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JP7743009B2 - Machine tool and machine tool control device - Google Patents
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JP7743009B2 - Machine tool and machine tool control device - Google Patents

Machine tool and machine tool control device

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JP7743009B2
JP7743009B2 JP2021033691A JP2021033691A JP7743009B2 JP 7743009 B2 JP7743009 B2 JP 7743009B2 JP 2021033691 A JP2021033691 A JP 2021033691A JP 2021033691 A JP2021033691 A JP 2021033691A JP 7743009 B2 JP7743009 B2 JP 7743009B2
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拓巳 林
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慶浩 伊佐岡
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Description

本発明は、工作機械および工作機械用制御装置に関する。 The present invention relates to a machine tool and a machine tool control device.

上記技術分野において、特許文献1には、摩擦力を推定して物体の移動を制御する技術が開示されている。 In the above technical field, Patent Document 1 discloses technology for estimating frictional force to control the movement of an object.

特許5560068号公報Patent No. 5560068

しかしながら、上記文献に記載の技術では、摩擦補償により逆応答が生じ、物体の移動精度が低い場合があった。 However, with the technology described in the above document, friction compensation can cause an inverse response, resulting in low accuracy in moving the object.

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。 The object of the present invention is to provide technology that solves the above-mentioned problems.

上記目的を達成するため、本発明に係る工作機械は、
工作機械において移動体を移動させるための送り駆動部と、
前記送り駆動部において発生する転がり摩擦を補償するため、前記送り駆動部へ入力する電流値に対して、転がり摩擦の計測データから得た摩擦補償値、または転がり摩擦モデルを用いて算出した摩擦補償値をあらかじめ加算する摩擦補償部と、
前記摩擦補償値の加算によって発生する逆応答を低減するため、前記摩擦補償値に所定のステップ入力値を加算するステップ入力部と、
を備えた工作機械である。
上記目的を達成するため、本発明に係る他の工作機械は、
工作機械において移動体を移動させるための送り駆動部と、
前記送り駆動部において発生する転がり摩擦を補償するため、前記送り駆動部へ入力する電流値に対して、転がり摩擦の計測データから得た摩擦補償値、または転がり摩擦モデルを用いて算出した摩擦補償値をあらかじめ加算する摩擦補償部と、
前記摩擦補償値の加算によって発生する逆応答を低減するため、前記摩擦補償値に所定のステップ入力値を加算するステップ入力部と、
を備え、
前記ステップ入力部は、前記ステップ入力値を加算する前の前記摩擦補償値を用いた場合の追従誤差から前記ステップ入力値のタイミングおよび大きさを算出する算出部を含み、
前記ステップ入力値を加算する前の前記摩擦補償値を用いた場合の追従誤差の符号が最初に逆転する前に前記追従誤差の絶対値が最大となるタイミングから、追従誤差の符号が最初に逆転するタイミングまでの間に、ステップ入力値の加算を開始す工作機械である。
上記目的を達成するため、本発明にかかる工作機械用制御装置は、
工作機械において移動体を移動させるための送り駆動部において発生する転がり摩擦を補償するため、前記送り駆動部へ入力する電流値に対して、転がり摩擦の計測データから得た摩擦補償値、または転がり摩擦モデルを用いて算出した摩擦補償値をあらかじめ加算する摩擦補償部と、
前記転がり摩擦補償によって発生する逆応答を低減するため、前記摩擦補償値に所定のステップ入力値を加算するステップ入力部と、
を備え、
前記ステップ入力部は、前記ステップ入力値を加算する前の前記摩擦補償値を用いた場合の追従誤差から前記ステップ入力値のタイミングおよび大きさを算出する算出部を含む工作機械用制御装置である。
In order to achieve the above object, the machine tool according to the present invention comprises:
a feed drive unit for moving a moving body in the machine tool;
a friction compensation unit that adds, in advance, a friction compensation value obtained from measurement data of rolling friction or a friction compensation value calculated using a rolling friction model to a current value input to the feed drive unit in order to compensate for rolling friction occurring in the feed drive unit;
a step input unit that adds a predetermined step input value to the friction compensation value in order to reduce an inverse response caused by adding the friction compensation value;
It is a machine tool equipped with
In order to achieve the above object, another machine tool according to the present invention comprises:
a feed drive unit for moving a moving body in the machine tool;
a friction compensation unit that adds, in advance, a friction compensation value obtained from measurement data of rolling friction or a friction compensation value calculated using a rolling friction model to a current value input to the feed drive unit in order to compensate for rolling friction occurring in the feed drive unit;
a step input unit that adds a predetermined step input value to the friction compensation value in order to reduce an inverse response caused by adding the friction compensation value;
Equipped with
the step input unit includes a calculation unit that calculates timing and magnitude of the step input value from a tracking error when the friction compensation value before adding the step input value is used,
The machine tool starts adding the step input value between the timing when the absolute value of the tracking error becomes maximum before the sign of the tracking error is first reversed when the friction compensation value before adding the step input value is used , and the timing when the sign of the tracking error is first reversed.
In order to achieve the above object, the present invention provides a machine tool control device comprising:
a friction compensation unit that adds in advance a friction compensation value obtained from measurement data of rolling friction or a friction compensation value calculated using a rolling friction model to a current value input to a feed drive unit for compensating for rolling friction that occurs in the feed drive unit for moving a moving body in a machine tool;
a step input unit that adds a predetermined step input value to the friction compensation value in order to reduce an inverse response caused by the compensation for the rolling friction;
Equipped with
The step input unit is a machine tool control device that includes a calculation unit that calculates the timing and magnitude of the step input value from a tracking error when the friction compensation value before adding the step input value is used.

本発明によれば、移動体の移動制御を高精度に行うことができる。 This invention enables highly accurate movement control of a moving object.

第1実施形態に係る工作機械の構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration of a machine tool according to a first embodiment. FIG. 第2実施形態に係る工作機械のハードウェア構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing the hardware configuration of a machine tool according to a second embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の機能構成を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing the functional configuration of a machine tool according to a second embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の処理の流れを示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a processing flow of a machine tool according to a second embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の摩擦特性のテーブルを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a table of friction characteristics of the machine tool according to the second embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の制御系を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing a control system of a machine tool according to a second embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の各種の値の変化を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing changes in various values of the machine tool according to the second embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の逆応答の抑圧を説明する図である。10A and 10B are diagrams illustrating suppression of an inverse response of a machine tool according to a second embodiment. 第2実施形態に係る工作機械の逆応答の抑圧処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a process for suppressing an inverse response of a machine tool according to a second embodiment.

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, the components described in the following embodiments are merely examples and are not intended to limit the technical scope of the present invention to these components alone.

