(57)【要約】【課題】マスター側駆動源とスレーブ側駆動源との間で同期誤差を生ずる場合において、第１回目の制御から同期誤差を小さくすることができるサーボ制御装置を提供する。【解決手段】原動軸を駆動するマスター側駆動源３と、従動軸を駆動するスレーブ側駆動源４とを同期制御するサーボ制御装置において、スレーブ側駆動源４に与えられる位置指令値と、スレーブ側駆動源４からフィードバックされる位置検出値との差である位置偏差に基づいて位置制御を行う位置制御部２０と、マスター側駆動源３とスレーブ側駆動源４の位置偏差の差分である同期誤差を算出する演算部５と、同期誤差を小さくするように、スレーブ駆動源４に対する位置指令値に基づいてスレーブ側駆動源４の位置偏差を補正する補正データを算出する補正データ算出部１１Ａと、を備えている。【選択図】図１
2008225533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動軸を駆動するマスター側駆動源と、前記原動軸に対して一定のタイミングで従動軸を駆動するスレーブ側駆動源とを同期制御するサーボ制御装置において、
前記スレーブ側駆動源に与えられる位置指令値と前記スレーブ側駆動源から検出されたフィードバック値との差である位置偏差に基づいて位置制御を行う位置制御部と、
前記マスター側駆動源における位置偏差と前記スレーブ側駆動源における位置偏差の差分である同期誤差を算出する演算部と、
前記同期誤差を小さくするように、前記スレーブ駆動源に対する前記位置指令値に基づいて前記スレーブ側駆動源における前記位置偏差を補正する補正データを算出する補正データ算出部と、を備え、
算出された前記補正データが前記スレーブ駆動軸の前記位置偏差に加算されることを特徴とする、サーボ制御装置。
【請求項２】
前記スレーブ側駆動源が二つ設けられ、各スレーブ側駆動源が互いに平行なタンデム構造の第１の従動軸と第２の従動軸とをそれぞれ駆動することを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
【請求項３】
一方の前記従動軸に対して算出された前記補正データを他方の前記従動軸でも使用することを特徴とする請求項２記載のサーボ制御装置。
【請求項４】
学習制御によって前記同期誤差を０に収束させるための補正データを算出する学習制御部を備え、前記補正データ算出部は、所定のシステムモデルを使用して前記位置指令値と前記補正データとの線形関係を伝達関数によって同定したものであることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のサーボ制御装置。
【請求項５】
学習制御によって前記同期誤差を０に収束させるための補正データを算出する学習制御部を備え、前記補正データ算出部には、前記位置指令値の指令パターンと前記補正データとが関連付けされた基準データが記憶されており、前記補正データ算出部に前記位置指令値からの指令パターンが与えられることで前記基準データから前記学習制御部のメモリー部の初期値が提供されることにより、前記学習制御部から補正データが出力され、該補正データにより、同期誤差が小さくなることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のサーボ制御装置。
【請求項６】
前記補正データ算出部は、前記補正データを算出する補償器と、該補償器のパラメータを前記位置指令値と前記同期誤差から逐次計算する適応演算部と、を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のサーボ制御装置。
【請求項７】
前記補正データ算出部は、前記補正データを算出する補償器と、該補正データの出力を調整する調整器と、前記補償器のパラメータを前記位置指令値、前記同期誤差、及び前記位置偏差から逐次計算する適応演算部と、を有することを特徴とする請求項１〜３記載の何れか１項に記載のサーボ制御装置。
【請求項８】
前記原動軸が回転軸であり、前記第１の従動軸と前記第２の従動軸とが送り軸であることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載のサーボ制御装置。
【請求項９】
前記演算部が前記上位制御装置に設けられていることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載のサーボ制御装置。
【請求項１０】
