WO2012053352A1 - 負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法 - Google Patents

負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法 Download PDF

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WO2012053352A1
WO2012053352A1 PCT/JP2011/072917 JP2011072917W WO2012053352A1 WO 2012053352 A1 WO2012053352 A1 WO 2012053352A1 JP 2011072917 W JP2011072917 W JP 2011072917W WO 2012053352 A1 WO2012053352 A1 WO 2012053352A1
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model
control system
inertia
feed system
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PCT/JP2011/072917
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博久 倉本
泰成 山田
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三菱重工業株式会社
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    • G05B2219/41381—Torque disturbance observer to estimate inertia

Definitions

  • the present invention relates to a load inertia estimation method and a control parameter adjustment method applied to industrial machines such as machine tools.
  • Fig. 4 shows an example of a machine tool.
  • the machine tool of the illustrated example is a portal machining center, and includes a bed 1, a table 2, a portal column 3, a cross rail 4, a saddle 5, a ram 6, and a main shaft 7.
  • the table 2 is installed on the bed 1, and the column 33 is installed across the table 2.
  • a workpiece W is placed on the table 2 during machining, and linearly moves in the X-axis direction along the guide rail 1a on the bed 1 by a feed system (not shown in FIG. 4; see FIG. 5).
  • the cross rail 4 moves linearly in the Z-axis direction along the guide rail 3b of the column front surface 3a by a feed system (not shown).
  • the saddle 5 moves linearly in the Y-axis direction along the guide rail 4b of the cross rail front surface 4a by a feed system (not shown).
  • the ram 6 is provided on the saddle 5 and linearly moves in the Z-axis direction by a feed system (not shown).
  • the main shaft 7 is rotatably supported in the ram 6, and a tool 9 is attached to the tip via an attachment 8.
  • the tool 9 when machining the workpiece W with the tool 9, the tool 9 is rotationally driven by the main shaft 7, and the main shaft 7 and the tool 9 move linearly in the Z-axis direction together with the cross rail 4 or the ram 6, and in the Y-axis direction together with the saddle 5.
  • the table 2 and the work W move linearly in the X direction.
  • the movement positions of the spindle 7 (tool 9) and the table 2 (work W) are required to be controlled with high accuracy by feedback control.
  • FIG. 5 shows a general configuration example of the feedback control system and the feed system.
  • the feed system 11 of the table 2 shown in FIG. 5 includes a servo motor 12, a reduction gear device 13, a bracket 14, a ball screw 15 (screw portion 15c, nut portion 15b), and the like.
  • the table 2 and the workpiece W are linearly moved in the X axis direction.
  • the load position ⁇ L that is the position of the table 2 (work W) detected by the position detector 6 is a position command ⁇ given from the numerical control (NC) device 17.
  • the rotation of the servo motor 12 is controlled so as to follow.
  • the rigidity of the screw portion 15c of the ball screw 15 is finite, at the time of movement of the table 2 load inertia (workpiece weight) or load position theta L twist or threaded portion 15c corresponding to the deflection, etc. Although but occurs, it is impossible to compensate for the follow-up delay of the load position theta L caused by this in the feedforward control.
  • Patent Document 1 a characteristic model (transfer function) approximating the characteristics of the feed system is obtained, an inverse characteristic model (inverse transfer function) of this characteristic model is obtained, and this inverse characteristic model is used as a feedback control system.
  • a technique for compensating for a delay in load position and a delay in speed caused by twisting or bending of a ball screw of a feed system is disclosed (see FIGS. 1 and 2: details will be described later).
  • FIGS. 1 and 2 details will be described later.
  • As a technique for adding an inverse characteristic model to be controlled to a control system there are those disclosed in Patent Documents 2 and 3 below.
  • JP 2009-201169 A Japanese Patent No. 3351990 Japanese Patent No. 3739746 Japanese Patent No. 4137673
  • the weight of the table 2 is constant, but the weight of the workpiece W varies depending on the type of the processed product. Therefore, the load inertia determined by the weight of the table 2 and the weight of the workpiece W is also the weight of the workpiece W. It changes as it changes.
  • the load inertia included in the reverse characteristic model (reverse transfer function) of the feed system is always set to a constant value, the workpiece W having a weight different from the fixed value is placed on the table 2 for processing. Is different from the load inertia included in the reverse characteristic model of the feed system and the actual load inertia of the feed system. For this reason, even when the reverse characteristic model of the feed system is added to the feedback control system, when machining the workpiece W having a weight different from the constant value, a load generated by twisting or bending of the ball screw 15 is generated. The follow-up delay of the position ⁇ L cannot be sufficiently compensated by the inverse characteristic model, and the position deviation between the position command ⁇ and the load position ⁇ L becomes large, so that the workpiece W can be processed with high accuracy. Can not.
  • the present invention adjusts the load inertia included in the reverse characteristic model of the feed system by using the load inertia estimation method for estimating the load inertia corresponding to the workpiece weight and the estimated load inertia. It is an object of the present invention to provide a control parameter adjustment method.
  • the method of calculating load weight from the torque difference of the motor at the time of no load and a load is described in said patent document 4, the method of this invention estimates load inertia based on a position deviation etc. Is.
  • the load inertia estimation method for solving the above problem is to compensate for a dynamic error factor of the feed system output from the inverse characteristic model by a feedback control system to which the inverse characteristic model of the feed system is added.
  • a load position control system for controlling the load position of the feed system based on the compensation amount of the load system, the load inertia of the feed system is estimated,
  • a load position control test is performed by the feedback control system by giving a position command to the feedback control system, and the position command and the position of the load position generated at a specific load position at this time Measure the deviation
  • the load inertia estimation model which is a model of the load position control system
  • the position command is given to the feedback control system model to perform a load position control simulation of the feed system model by the feedback control system model.
  • the position command generated at the specific load position in the load position control simulation and the position deviation of the load position are included in the model of the feed system until the position deviation measured in the load position control test is equal to the position deviation.
  • the load position control simulation is repeated with the load inertia being adjusted, and as a result, the position deviation occurring at the specific load position in the load position control simulation is the position deviation measured in the load position control test. If equal, the above Ri system load inertia contained in the model is to be estimated as a load inertia of the feed system, It is characterized by.
  • the load inertia estimation method of the second invention is a compensation amount for compensating a dynamic error factor of the feed system output from the inverse characteristic model by a feedback control system to which the inverse characteristic model of the feed system is added.
  • a load position control system for controlling the load position of the feed system based on the above, a method of estimating the load inertia of the feed system In the load position control system, a load position control test is performed by the feedback control system by giving a position command to the feedback control system, and the position command and the position of the load position generated at a specific load position at this time Measure the deviation, Alternatively, in the model of the load position control system, by giving the position command to the model of the feedback control system, a load position control simulation of the model of the feed system is performed by the model of the feedback control system.
  • the load inertia corresponding to the position deviation measured by the load position control test or the load position control simulation is obtained based on the position deviation characteristic data in which the position deviation increases linearly in proportion to the increase of the load inertia. Estimating that the load inertia is the load inertia of the feed system; It is characterized by.
  • control parameter adjusting method of the third invention is a compensation amount for compensating for a dynamic error factor of the feed system output from the inverse characteristic model by a feedback control system to which the inverse characteristic model of the feed system is added.
  • a control parameter adjustment method for adjusting a load inertia included in the inverse characteristic model for a load position control system for controlling a load position of the feed system based on The load inertia included in the inverse characteristic model is adjusted based on the load inertia estimated by the load inertia estimation method of the first or second invention.
  • the compensation amount for compensating the dynamic error factor of the feed system output from the inverse characteristic model by the feedback control system to which the inverse characteristic model of the feed system is added is added.
  • a load position control system for controlling the load position of the feed system based on the load position control system wherein a position command is given to the feedback control system in the load position control system.
  • a load position control test by the feedback control system is performed, and a position deviation between the position command and the load position generated at a specific load position is measured at this time, and a load inertia which is a model of the load position control system is measured.
  • the estimation model by giving the position command to the model of the feedback control system, A load position control simulation of the feed system model by a back control system model is performed, and the position command generated at the specific load position in the load position control simulation and a position deviation of the load position are the load position control.
