (lift-up). ), Unloading and positioning to the next die station (advance), setting the work in the die (lift down), releasing the work and moving the feed bar to a position where the upper die does not interfere with the fingers. The operation of retracting (unclamping) and the operation of returning to the home position (return) in order to transport the work in the next processing cycle are sequentially and repeatedly performed.
図 2、 図 3および図 4は、 各実施例装置を示すブロック図であり、 図 1の従来 装置と同様の機能のものには同じ符号を付与している。  FIGS. 2, 3, and 4 are block diagrams showing the devices of the respective embodiments, and the same reference numerals are given to components having the same functions as those of the conventional device of FIG.
すなわち、 これら図に示すように、 プレス機械のプレスクランク軸の角度はプ レス角度検出用エンコーダ 1によって検出され、 そのプレス角度 2を示す信号は、 軌跡テーブル部 3に入力される。 この軌跡テーブル部 3は、 入力された信号 2と、 予め記憶されたフィードバー 1 9の目標軌跡とに基づき、 プレス角度 2に対応す る位置指令 4 (上記目標軌跡上の) を示す信号を位置制御回路部 7に出力する (図 2、 図 4の場合) か H∞制御器 8に出力する (図 3の場合) 。  That is, as shown in these figures, the angle of the press crankshaft of the press machine is detected by the press angle detection encoder 1, and a signal indicating the press angle 2 is input to the locus table unit 3. The trajectory table section 3 generates a signal indicating a position command 4 (on the target trajectory) corresponding to the press angle 2 based on the input signal 2 and the target trajectory of the feed bar 19 stored in advance. Either output to the position control circuit unit 7 (in the case of FIGS. 2 and 4) or output to the H∞ controller 8 (in the case of FIG. 3).
図 2、 図 4の位置制御回路部 7は、 軌跡テーブル部 3より入力される位置指令 4に基づき速度指令 9を示す信号を H∞制御器 8に出力する。  The position control circuit unit 7 in FIGS. 2 and 4 outputs a signal indicating a speed command 9 to the H∞ controller 8 based on the position command 4 input from the trajectory table unit 3.
サ一ボアンプである速度制御回路部 1 1は、 H∞制御器 8で演算出力される速 度指令 1 0に基づきモータ駆動指令を生成し、 これをサーボモータ 1 5に出力す る。 The speed control circuit section 11, which is a servo amplifier, generates a motor drive command based on the speed command 10 calculated and output by the H∞ controller 8, and outputs this to the servomotor 15. You.
サーボモータ 1 5は、 速度制御回路部 1 1より入力されるモータ駆動指令に応 じて駆動機構 1 8 (たとえば、 ラック ' ピ二オン機構) を介してフィードバー 1 9を駆動する。  The servomotor 15 drives the feed bar 19 via a drive mechanism 18 (for example, a rack-pinion mechanism) in response to a motor drive command input from the speed control circuit section 11.
このとき、 速度制御回路部 1 1では、 モータ 1 5に付設されたタコジェネレ一 タ 1 6で検出される速度フィードパック量 1 3に基づきモータ駆動指令を出力す る。  At this time, the speed control circuit section 11 outputs a motor drive command based on the speed feed pack amount 13 detected by the tacho generator 16 attached to the motor 15.
また、 図 2、 図 4に示す速度フィードフォワード部 5は、 軌跡テーブル部 3か ら出力された位置指令 4に基づき、 速度のフィードフォヮ一ド制御量 6を演算し、 これを位置制御回路部 7に加える。 また、 モータ 1 5に付設されたエンコーダ 1 7で検出される位置フィードバック量 1 4は、 位置制御回路部 7に加えられる (図 2、 図 4の場合) 。  The speed feedforward section 5 shown in FIGS. 2 and 4 calculates a feedforward control amount 6 of the speed based on the position command 4 output from the trajectory table section 3, and converts this into a position control circuit section 7. Add to Further, the position feedback amount 14 detected by the encoder 17 attached to the motor 15 is applied to the position control circuit section 7 (in the case of FIGS. 2 and 4).
よって、 図 2、 図 4に示す位置制御回路部 7では、 速度フィードフォワード量 6、 位置フィードバック量 1 4に基づき速度指令 9が生成出力されることになる。 図 3の場合、 位置フィードバック量 1 4は、 H∞制御器 8に加えられる。  Therefore, the position control circuit unit 7 shown in FIGS. 2 and 4 generates and outputs the speed command 9 based on the speed feedforward amount 6 and the position feedback amount 14. In the case of FIG. 3, the position feedback amount 14 is added to the H∞ controller 8.
図 4の装置では、 フィードパー 1 9で発生する振動を検出する振動検出器 2 0 がフィードバー 1 9に付設されており、 この振動検出器 2 0で検出された振動信 号 2 1が H∞制御器 8に出力されるようになっている。  In the apparatus shown in FIG. 4, a vibration detector 20 for detecting the vibration generated at the feeder 19 is attached to the feed bar 19, and the vibration signal 21 detected by the vibration detector 20 is H. ∞ Output to controller 8.
H∞制御器 8は、 H∞制御理論により設計されたコントローラであり、 フィー ドバ一 1 9の振動加速度が最小となるような速度指令 1 0を演算する。  The H∞ controller 8 is a controller designed based on the H∞ control theory, and calculates a speed command 10 that minimizes the vibration acceleration of the feeder 19.
この H∞制御器 8の入力信号としては、 以下の (1 ) 〜 (3 ) の信号のうちの いづれか 1つ以上の信号である。  The input signal of the H∞ controller 8 is one or more of the following signals (1) to (3).
