KR101359790B1

KR101359790B1 - 서보 제어 장치

Info

Publication number: KR101359790B1
Application number: KR1020117017166A
Authority: KR
Inventors: 가쯔요시 다께우찌; 히데아끼 야마모또
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2010-06-10
Publication date: 2014-02-07
Also published as: US8723472B2; CN102301297B; TWI427452B; EP2447801A4; CN102301297A; JP5308249B2; KR20110098843A; JP2011003137A; TW201115291A; US20110285340A1; EP2447801B1; EP2447801A1; WO2010150663A1

Abstract

위치 제어의 정밀도 향상을 실현하기 위해, 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 나사 이송부와, 나사 이송부에 의해 직선 이동되는 피구동부와, 나사 이송부 및 피구동부가 지지되는 지지체를 구비하는 수치 제어 기기에 적용되어, 피구동부의 위치를 위치 지령에 일치시키도록 모터를 제어하는 서보 제어 장치이며, 지지체의 진동 반력에 의한 피구동부의 진동을 보상하는 지지체 반력 보상부(311)를 구비하고, 지지체 반력 보상부(311)가 구비하는 전달 함수에는 피구동부의 강성항이 포함되어 있는 서보 제어 장치를 제공한다.

Description

서보 제어 장치 {SERVO CONTROL DEVICE}

본 발명은 서보 제어 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 공작 기계에 사용되는 서보 제어 장치에 있어서는, 위치 제어의 정밀도 향상을 위해 다양한 제어 방법이 제안되어 있다. 도 13에 공작 기계의 개략 구성의 일례를 간단하게 도시한다. 도 13에 도시한 바와 같이, 공작 기계는 베드(1)와, 베드(1) 상에 배치된 테이블(2)을 구비하고 있다. 테이블(2)은 베드(1) 상에서 X축 방향을 따라서 이동 가능하게 설치되어 있다. 문형의 컬럼(3)에는 크로스 레일이 Y축 방향을 따라서 배치되어 있다. 크로스 레일(4)에는 램(6)을 구비한 새들(5)이 나사 결합되어 있고, Y축 방향을 따라서 이동 가능하게 설치되어 있다.

테이블(2)의 X축 방향에 있어서의 이동은 볼 나사 구동 기구에 의해 행해지도록 되어 있다. 램(6)을 구비한 새들(5)의 Y축 방향의 이동도, 컬럼(3)에 설치된 다른 볼 나사 구동 기구에 의해 행해지도록 되어 있다.

도 13에 도시된 바와 같은 비교적 대형의 공작 기계에 있어서는, 정밀도가 높은 새들(5)의 위치 제어나 테이블(2)의 속도 제어가 요구되지만, 가공 중에 있어서는, 크레스 레일(4)이나 새들(5) 및 램(6)이 이동함으로써, 컬럼 등에 저주파 진동이 발생하여, 새들(5)이나 램(6)의 위치 제어를 정확하게 행할 수 없다고 하는 문제가 있다.

이와 같은 문제를 해소하기 위해, 예를 들어 서보계나 기계계를 모델화하고, 그 모델의 역특성을 가진 전달 함수를 사용하여 피드 포워드 보상하는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

일본 특허 출원 공개 제2007-25961호 공보

그런데, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 발명에서는, 컬럼 자체의 진동에 의한 새들(5)의 위치 보상은 할 수 있지만, 컬럼의 진동에 기인하는 새들(5) 고유의 진동에는 대응할 수 없어, 원하는 위치 제어 정밀도를 유지하는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다.

또한, 특허 문헌 1 등에 기재되어 있는 발명에서는, 피드 포워드 보상 제어용 전달 함수에 있어서의 기계 상수를 동정할 필요가 있지만, 이와 같은 기계 상수의 동정을 정확하게 행하는 것은 어렵고, 기계 상수의 동정이 적절하게 행해지지 않으면, 일부러 피드 포워드 보상 제어를 행하였다고 해도 원하는 정밀도를 유지할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 위치 제어의 정밀도 향상을 실현할 수 있는 서보 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 이하의 수단을 채용한다.

본 발명은 모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 나사 이송부와, 상기 나사 이송부에 의해 직선 이동되는 피구동부와, 상기 나사 이송부 및 상기 피구동부가 지지되는 지지체를 구비하는 수치 제어 기기에 적용되어, 상기 피구동부의 위치를 위치 지령에 일치시키도록 상기 모터를 제어하는 서보 제어 장치이며, 상기 지지체의 진동 반력에 의한 상기 피구동부의 진동을 보상하는 지지체 반력 보상부를 구비하고, 상기 지지체 반력 보상부가 구비하는 전달 함수에는 상기 피구동부의 강성항이 포함되어 있는 서보 제어 장치를 제공한다.

이와 같은 구성에 따르면, 지지체 반력 보상부에 의해, 지지체가 진동하는 것에 기인하는 피구동부의 진동에 의한 위치 제어 오차를 보상하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 피구동부의 위치 제어의 정밀도를 향상시키는 것이 가능해진다. 지지체 반력 보상부가 구비하는 전달 함수에는 피구동부의 강성항이 포함되어 있으므로, 지지체의 진동이 피구동부로 전달되는 정도를 상당한 정밀도를 갖고 추정할 수 있다.

상기 서보 제어 장치에 있어서, 지지체 반력 보상부는 상기 모터의 속도 제어용 피드 포워드 제어계에 설치되어 있어도 좋다.

이와 같이, 모터의 속도 제어용 피드 포워드 제어계에 설치함으로써, 모터의 속도 보상을 정확하게 행하는 것이 가능해진다.

상기 서보 제어 장치에 있어서, 상기 지지체 반력 보상부가 구비하는 상기 전달 함수에는 상기 지지체의 강성항이 포함되어 있고, 상기 지지체의 강성항은 상기 지지체 또는 상기 피구동부에 충격을 부여하여 진동시켰을 때의 진동 공진 주파수에 기초하여 동정되는 것으로 해도 좋다.

이와 같이, 진동 공진 주파수를 사용하므로, 예를 들어 힘과 변형의 관계로부터 동정하는 방법에 비해 높은 측정 정밀도를 얻을 수 있고, 높은 동정 정밀도를 얻을 수 있다.

상기 서보 제어 장치는 상기 지지체의 강성항을 동정하는 상수 동정부를 구비하고 있어도 좋고, 상기 상수 동정부는 상기 피구동부에 대해 충격을 부여하여 상기 피구동부를 진동시키는 충격 발생부와, 충격이 부여되었을 때의 상기 피구동부 또는 상기 지지체의 진동을 검출하는 진동 검출부와, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 진동 신호로부터 상기 피구동부의 공진 주파수를 산출하고, 이 공진 주파수로부터 상기 지지체의 강성항을 동정하는 지지체 강성항 동정부를 갖고 있어도 좋다.

