(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸モータに同期して従属軸モータを駆動する同期制御装置であり、
現在時刻ｉにおいて、Ｍ−１サンプリング先のサンプリング周期間の主軸位置指令増分値Δｒs (i+M-1) とＫ (Ｋ≧0)サンプリング過去の主軸位置増分値Δｙs (i-K) とを入力し、主軸位置指令増分値Δｒs (i) と数サンプリング先までの複数個の従属軸未来位置指令増分値Δｒz (i+m),m=D+1,D+2,…,D+Mとを出力する予測装置と、
前記主軸位置指令増分値のｄ（ｄ≧0）サンプリング過去の信号Δｒs (i-d) を入力し、主軸モータを駆動制御し、主軸位置増分値Δｙs (i) を出力する主軸装置と、
前記複数個の従属軸未来位置指令増分値のＤ（Ｄ≧0）サンプリング過去の信号Δｒz (i+m),m=1,2,…,Mを入力し、従属軸の動特性モデルを用いて予測した従属軸位置が従属軸未来位置指令と一致するように従属軸モータを駆動制御する従属軸装置とから成り、
（ここで、ｄは前記主軸位置指令増分値を前記予測装置から前記主軸装置へ伝達する際の遅延サンプリング数、Ｋは前記主軸位置増分値を前記主軸装置から前記予測装置へ伝達する際の遅延サンプリング数、Ｄは前記従属軸未来位置指令増分値を前記予測装置から前記従属軸装置へ伝達する際の遅延サンプリング数である。）
前記予測装置において、現在に至るまでの過去複数点に入力した前記主軸位置指令増分値を記憶する手段と、
記憶された値の内でＭ−１サンプリング過去に入力した前記主軸位置指令増分値Δｒs (i) を出力する手段と、
現在に至るまでの過去複数点に入力した前記主軸位置増分値を記憶する手段と、
ｄサンプリングの遅れを含めた主軸装置の動特性モデル、記憶された前記主軸位置指令増分値および前記主軸位置増分値により、数サンプリング先までの複数個の主軸位置増分値の予測値を求める演算器と、
得られた複数個の主軸位置増分値の予測値から複数個の従属軸未来位置指令増分値を求める変換器と
を備えたことを特徴とする同期制御装置。
【請求項２】
前記予測装置内の演算器において、記憶された前記主軸位置指令増分値Δｒｓ  より主軸位置指令ｒｓ  を演算し記憶する手段と、記憶された前記主軸位置増分値Δｙｓ  より主軸位置ｙｓ  を演算し記憶する手段と、記憶された前記主軸位置指令ｒｓ  と前記主軸位置ｙｓ  より、主軸位置増分値の予測値Δｙｓ  ＊  （ｉ＋ｍ），  ｍ＝Ｄ＋１，Ｄ＋２，  …，Ｄ＋Ｍを、
【数１】
0003551345.tif 000021
Δｙｓ  ＊  （ｉ＋ｍ）  ＝  ｙｓ  ＊  （ｉ＋ｍ）  −ｙｓ  ＊  （ｉ＋ｍ−１）
ここで、Ｎ  ａ  ，  Ｎ  ｂ  ，  Ａ  ｍｎ，  Ｂ  ｍｎは、主軸装置の動特性モデルより求める定数である。
として決定する手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の同期制御装置。
【請求項３】
前記予測装置内の演算器において、記憶された前記主軸位置指令増分値Δｒｓ  と前記主軸位置増分値Δｙｓ  より、主軸位置増分値の予測値Δｙｓ  ＊  （ｉ＋ｍ），  ｍ＝Ｄ＋１，Ｄ＋２，  …，Ｄ＋Ｍを、
【数２】
0003551345.tif 000022
ここで、  Ｎａ  ，Ｎｂ  ，    Ａｍｎ，    Ｂｍｎは、主軸装置の動特性モデルより求める定数
ある。
として決定する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の同期制御装置。
【請求項４】
前記予測装置内の演算器において、記憶された前記主軸位置指令増分値Δｒｓ  より主軸位置指令ｒｓ  を演算し記憶する手段と、記憶された前記主軸位置指令ｒｓ  と前記主軸位置増分値Δｙｓ  より、主軸位置増分値の予測値Δｙｓ  ＊  （ｉ＋ｍ），  ｍ＝Ｄ＋１，Ｄ＋２，  …，Ｄ＋Ｍを、
