(57)【要約】【課題】ガントリー形の構造をもつ機械に対して、容易に高速，高精度の動作を実現することのできるツイン同期方法を提供する。【解決手段】締結部（締結治具６）により機械的に締結されている２つの軸（可動子３）を駆動する２つのモータを同期して運転するツイン同期制御方法において、２つの軸のうち一方の軸を位置制御で低速動作させ、他方の軸はフリーランで追従させて原点復帰を行い、一方の軸と他方の軸の位置偏差を任意のピッチで計測し、一方の軸が走行する位置に対応する前記位置偏差を関数としてデータベースに記録し、１つの位置指令をメイン位置指令として一方の軸にはそのまま分配し、他方の軸には前記データベースに記録された関数を用いて補正した位置指令として分配して運転を行う。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結部により機械的に締結されている２つの軸を駆動する２つのモータを同期して運転するツイン同期制御方法において、
前記２つの軸のうち一方の軸を位置制御で低速動作させ、他方の軸はフリーランで追従させて原点復帰を行い、
前記一方の軸と他方の軸の位置偏差を任意のピッチで計測し、前記一方の軸が走行する位置に対応する前記位置偏差を関数としてデータベースに記録し、
１つの位置指令をメイン位置指令として前記一方の軸にはそのまま分配し、前記他方の軸には前記データベースに記録された関数を用いて補正した位置指令として分配して運転を行う
ことを特徴とするツイン同期制御方法。
【請求項２】
前記任意のピッチで計測した偏差は、関数内部で直線補間処理を行い出力することを特徴とする請求項１記載のツイン同期制御方法。
【請求項３】
前記他方の軸への位置指令は、走行速度をパラメータにして補正値の位相を進ませることを特徴とする請求項１または２に記載のツイン同期制御方法。
【請求項４】
前記締結部の重心位置を検出し、
その位置信号を入力として各軸の慣性補償ゲインを生成する関数を準備し、
前記締結部の重心位置で前記慣性補償ゲインを変更し、
前記２つの軸の位置指令から求めた加速度と各軸の質量とに基づいて演算した必要トルクをトルク指令に加えること
を特徴とする請求項１記載のツイン同期制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速搬送機械やその他機械等のガントリー形機械の高速位置決め制御に適用される応用機械に関し、特に高速、高精度用途の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、産業機械分野の高速、高精度搬送機械において、２つの軸を同期して運転するいわゆるガントリー形機械が導入されてきている。このガントリー形機械において軸間の同期を行う場合には、剛性が低く、捩れやガタ等が存在する機械では、高速、高精度の同期運転を実現することは難しい。
従来は、２軸間の偏差を少なくするため、各軸に同じ位置指令，速度指令をコントローラから分配し、各軸の位置制御、速度制御ループのゲインを高ゲインに調整し、位置制御，速度制御ループに積分を使い制御中の偏差を無くし、かつ速度フィードフォワードを行うことで軸毎の応答性を上げて、２軸間の偏差を小さくする方法を採用していた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３０５８３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ガントリー形の機械構造の場合、
（１）機械的に２軸が締結されているため高ゲインに耐えられる剛性の高い機械にすることは難しい。
（２）前記で説明した機械の据付誤差、位置センサの取り付け誤差、各軸の歪、ガタが必ず存在する。
（３）２軸間の偏差を減らすために高ゲイン化したのにもかかわらず、制御中に互いに干渉して、互いが出すトルクが外乱となり、機台振動や精度に悪影響を及ぼす。
等の問題がある。
