WO2022080216A1 - サーボ制御装置 - Google Patents

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高志 岡本
有紀 森田
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Definitions

  • the present invention relates to a servo control device, and more particularly to a servo control device to which learning control by an angle synchronization method is applied.
  • a feed shaft control unit that controls at least one feed shaft by a position command is a composite command obtained by adding a position deviation and a swing command. It is described that it is configured to control the feed shaft based on the swing command and includes a learning control unit that performs learning control based on the swing phase obtained from the swing command and the synthesis command.
  • Patent Document 2 describes a swing taken out from a position deviation in a servo control device of a machine tool that swings based on a distribution command of each axis of a machine tool having a plurality of control axes and an angle with the spindle. It is described that learning control is performed to calculate the fluctuation correction amount based on the dynamic frequency component. It is said that a machine tool having this configuration can perform a highly accurate swing operation even when a high swing frequency is used.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 are both angle-synchronous learning controls, and are machine tools capable of acquiring phase data from the frequency of the spindle of the machine tool provided with the spindle. It is a prerequisite. For example, when swinging is performed in a processing machine that does not have a spindle, such as a laser processing device that has a galvano structure, the phase data of the spindle cannot be obtained. Cannot be used, and the above learning control cannot be applied.
  • the servo control device of the present disclosure is a servo control device that controls a servo motor, and when only a repeatable swing command is acquired from a higher-level control device, the swing is described. From the command cycle or frequency data and the servo control cycle of the servo control device, phase data for each servo control cycle is created, or from the host control device, there is repeatability in the non-repeatable movement command. When the command with the swing command superimposed is acquired, the period or frequency data of only the part of the swing command in the command in which the repeatable swing command is superimposed on the non-repeatable movement command, and the servo control.
  • a servo control device including a phase data creation unit that creates phase data for each servo control cycle from the servo control cycle of the device, and a learning control unit that performs learning control by an angle synchronization method based on the phase data. be.
  • the phase data is created for each servo control cycle, and the learning control is performed based on the phase data. Even when machining with rocking motion is performed by a machining machine that cannot acquire data, the learning control of the angle synchronization method can be applied, and high-precision control is possible.
  • FIG. 1 is a control block diagram of a servo control device according to an embodiment of the present disclosure.
  • the host control device 20 notifies the servo control device 10 of a command signal and data related to the cycle thereof, and the servo control device 10 performs learning control. It is applied, the output is expanded and adjusted by the amplifier 30, and the motor 40 is driven and controlled.
  • the servo control device 10 includes a phase data creation unit 11, a learning control unit 12, a position / speed / current control unit 13, a first adder 14, and a second adder 15.
  • a command signal is sent from the host control device 20 to the first adder 14 of the servo control device 10, and data regarding the cycle or frequency of the command signal is passed to the phase data creation unit 11.
  • the phase data creation unit 11 creates phase data for each servo cycle and sends it to the learning control unit 12. The creation of phase data will be described in detail later.
  • the first adder 14 the deviation between the command signal sent from the upper control device 20 and the signal fed back from the motor 40 is obtained and sent to the learning control unit 12 and the second adder 15.
  • the learning control unit 12 the deviation between the command signal from the upper control device 20 and the signal fed back from the motor 40 obtained by the first adder 14 based on the phase data created by the phase data creation unit 11. Learning control is performed.
  • the learning control improves the followability to a periodic command by obtaining a correction amount based on the integrated deviation up to one cycle before and correcting the input command (deviation), and is itself known in the past. belongs to.
  • the control of the angle synchronization method is adopted, but in order to perform the learning control, the position data (phase data) based on the frequency of the main axis is required, and conventionally, the main axis is provided. This learning control could not be applied to the non-processing machine.
  • the phase data creating unit 11 creates phase data for each servo cycle and learns control. It is configured to be sent to the unit 12.
  • the deviation of the command signal from the upper control device 20 obtained by the first adder 14 and the signal fed back from the motor 40, and the output from the learning control unit 12 are added by the second adder 15, and the position, speed, and It is output to the current control unit 13.
  • the position / speed / current control unit 13 calculates the drive voltage of the motor 40 from the input position command / speed command / current command, and drives the motor 40 by the output expanded / adjusted by the amplifier 30.