  • the load position control simulation is repeated by adjusting the load inertia included in the feed system model until it becomes equal to the position deviation measured in the test, and as a result, the specific load position is determined in the load position control simulation. If the position deviation generated in step S1 is equal to the position deviation measured in the load position control test, it is estimated that the load inertia included in the feed system model at this time is the load inertia of the feed system.
  • the load weight of the feed system eg machine tools
  • Even if weight changes in the work to be placed on the table, the load inertia in accordance with the load weight can be easily estimated.
  • the compensation amount for compensating for the dynamic error factor of the feed system output from the inverse characteristic model by the feedback control system to which the inverse characteristic model of the feed system is added.
  • the feedback control system model By performing a load position control test by the feedback control system, and measuring a position deviation between the position command and the load position generated at a specific load position at this time, or in the model of the load position control system, By providing the position command to the feedback control system model, the feedback control system model The load position control simulation of the model of the feed system is performed, the position command generated at the specific load position and the position deviation of the load position are measured at this time, and the specific load position is measured at the pre-measured no load.
  • Position deviation in proportion to the increase in load inertia which is set in advance based on the position command and load position deviation that occurs and the position command and load position position deviation that occurs at the specific load position during loading
  • the load inertia corresponding to the position deviation measured by the load position control test or the load position control simulation is obtained based on the position deviation characteristic data that increases linearly, and this load inertia is the load inertia of the feed system. Therefore, the load weight of the feed system (for example, the work load placed on the table of the machine tool) Even if the weight of h) varies, the load inertia in accordance with the load weight can be easily estimated.
  • the compensation amount for compensating for the dynamic error factor of the feed system output from the inverse characteristic model by the feedback control system to which the inverse characteristic model of the feed system is added.
  • the load inertia included in the inverse characteristic model is adjusted based on the load inertia estimated by the inertia estimation method, the load weight of the feed system (for example, placed on the table of the machine tool) Even if the weight of the workpiece changes, the feed system parameter and the inverse characteristic model parameter (for example, the third derivative including the load inertia term) It is possible to match the above coefficients (described in detail later), etc.). For this reason, it is possible to control the load position with high accuracy so as to follow the position command. For example, a machine tool can perform high-precision machining.
  • the table feed system 22 includes a servo motor 23 as a drive source, a reduction gear device 24 having a motor side gear 24a and a load side gear 24b, a bracket 26 having a built-in bearing 25, a screw portion.
  • a ball screw 27 having 27a and a nut portion 27b, a position detector 28, and a pulse encoder 29 are provided.
  • the brackets 26 on both sides are fixed to the bed 1 and support the screw part 27a of the ball screw 27 via the bearing 25 so as to be rotatable.
  • a nut portion 27b of the ball screw 27 is attached to the table 2 and is screwed into the screw portion 27a.
  • the servo motor 23 is connected to the threaded portion 27 a of the ball screw 27 through the reduction gear device 24.
  • a work W is installed on the table 2.
  • a position detector (an induct thin type linear scale in the illustrated example) 28 is attached to the table 2
  • a pulse encoder 29 is attached to the servo motor 23.
  • the table 2 together with the nut portion 27b of the ball screw 27 becomes X. Move linearly in the axial direction.
  • the position detector 28 detects the load position ⁇ L that is the moving position of the table 2 (work W), and sends a detection signal of the load position ⁇ L to the feedback control system 21 (position feedback).
  • the pulse encoder 29 detects the motor position ⁇ M that is the rotational position of the servo motor 23.
  • the detection signal of the motor position ⁇ M is sent to the feedback control system 21 and is time-differentiated by the differentiation calculation unit 36 to obtain a motor speed V M that is the rotational speed of the servo motor 23 (speed feedback).
  • the feedback control system 21 is configured by software executed by, for example, a personal computer, and includes a position deviation calculation unit 31, a multiplication unit 32, a speed deviation calculation unit 33, a proportional integration calculation unit 34, and a current control. A unit 35 and a differential operation unit 36.
  • an inverse characteristic model 50 of the feed system 22 of the table 2 is added to the feedback control system 21.
  • the inverse characteristic model 50 is an inverse characteristic model (reverse transfer function) of a characteristic model (transfer function) that approximates the characteristics of the feed system 22, and the ball screw 27 (screw portion 27 a) of the feed system 22. This is to compensate for a delay in load position ⁇ L and a delay in speed caused by twisting or bending of the lens (see FIG. 2: details will be described later).
  • FIG. 2 details will be described later.
  • s is a Laplace operator
  • s is a first derivative
  • s 2 is a second derivative
  • s 3 is a third derivative
  • s 4 is a fourth derivative
  • s 5 is a fifth derivative
  • 1 / s represents an integral (this is the same in FIGS. 2 and 3).
  • the position deviation calculation unit 31 of the feedback control 21 operation and position command theta given from the numerical control (NC) device 41 for controlling the load position theta L, the deviation between the load position theta L a ( ⁇ - ⁇ L) Then, the position deviation ⁇ is obtained.
  • the multiplication unit 32 obtains a motor speed command V for controlling the rotation speed of the servo motor 23 by multiplying the position deviation ⁇ by the position loop gain Kp.
  • the speed deviation computing section 33 a value obtained by adding (V + V H) of the compensation amount V H to the motor speed command V of the velocity output from the inverse characteristic model 5, the deviation between the motor speed V M (V + V H -V M ) is calculated to obtain the speed deviation ⁇ V.
  • a motor torque command ⁇ with respect to 23 is obtained.
  • the current control unit 35 controls the current supplied to the servomotor 23 so that the torque generated by the servomotor 23 follows the motor torque command ⁇ . Although illustration is omitted, the current control unit 35 performs current feedback control so that the current supplied to the motor 23 becomes a current corresponding to the motor torque command ⁇ .
  • the feedback control system 21 performs control so that the load position ⁇ L follows the position command ⁇ by performing feedback control with a triple loop in which the position loop is a main loop and the speed loop and the current loop are minor loops. is doing.
  • a model 60 for estimating the load inertia J L according to the weight of the workpiece W is added to the feedback control system 21.
  • the load inertia estimation model 60 will be described with reference to FIG. 2 that are the same as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a characteristic model (transfer function) approximating the characteristics of the feed system 22 is specified as a mechanical system model of a two-mass system using the servo motor 23, the load table 2 and the workpiece W as the mass points. is doing.
  • the load inertia estimation model 60 includes a characteristic model (transfer function) of the feed system 22, an inverse characteristic model (reverse transfer function) 50 of the characteristic model, and a model (transfer function) of the feedback control system 21. It consists of
  • the characteristic model of the servomotor 23 when expressed by a transfer function, it is expressed by a transfer function (1 / (J M s + D M )) of the block 62 and a transfer function (1 / s) of the block 63. It is. J M is motor inertia and D M is motor viscosity. From block 62 outputs the motor speed V M is the motor position theta M from block 63 is output.
  • J L is a load inertia, which is an inertia determined by the weight (a constant value) of the table 2 and the weight of the workpiece W placed on the table 2. Therefore, when the weight of the workpiece W placed on the table 2 changes, the load inertia J L changes accordingly.
  • D L is the load (table) viscosity
  • C L is the spring viscosity along the axial direction of the ball screw 27 portion (screw portion 27a, nut portion 27b, bracket 26)
  • K L is the ball screw 27 portion (screw portion 27a, nut). Spring rigidity along the axial direction of the portion 27b and the bracket 26).
  • the position deviation calculation unit 67 calculates a deviation ( ⁇ M ⁇ L ) between the motor position ⁇ M and the load position ⁇ L to obtain a position deviation ⁇ ML .
  • the torque deviation calculation unit 61 calculates a deviation ( ⁇ L ) between the torque command ⁇ and the reaction force torque ⁇ L to obtain a torque deviation ⁇ .
  • V M ⁇ ⁇ (1 / (J M s + D M)
  • the motor speed V M is outputted to the block 63
  • a feedback control system 21 Is fed back to the speed deviation calculator 33.