이와 같이, 피구동부에 충격을 부여함으로써 피구동부를 진동시키고, 이 진동의 상태에 기초하여 지지체의 강성항을 동정하므로, 지지체의 강성항의 동정의 신뢰도를 높일 수 있다.

상기 서보 제어 장치에 있어서, 상기 지지체 반력 보상부가 구비하는 상기 전달 함수에는 상기 지지체의 점성항이 포함되어 있고, 상기 지지체의 점성항은 상기 지지체 또는 상기 피구동부에 충격을 부여하여 진동시켰을 때의 진동의 감쇠 상태에 기초하여 동정되는 것으로 해도 좋다.

이와 같이, 진동의 감쇠 상태에 기초하여 지지체의 점성항을 동정하므로, 지지체의 점성항을 용이하게 동정할 수 있다.

상기 서보 제어 장치는 상기 지지체 반력 보상부가 구비하는 상기 전달 함수에 포함되는 상수를 동정하는 상수 동정부를 구비하고 있어도 좋고, 상기 상수 동정부는 상기 피구동부에 대해 충격을 부여하여 상기 피구동부를 진동시키는 충격 발생부와, 충격이 부여되었을 때의 상기 피구동부 또는 상기 지지체의 진동을 검출하는 진동 검출부와, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 진동 신호로부터 상기 피구동부의 진동의 감쇠율을 산출하고, 상기 진동의 감쇠율로부터 상기 지지체의 점성항을 동정하는 지지체 점성항 동정부를 갖는 것으로 해도 좋다.

이와 같이, 피구동부에 충격을 부여함으로써 피구동부를 진동시키고, 이 진동의 상태에 기초하여 지지체의 점성항을 동정하므로, 지지체의 점성항의 동정의 신뢰도를 높일 수 있다.

상기 서보 제어 장치에 있어서, 상기 충격 발생부는 상기 피구동부를 소정의 가속도 이상으로 이동시킴으로써, 상기 피구동부를 진동시키는 것으로 해도 좋다.

이와 같이, 피구동부를 이동시킴으로써, 피구동부에 충격을 부여하여 진동을 발생시키므로, 보다 실제의 운용에 가까운 형태로 진동의 모습을 확인하는 것이 가능해진다.

상기 서보 제어 장치에 있어서, 상기 상수 동정부는 상기 상수를 동정한 후에 있어서, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 상기 피구동부의 진동의 진폭이 미리 정해진 임계값을 초과하고 있던 경우에는, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 진동 신호에 기초하여 상수의 조정을 행하는 것으로 해도 좋다.

이와 같이, 상수를 동정한 후에 있어서 그 상수가 적절한지 여부를 확인하여, 적절하지 않았던 경우에는, 적절한 값이 설정될 때까지 상수가 조정되므로, 상수의 동정 정밀도를 높일 수 있다.

상기 서보 제어 장치에 있어서, 상기 상수 동정부는 상기 수치 제어 기기가 구동하고 있는 기간에 있어서, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 진동 신호와 상기 지지체 반력 보상부의 모델로부터 산출되는 상기 피구동부의 추정 진동 신호를 비교하여, 이 비교 결과에 기초하여 상기 지지체 반력 보상부가 구비하는 전달 함수의 기계 상수를 조정하는 것으로 해도 좋다.

이와 같은 구성에 따르면, 수치 제어 기기가 구동하고 있는 기간에 있어서도 상수의 조정이 행해지므로, 항상 상수를 적절한 값으로 설정할 수 있다. 이에 의해, 피구동부의 위치 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 위치 제어의 정밀도 향상을 도모할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 서보 제어 장치의 제어 대상 기기의 개략 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 서보 제어 장치의 블록선도를 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시한 속도 피드 포워드부의 블록선도를 도시한 도면이다.
도 4는 컬럼을 포함하는 제어 대상 기기의 기계계 모델을 도시한 도면이다.
도 5는 속도 피드 포워드부를 구성하는 요소 중으로부터 컬럼 반력 보상부에 관한 요소를 추출하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 상수 동정부의 개략 구성을 도시한 도면이다.
도 7은 충격 발생부에 의해 새들에 부여되는 충격에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 컬럼 점성의 동정 방법에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 보상부의 효과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 상수 동정부의 개략 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 기계 상수 조정부의 개략 구성을 도시한 도면이다.
도 12는 도 11에 도시한 기계 상수 조정부에 의해 실시되는 처리 내용을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 서보 제어 장치가 적용되는 공작 기계의 개략 구성을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 서보 제어 장치를 도 13에 도시한 공작 기계(수치 제어 기기)에 적용하는 경우의 실시 형태에 대해 설명한다.

〔제1 실시 형태〕

도 13은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 서보 제어 장치가 적용되는 공작 기계의 개략 구성을 도시한 도면이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 공작 기계는 베드(1)와, 베드(1) 상에 배치되어, X축 방향을 따라서 이동 가능한 테이블(2)을 구비하고 있다. 테이블(2)을 걸치도록 문형의 컬럼(지지체)(3)이 배치되어 있다. 컬럼(3)에는 Y축 방향으로 크로스 레일이 설치되어 있고, 이 크로스 레일 상을 새들(피구동부)(5)이 이동함으로써, 새들(5)이 Y축 방향을 따라서 이동 가능하게 되어 있다. 새들(5)은 Z축 방향을 따라서 이동 가능한 램(6)을 구비하고 있다. 램(6)의 선단에는 절삭 가공 등을 행하는 기계 선단이 설치되어 있다. 본 실시 형태에서는 이 램(6)의 Y축 방향에 있어서의 기계 선단 위치를 지령 위치(θ)에 일치시키도록 새들(5)의 위치를 제어하는 것을 목적으로 하고 있다.

도 1에, 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치의 제어 대상 기기의 개략 구성을 도시한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제어 대상 기기는 모터(12)의 회전 운동을 볼 나사 너트(10)가 볼 나사축(11)으로 이루어지는 볼 나사 이송부(나사 이송부)(9)에 의해 직선 운동으로 변환하고, 부하인 새들(5)을 직선 이동(Y축 방향으로 이동)시키는 공작 기계의 볼 나사 구동 기구이다. 모터(12)에는 모터 속도(ω_M)를 검출하여 출력하는 모터 인코더(13)가 배치되어 있다. 리니어 스케일(14)은 새들(5)의 위치를 나타내는 부하 위치(θ_L)를 검출하여 출력한다. 볼 나사 구동 기구에서는 모터(12)가 회전 구동하여 볼 나사축(11)이 회전하면, 볼 나사 너트(10) 및 볼 나사 너트(10)에 고정 연결한 새들(5)이 직선 이동하도록 되어 있다.

