JP3497991B2 - 駆動系の総合剛性測定装置 - Google Patents
駆動系の総合剛性測定装置Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、サーボモータによ
り制御対象の位置を制御する位置制御システムに関する
ものである。
り制御対象の位置を制御する位置制御システムに関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】図5は、サーボモータにより制御対象の
位置を制御する位置制御システムの制御対象の一例であ
るボールネジ駆動系の概略機構を1軸分示したものであ
り、以下この動作について説明する。サーボモータ10
0が回転すると、モータに結合され減速機構をなすギヤ
列101a,101b、ボールネジのネジ部102(以
降単にボールネジと称す)が回転する。この回転運動は
ボールネジナット103により直線運動に変換され、ナ
ットに結合されたテーブル104は、この変換によりボ
ールネジ軸方向(以降単に軸方向と称す)上を移動す
る。ボールネジは、モータ側及び反モータ側のベアリン
グ(105aと105b)とブラケット(106aと1
06b)により支持されており、ブラケットは機械本体
にリジットに結合されている。モータ位置検出器107
はモータに結合されてモータ位置xmを検出している。
位置を制御する位置制御システムの制御対象の一例であ
るボールネジ駆動系の概略機構を1軸分示したものであ
り、以下この動作について説明する。サーボモータ10
0が回転すると、モータに結合され減速機構をなすギヤ
列101a,101b、ボールネジのネジ部102(以
降単にボールネジと称す)が回転する。この回転運動は
ボールネジナット103により直線運動に変換され、ナ
ットに結合されたテーブル104は、この変換によりボ
ールネジ軸方向(以降単に軸方向と称す)上を移動す
る。ボールネジは、モータ側及び反モータ側のベアリン
グ(105aと105b)とブラケット(106aと1
06b)により支持されており、ブラケットは機械本体
にリジットに結合されている。モータ位置検出器107
はモータに結合されてモータ位置xmを検出している。
【0003】ここで、ボールネジ駆動系にはバックラッ
シュが無く、且つサーボモータ100からの出力トルク
及び駆動系外部からの外力が一切働かない状態で、モー
タ位置xmとモータ軸換算された制御対象位置xi(以
降テーブル位置xiと称す)は一致していると仮定す
る。この仮定下でのボールネジ駆動系において、サーボ
モータ100がトルクを出力すると、トルクは各機構部
を伝達しテーブル104の駆動トルクτrになるが、機
構各部の剛性よりなる総合剛性のため、駆動トルクτr
の大きさに応じて、モータ軸換算されたテーブル位置x
iとモータ位置xmの間に位置偏差つまり橈みが発生す
る。
シュが無く、且つサーボモータ100からの出力トルク
及び駆動系外部からの外力が一切働かない状態で、モー
タ位置xmとモータ軸換算された制御対象位置xi(以
降テーブル位置xiと称す)は一致していると仮定す
る。この仮定下でのボールネジ駆動系において、サーボ
モータ100がトルクを出力すると、トルクは各機構部
を伝達しテーブル104の駆動トルクτrになるが、機
構各部の剛性よりなる総合剛性のため、駆動トルクτr
の大きさに応じて、モータ軸換算されたテーブル位置x
iとモータ位置xmの間に位置偏差つまり橈みが発生す
る。
【0004】図6及び図7は、図5のボールネジ駆動系
の総合剛性を測定する従来の測定方法を説明する図であ
る。前述した図5と同一部分については同一名称及び同
一番号を付して説明を省略する。図6において、固定部
108は機械本体にリジットに結合されており、機械本
体同様に剛体とする。ここで、サーボモータ100から
テーブル104が固定部108を押しつける方向(図中
の正方向)のトルクを出力させる。この場合、出力トル
クτはモータ軸換算されたテーブル104の駆動トルク
τrになるから、図7に示す様に出力トルクτと、モー
タ位置xmの関係を数点測定すれば、モータ軸換算され
た総合剛性Kは、数1として算出できる。
の総合剛性を測定する従来の測定方法を説明する図であ
る。前述した図5と同一部分については同一名称及び同
一番号を付して説明を省略する。図6において、固定部
108は機械本体にリジットに結合されており、機械本
体同様に剛体とする。ここで、サーボモータ100から
テーブル104が固定部108を押しつける方向(図中
の正方向)のトルクを出力させる。この場合、出力トル
クτはモータ軸換算されたテーブル104の駆動トルク
τrになるから、図7に示す様に出力トルクτと、モー
タ位置xmの関係を数点測定すれば、モータ軸換算され
た総合剛性Kは、数1として算出できる。
【数1】K=Δτ/Δxm
尚、総合剛性Kは、一般にテーブル位置xiにより変化
するため、固定部108の結合位置を軸方向に変えなが
ら上述の測定を繰り返し行なえば、テーブル位置に対応
した総合剛性Kが測定できる。
するため、固定部108の結合位置を軸方向に変えなが
ら上述の測定を繰り返し行なえば、テーブル位置に対応
した総合剛性Kが測定できる。
【0005】図8は、前述の方法で測定された総合剛性
を用いて、前述の橈みの影響を軽減する制御を行なうこ
とにより、高精度の位置制御を実現する従来位置制御装