  • the load position ⁇ L is fed back to the position deviation calculation unit 31 of the feedback control system 21.
  • the inverse characteristic model 50 includes a first derivative term computing unit 51, a second derivative term computing unit 52, a third derivative term computing unit 53, a fourth derivative term computing unit 54, and a fifth derivative term computing unit 55. , An adding unit 56 and a proportional-integral inverse transfer function unit 57.
  • the differential term calculation units 51 to 55 and the addition unit 56 compensate for dynamic error factors in the servo motor 23, the ball screw 27, and the table 2 of the feed system 22 so that the load position ⁇ L becomes the position command ⁇ .
  • a transfer function for compensation control for performing compensation control so as to match (follow) is set.
  • This transfer function for compensation control is an inverse transfer function of the transfer function of the aforementioned feed system 22 (the mechanical system comprising the servo motor 23, the ball screw 27, and the table 2). Note that this inverse transfer function is a function in which some computation elements are omitted.
  • each of the differential term calculation units 51 to 55 of the inverse characteristic model 50 has respective calculation terms a1s, a2s 2 , a3s 3 , a4s 4 , and a5s 5 , and each calculation term is included in the position command ⁇ . were respectively multiplied a1s ⁇ a5s 5, respectively output the multiplication value by an adder 56.
  • the addition unit 56 adds the multiplication values output from the differential term calculation units 51 to 55.
  • Each coefficient a1 in each calculation terms a1s ⁇ a5s 5, a2, a3 , a4, a5 are set as follows.
  • K V is the velocity loop gain is included in the formula of the coefficients a1 ⁇ a5
  • K L is the spring stiffness along the axial direction of the ball screw 27
  • T V is an integration time constant
  • D M servomotor 23 D L is the load viscosity
  • J M is the inertia of the servo motor 23
  • J L is the load inertia.
  • the proportional-integral inverse transfer function unit 57 includes an inverse transfer function (Tv / K V (T V s + 1)) ⁇ s of the transfer function K V (1 + 1 / (T V s)) of the proportional-integral calculation unit 34.
  • Tv / K V (T V s + 1)) is set.
  • the differential operator s of (Tv / K V (T V s + 1)) ⁇ s is assigned to each of the calculation terms a1s to a5s 5 of the differential term calculation units 51 to 55, respectively.
  • the speed compensation amount V H output from the inverse characteristic model 50 in which the coefficients a1 to a5 are set is applied to the feedback control system 21, and the load position control of the feed system 22 is performed.
  • the load inertia J L also changes according to the change in the weight of the workpiece W.
  • the parameters of the feed system 22 and the parameters of the inverse characteristic model 50 do not match.
  • the coefficients a3 to a5 of the third order differential term including the term of the load inertia J L or more do not match the parameters of the feed system 22. It becomes. Accordingly, the position deviation ⁇ increases as it is, and the follow-up delay of the load position ⁇ L with respect to the position command ⁇ occurs.
  • the load inertia J L corresponding to the weight of the workpiece W is estimated by the following method.
  • the position command ⁇ (X (X) is sent from the NC device 41 to the feedback control system 21 with the workpiece W placed on the table 2.
  • a feed position control test of the feed system 22 by the feedback control system 21 is performed by giving an axial movement command. Then, the positional deviation ⁇ generated at this time is measured.
  • the spring stiffness for the K L varies with the load position theta L, the load position theta L as a load position theta Upon reaching L (i.e. a specific spring stiffness K L of a particular table 2 (which had been previously determined)
  • the position deviation ⁇ that occurs at the time of (1) is measured.
  • the NC device 41 changes the model of the feedback control system 21 with the workpiece W placed on the table 2.
  • ⁇ movement command in the X-axis direction
  • a load position control simulation of the model of the feed system 22 by the model of the feedback control system 21 is performed.
  • the load inertia J L in the inverse characteristic model 50 when performing a load inertia J L in the inverse characteristic model 50 when performing load position control test using the actual machine is set to the same value. For example, these are the load inertia J L0 at the time of no load when the work W is not placed on the table 2.
  • the position deviation ⁇ generated in the load position control simulation is a load position control test by the actual machine. in if equal to the measured position deviation [Delta] [theta], load inertia J L included in the model of the feed system 22 at this time is the actual load inertia J L corresponding to the weight of the loading the workpiece W on the table 2 Presume that there is.
  • the estimated load inertia J L is output from the load inertia estimation model 60 to the inverse characteristic model 50 of the actual machine as shown in FIG.
  • the load inertia estimated based on the load inertia J L output from the model 60, adjust the load inertia J L coefficient a3 ⁇ a5 of the comprise are least third order differential term section (setting) To do.
  • the parameter (load inertia J L coefficient a3 ⁇ a5 above third order differential term that contains section) parameters and the inverse characteristic model 50 of the feed system 22 are identical. Therefore, when performing the machining of the workpiece W can be made to follow the position command theta controls the load position theta L with high accuracy, it is possible to perform high-precision machining.
  • the feedback control system 21 to which the reverse characteristic model 50 of the feed system 22 is added the movement of the feed system 22 output from the reverse characteristic model 50.
  • This is a method for estimating the load inertia J L of the feed system 22 for the load position control system that controls the load position ⁇ L of the feed system 22 based on the compensation amount V H for compensating for an error factor.
  • a position command ⁇ is given to the feedback control system 21 to perform a load position control test by the feedback control system 21 and measure a position deviation ⁇ generated at a specific load position ⁇ L at this time.
  • the position command ⁇ is added to the model of the feedback control system 21.
  • the load position control simulation model of the feed system 22 according to the model of the feedback control system 21, and the position deviation ⁇ caused by the particular load position theta L in the load position control simulation, the load position The load position control simulation is repeated by adjusting the load inertia J L included in the model of the feed system 22 until it becomes equal to the position deviation ⁇ measured in the control test, and as a result, the identification is performed in the load position control simulation.
  • the load inertia J L included in the model of the feed system 22 at this time Since the load inertia J L of the system 22 is estimated, the feed system 22 Even if the load weight (the weight of the workpiece W placed on the table 2) changes, the load inertia J L corresponding to the load weight can be easily estimated.
  • the load inertia J L contained in actual inverse characteristic model 50 Therefore, even if the load weight of the feed system 22 (weight of the workpiece W placed on the table 2) changes, the parameters of the feed system 22 and the parameters of the inverse characteristic model 50 (load inertia J) Coefficients a3 to a5) that are equal to or higher than the third order differential term including the term L can be matched. Therefore, it is possible to follow the position command theta controls the load position theta L with high accuracy, it is possible to perform high-precision machining.
  • Embodiment 2 (Explanation of load inertia estimation method and control parameter adjustment method)
  • a load inertia estimation method and a control parameter adjustment method according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
  • a position deviation characteristic data unit 70 for estimating the load inertia J L according to the weight of the workpiece W is added to the feedback control system 21.
  • the positional deviation ⁇ increases linearly in proportion to the increase. Accordingly, the position deviation ⁇ in the load inertia J L0 when there is no load when the work W is not placed on the table 2 and the position at the load inertia J L when the work W having the maximum weight is placed on the table 2 and at the maximum load. If there is data of the deviation ⁇ , the load inertia J L1 when the workpiece W having an unknown weight is placed on the table 2 can be estimated from this data.
  • the position command ⁇ (X-axis direction) is sent to the model of the feedback control system 21 for the case of no load and the case of execution at the maximum load.
  • the spring rigidity K L varies with the load position theta L
  • the spring rigidity K L time i.e. a particular reaching the load position theta L of Table 2 are identified (which had been previously determined) Measure the position deviations ⁇ L0 and ⁇ LM that occur when the load position ⁇ L is reached.
  • the load inertia J L in the inverse characteristic model 50 is set to the load inertia J L0 at the time of no load. Therefore, the positional deviation ⁇ L0 at the time of no load is almost zero.
  • the position deviation characteristic data portion 70 is linearly proportional to the increase of the load inertia J L based on the previously measured position deviation ⁇ L0 at no load and the position deviation ⁇ LM at the maximum load.
  • the position deviation characteristic data ⁇ V D that increases is set.