도 2는 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치의 블록선도를 도시한 도면이다. 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치(100)는 새들(5)에 설치된 램(6)의 Y축 방향에 있어서의 기계 선단 위치를 지령 위치(θ)에 일치시키기 위한 지령 토크(τ)를 연산하여, 이 지령 토크(τ)를 출력 신호로서 모터(12)에 출력하는 장치이다.

새들(5)은, 도 13에 도시된 바와 같이 컬럼(3)에 설치되어 있다. 절삭 가공 등을 행할 때에, 새들(5)이 Y축 방향으로 이동하거나, 램(6)이 Z축 방향으로 이동하면, 컬럼(3)에 진동이 발생하고, 이 진동이 새들(5)이나 램(6)의 위치 제어의 정밀도에 영향을 미치게 된다. 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치(100)는 이와 같은 컬럼(3)의 진동에 기인하는 위치 제어 오차를 보상하기 위한 기계 휨 보상부(200)를 구비하고 있다. 또한, 모터(12)나 새들(5)에 발생하는 「변형」, 「휨」, 「점성」 등의 위치 오차 요인을 보상하여, 새들(5)의 위치 제어의 정밀도를 향상시키기 위한 속도 피드 포워드부(201)가 설치되어 있다. 기계 휨 보상부(200) 및 속도 피드 포워드부(201)의 상세에 대해서는 후술한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 서보 제어 장치(100)는 기계 휨 보상부(200), 속도 피드 포워드부(201), 감산부(101), 승산부(102), 감산부(103) 및 비례 적분 연산부(104)를 갖고 있다.

기계 휨 보상부(200)는 지령 위치(θ)를 후술하는 전달 함수로 보상하고, 보상 후의 지령 위치(θ')를 출력한다. 감산부(101)는 컬럼 보상된 지령 위치(θ')와 부하 위치(θ_L)의 차인 편차 위치(Δθ)를 출력한다. 승산부(102)는 편차 위치(Δθ)에 위치 루프 게인(K_P)을 승산하여 편차 속도(ΔV)를 출력한다. 감산부(103)는 편차 속도(ΔV)에, 속도 피드 포워드부(201)로부터 출력되는 보상 속도(V')를 가산한 값으로부터 모터 속도(ω_M)를 감산한 지령 속도(V)를 출력한다. 비례 적분 연산부(104)는 지령 속도(V)를 비례 적분 연산하여 지령 토크(τ)를 출력한다. 비례 적분 연산부(104)에서는 속도 루프 게인(K_v), 적분 시 상수(T_v) 및 토크 상수(K_T)를 사용하여, τ＝VK_T{K_v[1＋(1/T_vs)]}라고 하는 연산을 하여 지령 토크(τ)를 구하고 있다.

이 지령 토크(τ)는 도 2에 도시한 제어 대상 기기에 부여되어, 이 지령 토크(τ)에 기초하는 각 부의 제어가 행해진다. 예를 들어, 모터(12)는 전류 제어기(도시 생략)로부터 지령 토크(τ)에 따른 전류가 공급됨으로써 회전 구동한다. 이 경우, 도시는 생략하지만, 지령 토크(τ)에 따른 전류값으로 되도록, 전류의 피드백 제어를 행하고 있다. 모터(12)의 회전 운동은 볼 나사 이송부(9)에 의해 직선 운동으로 변환되고, 이 결과, 볼 나사 이송부(9)에 나사 결합되는 볼 나사 너트(10)가 직선 이동되고, 이 볼 나사 너트(10)에 고정되어 있는 새들(5)이 볼 나사 너트(10)와 함께 이동하여, 새들(5)이 구비하는 램(6)의 선단에 설치된 기계 선단 위치가 지령 위치(θ)로 이동된다.

다음에, 속도 피드 포워드부(201)에 대해 설명한다. 속도 피드 포워드부(201)는, 도 3에 도시한 바와 같이 1차 미분항 연산부(301)와, 2차 미분항 연산부(302)와, 3차 미분항 연산부(303)와, 4차 미분항 연산부(304)와, 1차 미분항에 1차 미분 계수를 곱하는 승산부(305)와, 2차 미분항에 2차 미분 계수를 곱하는 승산부(306)와, 3차 미분항에 3차 미분 계수를 곱하는 승산부(307)와, 4차 미분항에 4차 미분 계수를 곱하는 승산부(308)와, 가산부(309)와, 속도 루프 보상부(310)와, 컬럼 반력 보상부(지지체 반력 보상부)(311)와, 감산부(312)를 구비하고 있다. 도 3에 있어서, s는 라플라스 연산자(미분 연산자)이다.

상기 1차 미분 계수로부터 4차 미분 계수는 기계계 모델에 있어서의 토크 및 속도의 역특성 모델의 전달 함수로 설정되어 있다. 상기 속도 루프 보상부(310)의 전달 함수는 위치 루프 게인(K_P), 적분 시 상수(T_v)를 사용하여, {K_P/(1＋T_vs)}로 나타내어지고, 컬럼 반력 보상부(311)의 전달 함수는 컬럼의 이너셔(J_C), 새들 및 램의 이너셔(J_L), 컬럼 점성(C_C), 이송계 강성(K_R), 컬럼의 스프링 강성(K_C)을 사용하여, {(J_CJ_L/K_R)s²/(2J_Cs²＋C_Cs＋K_C)}로 나타내어진다.

속도 피드 포워드부(201)에서는 기계 휨 보상부(200)에 의해 위치 보상이 행해진 지령 위치(θ')가 입력되면, 1차 미분 계수가 승산된 1차 미분항, 2차 미분 계수가 승산된 2차 미분항, 3차 미분 계수가 승산된 3차 미분항, 4차 미분 계수가 승산된 4차 미분항이 각각 가산부(309)에 입력됨으로써, 이들 각 다른 미분 계수값이 가산되어, 속도 루프 보상부(310)에 부여된다. 속도 루프 보상부(310)에서는 상기 전달 함수로 나타내어지는 위치 보상이 실시된 후, 감산부(312)에 출력된다.

3차 미분항 연산부(303)로부터 출력된 3차 미분항은 컬럼 반력 보상부(311)에도 입력되어, 상기 전달 함수로 나타내어지는 위치 보상으로 된 후, 감산부(312)에 출력된다. 감산부(312)에 있어서는, 속도 루프 보상부(310)로부터의 출력으로부터 컬럼 반력 보상부(311)에 의한 위치 보상량이 감산되어 보상 속도(V')가 산출되고, 이 보상 속도(V')가 도 2의 감산부(103)에 출력되게 된다.

도 2에 도시한 서보 제어 장치에서는 감산부(103)에 있어서 보상 속도(V')가 편차 속도(ΔV)에 가산됨으로써, 질점인 모터(12)나 새들(5)에 대한 「변형」, 「휨」, 「점성」 등의 오차 요인이 보상된다. 이 결과, 새들(5)의 위치 제어의 정밀도 향상이 도모된다.