[第1実施形態]
本発明の第1実施形態としての物体移動装置100について、図1を用いて説明する。物体移動装置100は、工作機械に組み込まれ、ステージ上に載置されたワークを移動させるための装置である。
[First embodiment]
An object moving device 100 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to Fig. 1. The object moving device 100 is incorporated into a machine tool and is a device for moving a workpiece placed on a stage.

図1に示すように、工作機械100は、送り駆動部101と、摩擦補償部102と、ステップ入力部103とを備える。 As shown in Figure 1, the machine tool 100 includes a feed drive unit 101, a friction compensation unit 102, and a step input unit 103.

駆動部101は、工作機械100において移動体120を移動させる。 The drive unit 101 moves the moving body 120 in the machine tool 100.

摩擦補償部102は、送り駆動部101において発生する転がり摩擦を補償するため、送り駆動部101へ入力する電流値121に対して、転がり摩擦の計測データから得た摩擦補償値122、または転がり摩擦モデルを用いて算出した摩擦補償値122をあらかじめ加算する。 To compensate for rolling friction that occurs in the feed drive unit 101, the friction compensation unit 102 adds in advance to the current value 121 input to the feed drive unit 101 a friction compensation value 122 obtained from rolling friction measurement data or a friction compensation value 122 calculated using a rolling friction model.

ステップ入力部103は、摩擦補償によって発生する逆応答を低減するため、摩擦補償値122に所定のステップ入力値123を加算する。 The step input unit 103 adds a predetermined step input value 123 to the friction compensation value 122 to reduce the inverse response caused by friction compensation.

本実施形態によれば、移動体をより高精度に移動させることができる。 This embodiment allows the moving object to be moved with greater precision.

[第2実施形態]
次に本発明の第2実施形態に係る工作機械200について、図2以降を用いて説明する。図2は、本実施形態に係る工作機械200の構成を説明するための図である。工作機械200は、移動体としてのステージ201を移動させる送り駆動部としてのボールねじ202を備えている。このようなボールねじ駆動ステージは、エネルギー変換効率が高く、摩耗が少なく、長寿命であることから工作機械などの産業機械の送り装置としてよく利用されている。
Second Embodiment
Next, a machine tool 200 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Figure 2 and subsequent figures. Figure 2 is a diagram for explaining the configuration of the machine tool 200 according to this embodiment. The machine tool 200 is equipped with a ball screw 202 as a feed drive unit that moves a stage 201 as a moving body. Such ball screw-driven stages have high energy conversion efficiency, little wear, and a long life, and are therefore often used as feed devices for industrial machinery such as machine tools.

ボールねじ202は、カップリング203を介してモータ204に接続され、かつベアリング205によって軸支されている。ボールねじ202の回転に伴い、ナット206が図中左右方向に移動し、これによってステージ201がリニアガイド207に案内されつつX軸方向に移動する。 The ball screw 202 is connected to a motor 204 via a coupling 203 and is supported by a bearing 205. As the ball screw 202 rotates, the nut 206 moves left and right in the figure, causing the stage 201 to move in the X-axis direction while being guided by a linear guide 207.

工作機械200は、工具208を備えており、ステージ201に固定された被加工物であるワーク209を加工する。 The machine tool 200 is equipped with a tool 208 and processes a workpiece 209, which is a workpiece fixed to the stage 201.

図3は、工作機械200におけるステージ201の駆動制御のための構成を説明する図である。ステージ201は、移動領域330の中で往復移動する。このようなボールねじ駆動のステージで201は、転がり摩擦が追従性の低下を招く。転がり摩擦は、ボールねじ202とナット206との間のボールや、リニアガイド207内のボールによって発生する。 Figure 3 is a diagram explaining the configuration for drive control of the stage 201 in the machine tool 200. The stage 201 moves back and forth within the movement area 330. In such a ball screw-driven stage 201, rolling friction reduces tracking performance. Rolling friction is generated by the balls between the ball screw 202 and the nut 206, and by the balls within the linear guide 207.

グラフ350は、ステージ位置とボールねじの転がり摩擦との関係を示す。転がり摩擦は、速度反転点からの変位に依存する。例えば、始動位置351からステージ201が動き始め、速度反転位置352で速度が反転して、元の始動位置351へステージ201が戻るとする。始動位置351からステージ201が所定距離移動するまでの間の領域353では、転がり摩擦は非線形ばね特性を示す。一方、ステージ201が始動位置351から所定距離移動した後、速度反転位置352までの間の領域354は、転がり摩擦は一定値となる。 Graph 350 shows the relationship between the stage position and the rolling friction of the ball screw. Rolling friction depends on the displacement from the velocity reversal point. For example, suppose the stage 201 begins moving from start position 351, then reverses its velocity at velocity reversal point 352, and the stage 201 returns to the original start position 351. In region 353, from start position 351 until the stage 201 moves a predetermined distance, the rolling friction exhibits nonlinear spring characteristics. On the other hand, in region 354, from when the stage 201 moves a predetermined distance from start position 351 until velocity reversal point 352, the rolling friction remains a constant value.

また、速度反転位置352において反転してからステージ201が所定距離移動するまでの間の領域355では、転がり摩擦は非線形ばね特性を示し、その後、始動位置351までの間の領域356は、転がり摩擦は一定値となる。そこで、工作機械200は、このような転がり摩擦の特性を考慮してステージ201の動きを制御する。 Furthermore, in region 355, from when the velocity reverses at velocity reversal position 352 until the stage 201 moves a predetermined distance, the rolling friction exhibits nonlinear spring characteristics, and then in region 356 up to the starting position 351, the rolling friction becomes a constant value. Therefore, the machine tool 200 controls the movement of the stage 201 taking these rolling friction characteristics into account.

転がり摩擦により、速度反転点付近ではスパイク状の大きな追従誤差が発生する。この追従誤差は象限突起と呼ばれることがある。ステージ201を高精度に追従制御するためには、転がり摩擦を補償し、象限突起を抑制する必要がある。 Due to rolling friction, a large spike-like tracking error occurs near the velocity reversal point. This tracking error is sometimes called a quadrant protrusion. In order to perform high-precision tracking control of the stage 201, it is necessary to compensate for the rolling friction and suppress the quadrant protrusion.

転がり摩擦の補償方法としては、外乱オブザーバなどのフィードバックアプローチと比較して、モデルベースや学習ベースのフィードフォワードアプローチが有効である。 As a method of compensating for rolling friction, model-based and learning-based feedforward approaches are more effective than feedback approaches such as disturbance observers.