【数３】
0003551345.tif 000023
ここで、  Ｎａ  ，Ｎｂ  ，    Ａｍｎ，    Ｂｍｎは、主軸装置の動特性モデルより求める定数である。
として決定する手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の同期制御装置。
【請求項５】
前記予測装置内に記憶された前記主軸位置指令増分値Δｒs を乗数倍した信号と、前記主軸位置増分値Δｙs 、あるいは、前記主軸位置増分値の予測値Δｙs* を乗数倍した信号とを加算する手段と、
その加算値のＤ（Ｄ≧0 ）サンプリング過去の信号を前記従属軸装置内の予測制御演算値に加算する手段と、
前記各乗数値を変化させることにより同期ずれの微調整をする手段と
を備えたことを特徴とする請求項１乃至４記載の同期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸モータに同期して従属軸モータを駆動する同期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の同期制御技術では、主軸モータの制御装置と従属軸モータの制御装置とにそれぞれ同期した指令を与えるか、主軸モータの現在位置に同期して従属軸モータの制御装置へ指令を与えていた。さらに、予見・予測制御を同期制御に適用した従来技術としては、特願平６−２８８９９４において本出願人が提案した同期制御装置がある。この装置は、主軸の未来位置を予測して求めた従属軸の未来位置指令を用いて、従属軸を予測制御するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の同期制御技術では、主軸と従属軸の動特性の違いから精度の高い同期制御は困難であった。特願平６−２８８９９４の装置は、この問題を解決するために考案されたもので、同期精度を向上させるものである。しかしこの装置では、未来主軸位置の予測の際に未来ではなく現在時刻の主軸位置指令を用いているため、主軸位置指令の変化時に、その変化への対応が遅れ同期精度が劣化するという問題があった。またこれらの従来技術では、主軸制御装置および従属軸制御装置への位置指令の入力や、主軸位置の検出に遅れがある場合、その遅れの分だけさらに同期精度が劣化するという問題があった。
そこで本発明は、従来技術よりも精度の高い同期制御を実現し、かつ、位置指令の入力や、主軸位置の検出に遅れがある場合でも同期精度の劣化が少ない同期制御装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため本発明では、主軸モータに同期して従属軸モータを駆動する同期制御装置であり、現在時刻ｉにおいて、Ｍ−１サンプリング先のサンプリング周期間の主軸位置指令増分値Δｒs (i+M-1) とＫ (Ｋ≧0)サンプリング過去の主軸位置増分値Δｙs (i-K) とを入力し、主軸位置指令増分値Δｒs (i) と数サンプリング先までの複数個の従属軸未来位置指令増分値Δｒz (i+m),m=D+1,D+2,…,D+Mとを出力する予測装置と、前記主軸位置指令増分値のｄ (ｄ≧0)サンプリング過去の信号Δｒs (i-d)を入力し、主軸モータを駆動制御し、主軸位置増分値Δｙs (i) を出力する主軸装置と、前記複数個の従属軸未来位置指令増分値のＤ( Ｄ≧0)サンプリング過去の信号Δｒz (i+m),m=1,2,…,Mを入力し、従属軸の動特性モデルを用いて予測した従属軸位置が従属軸未来位置指令と一致するように従属軸モータを駆動制御する従属軸装置とから成り、（ここで、ｄは前記主軸位置指令増分値を前記予測装置から前記主軸装置へ伝達する際の遅延サンプリング数、Ｋは前記主軸位置増分値を前記主軸装置から前記予測装置へ伝達する際の遅延サンプリング数、Ｄは前記従属軸未来位置指令増分値を前記予測装置から前記従属軸装置へ伝達する際の遅延サンプリング数である。）