다음에, 본 실시 형태의 주된 특징의 하나인 도 2에 도시한 기계 휨 보상부(200) 및 도 3에 도시한 컬럼 반력 보상부(311)에 대해 설명한다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치(100)는 새들(5)이나 램(6) 등의 이동에 의해 컬럼(3)이 진동하고, 이 컬럼(3)의 진동에 의해 기인하는 새들(5)의 진동에 의한 위치 제어의 정밀도 저하를 방지하는 것을 목적으로 하고 있다.

컬럼(3)이 진동하는 경우, 이 컬럼(3) 그 자체의 진동을 고려하여 새들(5)의 위치 제어를 행해야만 하는 동시에, 컬럼(3)의 진동의 반력에 의한 새들(5)이나 램(6)의 진동도 고려하여 새들(5)의 위치 제어를 행해야만 한다.

즉, 컬럼(3) 및 새들(5)의 강성이 모두 높은 경우에는, 새들(5)은 컬럼(3)에 맞추어 동일한 진폭, 동일한 주파수로 진동하게 된다. 따라서, 이 경우에는, 새들(5) 고유의 진동을 고려할 필요는 없고, 컬럼(3)의 진동에 의한 위치 오차만을 고려하면 되는 것으로 된다.

이에 대해, 새들(5)의 강성이 낮은 경우, 새들(5)은 컬럼(3)의 반력에 의해 진동하고, 또한 이 진동도 컬럼(3)의 진동과는 반드시 동일하게는 되지 않고, 컬럼(3)과는 다른 주기나 위상에서 진동하게 된다. 이 경우, 컬럼(3)의 진동에 의한 위치 오차뿐만 아니라, 컬럼(3)의 진동의 반력에 기인하는 새들(5)의 고유한 진동에 의한 위치 오차에 대해서도 고려하여, 이것에 수반하는 위치 제어 오차를 보상할 필요가 발생한다.

이와 같이, 본 발명은 컬럼(3)의 진동의 반력에 기인하는 새들(5)의 고유한 진동에 착안한 것으로, 이 새들(5)의 고유한 진동에 의한 위치 오차를 보상하는 것을 특징의 하나로 하고 있다.

이로 인해, 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치(100)는, 상술한 바와 같은 컬럼(3) 자신의 진동뿐만 아니라, 컬럼(3)의 진동의 반력에 의한 새들(5)의 진동에 기인하는 위치 오차를 보상하기 위한 보상 모델을 갖고 있다. 그리고, 이 보상 모델이 도 3에 도시한 컬럼 반력 보상부(311)이다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치(100)는 컬럼(3) 그 자체의 진동에 의한 위치 제어 오차를 보상하는 기계 휨 보상부(200)와, 컬럼(3)의 진동의 반력에 의한 새들(5)의 진동에 기인하는 위치 오차를 보상하기 위한 컬럼 반력 보상부(311)로 이루어지는 2개의 보상 모델을 갖고 있다. 이와 같이, 2개의 보상 모델을 가짐으로써, 컬럼의 진동에 기인하는 위치 제어의 오차를 효율적으로 해소할 수 있고, 도 13에 도시한 공작 기계에 있어서의 Y축 방향의 위치 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

다음에, 상술한 기계 휨 보상부(200) 및 컬럼 반력 보상부(311)의 전달 함수의 도출 과정에 대해 간단하게 설명한다.

도 4는 컬럼(3)을 포함하는 제어 대상 기기의 기계계 모델을 도시한 도면이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 기계계의 모델을 모터(12), 부하인 새들(5) 및 컬럼(3)을 질점으로 한 3질점계의 기계계의 모델로서 특정하고 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 모터(12)의 특성을 모델화하여 전달 함수로 나타내면, 블록(12-1)과 블록(12-2)으로 나타내어진다. J_M은 모터 이너셔를 나타내고, D_M은 모터 점성을 나타낸다. 블록(12-1)으로부터는 모터 속도(ω_M)가 출력되고, 블록(12-2)으로부터는 모터 위치(θ_M)가 출력된다.

부하인 새들(5)의 특성을 모델화하여 전달 함수로 나타내면, 블록(5-1)과 블록(5-2)으로 나타낸다. θ_M은 모터 위치, θ_L은 부하 위치, C_R은 이송계의 병진 감쇠, K_R은 이송계 강성, J_L은 새들ㆍ램 이너셔, D_L은 부하 점성(새들 점성)을 각각 나타내고 있다.

블록(5-1)은 모터 위치(θ_M)와 부하 위치(θ_L)의 편차(θ_M－θ_L)가 입력되면, 반력 토크를 출력한다. 이 반력 토크 및 컬럼 진동의 반력을 가산한 값이 블록(5-2)에 입력되면, 부하 위치(θ_L)가 출력된다.

컬럼(3)의 특성을 모델화하여 전달 함수로 나타내면, 블록(3-1)과 블록(3-2)으로 나타내어진다. 또한, J_C는 컬럼 이너셔를 나타내고, C_C는 컬럼 점성을 나타내고, K_C는 컬럼 강성을 나타낸다.

다음에, 도 4에 도시한 기계계 모델에 기초하여, 도 2에 도시한 기계 휨 보상부(200)의 전달 함수 및 속도 피드 포워드부(201) 내에 설치된 컬럼 반력 보상부(311)의 전달 함수의 도출 방법에 대해 설명한다.

우선, 도 4에 도시한 기계계 모델에 있어서, 블록(101), 블록(102), 블록(103)에 있어서의 운동 방정식은 이하의 수학식 1 내지 수학식 3으로 각각 나타내어진다.

상기 수학식 2와 수학식 3을 가산함으로써, 이하의 수학식 4가 도출된다.

기계 선단 위치(θ)는 θ＝θ_L＋θ_C이므로,

상기 수학식 4와 수학식 5로부터 이하의 수학식 6이 최종적으로 얻어진다.

여기서, 기계 선단 위치를 지령 위치(θ)에 일치시키기 위해서는, 리니어 스케일(위치 센서)(14)에 의해 검출되는 새들의 위치(θ_L)를 수학식 6에 따라서 어긋나게 할 필요가 있다. 따라서, 기계 휨 보상부(200)는 이하의 수학식 7로 나타낸다(도 2 참조).

다음에, 속도 피드 포워드부(201) 내의 컬럼 반력 보상부(311)의 전달 함수에 대해 설명한다.

도 4에 도시한 기계계 모델로부터 새들(5)의 검출 위치(θ_L)와 모터 속도(θ_Ms)의 관계를 구하면, 상술한 수학식 2로부터, 이하의 수학식 8이 도출된다.