( 1 ) 軌跡テーブル部 3より出力されるフィードバー 1 9の目標位置 4と実際 のフィードバー 1 9の移動位置 1 4との偏差を示す信号 9  (1) Signal 9 indicating the deviation between the target position 4 of the feed bar 19 output from the trajectory table section 3 and the actual movement position 14 of the feed bar 19
( 2 ) 軌跡テーブル部 3より出力されるフィ一ドバー 1 9の目標位置 4を示す信 号と実際のフィードパー 1 9の移動位置 1 4を示す信号  (2) A signal indicating the target position 4 of the feed bar 19 output from the trajectory table section 3 and a signal indicating the actual movement position 14 of the feeder 19
( 3 ) フィードバー 1 9の振動信号 2 1  (3) Vibration signal of feed bar 1 9 2 1
すなわち、 図 2の装置では、 H∞制御器 8の入力信号は、 上記 (1 ) に示す入 力信号 9となっており、 また図 3の装置では、 H∞制御器 8の入力信号は、 上記 ( 2 ) に示す入力信号 4、 1 4となっており、 また図 4の装置では、 H∞制御器 8の入力信号は、 上記 (1 ) 、 (3 ) に示す入力信号 9、 2 1となっている。 可動部であるフィ一ドバー 1 9が、 モータ 1 5の回転力により加減速運動する と、 フィードパ一1 9に働く慣性力によりフィードパー 1 9は変形する。 フィ一 ドバー 1 9には、 同時にその変形量に応じて復原力が働くために、 特に次工程位 置への位置決め時 (次工程への搬送終了時) に振動が生じることになる。 That is, in the device of FIG. 2, the input signal of the H∞ controller 8 is the input signal 9 shown in the above (1), and in the device of FIG. 3, the input signal of the H∞ controller 8 is the above The input signals 4 and 14 shown in (2) are shown. In the apparatus shown in FIG. 4, the input signals of the H∞ controller 8 are the input signals 9 and 21 shown in the above (1) and (3). Has become. When the feed bar 19, which is a movable part, is accelerated or decelerated by the rotational force of the motor 15, the feeder 19 is deformed by the inertial force acting on the feeder 19. Since the restoring force acts on the feed bar 19 at the same time according to the amount of deformation, vibration is generated particularly at the time of positioning to the next process position (at the time of completion of transport to the next process).
フィードバー 1 9の移動、 位置決めの制御は、 一般的には、 図 1に示すように、 位置制御回路部 7によってフィードバック制御として行われる。 すなわち、 位置 制御回路部 7によってフィードバー 1 9の目標位置 4と現在位置 1 4との偏差が 取られ、 当該偏差に適切な係数が掛けられたものが、 必要に応じて低域通過フィ ル夕等を通されて速度制御回路部 1 1に出力される。  The movement and positioning of the feed bar 19 are generally controlled by the position control circuit 7 as feedback control, as shown in FIG. That is, the position control circuit 7 calculates the deviation between the target position 4 of the feed bar 19 and the current position 14 and multiplies the deviation by an appropriate coefficient to obtain a low-pass filter as necessary. The signal is output to the speed control circuit 11 through the evening.
本発明に係る図 2、 図 4に示す実施例装置では、 さらに、 この位置制御部 7と • 速度制御回路部 1 1の間に、 H∞制御器 8が挿入されるとともに、 さらに図 4の 装置では、 フィードパー 1 9の振動変位 (振動量) を検出する振動検出器 2 0が フィードバー 1 9に装着されている。  In the embodiment apparatus shown in FIGS. 2 and 4 according to the present invention, an H∞ controller 8 is further inserted between the position control section 7 and the speed control circuit section 11, and the H さ ら に controller 8 shown in FIG. In the apparatus, a vibration detector 20 for detecting the vibration displacement (vibration amount) of the feeder 19 is mounted on the feed bar 19.
こうした装置が付加されることで、 振動検出器 2 0の出力 2 1が H∞制御器 8 に取り込まれ、 フィードバー 1 9の振動を減衰させるための適切な制御演算が施 され、 この結果、 フィードバー 1 9で振動が発生しないようにフィードバー 1 9 を移動させることができるとともに、 フィ一ドバー 1 9の停止時に外力等により フィードバー 1 9に生じた振動を速やかに減衰させることができるようになる。  By adding such a device, the output 21 of the vibration detector 20 is taken into the H∞ controller 8, and an appropriate control operation for damping the vibration of the feed bar 19 is performed. As a result, The feed bar 19 can be moved so that vibration does not occur in the feed bar 19, and the vibration generated in the feed bar 19 due to external force or the like when the feed bar 19 stops can be quickly attenuated. Become like
H∞制御器 8の制御アルゴリズムは、 その検出できる量が位置制御回路部 7の 出力 9と振動検出器 2 0の出力 2 1の 2つであり、 出力フィードバックの形態と なる。  In the control algorithm of the H∞ controller 8, two detectable amounts are the output 9 of the position control circuit unit 7 and the output 21 of the vibration detector 20 and are in the form of output feedback.
H∞制御器 8を振動系の制御という視点で見る場合、 振動検出器 2 0から振動 量 2 1をフィードバックしている制御は、 フィ一ドバー 1 9に減衰を付加する制 御に相当する。  When the H∞ controller 8 is viewed from the viewpoint of vibration system control, the control in which the vibration amount 21 is fed back from the vibration detector 20 corresponds to the control for adding attenuation to the feed bar 19.
—方、 フィードバー 1 9の位置決めのために位置制御回路部 7から入力してい る位置偏差信号である速度指令信号 9は、 振動系にとっては、 振動を起こす外乱 信号にあたるものであり、 H∞制御器 8は、 この外乱信号に対してフィードフォ ヮ一ド制御によりフィ一ドバ一 19に生じる振動を励起しないようにフィードバ - 19を移動させる制御を行うものである。 On the other hand, the velocity command signal 9, which is a position deviation signal input from the position control circuit unit 7 for positioning the feed bar 19, corresponds to a disturbance signal that causes vibration for a vibration system. The controller 8 feeds the disturbance signal This is to control the movement of the feedback bar 19 so as not to excite the vibration generated in the feedback bar 19 by the feed control.
つぎに、 H∞制御器 8の制御アルゴリズムの設計方法の 1つとして、 —シン セシス法を用いた制御法について説明する。  Next, as one of the design methods of the control algorithm of the H∞ controller 8, a control method using a synthesis method will be described.
まず、 実施例装置の制御対象であるモータ 15、 駆動機構 18、 フィードバー 19を、 図 7に示すように、 3つの質量 (マス) がパネと減衰 (ダンパ) によつ て結合されているものと仮定して、 線形モデル化する。  First, as shown in FIG. 7, three masses (mass) are connected to each other by a panel and a damper (damper) as shown in FIG. And make a linear model.