前記加工が工作物にめねじを形成するタップ加工であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のサーボ制御装置。
【請求項１１】
前記加工が工作物の外周面におねじを形成するねじ加工であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載のサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを加工する工作機械やロボット、プレス機、射出成形機等に適用され、マスター側駆動源とスレーブ側駆動源とを同期させて動かし、例えば、ねじ加工やタップ加工のようにワークに同じ加工を繰り返して行う機械に適用されるサーボ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ワークの外周面におねじを加工する場合、主軸などにチャッキングしたワークを回転させながら、ねじ切り切削工具に所定の切込みを与え、切削工具をワーク軸方向に相対的に直線移動させてねじ切りを行う。この場合、切削抵抗が大きくならないように、切込みは数回に分けて切削工具に与えられ、所定の切込みで所定のパス回数だけ切削を繰り返すことにより完全なねじ形状が形成されるようになっている。タップを用いて、ワークにめねじを加工する場合は、Ｘ−Ｙ方向に移動するテーブル上にワークを固定し、主軸に装着されたタップを回転させながら回転軸方向に送りを与えたり、逆に、タップを回転させたままワークに回転軸方向の送りを与えたりしてねじ切りを行う。
【０００３】
おねじを加工する場合の切削工具の送り速度や、めねじを加工する場合のタップの送り速度は、ねじ山が所定ピッチで連続して形成されるように、ワークの回転数やタップの回転数に応じて決定されている。すなわち、直線移動する切削工具やタップの移動指令（送り速度）は、回転するワークやタップの回転指令（回転数）の一定の比率倍となっている。このため、この種のねじ切り加工やタップ加工では、双方の駆動源（サーボモータ）が一定の比率で同期して駆動するように、工作機械の数値制御装置により回転指令及び移動指令が出されるようになっている。
【０００４】
ここで、一例として、１ｍｍのピッチのねじを６０００ｍｉｎ-1で加工する場合について説明する。一方の駆動源により駆動される送り軸の位置検出単位を１００００パルス／ｍｍとし、他方の駆動源により駆動される回転軸の位置検出単位を４０９６パルス／ｒｅｖとする。送り軸の移動指令を考えると、６０００ｍｉｎ-1、つまり１回転で１０ｍｓ、１ｍｍ進むことになるため、１００００パルス／１０ｍｓとなる。この送り速度は６ｍ／ｍｉｎとなる。回転軸は、１０ｍｓ間で１回転、つまり４０９６パルスとなるため、４０９６／１０ｍｓとなる。このため、両駆動軸の比率はＫ＝４０９６／１００００となる。したがって、送り軸を駆動する駆動源に対する移動指令を４０９６／１００００倍して、回転軸を駆動する駆動源に対する移動指令とすれば、１ｍｍピッチのねじが加工できる。
【０００５】
なお、特許文献１には、回転軸と送り軸を駆動する駆動源の同期をとり、同一形状を繰り返し加工する従来の一例が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２８０７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
おねじ加工やめねじ加工においては、同期制御される複数の駆動源が同じサーボ特性をもっていれば、回転軸及び送り軸は同じ位置偏差を持つこととなって、理論的に同期誤差は生じないものの、回転軸の高剛性化に伴い回転軸の慣性イナーシャが増加した場合や、回転軸が高速回転した場合には、回転軸のサーボ特性が送り軸に比べて劣ることとなり、回転軸の加減速時に大きな位置偏差が生じることがある。このような同期誤差は、学習制御によって小さい値に除々に収束されることができるものの、学習制御による学習効果は、同じ位置指令が繰り返し行われることで発揮されるものであるから、第１回目の制御では学習効果を得られず、同期誤差が大きいという問題があった。このため、位置指令が変更される毎に、作業者は学習制御を数回行うことによって得られた補正データに基づくことで、同期誤差を小さくすることが出来た。このため、第１回目の制御から同期誤差を小さくしようとすると、学習制御部のメモリー部を退避させておき、次にその位置指令を使用する際に、元に戻すといった余分な操作が必要であった。
【０００８】
