(57)【要約】【課題】ジグ研削盤などにおける高速揺動動作で、角度同期方式の学習制御の適用を可能にするサーボ制御システムを提供すること。【解決手段】数値制御装置２０は、基準角度θ（＝ωｔ）を計算する基準角度計算手段２４と、基準角度θと加工条件に基づいて周期的な揺動指令Ｆ（ｔ）を計算する揺動指令計算手段２２と、を備え、サーボ制御装置４０は、サンプリング周期毎に前記揺動指令Ｆ（ｔ）とサーボモータの位置を検出する位置検出手段からの位置フィードバックＰｆとの偏差である位置偏差εを演算する演算器４１と、基準角度θと揺動指令Ｆ（ｔ）と位置偏差εに基づいて学習制御を行う学習制御手段と、を備え、周期的な高速揺動を行う被駆動体をサーボモータを用いて駆動する工作機械あるいは産業機械の該サーボモータを駆動制御するサーボモータ駆動制御システム。【選択図】図２
2011123616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な高速揺動を行う被駆動体をサーボモータを用いて駆動する工作機械あるいは産業機械の該サーボモータを駆動制御するサーボモータ制御システムにおいて、
基準角度を計算する基準角度計算手段と、
該基準角度と加工条件に基づいて周期的な揺動指令を計算する揺動指令計算手段と、を備えた制御装置と、
前記サーボモータの位置を検出する位置検出手段と、
サンプリング周期毎に前記揺動指令と検出された前記サーボモータの位置との偏差である位置偏差を演算する位置偏差演算手段と、
前記基準角度と前記揺動指令と前記位置偏差に基づいて学習制御を行う学習制御手段と、を備えたサーボ制御装置と、
を有し、前記位置偏差演算手段により演算された位置偏差を前記学習制御手段によって補正し前記サーボモータを駆動制御することを特徴とするサーボモータ制御システム。
【請求項２】
前記基準角度計算手段は、加工条件から与えられる角速度ωと、指令の分配周期Ｔを用い、時刻ｔ＝ｎＴにおける前記基準角度であるωｔを計算することを特徴とする請求項１に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項３】
前記学習制御手段は、
前記サンプリング周期毎に取得した前記位置偏差を前記基準角度毎の偏差に変換する第１の変換手段と、
変換された前記基準角度毎の偏差より前記基準角度での補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量を前記周期的な高速揺動する前記被駆動体の少なくとも１周期分記憶する補正量記憶手段と、
前記補正量記憶手段に記憶された補正量を前記サンプリング周期毎の補正量に変換する第２の変換手段と、
前記第２の変換手段で求めた補正量の位相を進める位相進めフィルタと、
を備えることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のサーボモータ制御装置システム。
【請求項４】
前記揺動指令と前記サーボモータの位置から揺動開始時のオーバーシュート量を算出する手段と、
前記オーバーシュート量から前記位相進めフィルタの出力を調整する手段と、
を有することを特徴とする請求項３に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項５】
前記揺動指令と前記サーボモータの位置から揺動速度の変化時のオーバーシュート量を算出する手段と、
前記オーバーシュート量から前記補正量記憶手段に記憶された補正量の大きさを調整する手段と、
を有することを特徴とする請求項３に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項６】
揺動開始時に、前記位置偏差がゼロ近傍の所定範囲内になることを検出する手段を有し、
前記位置偏差がゼロ近傍の所定範囲内になってから前記第１の変換手段が前記サンプリング周期毎に取得した前記位置偏差を前記基準角度毎の偏差の変換を開始することを特徴とする請求項３に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項７】
揺動終了時に、前記サーボモータの位置データからモータの速度データを求める手段と、
前記モータの速度データを用いて前記位相進めフィルタの出力を調整する手段と、
を有することを特徴とする請求項３に記載のサーボモータ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サーボモータ制御システムに関し、特に、高速揺動動作を高精度化するサーボ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ジグ研削盤等において、砥石の高速揺動動作（オシレーション動作）で高精度な加工が可能な制御システムが求められている。特に、上下の揺動動作における上死点や下死点の高精度化が求められる。