すなわち、 モータ 15とフィードバ一 19との間の駆動機構 18、 つまり例え ばラック · ピニオン機構による結合を、 硬めのパネ k2とダンパ c2による結合と して扱い、 さらにこの結合部に未知の外力 fgが加わるものとする。 つまり、 駆動 機構 18で発生する機械的ガタによる非線形性を、 外力 fgで表すものとする。 ここで、 モータ 15の等価質量 mm、 フィードバ一 19の等価質量 ml、 m2、 等 価剛性 kl、 k2、 等価減衰 cl、 c2は、 インパク ト加振等の手法により伝達関数 や時間応答を測定することにより実験的に求めることができる- 図 7の制御モデルに対して運動方程式を立てると、 次式 (1) 、 (2) 、 (3) が得られる。  That is, the connection between the drive mechanism 18 between the motor 15 and the feeder 19, that is, for example, the connection by the rack and pinion mechanism is treated as the connection by the hard panel k2 and the damper c2, and an unknown external force fg is applied to this connection. Shall be added. In other words, the non-linearity due to mechanical play generated in the drive mechanism 18 is represented by the external force fg. Here, the equivalent mass of the motor 15 mm, the equivalent mass of the feedback 19 ml, m2, equivalent stiffness kl, k2, equivalent damping cl, c2 are measured transfer function and time response by a method such as impact excitation. The following equations (1), (2), and (3) are obtained when the equation of motion is established for the control model in Fig. 7.
m m + 2(X m-Xl)+C2(jCn,-^l)=Zfm-fg (り m2x2 -k x^^-c ^ -x2)=fd (3) ここで、 xm、 xl、 x2は、 それぞれ質量 mm、 ml、 m2の絶対座標系 xにおけ る位置、 f d は質量 m2 に働く外乱力、 fmはサ一ボモー夕 15の駆動力をそれぞ れ表している。 m m + 2 ( X m - X l) + C 2 ( jC n,-^ l) = Z f m -f g (R m 2 x 2 -kx ^^-c ^ -x 2 ) = f d ( 3) Here, xm, xl, and x2 are the positions in the absolute coordinate system x of mass mm, ml, and m2, respectively, fd is the disturbance force acting on mass m2, and fm is the driving force of Each is represented.
サーボモータ 15に関しては、 その入力信号に対する駆動トルクの応答を 1次 遅れ系とみなし、 その時定数をて、 ゲインを aとする.: モータ 15への入力信号 を、 速度指令 uと実速度 xm · との誤差に係数 Kvがかけられた信号であるとする と、 サ一ボモータ 15の駆動力 fm に関して次式 (4) の関係が成り立つ:
Figure imgf000011_0001
Regarding the servo motor 15, the response of the drive torque to the input signal is regarded as a first-order lag system, the time constant is set, and the gain is a. Assuming that the error is a signal obtained by multiplying the error by the coefficient Kv, the following equation (4) holds for the driving force fm of the servo motor 15:
Figure imgf000011_0001
以上の (1) 〜 (4) 式をまとめると、 次式 (5) に示す状態方程式が得られ る: 0 0 1 -1 0 0 0 Summarizing the above equations (1) to (4), the following equation (5) is obtained: 0 0 1 -1 0 0 0
0 0 0 1 一 1 0 0  0 0 0 1 1 1 0 0
1  1
o o  o o
一 0  One 0
mm m m m m
2 k、 2k,
1 2 ( 、c.1+c, 2) c. 1  1 2 (, c.1 + c, 2) c. 1
0 0  0 0
X = mi mi
Figure imgf000012_0001
X = m i m i
Figure imgf000012_0001
Kv K v
0 0 0 0  0 0 0 0
τ -丄 τ 。  τ- 丄 τ.
0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0
Figure imgf000012_0002
Figure imgf000012_0002
ここで、 行列 χは、 状態変数を表しており、 次式 (6) で定義される。 Here, the matrix χ represents a state variable, and is defined by the following equation (6).
Figure imgf000012_0003
ズ厂ズ 2 xm X x2 fm xm] (ό)
Figure imgf000012_0003
Z Factory 2 x m X x 2 f m x m ] (ό)
ここで、 H∞制御器 8が直接検出して利用できる情報は、 フィードバー 19中 央部の加速度 ylと、 モータ 15の目標軌道 4と実軌道 14との誤差 y2であると すると、 制御対象の制御出力 y= [yl y2] を求める出力方程式は、 次式 (7) のように書き表わされる:
Figure imgf000012_0004
Figure imgf000012_0005
Here, the information that can be directly detected and used by the H∞ controller 8 is the acceleration yl in the center of the feed bar 19 and the error y2 between the target trajectory 4 of the motor 15 and the actual trajectory 14, and The output equation for the control output y = [yl y2] is written as:
Figure imgf000012_0004
Figure imgf000012_0005
.の結果、 状態方程式および出力方程式は、 以下 (8) 、 (9) 式のように記 述される 3 As a result, the state equation and the output equation are written as shown in equations (8) and (9) below. Stated 3
x = Ax + Bu + Ew (8)  x = Ax + Bu + Ew (8)
y = Cx+Du+Fw (9) このとき、 制御対象 (プラント) Pを次式 (10) のように定義する。
Figure imgf000013_0001
y = Cx + Du + Fw (9) At this time, the control target (plant) P is defined as in the following equation (10).
Figure imgf000013_0001
このようにして得られた制御モデルを元にして H∞制御理論に基づき、 H∞制 御器 8の周波数特性を決定すればよい。  The frequency characteristic of the H∞ controller 8 may be determined based on the H∞ control theory based on the control model thus obtained.
すなわち、 H∞制御器 8には、 以下の事項が要求される  That is, the following items are required for the H∞ controller 8
(a) 可動部であるフィードバー 19 (モータ 15) の位置を、 その指令位置 に追従させる- (a) Move the position of the feed bar 19 (motor 15), which is a movable part, to the command position-
(b) フィードバ一 19に生じる振動を速やかに減衰させる。 (b) Damping the vibration generated in the feedback 19 quickly.
(c) モデルで考慮していない高次モ一ド等のダイナミクスに対して安定である (c) Stable against dynamics such as higher-order modes not considered in the model
(口バスト安定性) 。 (Mouth bust stability).
このような要求は、 以下のようにして考えることができる。  Such a requirement can be considered as follows.
まず、 上記 (a) の要求は、 ァクチユエ一タであるモータ 15 (フィードバ一 First, the requirement of (a) above is based on the fact that the motor 15 (feedback
19) の目標位置 4を入力信号とし、 実際の位置 14と目標位置 4との偏差を出 力信号とする伝達関数を、 小さく抑えることにより実現できる。 This can be realized by minimizing the transfer function that uses the target position 4 of 19) as an input signal and the deviation between the actual position 14 and the target position 4 as an output signal.
また、 上記 (b) の要求は、 振動を励起するような外乱 fdを入力信号とし、 振 動量 21 (x2-xl) を出力信号とする伝達関数を、 小さく抑えることにより実 現される。  The requirement (b) is realized by suppressing a transfer function that uses a disturbance fd that excites vibration as an input signal and a vibration amount 21 (x2-xl) as an output signal.