置の構成例を示したブロック図である。本例は、リニア
エンコーダ等の直接位置検出器(図示しない)を装着し
て、テーブル位置xiを直接検出して位置帰還とするフ
ルクローズド位置制御装置になっている。以下、この位
置制御装置の動作について説明する。位置制御装置に
は、上位装置(図示しない)より位置指令値Xが指令さ
れる。減算器50は位置偏差X−xiを算出し、増幅器
51で位置ループゲインKv倍される。この増幅器51
の出力は、位置指令値Xを微分器57で微分した速度指
令値V及び後述する橈み速度補償値Vdfと加算器52
で加算され速度指令入力Vmとなる。減算器54は、速
度指令入力Vmからモータ位置xmを微分器53で微分
して得たモータ速度vmを減算し、速度偏差Vm−vm
を算出する。速度AMP部55により、速度偏差はPI
(比例積分)増幅され、微分器58で速度指令値Vを微
分し得た加速度指令値Aを増幅器59でトルク指令変換
定数K1倍した結果と加算器56で加算され、トルク指
令値τcとなる。
を用いて、前述の橈みの影響を軽減する制御を行なうこ
とにより、高精度の位置制御を実現する従来位置制御装
置の構成例を示したブロック図である。本例は、リニア
エンコーダ等の直接位置検出器(図示しない)を装着し
て、テーブル位置xiを直接検出して位置帰還とするフ
ルクローズド位置制御装置になっている。以下、この位
置制御装置の動作について説明する。位置制御装置に
は、上位装置(図示しない)より位置指令値Xが指令さ
れる。減算器50は位置偏差X−xiを算出し、増幅器
51で位置ループゲインKv倍される。この増幅器51
の出力は、位置指令値Xを微分器57で微分した速度指
令値V及び後述する橈み速度補償値Vdfと加算器52
で加算され速度指令入力Vmとなる。減算器54は、速
度指令入力Vmからモータ位置xmを微分器53で微分
して得たモータ速度vmを減算し、速度偏差Vm−vm
を算出する。速度AMP部55により、速度偏差はPI
(比例積分)増幅され、微分器58で速度指令値Vを微
分し得た加速度指令値Aを増幅器59でトルク指令変換
定数K1倍した結果と加算器56で加算され、トルク指
令値τcとなる。
【0006】加速度指令値Aは、テーブル位置xiの目
標加速度であり、増幅器63で、モータ軸換算テーブル
慣性モーメントIL倍されテーブル駆動トルクτrとな
る。総合剛性決定部62には、予め前述の方法で複数の
測定テーブル位置P(X)(X=a,b,・・・,n)
に対応して測定した総合剛性K(X)が設定されてい
る。総合剛性決定部62は位置指令値Xに隣接する2点
のK(X)を直線補間して実際の総合剛性Kを決定す
る。ここでは、位置指令値Xとテーブル位置xiの間の
位置偏差による総合剛性Kの変化量が極めて微小である
ために、テーブル位置xiに代えて位置指令値Xを用い
ることで総合剛性Kを決定している。増幅器64ではテ
ーブル駆動トルクτrが1/K倍されて橈み量が算出さ
れ、次に微分器65で微分されて橈み速度補償値Vdf
になる。この様に、この位置制御装置では、加減速トル
クにより発生する橈みの時間微分値を加算した速度指令
入力Vmを作成し、これに従ってモータ速度vmを制御
することで、モータ位置xmに橈み分重畳した動作を実
行させ、加減速時の位置制御の高精度化を目指した構成
をとっている。
標加速度であり、増幅器63で、モータ軸換算テーブル
慣性モーメントIL倍されテーブル駆動トルクτrとな
る。総合剛性決定部62には、予め前述の方法で複数の
測定テーブル位置P(X)(X=a,b,・・・,n)
に対応して測定した総合剛性K(X)が設定されてい
る。総合剛性決定部62は位置指令値Xに隣接する2点
のK(X)を直線補間して実際の総合剛性Kを決定す
る。ここでは、位置指令値Xとテーブル位置xiの間の
位置偏差による総合剛性Kの変化量が極めて微小である
ために、テーブル位置xiに代えて位置指令値Xを用い
ることで総合剛性Kを決定している。増幅器64ではテ
ーブル駆動トルクτrが1/K倍されて橈み量が算出さ
れ、次に微分器65で微分されて橈み速度補償値Vdf
になる。この様に、この位置制御装置では、加減速トル
クにより発生する橈みの時間微分値を加算した速度指令
入力Vmを作成し、これに従ってモータ速度vmを制御
することで、モータ位置xmに橈み分重畳した動作を実
行させ、加減速時の位置制御の高精度化を目指した構成
をとっている。
【0007】パワー増幅部60は、電力増幅器(図示し
ない)とサーボモータ(ここでは図示しない)で構成さ
れており、トルク指令値τcをモータ出力トルクτに増
幅するもので、その増幅率はトルク変換定数Ctで表さ
れる。対象システム66は、例えば図5のボールネジ駆
動系を示している。直接位置検出器の位置検出値xi’
は位置制御装置に取り込まれ、増幅器61で数2に示す
モータ軸位置換算定数C1倍されてテーブル位置xiと
なる。
ない)とサーボモータ(ここでは図示しない)で構成さ
れており、トルク指令値τcをモータ出力トルクτに増
幅するもので、その増幅率はトルク変換定数Ctで表さ
れる。対象システム66は、例えば図5のボールネジ駆
動系を示している。直接位置検出器の位置検出値xi’
は位置制御装置に取り込まれ、増幅器61で数2に示す
モータ軸位置換算定数C1倍されてテーブル位置xiと
なる。
【数2】xi=C1・xi’=(xi’/P)・2π・