以上の点に鑑み、本発明は、マスター側駆動源とスレーブ側駆動源との間で同期誤差を生ずる場合において、第１回目の制御から同期誤差を小さくすることができる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】
【０００９】
上記目的を達成するために、請求項１記載のサーボ制御装置は、原動軸を駆動するマスター側駆動源と、前記原動軸に対して一定のタイミングで従動軸を駆動するスレーブ側駆動源とを同期制御するサーボ制御装置において、前記スレーブ側駆動源に与えられる位置指令値と前記スレーブ側駆動源から検出されたフィードバック値との差である位置偏差に基づいて位置制御を行う位置制御部と、前記マスター側駆動源における位置偏差と前記スレーブ側駆動源における位置偏差の差分である同期誤差を算出する演算部と、前記同期誤差を小さくするように、前記スレーブ駆動源に対する前記位置指令値に基づいて前記スレーブ側駆動源における前記位置偏差を補正する補正データを算出する補正データ算出部と、を備え、算出された前記補正データが前記スレーブ駆動軸の前記位置偏差に加算されることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のサーボ制御装置において、前記スレーブ側駆動源が二つ設けられ、各スレーブ側駆動源が互いに平行なタンデム構造の第１の従動軸と第２の従動軸とをそれぞれ駆動することを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項２に記載のサーボ制御装置において、一方の前記従動軸に対して算出された前記補正データを他方の前記従動軸でも使用することを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３記載のサーボ制御装置において、学習制御によって前記同期誤差を０に収束させるための補正データを算出する学習制御部を備え、前記補正データ算出部は、所定のシステムモデルを使用して前記位置指令値と前記補正データとの線形関係を伝達関数によって同定したものであることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１〜３記載の何れか１項に記載のサーボ制御装置において、学習制御によって前記同期誤差を０に収束させるための補正データを算出する学習制御部を備え、前記補正データ算出部には、前記位置指令値の指令パターンと前記補正データとが関連付けされた基準データが記憶されており、前記補正データ算出部に前記位置指令値からの指令パターンが与えられることで前記基準データから前記学習制御部のメモリー部の初期値が提供されることにより、前記学習制御部から補正データが出力され、該補正データにより、同期誤差が小さくなることを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のサーボ制御装置において、前記補正データ算出部は、前記補正データを算出する補償器と、該補償器のパラメータを前記位置指令値と前記同期誤差から逐次計算する適応演算部と、を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１〜３記載の何れか１項に記載のサーボ制御装置において、前記補正データ算出部は、前記補正データを算出する補償器と、該補正データの出力を調整する調整器と、前記補償器のパラメータを前記位置指令値、前記同期誤差、及び前記位置偏差から逐次計算する適応演算部と、を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のサーボ制御装置において、前記原動軸が回転軸であり、前記第１の従動軸と前記第２の従動軸とが送り軸であることを特徴とする。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載のサーボ制御装置において、前記演算部が前記上位制御装置に設けられていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜９の何れか１項に記載のサーボ制御装置において、前記加工が工作物にめねじを形成するタップ加工であることを特徴とする。
【００１９】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜９の何れか１項に記載のサーボ制御装置において、前記加工が工作物の外周面におねじを形成するねじ加工であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