さらに、 上記 (c) の要求は、 制御対象の比較的高周波域での非モデル化モー ドを加法的誤差や乗法的誤差として扱い、 これらの不確かさに対して口バスト安 定になるようにすることで実現される:  In addition, the requirement of (c) above treats the non-modeling mode of the controlled object in a relatively high frequency range as an additive error or a multiplicative error so that the bust is stable against these uncertainties. Is achieved by:
しかしながら、 一つの制御信号 uによつて振動と運動が行われる制御対象のコ ントローラを設計しょうとするとき、 上記要求 (a) 〜 (c) は互いに従属な関 係にあり、 トレードオフが存在する:  However, when designing a controller that is to be controlled and vibrated by one control signal u, the above requirements (a) to (c) are dependent on each other, and there is a trade-off. Do:
このうち、 上記要求 (a) 、 (b) については、 制御モデルのパラメ一タのみ に依存しており、 もともと互いに従属の関係にある: したがって、 一つのァクチユエ一夕であるモータ 1 5によって運動と振動の制 御が行われる制御対象の場合、 制振性能と目標位置追従性能のトレードオフが図 られるように、 周波数領域において両者を分離して考えればよい。 Of these, the above requirements (a) and (b) depend only on the parameters of the control model and are originally dependent on each other: Therefore, in the case of a controlled object whose motion and vibration are controlled by the motor 15 which is a single actuator, both are separated in the frequency domain so as to achieve a trade-off between the vibration suppression performance and the target position tracking performance. Think about it.
また、 感度関数を小さくすれば相補感度関数が大きくなり、 逆に相補感度関数 が小さくなれば感度関数が大きくなるように、 制御性能と口バスト安定性との間 にもトレードオフが必ず存在する。  In addition, there is always a trade-off between control performance and mouth bust stability so that the complementary function becomes larger if the sensitivity function is made smaller, and the sensitivity function becomes larger if the complementary function becomes smaller. .
したがって、 これらのトレードオフが図られるように、 周波数領域において両 者を分離して考えればよい。  Therefore, in order to make these trade-offs, it is only necessary to consider both in the frequency domain.
さて、 モータ 1 5とフィードパー 1 9との間には、 前述したように機械的なガ 夕が存在する。 よって、 上記 (a ) 、 ( b ) 、 ( c ) に加え、  Now, between the motor 15 and the feeder 19, there is a mechanical gas as described above. Therefore, in addition to the above (a), (b) and (c),
( d ) 機械的ガタによる悪影響を抑える。  (d) The adverse effects of mechanical play are suppressed.
ことが不可欠となる。 この機械的ガタという外乱に対しては制御を積極的に行わ ないようにすればよい。 つまり、 ガタという外乱から制御入力への感度を抑える 口バスト安定化の問題として捕らえればよい。  It becomes essential. Control should not be actively performed for this mechanical backlash. In other words, it can be considered as a problem of mouth bust stabilization that suppresses the sensitivity to the control input from the backlash disturbance.
そこで、 要求 (a ) に対しては、 目標位置追従性能を示す感度関数に乗じる周 波数重み関数の関数値を低周波数域において大きくし、 また要求 (b ) に対して は、 振動制御性能を示す感度関数に乗じる周波数重み関数の関数値を共振周波数 域において大きくし、 また要求 (c ) に対しては、 制御対象の不確定さに対する 口バスト安定性を評価する相補感度関数等の評価関数に乗じる周波数重み関数の 関数値を高周波域において大きくし、 さらに要求 (d ) に対しては、 制御対象の 機械的ガタに対するロバスト安定性を評価する評価関数に乗じる周波数重み関数 の関数値を高周波域において大きくするよう設定することによって、 通常なら相 矛盾する要求を両立させるようにしている。  Therefore, for the requirement (a), the function value of the frequency weighting function multiplied by the sensitivity function indicating the target position tracking performance is increased in the low frequency range, and for the requirement (b), the vibration control performance is increased. The function value of the frequency weighting function to be multiplied by the sensitivity function shown in the figure is increased in the resonance frequency range, and for requirement (c), an evaluation function such as a complementary sensitivity function for evaluating mouth bust stability against uncertainty of the controlled object The function value of the frequency weight function multiplied by the evaluation function for evaluating the robustness of the controlled object against mechanical backlash is increased by increasing the function value of the frequency weight function multiplied by By setting it to be large in the region, it would normally balance conflicting demands.
なお、 要求 (a ) 、 ( b ) 、 ( d ) のみを満たすようにしてもよい。  Note that only the requirements (a), (b), and (d) may be satisfied.
以下、 モデルの不確かさに対する口バスト安定性を保証する相補感度関数等の 評価関数を、 最大許容不確かさ関数と呼び、 機械的ガタに対するロバスト安定性 を保証する評価関数を、 ガタ不確かさ関数と呼ぶことにする。  Hereinafter, an evaluation function such as a complementary sensitivity function that guarantees mouth bust stability against model uncertainty is called a maximum allowable uncertainty function.An evaluation function that guarantees robust stability against mechanical play is called a play uncertainty function. I will call it.
これら要求 (a ) 〜 (d ) を考慮した上で、 〃一シンセシスの制御問題として 考える。 すると、 図 8に示すように、 一般化プラントと構造的不確かさを有する 系の安定化の問題として扱うことができる。 Taking these requirements (a) to (d) into consideration, consider this as a control problem for single synthesis. Then, as shown in Fig. 8, it has generalized plant and structural uncertainty It can be treated as a system stabilization problem.
図 8において、 △は、 大きさ 1未満の任意の安定な伝達関数である。  In FIG. 8, Δ is any stable transfer function of magnitude less than one.
また、 Pは、 制御対象の線形モデルを表し、 次式 (1 1 ) で示される伝達関数 である。  P represents a linear model of the controlled object, and is a transfer function expressed by the following equation (11).