本発明は、ガントリー形の構造をもつ機械に対して、このような問題を回避して容易に高速，高精度の動作を実現することのできるツイン同期方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１記載の発明に係るツイン同期制御方法は、締結部により機械的に締結されている２つの軸を駆動する２つのモータを同期して運転するツイン同期制御方法において、前記２つの軸のうち一方の軸を位置制御で低速動作させ、他方の軸はフリーランで追従させて原点復帰を行い、前記一方の軸と他方の軸の位置偏差を任意のピッチで計測し、前記一方の軸が走行する位置に対応する前記位置偏差を関数としてデータベースに記録し、１つの位置指令をメイン位置指令として前記一方の軸にはそのまま分配し、前記他方の軸には前記データベースに記録された関数を用いて補正した位置指令として分配して運転を行うことを特徴とする。
【０００６】
２軸の同期誤差を減少させるためには、まず原点復帰動作をどうするかを決めることが重要である。この場合、まず原点復帰動作を行う場合には、２軸を同時に電気的に速度制御と位置制御で動作させると、各軸のモータが機械側に応力を与えるため機械自体が持つ歪等の特性が把握できない。よって原点復帰時の駆動は、メイン軸（２軸中どちらでも可）を位置制御で低速で動作させて、他軸はフリーランで追従させて片側駆動で原点復帰を行う。
本来、機械的に且つ理想的に締結されている構造ならば、２軸間の偏差がどこの位置でも０であるべきであるが、現実の機械では据付誤差、位置センサの取り付け誤差、各軸の歪、ガタが必ず存在するため、場所により必ず２軸間の偏差が生じている。そのため、２軸間の偏差を自動的に任意のピッチで計測し、データベースに記録する。この時点でも原点復帰時と同様に２軸を同時に電気的に速度制御と位置制御で動作させると、各軸のモータが機械側に応力を与えるため機械自体が持つ歪等の特性が把握できない。よって計測時の駆動は、メイン軸を位置制御で低速で動作させて、他軸はフリーランで追従させて２軸間の偏差の測定を行う。
２軸を同期させるためには、１つの位置指令を主位置指令として２軸に分配する。この分配する主位置指令を１軸目にはそのまま分配し、他の軸に対しては、前記データベースに記録された関数を使用して、入力には主位置指令を使用しその出力を使い、主位置指令−関数出力値＝他軸の位置指令（２軸目の位置指令）即ちを捩れ分を考慮した補正を加味して位置指令をして分配する。
上記手段により、従来の制御方式では実現できなかった高速，高精度な同期制御が、機械系の剛性や歪みのよる悪影響を受けることなく実現することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記任意のピッチで計測した偏差は、関数内部で直線補間処理を行い出力することを特徴とする。
請求項２の発明においては、任意のピッチで計測した偏差は、移動距離に応じて任意に変化するため、関数内部で直線補間処理を行い出力させる。
請求項３記載の発明は、前記他方の軸への位置指令は、走行速度をパラメータにして補正値の位相を進ませることを特徴とする。
請求項３の発明においては、機械の走行速度が上がると補正自体を行う処理時間の遅れが問題になるため、走行速度をパラメータにして補正値の位相を進ませる機能を用いて同期制御を行う。
【０００８】
請求項４記載の発明は、前記締結部の重心位置を検出し、その位置信号を入力として各軸の慣性補償ゲインを生成する関数を準備し、前記締結部の重心位置で前記慣性補償ゲインを変更し、前記２つの軸の位置指令から求めた加速度と各軸の質量とに基づいて演算した必要トルクをトルク指令に加えることを特徴とする。
この請求項４の発明においては、Ｙ１、Ｙ２軸を締結したＸ軸が可動する場合は、機械の重心位置が移動するため、同期精度が劣化する。それを慣性補正するため、Ｘ軸の移動する位置を把握し、その位置信号を入力として慣性補償ゲインＫｔｆｆｘを生成する関数を準備して、Ｘ軸の位置で慣性補償ゲインＫｔｆｆｘを変更する。傾きは重心の変化で軸にかかる荷重の変化分を基本とする。