  • the load inertia J L corresponding to the weight of the workpiece W is estimated by the following method.
  • the position deviation characteristic data unit 70 measures (inputs) the position deviation ⁇ ( ⁇ 1 in the illustrated example) generated at this time. However, as described above, since the spring rigidity K L varies with the load position theta L, the position deviation characteristic data unit 70, when the table 2 reaches the load position theta L of a particular (which had been previously determined) (i.e. position deviation [Delta] [theta] occurring at the time) has been reached in the load position theta L comprising a specific spring stiffness K L a ([Delta] [theta] in the illustrated example 1) measured (input).
  • the position deviation characteristic data unit 70 based on the position deviation characteristic data ⁇ V D set in advance, the position deviation ⁇ measured (input) by the load position control test of the actual machine or the load position control simulation (see FIG.
  • a load inertia J L J L1 in the illustrated example
  • this load inertia J L J L1 in the illustrated example
  • the load inertia J L is estimated.
  • the estimated load inertia J L is output from the position deviation characteristic data unit 70 to the inverse characteristic model 50 of the actual machine.
  • the parameter (load inertia J L coefficient a3 ⁇ a5 above third order differential term that contains section) parameters and the inverse characteristic model 50 of the feed system 22 are identical. Therefore, when performing the machining of the workpiece W can be made to follow the position command theta controls the load position theta L with high accuracy, it is possible to perform high-precision machining.
  • the position deviation characteristic data ⁇ V D is set using the position deviation ⁇ LM at the maximum load.
  • the present invention is not limited to this, and the position deviation ⁇ L at the load other than the maximum load is used.
  • the position deviation characteristic data ⁇ V D may be set.
  • a position deviation ⁇ at the time of the load is measured, and a position that linearly increases in proportion to an increase in the load inertia J L based on the measured position deviation ⁇ at the time of load and a position deviation ⁇ 0 at the time of no load.
  • the deviation characteristic data ⁇ V D may be set.
  • the movement of the feed system 22 output from the reverse characteristic model 50 by the feedback control system 21 to which the reverse characteristic model 50 of the feed system 22 is added.
  • This is a method for estimating the load inertia J L of the feed system 22 for the load position control system that controls the load position ⁇ L of the feed system 22 based on the compensation amount V H for compensating for an error factor.
  • a position command ⁇ is given to the feedback control system 21 to perform a load position control test by the feedback control system 21.
  • a position deviation ⁇ ( ⁇ generated at a specific load position ⁇ L is performed.
  • the load inertia J L contained in actual inverse characteristic model 50 Therefore, even if the load weight of the feed system 22 (weight of the workpiece W placed on the table 2) changes, the parameters of the feed system 22 and the parameters of the inverse characteristic model 50 (load inertia J) Coefficients a3 to a5) that are equal to or higher than the third order differential term including the term L can be matched. Therefore, it is possible to follow the position command theta controls the load position theta L with high accuracy, it is possible to perform high-precision machining.
  • the inverse characteristic such as has been adjusted load inertia J L of the inverse characteristic model 50 by the load inertia J L estimated in embodiments 1 and 2 above include, but not limited, a control parameter of the machining conditions
  • Control parameters other than the load inertia J L of the model 50 may be adjusted by the estimated load inertia J L.
  • the estimated load inertia J L is also output to the NC device 41 from the position deviation characteristic data unit 70 or the load inertia estimation model 60, and the acceleration / deceleration time set by the NC device 41 is determined by the estimated load inertia J L. Control parameters such as corner speed acceleration may be adjusted.
  • the present invention is applied to the feed system 22 of the table 2 .
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited to this. It can also be applied to feed systems such as rams and rams.
  • feed systems such as rams and rams.
  • FIG. 4 when the weight of the attachment 8 or the tool 9 changes, it is also effective to apply the present invention to the feeding system of the saddle 5 or the ram 6.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can also be applied to a feed system having a configuration (for example, a feed system using a hydraulic pump, a hydraulic motor, a hydraulic cylinder, or the like).
  • Equation (1) is an equation of motion indicating the relationship between input and output with respect to the motor transfer function that models the characteristics of the servo motor 23
  • Equation (2) is a model of the characteristics of the table 2 and the workpiece W that are loads. It is the equation of motion which shows the relationship of input / output regarding the generalized load transfer function.
  • the feed-forward compensation control is performed on the torque command ⁇ using the formula (first transfer function formula) in ⁇ on the right side of the formula (3), and the speed command V is set to ( 4)
  • Feed forward compensation control may be performed using the expression (second transfer function expression) in parentheses on the right side of expression (4).
  • ⁇ M s is equivalent to the motor speed V M.
  • equation (3) when ⁇ L is replaced with ⁇ and then replaced with the command speed V ⁇ , the equation (3) becomes the following equation (5).
  • the expression (5) is obtained by multiplying the expression (3) by the inverse operation expression of the proportional integration operation expression set in the proportional integration calculator 34.
  • equation (5) is obtained by dividing equation (3) by the proportional-integral arithmetic equation set in proportional-integral calculator 34.
  • the part excluding ⁇ on the right side of the equation (5) is the third transfer function equation.
  • the left (7) can not be combined expressions in differential degree, removing the C L section infrequently affect the accuracy of equation (7), (8) below is obtained.
  • a portion excluding ⁇ on the right side of the equation (8) is a transfer function for compensation control.
  • the equation (8) is replaced with the coefficients a1 to a5, the following equation (9) is obtained. Accordingly, the coefficients a1 to a5 are obtained from the equations (8) and (9).
  • the present invention relates to a load inertia estimation method and a control parameter adjustment method, and is useful when applied to adjusting a load inertia included in an inverse characteristic model of a feed system added to a feedback control system such as a machine tool. Is.