【０００３】
ジグ研削盤は、ジグ、抜き型、あるいはゲージなどの機械工具などの側面や穴内面を研削仕上げする工作機械である。図１３に示されるように、ジグ研削盤は、図示しないテーブル上に載置されたワーク２の側面４を、回転軸７を中心軸として自転する円筒砥石６を回転軸７の軸方向に上下に揺動しながら、円筒砥石６の砥石外周部で研磨する。  
ジグ研削盤に用いられる従来の制御システムでは、サーボ制御の追従遅れを抑制するために、指令に補正を行うことで精度を高めていた。具体的には、揺動指令とサーボの動きを比較して指令の振幅を徐々に大きくすることで、上下死点の精度を高めていた（特許文献１、特許文献２を参照）。  
しかしながら、この方法は所望の精度を得るために必要な追従時間が長く、振幅の変化などの加工条件の変化によっては発散を起すなどの安定性にも問題があった。
【０００４】
一方、繰り返し指令に対して高速で高精度な追従性を実現する方法として、学習制御（繰り返し制御）がある。学習制御には、時間を基準として学習する時間同期方式（特許文献３を参照）、角度を基準として学習する角度同期方式（特許文献４を参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−２８９９０３号公報
【特許文献２】特開平３−３１９０６号公報
【特許文献３】特開平３−１７５５０２号公報
【特許文献４】特開２００４−２８０７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
背景技術で説明した時間同期方式は、指令の繰り返し周期に等しい長さの遅延メモリを制御器に持つために、指令の繰り返し周期がダイナミックに変化するような場合には適用できない。一方、角度同期方式は、指令の繰り返し動作に同期した単調増加する基準角度が必要なため、基準角度が与えられない場合は適用できない。  
ジグ研削盤等における高速揺動動作は、加工条件に応じてダイナミックに指令の繰り返し周期が変化する。また、指令の繰り返し動作に同期した基準角度もなく、サーボ制御はそれを使うことができない。よって、時間、角度の両方式の学習制御を適用することができない。
【０００７】
そこで本発明の目的は、ジグ研削盤などにおける高速揺動動作で、角度同期方式の学習制御の適用を可能にするサーボ駆動制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の請求項１に係る発明は、周期的な高速揺動を行う被駆動体をサーボモータを用いて駆動する工作機械あるいは産業機械の該サーボモータを駆動制御するサーボモータ制御システムにおいて、基準角度を計算する基準角度計算手段と、該基準角度と加工条件（揺動振幅）に基づいて周期的な揺動指令を計算する揺動指令計算手段と、を備えた制御装置と、前記サーボモータの位置を検出する位置検出手段と、サンプリング周期毎に前記揺動指令と検出された前記サーボモータの位置との偏差である位置偏差を演算する位置偏差演算手段と、前記基準角度と前記揺動指令と前記位置偏差に基づいて学習制御を行う学習制御手段と、を備えたサーボ制御装置と、を有し、前記位置偏差演算手段により演算された位置偏差を前記学習制御手段によって補正し前記サーボモータを駆動制御することを特徴とするサーボモータ制御システムである。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記基準角度計算手段は、加工条件から与えられる角速度ωと、指令の分配周期Ｔを用い、時刻ｔ＝ｎＴにおける前記基準角度であるωｔを計算することを特徴とする請求項１に記載のサーボモータ制御システムである。  
請求項３に係る発明は、前記学習制御手段は、前記サンプリング周期毎に取得した前記位置偏差を前記基準角度毎の偏差に変換する第１の変換手段と、変換された前記基準角度毎の偏差より前記基準角度での補正量を算出する補正量算出手段と、前記補正量を前記周期的な高速揺動する前記被駆動体の少なくとも１周期分記憶する補正量記憶手段と、前記補正量記憶手段に記憶された補正量を前記サンプリング周期毎の補正量に変換する第２の変換手段と、前記第２の変換手段で求めた補正量の位相を進める位相進めフィルタと、を備えることを特徴とする請求項１または２のいずれか１つに記載のサーボモータ制御装置システムである。
【００１０】