これにより、従来の制御方式では実現できなかった高速，高精度な同期制御が、機械系の剛性や歪み、締結部のＸ軸の移動による重心の変化よる悪影響を受けることなく実現することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
＜第１実施形態＞
図１は本発明をリニアモータを用いて構築する第１実施形態の構成を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。図中、１はコントローラ、２はサーボドライブ、３は可動子、４は固定子、５はリニアスケール、６は２軸を機械的に締結する締結治具である。
図２は本実施形態の制御ブロック図である。同図において、コントローラ１は、メイン位置指令生成部１１と、補間部１２と、位相進み補償部１３と、捩れ分補正値生成関数部１４と、微分演算部１５，１６と、スケール変換部１７と、ゲインアンプ１８とから構成される。また、サーボドライブ２−１，２−２は、位置ループ制御部２１と、速度ループ制御部２２と、電流ループ制御部２３とから構成される。図中７−１は１軸目のモータ、７−２は２軸目のモータ、２４はそれぞれモータ７−１，７−２の可動子位置を検出するリニアスケールである。
【００１０】
図２の制御ブロック図において、コントローラ１の内部では、まずメイン位置指令をメイン位置指令生成部１１により生成し、それを補間部１２で補間することにより、時々刻々のメイン位置指令を生成する。１軸目サーボドライブ２−１に対しては、メイン軸として生成したメイン位置指令とその位置指令を２段の微分演算部１５，１６で２階時間微分して、スケール変換部１７でスケール変換を行い、ゲインアンプ１８でゲインＫｔｆｆを乗ずる。これにより、Ｔ−ＦＦ（トルクフィードフォワード）を生成する。
２軸目サーボドライブ２−２に対しては、メイン軸の時々刻々の位置指令を入力として、捩れ分補正値生成関数部１４で生成した捩れ分補正関数を使用して、通過する位置指令に応じた捩れ補正位置指令を生成し、時々刻々の
メイン位置指令−捩れ分補正位置指令＝２軸の位置指令
を生成して２軸目サーボドライブ２−２に出力する。
【００１１】
図３は、捩れ分補正値生成関数部１４における捩れ分補正関数の生成手順を示すフローチャートである。
ステップ１：原点復帰
メイン軸である１軸目を位置制御で、他軸である２軸目はフリーランで原点復帰させる。
ステップ２：２軸間捩れデータ計測
２軸間の偏差（１軸の位置ＦＢ−２軸目の位置ＦＢ）を自動的に任意のピッチで計測し、データベースに記録する方法を行う。この時点でも原点復帰時と同様に２軸を同時に電気的に速度制御と位置制御で動作させると、各軸のモータが機械側に応力を与えるため機械自体が持つ歪等の特性が把握できない。よって計測時の駆動は、メイン軸（２軸中どちらでも可）を位置制御で低速で動作させて、他軸はフリーランで追従させて２軸間の偏差の測定を行う。
ステップ３：捩れデータの関数化
走行する位置を入力とし、ステップ２で測定した軸間の偏差を出力とする関数を生成する。なお入力は移動距離に応じて任意に変化するため、ステップ２で任意のピッチで計測した偏差は、関数内部で直線補間処理を行い出力させる。
【００１２】
なお、加減速時の応答性の向上を図るためサーボドライブ２−１，２−２側に１軸，２軸両方に同時に出力する。このような同期制御を行う手法としては、本出願人の出願に係る特開平０６−２８０３６号公報に記載された位置同期形速度制御系における位置追従制御方法を用いることができる。
なお自動計測操作で生成した補正量だけでは、補正できない場合に備えて、マニュアルで補正量をオフセット値として加えられる機能も準備する。また機械の走行速度が上がると補正自体を行う処理時間の遅れが問題になる場合に備えて、走行速度をパラメータにして補正値の位相を進ませる機能も準備する。
【００１３】
図４は具体的に図３で示した手順で計測した捩れ補正量のグラフである。
Ａは実際に機械にレーザ変位計を取り付けて計測した捩れ量、Ｂは図３で示した手順で測定した捩れ量である。前述したオフセット量を加えているためその分だけオフセットしているが、図３で示した方法により正確に機械の捩れ量が測定可能であることがわかる。