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Abstract

　本発明は負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を提供することを目的とする。そのため、負荷位置制御システムにおいて、フィードバック制御系(21)による負荷位置制御試験を実施して、特定の負荷位置(θL)で生じる第１の位置偏差(Δθ)を測定し、負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデル(60)において、フィードバック制御系モデルによる送り系モデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置で生じる第２の位置偏差(Δθ)が、第１の位置偏差に等しくなるまで、送り系モデルに含まれている負荷イナーシャ(JL)を調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、第２の位置偏差が第１の位置偏差に等しくなれば、このときの送り系モデルの負荷イナーシャが実機の送り系の負荷イナーシャであると推定する。また、この推定した負荷イナーシャで逆特性モデル(50)の係数(a3～a5)を設定する。

Description

負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法
　本発明は工作機械などの産業機械に適用する負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法に関する。
　工作機械などの産業機械における送り系の負荷位置制御には、古典制御理論であるフィードバック制御が一般的に使用されている。
　図４には工作機械の一例を示す。図示例の工作機械は門形マシニングセンタであり、ベッド１と、テーブル２と、門形のコラム３と、クロスレール４と、サドル５と、ラム６と、主軸７とを有している。
　ベッド１上にテーブル２が設置され、テーブル２を跨ぐようにしてコラム３３が設置されている。テーブル２は加工時にワークＷが載置され、送り系（図４では図示省略：図５参照）により、ベッド１上のガイドレール１ａに沿ってＸ軸方向に直線移動する。クロスレール４は送り系（図示省略）により、コラム前面３ａのガイドレール３ｂに沿ってＺ軸方向に直線移動する。サドル５は送り系（図示省略）により、クロスレール前面４ａのガイドレール４ｂに沿ってＹ軸方向に直線移動する。ラム６はサドル５に設けられ、送り系（図示省略）により、Ｚ軸方向に直線移動する。主軸７はラム６内で回転可能に支持され、先端にアタッチメント８を介して工具９が装着される。
　従って、ワークＷを工具９で加工する際、工具９は主軸７によって回転駆動され、主軸７及び工具９はクロスレール４又はラム６とともにＺ軸方向に直線移動し、サドル５とともにＹ軸方向に直線移動し、テーブル２及びワークＷはＸ方向に直線移動する。そして、このときにワークＷを高精度に加工するため、主軸７（工具９）やテーブル２（ワークＷ）の移動位置は、フィードバック制御によって高精度に制御することが要求される。
　図５にはフィードバック制御系及び送り系の一般的な構成例を示す。詳細な説明は省略するが、図５に示すテーブル２の送り系１１は、サーボモータ１２、減速ギヤ装置１３、ブラケット１４、ボールスクリュー１５（ネジ部１５ｃ，ナット部１５ｂ）などから構成されており、テーブル２及びワークＷをＸ軸方向へ直線移動させる。この送り系１１に対してフィードバック制御系１６では、位置検出器６で検出されたテーブル２（ワークＷ）の位置である負荷位置θLが、数値制御（ＮＣ）装置１７から与えられる位置指令θに追従するようにサーボモータ１２の回転を制御する。
　しかし、図示例のようなフィードバック制御系１６では十分な追従性を得ることは難しく、位置指令θに対する負荷位置θLの追従遅れ（即ち負荷位置の遅れ）が生じてしまう。従って、この追従遅れ（負荷位置の遅れ）に対処するため、図示は省略するが、位置指令θを微分して位置遅れ補償を行うフィードフォワード制御機能を、フィードバック制御系１６に付加することも一般的に行われている。
　しかし、このようなフィードフォワード制御機能をフィードバック制御系に付加したとしても、制御対象の機械要素に発生する撓みや捩じれなどの動的な変形によって生じる位置遅れや振動を補償することはできない。例えば図５の送り系１１では、ボールスクリュー１５のネジ部１５ｃの剛性は有限であり、テーブル２の移動時には負荷イナーシャ（ワーク重量）や負荷位置θLに応じたネジ部１５ｃの捩じれや撓みなどが発生するが、これによって生じる負荷位置θLの追従遅れを前記フィードフォワード制御機能で補償することはできない。
　そこで、下記の特許文献１には、送り系の特性を近似した特性モデル（伝達関数）を求め、この特性モデルの逆特性モデル（逆伝達関数）を求めて、この逆特性モデルをフィードバック制御系に付加することにより、送り系のボールスクリューの捩じれや撓みなどによって生じる負荷位置の遅れや速度の遅れを補償する技術が開示されている（図１，図２参照：詳細後述）。なお、制御対象の逆特性モデルを制御系に付加する技術としては、下記の特許文献２，３に開示されているものなどもある。
特開２００９－２０１１６９号公報 特許第３３５１９９０号公報 特許第３７３９７４６号公報 特許第４１３７６７３号公報
　しかしながら、図５において、テーブル２の重量は一定であるが、ワークＷの重量は加工製品の種類などによって異なるため、テーブル２の重量とワークＷの重量によって決まる負荷イナーシャも、ワークＷの重量が変化するのにともなって変化する。
　従って、送り系の逆特性モデル（逆伝達関数）に含まれている負荷イナーシャを常に一定値にすると、前記一定値とは異なる重量のワークＷをテーブル２に載置して加工をする際には、送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャと、送り系の実際の負荷イナーシャとが異なってしまう。このため、前記送り系の逆特性モデルがフィードバック制御系に付加されていても、前記一定値とは異なる重量のワークＷを加工する際には、ボールスクリュー１５の捩じれや撓みなどによって発生する負荷位置θLの追従遅れを逆特性モデルによって十分に補償することができず、位置指令θと負荷位置θLとの位置偏差が大きくなってしまうため、当該ワークＷを高精度に加工することができない。
　このため、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系において、どのような重量のワークＷに対しても高精度な加工を行うことができるようにするためには、ワークＷの重量に対応する負荷イナーシャを推定し、この推定した負荷イナーシャにより、送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する必要がある。
　従って本発明は上記の事情に鑑み、ワーク重量に対応する負荷イナーシャを推定する負荷イナーシャ推定方法、及び、この推定した負荷イナーシャにより、送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法を提供することを課題とする。
　なお、上記の特許文献４には無負荷時と負荷時のモータのトルク差から負荷重量を算出する方法が記載されているが、本発明の方法は位置偏差などに基づいて負荷イナーシャを推定するものである。
　上記課題を解決する第１発明の負荷イナーシャ推定方法は、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
　前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
　前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなるまで、前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなれば、このときの前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャが、前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
を特徴とする。
　また、第２発明の負荷イナーシャ推定方法は、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
　前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
　又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差を測定し、
　予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差と、負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャの増加に比例して位置偏差がリニアに増加する位置偏差特性データに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した前記位置偏差に対応する負荷イナーシャを求め、この負荷イナーシャが前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
を特徴とする。
　また、第３発明の制御パラメータ調整方法は、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法であって、
　第１又は第２発明の負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャに基づいて、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整することを特徴とする。
　第１発明の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなるまで、前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなれば、このときの前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャが、前記送り系の負荷イナーシャであると推定することを特徴としているため、送り系の負荷重量（例えば工作機械のテーブルに載置されるワークの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャを容易に推定することができる。
　第２発明の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差を測定し、予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差と、負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャの増加に比例して位置偏差がリニアに増加する位置偏差特性データに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した前記位置偏差に対応する負荷イナーシャを求め、この負荷イナーシャが前記送り系の負荷イナーシャであると推定することを特徴としているため、送り系の負荷重量（例えば工作機械のテーブルに載置されるワークの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャを容易に推定することができる。
　第３発明の制御パラメータ調整方法によれば、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法であって、第１又は第２発明の負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャに基づいて、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整することを特徴としているため、送り系の負荷重量（例えば工作機械のテーブルに載置されるワークの重量）が変化しても、送り系のパラメータと逆特性モデルのパラメータ（例えば負荷イナーシャの項を含んでいる３次微分項以上の係数（詳細後述）など）を一致させることができる。このため、高精度に負荷位置を制御して位置指令に追従させることができ、例えば工作機械では高精度な加工を行うことができる。