前記予測装置において、現在に至るまでの過去複数点に入力した前記主軸位置指令増分値を記憶する手段と、記憶された値の内でＭ−１サンプリング過去に入力した前記主軸位置指令増分値Δｒs (i) を出力する手段と、現在に至るまでの過去複数点に入力した前記主軸位置増分値を記憶する手段と、ｄサンプリングの遅れを含めた主軸装置の動特性モデル、記憶された前記主軸位置指令増分値および前記主軸位置増分値により、数サンプリング先までの複数個の主軸位置増分値の予測値を求める演算器と、得られた複数個の主軸位置増分値の予測値から複数個の従属軸未来位置指令増分値を求める変換器とを備えたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図１に示して説明する。図中１は、予測装置であり、現在時刻ｉにおいて、Ｍ−１サンプリング先のサンプリング周期間の主軸回転位置の目標指令の増分値Δｒs (i+M-1) と、Ｋ( Ｋ≧0)サンプリング過去の主軸位置増分値Δｙs (i-K) とを入力し、現在時刻の主軸位置指令増分値Δｒs (i) と、数サンプリング先までの複数個の従属軸未来位置指令増分値Δｒz(i+m),m=D+1,D+2,…,D+Mとを出力する。Δは、サンプリング周期間の増分値を表す。予測装置１において、７は、現在に至るまでの過去複数点に入力した前記主軸位置指令増分値を記憶するメモリである。７’は記憶された値の内でＭ−１サンプリング過去に入力した前記主軸位置指令増分値Δｒs (i) を、現在時刻の主軸位置指令増分値として出力する手段である。８は、現在に至るまでの過去複数点に入力した前記主軸位置増分値を記憶するメモリである。９は、遅延要素４を含めた主軸装置２の動特性モデル、記憶された前記主軸位置指令増分値および前記主軸位置増分値により、数サンプリング先までの複数個の主軸位置増分値の予測値Δｙs* (i+m), m=D+1,D+2, …,D+Mを求める演算器である。１０は、得られた前記複数個の主軸位置増分値の予測値から、前記複数個の従属軸未来位置指令増分値Δｒz (i+m), m=D+1,D+2, …,D+Mを求める変換器であり、例えば、主軸と従属軸の動きが相似形である場合には、定数を乗ずる乗算器で実現される。４、５、および、６は、各装置間で位置指令増分値と主軸位置増分値を伝達する際に、伝送、演算、検出等の処理のために生じる遅延要素である。前記主軸位置指令増分値Δｒs (i) は、遅延要素４によりｄ( ｄ≧0)サンプリング遅れ、Δｒs (i-d)が主軸装置２に入力される。主軸装置２において、１３は、入力された前記主軸位置指令増分値Δｒs (i-d) より主軸位置指令ｒs(i-d) を求める積算器、１１は、前記主軸位置指令ｒs (i-d) を入力し、その値に従って主軸モータ１２の位置ｙs (i) を制御する主軸制御器である。１４は、主軸位置ｙs (i) から増分値Δｙs (i) を求める差分器である。主軸位置増分値Δｙs (i) は、主軸装置２から出力され、遅延要素５によりＫ( Ｋ≧0)サンプリング遅れΔｙs (i-K) となり、前記予測装置１に入力される。前記複数個の従属軸未来位置指令増分値は、遅延要素６によりＤ( Ｄ≧0)サンプリング遅れ、Δｒz (i+m),m=1,2,…,Mが従属軸装置３に入力される。従属軸装置３において、１６は入力した速度指令に従って、従属軸モータ１７の速度を制御する従属軸制御器である。１８は、従属軸モータ１７の位置ｙz (i) から増分値Δｙz (i) を求める差分器である。１５は、従属軸制御器１６を含めた従属軸モータ１７の動特性モデルと、前記従属軸位置増分値Δｙz (i) とを用いて予測した、数サンプリング先までの従属軸の位置が、前記複数個の従属軸未来位置指令増分値Δｒz (i+m),m=1,2,…,Mから決まる従属軸未来位置指令ｒz (i+m),m=1,2,…,Mと一致するように、予測制御によって速度指令ｖ(i) を決定する予測制御器である。この予測制御器として、例えば特願平５−１９７９５６で提案したものを用いた場合、速度指令ｖ(i) は次式で決定される。