以上の如く、請求項１の発明によれば、例えば、学習制御によって除々に同期誤差に小さくすることはできても、学習効果の得られない第１回目の制御では同期誤差を小さくすることができないが、補正データ算出部が位置指令値に基づいてスレーブ側駆動源の位置偏差を補正する補正データを算出し、この補正データがスレーブ側駆動源における位置偏差に加算されることで、マスター側駆動源とスレーブ側駆動源との間で第１回目の制御から同期誤差を小さくする制御をすることができる。したがって、学習効果の得られない第１回目の制御から高精度・高能率加工を行うことができ、製造品質の信頼性を高めることができる。また、制御方法の変更にも柔軟に対応することができる。
【００２１】
請求項２記載の発明によれば、二つのスレーブ側駆動源でタンデム構造の第１の送り軸と第２の送り軸とをそれぞれ駆動することで、個々の駆動源の負荷を軽減することができ、制御の追従性や安定性を高めることができる。また、使用する駆動源を小型化することもでき、経済性を高めることができる。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、二つのスレーブ側駆動源で補正データ算出部を共用することができ、サーボ制御装置の構造が複雑化するのを回避することができる。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、例えば、学習制御だけでは第１回目の制御で同期誤差を小さくすることができないが、補正データ算出部では伝達関数により位置指令値が入力されると、学習制御が同期誤差を０に収束させるための補正データと同じ補正データを求めることができるから、１回目の制御から同期誤差を小さくすることができる。
【００２４】
請求項５記載の発明によれば、スレーブ側駆動源に対して位置指令値の指令値パターンが与えられることで基準データを推定することができ、推定した基準データを学習制御の初期値として提供することができるから、学習効果の得られない第１回目の制御から同期誤差を小さくすることができる。
【００２５】
請求項６記載の発明によれば、補償器としてのデジタルフィルタと、補償器のパラメータやフィルタ係数を位置指令値及び同期誤差に基づいて適応演算部としての適応アルゴリズムから補正データを決定することで、第１回目の制御から同期誤差を小さくすることができる。
【００２６】
請求項７記載の発明によれば、補償器としてのデジタルフィルタと、補償器のパラメータやフィルタ係数を位置指令値、同期誤差及び位置偏差に基づいて適応演算部としての適応アルゴリズムから補正データを決定し、調整器でこの補正データに係数を乗じて補正データを調整することで、第１回目の制御から同期誤差を小さくすることができるとともに、同期誤差に遅れがある場合にも同期誤差の値を簡易に調整することができる。
【００２７】
請求項８記載の発明によれば、回転軸は慣性イナーシャの影響を受け易く、位置偏差が大きくなりやすいが、このような場合であっても同期制御の同期精度を高めることができる。
【００２８】
請求項９記載の発明によれば、演算部が上位制御装置に設けられているから、サーボ制御装置の回路構成を簡略にすることができる。
【００２９】
請求項１０記載の発明によれば、繰り返し行われる加工がタップ加工であるから、往復動作するリジッドタップの正回転時と逆回転時の同期誤差を少なくすることができ、高精度・高能率加工を行うことができる。
【００３０】
請求項１１記載の発明によれば、繰り返し行われる加工がねじ加工であるから、所定のパス回数で完全なねじ山を形成する際に、各パスの繰り返し精度が向上し、位置ずれが防止され、高精度のねじ山を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下に本発明の実施形態の具体例を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るサーボ制御装置の第１の実施形態のブロック図である。本実施形態のサーボ制御装置１Ａは、図示しない共有メモリを介して上位制御装置２に接続されている。上位制御装置２から出力された移動指令値は、サーボ制御装置に出力され、工作機械の主軸（原動軸）を駆動するスピンドルモータ（マスター側サーボモータ）３と、直動する従動軸を駆動する送り側サーボモータ（スレーブ側サーボモータ）４とを同期制御する指令値となっている。位置指令値からはサーボモータ３，４の位置を検出するためにサーボモータ３，４に取り付けられている位置検出器（図示せず）からの位置フィードバック値が減じられて位置偏差が求められるようになっている。