図５および図６は、メイン位置指令とメイントルク指令および補正側トルク指令の関係を示すもので、図５は本実施形態の方法を使用しない場合の例、図６は本実施形態の方法を使用した例である。図６では、２軸間の偏差が約１／３と著しく改善されていることが解る。このように、本発明の方法を用いることにより、リニアモータを使用したガントリー形の機械において、従来実現できなかった同期制御が実現できる。
【００１４】
＜第２実施形態＞
図７は本発明の第２実施形態を示すコントローラのブロック図である。
図７において、コントローラ１は、メイン位置指令生成部３１と、補間部３２と、微分演算部３３，３４と、慣性演算部３５，３７と、ｙ１軸トルクＦＦ（フィードフォワード）補償部３６と、ｙ２軸トルクＦＦ補償部３８と、Ｘ軸位置検出部３９と、慣性補償ゲイン生成関数部４０と、慣性補償部４１，４２とを備えている。
この第２実施形態では、Ｘ軸が移動する場合の慣性補正を、トルクＦＦ（フィードフォワード）補償で制御する。
【００１５】
ツイン同期（ガントリータイプ）の機械においては、締結治具６（Ｘ軸）部が移動してかつツイン駆動部（Ｙ１、Ｙ２軸）が同期運転する場合、機械の重心位置が移動するため、同期精度が劣化する。
そこで、機械の重心位置の移動による精度劣化を慣性補正するため、Ｘ軸の移動する位置をＸ軸位置検出部３９で把握し、その位置信号を入力として、慣性補償源生成関数部４０で慣性補償ゲインＫｔｆｆｘを生成する関数を準備して、Ｘ軸の位置で慣性補償ゲインＫｔｆｆｘを変更する（図７（ａ）参照）。
この慣性補償ゲインＫｔｆｆｘの傾きは、重心の変化で軸にかかる荷重の変化分を基本とする。すなわち、Ｘ軸の物体が移動することでＸ軸の重心が変化し、Ｙ１，Ｙ２にかかる荷重が変化するので、その変化分だけをベースとして補正を行う。
傾きは、Ｘ軸の現在位置からＸ軸の中立位置をまず減算し、調整係数、すなわち、出力するトルク補正量と実際の全体のトルク指令が一致するように調整するための係数を乗じて、その値に対してＹ１、Ｙ２軸にＸ軸の位置に従い傾きをつけるために、図８のようにＹ１に対しては、１．０から減算し、Ｙ２に対しては１．０を加算することでＹ１、Ｙ２軸の慣性補償係数Ｋｔｆｆｙ１、Ｋｔｆｆｙ２を生成する。
【００１６】
このＫｔｆｆｙ１，Ｋｔｆｆｙ２を使い、慣性補償部４１，４２では、Ｘ軸が移動した場合のＹ１，Ｙ２軸の質量Ｗｗｙ１’とＷｗｙ２’を次式に基づいて計算する。なお、Ｗｗｙ１およびＷｗｙ２は、移動前のＹ１軸およびＹ２軸の質量である。
Ｗｗｙ１’＝Ｗｗｙ１×Ｋｔｆｆｙ１
Ｗｗｙ２’＝Ｗｗｙ２×Ｋｔｆｆｙ２
実際のトルクＦＦ指令は、メイン位置指令生成部３１で生成され、補間部３２で補間されたメインの位置指令を２段の微分演算部３３，３４で２階時間微分し、加速度αｒｅｆを生成する。慣性演算部３５，３７では、加速度αｒｅｆと、Ｙ１軸、Ｙ２軸の移動後の質量Ｗｗｙ１’，Ｗｗｙ２’と、締結治具６の質量Ｗｔと、モータの質量Ｗｍと、負荷のトルクＦＬを用い、動作する場合に必要なトルクを次式により計算する。
（（（Ｗｗｙ１’＋Ｗｔ＋Ｗｍ）×加速度αｒｅｆ＋ＦＬ）／定格推力）×１００％
（（（Ｗｗｙ２’＋Ｗｔ＋Ｗｍ）×加速度αｒｅｆ＋ＦＬ）／定格推力）×１００％
このように計算されたトルクは、ｙ１軸トルクＦＦ補償部３６、ｙ２軸トルクＦＦ補償部３８に補償トルクとして入力し、ドライバ側のトルク指令に加えることにより、同期精度を改善させる。
【００１７】