상기 수학식 3과 수학식 8로부터 이하의 수학식 9가 도출된다.

또한,

정리하면,

따라서, 이하의 수학식 10이 얻어진다.

여기서, 컬럼의 반력 보상만을 추출하기 위해, 상기 수학식 2의 2질계에서의 보상분인 이하의 수학식 11을 상기 수학식 10으로부터 감산하면, 수학식 12가 얻어진다.

모터 속도를 구하기 위해, 양변에 라플라스 계수를 승산하면 수학식 13이 얻어진다.

그리고, 상기 수학식 13을 도 3에 도시한 컬럼 반력 보상부(311)의 블록선도, 즉, 도 5에 도시하는 블록선도에 적용시키면, 컬럼 반력 보상부의 전달 함수는 이하의 수학식 14로 얻어진다.

다음에, 상기 기계 휨 보상부(200)의 전달 함수 및 속도 피드 포워드부(201)에 있어서의 컬럼 반력 보상부(311)의 전달 함수에 사용되고 있는 기계 상수의 동정 방법에 대해 설명한다.

우선, 상기 수학식 7에 도시한 바와 같이, 기계 휨 보상부(200)의 전달 함수(G₁)(s) 및 속도 피드 포워드부(201)에 있어서의 컬럼 반력 보상부(311)의 전달 함수(G₂)(s)는 컬럼 이너셔(J_C), 컬럼 점성(C_C), 컬럼 강성(K_C), 새들ㆍ램 이너셔(J_L), 부하 점성(D_L), 이송계 강성(K_R)의 6개의 기계 상수를 포함하고 있다. 이 중, 컬럼 이너셔(J_C), 컬럼 점성(C_C), 컬럼 강성(K_C) 및 이송계 강성(K_R)에 대해서는, 변화되는 상수이고, 간단한 동정 방법이 요망된다.

그리고, 이 4개의 기계 상수 중, 컬럼 이너셔(J_C)에 대해서는, 각 부의 기계 중량이 기지이므로 추정할 수 있고, 동정은 불필요하다. 이송계 강성(K_R)에 대해서도, 볼 나사 강성 이론값으로부터 추정할 수 있으므로, 동정은 불필요하다.

따라서, 나머지 컬럼 점성(C_C) 및 컬럼 강성(K_C)에 대해, 동정을 행하여 결정을 함으로써, 각 보상부의 기계 상수를 모두 결정할 수 있다.

이하, 상기 컬럼 점성(C_C) 및 컬럼 강성(K_C)에 대한 동정 방법에 대해 설명한다.

본 실시 형태에서는, 컬럼(3)에 대해 충격을 부여하고, 그 충격의 응답 진동으로부터 컬럼 점성(C_C) 및 컬럼 강성(K_C)을 동정한다.

컬럼 강성(K_C)의 동정은 컬럼(3)에 대해 충격을 부여하여 새들(5)을 진동시켰을 때의 그 공진 주파수에 기초하여 행해진다.

따라서, 우선은, 공진 주파수로부터 컬럼 강성(K_C)을 산출하기 위한 연산식의 도출에 대해 설명한다.

도 4에 도시한 기계계 모델에 있어서, 컬럼 강성(K_C)의 계산식은 상술한 수학식 2 및 수학식 3에 있어서 θ_M＝0으로 한 하기 수학식 15, 수학식 16으로부터 얻을 수 있다. 공진 중에 있어서, 모터(12)는 컬럼(3)의 반력으로는 움직이지 않는 것이라고 생각한다.

수학식 15로부터,

수학식 16 및 수학식 17로부터

이때, 공진 주파수에 관계되는 항(C_C는 공진에 관계 없음)만으로 하고, s＝jω로 하면, 이하의 수학식 19가 얻어진다.

상기 수학식 19를 풀고, 또한 컬럼 강성(K_c)에 대한 식으로 하면, 이하의 수학식 20이 얻어진다.

상기 수학식 20을 컬럼 공진 주파수(q)로 나타내면, 이하의 수학식 21이 얻어진다.

상기 수학식 21에 있어서, K_R은 이송계 강성, J_L은 새들 이너셔, J_C는 컬럼 이너셔, q는 컬럼 공진 주파수이고, 이 중, 컬럼 이너셔(J_C), 새들 이너셔(J_L) 및 이송계 강성(K_R)은 기지이다. 따라서, 컬럼 공진 주파수를 검출함으로써, 상기 수학식 21을 따라서 컬럼 강성(K_C)을 동정할 수 있다.

다음에, 실제로 상기 수학식 21을 사용하여 컬럼 강성(K_C)을 동정하는 수순에 대해 설명한다.

도 6은 상수 동정부(50)의 개략 구성을 도시한 도면이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 상수 동정부(50)는 충격 발생부(51), 가속도 센서(진동 검출부)(52), 컬럼 강성 동정부(지지체 강성항 동정부)(53), 컬럼 점성 동정부(지지체 점성항 동정부)(54) 및 기계 상수 설정부(55)를 구비하고 있다.

충격 발생부(51)는, 예를 들어 새들(5)에 대해 Y축 방향으로 소정의 충격을 부여한다. 소정의 충격은, 예를 들어 스텝 응답과 같은 충격이다. 본 실시 형태에 있어서는, 도 7에 도시한 바와 같이 YZ 평면 상에 대략 사각형을 그리는 것처럼 새들(5) 및 램(6)을 이동시킴으로써, 새들(5)에 대해 Y축 방향의 충격을 부여한다.

도 7에 도시한 사각형에 있어서, 각 코너부는 소정의 곡률을 갖는 원호 형상으로 설정되어 있다. 충격 발생부(52)는 도 7에 도시한 바와 같은 YZ 평면 상에 있어서의 대략 사각형의 이동 궤적을 갖고 있고, 이 이동 궤적에 따른 위치 지령을 도 2에 도시한 서보 제어 장치(100)에 부여함으로써 모터(12)를 회전 구동시키고, 도 7에 도시한 이동 궤적에 따라서 새들(5)을 이동시킨다. 이때의 새들(5)의 이동 속도로서는, 허용 가속도를 0.2G 이상으로 설정해 두는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 속도 4600㎜/분으로 이동시키고, 반경 3㎜의 원호로부터 직선으로 옮기는 곳에 있어서, 가속도 0.2G로부터 0G의 충격을 발생시키는 것으로 하고 있다.

기계 상수 동정을 위한 서보 제어에 있어서는, 서보 제어 장치(100) 내의 기계 휨 보상부(200) 및 컬럼 반력 보상부(311)는, 오프 상태로 되어 있고, 기계의 휨 보상이나 컬럼 반력 보상 등이 이루어지지 않도록 되어 있다.