スレーブ側では、位置偏差に学習制御部１０からの補正データが加算されて位置偏差が補正されるようになっている。位置制御では、補正された位置偏差にポジションゲインが乗じられて速度指令が求められる。速度制御では、速度指令値からサーボモータ３，４の速度を検出する図示していない速度検出器からのフィードバック値が減じられて速度偏差が求められ、比例積分制御等により速度偏差から電流指令が求められる。電流制御では、電流指令値から図示していない電流検出器で検出された電流フィードバック値が減じられて電流偏差が求められ、この電流偏差が電流増幅器で増幅されてサーボモータを駆動制御する。
【００３２】
サーボ制御装置１Ａの大筋の制御の流れは、上述したように、従来と略同様の流れであるが、本実施形態のサーボ制御装置１Ａは、マスター側とスレーブ側の同期誤差を学習制御して補正データを算出するという点と、学習効果の得られない第１回目の制御から同期誤差を小さくできるようにする手段を備えた点で、従来のサーボ制御装置と相違している。
【００３３】
上位制御装置２には、図示しないプログラマブルコントローラや、操作盤や、周辺装置などが接続されている。共有メモリは、上位制御装置２から出力される情報をサーボ制御装置１Ａのプロセッサに渡したり、逆にサーボ制御装置１Ａから出力される各種情報を上位制御装置２に渡したりするための記憶装置である。
【００３４】
サーボ制御装置１Ａは、プロセッサ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有してデジタルサーボ回路を形成しており、一対のサーボモータ３，４の同期誤差を算出する演算器５と、同期誤差に基づいて補正データを算出する学習制御部１０と、学習制御の効果が得られない１回目の制御において補正データを算出する補正データ算出部１１Ａと、を備えている。サーボ制御装置１Ａが、学習制御部１０を備えることで、スピンドルモータ３に対して送り側サーボモータ４の追従性が格段に向上し、高精度・高能率加工が可能になる。サーボ制御装置１Ａが補正データ算出部１１Ａを備えることで、学習効果の得られない１回目の制御から小さい同期誤差で精度の良い加工を行うことができる。
【００３５】
デジタルサーボ回路は、従来と同等のものであり、主軸を回転駆動するスピンドルモータ３と、送り軸に沿って図示しない切削工具を送るための送り側サーボモータ４のそれぞれを、フィードバック信号に基づいて、位置ループ制御、速度ループ制御すると共に、トランジスタインバータ等のアンプ６からの電流フィードバック信号に基づいて電流ループ制御する回路である。
【００３６】
デジタルサーボ回路を有するサーボ制御装置を備えた工作機械では、例えば、図示しないスピンドルにチャッキングされたタップでテーブルに固定されたワークにめねじを加工することができる。この加工の場合、スピンドルモータ３の回転数に換算係数としてのねじピッチを掛け合わせた送り速度でタップが軸方向に動くように、送り側サーボモータ４が同期制御されるようになっている。
【００３７】
スピンドルモータ３及び送り側サーボモータ４に対するサーボ制御装置１Ａの制御フローを図１に基づいて詳細に説明する。
先ず、上位制御装置２から出力された単位時間当たりの移動（位置）指令値は、分岐点７で２方向に分岐し、一方の移動指令値は一定比率の換算係数Ｋを乗じた後にサーボ制御装置１Ａのスピンドルモータ３を制御する主軸側回路に出力され、他方の移動指令値はそのままサーボ制御装置１Ａの送り側サーボモータ４を制御する送り軸側回路に出力される。
【００３８】
主軸側回路では、換算係数Ｋを乗じた移動指令値から、スピンドルモータ３の位置を検出するパルスコーダなどの位置検出器から出力された位置フィードバック値を減じて位置偏差を求める（位置ループ制御）。次に、位置制御部２０でこの位置偏差に位置ループゲインを乗じて速度指令値を求める。続いて、速度制御部２１でこの速度指令値から、スピンドルモータ３の速度を検出する速度検出器から出力された速度フィードバック値を減じて速度偏差を求めた後（速度ループ制御）、この速度偏差に対して比例積分制御（ＰＩ制御）を行い、電流指令値（トルク指令）を求める。そして、電流制御部２２でこの電流指令値から、アンプ６からの電流フィードバック値を減じて電流偏差を求め（電流ループ制御）、アンプ６を介してスピンドルモータ３を駆動し、図示しない減速機構を介してワークを回転させる。
【００３９】