(N2/N1) ここで、Pはボールネジ102の1回転送り量、N1,
N2は、ギヤ列101a,101bの歯数を示す。尚、
図8中の微分器のSは、微分動作を示すラプラス変換の
演算子である。
(N2/N1) ここで、Pはボールネジ102の1回転送り量、N1,
N2は、ギヤ列101a,101bの歯数を示す。尚、
図8中の微分器のSは、微分動作を示すラプラス変換の
演算子である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上述べてきた従来の
総合剛性の測定方法によれば、テーブルを固定するため
の図6の固定部108の取付け作業を始めとするセッテ
ィングに多大な時間を要し、且つこの時間は軸方向上の
測定点数に比例して増大する問題があった。また、この
方法で測定した総合剛性を予め設定した前述の位置制御
装置では、総合剛性の経年変化に起因した橈みの変動に
対応し、これを補償する位置制御が不可能であった。
総合剛性の測定方法によれば、テーブルを固定するため
の図6の固定部108の取付け作業を始めとするセッテ
ィングに多大な時間を要し、且つこの時間は軸方向上の
測定点数に比例して増大する問題があった。また、この
方法で測定した総合剛性を予め設定した前述の位置制御
装置では、総合剛性の経年変化に起因した橈みの変動に
対応し、これを補償する位置制御が不可能であった。
【0009】本発明は、これらの問題を解消するために
なされたもので、本発明の目的は、リアルタイムで総合
剛性の測定を可能にする総合剛性測定装置の提供と、こ
の測定装置を搭載した位置制御により、総合剛性の経年
変化に追従可能な橈み補償動作を有するフルクローズド
位置制御装置を提供することにある。
なされたもので、本発明の目的は、リアルタイムで総合
剛性の測定を可能にする総合剛性測定装置の提供と、こ
の測定装置を搭載した位置制御により、総合剛性の経年
変化に追従可能な橈み補償動作を有するフルクローズド
位置制御装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、サーボモータ
により制御対象の位置を制御する位置制御システムに関
するもので、本発明の前記目的は、演算周期Tの演算周
期信号を発生し、当該演算周期信号に同期して位置制御
装置のトルク指令値τcとモータ位置xm及び位置制御
装置から入力あるいは位置制御システム外部から入力算
出される制御対象位置xiを用いて、前記演算周期信号
に同期して駆動系の総合剛性を測定出力する総合剛性測
定装置と、当該総合剛性測定装置を搭載した位置制御装
置によって達成される。
により制御対象の位置を制御する位置制御システムに関
するもので、本発明の前記目的は、演算周期Tの演算周
期信号を発生し、当該演算周期信号に同期して位置制御
装置のトルク指令値τcとモータ位置xm及び位置制御
装置から入力あるいは位置制御システム外部から入力算
出される制御対象位置xiを用いて、前記演算周期信号
に同期して駆動系の総合剛性を測定出力する総合剛性測
定装置と、当該総合剛性測定装置を搭載した位置制御装
置によって達成される。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明における総合剛性測定装置
は、図8に示した様なフルクローズド位置制御装置によ
り制御される制御対象に対しては、予め搭載されている
直接位置検出器(図示しない)を用いて位置制御装置で
算出されるテーブル位置xiを利用するが、直接位置検
出器が搭載されないセミクローズド位置制御される制御
対象に対しては、図5の駆動系のテーブル位置xiを検
出するため、機械外部にレーザー測長器(図示しない)
を設置する。レーザー測長器より出力される位置検出値
を前述同様にxi’とすると、モータ軸換算したテーブ
ル位置xiは同様に数2で得られる。次に、図5で示し
たモータ位置xmとテーブル位置xiの数値間には、通
常、サーボモータの出力トルク及び駆動系外部からの外
力が一切働かない状態で、オフセット値が存在するが、
今、図5において、負方向に駆動系のバックラッシュが
つまっている状態でのオフセット値をOfと定義し、ト
ルクの符号も位置の符号と同方向にとれば、テーブル駆
動トルクτrとモータ位置xmとテーブル位置xiの間
には次の関係が成立する。
は、図8に示した様なフルクローズド位置制御装置によ
り制御される制御対象に対しては、予め搭載されている
直接位置検出器(図示しない)を用いて位置制御装置で
算出されるテーブル位置xiを利用するが、直接位置検
出器が搭載されないセミクローズド位置制御される制御
対象に対しては、図5の駆動系のテーブル位置xiを検
出するため、機械外部にレーザー測長器(図示しない)
を設置する。レーザー測長器より出力される位置検出値
を前述同様にxi’とすると、モータ軸換算したテーブ
ル位置xiは同様に数2で得られる。次に、図5で示し
たモータ位置xmとテーブル位置xiの数値間には、通
常、サーボモータの出力トルク及び駆動系外部からの外
力が一切働かない状態で、オフセット値が存在するが、
今、図5において、負方向に駆動系のバックラッシュが
つまっている状態でのオフセット値をOfと定義し、ト
ルクの符号も位置の符号と同方向にとれば、テーブル駆
動トルクτrとモータ位置xmとテーブル位置xiの間
には次の関係が成立する。
【数3】(xm−xi)−Of=τr/K (τr
<−αの場合)