図９および図１０は、メイン位置指令とメイントルク指令および補正側トルク指令の関係を示すもので、図９は本実施形態の方法を使用しない場合の例、図１０は本実施形態の方法を使用した例である。図９ではＸ軸が可動した場合に、Ｙ１のトルクＦＦの量とＹ１の実際に必要なトルク指令が一致していないため、２軸間の偏差が生じている。図１０では、この補正によりＹ１のトルクＦＦの量とＹ１で実際に必要なトルク指令が一致しているため２軸間の偏差が約１／５と著しく改善されていることが解る。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本説明によれば、２つの軸のうち一方の軸を位置制御で低速動作させ、他方の軸はフリーランで追従させて原点復帰を行い、前記一方の軸と他方の軸の位置偏差を任意のピッチで計測し、前記一方の軸が走行する位置に対応する前記位置偏差を関数としてデータベースに記録し、１つの位置指令をメイン位置指令として前記一方の軸にはそのまま分配し、前記他方の軸には前記データベースに記録された関数を用いて補正した位置指令として分配して運転を行うことにより、高速，高精度の動作を実現することのできるツイン同期制御を容易に実現することができる。
さらに、締結部の重心位置を検出し、その位置信号を入力として各軸の慣性補償ゲインを生成する関数を準備し、前記締結部の重心位置で前記慣性補償ゲインを変更し、前記２つの軸の位置指令から求めた加速度と各軸の質量とに基づいて演算した必要トルクをトルク指令に加えることにより、２つの軸の一方のトルクフィードフォワードの量と実際に必要なトルク指令が一致しているため２軸間の偏差を著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における構成を示すもので、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は平面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における制御ブロック図である。
【図３】本発明の第１実施形態における捩れ分補正関数生成手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態における捩れ補正量出力例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態における捩れ補正無しの場合のメイン位置指令とメイントルク指令および補正側トルク指令の関係を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態における捩れ補正有りの場合のメイン位置指令とメイントルク指令および補正側トルク指令の関係を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態における慣性補正制御ブロック図である。
【図８】本発明の第２実施形態における慣性補正ゲイン生成詳細説明図である。
【図９】本発明の第２実施形態における慣性補正制御無しの場合のメイン位置指令とメイントルク指令および補正側トルク指令の関係を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態における慣性補正制御有りの場合のメイン位置指令とメイントルク指令および補正側トルク指令の関係を示す図である。
【符号の説明】
１  コントローラ
２，２−１，２−２  サーボドライブ
３  可動子
４  固定子
５  リニアスケール
６  締結治具
７−１  １軸目のモータ
７−２  ２軸目のモータ
１１  メイン位置指令生成部
１２  補間部
１３  位相進み補償部
１４  捩れ分補正値生成関数部
１５，１６  微分演算部
１７  スケール変換部
１８  ゲインアンプ
２１  位置ループ制御部
２２  速度ループ制御部
２３  電流ループ制御部
２４  リニアスケール
３１  メイン位置指令生成部
３２  補間部
３３，３４  微分演算部
３５，３７  慣性演算部
３６  ｙ１軸トルクＦＦ補償部
３８  ｙ２軸トルクＦＦ補償部
３９  Ｘ軸位置検出部
４０  慣性補償ゲイン生成関数部
４１，４２  慣性補償部
【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】
2004326252.tif 000010
【図９】
2004326252.tif 000011
【図１０】
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