送り軸側回路でも主軸側回路と同様にして、位置ループ制御、速度ループ制御、電流ループ制御が行われ、アンプ６を介して送り側サーボモータ４を駆動し、図示しない減速機構により送りねじを回転させ、タップを軸方向に送る。
【００４０】
演算器５では、主軸側回路と送り側回路のそれぞれの位置偏差の差分である同期誤差が求められる。主軸側回路の位置偏差は、送り側回路の位置偏差と同じ単位に変換されるように、スピンドルモータ３の位置偏差に逆換算係数（Ｋ-1）を乗じて求められている。このように、主軸側回路と送り側回路の位置偏差を同じ単位にすることで、両モータ３，４のサーボ特性の違いに起因する同期誤差が求められるようになっている。
【００４１】
学習制御部１０は、演算器７から同期誤差を受け取り、この同期誤差に基づいて送り側サーボモータ４の位置偏差を補正する補正データを算出する。算出された補正データは、加算点８で位置偏差に加算されることで、両モータ３，４間の同期誤差を小さくする処理がなされたことになる。送り側サーボモータ４は、補正された位置偏差に基づいて、スピンドルモータ３に対し一定比率のタイミングが維持された状態で駆動されることとなる。
【００４２】
さらに詳しく説明すると、学習制御部は、図２に示すように、帯域を制限するためのフィルタ部１５、補正データを記憶するメモリ部１６と、制御対象としての送り側サーボモータ４の位相遅れやゲイン低下を補償する動特性補償要素１７とを備えている。メモリ１６は、サンプリング数に対応するメモリ領域を有しており、所定の切込みでワークを加工する際に、所定のサンプリング時間で検出された同期誤差に基づいて算出された多数の補正データを、各サンプリング時間に対応するメモリ領域に格納させるものである。
【００４３】
メモリ部１６に格納された旧い補正データは、前の加工と同一経路を移動する次の加工の際に、所定のサンプリング時間毎に読み出され、演算器５で求められた所定のサンプリング時間に対応する同期誤差に加算され、フィルタ処理が行われ、更新された新しい補正データとしてメモリ部１６に格納される。一方で、メモリ部１６から読み出された旧い補正データは、位相遅れ、ゲイン低下の補償を行い、加算点８で位置偏差に加算される。これにより、加工が繰り返される毎に、両モータ３，４の同期誤差を小さくする処理がなされることとなり、高精度の加工がもたらされる。
【００４４】
補正データ算出部１１Ａでは、上位制御装置２からの位置指令値に基づいて、スピンドルモータ３と送り側モータ４の同期誤差を小さくする補正データを算出する。入力される位置指令値と、出力される補正データは、伝達関数により関係付けられている。伝達関数は、典型的な過去のタップ加工の学習制御から同定（推定）することによって求められている。具体的には、典型的な学習制御において、サンプリング毎の位置指令値列ｕ1を入力とし、同期誤差が０に収束した時の補正データ列y1を出力として、以下の式から伝達関数Ｇを同定する。
ｙ1＝Ｇ・ｕ1＋Ｈ・ｅ
ここで、ｅはノイズ源、Ｈはノイズ特性である。
【００４５】
同定モデルには、ARXモデル、ARMAXモデル、出力誤差（OE）モデル、Box-Jenkindsモデル、状態空間モデル等の種々のモデルが考えられるが、本実施形態では、一例として、ARXモデル(autoregressive model with exogenous input)を例として説明する。モデルは以下の線形差分方程式で示される。
Ａ(z)ｙ1(t)＝Ｂ(z)ｕ1(t-nk)＋ｅ(t)
Ａ(z)＝１＋a1z-1＋a2z-2＋…＋anaz-na
Ｂ(z)＝b0＋b1z-1＋b2z-2＋…＋bnbz-nb
ここで、naは極の数、nbは零点の数、nkは遅れ、である。nkはシステムの純粋な時間遅れ(むだ時間)である。このため、制御システムに対して、むだ時間がなければ、一般的にnkは１になる。複数入力システムに対して、nbとnkは、行ベクトルである。パラメータai、bjは、最小二乗計算を使って計算される。これにより伝達関数Ｇ＝Ｂ(z)／Ａ(z)が推定される。
【００４６】
図３は、第１の実施形態の変形例を示したものであり、サーボ制御装置１ＡＡは、二つの送り側サーボモータ４Ａ，４Ｂを制御するものである。二つの送り側サーボモータ４Ａ，４Ｂを有するタンデム構造の工作機械２５は一般的なものであり、二つのサーボモータ４Ａ，４Ｂによって負荷が軽減され、被駆動体を安定性良く、また、マスター側のスピンドルモータ３に対しては追従性良く駆動することができる。このため、モータ４Ａ，４Ｂを小型化することも可能である。逆に、モータ４Ａ，４Ｂを複数備えることで、工作機械２５の高出力化にも対応することができる。