【０００６】
【数４】
0003551345.tif 000002
【０００７】
ここでＭz は予測区間、ｅ(i) は位置偏差、すなわち、ｅ(i)=ｒz (i)-ｙz (i) 、N a z , N b z は従属軸の前記動特性モデルの次数、ｖm ，ｐn , Ｅ, ｇn は予測制御用定数である。予測制御で求められた速度指令ｖ(i) は、加算器２０によって、微調整装置１９の10 出力の( Ｄ≧0)サンプリング過去の信号と加算され、その加算値が速度指令として前記従属軸制御器１６に入力される。微調整装置１９は、前記メモリ７に記憶された主軸位置指令増分値Δｒs を乗数倍した信号Ｋ2 ・Δｒs と、前記メモリ８に記憶された主軸位置増分値Δｙs（あるいは、前記主軸位置増分値の予測値Δｙs* ）を乗数倍した信号Ｋ1 ・Δｙs （あるいは、Ｋ1 ・Δｙs* ）とを加算した信号を出力する。ここで前記乗数Ｋ1およびＫ2 は可変であり、同期ずれの微調整用として用いられる。
【０００８】
以下、予測装置１内の演算器９について詳しく説明する。
前記演算器９は、メモリ７に記憶された前記主軸位置指令増分値Δｒｓ  より主軸位置指令ｒｓ  （ｉ＋Ｍ−１），ｒｓ  （ｉ＋Ｍ−２），…，  ｒｓ  （ｉ−Ｋ−Ｎｂ  ）  を演算し記憶する手段と、メモリ８に記憶された前記主軸位置増分値Δｙｓ  より主軸位置ｙｓ  （ｉ−Ｋ），ｙｓ  （ｉ−Ｋ−１），…，  ｙｓ  （ｉ−Ｋ−Ｎａ  ）  を演算し記憶する手段と、記憶された前記主軸位置指令ｒｓ  と前記主軸位置ｙｓ  より、主軸位置増分値の予測値Δｙｓ  ＊  （ｉ＋ｍ），  ｍ＝Ｄ＋１，Ｄ＋２，  …，Ｄ＋Ｍを、
【０００９】
【数５】
0003551345.tif 000003
【００１０】
として決定する手段とを備えることで実現される。ここで、Ｎ  ａ  ，  Ｎ  ｂ  ，  Ａ  ｍｎ，  Ｂ  ｍｎは、遅延要素４を含めた主軸装置２の動特性モデルより求める定数である。また、演算器９は、メモリ７とメモリ８に記憶された前記主軸位置指令増分値Δｒｓ  と前記主軸位置増分値Δｙｓ  より、主軸位置増分値の予測値Δｙｓ  ＊  （ｉ＋ｍ），  ｍ＝Ｄ＋１，Ｄ＋２，  …，Ｄ＋Ｍを、
【００１１】
【数６】
0003551345.tif 000004
【００１２】
として決定する手段を備えたものでも実現できる。ここで、Ｎ  ａ  ，  Ｎ  ｂ  ，  Ａ  ｍｎ，  Ｂ  ｍｎは、遅延要素４を含めた主軸装置２の動特性モデルより求める定数である。
さらにまた、演算器９は、メモリ７に記憶された前記主軸位置指令増分値Δｒｓ  より主軸位置指令ｒｓ  （ｉ＋Ｍ−１），ｒｓ  （ｉ＋Ｍ−２），…，  ｒｓ  （ｉ−Ｋ−Ｎｂ  ＋１）  を演算し記憶する手段と、記憶された前記主軸位置指令ｒｓ  とメモリ８に記憶された前記主軸位置増分値Δｙｓ  より、主軸位置増分値の予測値Δｙｓ  ＊  （ｉ＋ｍ），  ｍ＝Ｄ＋１，Ｄ＋２，  …，Ｄ＋Ｍを、
【００１３】
【数７】
0003551345.tif 000005
【００１４】
として決定する手段を備えたものでも実現できる。ここで、Ｎ  ａ  ，  Ｎ  ｂ  ，  Ａ  ｍｎ，  Ｂ  ｍｎは、遅延要素４を含めた主軸装置２の動特性モデルより求める定数である。
【００１５】
まず、（２）  式の導出を行う。いま主軸位置指令ｒｓ  （ｉ）  から主軸位置ｙｓ  （ｉ）  までの伝達関数モデルが、
0003551345.tif 000006