(11)(11)
Figure imgf000015_0001
制御対象のモデルパラメータは、 下表の通りとする:
Figure imgf000015_0001
The model parameters to be controlled are as shown in the table below:
ノヾラメ一夕 値 、°ラメ一夕 値 Norame overnight value, ° Lame overnight value
800 kg 1.414x103 Ns/m mi 2000 kg 9.197x105 Ns/xn  800 kg 1.414x103 Ns / m mi 2000 kg 9.197x105 Ns / xn
300 kg て 6.631x10-3 s k 5.476x105 N/m aKv 1.508x105 Ns/m 2 1.022x109 N/m いま、 振動系の振動制御性能を示す感度関数に乗じる周波数重み関数を Wpfl、 目標位置追従性能を示す感度関数に乗じる周波数重み関数を Wpf2、 線形モデル P の出力であるフィードバ一加速度 (x2の 2階微分値) およびモータの位置 χιηに 関する最大許容不確かさ関数に乗じる周波数重み関数を Wadl、 Wad2、 ガタ不確 かさ関数に乗じる周波数重み関数を Wrtとする: 300 kg 6.631x10-3 sk 5.476x105 N / m aK v 1.508x105 Ns / m 2 1.022x109 N / m Wpf2 is the frequency weighting function that multiplies the sensitivity function that indicates Wad2, the frequency weight function that multiplies the play uncertainty function is Wrt:
そこで、 制振性能を決める周波数重み関数 Wpflについては、 制振しょうとする 1次の共振周波数付近において関数値が最大となり、 他の低周波数帯、 高周波数 帯の関数値が共振周波数の関数値より小さくなるように設定する。  Therefore, for the frequency weighting function Wpfl that determines the damping performance, the function value becomes maximum near the primary resonance frequency to be damped, and the function values of the other low and high frequency bands are the function values of the resonance frequency. Set to be smaller.
また、 目標位置追従性能を決める周波数重み関数 Wpf2については、 低周波数域 において関数値が大きくなり、 他の高周波数域では関数値が小さくなるよう設定 する:  In addition, for the frequency weighting function Wpf2 that determines the target position tracking performance, the function value is set to be large in the low frequency range and small in other high frequency ranges:
また、 最大許容不確かさ関数およびガタ不確かさ関数に乗じる周波数関数 Wad 1、 Wad2、 Wrtについては、 高周波数域において関数値が大きくなり、 他の低周 波数域では関数値が小さくなるよう設定する。 In addition, the frequency function Wad that multiplies the maximum allowable uncertainty function and the play uncertainty function For 1, Wad2, and Wrt, the function value is set to be large in the high frequency range, and to be small in other low frequency ranges.
この結果、 これら各周波数重み関数 Wpfl、 Wpf2、 WadL Wad2、 Wrtの周波 数特性は、 図 9 (a) 、 (b) 、 (c) 、 (d) 、 (e) にそれぞれ示すように 設定される: また、 これら周波数重み関数 Wpfl、 Wpf2、 WadU Wad2、 Wrtは、 次式 (12) 〜 (16) のごとく表される。  As a result, the frequency characteristics of these frequency weighting functions Wpfl, Wpf2, WadL Wad2, and Wrt are set as shown in Fig. 9 (a), (b), (c), (d), and (e), respectively. The frequency weighting functions Wpfl, Wpf2, WadU Wad2, and Wrt are expressed as in the following equations (12) to (16).
Figure imgf000016_0001
以上のようにして各周波数重み関数 Wpfl、 Wpf2、 Wadl、 Wad2、 Wrtが設定 されると、 これらに基づき H∞制御理論により H∞ノルムが所定値以下となるよ うに、 制御器 、 つまり H∞制御器 8の周波数特性が決定されることになる: つぎに、 図 3に示す実施例装置を、 2自由度制御とみたときの設計手順につい て説明する:
Figure imgf000016_0001
When the frequency weighting functions Wpfl, Wpf2, Wadl, Wad2, and Wrt are set as described above, the controller, that is, H The frequency characteristics of the controller 8 will be determined. Next, a description will be given of a design procedure when the embodiment apparatus shown in FIG. 3 is regarded as a two-degree-of-freedom control:
図 10は、 2自由度制御の基本構造であり、 サーボフィーダの制御モデルを P とし、 フィードバック制御器の測定量を y、 被制御量を zとして、 rから zへの 伝達特性を改善することを考える。 Pの右既約分解を、  Figure 10 shows the basic structure of two-degree-of-freedom control, in which the control model of the servo feeder is P, the measured quantity of the feedback controller is y, the controlled quantity is z, and the transfer characteristic from r to z is improved. think of. The right irreducible decomposition of P is
(N (N ,
P= D (17)  P = D (17)
N, とおくと、 rから zへの伝達特性が N1Tとなり、 フィー ドバック制御器である K が N1Tに影響しない:  Let N be the transfer characteristic from r to z is N1T, and the feedback controller K does not affect N1T:
本実施例装置 (図 3) に適用した場合における 2自由度制御 + H∞制御器の構 成を、 図 1 1に示している.: この制御系の設計手順としては以下のようになる. (1) フィードバック特性を改善するように H∞制御を用いて、 制御器 K1、 K2を設計する。 The configuration of the two-degree-of-freedom control + H∞ controller when applied to the device of this embodiment (Fig. 3) is shown in Fig. 11. The design procedure of this control system is as follows. (1) Design controllers K1 and K2 using H て control to improve the feedback characteristics.
(2) rから zへの伝達特性 N1Tが望ましくなるように Tを設計する = (2) Design T so that the transfer characteristic N1T from r to z becomes desirable =
(3) Kl、 K2と Tを用いて制御器を構成する。  (3) Construct a controller using Kl, K2 and T.
図 11に示すように、 位置フィードバックについては、 予め位置偏差に対して 定数 K2をかける定数ループゲインとしており、 加速度フィ一ドバックに対して H ∞制御を施すようにしている。 位置フィードバックに関しては、 たとえば下記 (18) に示すような値の定数 K2を用いることができる。  As shown in FIG. 11, for the position feedback, a constant loop gain is applied in advance by multiplying the position deviation by a constant K2, and the H∞ control is applied to the acceleration feedback. For position feedback, for example, a constant K2 with a value as shown in (18) below can be used.
K2=50 (18) 加速度フィードバック Kl に関しては、 図 12のように、 一般化プラントおよ び構造的不確かさのモデルを用いて、 H∞制御理論により設計する。 K 2 = 50 (18) The acceleration feedback Kl is designed by the H∞ control theory using a generalized plant and a model of structural uncertainty as shown in Fig. 12.