  • the host control device 20 outputs cycle or frequency data of the normal movement command 21 without repeatability and the swing command 22 with repeatability to the servo control device 10.
  • the period or frequency data of the normal movement command 21 without repeatability and the swing command 22 with repeatability may be the cycle or frequency data of only the swing command 22 with repeatability, or may be repeatability. It may be the period or frequency data of only the part of the repeatable swing command 22 in the command in which the repeatable swing command 22 is superimposed on the normal movement command 21 without the repeatability.
  • FIG. 2 a normal movement command and a repeatable swing command will be described.
  • the reciprocating swing command is superimposed on the normal movement command in the direction perpendicular to the direction of the reciprocating motion by the repeatable swing command, and the reciprocating motion is vertical every cycle. It depicts an operation (raster operation) that fills a certain area by moving a certain amount in the direction.
  • the normal movement command is a non-repeating command, for example, there is a trapezoidal command shown as a representative diagram on the right side of FIG.
  • the repetitive swing command is a command that repeats a reciprocating operation, and for example, there is a wave type (sine wave or the like) command shown as a representative diagram on the right side of FIG.
  • FIG. 3 shows a repeatable swing command.
  • the vertical axis represents the command position (distance), and the horizontal axis represents the elapsed time t.
  • the command position returns to the original command position every time the time T1 elapses due to the repeatability (reciprocation) of the command, and the cycle is T1.
  • FIG. 4 shows the phase data corresponding to the repeatable swing command of FIG.
  • the vertical axis represents the phase
  • the horizontal axis represents the elapsed time t.
  • a constant phase advances every time a certain time elapses, and every time the time of the period T1 elapses and the phase advances 360 °, the original (0 °) Return to the phase of. That is, the phase is proportional to the time t within the period of the period T1. This is shown in FIG.
  • phase returns to the original (0 °) phase every time the phase advances 360 ° after the time of the period T1 elapses, but it is also possible that the phase is further added from 360 °. ..
  • the phase is added from 360 ° as the time elapses.
  • the phase is proportional to the time t for the entire period, not limited to the period of the period T1. This situation is shown in FIG.
  • the vertical axis represents the phase
  • the horizontal axis represents the elapsed time t.
  • the servo control device receives the frequency of the repetitive swing command from the host control device (step S11). This data is input to the phase data creation unit in the servo control device.
  • phase data that serves as a reference for creating correction data is created (step S12).
  • step S13 the learning control is applied based on the phase data created in step S12 (step S13), and this flow ends.
  • correction is made from the frequency (cycle) and control cycle of the repeatable swing command notified from the host control device.
  • step S21 a movement command in which a repeatable swing command is superimposed on a normal movement command without repeatability is created.
  • the servo control device receives the frequency of the superimposition command (only the swing command in) created in step S21 from the host control device (step S22). This data is input to the phase data creation unit in the servo control device.
  • phase data that serves as a reference for creating correction data is created (step S23).
  • step S24 the learning control is applied based on the phase data created in step S23 (step S24), and this flow ends.
  • the learning control is applied based on the phase data created in step S23 (step S24), and this flow ends.
  • the phase data that is the reference for creating the correction data from the frequency (cycle) and control cycle of only the command, it is possible to apply the learning control.
  • phase data is created for each servo control cycle, and learning control is performed based on the phase data. Therefore, since the servo control device does not have a spindle, it is directly from the frequency of the spindle. Even when machining with swinging motion is performed by a machining machine that cannot acquire phase data, the learning control of the angle synchronization method can be applied and the followability to periodic commands can be improved. became. Therefore, the servo control device of the present invention is expected to perform high-precision control in a machine tool having no spindle.
  • the servo control device of the present disclosure in the case of notifying the servo control device of the period or frequency data of the normal movement command without repeatability and the swing command with repeatability from the host control device, it is usually used. Even when the movement command and the cycle or frequency data of the repeatable swing command are notified separately, the cycle or frequency data of the command in which the repeatable swing command is superimposed on the normal movement command is transmitted. It is possible to respond even in the case of notification, and it can be said that the versatility has been enhanced.