【００４７】
図３において、サーボ制御装置１ＡＡが、二つの補正データ算出部１１Ａ，１１Ａを備えている点で、サーボ制御装置１Ａと相違している。各補正データ算出部１１Ａは第１の実施形態の補正データ算出部１１Ａと同様であり、位置指令値から補正データが算出されるようになっている。二つのモータ４Ａ，４Ｂが、個々に補正データ算出部１１Ａによって位置偏差が補正されることで、タンデム構造の工作機械２５を用いて高精度の加工を行うことが可能となる。
【００４８】
以上のように、本実施形態によれば、学習制御だけでは第１回目の制御で同期誤差を小さくすることができないが、補正データ算出部１１Ａでは伝達関数により位置指令値が入力されると補正データを求めることができるから、１回目の制御から同期誤差を小さくすることができ、高能率・高精度加工を行うことが可能となる。
【００４９】
次に、図４〜図７を参照し、本発明に係るサーボ制御装置の第２の実施形態について説明する。学習制御において、第１回目の制御から学習効果が得られないのは、学習制御部１２のメモリ部１６に参照するデータが無いためである。本実施形態の補正データ算出部１１Ｂは、第１回目の制御において、学習制御部１２のメモリ部１６に参照するデータを提供するものであり、これにより、本実施形態のサーボ制御装置１Ｂは第１回目の制御から同期誤差を小さくできるようになっている。
【００５０】
学習制御部１２は、図５に示すように、帯域を制限するためのフィルタ部１５、補正データを記憶するメモリ部１６、制御対象としての送り側サーボモータ４の位相遅れやゲイン低下を補償する動特性補償要素１７に加えて、補正データ算出部１１Ｂから出力されたデータを初期値として設定する初期値設定部１８を備えている。
【００５１】
補正データ算出部１１Ｂには、位置指令値の指令パターンと位置偏差を補正する補正データとが関連付けされた基準データが記憶されており、上位制御装置２からの位置指令値が入力されて指令パターンに対応する補正データを学習制御の初期値として提供する。指令パターンの一周期は、典型的には図６に示すように矩形状の波形として示されている。波形は、第１の停止部ａ、第１の加速部ｂ、第１の定速部ｃ、第１の減速部ｄ、第２の停止部ｅ、第２の加速部ｆ、第２の定速部ｇ、第２の減速部ｈ、第３の停止部ｉの９つの領域から構成されている。個々の領域では、時間基準での補正データ列を有している。個々の領域に関連付けられた補正データ列は、補正データ算出部１１Ｂに保存されている。
【００５２】
一例として、上位制御装置２からタップ指令（位置指令）が出されたときの制御フローについて説明する。簡単のため、ねじ長さが違う同じタップ加工の例で説明する。典型的なタップ指令が指令された時、その指令が図６のどの領域（区間）に該当するかを判断する。最初は、第１の停止部ａの指令が出されるため、初期値設定部１８を介して停止部ａの基準データ列を学習メモリの初期値としてセットする。次に、第１の加速部ｂの指令が来るまで指令を監視する。第１の加速部ｂの指令が来た場合、第１の加速部ｂの基準データ列を学習メモリの初期値としてセットする。次に、同様にして、第１の定速部ｃの指令が来るまで指令を監視し、第１の定速部ｃの指令が来た場合、定速部ｃの基準データ列を学習メモリに初期値としてセットする。以下同様に、第３の停止部ｉまで、基準データ列を学習メモリの初期値にセットする。これにより、学習メモリの初期値として、典型的なタップ指令時の基準データがセットされることになり、学習制御部１２から補正データを出力することができ、第１回目の制御から同期誤差を小さくすることができる。
【００５３】
なお、本実施形態と第１の実施形態の共通する構成部分の重複した説明は省略することとする。また、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、タンデム構造に適用できるサーボ制御装置１Ｂとして提供することができる。
【００５４】
このように、第２の実施形態によれば、送り側モータ４に対して位置指令値の指令値パターンが与えられることで基準データを推定することができ、推定した基準データを学習制御の初期値として提供することができるから、学習効果の得られない第１回目の制御から同期誤差を小さくすることができる。
【００５５】
次に、図７〜９を参照して、本発明に係るサーボ制御装置の第３の実施形態について説明する。本実施形態のサーボ制御装置１Ｃは、補正データ算出部１１Ｃが適応制御により補正データを算出する点が、第１及び第２の実施形態と相違している。