これまでに、LuGreモデル、一般化Maxwell-slipモデル、レオロジーベースモデル、データベース摩擦モデル、弾塑性ベースモデルなど、多くの転がり摩擦モデルが提案され、評価されてきた。モデルベースの摩擦補償アプローチでは、転がり摩擦を精密に測定し、カーブフィッティングによりモデルを生成する。そして、得られたモデルに基づいて計算された制御入力で転がり摩擦を補償する。これに対して、学習ベースのアプローチ、例えば反復学習制御などでは、転がり摩擦モデルを用いるのではなく、複数回の移動制御の中で摩擦補償入力を徐々に整形することで象限突起を抑制する。 To date, many rolling friction models have been proposed and evaluated, including the LuGre model, generalized Maxwell-slip model, rheology-based model, database friction model, and elastic-plasticity-based model. In model-based friction compensation approaches, rolling friction is precisely measured and a model is generated by curve fitting. Rolling friction is then compensated for using a control input calculated based on the obtained model. In contrast, learning-based approaches, such as iterative learning control, do not use a rolling friction model, but rather suppress quadrant projections by gradually shaping the friction compensation input over multiple motion control iterations.

このように転がり摩擦を補償するため、工作機械200は、データ取得部302、導出部303、摩擦補償部304、蓄積部305、制御部306、更新部307および判定部308を有する。 To compensate for rolling friction in this manner, the machine tool 200 has a data acquisition unit 302, a derivation unit 303, a friction compensation unit 304, a storage unit 305, a control unit 306, an update unit 307, and a determination unit 308.

データ取得部302は、モータ204を駆動させるための電流値を示す電流データ322(=fnp j+1)と、ステージ201の変位を示す指令データ321(変位データrj)とを取得する。 The data acquisition unit 302 acquires current data 322 (=f np j+1 ) indicating the current value for driving the motor 204 and command data 321 (displacement data r j ) indicating the displacement of the stage 201 .

データ取得部302は、変位データrjから導出される速度によって速度反転位置352、351を検出し、速度反転位置351,352からの変位量によって、ステージ201が線形領域354,356に存在するのか、または非線形領域353,355に存在するのか判定する。 The data acquisition unit 302 detects velocity reversal positions 352, 351 based on the velocity derived from the displacement data rj , and determines whether the stage 201 is in a linear region 354, 356 or a nonlinear region 353, 355 based on the amount of displacement from the velocity reversal positions 351, 352.

導出部303は、線形領域354,356での電流データ322と指令データ321とから、指令データ321に基づく基底関数Ψ(rj)と、電流データ322(=fnp j+1)との線形関係式333(=(fp j+1=Ψ(rj)θj+1))を推定する。線形関係式333中のθj+1はステージ201の物理特性に対応している。 The derivation unit 303 estimates a linear relational expression 333 (=(f p j+1 = Ψ(r j ) θ j+ 1 )) between the basis function Ψ(r j ) based on the command data 321 and the current data 322 (=f np j +1 ) from the current data 322 and command data 321 in the linear regions 354 and 356. θ j+1 in the linear relational expression 333 corresponds to the physical characteristics of the stage 201.

算出部304は、非線形領域353,355において導出部303で推定したパラメータθj+1のうちイナーシャJと粘性摩擦係数Dと、基底関数Ψ(rj)のうち加速度と速度を用いて、電流データ341を算出する。 The calculation unit 304 calculates current data 341 using the inertia J and viscous friction coefficient D of the parameter θ j+1 estimated by the derivation unit 303 in the nonlinear regions 353 and 355, and the acceleration and velocity of the basis function Ψ(r j ).

非線形領域353,355における、データ取得部302で取得した電流データ322(=fnp j+1)と、算出部304で算出した電流データ341とに基づいて補正データ391を導く。そして、蓄積部309は、導かれた補正データ391を、ステージ201の速度反転位置352からの変位に紐づけて蓄積する。なお、指令位置の変化と共に始動位置351や速度反転位置352が変化した場合には、対応する補正データ391が存在しない場合が生じ得るため、以下のような対応をする。 Correction data 391 is derived based on current data 322 (=f np j+1 ) acquired by the data acquisition unit 302 and current data 341 calculated by the calculation unit 304 in the nonlinear regions 353 and 355. The accumulation unit 309 then accumulates the derived correction data 391 in association with the displacement of the stage 201 from the velocity reversal position 352. Note that if the start position 351 or the velocity reversal position 352 changes along with a change in the command position, there may be a case where corresponding correction data 391 does not exist, and therefore the following measures are taken.

(1)最も近い位置の補正データ391を使用する
(2)前後の位置の補正データ391から線形補間する
(3)各位置のデータを平均して1つのテーブルにしておく。
(1)において、例えば、転がり摩擦として、速度反転位置240から1μmでの転がり摩擦が-3Nm、速度反転位置240からの2μmでの転がり摩擦が-2Nmの場合、1.2μmを入力すると、-3Nmが出力される。
(3)において、例えば、速度反転位置240が複数ある場合には、複数の転がり摩擦のデータを平均化したテーブルを作成する。
(1) Use the correction data 391 of the closest position. (2) Linearly interpolate from the correction data 391 of the previous and next positions. (3) Average the data of each position and store it in one table.
In (1), for example, if the rolling friction is −3 Nm at 1 μm from the speed reversal position 240 and −2 Nm at 2 μm from the speed reversal position 240, when 1.2 μm is input, −3 Nm is output.
In (3), for example, if there are multiple speed reversal positions 240, a table is created by averaging multiple pieces of rolling friction data.

すなわち、蓄積部309は非線形領域353,355において、算出部304で求めた電流データ341とデータ取得部302で取得した電流データ322とから、転がり摩擦を表す補正データ391を導く。 That is, in the nonlinear regions 353 and 355, the accumulation unit 309 derives correction data 391 representing rolling friction from the current data 341 calculated by the calculation unit 304 and the current data 322 acquired by the data acquisition unit 302.

制御部306は、線形領域354,356においてモータ204を駆動させるための電流データ363を、次の動作の指令値軌道データrj+1に基づく基底関数Ψ(rj+1)と、導出部303で推定した線形関係式333(=(fp j+1Ψ(rj)θj+1))とを用いて算出する。また、制御部306は、非線形領域353,355においてモータ204を駆動させるための電流データ364を、電流データ322および補正データ391を用いて導出する。この時、ステップ入力部362は、線形関係式333や補正データ391を用いて算出した摩擦補償値に対して、逆応答(指令と逆方向の制御)を低減するため所定のステップ入力値を加算する。そして、制御部306は、算出した電流データ363および導出した電流データ364を用いてモータ204を駆動させる。 The control unit 306 calculates current data 363 for driving the motor 204 in the linear regions 354, 356 using a basis function Ψ(r j+1 ) based on the command value trajectory data r j+1 for the next operation and the linear relational expression 333 (=(f p j+1 Ψ(r jj+1 )) estimated by the derivation unit 303. The control unit 306 also derives current data 364 for driving the motor 204 in the nonlinear regions 353, 355 using the current data 322 and correction data 391. At this time, the step input unit 362 adds a predetermined step input value to the friction compensation value calculated using the linear relational expression 333 and correction data 391 to reduce the inverse response (control in the opposite direction to the command). The control unit 306 then drives the motor 204 using the calculated current data 363 and the derived current data 364.