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Abstract

主軸を有さない加工機において揺動動作を行う場合であっても、角度同期方式の学習制御を適用できる制御装置を提供することを目的とする。 上位制御装置から通知される繰り返し性のない通常の移動指令及び繰り返し性のある揺動指令の周期に関するデータと、サーボ制御装置のサーボ制御周期から、サーボ制御周期ごとの位相データを作成する位相データ作成部と、前記位相データをもとに学習制御を行う学習制御部と有する構成によって、主軸を有さない加工機においても角度同期方式の学習制御を適用できるようになった。

Description

サーボ制御装置
 本発明は、サーボ制御装置に関し、特に、角度同期方式による学習制御を適用するサーボ制御装置に関する。
 従来より、サーボ製装置で制御される工作機械においては、揺動動作において高精度の指令値を生成するために、学習制御が取り入れられてきた。
 特許文献1には、揺動切削を行う工作機械の制御装置において、位置指令により少なくとも一つの送り軸を制御する送り軸制御部は、位置偏差と揺動指令を加算して得られる合成指令に基づいて送り軸を制御するように構成され、揺動指令から求められる揺動位相と合成指令に基づいて学習制御を行う学習制御部を具備するものが記載されている。そして、揺動切削に学習制御を適用することによって、工具又はワークを加工送り方向に相対的に揺動させる周期的な動作指令に対して高精度な制御が可能になるとされている。
 特許文献2には、複数の制御軸を備えた工作機械の各軸の配分指令と、主軸との角度とに基づいて揺動動作を行う工作機械のサーボ制御装置において、位置偏差から取り出した揺動周波数成分に基づいて揺動補正量を計算する学習制御を行うことが記載されている。そして、この構成を有する工作機械は、高い揺動周波数を利用する場合でも、高精度な揺動動作が可能となるとされている。
特開2019-28597号公報 特開2017-182336号公報
 上記のように、揺動動作を行う工作機械のサーボ制御装置において学習制御を取り入れることにより、高精度な制御が可能になることは知られている。しかしながら、特許文献1及び特許文献2の学習制御は、いずれも、角度同期方式の学習制御であって、主軸を備えた工作機械の主軸の周波数から位相データを取得可能な工作機械であることが前提となっている。例えば、ガルバノ構造を備えたレーザ加工装置のような、主軸を備えない加工機において揺動動作を行う場合には、主軸の位相データを得ることができないため、従来においては、角度同期方式の制御を用いることができず、上記の学習制御は適用できなかった。
 主軸を有さない加工機において揺動動作を行う場合においても、高精度な制御を可能とすべく、学習制御を取り入れた制御装置を構築することが求められている。本開示は、上記のように、主軸を有さない加工機において揺動動作を行う場合であっても、角度同期方式の学習制御を適用できる制御装置を提供することを目的とする。
 上記の課題を解決するため、本開示のサーボ制御装置は、サーボモータを制御するサーボ制御装置であって、上位制御装置から、繰り返し性のある揺動指令のみを取得したときに、前記揺動指令の周期もしくは周波数のデータと、前記サーボ制御装置のサーボ制御周期から、前記サーボ制御周期ごとの位相データを作成するか、または、上位制御装置から、繰り返し性のない移動指令に繰り返し性のある揺動指令を重畳した指令を取得したときに、繰り返し性のない移動指令に繰り返し性のある揺動指令を重畳した指令における前記揺動指令の部分のみの周期もしくは周波数のデータと、前記サーボ制御装置のサーボ制御周期から、前記サーボ制御周期ごとの位相データを作成する位相データ作成部と、前記位相データをもとに角度同期方式による学習制御を行う学習制御部と、を備えるサーボ制御装置である。
 本開示のサーボ制御装置によれば、サーボ制御周期ごとの位相データを作成し、この位相データをもとに学習制御を行う構成によって、主軸を有さないために主軸の周波数から直接的に位相データを取得できないような加工機によって揺動動作を伴う加工を行う場合であっても、角度同期方式の学習制御を適用でき、高精度な制御が可能となった。