ここで、 図 8の場合と同様にして、 制振性能を決める周波数重み関数 Wpflにつ いては、 制振しょうとする 1次の共振周波数付近において関数値が最大となり、 他の低周波数帯、 高周波数帯の関数値が共振周波数の関数値より小さくなるよう に設定する:  Here, as in the case of Fig. 8, the function value of the frequency weighting function Wpfl that determines the damping performance is maximized near the primary resonance frequency to be damped, and the other low frequency band, Set so that the function value in the high frequency band is smaller than the function value in the resonance frequency:
また、 目標位置追従性能を決める周波数重み関数 Wpf2については、 低周波数域 において関数値が大きくなり、 他の高周波数域では関数値が小さくなるよう設定 する。  For the frequency weighting function Wpf2, which determines the target position tracking performance, the function value is set to increase in the low frequency range and to decrease in other high frequency ranges.
また、 最大許容不確かさ関数およびガタ不確かさ関数に乗じる周波数関数 Wad 1、 Wad2、 Wrtについては、 高周波数域において関数値が大きくなり、 他の低周 波数域では関数値が小さくなるよう設定する:  For the frequency functions Wad1, Wad2, and Wrt that are multiplied by the maximum permissible uncertainty function and backlash uncertainty function, the function value is set to be large in the high frequency region and small in other low frequency regions. :
各周波数重み関数 Wpfl、 Wpf2、 Wadlの周波数特性は、 図 13 (a) 、 (b) 、 (c) にそれぞれ示すように設定される。 また、 これら周波数重み関数 Wpfl、 W pf2、 Wadlは、 次式 ( 19) 〜 (21 ) のごとく表される。 ·
Figure imgf000018_0001
The frequency characteristics of each frequency weighting function Wpfl, Wpf2, Wadl are set as shown in FIGS. 13 (a), (b), and (c), respectively. In addition, these frequency weighting functions Wpfl, Wpf2, and Wadl are represented by the following equations (19) to (21). ·
Figure imgf000018_0001
また、 2自由度制御則のパラメータ T、 D、 N2 (加速度フィードバック側) 、 N2 (位置フィードバック側) 、 K1 (加速度フィードバック側) は、 図 1 4 ( a ) 〜 (e ) に示す周波数特性を有するフィルタを用いている- なお、 上述した 2自由度制御については、 たとえば文献 「制御系設計一 H∞制 御とその応用」 (システム情報学会編 細江繁幸, 荒木光彦監修/朝倉書店) に に示されるよう公知の技術である。  The parameters T, D, N2 (acceleration feedback side), N2 (position feedback side) and K1 (acceleration feedback side) of the two-degree-of-freedom control law have the frequency characteristics shown in Figs. 14 (a) to (e). The two-degree-of-freedom control described above is described in, for example, the document “Control System Design-H∞ Control and Its Application” (edited by the Society of Systems Information Engineers, edited by Shigeyuki Hosoe and Mitsuhiko Araki / Asakura Shoten). This is a known technique as shown.
図 1 5〜図 1 7は、 フィードバー 1 9が位置決めされたときの振動変位の時間 変化の様子を示している。  FIGS. 15 to 17 show how the vibration displacement changes with time when the feed bar 19 is positioned.
生産スピード (フィー ドバーの速度) が、 1 5 S PMの場合、 2 0 S PMの場 合、 2 7 S PMの場合をそれぞれ示している:  The production speed (feed bar speed) is shown for 15 SPM, 20 SPM, and 27 SPM, respectively:
図 1 5は、 従来の制御を行ったときの振動変位を示しており、 生産スピードに ほぼ比例して振幅が大きくなつていることがわかる:  Figure 15 shows the vibration displacement when the conventional control is performed, and it can be seen that the amplitude increases almost in proportion to the production speed:
図 1 6は、 本実施例の H∞制御を行ったときの振動変位を示しており、 図 1 5 に示す従来の制御法に比べて、 全体的に振幅が小さくなっていることがわかる: 図 1 7は、 本実施例の H∞制御 + 2自由度制御を行ったときの振動変位を示し ており、 図 1 5の従来の場合ばかりか図 1 6の本実施例の場合との比較において も、 オーバーシユー卜がほとんど発生していないことがわかる:  FIG. 16 shows the vibration displacement when the H∞ control of this embodiment is performed, and it can be seen that the overall amplitude is smaller than that of the conventional control method shown in FIG. Fig. 17 shows the vibration displacement when H∞ control + two degrees of freedom control of the present embodiment was performed, and it was compared with the conventional case of Fig. 15 as well as with the case of this embodiment of Fig. 16. It can also be seen that almost no overshoot has occurred:
以上説明したように、 本発明によれば、 周波数領域を、 低周波数域と共振周波 数域と高周波数域に分離して、 目標位置追従性能と制振性能と制御対象の機械的 ガタに対する口バスト安定性のトレ一ドオフを図るようにしている。  As described above, according to the present invention, the frequency region is divided into a low frequency region, a resonance frequency region, and a high frequency region, and the target position following performance, the vibration suppression performance, and the mechanical backlash of the controlled object are controlled. The bust stability is traded off.
このため、 高価な材料の使用や、 既存の装置の改造を要することなく、 簡易に 制御装置を構成することができるようになる:  This allows the control unit to be easily configured without using expensive materials or modifying existing equipment:
また、 機械的なガタがある制御対象について目標位置追従性能と制振性能を同 時に満足することができるため、 制御対象の振動系において振動を引き起こすこ となく運動指令に速やかに追従させることができるようになり、 制御対象の高速、 高精度な制御が実現される。 In addition, since the target position following performance and the vibration suppression performance can be simultaneously satisfied for a controlled object with mechanical backlash, vibrations may occur in the vibration system of the controlled object. It will be possible to immediately follow the motion command as soon as possible, realizing high-speed, high-precision control of the control target.