更新部307は、線形関係式333および補正データ391の少なくともいずれか一方を逐次更新する。また、更新部307は、所定のタイミングでデータ取得部302において取得した最新の電流データ322および指令データ321に基づいて更新処理を行う。ここで、所定のタイミングとは、例えば、工作機械200の工具が工作対象であるワークを離れているタイミング、工具交換中のタイミング、工作機械200の内部の温度が所定値以上になったタイミングである。また、工作機械200の使用期間が一定期間を経過したタイミング、モータ204によるステージ201の移動距離が所定値を超えたタイミング、モータ204の累積駆動時間が一定時間を経過したタイミングでもよい。さらに、工作機械200の内部の温度が所定値以下になったタイミング、最後の更新処理を行った時点からの工作機械200の内部の温度変化量が所定変化量を超えたタイミングである。更新部307は、上述の所定のタイミングの少なくともいずれか1つのタイミングで、更新処理を行う。 The update unit 307 sequentially updates at least one of the linear relational expression 333 and the correction data 391. The update unit 307 also performs update processing based on the latest current data 322 and command data 321 acquired by the data acquisition unit 302 at predetermined timings. Here, the predetermined timings include, for example, timing when the tool of the machine tool 200 is away from the workpiece to be machined, timing during tool replacement, and timing when the internal temperature of the machine tool 200 reaches or exceeds a predetermined value. They may also be timing when the machine tool 200 has been in use for a certain period of time, timing when the movement distance of the stage 201 caused by the motor 204 exceeds a certain value, or timing when the cumulative driving time of the motor 204 has exceeded a certain period of time. Furthermore, the timings include timing when the internal temperature of the machine tool 200 falls below a certain value, and timing when the amount of change in the internal temperature of the machine tool 200 since the last update processing was performed exceeds a certain amount of change. The update unit 307 performs update processing at at least one of the predetermined timings described above.

図4は、摩擦補償処理の流れを説明する図である。STEP1では、通常のILC(Standard-ILC)を用いて、電流データ322(=fnp j+1=Q(fj+Lej))を求める。ここで、fはFF(Feedforward)入力(電流データ322)、eは追従誤差、Lは学習フィルタ(Learning Filter)、Qはロバストフィルタ(Robust Filter)を示す。なお、fnpの右肩の添え字npは、Standard-ILCで得られたFF入力であることを示す。すなわち、ステージ201を移動させたい位置を指令する指令データ321(=rj)に対して、FF入力fjによる電流(学習開始時の初期値はゼロ)でモータ204を動作させる。モータ204の動作により移動したステージ201の変位データを得る。 FIG. 4 is a diagram illustrating the flow of friction compensation processing. In STEP 1, current data 322 (= f np j+1 = Q(f j + Le j )) is obtained using a normal ILC (Standard-ILC). Here, f denotes the FF (Feedforward) input (current data 322), e denotes the tracking error, L denotes the Learning Filter, and Q denotes the Robust Filter. The superscript np on the right of f np indicates the FF input obtained by Standard-ILC. That is, the motor 204 is operated with a current (initial value at the start of learning is zero) based on the FF input f j in response to command data 321 (= r j ) that commands the desired position to which the stage 201 is to be moved. Displacement data of the stage 201 moved by the operation of the motor 204 is obtained.

追従誤差ej=指令データ321-変位データを算出する。FF入力fjと追従誤差ejとから電流データ322(fnp j+1=Q(fj+Lej))を算出する(通常のILCによるFF入力)。なお、モータ204の線形関係式333や摩擦モデルは、追従誤差を通して電流データ322に反映されている。なお、指令データ321は、ステージ201の指令値軌道(目標軌道)、すなわち、ステージ201をどう動かしたいかという位置の入力を表す。 The following error e j = command data 321 - displacement data is calculated. Current data 322 (f np j+1 = Q(fj + Lej)) is calculated from the FF input f j and the following error e j (FF input by normal ILC). Note that the linear relational expression 333 and friction model of the motor 204 are reflected in the current data 322 through the following error. Note that the command data 321 represents the command value trajectory (target trajectory) of the stage 201, that is, the input of the position at which the stage 201 is desired to move.

STEP2では、パラメータθj+1を推定する。Ψ(rj)は基底関数である。モータ204の線形関係式333に基づくFF入力の式Ψ(rj)θj+1が、fnp j+1にフィットするように線形最小二乗法でパラメータθj+1を求める。ここで、重みづけ行列Wjによって非線形領域353,355を除外することで、パラメータθj+1の精度が高くなる。 In STEP 2, the parameter θ j+1 is estimated. Ψ(r j ) is a basis function. The parameter θ j+1 is found by the linear least squares method so that the FF input equation Ψ(r jj +1, which is based on the linear relational equation 333 of the motor 204, fits f np j+1 . Here, the accuracy of the parameter θ j+1 is improved by excluding nonlinear regions 353 and 355 using the weighting matrix W j .

STEP3では、パラメータθj+1から転がり摩擦Trfを求め、rjとTrfとでテーブル501(図5)を作成する。つまり、パラメータθj+1のうちJとDと、基底関数Ψ(rj)のうち加速度と速度から電流データ341を導出する。そして、電流データ322(=fnp j+1)から電流データ341を差し引くことで、非線形領域353,355の補正データ391を算出し、蓄積する。そして、指令データ321と補正データ391からテーブル501を作成する。ここで、Jは慣性、Dは粘性係数、Rはボールねじリード(ねじの1回転にともないナットが軸方向に進む距離)、KTはトルク定数を示す。なお、電流データ341は、Trf=(fnp j+1-J/RKT<<rj>>-D/RKT<rj>)KTに相当する。<rj>は、rjの微分、<<rj>>は、<rj>の微分を表す。 In STEP 3, rolling friction T rf is calculated from parameter θ j+1 , and table 501 ( FIG. 5 ) is created using r j and T rf . That is, current data 341 is derived from J and D of parameter θ j+1 and acceleration and velocity of basis function Ψ(r j ). Then, correction data 391 for nonlinear regions 353 and 355 is calculated and stored by subtracting current data 341 from current data 322 (= f np j+1 ). Table 501 is then created from command data 321 and correction data 391. Here, J represents inertia, D represents the viscosity coefficient, R represents the ball screw lead (the distance the nut advances axially with one rotation of the screw), and K T represents the torque constant. Note that current data 341 corresponds to T rf = (f np j+1 - J/RK T <<r j >> - D/RK T <r j >)K T. <r j > denotes the differential of r j , and <<r j >> denotes the differential of <r j >.