請求項４に係る発明は、前記揺動指令と前記サーボモータの位置から揺動開始時のオーバーシュート量を算出する手段と、前記オーバーシュート量から前記位相進めフィルタの出力を調整する手段と、を有することを特徴とする請求項３に記載のサーボモータ制御システムである。  
請求項５に係る発明は、前記揺動指令と前記サーボモータの位置から揺動速度の変化時のオーバーシュート量を算出する手段と、前記オーバーシュート量から前記補正量記憶手段に記憶された補正量の大きさを調整する手段と、を有することを特徴とする請求項３に記載のサーボモータ制御システムである。  
請求項６に係る発明は、揺動開始時に、前記位置偏差がゼロ近傍の所定範囲内になることを検出する手段を有し、前記位置偏差がゼロ近傍の所定範囲内になってから前記第１の変換手段が前記サンプリング周期毎に取得した前記位置偏差を前記基準角度毎の偏差の変換を開始することを特徴とする請求項３に記載のサーボモータ制御システムである。  
請求項７に係る発明は、揺動終了時に、前記サーボモータの位置データからモータの速度データを求める手段と、前記モータの速度データを用いて前記位相進めフィルタの出力を調整する手段と、を有することを特徴とする請求項３に記載のサーボモータ制御システムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、ジグ研削盤などにおける高速揺動動作で、角度同期方式の学習制御の適用を可能にするサーボ制御システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るサーボ制御システムを説明する図である。
【図２】繰り返し指令に角度同期学習制御を適用する方法を説明する図である。
【図３】本発明に係る角度同期方式の学習制御処理のフローチャートである。
【図４】揺動動作でオーバーシュートしないことが重要なことを説明する図である。
【図５】角度同期方式の学習制御処理を行う場合の揺動動作の開始時のオーバーシュート対策を説明する図である。
【図６】正弦波状指令の開始時のオーバーシュート（上下死点を超える量）が小さくなることを説明する図である。
【図７】角度同期方式の学習制御処理を行う場合の揺動動作の変速時のオーバーシュート対策を説明する図である。
【図８】正弦波状指令で指令周波数が２Ｈｚから１Ｈｚに減速する場合のオーバーシュート（上下死点を超える量）が小さくなることを説明する図である。
【図９】角度同期方式の学習制御処理を行う場合の揺動動作の開始時のショック対策を説明する図である。
【図１０】正弦波状指令の開始時のショックが小さくなることを説明する図である。
【図１１】角度同期方式の学習制御処理を行う場合の揺動動作の終了時のショック対策を説明する図である。
【図１２】正弦波状指令の終了時のショックが小さくなることを説明する図である。
【図１３】ジグ研削盤を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。  
図１は、本発明に係るサーボ制御システムを説明する図である。サーボ制御システム１０は、数値制御装置２０、サーボ制御装置４０、およびサーボモータ８０を備えた工作機械や産業機械を制御するシステムである。数値制御装置２０は位置指令Ｐｃを計算しサーボ制御装置４０に出力する装置である。サーボモータ８０はモータの回転位置を検出するための位置検出器８２を備えている。位置検出器８２によって検出された位置情報は、サーボ制御装置４０に位置フィードバックＰｆとしてサーボ制御装置４０にフィードバックされる。サーボ制御装置４０は、位置指令Ｐｃと位置フィードバックＰｆとを用いてサーボモータ８０を駆動制御する。サーボ制御システム１０は後述するように、ジグ研削盤等における高速揺動動作で、角度同期方式の学習制御の適用を可能にする手段を備える。
【００１４】
図２を用いて本発明の第１の実施形態を説明する。  
図２は、繰り返し指令に角度同期学習制御を適用する方法を説明する図である。数値制御装置２０は、揺動指令計算手段２２により成形条件に基づき揺動指令Ｆ（ｔ）を算出する。例えば、揺動指令Ｆ（ｔ）＝Ａ・ｃｏｓ（ωｔ）、係数Ａは振幅である。数値制御装置２０は、揺動指令Ｆ（ｔ）を元に指令分配周期Ｔ毎に位置指令Ｐｃをサーボ制御装置４０に分配する。また、基準角度計算手段２４において、ある時間ｔ＝ｎＴ（但し、ｎ＝１，２，３・・・）と、加工条件である角速度ωから指令分配周期毎の基準角度θ＝ωｔを算出する。揺動指令Ｆ（ｔ）は基準角度θ（＝ωｔ）を用いて計算される。
【００１５】