<−αの場合)
【数4】(xm−xi)−Of−B=τr/K (τr
>αの場合)但し、Bは駆動系のバックラッシュを示
し、測定トルクリミットαはバックラッシュが一方向に
つまった状態を保証するための正符号を持つ定数であ
る。
>αの場合)但し、Bは駆動系のバックラッシュを示
し、測定トルクリミットαはバックラッシュが一方向に
つまった状態を保証するための正符号を持つ定数であ
る。
【0012】一方、テーブル駆動トルクτrは、モータ
軸換算したモータ側慣性モーメント(モータ+ギヤ列+
ボールネジ)Iaと、モータ出力トルクτ及びモータ位
置xmの2階微分値であるモータ加速度amにより、
軸換算したモータ側慣性モーメント(モータ+ギヤ列+
ボールネジ)Iaと、モータ出力トルクτ及びモータ位
置xmの2階微分値であるモータ加速度amにより、
【数5】τr=τ−Ia・am=Ct・τc−Ia・a
m と表わすことができる。
m と表わすことができる。
【0013】図1は直接位置検出器が搭載されないセミ
クローズド位置制御される制御対象に対する、本発明に
よる総合剛性測定装置の構成を示すブロック図である。
総合剛性測定装置1には、モータ位置xmと前述のレー
ザー測長器からの位置検出値xi’及び位置制御装置の
トルク指令値τcが入力される。演算周期信号発生部3
は、外部から予め設定された演算周期T毎に、演算周期
信号を発生させる。xm,xi’,τcは、演算周期信
号に同期して動作するサンプルホールド部2a,2b,
2cによりラッチされ、xm[i],xi’[i],τ
c[i]となり総合剛性演算部4に入力される。総合剛
性演算部4には予め全て正値を持つ、モータ側慣性モー
メントIa,測定トルクリミットα,測定速度aリミッ
トβa,測定速度bリミットβb,トルク変換定数C
t,モータ軸位置換算定数C1が設定されており、前述
の演算周期信号に同期して総合剛性算出演算を実行し、
測定テーブル位置P(X)と対応する総合剛性K(X)
を出力する。
クローズド位置制御される制御対象に対する、本発明に
よる総合剛性測定装置の構成を示すブロック図である。
総合剛性測定装置1には、モータ位置xmと前述のレー
ザー測長器からの位置検出値xi’及び位置制御装置の
トルク指令値τcが入力される。演算周期信号発生部3
は、外部から予め設定された演算周期T毎に、演算周期
信号を発生させる。xm,xi’,τcは、演算周期信
号に同期して動作するサンプルホールド部2a,2b,
2cによりラッチされ、xm[i],xi’[i],τ
c[i]となり総合剛性演算部4に入力される。総合剛
性演算部4には予め全て正値を持つ、モータ側慣性モー
メントIa,測定トルクリミットα,測定速度aリミッ
トβa,測定速度bリミットβb,トルク変換定数C
t,モータ軸位置換算定数C1が設定されており、前述
の演算周期信号に同期して総合剛性算出演算を実行し、
測定テーブル位置P(X)と対応する総合剛性K(X)
を出力する。
【0014】図2は、総合剛性演算部4の演算周期毎の
動作を説明するフローチャートである。演算周期信号が
与えられxm[i],xi’[i],τc[i]が入力
されると、ステップs1で(xm[i−1]−xi[i
−1])が算出される。但し、xm[i−1]及びxi
[i−1]は先回の演算周期で算出され、後述するステ
ップs9で保持された諸量である。合わせてステップs
1では、下式により、モータ速度vm[i],モータ加
速度am[i−1],テーブル位置xi[i]が算出さ
れる。
動作を説明するフローチャートである。演算周期信号が
与えられxm[i],xi’[i],τc[i]が入力
されると、ステップs1で(xm[i−1]−xi[i
−1])が算出される。但し、xm[i−1]及びxi
[i−1]は先回の演算周期で算出され、後述するステ
ップs9で保持された諸量である。合わせてステップs
1では、下式により、モータ速度vm[i],モータ加
速度am[i−1],テーブル位置xi[i]が算出さ
れる。
【数6】
vm[i]=(xm[i]−xm[i−1])/T
am[i−1]=(xm[i]−2・xm[i−1]+
xm[i−2])/(T^2) xi[i]=C1・xi’[i] 但し、xm[i−2]は先々回の演算周期で入力され、
後述するステップs9で保持された量である。また、^
2は2乗を示す。
xm[i−2])/(T^2) xi[i]=C1・xi’[i] 但し、xm[i−2]は先々回の演算周期で入力され、
後述するステップs9で保持された量である。また、^
2は2乗を示す。
【0015】ステップs2は、粘性抵抗の影響に配慮し
た動作である。粘性抵抗トルクは速度に比例して増大す
るが、数5ではこれを考慮していない。このため、粘性
抵抗による総合剛性演算の演算誤差の発生を抑えるた
め、モータ速度vm[i]の絶対値が、測定速度aリミ
ットβa以下であり、且つ(vm[i]−vi[i])
の絶対値が、測定速度bリミットβb以下である場合に
ついてのみ演算を行なう様にしている。数7はテーブル
速度Vi[i]の算出式を示す。
た動作である。粘性抵抗トルクは速度に比例して増大す
るが、数5ではこれを考慮していない。このため、粘性
抵抗による総合剛性演算の演算誤差の発生を抑えるた
め、モータ速度vm[i]の絶対値が、測定速度aリミ
ットβa以下であり、且つ(vm[i]−vi[i])
の絶対値が、測定速度bリミットβb以下である場合に