本発明の実施の形態例１に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を実施する負荷位置制御システムの構成を示す図である。 負荷イナーシャ推定モデルの構成を示す図である。 本発明の実施の形態例２に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を実施する負荷位置制御システムの構成を示す図である。 従来の工作機械の構成を示す図である。 従来の負荷位置制御システム（フィードバック制御系及びテーブル送り系）の構成を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
　＜実施の形態例１＞
　（フィードバック制御系及び送り系の説明）
　図１に基づいて、まず、本発明の実施の形態例に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を実施する工作機械（図４参照）の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）の構成について説明する。
　図１に示すように、テーブル送り系２２は駆動源であるサーボモータ２３と、モータ側ギヤ２４ａと負荷側ギヤ２４ｂとを有する減速ギヤ装置２４と、ベアリング２５を内蔵したブラケット２６と、ネジ部２７ａとナット部２７ｂとを有するボールスクリュー２７と、位置検出器２８と、パルスエンコーダ２９とを備えている。
　両側のブラケット２６はベッド１に固定され、ベアリング２５を介してボールスクリュー２７のネジ部２７ａを回転可能に支持している。ボールスクリュー２７のナット部２７ｂはテーブル２に取り付けられ、ネジ部２７ａに螺合している。サーボモータ２３は減速ギヤ装置２４を介してボールスクリュー２７のネジ部２７ａに連結されている。テーブル２にはワークＷが設置される。また、テーブル２には位置検出器（図示例ではインダクトシン方式のリニアスケール）２８が取り付けられ、サーボモータ２３にはパルスエンコーダ２９が取り付けられている。
　従って、サーボモータ２３の回転力が減速ギヤ装置２４を介してボールスクリュー２７のネジ部２７ａへ伝達されてネジ部２７ａが矢印Ａの如く回転すると、ボールスクリュー２７のナット部２７ｂとともにテーブル２がＸ軸方向に直線移動する。このとき、位置検出器２８はテーブル２（ワークＷ）の移動位置である負荷位置θLを検出し、この負荷位置θLの検出信号をフィードバック制御系２１へ送る（位置フィードバック）。パルスエンコーダ２９はサーボモータ２３の回転位置であるモータ位置θMを検出する。このモータ位置θMの検出信号はフィードバック制御系２１へ送られ、微分演算部３６で時間微分されることにより、サーボモータ２３の回転速度であるモータ速度ＶMとなる（速度フィードバック）。
　フィードバック制御系２１は例えばパーソナルコンピュータで実行されるソフトウエアによって構成されるものであり、位置偏差演算部３１と、乗算部３２と、速度偏差演算部３３と、比例積分演算部３４と、電流制御部３５と、微分演算部３６とを有している。
　また、フィードバック制御系２１には、テーブル２の送り系２２の逆特性モデル５０が付加されている。詳細は後述するが、逆特性モデル５０は、送り系２２の特性を近似した特性モデル（伝達関数）の逆特性モデル（逆伝達関数）であり、送り系２２のボールスクリュー２７（ネジ部２７ａ）の捩じれや撓みなどによって生じる負荷位置θLの遅れや速度の遅れを補償するためのものである（図２参照：詳細後述）。なお、図１中のｓはラプラス演算子であり、ｓは１次微分、ｓ2は２次微分、ｓ3は３次微分、ｓ4は４次微分、ｓ5は５次微分、１／ｓは積分を表している（このことは図２及び図３においても同様である）。
　フィードバック制御２１の位置偏差演算部３１では、負荷位置θLを制御するために数値制御（ＮＣ）装置４１から与えられる位置指令θと、負荷位置θLとの偏差（θ－θL）を演算して、位置偏差Δθを求める。乗算部３２では、位置偏差Δθに位置ループゲインＫｐを乗算することにより、サーボモータ２３の回転速度を制御するためのモータ速度指令Ｖを求める。そして、速度偏差演算部３３では、逆特性モデル５から出力される速度の補償量ＶHをモータ速度指令Ｖに加算（Ｖ＋ＶH）した値と、モータ速度ＶMとの偏差（Ｖ＋ＶH－ＶM）を演算して、速度偏差ΔＶを求める。
　比例積分演算部３４では、速度ループゲインＫVと積分時定数ＴVを用いて、τ＝ΔＶ×（ＫV（１＋１／（ＴVｓ）））の比例積分演算を行うことにより、サーボモータ２３に対するモータトルク指令τを求める。電流制御部３５では、サーボモータ２３で発生するトルクがモータトルク指令τに追従するようにサーボモータ２３へ供給する電流を制御する。なお、図示は省略するが、電流制御部３５ではモータ２３への供給電流がモータトルク指令τに応じた電流となるように電流のフィードバック制御を行っている。
　このようにフィードバック制御系２１では位置ループをメインループとし、速度ループ及び電流ループをマイナループとした３重のループによってフィードバック制御を行うことにより、負荷位置θLが位置指令θに追従するように制御している。
　（負荷イナーシャ推定モデルの説明）
　そして更に本実施の形態例１では、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定するためのモデル６０が、フィードバック制御系２１に付加されている。図２に基づき、この負荷イナーシャ推定モデル６０について説明する。なお、図２において図１と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
　図２に示す例では、送り系２２の特性を近似した特性モデル（伝達関数）を、サーボモータ２３と、その負荷であるテーブル２及びワークＷを質点とした２質点系の機械系モデルとして特定している。そして、負荷イナーシャ推定モデル６０は、この送り系２２の特性モデル（伝達関数）と、この特性モデルの逆特性モデル（逆伝達関数）５０と、フィードバック制御系２１のモデル（伝達関数）とを有して成るものである。
　図２に示すように、サーボモータ２３の特性モデルを伝達関数で示すと、ブロック６２の伝達関数（１／（ＪMｓ＋ＤM））と、ブロック６３の伝達関数（１／ｓ）とで示される。ＪMはモータイナーシャ、ＤMはモータ粘性である。ブロック６２からはモータ速度ＶMが出力され、ブロック６３からはモータ位置θMが出力される。
　ボールスクリュー２７を含めたテーブル２の特性モデルを伝達関数で示すと、ブロック６４の伝達関数（ＣLｓ＋ＫL）と、ブロック６５の伝達関数（１／（ＪLｓ＋ＤL））と、ブロック６６の伝達関数（１／ｓ）とで示される。ＪLは負荷イナーシャであり、テーブル２の重量（一定値）と、テーブル２に載置されたワークＷの重量とによって決まるイナーシャである。従って、テーブル２に載置するワークＷの重量が変化すると、これに応じて負荷イナーシャＪLも変化する。ＤLは負荷（テーブル）の粘性、ＣLはボールスクリュー２７部分（ネジ部２７ａ，ナット部２７ｂ，ブラケット２６）の軸方向に沿うバネ粘性、ＫLはボールスクリュー２７部分（ネジ部２７ａ，ナット部２７ｂ，ブラケット２６）の軸方向に沿うバネ剛性である。
　位置偏差演算部６７では、モータ位置θMと負荷位置θLとの偏差（θM－θL）を演算して、位置偏差ΔθMLを求める。ブロック６４では、位置偏差ΔθMLが入力されると、τL＝ΔθML×（ＣLｓ＋ＫL）の演算を行うことにより、反力トルクτLを求めて出力する。反力トルクτLがブロック６５に入力されると、ブロック６５及びブロック６６でθL＝τL×（１／（ＪLｓ＋ＤL））×（１／ｓ）の演算を行うことにより、負荷位置θLを求めて、ブロック６６から出力する。
　トルク偏差演算部６１では、トルク指令τと反力トルクτLとの偏差（τ－τL）を演算して、トルク偏差Δτを求める。ブロック６２ではＶM＝Δτ×（１／（ＪMｓ＋ＤM））の演算を行うことにより、モータ速度ＶMを求め、このモータ速度ＶMがブロック６３へ出力され、且つ、フィードバック制御系２１の速度偏差演算部３３へフィードバックされる。ブロック６３ではθM＝ＶM×（１／ｓ）の演算を行うことにより、モータ位置θMを求め、このモータ位置θMが位置偏差演算部６７へ出力される。負荷位置θLはフィードバック制御系２１の位置偏差演算部３１へフィードバックされる。
　逆特性モデル５０は、１次微分項演算部５１と、２次微分項演算部５２と、３次微分項演算部５３と、４次微分項演算部５４と、５次微分項演算部５５と、加算部５６と、比例積分逆伝達関数部５７とを有している。
　各微分項演算部５１～５５と加算部５６には、送り系２２のサーボモータ２３、ボールスクリュー２７及びテーブル２での動的な誤差要因を補償して、負荷位置θLが位置指令θに一致（追従）するように補償制御をするための補償制御用伝達関数が設定されている。この補償制御用伝達関数は、前述の送り系２２（サーボモータ２３、ボールスクリュー２７及びテーブル２からなる機械系）の伝達関数の逆伝達関数である。なお、この逆伝達関数は、演算要素を一部省略した関数にしている。
　具体的には、逆特性モデル５０の各微分項演算部５１～５５では、各演算項ａ１ｓ，ａ２ｓ2，ａ３ｓ3，ａ４ｓ4，ａ５ｓ5をそれぞれ有しており、位置指令θに各演算項ａ１ｓ～ａ５ｓ5をそれぞれ乗算し、この乗算値を加算部５６でそれぞれ出力する。加算部５６では、各微分項演算部５１～５５から出力された各乗算値を加算する。
　各演算項ａ１ｓ～ａ５ｓ5における各係数ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５は下記のように設定している。前述のとおり、各係数ａ１～ａ５の式に含まれているＫVは速度ループゲイン、ＫLはボールスクリュー２７の軸方向に沿うバネ剛性、ＴVは積分時定数、ＤMはサーボモータ２３の粘性、ＤLは負荷粘性、ＪMはサーボモータ２３のイナーシャ、ＪLは負荷イナーシャである。
　なお、各係数ａ１～ａ５を下記のように設定（演算）する演算手法については、後述する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　比例積分逆伝達関数部５７には、比例積分演算部３４の伝達関数ＫV（１＋１／（ＴVｓ））の逆伝達関数（Ｔｖ／ＫV（ＴVｓ＋１））×ｓのうちの（Ｔｖ／ＫV（ＴVｓ＋１））が設定されている。（Ｔｖ／ＫV（ＴVｓ＋１））×ｓのうちの微分演算子ｓは、各微分項演算部５１～５５の各演算項ａ１ｓ～ａ５ｓ5にそれぞれ割り振られている。
　そして、このような係数ａ１～ａ５が設定された逆特性モデル５０から出力される速度補償量ＶHをフィードバック制御系２１に適用して、送り系２２の負荷位置制御を実施することにより、送り系２２のサーボモータ２３、ボールスクリュー２７、テーブル２などに生じる歪み、撓み、粘性などの誤差要因を補償することができるため、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができる。その結果、高精度な加工を行うことができる。
　（負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法の説明）
　しかしながら、テーブル２に載置されるワークＷの重量が変化すると（重量の異なるワークＷがテーブル２に載置されると）、当該ワークＷの重量の変化に応じて負荷イナーシャＪLも変化するため、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータが一致しなくなる。具体的には、逆特性モデル５０において、負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上（即ちａ１ｓ3～ａ５ｓ5の項）の係数ａ３～ａ５が、送り系２２のパラメータと不一致となる。従って、このままでは位置偏差Δθが増加して、位置指令θに対する負荷位置θLの追従遅が生じてしまう。
　そこで、ワークＷの加工を行う前に次のような方法により、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定する。