本発明におけるサーボ制御装置４０は、位置指令Ｐｃ、モータ位置である位置フィードバックＰｆ、および、参照角度である基準角度θ（＝ωｔ）に基づいて学習制御を行う機能を備えている。なお、加工条件として正弦波状の場合、接線速度と振幅から角速度ωを求めることもできる。また、揺動動作Ｆ（ｔ）が正弦波ではなく三角波状の場合もある。
【００１６】
数値制御装置２０から出力された位置指令Ｐｃから、サーボモータ８０に取り付けられてサーボモータ８０の位置を検出する位置検出器８２からの位置フィードバックＰｆを演算器４１で減じて位置偏差εを求める。位置偏差εに後述する第１の学習制御器７０からの補正量を演算器４８で加算して補正し、この補正された補正位置偏差ε’にポジションゲインＫｐ（４９）を乗じて速度指令Ｖｃを求める、いわゆる位置ループ制御処理を行う。
【００１７】
この速度指令Ｖｃに対して、速度制御器（図示せず）により、速度ループ制御処理を行い、電流指令を求める。この電流指令と図示していない電流検出器からフィードバックされる電流フィードバック量より電流制御器（図示せず）で電流ループ制御処理を行い、電流増幅器（図示せず）を介してサーボモータ８０を駆動制御する。  
上述した構成および作用は、演算器４８で位置偏差に第１の学習制御器７０からの補正量を加算する点を除いて、従来の、サーボ制御装置と変わりはない。
【００１８】
数値制御装置２０は、繰り返される位置指令Ｐｃを計算する基準となる基準角度θ＝ωｔを位置指令Ｐｃと同時にサーボ制御装置４０に渡すことで、サーボ制御装置４０はこの基準角度θ＝ωｔを参照して角度同期学習制御が可能になる。
【００１９】
次に、角度同期学習制御を行うための第１の学習制御器７０を説明する。第１の学習制御器７０は、時間→角度変換手段４２、加算器４３、帯域制限フィルタ４４、遅延メモリ４５、角度→時間変換手段４６、および位相進みフィルタ４７を備える。
【００２０】
時間→角度変換手段４２は、位置偏差εと参照角度である基準角度θ（＝ωｔ）を用いて、所定角度毎の位置偏差εに変換する第１の変換を行う手段である。加算器４３は、第１の変換手段（時間→角度変換手段４２）で求められた所定角度θ’（ｍ）（ｍ＝１，２，３・・・ｍmax）における位置偏差εと、遅延メモリ４５に記憶された対応する１パターン周期前の所定角度θ’（ｍ）における補正データを加算する。帯域制限フィルタ４４は、加算器４３の出力をフィルタ処理して補正データを求め、各所定角度の補正データを基準角度の３６０度分を記憶する遅延メモリ４５に出力し、遅延メモリ４５は帯域制限フィルタ４４から入力した補正データを記憶する。
角度→時間変換手段４６は、遅延メモリ４５の各所定角度θ’（ｍ）から基準角度θ（＝ωｔ）に対応する補正データを読み出し、読み出した補正データを、角度を基準とする補正データから時間を基準とする補正データに変換する第２の変換手段である。  
第２の変換手段（角度→時間変換手段４６）により時間に対する補正データに変換された補正データは、位相進みフィルタ４７により制御対象の位相遅れを補償して演算器４８に出力する。演算器４８で位置偏差εに第１の学習制御器７０からの補正量を加算する。
【００２１】
ここで、第１の変換手段と第２の変換手段をより具体的に説明する。  
第１の変換手段（時間→角度変換手段４２）は、サンプリング周期毎（位置、速度ループ処理周期毎）に求められた位置偏差εを基準角度θ’（ｍ）における位置偏差に変換する。遅延メモリ４５には、繰り返し指令されて加工形状等のこの動作の１パターン周期を分割し、所定角度毎の所定角度位置θ’（ｍ）の補正データを記憶するメモリ部を備えている。１パターン周期を２πとして分割幅をｄとすると、少なくとも（２π／ｄ）個のメモリ部を備えている。例えば、（２π／Ｄ）＝ｑとすれば、パターンにおけるθ（０）＝０＝２πから角度θ（ｑ−１）＝２π―ｄまでの各角度θ’（ｍ）における補正データを記憶するメモリ部を備えている。  
第２の変換手段（角度→時間変換手段４６）は、サンプリング周期毎に、そのサンプリング周期で求めた基準角度θ（ｎ）に基づいて、該基準角度の前後の基準角度θ’（ｍ）における補正データの補間処理により、当該サンプリング時の補正データδ（ｎ）を求める。この補正データδ（ｎ）は当該サンプリング時の補正データを意味し、時間をベースにした補正データとなる。
【００２２】
図３は、本発明に係る角度同期方式の学習制御処理のフローチャートである。以下、各ステップに従って説明する。  
●［ステップ１００］数値制御装置に加工条件を設定する。このフローチャートでの加工条件は角速度ωである。  
●［ステップ１０２］数値制御装置は、分配指令周期毎の基準角度ωｔを算出する。ωは加工条件である角速度、ｔは経過時間である（ｔ＝ｎ・Ｔ）。なお、ｎ＝１、２、３・・・、Ｔは分配指令周期である。