ついてのみ演算を行なう様にしている。数7はテーブル
速度Vi[i]の算出式を示す。
【数7】
Vi[i]=(xi[i]−xi[i−1])/T
ステップs2では以上の条件を満たさない場合は、ステ
ップs9に動作が飛ぶ。一方、制御対象の粘性抵抗が十
分小さく、その影響が全ての駆動速度範囲で無視できる
場合は斜線矢印のごとくステップs2は除去され無条件
にステップs3に進む。尚、この場合は測定速度aリミ
ットβa及び測定速度bリミットβbの初期設定は不要
となる。
ップs9に動作が飛ぶ。一方、制御対象の粘性抵抗が十
分小さく、その影響が全ての駆動速度範囲で無視できる
場合は斜線矢印のごとくステップs2は除去され無条件
にステップs3に進む。尚、この場合は測定速度aリミ
ットβa及び測定速度bリミットβbの初期設定は不要
となる。
【0016】ステップs3は、前述の数5に対応するも
ので、次の数8によりテーブル駆動トルクτr[i−
1]を算出する。
ので、次の数8によりテーブル駆動トルクτr[i−
1]を算出する。
【数8】τr[i−1]=Ct・τc[i−1]−Ia
・am[i−1] ステップs4は、駆動系のバックラッシュが一方向につ
まった状態を保証し、前述の数3または数4の成立条件
を得るための動作である。τr[i−1]>αが成立す
る場合は1を、τr[i−1]<−αが成立する場合は
2を、共に成立しない場合は0を、レジスタSQにセッ
トする。
・am[i−1] ステップs4は、駆動系のバックラッシュが一方向につ
まった状態を保証し、前述の数3または数4の成立条件
を得るための動作である。τr[i−1]>αが成立す
る場合は1を、τr[i−1]<−αが成立する場合は
2を、共に成立しない場合は0を、レジスタSQにセッ
トする。
【0017】ステップs5は、総合剛性算出演算の実行
条件を確認するステップである。先回の演算周期までに
レジスタSQ=1または2が成立しており、今回演算周
期で全く同じ条件が再度成立する場合は、ステップs7
に進み後述のステップs6で過去に保持されたτr[i
−1]とxm[i−1]−xi[i−1]を用いて後述
のステップs8に示す総合剛性算出演算実行条件とな
る。また今回の演算周期で、レジスタSQ=1または2
が成立しているが、先回の演算周期までに全く同じ条件
が成立していない場合は、ステップs6に進む。尚、今
回の演算周期でレジスタSQ=0の場合はステップs9
に動作が飛ぶ。ステップs6では、ステップs3とステ
ップs1で算出されたτr[i−1]と(xm[i−
1]−xi[i−1])をバッファに保持し、レジスタ
SQをレジスタSQBに移す。
条件を確認するステップである。先回の演算周期までに
レジスタSQ=1または2が成立しており、今回演算周
期で全く同じ条件が再度成立する場合は、ステップs7
に進み後述のステップs6で過去に保持されたτr[i
−1]とxm[i−1]−xi[i−1]を用いて後述
のステップs8に示す総合剛性算出演算実行条件とな
る。また今回の演算周期で、レジスタSQ=1または2
が成立しているが、先回の演算周期までに全く同じ条件
が成立していない場合は、ステップs6に進む。尚、今
回の演算周期でレジスタSQ=0の場合はステップs9
に動作が飛ぶ。ステップs6では、ステップs3とステ
ップs1で算出されたτr[i−1]と(xm[i−
1]−xi[i−1])をバッファに保持し、レジスタ
SQをレジスタSQBに移す。
【0018】ステップs7で演算可能と判定されると、
ステップs8では総合剛性算出演算を実行し、測定テー
ブル位置P(X)と対応する総合剛性K(X)を出力す
る。ステップs8に進む前述の条件より、過去(i=j
とする)の演算周期において、ステップs6で保持され
たτr[j−1],(xm[j−1]−xi[j−
1])と、今回(i=hとする)演算周期で算出された
τr[h−1],(xm[h−1]−xi[h−1])
の間には、
ステップs8では総合剛性算出演算を実行し、測定テー
ブル位置P(X)と対応する総合剛性K(X)を出力す
る。ステップs8に進む前述の条件より、過去(i=j
とする)の演算周期において、ステップs6で保持され
たτr[j−1],(xm[j−1]−xi[j−
1])と、今回(i=hとする)演算周期で算出された
τr[h−1],(xm[h−1]−xi[h−1])
の間には、
【数9】(xm[j−1]−xi[j−1])−Of=
τr[j−1]/K (τr<−αの場合) (xm[h−1]−xi[h−1])−Of=τr[h
−1]/K または、
τr[j−1]/K (τr<−αの場合) (xm[h−1]−xi[h−1])−Of=τr[h
−1]/K または、
【数10】(xm[j−1]−xi[j−1])−Of
−B=τr[j−1]/K (τr>αの場合) (xm[h−1]−xi[h−1])−Of−B=τr
[h−1]/K が成立する。つまり、どちらの場合も各式内の2式を減
算することで、オフセット値Of及び駆動系のバックラ
ッシュBを相殺することができる。このためステップs
8では、測定テーブル位置P(X)と対応する総合剛性
K(X)を
−B=τr[j−1]/K (τr>αの場合) (xm[h−1]−xi[h−1])−Of−B=τr
[h−1]/K が成立する。つまり、どちらの場合も各式内の2式を減
算することで、オフセット値Of及び駆動系のバックラ
ッシュBを相殺することができる。このためステップs