STEP4では、STEP2で推定したパラメータθj+1およびSTEP3で作成したテーブル501からFF入力を再計算する。つまり、線形領域354,356では、次の指令rj+1に基づくΨ(rj+1)と、先ほど求めたθj+1とから、Ψ(rj+1)θj+1(J/(R×Kt)×加速度+D/(R×KT)×速度+Tc/KT×b_rf)によってFF入力を求める。次に非線形領域353,355では、J/(R×KT)×加速度+D/(R×Kt)×速度+(テーブル501に記憶された転がり摩擦)/KTによって求め、次回のFF入力fj+1とする。さらにこれらのFF入力に対して、逆応答を低減するため所定のステップ入力値を加算する。 In STEP 4, the FF input is recalculated from the parameter θ j+1 estimated in STEP 2 and table 501 created in STEP 3. That is, in linear regions 354 and 356, the FF input is calculated from Ψ(r j+ 1j+ 1 (J/(R×K t )×acceleration+D/(R×K T ) ×velocity+Tc/K T ×b_rf) using Ψ(r j+1 ) based on the next command r j+1 and the previously calculated θ j +1. Next, in nonlinear regions 353 and 355, the next FF input f j+1 is calculated using J/(R×K T )×acceleration+D/(R×K t )×velocity+(rolling friction stored in table 501)/K T . Furthermore, a predetermined step input value is added to these FF inputs to reduce inverse response.

パラメータθj+1は、モータ204のうち機械特性に相当する部分であり、指令とは独立な値である。そのため、Ψ(rj+1)を指令に応じて算出すれば、任意の指令に対して電流データが適切なFF入力となる。線形領域354,356のFF入力の計算には、「J/(R×KT)×加速度+D/(R×KT)×速度+Tc/KT×b_rf」を用いる。なお、b_rfは、線形領域354,356では1となり、非線形領域353,355では-1~1となる(速度反転位置240からの距離と摩擦モデルとによる)。以上のSTEP1~4を繰り返すことで、追従誤差eが減少する(学習制御)。学習後のθと補正データ391とを保存しておくことで、別の指令に変更しても適切なFF補正を行うことができる。
以上、図4を用いてパラメータを推定して、摩擦補償を行う場合の処理の流れについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、パラメータが既知であってもよい。
The parameter θ j+1 corresponds to the mechanical characteristics of the motor 204 and is a value independent of the command. Therefore, if Ψ(r j+1 ) is calculated according to the command, the current data becomes the appropriate FF input for any command. The FF input for the linear regions 354 and 356 is calculated using "J/(R×K T )×acceleration + D/(R×K T )×velocity + Tc/K T ×b_rf." Note that b_rf is 1 in the linear regions 354 and 356 and is between -1 and 1 in the nonlinear regions 353 and 355 (depending on the distance from the velocity reversal position 240 and the friction model). Repeating steps 1 to 4 reduces the tracking error e (learning control). By saving the learned θ and correction data 391, appropriate FF correction can be performed even when a different command is used.
Although the processing flow for estimating parameters and performing friction compensation has been described above using FIG. 4, the present invention is not limited to this, and the parameters may be known.

図5は、非線形領域353,355における変位と転がり摩擦との関係を示すテーブル501を説明する図である。テーブル501は、蓄積部309に蓄積されている。非線形領域353,355においては、数式を用いることなく、転がり摩擦の非線形特性をステージ201の変位(位置)と補正データ391(転がり摩擦)とを対応付けたテーブル501を用いて、電流データ364を導く。テーブル501は、速度反転位置240からの変位に関連付けて転がり摩擦を記憶する。 Figure 5 is a diagram illustrating table 501 showing the relationship between displacement and rolling friction in nonlinear regions 353 and 355. Table 501 is stored in storage unit 309. In nonlinear regions 353 and 355, current data 364 is derived using table 501, which associates the nonlinear characteristics of rolling friction with the displacement (position) of stage 201 and correction data 391 (rolling friction), without using a formula. Table 501 stores rolling friction in association with the displacement from velocity reversal position 240.

線形関係式333およびテーブル501を用いた摩擦補償のアプローチでは、象限突起を効率的に抑制することができるが、象限突起とは逆方向の追従誤差である逆応答が発生する場合がある。機械加工においては、この逆応答は、削りすぎの要因やワークの粗面化の原因となる。 The friction compensation approach using linear relational equation 333 and table 501 can effectively suppress quadrantal protrusions, but it can sometimes cause an inverse response, which is a tracking error in the opposite direction to the quadrantal protrusion. In machining, this inverse response can cause over-cutting and roughening of the workpiece surface.

そこで本実施形態では、ステップ入力部362において、逆応答を解析し、抑制する。具体的には、ステップ入力部362は、ステップ入力がない状態でのシミュレーションで逆応答を確認し、その結果に基づいて、逆応答の解析を行い、逆応答を抑制するタイミングおよび大きさでステップ入力を行う。 In this embodiment, the step input unit 362 analyzes and suppresses the inverse response. Specifically, the step input unit 362 checks the inverse response through a simulation without a step input, analyzes the inverse response based on the results, and inputs a step with a timing and magnitude that suppresses the inverse response.

図6は、本実施形態における上記の処理を制御系で表した図である。この制御系の目的は、位置基準rと出力xの追従誤差e=r-xを減少させることである。追従誤差(象限突起)は、速度反転時に大きくなるため、フィードフォワード的な摩擦補償が有効と考えられる。そこで、フィードフォワード制御器601が制御対象607のノミナルモデルPの安定逆系として導入されている。フィードフォワード制御器601は、モデル化誤差や外乱がなければ完全な追従制御を実現する。また、定常誤差を抑圧するためのフィードバック制御器602として比例積分微分(PID)制御器が設けられている。 Figure 6 is a diagram showing the above processing in this embodiment using a control system. The purpose of this control system is to reduce the tracking error e = r - x between the position reference r and the output x. Because the tracking error (quadrant projection) increases when the velocity is reversed, feedforward friction compensation is considered effective. Therefore, a feedforward controller 601 is introduced as a stable inverse system of the nominal model P of the controlled object 607. The feedforward controller 601 achieves perfect tracking control if there are no modeling errors or disturbances. In addition, a proportional-integral-derivative (PID) controller is provided as a feedback controller 602 to suppress steady-state errors.

フィードフォワード制御による転がり摩擦の補正には、グラフ350に示すような摩擦モデル^Trfを用いる。さらに、転がり摩擦モデル^Trfを用いて転がり摩擦Trfを補償するため、摩擦補償部603が設けられている。フィードフォワード制御による転がり摩擦の補正には、グラフ350に示すような摩擦モデル^Trfを用いる。摩擦補償値は摩擦モデルと位置基準に基づいて計算される。 To correct rolling friction using feedforward control, a friction model ^Trf as shown in graph 350 is used. Furthermore, a friction compensation unit 603 is provided to compensate for rolling friction Trf using the rolling friction model ^Trf. To correct rolling friction using feedforward control, a friction model ^Trf as shown in graph 350 is used. The friction compensation value is calculated based on the friction model and position reference.