の離散時間系で得られているとすると、その入出力モデルは次式となる。
【００１６】
【数８】
0003551345.tif 000007
【００１７】
時刻ｉにおいては、時刻ｉ−Ｋ  までの主軸位置実測値ｙｓ  （ｉ−ｎ）  （ｎ≧Ｋ）が得られているため、それ以降の主軸位置のモデル推定値
【００１８】
【数９】
0003551345.tif 000008
【００１９】
そこで時刻ｉ−Ｋ  以降の主軸位置を
【００２０】
【数１０】
0003551345.tif 000009
【００２１】
で予測すると前記（２）  式を得る。ただし、係数Ａ  ｍｎ，  Ｂ  ｍｎは、次式と（９）  式で与えられる。
【００２２】
【数１１】
0003551345.tif 000010
【００２３】
次に（３）  式の導出を行う。いま主軸位置指令増分値Δｒｓ  （ｉ）  から主軸位置増分値Δｙｓ  （ｉ）  までの伝達関数モデルが、
0003551345.tif 000011
の離散時間系で得られているとすると、その入出力モデルは次式となる。
【００２４】
【数１２】
0003551345.tif 000012
【００２５】
時刻ｉにおいては、時刻ｉ−Ｋ  までの主軸位置増分値の実測値Δｙｓ  （ｉ−ｎ）  （ｎ≧Ｋ）が得られているため、それ以降の主軸位置増分値を実測値を用いて、
【００２６】
【数１３】
0003551345.tif 000013
0003551345.tif 000014
【００２７】
で予測すると前記（３）  式を得る。ただし、係数Ａ  ｍｎ，  Ｂ  ｍｎは次式で与えられる。
【００２８】
【数１４】
0003551345.tif 000015
【００２９】
さらに、（４）  式の導出を行う。いま主軸位置指令ｒｓ  （ｉ）  から主軸位置増分値Δｙｓ  （ｉ）  までの伝達関数モデルが、
0003551345.tif 000016
の離散時間系で得られているとすると、その入出力モデルは次式となる。
【００３０】
【数１５】
0003551345.tif 000017
【００３１】
時刻ｉにおいては、時刻ｉ−Ｋ  までの主軸位置増分値の実測値Δｙｓ  （ｉ−ｎ）  （ｎ≧Ｋ）が得られているため、それ以降の主軸位置増分値を実測値を用いて、
【００３２】
【数１６】
0003551345.tif 000018
0003551345.tif 000019
【００３３】
で予測すると前記（４）  式を得る。ただし、係数Ａ  ｍｎ，  Ｂ  ｍｎは次式で与えられる。
【００３４】
【数１７】
0003551345.tif 000020
【００３５】
また、主軸装置２や従属軸装置３において、そのサンプリング周期が予測装置１のサンプリング周期の１／ｎである場合には、入力した位置指令増分値を１／ｎ倍して用いれば良い。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、位置指令増分値の入力遅れや、主軸位置増分値の検出遅れの有無にかかわらず、従来よりも高精度の同期動作が可能な同期制御装置が実現されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的実施例を示す図
【符号の説明】
１  予測装置
２  主軸装置
３  従属軸装置
４、５、６  遅延要素
７  主軸位置指令増分値を記憶するメモリ
７’Δｒｓ  （ｉ）  を出力する手段
８  主軸位置増分値を記憶するメモリ
９  主軸未来位置増分値の予測値を求める演算器
１０  主軸未来位置増分値の予測値から従属軸未来位置指令増分値を求める変換器
１１  主軸制御器
１２  主軸モータ
１３  積算器
１４、１８  差分器
１５  予測制御器
１６  従属軸制御器
１７  従属軸モータ
１９  微調整装置
２０  加算器
【図１】
0003551345.tif 000024