8では、測定テーブル位置P(X)と対応する総合剛性
K(X)を
【数11】
P(X)=(xi[j−1]+xi[h−1])/2
K(X)=(τr[j−1]−τr[h−1])/
{(xm[j−1]−xi[j−1])−(xm[h−
1]−xi[h−1])} として算出及び出力する。
{(xm[j−1]−xi[j−1])−(xm[h−
1]−xi[h−1])} として算出及び出力する。
【0019】以上より、ステップs7の演算可能判定条
件は、ステップs8に先行して、
件は、ステップs8に先行して、
【数12】(τr[j−1]−τr[h−1])≠0
{(xm[j−1]−xi[j−1])−(xm[h−
1]−xi[h−1])}≠0 の2条件をチェックすることになる。ステップs8で
は、総合剛性算出演算を実行後、同演算が1回終了した
ことを示すために演算レジスタSQBに0をセットす
る。ステップs9では、次回以降の演算周期で利用する
ため、今回演算周期で検出または算出されたxm[i−
1],xm[i],xi[i],τc[i]を各々xm
[i−2],xm[i−1],xi[i−1],τc[i
−1]に保持しておく。
1]−xi[h−1])}≠0 の2条件をチェックすることになる。ステップs8で
は、総合剛性算出演算を実行後、同演算が1回終了した
ことを示すために演算レジスタSQBに0をセットす
る。ステップs9では、次回以降の演算周期で利用する
ため、今回演算周期で検出または算出されたxm[i−
1],xm[i],xi[i],τc[i]を各々xm
[i−2],xm[i−1],xi[i−1],τc[i
−1]に保持しておく。
【0020】以上は、直接位置検出器が搭載されないセ
ミクローズド位置制御される制御対象に対する総合剛性
測定装置の動作を説明してきたが、直接位置検出器が搭
載されフルクローズド位置制御される制御対象に対して
は、位置制御装置のモータ軸換算されたテーブル位置x
iを図1の位置検出値xi’に代えて利用できるから、
総合剛性測定装置の動作に関して前述のステップ1数6
におけるxi[i]の算出は不要になり、合わせて総合
剛性演算部4に対するモータ軸位置換算定数C1の初期
設定も不要になる。
ミクローズド位置制御される制御対象に対する総合剛性
測定装置の動作を説明してきたが、直接位置検出器が搭
載されフルクローズド位置制御される制御対象に対して
は、位置制御装置のモータ軸換算されたテーブル位置x
iを図1の位置検出値xi’に代えて利用できるから、
総合剛性測定装置の動作に関して前述のステップ1数6
におけるxi[i]の算出は不要になり、合わせて総合
剛性演算部4に対するモータ軸位置換算定数C1の初期
設定も不要になる。
【0021】図3は、本発明による総合剛性測定装置1
を搭載したフルクローズド位置制御装置を示すブロック
図である。前述した図8と同一部分については同一名称
及び同一番号を付して説明を省略する。本例では、総合
剛性測定装置には、位置制御装置で算出されるテーブル
位置xiが直接入力されるため、総合剛性演算部4のス
テップs1における数6で示したテーブル位置xi
[i]の算出は不要になる。一方、総合剛性測定装置の
出力である測定テーブル位置P(X)と対応する総合剛
性K(X)が総合剛性決定部62に出力されている。こ
れにより総合剛性決定部62は、総合剛性測定装置より
総合剛性算出演算が1回終了毎に入力される測定テーブ
ル位置P(X)と対応する総合剛性K(X)に基づい
て、位置指令値Xに隣接する2点のK(X)を直線補間
して実際の総合剛性Kを決定することになり、従来不可
能であった総合剛性の経年変化に起因した橈みの変動に
対応し、これを補償する位置制御が可能になる。
を搭載したフルクローズド位置制御装置を示すブロック
図である。前述した図8と同一部分については同一名称
及び同一番号を付して説明を省略する。本例では、総合
剛性測定装置には、位置制御装置で算出されるテーブル
位置xiが直接入力されるため、総合剛性演算部4のス
テップs1における数6で示したテーブル位置xi
[i]の算出は不要になる。一方、総合剛性測定装置の
出力である測定テーブル位置P(X)と対応する総合剛
性K(X)が総合剛性決定部62に出力されている。こ
れにより総合剛性決定部62は、総合剛性測定装置より
総合剛性算出演算が1回終了毎に入力される測定テーブ
ル位置P(X)と対応する総合剛性K(X)に基づい
て、位置指令値Xに隣接する2点のK(X)を直線補間
して実際の総合剛性Kを決定することになり、従来不可
能であった総合剛性の経年変化に起因した橈みの変動に
対応し、これを補償する位置制御が可能になる。
【0022】図4は、本発明による総合剛性測定装置を
搭載したフルクローズド位置制御装置の他例を示すブロ
ック図である。前述した図3と同一部分については同一
名称及び同一番号を付して説明を省略する。本例では、
総合剛性決定部62を除去し、総合剛性測定装置1の出
力である総合剛性K(X)を実際の総合剛性Kとする構
成をとっている。このため、総合剛性測定装置内で総合
剛性算出演算の条件未成立がある時間継続して、総合剛
性の測定テーブル位置と現在のテーブル位置xiが離れ
てしまうことがあるため、制御対象の総合剛性がテーブ
ル位置により変動する度合いが小さい駆動系に適してい
る。
搭載したフルクローズド位置制御装置の他例を示すブロ
ック図である。前述した図3と同一部分については同一