上述したとおり、フィードフォワード摩擦補償によれば、追従誤差を効果的に低減することができるが、摩擦補償の結果、象限突起とは逆方向の追従誤差となる逆応答を生じることがある。そこで、本実施形態では、シミュレーションによる逆応答の解析を行い、その解析結果をもとに、逆応答を抑制する。具体的には、ステップ入力値を加算し、逆応答をキャンセルするステップ入力部362を設ける。 As described above, feedforward friction compensation can effectively reduce tracking errors, but friction compensation can sometimes result in an inverse response, which is a tracking error in the opposite direction to the quadrant projection. Therefore, in this embodiment, the inverse response is analyzed through simulation, and the inverse response is suppressed based on the analysis results. Specifically, a step input unit 362 is provided that adds a step input value and cancels the inverse response.

図7にシミュレーション結果を示す。図7(a)のような典型的な移動指示に対して、図7(b)に示すように、摩擦補償により追従誤差(象限突起の要因)は抑制されるが、図7(c)に示すように、逆応答701が発生する場合がある。図7(d)は、速度反転タイミング付近での転がり摩擦とその補償入力を示している。図7(e)と図7(f)は、印加された転がり摩擦と摩擦補償値との差として定義される等価入力外乱を示す。等価入力外乱はサンプル点では小さいが、制御入力がゼロ次ホールドブロック606で離散化されているため、サンプル点間では相対的に大きくなる。図7(e)および図7(f)によれば、等価入力外乱の特性は摩擦補償によって決まる。ゼロ次ホールドブロック606により摩擦補償値は階段状の値となるため、スパイク状の入力外乱が発生する。摩擦補償をしない場合、入力端外乱は図7(e) w/o comp.に示すステップ外乱となる。 Figure 7 shows the simulation results. For a typical movement command such as Figure 7(a), friction compensation suppresses tracking errors (causing quadrant projections) as shown in Figure 7(b), but an inverse response 701 may occur, as shown in Figure 7(c). Figure 7(d) shows the rolling friction and its compensation input near the time of velocity reversal. Figures 7(e) and 7(f) show the equivalent input disturbance, defined as the difference between the applied rolling friction and the friction compensation value. The equivalent input disturbance is small at the sample points, but becomes relatively large between sample points because the control input is discretized by the zero-order hold block 606. Figures 7(e) and 7(f) show that the characteristics of the equivalent input disturbance are determined by friction compensation. The zero-order hold block 606 causes the friction compensation value to take a step-like value, resulting in a spike-like input disturbance. Without friction compensation, the input end disturbance would be the step disturbance shown in Figure 7(e) w/o comp.

一般に、制御対象Pおよびフィードバック制御器CFBが線形時不変である閉ループ系において、制御対象Pへの入力端外乱と追従誤差は以下の式を満足することが知られている。フィードバック制御器602が持つ積分の個数をiとする。このとき、制御対象Pの入力端にインパルス外乱が入ってきたときの誤差eiについて、下記の式(1)を満足する。




入力端にステップ外乱が入ってくると、摩擦補償をしない場合の誤差es=r-xは、以下の数式(2)で表されるようになる。





フィードバック制御器602は積分器を1つ持ち、等価的な外乱がインパルス状であると考えられる。これにより、摩擦補償(ステップ入力なし)をしたときは式(1)に従って逆応答が生じる。逆応答701は、モデル化誤差がない場合でも、フィードバック制御器602の積分器とゼロ次ホールドブロック606で離散化された制御入力によって引き起こされる。摩擦補償をしない場合、入力端外乱がステップ状であるため、式(2)に従い逆応答は発生しない。
It is generally known that in a closed-loop system in which the control target P and the feedback controller CFB are linear and time-invariant, the input terminal disturbance and tracking error to the control target P satisfy the following equations. Let the number of integrals held by the feedback controller 602 be i. In this case, the error ei when an impulse disturbance enters the input terminal of the control target P satisfies the following equation (1).




When a step disturbance is applied to the input terminal, the error es=rx without friction compensation is expressed by the following equation (2).





The feedback controller 602 has one integrator, and the equivalent disturbance is considered to be impulse-like. As a result, when friction compensation (without step input) is performed, an inverse response occurs according to equation (1). Even if there is no modeling error, the inverse response 701 is caused by the integrator of the feedback controller 602 and the control input discretized by the zero-order hold block 606. When friction compensation is not performed, the input-end disturbance is step-like, so no inverse response occurs according to equation (2).

このような逆応答701を低減するため、図8に示すように、パラメータ算出部605で算出したパラメータに基づいて算出したステップ入力値Gsを、タイミングTsから摩擦補償値に加算する(604)。これにより、摩擦による追従誤差801を増加させることなく、逆応答701を抑制する(803)ことができる。 To reduce this inverse response 701, as shown in FIG. 8, the step input value Gs calculated based on the parameters calculated by the parameter calculation unit 605 is added to the friction compensation value from timing Ts (604). This makes it possible to suppress the inverse response 701 (803) without increasing the tracking error 801 due to friction.

パラメータ算出部605は、ステップ入力値604を加算する前の摩擦補償値を用いた場合の追従誤差からステップ入力値のタイミングおよび大きさを算出する。 The parameter calculation unit 605 calculates the timing and magnitude of the step input value from the tracking error when using the friction compensation value before adding the step input value 604.

図9は、パラメータ算出部605におけるパラメータ算出処理の流れを示すフローチャートである。 Figure 9 is a flowchart showing the flow of the parameter calculation process in the parameter calculation unit 605.

Tは時間を表しており、T=0はステージの速度反転タイミングである。まず、ステップS901において、摩擦補償(ステップ入力なし)による追従誤差Ec(T)を取得する。 T represents time, and T=0 is the timing when the stage velocity reverses. First, in step S901, the tracking error Ec(T) due to friction compensation (no step input) is obtained.

次に、ステップS902において、象限突起の発生タイミングTqと大きさEqおよび追従誤差のゼロクロスタイミングTiを取得する。 Next, in step S902, the occurrence timing Tq and magnitude Eq of the quadrant projection, as well as the zero-cross timing Ti of the tracking error, are obtained.

さらにステップS903において、Tsに初期値としてTqを入力してステップS904に進み、Eus(T-Ts)を算出する。ここで、Tsはステップ入力が追加されたタイミング、Eus(T)はステップ入力による追従誤差を表す。 Furthermore, in step S903, Tq is input as the initial value for Ts, and the process proceeds to step S904, where Eus(T-Ts) is calculated. Here, Ts represents the timing when the step input is added, and Eus(T) represents the tracking error due to the step input.