●［ステップ１０４］数値制御装置は、揺動指令を計算する。このフローチャートではｃｏｓ（ωｔ）を計算する。  
●［ステップ１０６］数値制御装置は、位置指令Ｐｃと基準角度θを分配し、サーボ制御装置に出力する。  
●［ステップ１０８］サーボ制御装置は、サーボモータに取り付けられている位置検出器からの位置フィードバックＰｆに基づいてサーボモータの現在位置であるモータ位置を検出する。
●［ステップ１１０］サーボ制御装置は、位置指令Ｐｃと位置フィードバックＰｆの位置偏差εを計算する。  
●［ステップ１１２］サーボ制御装置は、位置偏差εと基準角度θを用いて第一の変換を行う。  
●［ステップ１１４］サーボ制御装置は、学習制御の補正量を計算する。  
●［ステップ１１６］サーボ制御装置は、補正量を１周期分記憶する。  
●［ステップ１１８］サーボ制御装置は、補正量と基準角度θを用いて第二の変換を行う。  
●［ステップ１２０］サーボ制御装置は、位相進みフィルタ処理を行う。  
●［ステップ１２２］サーボ制御装置は、フィルタ出力を位置偏差εに加算する。  
●［ステップ１２４］サーボ制御装置は、補正された位置偏差ε’を用いてサーボモータを制御する。
【００２３】
次に、図５を用いて本発明の第２の実施形態を説明する。  
図５は、角度同期方式の学習制御処理を行う場合の高速揺動動作の開始時のオーバーシュート対策を説明する図である。高速揺動動作に角度同期方式の学習制御を適用した場合に、揺動動作開始時にオーバーシュートが発生することがある。ジグ研削盤などでは、ワーク２の形状から円筒砥石６の上下死点において、指令振幅より僅かでも大きな振幅になると円筒砥石６等の工具が破損する場合がある（図４，図１３参照）。図４は、揺動動作でオーバーシュートしないことが重要なことを説明する図である。オーバーシュートすると、図４に示されるように、円筒砥石６の先端とワーク２の一端面とが衝突してしまうことになる。
【００２４】
この衝突を防止するために、本発明の第２の実施形態は、ワーク２の加工前に最適な学習制御のパラメータを決め、揺動開始時のオーバーシュート量から学習制御の位相進みフィルタ４７の出力Ｇｘを調整する手段を備える。
【００２５】
図５に示される第２の学習制御器７２は、第１の学習制御器７０（図２参照）に微分器５０、開始判定器５１、オーバーシュート量計算器５２、ゲイン調整器５３、乗算器５４を付加した構成である。
【００２６】
第２の学習制御器７２は、基準角度θを微分器５０により微分した角速度ωが０以外になったことを開始判定器５１で検出して揺動の開始と判断し、オーバーシュート量計算器５２で、揺動が開始されてから基準角度θが３６０度の間の位置指令Ｐｃと位置フィードバックＰｆの最大値と最小値をそれぞれ計算し、位置フィードバックＰｆの最大値、最小値の絶対値が、位置指令Ｐｃのそれらより大きい場合には、その差分であるオーバーシュート量Ｏｖを計算し、ゲイン調整器５３によりゲイン調整値を算出し、このゲイン調整値を位相進みフィルタ４７の出力Ｇｘと乗算することにより、オーバーシュート量Ｏｖに応じて先の位相進みフィルタ４７の出力Ｇｘを小さくしていく。例えば、Ｇｘ’＝（１−α＊Ｏｖ）＊Ｇｘ、但し、Ｇｘ≧０、Ｏｖ≦０ならＯｖ＝０、αは定数（図５参照）である。
【００２７】
図６は、正弦波状指令の開始時のオーバーシュート（上下死点を超える量）が小さくなることを説明する図である。図６（ａ）はゲイン調整器５３によるゲインの調整がなく、出力Ｇｘが１００％の場合であり、図６（ｂ）は調整後の出力Ｇｘが５０％の場合である。図６（ａ）のグラフに示されているように開始後にオーバーシュート（上下死点を超える量）が発生していたが、ゲイン調整後には、図６（ｂ）に示されるように開始後のオーバーシュートが小さくなる。  
なお、学習制御の追従過程で位相進みフィルタ４７のゲイン設定が適切でないとオーバーシュートが発生する。
【００２８】
次に、図７を用いて本発明の第３の実施形態を説明する。  
図７は、角度同期方式の学習制御処理を行う場合の高速揺動動作の変速時のオーバーシュート対策を説明する図である。高速揺動動作に角度同期方式の学習制御を適用した場合に、揺動動作の変速時にオーバーシュートが発生することがある。図５と同じ理由で、オーバーシュートを抑制する必要があるが、特に揺動動作が高速から低速へ減速する場合は、学習制御の補正がその変換に追従できず、過補償となってオーバーシュートが発生することがある。
【００２９】
図７に示される本発明の実施形態に備わった第３の学習制御器７４は、第１の学習制御器７０（図２参照）に微分器５０、変速判定器５５、オーバーシュート量計算器５２、学習補正出力調整器５６、乗算器５７を付加した構成である。
【００３０】
揺動動作の変速時のオーバーシュートを抑制するために、第３の学習制御器７４は、変速判定器５５により角速度ωから変速点を検出する。この時、学習制御の出力補正量を制限する量を、加工前にパラメータとして決めておく手段を備える。揺動の変速は、基準角度θを微分器５０で微分した角速度ωが変化したことを変速判定器５５で検出して変速と判断する。変速してから基準角度θが３６０度の間の位置指令Ｐｃと位置フィードバックＰｆの最大値と最小値をそれぞれ計算し、位置フィードバックＰｆの最大、最小値の絶対値が、位置指令Ｐｃのそれより大きい場合は、その差分であるオーバーシュート量Ｏｖをオーバーシュート量計算器５２で計算し、学習補正出力調整器５６で学習補正値を算出する。この算出値に応じて学習制御の出力補正量Ｃｍを小さくしていく。例えば、Ｃｍ’＝（１−β＊Ｏｖ）＊Ｃｍ、但し、Ｃｍ≧０、Ｏｖ≦０ならＯｖ＝０、βは定数（図７、図８を参照）。
【００３１】
図８は、正弦波状指令で指令周波数が２Ｈｚから１Ｈｚに減速する場合のオーバーシュート（上下死点を超える量）が小さくなることを説明する図である。図８（ａ）は減速時の学習制御の出力補正量Ｃｍに制限がない場合であり、図８（ｂ）は学習制御の出力補正量Ｃｍが５０％制限の場合であり、図８（ｃ）は学習制御の出力補正量Ｃｍが０％制限の場合である。
【００３２】
制限波状指令で指令周波数が２Ｈｘから１Ｈｚに減速する場合のオーバーシュートが小さくなる。なお、２Ｈｚで学習した補正量を１Ｈｚで出力すると過補償となるため、オーバーシュートが発生する。
【００３３】
次に、図９を用いて本発明の第４の実施形態を説明する。  
図９は、角度同期方式の学習制御処理を行う場合の揺動動作の開始時のショック対策を説明する図である。学習制御は偏差を急激にゼロへ収束させることから、学習開始時の偏差の大きさに応じて大きな補正を出力する。この結果、学習開始時に補正量の大きさに応じて、サーボ制御装置４０は大きなトルクを指令し、これが原因で機械的なショックが発生することがある。大きなショックは機械的なダメージを与えるため、これを抑制することが望まれる。
【００３４】
図９には、高速揺動動作に角度同期方式の学習制御を適用した場合の課題として揺動動作開始時のショックがあり、これを抑制する手段を持つことを特徴としたサーボ制御システムに関する本発明の実施形態が示されている。
【００３５】
図９に示される本発明の実施形態に備わった第４の学習制御器７６は、第１の学習制御器７０（図２参照）に微分器５０、開始判定器５１、偏差監視器５９、開始タイミング調整器６０、スイッチ６１を付加した構成である。
【００３６】
揺動動作であることを利用し、第４の学習制御器７６は、揺動動作の開始時に偏差を監視して偏差がゼロ近傍になるまで学習開始のタイミングを遅らせる手段であり、揺動の開始は基準角度θを微分器５０で微分した角速度ωが０以外になったことを開始判定器５１で検出して開始と判断し、開始後に偏差監視器５９で偏差εを監視し、偏差εが瞬間ゼロ近傍の所定範囲になったら、サンプリング毎の偏差εを時間→角度の変換手段４２により時間→角度の変換を開始して学習制御を起動する。
【００３７】
図１０は、正弦波状指令の開始時のショックが小さくなることを説明する図である。図１０（ａ）に示されるように、学習開始の遅れがない場合には正弦波指令の開始時にショックが発生するが、図１０（ｂ）に示されるように学習開始の遅れを調整（２４度遅れ）することによりショックをなくすことができる。
【００３８】
次に、図１１を用いて本発明の第５の実施形態を説明する。  
図１１は、角度同期方式の学習制御処理を行う場合の揺動動作の終了時のショック対策を説明する図である。高速揺動動作に角度同期方式の学習制御を適用した場合の課題として揺動動作停止時のショックがある。図１１に示される本発明の実施形態は、揺動動作停止時のショックを抑制する手段を持つことを特徴としたサーボ制御システムに関する。
【００３９】
揺動動作を停止する方法として、角速度がある時定数をもって減速する場合は問題ないが、即停止する場合や揺動動作を中断し通常の直線的な減速を行う場合に、学習制御を急に停止すると、補正量が突然ゼロになるため、偏差が急激に増加して、ショックが発生する。この現象は、停止時の速度の大きさに依存する。先に述べたように大きなショックは機械的なダメージを与えるためこれを抑制することが望まれる。
【００４０】
図１１に示される本発明の実施形態は、揺動停止時のモータ速度とそのときの位相進みフィルタの出力を使って、モータの減速速度に応じて、出力を減じて行くことで、ショックを抑制する手段を有する。  
図１１に示される本発明の実施形態に備わった第５の学習制御器７８は、第１の学習制御器７０（図２参照）に微分器５０、微分器５８、終了判定器６２、速度依存補正出力手段６３を付加した構成である。
【００４１】
揺動の開始と終了は、微分器５０により基準角度θ＝ωｔを微分した角速度ωで判断する。同時に、学習制御をＯＮするかＯＦＦするかもこの角速度ωの変化で判断する。なぜなら、角速度ωがゼロになると角度同期方式の学習制御が機能しないからである。ここで角速度ωがゼロになったことを検出して揺動動作と学習の終了とを判断し、終了時のその瞬間の位相進みフィルタ４７の出力Ｇｘを一旦保持して、後は速度Ｖｅに依存して、この出力を徐々に小さくしていく。例えば、Ｇｘ’＝Ｇｘ＊Ｖｅ／Ｖｏ、但し、Ｖｏは終了時のモータ速度である。なお速度Ｖｅは、微分器５８により位置フィードバックＰｆを微分することによって求められる。（図１１、図１２参照）
【００４２】
図１２は、正弦波状指令の終了時のショックが小さくなることを説明する図である。図１２（ａ）に示されるように、減速開始のタイミングで角速度ωはゼロになり、出力Ｇｘもゼロになることから、ショックが大きい。角度同期による学習制御は、基準角度θを参照して学習しており、基準角度θが動かなくなると学習ができない。そのため、位相進みフィルタ４７の出力Ｇｘを一気にゼロにするとショックが発生する。一方、減速時速度に依存してＧｘを調整した場合、減速開始のタイミングで角速度はゼロになり、出力Ｇｘは徐々に小さくなることから、ショックは小さい。
【符号の説明】
【００４３】
２  ワーク
４  ワークの側面
６  円筒砥石
８  円筒砥石の回転軸
１０  サーボ制御システム
２０  数値制御装置
２２  揺動指令計算手段
２４  基準角度計算手段
４０  サーボ制御装置
４１  演算器
４２  時間→角度変換手段
４３  加算器
４４  帯域制限フィルタ
４５  遅延メモリ
４６  角度→時間変換手段
４７  位相進みフィルタ
４８  演算器
４９  ポジションゲイン
５０  微分器
５１  開始判定器
５２  オーバーシュート量計算器
５３  ゲイン調整器
５４  乗算器
５５  変速判定器
５６  学習補正出力調整器
５７  乗算器
５８  微分器
５９  偏差監視器
６０  開始タイミング調整器
６１  スイッチ
６２  終了判定器
６３  速度依存補正出力手段
７０  第１の学習制御器
７２  第２の学習制御器
７４  第３の学習制御器
７６  第４の学習制御器
７８  第５の学習制御器
８０  サーボモータ
８４  機械の機構部
ε  位置偏差
ε’補正位置偏差
θ  基準角度
ω  角速度
Ｐｃ  位置指令
Ｐｆ  位置フィードバック
Ｖｃ  速度指令
【図１】
2011123616.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年3月2日(2011.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本願の請求項１に係る発明は、周期的な高速揺動を行う被駆動体をサーボモータを用いて駆動する工作機械あるいは産業機械の該サーボモータを駆動制御するサーボモータ制御システムにおいて、加工条件から与えられる角速度ωと、指令の分配周期Ｔを用い、時刻ｔ＝ｎＴにおける前記基準角度であるωｔを計算する基準角度計算手段と、該基準角度と加工条件に基づいて周期的な揺動指令を計算する揺動指令計算手段と、を備えた制御装置と、前記サーボモータの位置を検出する位置検出手段と、サンプリング周期毎に前記揺動指令と検出された前記サーボモータの位置との偏差である位置偏差を演算する位置偏差演算手段と、前記基準角度と前記揺動指令と前記位置偏差に基づいて学習制御を行う学習制御手段と、を備えたサーボ制御装置と、を有し、前記位置偏差演算手段により演算された位置偏差を前記学習制御手段によって補正し前記サーボモータを駆動制御することを特徴とするサーボモータ制御システムである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記学習制御手段は、前記サンプリング周期毎に取得した前記位置偏差を前記基準角度毎の偏差に変換する第１の変換手段と、変換された前記基準角度毎の偏差より前記基準角度での補正量を算出する補正量算出手段と、前記補正量を前記周期的な高速揺動する前記被駆動体の少なくとも１周期分記憶する補正量記憶手段と、前記補正量記憶手段に記憶された補正量を前記サンプリング周期毎の補正量に変換する第２の変換手段と、前記第２の変換手段で求めた補正量の位相を進める位相進めフィルタと、を備えることを特徴とする請求項１に記載のサーボモータ制御装置システムである。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記揺動指令と前記サーボモータの位置から揺動開始時のオーバーシュート量を算出する手段と、前記オーバーシュート量から前記位相進めフィルタの出力を調整する手段と、を有することを特徴とする請求項２に記載のサーボモータ制御システムである。  