本開示の一実施形態に係るサーボ制御装置の制御ブロック図である。 本開示の通常の移動指令及び繰り返し性のある揺動指令を説明する図である。 繰り返し性のある揺動指令を示す図である。 繰り返し性のある揺動指令に対応した位相データを示す図である。 繰り返し性のある揺動指令に対応した位相データと等価な図である。 サーボ制御周期ごとの位相データを示す図である。 本開示の実施例を示すフロー図である。 本開示の別の実施例を示すフロー図である。
 以下、本開示の実施形態について、図面を参照して、詳細に説明する。
 図1は、本開示の一実施形態に係るサーボ制御装置の制御ブロック図である。図1に示すように、本開示の一実施形態に係るサーボ制御装置においては、上位制御装置20から指令信号やその周期に関するデータがサーボ制御装置10に通知され、サーボ制御装置10において学習制御が適用され、アンプ30で出力の拡張・調整が行われて、モータ40を駆動制御する。
 サーボ制御装置10は、位相データ作成部11、学習制御部12、位置・速度・電流制御部13、第1加算器14、及び、第2加算器15を備える。
 上位制御装置20から、サーボ制御装置10の第1加算器14に指令信号が送られるとともに、指令信号の周期または周波数に関するデータが位相データ作成部11に渡される。位相データ作成部11では、サーボ周期ごとの位相データが作成され、学習制御部12に送られる。位相データの作成については後に詳述する。一方で、第1加算器14では、上位制御装置20から送られた指令信号と、モータ40からフィードバックされた信号の偏差が求められ、学習制御部12及び第2加算器15に送られる。
 学習制御部12では、位相データ作成部11で作成された位相データに基づいて、第1加算器14で求められた上位制御装置20からの指令信号とモータ40からフィードバックされた信号の偏差に対しての、学習制御が行われる。
 学習制御は、1周期前までの積算偏差により補正量を求めて、入力された指令(偏差)を補正することにより周期的な指令への追従性を向上させるもので、それ自体は従来より公知のものである。本開示の実施形態においては、角度同期方式の制御が採用されるところ、学習制御を行うためには、主軸の周波数に基づく位置データ(位相データ)が必要であり、従来においては、主軸を有さない加工機においては、この学習制御は適用できなかった。本開示の実施形態においては、主軸を有さない加工機においても角度同期方式の学習制御が適用できるようにするために、位相データ作成部11においてサーボ周期ごとの位相データを作成し、学習制御部12に送る構成としたものである。
 第1加算器14で求められた上位制御装置20からの指令信号とモータ40からフィードバックされた信号の偏差と、学習制御部12からの出力は第2加算器15で加算され、位置・速度・電流制御部13に出力される。位置・速度・電流制御部13では、入力された位置指令・速度指令・電流指令からモータ40の駆動電圧を算出し、アンプ30で拡張・調整された出力により、モータ40が駆動される。
 上位制御装置20は、繰り返し性のない通常の移動指令21と繰り返し性のある揺動指令22の周期または周波数のデータをサーボ制御装置10に出力する。繰り返し性のない通常の移動指令21と繰り返し性のある揺動指令22の周期または周波数のデータは、繰り返し性のある揺動指令22のみの周期または周波数のデータであってもよいし、繰り返し性のない通常の移動指令21に繰り返し性のある揺動指令22を重畳した指令における繰り返し性のある揺動指令22の部分のみの周期または周波数のデータであってもよい。
 次に、図2において、通常の移動指令と繰り返し性のある揺動指令について説明する。図2の左側に、繰り返し性のある揺動指令に、その繰り返し性のある揺動指令による往復動作の方向と垂直の方向の通常の移動指令を重畳して、往復動作を1周期ごとに垂直方向に一定量移動させて一定領域を塗りつぶすような動作(ラスター動作)を描写している。
 通常の移動指令は、繰り返し性のない指令で、例えば、図2の右側に代表図として記載されている台形の指令がある。また、繰り返し性のある揺動指令は、往復する動作を繰り返す指令で、例えば、図2の右側に代表図として記載されている波型(正弦波など)の指令がある。
 次に、位相データの作成に関して、繰り返し性のある揺動指令から位相データを作成する方法について、図3から図6を用いて説明する。図3には、繰り返し性のある揺動指令が示されている。縦軸は指令位置(距離)を表し、横軸は経過した時間tを表す。図3の繰り返し性のある揺動指令においては、指令の繰り返し性(往復性)により、時間T1が経過するごとに指令位置がもとの指令位置に戻っており、周期がT1である。