フィードバック制御器602は、比例利得をkp、積分利得をki、微分利得をkd、擬似微分の時定数をTfとした場合、下記の式(3)で表される。



フィードバック制御器602は、閉ループノミナルモデルが-wcで4重極を持つようなPID制御器であるため、T=Tsとなるタイミングで加算されるステップ入力により、追従誤差Eus(Ts)は、Snをノミナル感度関数とすると、以下のように表される。




上記式から、Eusは、以下の数式のように算出できる。


なお、ここではPID制御器を利用する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、積分器が一つのフィードバック制御器なら適用できる。また、PID制御器でも違う設計法(数4・数5が変化)でもよい。
次にステップS905において、以下の数式に基づいて、加算すべきステップ入力の大きさGsを算出する。



さらに、ステップS906において、摩擦補償(ステップ入力あり)による予測追従誤差Ep(T)を以下の式に基づいて算出する。
Ep(T)=Ec(T)+GsEus(T-Ts)
The feedback controller 602 is expressed by the following equation (3), where kp is the proportional gain, ki is the integral gain, kd is the differential gain, and Tf is the time constant of the pseudo differential.



The feedback controller 602 is a PID controller in which the closed-loop nominal model has a quadrupole at −wc. Therefore, due to the step input added at the timing when T=Ts, the tracking error Eus(Ts) is expressed as follows, where Sn is the nominal sensitivity function:




From the above formula, Eus can be calculated as follows:


Although the use of a PID controller has been described here, the present invention is not limited to this and can be applied to any feedback controller with a single integrator. Furthermore, even for PID controllers, a different design method (where equations 4 and 5 are changed) may be used.
Next, in step S905, the magnitude Gs of the step input to be added is calculated based on the following formula.



Furthermore, in step S906, the predicted tracking error Ep(T) with friction compensation (with step input) is calculated based on the following equation:
Ep(T)=Ec(T)+GsEus(T-Ts)

次に、ステップS907において、以下の式が成り立つか判定する。
-Eq≦Ep(T)の最小値≦0
この式が成り立てば、処理を終了する。
Next, in step S907, it is determined whether the following formula is true:
−Eq≦minimum value of Ep(T)≦0
If this formula is true, the process ends.

上記不等式が成り立たなければ、ステップS908に進み、Tsをインクリメント、すなわちTsに1サンプリング周期を加算する。そしてステップS909において、Ts≦Tiと判断される間、ステップS904~S908の処理を繰り返し、-Eq≦Ep(T)≦0の関係を満たすTsとGsを決定する。つまり、ステップ入力部362(パラメータ算出部605)は、ステップ入力値Gsを加算する前の摩擦補償値を用いた場合の追従誤差の絶対値が最大になるタイミングTqから、その絶対値が0になるタイミングTiまでの間でタイミングを変えつつ、ステップ入力値Gsを加算し、負の誤差の絶対値が、最大値Eqよりも大きくならないようなステップ入力値Gsを決定する。 If the above inequality does not hold, proceed to step S908, where Ts is incremented, i.e., one sampling period is added to Ts. Then, in step S909, while it is determined that Ts≦Ti, the processes of steps S904 to S908 are repeated to determine Ts and Gs that satisfy the relationship -Eq≦Ep(T)≦0. In other words, the step input unit 362 (parameter calculation unit 605) adds the step input value Gs while changing the timing between the timing Tq at which the absolute value of the tracking error when using the friction compensation value before adding the step input value Gs is maximized and the timing Ti at which that absolute value becomes 0, and determines the step input value Gs so that the absolute value of the negative error does not exceed the maximum value Eq.

一方、Tiまでのタイミングで、-Eq≦Ep(T)≦0の関係を満たすTsとGsを決定できない場合には微小な逆応答・微小な象限突起の増大を許容する。 On the other hand, if Ts and Gs cannot be determined that satisfy the relationship -Eq≦Ep(T)≦0 by the timing up to Ti, a slight inverse response and a slight increase in the quadrant projection are allowed.

すなわち、パラメータ算出部605は、ステップ入力値を加算する前の摩擦補償値を用いた場合の追従誤差の符号が最初に逆転する前に、追従誤差の絶対値が最大となるタイミングTqから、追従誤差の符号が最初に逆転するタイミングTiまでの間に、ステップ入力値Gsの加算を開始させる。また、パラメータ算出部605は、ステップ入力値を加算する前の摩擦補償値を用いた場合の追従誤差の値を用いて、ステップ入力値の大きさGsを決定する。 In other words, the parameter calculation unit 605 starts adding the step input value Gs between the timing Tq when the absolute value of the tracking error reaches its maximum and the timing Ti when the sign of the tracking error first reverses, before the sign of the tracking error first reverses when using the friction compensation value before adding the step input value. The parameter calculation unit 605 also determines the magnitude of the step input value Gs using the value of the tracking error when using the friction compensation value before adding the step input value.

なお、-Eq≦Ep(T)の最小値≦0を初めて満たしたときに終了するのではなく、0≦Ts≦Tiの全てのTsについて処理を繰り返した後に、Ep(T)≦0かつEp(T)の最小値が最大となるTs、Gsを採用してもよい。
また、Tsの変更はTiからTqへ減少する方向で処理してもよい。すなわちS903でTsをTiに設定し、S908でTsから1サンプリング周期を減算し、条件判定Ts≦TiをTs≧0にそれぞれ変更してもよい。
以上それぞれの場合において、Tsの変更は複数サンプリング周期ずつ加算または減算してもよい。
以上の処理を行うことにより、適正なステップ入力値およびそのタイミングを決定できる。すなわち、象限突起を発生させうる追従誤差を増加させることなく、逆応答を抑制することができる。
It is also possible to repeat the process for all Ts in the range of 0≦Ts≦Ti, rather than terminating the process when the condition −Eq≦minimum value of Ep(T)≦0 is met for the first time, and then adopt Ts and Gs for which Ep(T)≦0 and the minimum value of Ep(T) is the largest.
Alternatively, Ts may be changed in a decreasing direction from Ti to Tq. That is, Ts may be set to Ti in S903, one sampling period may be subtracted from Ts in S908, and the condition determination Ts≦Ti may be changed to Ts≧0.
In each of the above cases, Ts may be changed by adding or subtracting multiple sampling periods.
By performing the above process, it is possible to determine an appropriate step input value and its timing, thereby suppressing the inverse response without increasing the tracking error that can cause quadrantal spikes.

なお、本実施形態では、送り駆動部の一例としてボールねじを挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。また、上記実施形態では、転がり摩擦モデルを用いて算出した摩擦補償値を電流値に加算したが、本発明はこれに限定されるものではなく、転がり摩擦の計測データから得た摩擦補償値を電流値に加算してもよい。 In this embodiment, a ball screw has been described as an example of a feed drive unit, but the present invention is not limited to this. Also, in the above embodiment, a friction compensation value calculated using a rolling friction model is added to the current value, but the present invention is not limited to this, and a friction compensation value obtained from rolling friction measurement data may also be added to the current value.