【００５６】
図８に示すように、補正データ算出部１１Ｃは、デジタルフィルタとしての補償器２０と、補償器２０のパラメータ及びフィルタ係数を決定する適応演算部２１とを備えている。補償器２０はＦＩＲ型もしくはＩＩＲ型のフィルタで構成されている。適応演算部２１は、補償器２０のパラメータ、すなわちフィルタ係数を同期誤差は最小となるように適応アルゴリズムを用いて決定する。適応演算部２１には、位置指令値と同期誤差が入力される。適応アルゴリズムは、同期誤差を含んだ評価関数がゼロに収束するように最急降下法を用いて逐次計算する。例えば、フィルタ係数Ａｘは以下の式から計算される。
Ax(n+1)=Ax(n)+K・u(n)・e(n)
ここで、ｘはフィルタ１〜ｍ次の次数、Ｋは定数、ｕは位置指令、ｅは同期誤差である。ｎ＋１回目のフィルタ係数は、ｎ回目のフィルタ係数、位置指令値と同期誤差から求めることができる。
【００５７】
図９には、本実施形態の補正データ算出部の変形例を示す。この変形例の補正データ算出部１１Ｄは、デジタルフィルタとしての補償器２０と、補償器２０のパラメータ及びフィルタ係数を決定する適応演算部２１と、学習制御器２２と、スイッチ２３とを備えている。適応演算部２１には位置指令値が入力され、学習制御器２２には同期誤差が入力される。
【００５８】
学習制御器２２は、第１，２の実施形態の学習制御部１０，１２に相当するものである。この補正データ算出部１１Ｄは、スイッチ２３を切り替えることで、適応制御と学習制御を選択的に切り替えることができるものである。これにより、補正データ算出部１１Ｄは、学習制御器２２での学習効果の得られないときに適応制御を選択し、繰り返し制御を行って学習効果が得られるときに学習制御を選択することができる。
【００５９】
次に、図１０〜１１を参照して、本発明に係るサーボ制御装置の第４の実施形態について説明する。本実施形態のサーボ制御装置１Ｄは、遅れのない同期誤差を推定することができるものである。補正データ算出部１１Ｅは、補償器２０と適応演算部２１に加えて、調整器２６とオンーオフ切り替えスイッチ２４を備えている。補正データ算出部１１Ｅは、適応制御を行って推定誤差は収束させた後、スイッチ２４をＯＮして適応演算部２１の演算を停止し、フィルタ係数を固定して制御を行う。そして、同期誤差に遅れを含む場合、位置指令値から推定位置偏差を推定することで、同期誤差を小さくすることができる。
【００６０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。例えば、第３、４の実施形態においても、第１の実施形態と同様に、タンデム構造に適用できるサーボ制御装置として提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係るサーボ制御装置の第１の実施形態のブロック図である。
【図２】図１のサーボ制御装置の学習制御部の構成を示す説明図である。
【図３】図１のサーボ制御装置の変形例を示すブロック図である。
【図４】本発明に係るサーボ制御装置の第１の実施形態のブロック図である。
【図５】図４のサーボ制御装置の学習制御部の構成を示す説明図である。
【図６】図４のサーボ制御装置の補正データ算出部において、補正データ列と関連付け記憶される典型的な指令パターンの一例である。
【図７】本発明に係るサーボ制御装置の第３の実施形態のブロック図である。
【図８】図７のサーボ制御装置の補正データ算出部の構成を示す説明図である。
【図９】同じく図７のサーボ制御装置の補正データ算出部の変形例を示す説明図である。
【図１０】本発明に係るサーボ制御装置の第４の実施形態のブロック図である。
【図１１】図１０のサーボ制御装置の補正データ算出部の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６２】
１Ａ〜１Ｄ    サーボ制御装置
２    上位制御装置
３    スピンドルモータ（マスター側モータ）
４    送り側モータ（スレーブ側モータ）
１０，１２    学習制御部
１１Ａ〜１１Ｅ    補正データ算出部
１８    初期値設定部
２０    補償器
２１    適応演算部
２２    学習制御器
【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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