가속도 센서(52)는 컬럼(3) 또는 새들(5)에 설치되어 있고, 충격 발생부(51)에 의해 새들(5)에 부여된 충격에 의한 새들(5)의 진동을 검출하고, 이 검출 신호를 컬럼 강성 동정부(53) 및 컬럼 점성 동정부(54)에 출력한다.

컬럼 강성 동정부(53)는 충격 발생부(51)에 의해 새들(5)에 충격이 부여된 경우에, 가속도 센서(52)에 의해 취득된 검출 신호로부터 컬럼 공진 주파수(q)를 구하고, 이것을 상술한 수학식 21에 대입함으로써, 컬럼 강성(K_C)을 동정한다.

컬럼 점성 동정부(54)는 충격 발생부(51)에 의해 새들(5)에 충격이 부여된 경우에, 가속도 센서(52)에 의해 취득된 검출 신호로부터 진동의 감쇠율을 구하고, 이 감쇠율에 기초하여 컬럼 점성(C_C)을 동정한다. 이하, 컬럼 점성(C_C)의 동정 방법에 대해 도 8을 사용하여 설명한다.

도 8에 도시한 바와 같은 감쇠 진동이 얻어진 경우, 진동의 진폭(P1, P2, P3…)을 각각 측정한다. 계속해서, 이들 진폭값(P1, P2, P3…)으로부터 로그 감쇠율의 평균(δ)을 구한다. 예를 들어, 4파형을 대상으로 한 경우, LN(P1/P2), LN(P2/P3), LN(P3/P4)의 평균을 계산하여 로그 감쇠율의 평균(δ)을 구한다. 계속해서, 로그 감쇠율(δ), 컬럼 이너셔(J_c) 및 상술한 컬럼 강성 동정부(53)에 의해 동정된 컬럼 강성(K_c)을 사용하여, 이하의 수학식으로부터 컬럼 점성(C_c)을 산출한다.

기계 상수 설정부(55)는 컬럼 강성 동정부(53)에 의해 동정된 컬럼 강성(K_C) 및 컬럼 점성 동정부(54)에 의해 동정된 컬럼 점성(C_C)을 기계 휨 보상기(200) 및 속도 피드 포워드부(201)의 컬럼 반력 보상부(311)에 설정한다. 기계 상수 설정부(55)는 W축 위치, 어태치먼트 등의 기계 상태와 상기 컬럼 강성(K_C) 및 컬럼 점성(C_C) 이외의 기계 상수가 대응된 테이블을 보유하고 있고, 그때의 기계 상태에 따른 기계 상수를 테이블로부터 판독하여, 판독한 각 기계 상수를 기계 휨 보상기(200) 및 속도 피드 포워드부(201)의 컬럼 반력 보상부(311)에 설정한다.

그리고, 이와 같이 하여, 기계 휨 보상기(200) 및 속도 피드 포워드부(201)의 컬럼 반력 보상부(311)의 기계 상수가 모두 설정되면, 서보 제어 장치(100)는 기계 휨 보상기(200) 및 컬럼 반력 보상부(311)를 작동시켜, 이들 보상 모델을 사용한 위치 제어를 행한다.

이상, 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치에 따르면, 컬럼(3)의 진동에 의한 위치 제어 오차의 보상을 행하는 기계 휨 보상부(200) 뿐만 아니라, 컬럼(3)의 반력에 의한 새들(5)의 진동에 의한 위치 제어 오차를 보상하는 컬럼 반력 보상부(311)를 구비하므로, 컬럼(3)의 반력에 의한 새들(5)의 진동을 보상할 수 있고, 컬럼(3)이 진동하고 있는 경우라도 높은 정밀도로 새들(5)의 위치 제어를 행하는 것이 가능해진다.

도 9는 기계 휨 보상부(200) 및 컬럼 반력 보상부(311)에 의한 보상을 행하기 전과, 행한 후의 위치 제어의 정밀도를 나타낸 그래프이다. 도 9에 있어서, 횡축은 시간, 종축은 Y축 방향에 있어서의 램 선단의 위치이다.

금회의 시험에서는, 도 13에 도시되는 테이블의 상면에 500㎜의 두께의 지그(직각의)를 배치하고, 그 지그 상에 격자 스케일을 배치하였다. 이 상태에서, 도 7에 도시한 바와 같은 YZ 평면 상에 있어서의 대략 사각형의 이동 궤적에 따른 위치 지령을 도 2에 도시한 서보 제어 장치(100)에 부여함으로써 모터(12)를 회전 구동시켜, 도 7에 도시한 이동 궤적에 따라서 새들(5) 및 램(6)을 이동시켰다. 이 시험에서는, 속도 4600㎜/min으로 새들(5) 및 램(6)을 이동시켰다. 도 9는 이와 같은 시험을 행하였을 때의 램 선단 위치를 격자 스케일로 측정한 것이다. 도 9는 램 선단이 Y축을 따라서 이동한 후에, 원호를 그려 정지할 때까지의 동작 부분의 파형을 잘라내어 도시한 도면으로, Y＝－103의 위치를 정지 위치(기준 위치)로 하고 있다. 도 9로부터, 보상을 행함으로써, 새들(5) 및 램(6)의 진동이 효과적으로 억제되어, 위치 제어의 정밀도가 향상되고 있는 것을 알 수 있다.

〔제2 실시 형태〕

상술한 바와 같이, 상수 동정부(50)에 의해 기계 휨 보상부(200) 및 컬럼 반력 보상부(311)의 상수가 설정된 경우라도, 설정된 상수가 적절하지 않아, 이들 보상부를 작동시켰다고 해도 여전히 새들(5)이 진동해 버려, 위치 제어의 정밀도가 저하되어 버린다고 하는 것이 생각된다.

따라서, 제2 실시 형태에 관한 서보 제어 장치에서는, 한번 설정한 상수가 적절한지 여부를 확인하기 위해, 기계 휨 보상부(200) 및 컬럼 반력 보상부(311)를 작동시키고 있는 상태에 있어서, 충격 발생부(51)가 새들(5)에 대해 Y축 방향으로 충격을 부여하고, 이때의 새들(5)의 진동의 모습을 가속도 센서에 의한 검출 신호로 확인한다. 이 경우에 있어서, 가속도 센서(52)로부터의 검출 신호에 있어서 진동의 진폭이 미리 정해진 임계값을 초과하고 있던 경우에는, 한번 설정한 기계 상수를 조정한다. 이로 인해, 도 10에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에 관한 서보 제어 장치의 상수 동정부(50')는 진동 판정부(56)와, 상수 조정부(57)를 더 구비하고 있다.