さらに上述の制御を工作機械において実現するため摩擦補償部とステップ入力部とを備えた工作機械用制御装置も本発明の範疇に含まれる。 Furthermore, the scope of the present invention also includes a machine tool control device equipped with a friction compensation unit and a step input unit to realize the above-mentioned control in a machine tool.

[他の実施形態]
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の技術的範囲で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の技術的範囲に含まれる。
Other Embodiments
Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications can be made to the configuration and details of the present invention that are understandable to those skilled in the art within the technical scope of the present invention. Furthermore, systems or devices that combine the separate features included in each embodiment in any manner are also included in the technical scope of the present invention.

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に供給され、内蔵されたプロセッサによって実行される場合にも適用可能である。本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるサーバも、プログラムを実行するプロセッサも本発明の技術的範囲に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)は本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention may also be applied to a system consisting of multiple devices, or to a single device. Furthermore, the present invention is also applicable when an information processing program that realizes the functions of the embodiments is supplied to a system or device and executed by an integrated processor. The technical scope of the present invention also includes programs installed on a computer to realize the functions of the present invention on the computer, media storing such programs, servers from which such programs are downloaded, and processors that execute such programs. In particular, the technical scope of the present invention includes at least non-transitory computer-readable media storing programs that cause a computer to execute the processing steps included in the above-described embodiments.

Claims (6)

工作機械において移動体を移動させるための送り駆動部と、
前記送り駆動部において発生する転がり摩擦を補償するため、前記送り駆動部へ入力する電流値に対して、転がり摩擦の計測データから得た摩擦補償値、または転がり摩擦モデルを用いて算出した摩擦補償値をあらかじめ加算する摩擦補償部と、
前記摩擦補償値の加算によって発生する逆応答を低減するため、前記摩擦補償値に所定のステップ入力値を加算するステップ入力部と、
を備えた工作機械。
a feed drive unit for moving a moving body in the machine tool;
a friction compensation unit that adds, in advance, a friction compensation value obtained from measurement data of rolling friction or a friction compensation value calculated using a rolling friction model to a current value input to the feed drive unit in order to compensate for rolling friction occurring in the feed drive unit;
a step input unit that adds a predetermined step input value to the friction compensation value in order to reduce an inverse response caused by adding the friction compensation value;
A machine tool equipped with
前記ステップ入力部は、前記ステップ入力値を加算する前の前記摩擦補償値を用いた場合の追従誤差から前記ステップ入力値のタイミングおよび大きさを算出する算出部を含む請求項1に記載の工作機械。 The machine tool according to claim 1, wherein the step input unit includes a calculation unit that calculates the timing and magnitude of the step input value from the tracking error when the friction compensation value before adding the step input value is used. 工作機械において移動体を移動させるための送り駆動部と、
前記送り駆動部において発生する転がり摩擦を補償するため、前記送り駆動部へ入力する電流値に対して、転がり摩擦の計測データから得た摩擦補償値、または転がり摩擦モデルを用いて算出した摩擦補償値をあらかじめ加算する摩擦補償部と、
前記摩擦補償値の加算によって発生する逆応答を低減するため、前記摩擦補償値に所定のステップ入力値を加算するステップ入力部と、
を備え、
前記ステップ入力部は、前記ステップ入力値を加算する前の前記摩擦補償値を用いた場合の追従誤差から前記ステップ入力値のタイミングおよび大きさを算出する算出部を含み、
前記ステップ入力値を加算する前の前記摩擦補償値を用いた場合の追従誤差の符号が最初に逆転する前に前記追従誤差の絶対値が最大となるタイミングから、追従誤差の符号が最初に逆転するタイミングまでの間に、ステップ入力値の加算を開始す工作機械。
a feed drive unit for moving a moving body in the machine tool;
a friction compensation unit that adds, in advance, a friction compensation value obtained from measurement data of rolling friction or a friction compensation value calculated using a rolling friction model to a current value input to the feed drive unit in order to compensate for rolling friction occurring in the feed drive unit;
a step input unit that adds a predetermined step input value to the friction compensation value in order to reduce an inverse response caused by adding the friction compensation value;
Equipped with
the step input unit includes a calculation unit that calculates timing and magnitude of the step input value from a tracking error when the friction compensation value before adding the step input value is used,
a machine tool that starts adding a step input value between the timing when the absolute value of the following error becomes maximum before the sign of the following error is first reversed when the friction compensation value before adding the step input value is used, and the timing when the sign of the following error is first reversed .
前記ステップ入力部は、前記ステップ入力値を加算する前の前記摩擦補償値を用いた場合の追従誤差の値を用いて、前記ステップ入力値の大きさを決定する請求項3に記載の工作機械。 A machine tool as described in claim 3, wherein the step input unit determines the magnitude of the step input value using the value of the tracking error when the friction compensation value before adding the step input value is used. 前記ステップ入力部は、前記ステップ入力値を加算する前の前記摩擦補償値を用いた場合の追従誤差の絶対値が最大になるタイミングから、前記絶対値が0になるタイミングまでの間でタイミングを変えつつ、前記ステップ入力値を加算し、負の誤差の絶対値が、前記追従誤差の絶対値の最大値よりも大きくならないような前記ステップ入力値を決定する請求項4に記載の工作機械。 The machine tool described in claim 4, wherein the step input unit adds the step input value while changing the timing between when the absolute value of the tracking error when using the friction compensation value before adding the step input value is maximized and when the absolute value becomes zero, and determines the step input value such that the absolute value of the negative error does not become greater than the maximum absolute value of the tracking error. 工作機械において移動体を移動させるための送り駆動部において発生する転がり摩擦を補償するため、前記送り駆動部へ入力する電流値に対して、転がり摩擦の計測データから得た摩擦補償値、または転がり摩擦モデルを用いて算出した摩擦補償値をあらかじめ加算する摩擦補償部と、
前記転がり摩擦補償によって発生する逆応答を低減するため、前記摩擦補償値に所定のステップ入力値を加算するステップ入力部と、
を備え、
前記ステップ入力部は、前記ステップ入力値を加算する前の前記摩擦補償値を用いた場合の追従誤差から前記ステップ入力値のタイミングおよび大きさを算出する算出部を含む工作機械用制御装置。
a friction compensation unit that adds in advance a friction compensation value obtained from measurement data of rolling friction or a friction compensation value calculated using a rolling friction model to a current value input to a feed drive unit for compensating for rolling friction that occurs in the feed drive unit for moving a moving body in a machine tool;
a step input unit that adds a predetermined step input value to the friction compensation value in order to reduce an inverse response caused by the compensation for the rolling friction;
Equipped with
The step input unit includes a calculation unit that calculates the timing and magnitude of the step input value from a tracking error when the friction compensation value before adding the step input value is used.
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