とりわけ、 フィードバーの振動の抑制に適用した場合には、 フィードバーの振 動を最小限に抑えることができるため、 ワーク搬送時に位置決め不良が発生する ことがなくなる。 この結果、 トランスファプレスの生産スピードに余裕が生れ、 生産効率を飛躍的に向上させることができる。 産業上の利用可能性  In particular, when applied to suppress the vibration of the feed bar, the vibration of the feed bar can be minimized, so that the positioning error does not occur during the transfer of the work. As a result, there is room for the production speed of the transfer press, and production efficiency can be dramatically improved. Industrial applicability
本発明は、 トランスファプレスのフィードバーの振動の抑制のみならず、 振動 系を含む構造物を移動させる運動系の制御一般に適用可能である。  INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is applicable not only to the suppression of the vibration of the feed bar of the transfer press, but also to the control of a motion system for moving a structure including a vibration system.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 目標位置に位置決めされる可動部と、 前記可動部を駆動するァクチユエ一 タと、 前記目標位置を示す信号に基づき前記可動部を前記目標位置に位置決めす るための駆動指令信号を、 前記ァクチユエ一夕に対して出力するコントローラと を備え、 H∞制御理論に基づき前記可動部と前記ァクチユエ一夕とからなる制御 対象に関する H∞ノルムが所定値以下となるように、 前記制御対象の感度関数お よび口パスト安定性を評価する評価関数に乗ずべき周波数重み関数の関数値を決 定することにより、 前記コントローラの周波数特性を決定するようにした振動抑 制装置において、 1. A movable section positioned at a target position, an actuator driving the movable section, and a drive command signal for positioning the movable section at the target position based on a signal indicating the target position, A controller for outputting to the actuator over time, and based on H∞ control theory, the sensitivity of the control object such that the H∞ norm relating to the control object including the movable part and the actuator over time becomes equal to or less than a predetermined value. In a vibration suppression device that determines a frequency characteristic of the controller by determining a function value of a frequency weighting function to be multiplied by an evaluation function for evaluating a function and mouth past stability,
前記制御対象を、 前記ァクチユエ一夕と前記可動部との間に機械的なガタがあ る制御モデルとして予め設定しておき、  The control target is set in advance as a control model having mechanical play between the actuary and the movable part,
前記可動部の目標位置追従性能を示す感度関数に乗ずべき周波数重み関数の関 数値については、 所定周波数以下の低周波数域に対応する関数値が、 他の周波数 域に対応する関数値よりも大きくなるように決定し、 かつ、  Regarding the function value of the frequency weighting function to be multiplied by the sensitivity function indicating the target position tracking performance of the movable section, the function value corresponding to a low frequency range below a predetermined frequency is larger than the function value corresponding to another frequency range. Is determined to be, and
前記制御対象の振動抑制性能を示す感度関数に乗ずべき周波数重み関数の関数 値については、 前記制御対象の共振周波数に対応する関数値が、 他の周波数域に 対応する関数値よりも大きくなるように決定するようにし、 かつ、  Regarding the function value of the frequency weighting function to be multiplied by the sensitivity function indicating the vibration suppression performance of the controlled object, the function value corresponding to the resonance frequency of the controlled object is larger than the function values corresponding to other frequency ranges. To decide on, and
前記制御モデルの前記機械的ガタに対するロバスト安定性を評価する評価関数 に乗ずべき周波数重み関数の関数値については、 所定周波数以上の高周波数域に 対応する関数値が、 他の周波数域に対応する関数値よりも大きくなるように決定 した、  Regarding the function value of the frequency weight function to be multiplied by the evaluation function for evaluating the robust stability of the control model with respect to the mechanical play, the function value corresponding to a high frequency region equal to or higher than a predetermined frequency corresponds to another frequency region. Decided to be larger than the function value,
振動抑制装置。  Vibration suppression device.
2 . 目標位置に位置決めされる可動部と、 前記可動部を駆動するァクチユエ一 夕と、 前記目標位置を示す信号に基づき前記可動部を前記目標位置に位置決めす るための駆動指令信号を、 前記ァクチユエ一夕に対して出力するコントローラと を備え、 H∞制御理論に基づき前記可動部と前記ァクチユエ一夕とからなる制御 対象に関する H∞ノルムが所定値以下となるように、 前記制御対象の感度関数お よび口バスト安定性を評価する評価関数に乗ずべき周波数重み関数の関数値を決 定することにより、 前記コントローラの周波数特性を決定するようにした振動抑 制装置において、 2. A movable part positioned at a target position, an actuation unit for driving the movable part, and a drive command signal for positioning the movable part at the target position based on a signal indicating the target position, A controller for outputting to the actuators, and based on the H の control theory, the sensitivity of the controlled object is controlled so that the H∞ norm of the controlled object including the movable part and the actuator is less than a predetermined value. Function and the function value of the frequency weight function to be multiplied by the evaluation function for evaluating mouth bust stability. By determining the frequency characteristics of the controller, the frequency characteristics of the controller are determined.
前記制御対象を、 不確定要素が存在し、 かつ前記ァクチユエータと前記可動部 との間に機械的なガタがある制御モデルとして予め設定しておき、  The control object is set in advance as a control model in which an uncertain element exists, and in which there is mechanical play between the actuator and the movable part,
前記可動部の目標位置追従性能を示す感度関数に乗ずべき周波数重み関数の関 数値については、 所定周波数以下の低周波数域に対応する関数値が、 他の周波数 域に対応する関数値よりも大きくなるように決定し、 かつ、  Regarding the function value of the frequency weighting function to be multiplied by the sensitivity function indicating the target position tracking performance of the movable section, the function value corresponding to a low frequency range below a predetermined frequency is larger than the function value corresponding to another frequency range. Is determined to be, and
前記制御対象の振動抑制性能を示す感度関数に乗ずべき周波数重み関数の関数 値については、 前記制御対象の共振周波数に対応する関数値が、 他の周波数域に 対応する関数値よりも大きくなるように決定し、 かつ、  Regarding the function value of the frequency weighting function to be multiplied by the sensitivity function indicating the vibration suppression performance of the controlled object, the function value corresponding to the resonance frequency of the controlled object is larger than the function values corresponding to other frequency ranges. To be determined, and
前記制御モデルの前記不確定要素に対する口バスト安定性を評価する評価関数 に乗ずべき周波数重み関数の関数値については、 所定周波数以上の高周波数域に 対応する関数値が、 他の周波数域に対応する関数値よりも大きくなるように決定 し、 かつ、  Regarding the function value of the frequency weighting function to be multiplied by the evaluation function for evaluating the mouth bust stability with respect to the uncertain element of the control model, the function value corresponding to a high frequency region equal to or higher than a predetermined frequency corresponds to another frequency region. Is determined to be larger than the function value
前記制御モデルの前記機械的ガタに対する口バスト安定性を評価する評価関数 に乗ずべき周波数重み関数の関数値については、 所定周波数以上の高周波数域に 対応する関数値が、 他の周波数域に対応する関数値よりも大きくなるように決定 した、  Regarding the function value of the frequency weighting function to be multiplied by the evaluation function for evaluating the mouth bust stability of the control model with respect to the mechanical play, the function value corresponding to a high frequency region equal to or higher than a predetermined frequency corresponds to another frequency region. To be larger than the function value
振動抑制装置。  Vibration suppression device.