진동 판정부(56)에 의해, 가속도 센서(52)로부터의 검출 신호에 기초하는 새들(5)의 진동의 진폭이 미리 정해진 임계값을 초과하고 있다고 판정된 경우에는, 상수 조정부(57)는 기계 상수 설정부(55)에 의해 한번 설정된 기계 상수를 조정한다. 구체적으로는, 상수 조정부(57)는 충격을 부여한 직후에 있어서의 진동이 비교적 큰 경우에는, 컬럼 점성(C_C)이 커지는 방향으로 변경하고, 충격을 부여하여 잠시 후 진동이 비교적 커지는 경우에는, 보상 주파수를 변경함으로써, 기계 상수를 조정한다. 그리고, 기계 상수를 변경한 경우에는, 다시 동일한 과정을 실시함으로써, 진동 판정부(56)에 의해, 새들(5)의 진동의 진폭이 미리 정해진 임계값 이하라고 판정될 때까지, 기계 상수의 조정을 반복해서 행한다.

이와 같이, 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치에 따르면, 한번 설정한 기계 상수가 적절한지 여부를 확인하는 수단을 갖고, 기계 상수가 적절하다고 하는 판정 결과가 얻어질 때까지, 기계 상수의 조정을 반복해서 행하므로, 새들(5)의 위치 제어의 정밀도를 보다 향상시킬 수 있다.

본 실시 형태에 있어서는, 새들(5)에 가속도 센서(52)를 설치해 두는 것이 필요하다. 이는, 기계 휨 보상부(200) 및 컬럼 반력 보상부(311)를 작동시킴으로써, 새들(5)의 위치 제어는 정밀도가 향상되는 것에 비해, 컬럼(3)은 여전히 진동한 상태이기 때문이다. 따라서, 컬럼(3)에 가속도 센서(52)를 설치하고 있던 경우에는, 기계 휨 보상부(200) 및 컬럼 반력 보상부(311)에 의한 위치 보상의 효과를 확인할 수 없고, 따라서 기계 상수가 적절한지 여부의 판단도 할 수 없기 때문이다.

〔제3 실시 형태〕

상술한 제1 실시 형태 및 제2 실시 형태에 있어서는, 새들(5)에 대해 외적인 충격을 부여함으로써 일부러 새들(5)을 진동시키고, 이 진동의 상태에 기초하여 기계 상수의 동정을 행하고 있었다.

이에 대해, 본 실시 형태는 한번 기계 상수가 설정된 후의 상태를 전제로 한 것으로, 서보 제어 장치에 의한 위치 제어가 행해지고 있는 상태에 있어서, 환언하면, 공작 기계를 구동하고 있는 상태에 있어서, 위치 제어의 정밀도가 저하된 경우에, 기계 상수의 조정을 서서히 행하고 있는 것이다.

구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치는 기계 상수 조정부(60)를 구비하고 있다. 기계 상수 조정부(60)는, 도 11에 도시한 바와 같이 지령 위치(θ)가 입력되는 컬럼 공진 모델(61)과, 컬럼 공진 모델(61)에 의해 보상된 지령 위치(θ)를 필터링하는 밴드 패스 필터(62)와, 가속도 센서(52)로부터의 신호를 필터링하는 밴드 패스 필터(63)와, 밴드 패스 필터(62, 63)를 통과한 각각의 신호를 비교하여, 차이가 없어질 때까지 기계 상수를 조정하는 조정부(64)를 구비하고 있다.

이와 같은 기계 상수 조정부(60)에 있어서, 지령 위치(θ)가 입력되면(도 12의 스텝 SA1), 이 지령 위치(θ)는 컬럼 공진 모델(61)을 통과한 후에 밴드 패스 필터(62)에 의해 필터링되어, 조정부(64)에 출력된다(도 12의 스텝 SA2). 한편, 가속도 센서(52)로부터의 진동의 검출 신호는 밴드 패스 필터(63)를 통과한 후, 조정부(64)에 출력된다. 조정부(64)에서는 컬럼 공진 모델(61)측으로부터의 신호의 주파수와 가속도 센서(52)측으로부터의 신호의 주파수가 비교된다(도 12의 스텝 SA3).

이 결과, 컬럼 공진 모델(61)측으로부터의 신호의 주파수가 가속도 센서(52)측으로부터의 신호의 주파수보다도 컸던 경우에는, 조정부(64)는 컬럼 강성(K_C)을 소정량 작게 한다. 한편, 컬럼 공진 모델(61)측으로부터의 신호의 주파수가 가속도 센서(52)측으로부터의 신호의 주파수보다도 작았던 경우에는, 조정부(64)는 컬럼 강성(K_C)을 소정량 크게 한다(도 12의 스텝 SA4). 조정부(64)는 양자의 주파수가 일치하거나, 또는 양자의 주파수의 차분이 미리 정해진 임계값 이내라고 판정될 때까지, 상기와 같은 컬럼 강성(K_C)의 조정을 반복해서 행한다(도 12의 스텝 SA5).

계속해서, 조정부(64)에 있어서, 양자의 주파수가 일치한다고 판정된 경우에는, 계속해서 양자의 진폭이 비교된다(도 12의 스텝 SA6). 이 결과, 컬럼 공진 모델(61)측으로부터의 신호의 진폭이 가속도 센서(52)측으로부터의 신호의 진폭보다도 컸던 경우에는, 조정부(64)는 컬럼 점성(C_C)을 소정량 크게 한다. 한편, 컬럼 공진 모델(61)측으로부터의 신호의 진폭이 가속도 센서(52)측으로부터의 신호의 진폭보다도 작았던 경우에는, 조정부(64)는 컬럼 점성(C_C)을 소정량 작게 한다(도 12의 스텝 SA7). 조정부(64)는 양자의 진폭이 일치하거나 또는 양자의 진폭의 차분이 미리 정해진 임계값 이내라고 판정할 때까지, 상기와 같은 컬럼 점성(C_C)의 조정을 반복해서 행한다(도 12의 스텝 SA8).

그리고, 양자의 진폭이 일치한다고 판정한 경우에는, 스텝 SA1로 복귀되어, 상술한 처리를 반복해서 행한다.

이상, 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 서보 제어 장치에 따르면, 통상의 구동 상태에 있어서도 일정한 시간 간격으로, 기계 휨 보상부(200) 및 컬럼 반력 보상부(311)에 있어서의 기계 상수가 적절한 값으로 설정되어 있는지 여부를 확인하여, 적절하지 않은 경우에는, 적절한 값으로 조정하므로, 새들(5)의 위치 제어의 정밀도를 소정의 정밀도 이상으로 항상 유지할 수 있다.