 図3の繰り返し性のある揺動指令に対応する位相データを図4に示す。縦軸は位相を表し、横軸は経過した時間tを表す。繰り返し性のある揺動指令の位相においては、一定の時間が経過するごとに一定の位相が進み、そして、周期T1の時間が経過して位相が360°進むごとに、もと(0°)の位相に戻る。すなわち、周期T1の期間内では位相は時間tに比例する。図4にはこの様子が示されている。
 図4においては、周期T1の時間が経過して位相が360°進むごとにもと(0°)の位相に戻るとしたが、360°からさらに位相が加算されるとすることも可能である。周期T1の時間が経過して位相が360°進んだ後は、時間が経過すると、位相は360°から加算される。この場合は、周期T1の期間内に限定されずに、全期間において、位相は時間tに比例する。この様子が図5に示されている。縦軸は位相を表し、横軸は経過した時間tを表す。
 図5の例において、繰り返し性のある揺動指令の周期をT1、経過した時間をtとすると、位相θは、時間tの関数θ(t)として次の式(1)で表される。
[数1]
θ(t)=360×(t/T1)・・・式(1)
 ここで、サーボ制御装置におけるサーボ制御周期をTsとすると、サーボ制御周期の1周期ごとに時間Tsが経過することになるから、サーボ制御周期の1周期の経過時における位相θ(t)は、t=Tsを代入して、
[数2]
θ(Ts)=360×(Ts/T1)・・・式(2)
となる。
 そして、サーボ制御周期のn周期(n=1,2,3・・・)が経過したときの位相θは、周期nの関数θ(n)として、
[数3]
θ(n)=360×(n・Ts/T1)・・・式(3)
となる。この様子を図6に示す。縦軸は位相を表し、横軸は経過した時間tを表す。
 上述においては、上位制御装置から繰り返し性のある揺動指令の周期T1のデータが通知されることを前提としたが、上位制御装置から繰り返し性のない通常の移動指令に繰り返し性のある揺動指令を重畳した指令における揺動指令のみの周期T2のデータが通知される場合もあり得る。その場合においても、同様に、サーボ制御周期のn周期(n=1,2,3・・・)が経過したときの位相θ(n)は、
[数4]
θ(n)=360×(n・Ts/T2)・・・式(4)
となる。
 次に、本開示のサーボ制御の1つの実施形態について、図7のフロー図を用いて説明する。初めに、サーボ製制御装置は、上位制御装置から繰り返し性のある揺動指令の周波数を受信する(ステップS11)。このデータは、サーボ制御装置における位相データ作成部に入力される。
 次に、ステップS11で受信した周波数と制御周期から、補正データ作成の基準となる位相データを作成する(ステップS12)。この補正データ作成の基準となる位相データは、前述のように、受信した周波数の周期をT1、サーボ制御周期をTs、経過したサーボ制御周期の数をn(n=1,2,3・・・)とすると、位相θ(n)=360×(n・Ts/T1)で求められるものである。
 最後に、ステップS12で作成された位相データをもとに学習制御を適用し(ステップS13)、このフローを終了する。本開示の実施形態においては、主軸の回転数から位相データを取得できないような加工機においても、上位制御装置から通知される繰り返し性のある揺動指令の周波数(周期)と制御周期から、補正データ作成の基準となる位相データを作成したことにより、学習制御を適用することが可能になったものである。
 次に、本開示のサーボ制御の別の実施形態について、図8のフロー図を用いて説明する。初めに、上位盛業装置において、繰り返し性のない通常の移動指令に対して繰り返し性のある揺動指令を重畳した移動指令を作成する(ステップS21)。
 次に、サーボ制御装置は、上位制御装置から、ステップS21で作成した、重畳指令(における揺動指令のみ)の周波数を受信する(ステップS22)。このデータは、サーボ制御装置における位相データ作成部に入力される。
 次に、ステップS22で受信した周波数と制御周期から、補正データ作成の基準となる位相データを作成する(ステップS23)。この補正データ作成の基準となる位相データは、前述のように、受信した重畳指令における揺動指令のみの周波数の周期をT2、サーボ制御周期をTs、経過したサーボ制御周期の数をn(n=1,2,3・・・)とすると、位相θ(n)=360×(n・Ts/T2)で求められるものである。