名称及び同一番号を付して説明を省略する。本例では、
総合剛性決定部62を除去し、総合剛性測定装置1の出
力である総合剛性K(X)を実際の総合剛性Kとする構
成をとっている。このため、総合剛性測定装置内で総合
剛性算出演算の条件未成立がある時間継続して、総合剛
性の測定テーブル位置と現在のテーブル位置xiが離れ
てしまうことがあるため、制御対象の総合剛性がテーブ
ル位置により変動する度合いが小さい駆動系に適してい
る。
【0023】
【発明の効果】以上説明した様に、本発明による総合剛
性測定装置によれば、モータ位置xmとテーブル位置x
i及び位置制御装置のトルク指令値τcから、駆動系の
総合剛性を演算するため、予め搭載されている直接位置
検出器を利用できるフルクローズド位置制御装置により
制御される制御対象に対しては、ほとんどセッティング
に時間を要さず総合剛性の測定ができる。また、制御対
象を実際に駆動しながらリアルタイムでテーブル位置に
応じた総合剛性を測定できるため、直接位置検出器が搭
載されないセミクローズド位置制御される制御対象に対
しても、複数の測定点毎に従来必要であったセッティン
グ作業を全く不要にでき、結果として総合剛性測定時間
を大幅に短縮できる。加えて、特にフルクローズド位置
制御装置により制御される制御対象に対しては、位置制
御装置内に本発明による総合剛性測定装置を搭載するこ
とで、従来不可能であった総合剛性の経年変化に起因し
た橈みの変動に対応し、これを補償する位置制御が可能
になる。
性測定装置によれば、モータ位置xmとテーブル位置x
i及び位置制御装置のトルク指令値τcから、駆動系の
総合剛性を演算するため、予め搭載されている直接位置
検出器を利用できるフルクローズド位置制御装置により
制御される制御対象に対しては、ほとんどセッティング
に時間を要さず総合剛性の測定ができる。また、制御対
象を実際に駆動しながらリアルタイムでテーブル位置に
応じた総合剛性を測定できるため、直接位置検出器が搭
載されないセミクローズド位置制御される制御対象に対
しても、複数の測定点毎に従来必要であったセッティン
グ作業を全く不要にでき、結果として総合剛性測定時間
を大幅に短縮できる。加えて、特にフルクローズド位置
制御装置により制御される制御対象に対しては、位置制
御装置内に本発明による総合剛性測定装置を搭載するこ
とで、従来不可能であった総合剛性の経年変化に起因し
た橈みの変動に対応し、これを補償する位置制御が可能
になる。
【図1】 本発明による総合剛性測定装置の構成の1例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
【図2】 本発明による総合剛性演算部4の演算周期毎
の動作を説明するフローチャートである。
の動作を説明するフローチャートである。
【図3】 本発明による総合剛性測定装置を搭載したフ
ルクローズド位置制御装置構成の1例を示すブロック図
である。
ルクローズド位置制御装置構成の1例を示すブロック図
である。
【図4】 本発明による総合剛性測定装置を搭載したフ
ルクローズド位置制御装置構成の他の1例を示すブロッ
ク図である。
ルクローズド位置制御装置構成の他の1例を示すブロッ
ク図である。
【図5】 位置制御システムの制御対象の一例であるボ
ールネジ駆動系の概略機構を1軸分示した図である。
ールネジ駆動系の概略機構を1軸分示した図である。
【図6】 ボールネジ駆動系の総合剛性を測定する従来
の測定方法を説明する図である。
の測定方法を説明する図である。
【図7】 ボールネジ駆動系の総合剛性を測定する従来
の測定方法を説明する図である。
の測定方法を説明する図である。
【図8】 従来フルクローズド位置制御装置構成の1例
を示すブロック図である。
を示すブロック図である。
1 総合剛性測定装置、2a,2b,2c サンプルホ
ールド部、3 演算周期信号発生部、4 総合剛性演算
部、50 減算器、51 増幅器、52 加算器、53
微分器、54 減算器、55 速度AMP部、56
加算器、57微分器、58 微分器、59 増幅器、6
0 パワー増幅部、61 増幅器、62 総合剛性決定
部、63 増幅器、64 増幅器、65 微分器、66
対象システム、100 サーボモータ、101a,1
01b ギヤ列、102 ボールネジのネジ部、103
ボールネジナット、104 テーブル、105a,1
05b ベアリング、106a,106b ブラケッ
ト、107 モータ位置検出器、108 固定部。
ールド部、3 演算周期信号発生部、4 総合剛性演算
部、50 減算器、51 増幅器、52 加算器、53
微分器、54 減算器、55 速度AMP部、56
加算器、57微分器、58 微分器、59 増幅器、6
0 パワー増幅部、61 増幅器、62 総合剛性決定
部、63 増幅器、64 増幅器、65 微分器、66
対象システム、100 サーボモータ、101a,1
01b ギヤ列、102 ボールネジのネジ部、103
ボールネジナット、104 テーブル、105a,1
05b ベアリング、106a,106b ブラケッ
ト、107 モータ位置検出器、108 固定部。
Claims (5)
- 【請求項1】 サーボモータにより制御対象の位置を制
御するフルクローズド位置制御システムにおいて、予め
設定された演算周期Tにより演算周期信号を発生する演
算周期信号発生部と、前記演算周期信号に同期して位置