　まず、図１に示す実機の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）において、テーブル２にワークＷを載置した状態で、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１へ位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１による送り系２２の負荷位置制御試験を実施する。そして、このときに生じる位置偏差Δθを測定する。但し、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、テーブル２が特定（予め定めておいた）の負荷位置θLに達した時点（即ち特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じる位置偏差Δθを測定する。
　次に、図１及び図２に示す前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデル６０において、テーブル２に前記ワークＷを載置した状態で、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１のモデルへ前記位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施する。
　その際、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて生じる位置偏差Δθが、前記実機による負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなるまで、送り系２２のモデルに含まれているテーブル２及びワークＷの負荷イナーシャＪLを調整して、前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返す。
　但し、前述のとおり、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、テーブル２が前記特定の負荷位置θLに達した時点（即ち前記特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じる位置偏差Δθと、前記実機による負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθとを比較して、両者が等しくなったか否かを推定する。また、前記実機による負荷位置制御試験を行うときの逆特性モデル５０における負荷イナーシャＪLと、前記負荷位置制御シミュレーションを行うときの逆特性モデル５０における負荷イナーシャＪLは同じ値に設定する。例えば、これらはテーブル２にワークＷを載置しない無負荷時の負荷イナーシャＪL0とする。
　そして、送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLを調整して、前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返した結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて生じる位置偏差Δθが、前記実機による負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなれば、このときの送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLが、実際のテーブル２に載置したワークＷの重量に対応した負荷イナーシャＪLであると推定する。
　次に、この推定した負荷イナーシャＪLを、図１に示すように負荷イナーシャ推定モデル６０から、実機の逆特性モデル５０へ出力する。実機の逆特性モデル５０では、負荷イナーシャ推定モデル６０から出力された負荷イナーシャＪLに基づいて、負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３～ａ５を調整（設定）する。かくして、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３～ａ５）が一致する。このため、当該ワークＷの加工を行う際には、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
　（作用効果）
　以上のように、本実施の形態例１の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系２２の逆特性モデル５０を付加したフィードバック制御系２１により、逆特性モデル５０から出力される送り系２２の動的な誤差要因を補償するための補償量ＶHに基づいて、送り系２２の負荷位置θLを制御する負荷位置制御システムに対し、送り系２２の負荷イナーシャＪLを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、フィードバック制御系２１に位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθを測定し、前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデル６０において、フィードバック制御系２１のモデルに前記位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθが、前記負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなるまで、送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθが、前記負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなれば、このときの送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLが、実機の送り系２２の負荷イナーシャＪLであると推定することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャＪLを容易に推定することができる。
　そして、本実施の形態例１の制御パラメータ調整方法によれば、前記負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャＪLに基づいて、実機の逆特性モデル５０に含まれている負荷イナーシャＪLを調整することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３～ａ５）を一致させることができる。このため、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
　＜実施の形態例２＞
　（負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法の説明）
　図３に基づき、本発明の実施の形態例２に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法について説明する。なお、図３において、上記実施の形態例１と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
　図３に示すように、本実施の形態例２では、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定するための位置偏差特性データ部７０が、フィードバック制御系２１に付加されている。
　位置偏差Δθ（即ちボールスクリュー２７の撓みなど）とワークＷの重量との間には、Ｆ＝ｍａ＝ＫLΔθ（Ｆ：力、ｍ：ワーク重量、ＫL：ボールスクリューのバネ剛性、Δθ：位置偏差）の関係式が成り立ち、力Ｆとバネ剛性ＫLを一定にすれば、位置偏差ΔθはワークＷの重量の増加に比例してリニアに増加すると考えられる。
　また、逆特性モデル５０における３次微分以上の項（ａ３ｓ3～ａ５ｓ5）については、負荷イナーシャＪLに比例して補償量が決定されており、テーブル２に載置するワークＷの重量の増加に比例して位置偏差Δθがリニアに増加すると考えることができる。
　従って、テーブル２にワークＷを載置しない無負荷時の負荷イナーシャＪL0における位置偏差Δθと、想定される最大重量のワークＷをテーブル２に載置した最大負荷時の負荷イナーシャＪLにおける位置偏差Δθのデータがあれば、このデータから、未知の重量のワークＷをテーブル２に載置したときの負荷イナーシャＪL1を推定することができる。
　そこで、図３に示す実機の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）において、前記無負荷時の場合と前記最大負荷時実施の場合に対し、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１へ位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１による送り系２２の負荷位置制御試験を実施する。そして、前記無負荷時において生じる位置偏差ΔθL0と、最大負荷時において生じる位置偏差ΔθLMとを測定する。
　或いは、図２に示すような負荷位置制御システムのモデルを用いて、前記無負荷時の場合と前記最大負荷時実施の場合に対し、フィードバック制御系２１のモデルへ前記位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施する。そして、前記無負荷時において生じる位置偏差ΔθL0と、前記最大負荷時において生じる位置偏差ΔθLMとを測定する。
　なお、前述のとおり、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、テーブル２が特定（予め定めておいた）の負荷位置θLに達した時点（即ち特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じる位置偏差ΔθL0，ΔθLMを測定する。
　また、前記無負荷時の位置偏差ΔθL0を基準とすため、逆特性モデル５０における負荷イナーシャＪLは、前記無負荷時の負荷イナーシャＪL0とする。従って、前記無負荷時の位置偏差ΔθL0は、ほぼ０となる。
　位置偏差特性データ部７０には、この予め測定された前記無負荷時の位置偏差ΔθL0と、前記最大負荷時の位置偏差ΔθLMとに基づいて、負荷イナーシャＪLの増加に比例してリニアに増加する位置偏差特性データΔＶDを設定する。
　そして、ワークＷの加工を行う前に次のような方法により、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定する。
　まず、図３に示す実機の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）において、テーブル２にワークＷを載置した状態で、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１へ位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１による送り系２２の負荷位置制御試験を実施する。
　そして、位置偏差特性データ部７０では、このときに生じる位置偏差Δθ（図示例ではΔθ1）を測定（入力）する。但し、前述のとおり、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、位置偏差特性データ部７０では、テーブル２が特定（予め定めておいた）の負荷位置θLに達した時点（即ち特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じた位置偏差Δθ（図示例ではΔθ1）を測定（入力）する。
　次に、位置偏差特性データ部７０では、予め設定されている位置偏差特性データΔＶDに基づいて、前記実機の負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定（入力）した位置偏差Δθ（図示例ではΔθ1）に対応する負荷イナーシャＪL（図示例ではＪL1）を求め、この負荷イナーシャＪL（図示例ではＪL1）が、実際にテーブル２に載置したワークＷの重量に対応する負荷イナーシャＪLであると推定する。この推定された負荷イナーシャＪLは位置偏差特性データ部７０から、実機の逆特性モデル５０へ出力される。