3 . 前記可動部の目標位置追従性能を示す感度関数は、 前記目標位置を入力信 号とし、 前記可動部の現在位置と前記目標位置との偏差を出力信号とする伝達関 数である請求の範囲第 1項記載の振動抑制装置- 3. The sensitivity function indicating the target position tracking performance of the movable unit is a transfer function that uses the target position as an input signal and outputs a deviation between the current position of the movable unit and the target position as an output signal. Vibration suppressor according to range 1
4 . 前記可動部の目標位置追従性能を示す感度関数は、 前記目標位置を入力信 号とし、 前記可動部の現在位置と前記目標位置との偏差を出力信号とする伝達関 数である請求の範囲第 2項記載の振動抑制装置。 4. The sensitivity function indicating the target position tracking performance of the movable unit is a transfer function that uses the target position as an input signal and outputs a deviation between the current position of the movable unit and the target position as an output signal. 3. The vibration suppressor according to claim 2, wherein
5 . 前記制御対象の振動抑制性能を示す感度関数は、 前記制御対象に加わる外 乱を入力信号とし、 前記制御対象の振動量を出力信号とする伝達関数である請求 の範囲第 1項記載の振動抑制装置。  5. The sensitivity function indicating the vibration suppression performance of the controlled object is a transfer function that uses a disturbance applied to the controlled object as an input signal and uses the vibration amount of the controlled object as an output signal. Vibration suppression device.
6 . 前記制御対象の振動抑制性能を示す感度関数は、 前記制御対象に加わる外 乱を入力信号とし、 前記制御対象の振動量を出力信号とする伝達関数である請求 の範囲第 2項記載の振動抑制装置。 6. The sensitivity function indicating the vibration suppression performance of the controlled object is determined by the function added to the controlled object. 3. The vibration suppression device according to claim 2, wherein the transfer function is a transfer function that uses a disturbance as an input signal and a vibration amount of the controlled object as an output signal.
7 . 前記可動部は、 トランスファプレスのフィードバ一である請求の範囲第 1 項記載の振動抑制装置。  7. The vibration suppressing device according to claim 1, wherein the movable portion is a feeder of a transfer press.
8 . 前記可動部は、 トランスファプレスのフィードバーである請求の範囲第 2 項記載の振動抑制装置。  8. The vibration suppressing device according to claim 2, wherein the movable portion is a feed bar of a transfer press.
PCT/JP1996/001876 1995-07-07 1996-07-05 Vibration damping device WO1997003386A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7172301A JPH0922304A (en) 1995-07-07 1995-07-07 Vibration suppressing device
JP7/172301 1995-07-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1997003386A1 true WO1997003386A1 (en) 1997-01-30

Family

ID=15939393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP1996/001876 WO1997003386A1 (en) 1995-07-07 1996-07-05 Vibration damping device

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JPH0922304A (en)
KR (1) KR970006984A (en)
WO (1) WO1997003386A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4504305B2 (en) * 2005-11-30 2010-07-14 住友重機械テクノフォート株式会社 Control device for transfer feeder device
US7818073B2 (en) * 2006-04-20 2010-10-19 Asml Netherlands B.V. Method for obtaining improved feedforward data, a lithographic apparatus for carrying out the method and a device manufacturing method
JP6399866B2 (en) * 2014-09-03 2018-10-03 オークマ株式会社 Servo control device
WO2022138800A1 (en) * 2020-12-23 2022-06-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 Motor control device, motor control method, and program

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
INSTRUMENTATION AUTOMATIC CONTROL SOCIETY TRANSACTIONS, Vol. 30, No. 7, 31 July 1994, issued by Instrumentation Automatic Control Society, TOSHIAKI HIRATA, RYOICHI TAKAHASHI, "Application of H Control Theory to Railroad Vehicle Active Suspension", p. 776-782. *
JAPAN MACHINERY SOCIETY TRANSACTIONS (C), Vol. 59, No. 566, 25 July 1993, issued by Japan Machinery Society, HIDEAKI TSUJI, HIROYUKI ITO, SHINJI KODA, YASUSHI OGASAWARA, KENJI NISHIDA, NAOYUKI KANAYAMA, "Vibration Danping of Transfeeder by Dynamic Vibration Absorber (When a Dynamic Vibration Absorber is Arranged in the Vibration Transmission Path)", p. 2986-2990. *
JAPAN MACHINERY SOCIETY TRANSACTIONS (C), Vol. 61, No. 584, 25 April 1995, issued by Japan Machinery Society, KAZUNORI HATAKE, SHINJI KODA, HIROYUKI ITO, "The Robust Control of a Flexible Structure by mu-synthesis Allowing for Both Servo System and Vibration System" p. 1366-1373. *
The 4th "Movement and Vibration Control", SYMPOSIUM LECTURE TRANSACTION, 5 July 1995, issued by Japan Machinery Society, KAZUNORI HATAKE, SHINJI KODA, YASUSHI OGASAWARA, HIDEAKI KAWAKAMI, "Movement and Vibration Control by the Servomotor of a System Having a Rack-Pinion Mechanism Including Clatter", p. 357-360. *

Also Published As

Publication number Publication date
KR970006984A (en) 1997-02-21
JPH0922304A (en) 1997-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4980625A (en) Apparatus and method for servo control system
EP1667001B1 (en) Controller
JP3739749B2 (en) Control device
EP0717331B1 (en) Tandem control method using digital servo
US5056038A (en) Apparatus for effecting coordinated position/force control for a manipulator
US5432422A (en) Method and apparatus for controlling the positioning and reducing vibration in a machine tool system
US7902785B2 (en) Method and device for guiding the movement of a moveable machine element of a machine
JP5791815B2 (en) Machine tool feed axis control method and feed axis control apparatus
EP0881044A1 (en) Robot controller
US20010033146A1 (en) Controller for machine
US10261520B2 (en) Motor controller and industrial machine
CN108958036B (en) Flexible operating arm elastic vibration suppression method based on frequency characteristic recognition
JP2009110492A (en) Position controller
JP4226420B2 (en) Position control device
JPH07104856A (en) Vibration control method
EP0523252A1 (en) Oscillation damper
JP4166157B2 (en) Electric motor control device
EP3078452A1 (en) System for suppressing chatter in a machine tool
Samuel et al. High-performance admittance control of an industrial robot via disturbance observer
WO1997003386A1 (en) Vibration damping device
JP2022026069A (en) Control method and controller based on kinetic torque compensation
JP3460761B2 (en) Robot control device
Samuel et al. Increasing admittance of industrial robots by velocity feedback inner-loop shaping
JPH08278821A (en) Damping method for servo control system
JP3871030B2 (en) Servo control method

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CN DE GB US

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642