3 : 컬럼
5 : 새들
6 : 램
9 : 볼 나사 이송부
10 : 볼 나사 너트
11 : 볼 나사축
12 : 모터
13 : 모터 인코더
14 : 리니어 스케일
50, 50' : 상수 동정부
51 : 충격 발생부
52 : 가속도 센서
53 : 컬럼 강성 동정부
54 : 컬럼 점성 동정부
55 : 기계 상수 설정부
56 : 진동 판정부
57 : 상수 조정부
60 : 기계 상수 조정부
61 : 컬럼 공진 모델
62, 63 : 밴드 패스 필터
64 : 조정부
100 : 서보 제어 장치
200 : 기계 휨 보상부
201 : 속도 피드 포워드부
311 : 컬럼 반력 보상부

Claims

모터의 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 나사 이송부와, 상기 나사 이송부에 의해 직선 이동되는 피구동부와, 상기 나사 이송부 및 상기 피구동부가 지지되는 지지체를 구비하는 수치 제어 기기에 적용되어, 상기 피구동부의 위치를 지령 위치에 일치시키도록 상기 모터를 제어하는 서보 제어 장치이며,
상기 지령 위치를 입력 정보로 하여, 상기 지지체의 진동에 의한 위치 제어 오차를 보상하기 위한 기계 휨 보상부와,
상기 기계 휨 보상부로부터 출력된 보상 후의 지령 위치가 입력되는 속도 피드 포워드부를 구비하고,
상기 속도 피드 포워드부는, 상기 지지체의 진동 반력에 의한 상기 피구동부의 진동을 보상하기 위한 지지체 반력 보상부를 구비하고,
상기 지지체 반력 보상부의 전달 함수는, 상기 보상 후의 지령 위치의 미분값을 입력 정보로 하고, 또한 상기 지지체의 이너셔, 상기 피구동부의 이너셔, 상기 지지체의 강성, 및 상기 피구동부의 강성항을 계수로서 포함하고 있는, 서보 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 기계 휨 보상부로부터 출력된 상기 보상 후의 지령 위치와 실제 위치의 차분으로부터 산출되는 편차 속도와, 상기 속도 피드 포워드부의 출력과, 상기 모터의 속도로부터 지령 속도를 산출하는 지령 속도 산출부를 구비하는, 서보 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지체 반력 보상부의 상기 전달 함수는, 기계 모델화에 있어서의 운동 방정식으로부터 도출되고,
상기 전달 함수에는, 상기 지지체의 강성을 상기 미분 연산자의 계수로서 사용하는 상기 지지체의 강성항이 포함되어 있고,
상기 지지체의 강성항은, 상기 운동 방정식으로부터 도출된 다른 연산식에 대하여, 상기 지지체 또는 상기 피구동부에 충격을 부여하여 진동시켰을 때의 진동 공진 주파수에 기초하여 동정되는, 서보 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 지지체의 강성항을 동정하는 상수 동정부를 구비하고,
상기 상수 동정부는,
상기 피구동부에 대해 충격을 부여하여 상기 피구동부를 진동시키는 충격 발생부와,
충격이 부여되었을 때의 상기 피구동부 또는 상기 지지체의 진동을 검출하는 진동 검출부와,
상기 진동 검출부에 의해 검출된 진동 신호로부터 상기 피구동부의 공진 주파수를 산출하여, 이 공진 주파수로부터 상기 지지체의 강성항을 동정하는 지지체 강성항 동정부를 갖는, 서보 제어 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지체 반력 보상부의 상기 전달 함수는, 기계 모델화에 있어서의 운동 방정식으로부터 도출되고,
상기 전달 함수에는, 상기 지지체의 점성을 상기 미분 연산자의 계수로서 사용하는 상기 지지체의 점성항이 포함되어 있고,
상기 지지체의 점성항은, 상기 지지체 또는 상기 피구동부에 충격을 부여하여 진동시켰을 때의 진동의 감쇠 상태로부터, 각각의 상기 진동의 진폭을 측정하고, 측정한 진폭의 평균을 산출한 결과를 사용하여 동정되는, 서보 제어 장치.
제5항에 있어서, 상기 지지체의 점성항의 계수를 동정하는 상수 동정부를 구비하고,
상기 상수 동정부는,
상기 피구동부에 대해 충격을 부여하여 상기 피구동부를 진동시키는 충격 발생부와,
충격이 부여되었을 때의 상기 피구동부 또는 상기 지지체의 진동을 검출하는 진동 검출부와,
상기 진동 검출부에 의해 검출된 진동 신호로부터 상기 피구동부의 진동의 감쇠율을 산출하고, 상기 진동의 감쇠율로부터 상기 지지체의 점성항을 동정하는 지지체 점성항 동정부를 갖는, 서보 제어 장치.
제4항에 있어서, 상기 충격 발생부는 상기 피구동부를 소정의 가속도 이상으로 이동시킴으로써 상기 피구동부를 진동시키는, 서보 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 상수 동정부는, 상기 지지체의 점성항의 계수를 동정한 후에 있어서, 상기 충격을 부여한 직후에 있어서의 상기 진동 검출부에 의해 검출된 상기 피구동부의 진동의 진폭이 미리 정해진 임계값을 초과하고 있던 경우에는, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 진동 신호에 기초하여 상기 지지체의 점성항의 계수의 조정을 행하는, 서보 제어 장치.
제8항에 있어서, 기계 상수 조정부를 더 구비하고,
상기 기계 상수 조정부는, 컬럼 공진 모델을 갖고,
상기 상수 동정부는, 상기 수치 제어 기기가 구동하고 있는 기간에 있어서, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 진동 신호의 주파수와 상기 컬럼 공진 모델로부터의 신호의 주파수를 비교하여, 이 비교 결과에 기초하여 상기 지지체 반력 보상부의 전달 함수의 상기 지지체의 점성항의 계수를 조정하는, 서보 제어 장치.
제4항에 있어서, 상기 상수 동정부는, 상기 지지체의 강성항의 계수를 동정한 후에 있어서, 상기 충격을 부여한 직후에 있어서의 상기 진동 검출부에 의해 검출된 상기 피구동부의 진동의 진폭이 미리 정해진 임계값을 초과하고 있던 경우에는, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 진동 신호에 기초하여 상기 지지체의 강성항의 계수의 조정을 행하는, 서보 제어 장치.
제10항에 있어서, 기계 상수 조정부를 더 구비하고,
상기 기계 상수 조정부는, 컬럼 공진 모델을 갖고,
상기 상수 동정부는, 상기 수치 제어 기기가 구동하고 있는 기간에 있어서, 상기 진동 검출부에 의해 검출된 진동 신호의 주파수와 상기 컬럼 공진 모델로부터의 신호의 주파수를 비교하여, 이 비교 결과에 기초하여 상기 지지체 반력 보상부의 전달 함수의 상기 지지체의 강성항의 계수를 조정하는, 서보 제어 장치.
제6항에 있어서, 상기 충격 발생부는 상기 피구동부를 소정의 가속도 이상으로 이동시킴으로써 상기 피구동부를 진동시키는, 서보 제어 장치.