　実機の逆特性モデル５０では、負荷イナーシャ推定モデル６０から出力された負荷イナーシャＪL（図示例ではＪL1）に基づいて、負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３～ａ５を調整（設定）する。かくして、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３～ａ５）が一致する。このため、当該ワークＷの加工を行う際には、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
　なお、上記では最大負荷時の位置偏差ΔθLMを用いて位置偏差特性データΔＶDを設定しているが、これに限定するものではなく、最大負荷以外の負荷時の位置偏差ΔθLを用いて位置偏差特性データΔＶDを設定してもよい。即ち、最大重量以外の重量のワークＷをテーブル２に載置した状態（即ち最大負荷以外の負荷状態）において、上記と同様の実機による負荷位置制御試験又は負荷位置制御シミュレーションを実施することにより、当該負荷時の位置偏差Δθを測定し、この測定した当該負荷時の位置偏差Δθと無負荷時の位置偏差Δθ0とに基づいて、負荷イナーシャＪLの増加に比例してリニアに増加する位置偏差特性データΔＶDを設定してもよい。
　（作用効果）
　以上のように、本実施の形態例２の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系２２の逆特性モデル５０を付加したフィードバック制御系２１により、逆特性モデル５０から出力される送り系２２の動的な誤差要因を補償するための補償量ＶHに基づいて、送り系２２の負荷位置θLを制御する負荷位置制御システムに対し、送り系２２の負荷イナーシャＪLを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、フィードバック制御系２１に位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθ（Δθ1）を測定し、又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、フィードバック制御系２１のモデルに前記位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθ（Δθ1）を測定し、予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθ（Δθ0）と、負荷時に前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθ（ΔθM）とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャＪLの増加に比例して位置偏差Δθがリニアに増加する位置偏差特性データΔＶDに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した位置偏差Δθ（Δθ1）に対応する負荷イナーシャＪL（ＪL1）を求め、この負荷イナーシャＪL（ＪL1）が実機の送り系２２の負荷イナーシャＪLであると推定することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャＪLを容易に推定することができる。
　そして、本実施の形態例２の制御パラメータ調整方法によれば、前記負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャＪLに基づいて、実機の逆特性モデル５０に含まれている負荷イナーシャＪLを調整することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３～ａ５）を一致させることができる。このため、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
　なお、上記実施の形態例１，２では推定した負荷イナーシャＪLによって逆特性モデル５０の負荷イナーシャＪLを調整しているが、これだけに限らず、加工条件に関する制御パラメータなどのような逆特性モデル５０の負荷イナーシャＪL以外の制御パラメータも、推定した負荷イナーシャＪLによって調整するようにしてもよい。例えば、推定した負荷イナーシャＪLを位置偏差特性データ部７０や負荷イナーシャ推定モデル６０からＮＣ装置４１へも出力するようにし、この推定した負荷イナーシャＪLによって、ＮＣ装置４１で設定する加減速時間やコーナ速度加速度などの制御パラメータの調整を行うようにしてもよい。
　また、上記実施の形態例１，２では本発明をテーブル２の送り系２２に適用する場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明はテーブル２以外の送り系（、例えばサドルやラムなどの送り系）に適用することもできる。例えば、図４において、アタッチメント８や工具９の重量が変化する場合には、本発明をサドル５やラム６の送り系に適用することも有効である。
　また、上記実施の形態例１，２では本発明をサーボモータ２３やボールスクリュー２７などから成る送り系２２に適用する場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明は、その他の構成の送り系（例えば油圧ポンプ、油圧モータ、油圧シリンダなどを用いた送り系など）にも適用することができる。
　また、上記実施の形態例１，２では工作機械の送り系に適用した場合について説明したが、必ずしもこれに限定するものではなく、本発明は工作機械以外の産業機械の送り系にも適用することができる。
　＜逆特性モデルの係数の演算手法の説明＞
　ここで逆特性モデル５０における各係数ａ１～ａ５を設定（演算）した演算手法について説明する。
　図２に示す機械系モデルにおいて、トルク及び速度の逆特性モデルの伝達関数は、次のようにして計算できる。まず、運動方程式から、下記の（１）式及び（２）式が求められる。なお、（１）式は、サーボモータ２３の特性をモデル化したモータ伝達関数に関して入出力の関係を示す運動方程式であり、（２）式は、負荷であるテーブル２及びワークＷの特性をモデル化した負荷伝達関数に関して入出力の関係を示す運動方程式である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　上記の（１）式及び（２）式より、下記の（３）式及び（４）式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　誤差０で負荷（テーブル２及びワークＷ）を移動させるためには、負荷位置θLが位置指令θと一致するように補償制御をすればよい。即ち、θ＝θLとなるように補償制御をすればよい。このようにθ＝θLとするためには、トルク指令τを（３）式の右辺の｛　｝内の式（第１の伝達関数式）でフィードフォワード補償制御をし、速度指令Ｖを（４）式の右辺の（　）内の式（第２の伝達関数式）でフィードフォワード補償制御をすればよい。なお（４）式において、θMｓはモータ速度ＶMと等価である。
　（３）式において、θLをθに置換してから、指令速度Ｖτに置き換えると、（３）式は下記の（５）式となる。（５）式は（３）式に比例積分演算器３４に設定した比例積分演算式の逆演算式を掛けたものである。換言すると、（３）式を比例積分演算器３４に設定した比例積分演算式で除算したものが（５）式となる。（５）式の右辺においてθを除く部分が第３の伝達関数式となる。また、（４）式においてθLをθに置換してから、（４）式を変形すると、下記の（６）式となる。負荷位置θLが位置指令θと一致するように補償制御をするには、θとθLの誤差を０とするための補償速度ＶHを、（５）式と（６）式を加えたものにすればよく、これは下記の（７）式で示される。（７）式の右辺のうちのθを除く部分が第４の伝達関数式である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　（７）式のままでは、微分次数で式をまとめることはできないが、精度にあまり影響しないＣL項を（７）式から削除すると、下記の（８）式が得られる。（８）式の右辺のうちのθを除く部分が、補償制御用伝達関数である。（８）式を係数ａ１～ａ５に置き換えると、下記の（９）式が得られる。従って、（８）式及び（９）式から、各係数ａ１～ａ５が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　本発明は負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法に関するものであり、工作機械などのフィードバック制御系に付加した送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する場合に適用して有用なものである。
　１　ベッド、　２　テーブル、　２１　フィードバック制御系、　２２　送り系、　２３　サーボモータ、　２４　減速ギヤ装置、　２４ａ　モータ側ギヤ、　２４ｂ　負荷側ギヤ、　２５　ベアリング、　２６　ブラケット、　２７　ボールスクリュー、　２７ａ　ネジ部、　２７ｂ　ナット部、　２８　位置検出器、　２９　パルスエンコーダ、　３１　位置偏差演算部、　３２　乗算部、　３３　速度偏差演算部、　３４　比例積分演算部、　３５　電流制御部、　３６　微分演算部、　４１　ＮＣ装置、　５０　逆特性モデル、　５１　１次微分項演算部、　５２　２次微分項演算部、　５３　３次微分項演算部、　５４　４次微分項演算部、　５５　５次微分項演算部、　５６　加算部、　５７　比例積分逆伝達関数部、　６０　負荷イナーシャ推定モデル、　６１　トルク偏差演算部、　６２，６３　サーボモータに関する伝達関数のブロック、　６４，６５，６６　テーブル及びボールスクリューに関する伝達関数のブロック、　６７　位置偏差演算部、　７０　位置偏差特性データ部

Claims (3)

  1. 　送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
    　前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
    　前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなるまで、前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなれば、このときの前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャが、前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
    を特徴とする負荷イナーシャ推定方法。
  2. 　送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
    　前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
    　又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差を測定し、
    　予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差と、負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャの増加に比例して位置偏差がリニアに増加する位置偏差特性データに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した前記位置偏差に対応する負荷イナーシャを求め、この負荷イナーシャが前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
    を特徴とする負荷イナーシャ推定方法。
  3. 　送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法であって、
    　請求項１又は２の負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャに基づいて、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整することを特徴とする制御パラメータ調整方法。
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