制御装置のサーボモータに対するトルク指令値とモータ
位置及び制御対象位置をサンプルホールドするサンプル
ホールド部と、予め設定されたモータ側慣性モーメント
Iaとトルク換算定数Ctと測定トルクリミットαを用
いて前記演算周期信号に同期して駆動系の総合剛性演算
を実行し測定制御対象位置P(X)と当該位置に対応す
る総合剛性K(X)を出力する総合剛性演算部よりなる
総合剛性測定装置。 - 【請求項2】 サーボモータにより制御対象の位置を制
御するセミクローズド位置制御システムにおいて、予め
設定された演算周期Tにより演算周期信号を発生する演
算周期信号発生部と、前記演算周期信号に同期して位置
制御装置のサーボモータに対するトルク指令値とモータ
位置及び位置制御システム外部からの制御対象位置をサ
ンプルホールドするサンプルホールド部と、予め設定さ
れたモータ側慣性モーメントIaとトルク換算定数Ct
と測定トルクリミットαとモータ軸位置換算定数C1を
用いて前記演算周期信号に同期して駆動系の総合剛性演
算を実行し測定制御対象位置P(X)と当該位置に対応
する総合剛性K(X)を出力する総合剛性演算部よりな
る総合剛性測定装置。 - 【請求項3】 サーボモータにより制御対象の位置を制
御するフルクローズド位置制御システムにおいて、請求
項1記載の総合剛性演算部に予め測定速度aリミットβ
a及び測定速度bリミットβbを設定したことを特徴と
する請求項1記載の総合剛性測定装置。 - 【請求項4】 サーボモータにより制御対象の位置を制
御するセミクローズド位置制御システムにおいて、請求
項2記載の総合剛性演算部に予め測定速度aリミットβ
a及び測定速度bリミットβbを設定したことを特徴と
する請求項2記載の総合剛性測定装置。 - 【請求項5】 サーボモータにより制御対象の位置を制
御するフルクローズド位置制御システムにおいて、請求
項1または請求項3記載の総合剛性測定装置を搭載した
ことを特徴とする位置制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15410498A JP3497991B2 (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 駆動系の総合剛性測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP15410498A JP3497991B2 (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 駆動系の総合剛性測定装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11345025A JPH11345025A (ja) | 1999-12-14 |
JP3497991B2 true JP3497991B2 (ja) | 2004-02-16 |
Family
ID=15577019
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP15410498A Expired - Fee Related JP3497991B2 (ja) | 1998-06-03 | 1998-06-03 | 駆動系の総合剛性測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3497991B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4784826B2 (ja) * | 2006-04-25 | 2011-10-05 | 株式会社安川電機 | システム同定装置およびそれを備えたモータ制御装置 |
JP5739400B2 (ja) | 2012-11-30 | 2015-06-24 | ファナック株式会社 | 被駆動体の位置補正機能を有するサーボ制御装置 |
JP6420388B2 (ja) * | 2017-03-13 | 2018-11-07 | ファナック株式会社 | サーボモータ制御装置、及び、サーボモータ制御システム |
JP6445079B2 (ja) | 2017-04-26 | 2018-12-26 | ファナック株式会社 | サーボモータ制御装置、及び、サーボモータ制御システム |
JP6568147B2 (ja) | 2017-06-06 | 2019-08-28 | ファナック株式会社 | サーボモータ制御装置 |
JP6568148B2 (ja) | 2017-06-06 | 2019-08-28 | ファナック株式会社 | サーボモータ制御装置 |
-
1998
- 1998-06-03 JP JP15410498A patent/JP3497991B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11345025A (ja) | 1999-12-14 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121128 Year of fee payment: 9 |
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LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |