(57)【要約】【課題】摩擦の推定精度を向上させることを目的とする。【解決手段】摩擦補償装置２０は、工作機械１００等の制御対象のサーボ制御装置に適用される。摩擦補償装置２０は、制御対象の摩擦力を、摩擦モデルを用いて推定する摩擦推定部２１と、摩擦モデルに含まれるパラメータを同定するパラメータ同定部２２とを備える。パラメータ同定部２２は、制御対象の位置または速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得するデータ取得部と、実機摩擦特性を用いて、クーロン摩擦力及び最大静止摩擦力を含む所定のパラメータを同定する同定部と、同定したパラメータを用いた摩擦モデルに、位置または速度を入力することにより、位置または速度と摩擦力との関係を示す検証用摩擦特性を演算し、該検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性との誤差が所定の許容範囲内となるように、クーロン摩擦力及び最大静止摩擦力を調整するパラメータ調整部とを備える。【選択図】図１
2015018496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の位置、姿勢等の制御量を目標値に追従させる制御を行うサーボ制御装置に適用される摩擦補償装置であって、
前記制御対象の摩擦力を、摩擦モデルを用いて推定する摩擦推定手段と、
前記摩擦モデルに含まれるパラメータを同定するパラメータ同定手段と
を備え、
前記パラメータ同定手段は、
前記制御対象の位置または速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得するデータ取得手段と、
前記実機摩擦特性を用いて、クーロン摩擦力及び最大静止摩擦力を含む所定のパラメータを同定する同定手段と、
同定した前記パラメータを用いた前記摩擦モデルに、位置または速度を入力することにより、位置または速度と摩擦力との関係を示す検証用摩擦特性を演算し、該検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性との誤差が所定の許容範囲であるか否かを判定し、該誤差が許容範囲内でない場合に、該誤差が許容範囲内となるように、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力を調整するパラメータ調整手段とを備える摩擦補償装置。
【請求項２】
前記実機摩擦特性は、ヒステリシスループとして表され、
前記パラメータ調整手段は、前記同定手段によって同定されたクーロン摩擦力を前記検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性のヒステリシスの振幅比で除算することにより、クーロン摩擦力を調整する請求項１に記載の摩擦補償装置。
【請求項３】
前記データ取得手段は、
前記制御対象の逆モデルに位置または速度を入力することにより、外乱成分を含むトルクを算出する第１トルク演算手段と、
操作量−トルク換算モデルを用いて、操作量からトルクを算出する第２トルク演算手段と、
前記第１トルク演算手段によって算出されたトルクから前記第２トルク演算手段によって算出されたトルクを差し引くことにより、摩擦力を演算する摩擦力演算手段と
を具備する請求項１または請求項２に記載の摩擦補償装置。
【請求項４】
前記同定手段は、
前記実機摩擦特性の速度反転時における摩擦力からクーロン摩擦力を同定する第１摩擦力同定手段と、
前記第１摩擦力同定手段によって同定されたクーロン摩擦力から最大静止摩擦力を同定する第２摩擦力同定手段と、
ヒステリシスループとして表された前記実機摩擦特性におけるヒステリシスの立ち上がり特性を直線近似し、該直線近似されたヒステリシス特性から、前記所定のパラメータのうち、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力以外のパラメータを同定する要素同定手段と
を具備する請求項１から請求項３のいずれかに記載の摩擦補償装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の摩擦補償装置を備えるサーボ制御装置。
【請求項６】
制御対象の位置、姿勢等の制御量を目標値に追従させる制御を行うサーボ制御に適用される摩擦補償方法であって、
前記制御対象の摩擦力を、摩擦モデルを用いて推定する摩擦推定過程と、
前記摩擦モデルに含まれるパラメータを同定するパラメータ同定過程と
を有し、
前記パラメータ同定過程は、
前記制御対象の位置または速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得するデータ取得過程と、
前記実機摩擦特性を用いて、クーロン摩擦力及び最大静止摩擦力を含む所定のパラメータを同定する同定過程と、
同定した前記パラメータを用いた前記摩擦モデルに、位置または速度を入力することにより、位置または速度と摩擦力との関係を示す検証用摩擦特性を演算し、該検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性との誤差が所定の許容範囲であるか否かを判定し、該誤差が許容範囲内でない場合に、該誤差が許容範囲内となるように、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力を調整するパラメータ調整過程とを有する摩擦補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦補償装置及び摩擦補償方法並びにサーボ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工作機械等の比較的高精度な制御精度が要求される製品では、機械系に内在する非線形摩擦の影響による制御精度の低下を補償する必要がある。
従来、非線形摩擦の補償方法として、摩擦モデルを用いたフィードバックまたはフィードフォワード補償が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
摩擦特性は、経年変化及び個体差により特性にばらつきがあるため、製品出荷前に、補償用のモデル摩擦パラメータを調整するだけでは、所望の制御精度を維持できないおそれがある。
このような問題に対し、摩擦パラメータのオンライン同定法が検討されている。
従来の摩擦同定方法は、クーロン摩擦、静止摩擦、粘性摩擦からなる古典摩擦モデルを対象としているものがほとんどである（図１３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００７／１０５５２７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば、工作機械テーブル面の正弦波駆動における速度反転時の摩擦挙動等は、古典摩擦モデルでは再現できない。例えば、図１４に、古典摩擦モデルに基づく摩擦特性と、実際の摩擦特性とを比較して示す。図１４において、横軸は位置、縦軸は摩擦力、破線で表された特性は、古典摩擦モデルに基づく摩擦特性、実線で表された特性は実際の摩擦特性である。図１４から、実際の摩擦特性は、古典摩擦モデルに基づく摩擦特性と異なることは明らかである。これは、摩擦は、速度に依存するだけではなく、位置にも依存しているためである。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、実際の摩擦挙動に近い摩擦モデルを用いて摩擦力を推定することにより、摩擦の推定精度を向上させることのできる摩擦補償装置及び摩擦補償方法並びにサーボ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様は、制御対象の位置、姿勢等の制御量を目標値に追従させる制御を行うサーボ制御装置に適用される摩擦補償装置であって、前記制御対象の摩擦力を、摩擦モデルを用いて推定する摩擦推定手段と、前記摩擦モデルに含まれるパラメータを同定するパラメータ同定手段とを備え、前記パラメータ同定手段は、前記制御対象の位置または速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得するデータ取得手段と、前記実機摩擦特性を用いて、クーロン摩擦力及び最大静止摩擦力を含む所定のパラメータを同定する同定手段と、同定した前記パラメータを用いた前記摩擦モデルに、位置または速度を入力することにより、位置または速度と摩擦力との関係を示す検証用摩擦特性を演算し、該検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性との誤差が所定の許容範囲であるか否かを判定し、該誤差が許容範囲内でない場合に、該誤差が許容範囲内となるように、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力を調整するパラメータ調整手段とを備える摩擦補償装置である。
【０００８】
本態様によれば、位置又は速度と摩擦力とを関連付けた実機摩擦特性を取得し、この実機摩擦特性から摩擦モデルのパラメータを同定するので、古典摩擦モデルよりも詳細な、かつ、動的な摩擦モデルを構築することができる。これにより、経年劣化による制御対象の特性変化や周囲環境などに応じて、摩擦モデルを動的に適応させることが可能となり、摩擦の影響による精度低下を抑制することができる。
【０００９】
上記摩擦補償装置において、前記実機摩擦特性は、ヒステリシスループとして表され、前記パラメータ調整手段は、前記同定手段によって同定されたクーロン摩擦力を前記検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性のヒステリシスの振幅比で除算することにより、クーロン摩擦力を調整することとしてもよい。
【００１０】
これにより、検証用摩擦特性を実機摩擦特性に効率的に近づけることが可能となる。
【００１１】
上記摩擦補償装置において、前記データ取得手段は、前記制御対象の逆モデルに位置または速度を入力することにより、外乱成分を含むトルクを算出する第１トルク演算手段と、操作量−トルク換算モデルを用いて、操作量からトルクを算出する第２トルク演算手段と、前記第１トルク演算手段によって算出されたトルクから前記第２トルク演算手段によって算出されたトルクを差し引くことにより、摩擦力を演算する摩擦力演算手段とを具備することとしてもよい。
【００１２】
このような構成を備えることにより、制御対象の運転中、停止中を問わず、所望のタイミングで実機摩擦特性を得ることができる。これにより、制御対象の運転中、停止中を問わず、摩擦モデルのパラメータの同定を行うことが可能となる。
【００１３】
上記摩擦補償装置において、前記同定手段は、前記実機摩擦特性の速度反転時における摩擦力からクーロン摩擦力を同定する第１摩擦力同定手段と、前記第１摩擦力同定手段によって同定されたクーロン摩擦力から最大静止摩擦力を同定する第２摩擦力同定手段と、ヒステリシスループとして表された前記実機摩擦特性におけるヒステリシスの立ち上がり特性を直線近似し、該直線近似されたヒステリシス特性から、前記所定のパラメータのうち、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力以外のパラメータを同定する要素同定手段とを具備することとしてもよい。
【００１４】
本発明の第２態様は、上記の摩擦補償装置を備えるサーボ制御装置である。
【００１５】
本発明の第３態様は、制御対象の位置、姿勢等の制御量を目標値に追従させる制御を行うサーボ制御に適用される摩擦補償方法であって、前記制御対象の摩擦力を、摩擦モデルを用いて推定する摩擦推定過程と、前記摩擦モデルに含まれるパラメータを同定するパラメータ同定過程とを有し、前記パラメータ同定過程は、前記制御対象の位置または速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得するデータ取得過程と、前記実機摩擦特性を用いて、クーロン摩擦力及び最大静止摩擦力を含む所定のパラメータを同定する同定過程と、同定した前記パラメータを用いた前記摩擦モデルに、位置または速度を入力することにより、位置または速度と摩擦力との関係を示す検証用摩擦特性を演算し、該検証用摩擦特性と前記実機摩擦特性との誤差が所定の許容範囲であるか否かを判定し、該誤差が許容範囲内でない場合に、該誤差が許容範囲内となるように、前記クーロン摩擦力及び前記最大静止摩擦力を調整するパラメータ調整過程とを有する摩擦補償方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、摩擦の推定精度を向上させることができ、これにより、摩擦の影響による制御誤差を低減させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る工作機械のサーボ制御装置の一構成例を示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る摩擦補償装置の概略構成を示した図である。
【図３】図２に示したデータ取得部の一構成例を示した図である。
【図４】実機摩擦特性の一例を示した図である。
【図５】図２に示した同定部の一構成例を示した図である。
【図６】クーロン摩擦力の同定について説明するための図である。
【図７】各要素の最大摩擦力及び各要素のばね定数の演算手順について説明するための図でる。
【図８】各要素の最大摩擦力及び各要素のばね定数の演算手順について説明するための図でる。
【図９】各要素の最大摩擦力及び各要素のばね定数の演算手順について説明するための図でる。
【図１０】同定パラメータの調整手法について説明するための図である
【図１１】同定部によるパラメータ同定の手順について説明するためのフローチャートを示した図である。
【図１２】工作機械において、摩擦の影響によって生ずる加工軌道の誤差の一例について示した図である。
【図１３】古典摩擦モデルの特性を示した図である。
【図１４】古典摩擦モデルに基づく摩擦特性と、実際の摩擦特性とを比較して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、金型等を加工する工作機械のサーボ制御装置に、本発明の摩擦補償装置及び摩擦補償方法を適用した場合の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１９】
例えば、工作機械では、軌道追従制御が要求されることが多く、また、単軸だけでなく、ｘｙｚ等の複数の軸を同時に制御することも少なくない。一般的に、工作機械の駆動系には、ボールねじやリニアガイドの駆動系が採用される。これら駆動系等に内在する非線形摩擦特性により、加工軌跡が劣化することがある。
【００２０】
例えば、２つの軸を、一方の軸を正弦波、他方の軸を余弦波で動作させると円弧を描くことができ、この円弧を描く制御は、工作機械の制御性を検証する上でよく用いられる。この加工では、図１２に示すように、摩擦の影響を受け、一方の軸運動の速度が反転する速度反転時（象限切り換え）において、加工軌跡（図中の実線）が目標軌跡（図中の破線）からずれる象限突起が発生する。これは、速度反転時に、速度が微小、０、微小（符号反転）と変化することで、摩擦の挙動が非線形な領域を遷移しているためである。
【００２１】
金型加工等においては、曲面加工も多いため、軸運動の速度反転が頻繁に発生する。速度反転時に象限突起が発生すると、加工面に筋目が残るため、金型の精度が劣化してしまうおそれがある。また、非線形摩擦の挙動は、温度や湿度、加工物の重量等によっても変動する。
本実施形態に係る摩擦補償装置及び方法は、例えば、上記の如き、工作機械における摩擦による制御誤差を低減するために、工作機械のサーボ制御装置内に組み込まれるものである。
【００２２】
図１は、上述した工作機械のサーボ制御装置の一構成例を示した図である。図１に示すように、サーボ制御装置は、例えば、位置のフィードバック系１１、速度のフィードバック系１２、及びフィードフォワード補償器１３を備える制御系であり、更に、摩擦の影響による制御誤差を補償するための摩擦補償装置２０を主な構成として有している。
【００２３】
摩擦補償装置２０は、摩擦モデルを用いて、制御対象である工作機械１００に内在する摩擦力を推定する摩擦推定部２１、及び摩擦推定部２１で用いられる摩擦モデルに含まれる所定のパラメータを同定するパラメータ同定部２２を備えている。
【００２４】
摩擦推定部２１は、例えば、以下の（１）式から（４）式に示される摩擦モデルを用いて、摩擦力Ｆを推定する。
【００２５】
【数１】
2015018496.tif 000003
【００２６】
上記（１）式から（４）式において、Ｆは摩擦力、Ｆｉは各要素の摩擦力、ｖは速度、ｇ（ｖ）はストライベック曲線、σは潤滑油の粘性係数、Ｎは要素の数、ｋｉは各要素のばね定数、αｉは各要素の最大摩擦力の比率、Ｆｃはクーロン摩擦力、Ｆｓは最大静止摩擦力、Ｃはストライベック効果、ｖｓはストライベック速度である。
【００２７】
上記（１）式から（４）式に含まれる各種パラメータのうち、各要素のばね定数ｋｉ、各要素の最大摩擦力の比率αｉ、クーロン摩擦力Ｆｃ、及び最大静止摩擦力Ｆｓが、パラメータ同定部２２により同定される。
パラメータ同定部２２は、図２に示すように、データ取得部３１、同定部３２、及びパラメータ調整部３３を主な構成として備えている。
【００２８】
データ取得部３１は、工作機械の位置又は速度と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を取得する。本実施形態では、工作機械の位置と摩擦力との関係を示した実機摩擦特性を得るものとして説明するが、位置に代えて速度を採用してもよい。
図３に、データ取得部３１の一構成例を示す。データ取得部３１は、図３に示すように、制御対象（工作機械１００）の逆モデル５１に位置を入力することにより、外乱成分を含むトルクを算出する第１トルク演算部４１と、操作量（例えば、電流指令）−トルク換算モデル６１を用いて、操作量からトルクを算出する第２トルク演算部４２と、第１トルク演算部４１によって算出されたトルクから第２トルク演算部４２によって算出されたトルクを差し引くことにより、摩擦力を演算する摩擦力演算部４３とを主な構成として備えている。
【００２９】
ここで、第１トルク演算部４１において用いられる制御対象の逆モデル５１は、微分要素を含むことから、逆モデル５１から出力されたトルクは、プロパー化を行うためのフィルタ５２を経由して摩擦力演算部４３に出力される。また、第１トルク演算部４１から出力されるトルクと整合性を保つため、第２トルク演算部４２においても、操作量−トルク換算モデル６１から出力されたトルクは、プロパー化のためのフィルタ６２を通じて摩擦力演算部４３に出力される。プロパー化のためのフィルタ５２、６２は、いずれもローパスフィルタ特性を有するものである。
【００３０】
図４に、データ取得部３１によって得られる実機摩擦特性の一例を示す。図４において、横軸は位置［ｍｍ］、縦軸は摩擦力［Ｎｍ］を示している。また、例えば、摩擦力に相当するパラメータとして電流指令［％］を用いることとしてもよい。図４に示されるように、実機摩擦特性は、一般的にヒステリシスループとして表される。
【００３１】
同定部３２は、データ取得部３１によって得られた実機摩擦特性を用いて、上述の各要素のばね定数ｋｉ、各要素の最大摩擦力の比率αｉ、クーロン摩擦力Ｆｃ、及び最大静止摩擦力Ｆｓを同定する。
【００３２】
具体的には、同定部３２は、図５に示すように、第１摩擦同定部７１と、第２摩擦同定部７２と、要素同定部７３とを備える。
第１摩擦同定部７１は、ヒステリシスループとして表された実機摩擦特性の速度反転時における摩擦力からクーロン摩擦力を同定する。図６に示すように、速度反転時は、ヒステリシスループとして表された実機摩擦特性における左下点Ｐ１及び右上点Ｐ２に相当する。第１摩擦同定部７１は、この左下点Ｐ１の摩擦力ＦＰ１と右上点Ｐ２の摩擦力ＦＰ２の平均値（=（ＦＰ２−ＦＰ１）／２）をクーロン摩擦力Ｆｃとして特定する。
第２摩擦同定部７２は、クーロン摩擦力Ｆｃに、事前に設定されている１以上の係数を乗じることにより、最大静止摩擦力Ｆｓを算出する。
【００３３】
要素同定部７３は、実機摩擦特性のヒステリシスの立ち上がり特性を直線近似し、近似直線から各要素のばね定数ｋｉ及び各要素の最大摩擦力の比率αｉを算出する。具体的には、図７に示すように、クーロン摩擦力−Ｆｃと＋Ｆｃとの間を予め設定されている所定の分割数Ｎ（例えば、初期値Ｎ＝５）で等分する。次に、各区間（要素）において、ヒステリシス特性を直線近似することにより、各区間における傾きＫｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を算出する。ここで、各区間におけるヒステリシスから直接的な直線近似が困難な場合には、まず直線近似するヒステリシスを切り出してから、その切り出し部分を、位置を変数とする多項式（例えば、４次多項式）に近似し、更に、この近似式を１次式に近似することとしてもよい。
次に、同じ傾きを持つ区間を１つの区間に統合する。例えば、図７において、第１区間の傾きＫ１と、第２区間の傾きＫ２とが同一であった場合には、第１区間と第２区間とを統合する。このように、区間の統合を行うことにより、区間数を削減でき、後の演算処理を簡素化することができる。
【００３４】
このような区間統合が行われた後のヒステリシス特性を図８に示す。図８に示すように、第１区間と第２区間とが統合されることにより、分割数Ｎ＝４に変更され、それぞれの区間における傾きＫ１〜Ｋ４が算出される。
続いて、各区間（要素）における最大摩擦力の比率αｉ（ｉ＝１〜Ｎ，αｉ＜１）を算出する。ここで、αｉは、最大摩擦力の比率なので、αｉ（ｉ＝１〜Ｎ）の和が１となるように、αｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を設定する。本実施形態では、以下のように、設定される。
α１＝０．４
α２＝α３＝α４＝０．２
【００３５】
次に、各区間における線形直線近似の傾きＫｉ（ｉ＝１〜Ｎ）及び各区間における最大摩擦力の比率αｉ（ｉ＝１〜Ｎ）を用いて、各区間におけるばね定数ｋｉを算出する。ばね定数ｋｉは、以下の（７）式、（８）式で与えられる。
【００３６】
【数２】
2015018496.tif 000004
【００３７】
すなわち、本実施形態におけるばね定数ｋ１〜ｋ４は、以下の通りとなる。
ｋ４＝Ｋ４
ｋ３＝Ｋ３−ｋ４
ｋ２＝Ｋ２−（ｋ３＋ｋ４）
ｋ１＝Ｋ１−（ｋ２＋ｋ３＋ｋ４）
【００３８】
ここで、図９に、ばね定数ｋｉの概念について示す。図９では、説明の便宜上、各区間における最大摩擦力αｉの値がそれぞれ異なるものとして示している。
図９に示すように、位置ｘが０＜ｘ≦ｘ１の範囲では、第１区間から第４区間におけるばね定数ｋ１〜ｋ４の成分の重ね合わせにより傾きＫ１が生成されていると考え、位置ｘがｘ１＜ｘ≦ｘ２の範囲では、第２区間から第４区間におけるばね定数ｋ２〜ｋ４の成分の重ね合わせにより傾きＫ２が生成されている、ｘ２＜ｘ≦ｘ３の範囲では、第３区間から第４区間におけるばね定数ｋ３〜ｋ４の成分の重ね合わせにより傾きＫ３が生成されていると考え、ｘ３＜ｘ≦ｘ４の範囲では、第４区間におけるばね定数ｋ４の成分のみにより傾きＫ４が生成されていると考える。
【００３９】
このようにして、各区間（要素）のばね定数ｋｉ、各区間（要素）の最大摩擦力の比率αｉ、クーロン摩擦力Ｆｃ、及び最大静止摩擦力Ｆｓが同定されることとなる。
【００４０】
パラメータ調整部３３は、同定部３２によって同定されたクーロン摩擦力Ｆｃ、最大静止摩擦力Ｆｓ、各要素のばね定数ｋｉ、各区間（要素）の最大摩擦力の比率αｉを、（１）式から（４）式で与えられる摩擦モデルに採用し、この摩擦モデルに速度を入力することにより、位置（速度の積分値）と摩擦力の関係を示す検証用摩擦特性を演算する。続いて、検証用摩擦特性と、実機摩擦特性との誤差を算出し、この誤差が許容範囲内である場合には、同定部３２によって同定された上記の各種パラメータを摩擦推定部２１に出力する。具体的には、パラメータ調整部３３は、各位置における検証用摩擦特性の摩擦力と実機摩擦特性の摩擦力との比率を算出し、この比率の平均値が許容範囲内（例えば、１．０５以下）であれば、許容範囲内であると判定する。
【００４１】
これに対し、誤差が許容範囲内でなかった場合には、同定部３２によって同定されたクーロン摩擦力Ｆｃを補正するとともに、補正後のクーロン摩擦力Ｆｃに基づいて最大静止摩擦力Ｆｓを補正し、補正後のクーロン摩擦力Ｆｃ及び最大静止摩擦力Ｆｓを摩擦モデルに用いることにより、検証用摩擦特性を再度演算し、この検証用摩擦特性と実機摩擦特性とを再度比較する（図１０参照）。そして、この誤差が許容範囲内となるまで、上述のクーロン摩擦力Ｆｃの値を繰り返し調整する。このように、パラメータの調整は、クーロン摩擦力Ｆｃ及び最大静止摩擦力Ｆｓのみとし、各要素のばね定数ｋｉ及び各要素の最大摩擦力の比率αｉについては、同定部３２によって同定された値を採用するので、パラメータ調整を効率的に行うことが可能となる。
【００４２】
次に、上述した摩擦補償装置２０を備えるサーボ制御装置における作動について図１を参照して説明する。
例えば、通常制御時においては、制御対象の位置及び速度が検出され、検出された位置信号と速度信号の情報とが位置・速度フィードバック系１１、１２にフィードバックされ、更にフィードフォワード補償器１３を用いることにより、実位置を位置指令に追従させるための電流指令ｉ＊が生成される。
なお、上記のように、実速度を検出せずに、検出した位置信号を微分（近似微分）することにより、速度信号を演算により求め、この速度信号を制御に用いることとしてもよい。
【００４３】
速度信号は、摩擦補償装置２０に入力され、この速度信号が摩擦推定部２１の摩擦モデルに入力されることにより、摩擦力Ｆが推定される。推定した摩擦力Ｆは、電流指令換算部１４において電流指令に換算され、電流補償指令ｉｄｉｓとして出力される。この電流補償指令ｉｄｉｓが、位置・速度フィードバック系によって生成された電流指令値ｉ＊から差し引かれることにより、電流指令ｉ＊が補正され、補正後の電流指令ｉＣ＊が、ドライバ類９０に入力される。ドライバ類９０が電流指令ｉＣ＊に応じて制御されることにより、工作機械１００の位置・速度制御が行われ、目標軌跡に沿った工作機械１００による加工が可能となる。
【００４４】
このような通常制御が行われているとき、或いは、工作機械１００の運転停止時において、パラメータ同定の指示が入力されると、パラメータ同定部２２によるパラメータ同定が行われる。パラメータ同定のタイミングは、工作機械１００の毎回の起動時に行うこととしてもよいし、数週間単位、数か月単位など所定の時間間隔で行うこととしてもよい。また、作業員がパラメータ同定を指示するボタンなどの入力装置を操作したときに行われることとしてもよいし、工作機械の運転中に逐次行われることとしてもよい。このように、パラメータ同定のタイミングについては、特に限定されない。
【００４５】
パラメータ同定の際には、工作機械１００の位置信号及び速度信号及び電流指令ｉＣ＊がパラメータ同定部２２に入力される。パラメータ同定部２２のデータ取得部３１（図２参照）は、これらの情報から実機摩擦特性を取得し、実機摩擦特性を同定部３２に出力する（図１１のステップＳＡ１）。同定部３２は、実機摩擦特性からクーロン摩擦力Ｆｃ、最大静止摩擦力Ｆｓを特定し（図１１のステップＳＡ２）、更に、ヒステリシスループの直線近似により、各要素の最大摩擦力の比率αｉ及び各要素のばね定数ｋｉを決定し（図１１のステップＳＡ３、ＳＡ４）、これらの同定パラメータをパラメータ調整部３３に出力する。
【００４６】
パラメータ調整部３３は、同定部３２からの同定パラメータを摩擦モデルに採用し、この摩擦モデルに実機に対応する速度を入力することにより、位置と摩擦力の関係を示す検証用摩擦特性を演算する（図１１のステップＳＡ５）。続いて、検証用摩擦特性と、実機摩擦特性との誤差を算出し、この誤差が許容範囲内となるまで（図１１のステップＳＡ６）、クーロン摩擦力Ｆｃ及び最大静止摩擦力Ｆｓを調整し（図１１のステップＳＡ７）、誤差が許容範囲内となったときの同定パラメータを摩擦推定部２１に出力する。
これにより、摩擦推定部２１においては、最新の同定パラメータを用いた摩擦力の推定が行われることとなる。
【００４７】
以上、説明してきたように、本実施形態に係る摩擦補償装置２０及び摩擦補償方法並びにサーボ制御装置によれば、位置又は速度と摩擦力とを関連付けたヒステリシスループで表される実機摩擦特性を取得し、この実機摩擦特性から摩擦モデルのパラメータを同定するので、古典摩擦モデルよりも詳細な、かつ、動的な摩擦モデルを構築することができる。これにより、経年劣化による制御対象の特性変化や周囲環境などに応じて、摩擦モデルを動的に適応させることができ、摩擦の影響による制御精度の低下を抑制することができる。
【００４８】
なお、本発明の摩擦補償装置２０が適用されるサーボ制御装置の構成については、図１の構成に限られず、位置、姿勢制御が行われる制御対象のサーボ制御装置に対して、広く適用することが可能である。
また、本実施形態では、工作機械１００を制御対象としたが、制御対象はこれに限られず、ロケットなどの飛昇体、船舶や水中航走体、射出成型機、油圧バルブ、半導体製造装置など、その位置、姿勢（例えば、ピッチ角、ロール角、ヨー角）などが目標値に追従するように制御される機械であればよい。
たとえば、飛昇体では、燃料を噴射する飛翔ノズルにおける摩擦力が問題となる。例えば、ノズルは、モータの回転駆動力を、ボールねじ等を介して直動系に変換し、直動アクチュエータを用いて角度制御される。このため、駆動系に非線形摩擦を有することとなる。このような摩擦による制御誤差を低減する目的で、本発明の摩擦補償装置が採用される。
【符号の説明】
【００４９】
２０  摩擦補償装置
２１  摩擦推定部
２２  パラメータ同定部
３１  データ取得部
３２  同定部
３３  パラメータ調整部
４１  第１トルク演算部
４２  第２トルク演算部
４３  摩擦力演算部
５１  制御対象の逆モデル
５２、６２  フィルタ
６１  操作量−トルク換算モデル
７１  第１摩擦同定部
７２  第２摩擦同定部
７３  要素同定部
１００  工作機械
【図１】
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【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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【図１４】
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