請求項４に係る発明は、前記揺動指令と前記サーボモータの位置から揺動速度の変化時のオーバーシュート量を算出する手段と、前記オーバーシュート量から前記補正量記憶手段に記憶された補正量の大きさを調整する手段と、を有することを特徴とする請求項２に記載のサーボモータ制御システムである。  
請求項５に係る発明は、揺動開始時に、前記位置偏差がゼロ近傍の所定範囲内になることを検出する手段を有し、前記位置偏差がゼロ近傍の所定範囲内になってから前記第１の変換手段が前記サンプリング周期毎に取得した前記位置偏差を前記基準角度毎の偏差の変換を開始することを特徴とする請求項２に記載のサーボモータ制御システムである。  
請求項６に係る発明は、揺動終了時に、前記サーボモータの位置データからモータの速度データを求める手段と、前記モータの速度データを用いて前記位相進めフィルタの出力を調整する手段と、を有することを特徴とする請求項２に記載のサーボモータ制御システム。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的な高速揺動を行う被駆動体をサーボモータを用いて駆動する工作機械あるいは産業機械の該サーボモータを駆動制御するサーボモータ制御システムにおいて、
加工条件から与えられる角速度ωと、指令の分配周期Ｔを用い、時刻ｔ＝ｎＴにおける前記基準角度であるωｔを計算する基準角度計算手段と、
該基準角度と加工条件に基づいて周期的な揺動指令を計算する揺動指令計算手段と、を備えた制御装置と、
前記サーボモータの位置を検出する位置検出手段と、
サンプリング周期毎に前記揺動指令と検出された前記サーボモータの位置との偏差である位置偏差を演算する位置偏差演算手段と、
前記基準角度と前記揺動指令と前記位置偏差に基づいて学習制御を行う学習制御手段と、を備えたサーボ制御装置と、
を有し、前記位置偏差演算手段により演算された位置偏差を前記学習制御手段によって補正し前記サーボモータを駆動制御することを特徴とするサーボモータ制御システム。
【請求項２】
前記学習制御手段は、
前記サンプリング周期毎に取得した前記位置偏差を前記基準角度毎の偏差に変換する第１の変換手段と、
変換された前記基準角度毎の偏差より前記基準角度での補正量を算出する補正量算出手段と、
前記補正量を前記周期的な高速揺動する前記被駆動体の少なくとも１周期分記憶する補正量記憶手段と、
前記補正量記憶手段に記憶された補正量を前記サンプリング周期毎の補正量に変換する第２の変換手段と、
前記第２の変換手段で求めた補正量の位相を進める位相進めフィルタと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項３】
前記揺動指令と前記サーボモータの位置から揺動開始時のオーバーシュート量を算出する手段と、
前記オーバーシュート量から前記位相進めフィルタの出力を調整する手段と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項４】
前記揺動指令と前記サーボモータの位置から揺動速度の変化時のオーバーシュート量を算出する手段と、
前記オーバーシュート量から前記補正量記憶手段に記憶された補正量の大きさを調整する手段と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項５】
揺動開始時に、前記位置偏差がゼロ近傍の所定範囲内になることを検出する手段を有し、
前記位置偏差がゼロ近傍の所定範囲内になってから前記第１の変換手段が前記サンプリング周期毎に取得した前記位置偏差を前記基準角度毎の偏差の変換を開始することを特徴とする請求項２に記載のサーボモータ制御システム。
【請求項６】
揺動終了時に、前記サーボモータの位置データからモータの速度データを求める手段と、
前記モータの速度データを用いて前記位相進めフィルタの出力を調整する手段と、
を有することを特徴とする請求項２に記載のサーボモータ制御システム。