 最後に、ステップS23で作成された位相データをもとに学習制御を適用し(ステップS24)、このフローを終了する。本開示の実施形態においては、主軸の回転数から位相データを取得できないような加工機においても、上位制御装置から通知される繰り返し性のある揺動指令と通常の移動指令の重畳指令における揺動指令のみの周波数(周期)と制御周期から、補正データ作成の基準となる位相データを作成したことにより、学習制御を適用することが可能になったものである。
 本開示の発明のサーボ制御装置においては、サーボ制御周期ごとの位相データを作成し、この位相データをもとに学習制御を行う構成によって、主軸を有さないために主軸の周波数から直接的に位相データを取得できないような加工機によって揺動動作を伴う加工を行う場合であっても、角度同期方式の学習制御を適用でき、周期的な指令への追従性を向上させることができるようになった。よって、本開示の発明のサーボ制御装置により、主軸を有さない工作機械における高精度の制御が期待される。
 また、本開示の発明のサーボ制御装置においては、上位制御装置からサーボ制御装置へ繰り返し性のない通常の移動指令及び繰り返し性のある揺動指令の周期または周波数のデータを通知するものにおいて、通常の移動指令と繰り返し性のある揺動指令の周期または周波数のデータとを個別に通知する場合においても、通常の移動指令に繰り返し性のある揺動指令を重畳した指令の周期または周波数のデータを通知する場合においても対応することができ、汎用性が高まったものであるということができる。
 以上、本発明の実施に関して、実施態様について説明したが、本発明はこうした実施態様に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々なる態様で実施できるものであることは勿論である。
 10 サーボ制御装置
 11 位相データ作成部
 12 学習制御部
 13 位置・速度・電流制御部
 14 第1加算器
 15 第2加算器
 20 上位制御装置
 21 通常の移動指令
 22 繰り返し性のある揺動指令
 30 アンプ
 40 モータ

Claims (3)

  1.  サーボモータを制御するサーボ制御装置であって、
     上位制御装置から、繰り返し性のある揺動指令のみを取得したときに、前記揺動指令の周期もしくは周波数のデータと、前記サーボ制御装置のサーボ制御周期から、前記サーボ制御周期ごとの位相データを作成するか、または、
     上位制御装置から、繰り返し性のない移動指令に繰り返し性のある揺動指令を重畳した指令を取得したときに、繰り返し性のない移動指令に繰り返し性のある揺動指令を重畳した指令における前記揺動指令の部分のみの周期もしくは周波数のデータと、前記サーボ制御装置のサーボ制御周期から、前記サーボ制御周期ごとの位相データを作成する位相データ作成部と、
     前記位相データをもとに角度同期方式による学習制御を行う学習制御部と、
     を備えるサーボ制御装置。
  2.  上位制御装置から、繰り返し性のある揺動指令のみを取得したとき、繰り返し性のある揺動指令の周期をT1、サーボ制御装置におけるサーボ制御周期をTs、経過したサーボ制御周期の数をn(n=1,2,3・・・)とするとき、前記位相データ作成部は、前記サーボ制御周期ごとの位相θ(n)を、次の式(1)により求めるものである、
     請求項1に記載のサーボ制御装置。
    [数1]
    θ(n)=360×(n・Ts/T1)・・・式(1)
  3.  上位制御装置から、繰り返し性のない移動指令に繰り返し性のある揺動指令を重畳した指令を取得したとき、繰り返し性のない移動指令に繰り返し性のある揺動指令を重畳した重畳指令における前記揺動指令の部分のみの周期をT2、サーボ制御装置におけるサーボ制御周期をTs、経過したサーボ制御周期の数をn(n=1,2,3・・・)とするとき、前記位相データ作成部は、前記サーボ制御周期ごとの位相θ(n)を、次の式(2)により求めるものである、
     請求項1に記載のサーボ制御装置。
    [数2]
    θ(n)=360×(n・Ts/T2)・・・式(2)
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