(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置指令値出力手段から出力された位置指令値を位置指令補正値により補正する位置指令値補正手段と、上記位置指令値補正手段により補正された位置指令値に基づいて電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、上記電流指令値生成手段により生成された電流指令値を電流指令補正値により補正する電流指令値補正手段と、上記電流指令値補正手段により補正された電流指令値に基づいた電流を制御対象を駆動する駆動手段に供給する電流制御手段と、上記位置指令値出力手段から出力された位置指令値の増減に応じて制御方向の反転を検出して反転検出情報を出力する反転検出手段と、上記反転検出手段により検出された反転検出情報と予め設定された摩擦補正値とに基づいて電流指令補正値を生成し、上記電流指令値補正手段に供給する電流指令補正値生成手段と、上記制御対象の位置情報と上記電流指令値補正手段により補正された電流指令値とに基づいて摩擦量を推定する摩擦推定手段と、上記摩擦推定手段により推定された摩擦量と上記位置指令値出力手段から出力された位置指令値とに基づいて位置指令補正値を生成し、上記位置指令値補正手段に供給する位置指令補正値生成手段とを備えた数値制御システム。
【請求項２】
位置指令値出力手段から出力された位置指令値を位置指令補正値により補正する位置指令値補正手段と、上記位置指令値補正手段により補正された位置指令値に基づいて電流指令値を生成する電流指令値生成手段と、上記電流指令値生成手段により生成された電流指令値を電流指令補正値により補正する電流指令値補正手段と、上記電流指令値補正手段により補正された電流指令値に基づいた電流を制御対象を駆動する駆動手段に供給する電流制御手段と、上記制御対象の位置情報と上記電流指令値補正手段により補正された電流指令値とに基づいて摩擦量を推定する摩擦推定手段と、上記摩擦推定手段により推定された摩擦量に基づいて位置指令補正値を生成し、上記位置指令値補正手段に供給する位置指令補正値生成手段と、上記摩擦推定手段により推定された摩擦量に基づいて電流指令補正値を生成し、上記電流指令値補正手段に供給する電流指令補正値生成手段とを備えた数値制御システム。
【請求項３】
電流指令補正値生成手段は、反転検出手段により検出された反転検出情報と摩擦推定手段により推定された摩擦量とに基づいて電流指令補正値を生成し、電流指令値補正手段に供給することを特徴とする請求項１記載の数値制御システム。
【請求項４】
摩擦推定手段は、制御対象の位置情報と電流指令値補正手段により補正された電流指令値とに基づいて摩擦量を推定し、その推定された摩擦量の絶対値が予め設定された最大摩擦量を超えないように出力を制限することを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の数値制御システム。
【請求項５】
摩擦推定手段は、制御対象の運動方向が重力の影響を受けるような場合に、その重力の影響を考慮して摩擦量を推定することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の数値制御システム。
【請求項６】
位置指令補正値生成手段は、摩擦推定手段からの摩擦量を位置指令値およびその摩擦量に応じて変化する非線形バネ要素の剛性で除算した位置指令補正値を生成することを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の数値制御システム。
【請求項７】
一定の位置指令値に基づいて制御対象を動作させた際の制御対象の位置情報とこの制御対象を駆動する駆動手段への電流指令値とに基づいて、制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦係数を推定するパラメータ推定手段を備え、摩擦推定手段は、上記パラメータ推定手段の出力を用いて、制御対象の位置情報とこの制御対象を駆動する駆動手段への電流指令値とに基づいて摩擦量を推定することを特徴とする請求項１から請求項６のうちのいずれか１項記載の数値制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＮＣ加工に適用される数値制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は例えば特開平４−３６２７０３号公報に示された従来の数値制御システムを示すブロック構成図であり、図において、３２はＮＣプログラム３１に基づいて軸の移動情報を算出する関数発生部である。３３は軸の移動情報に基づいて軸を制御する軸制御部であり、この軸制御部３３において、３４は主制御部、３５は制御プログラム記憶部、３６は出力部、３７は入力部、３８はロストモーション補正量算出部、３９は多層ニューラルネット型推論部、４０は結合重み係数算出部である。
４１はパワーアンプ、４２はサーボモータ、４３はモータ位置検出部、４４はカップリング、４５は制御対象となるテーブル、４６はカップリング４４に接続されたボールネジ、４７はベッドである。
【０００３】
次に動作について説明する。
数値制御システムの１つの適用対象である工作機械においては、加工精度および生産性の向上の両立が求められる。工作機械に実装されているような送り駆動機構にはロストモーションが発生し、工作加工品位に悪影響を及ぼすため、これを回避するための方策が考えられている。
図１２において、関数発生部３２は、ＮＣプログラム３１に基づいて軸の移動情報を算出し、軸制御部３３に位置指令ＳＰを転送する。主制御部３４は、位置指令ＳＰと、制御プログラム記憶部３５に格納されているサーボ制御プログラムＳＣＰと、入力部３７を介して入力されるサーボモータ４２のロータ位置を検出するモータ位置検出部４３の位置検出値ＤＰとに基づいて、所望の位置、速度、電流の各制御ループの演算を行い、最終的に出力部３６を介してパワーアンプ４１に電流指令値ＳＩを転送する。パワーアンプ４１は、電流指令値ＳＩに従ってサーボモータ４２に印加すべき各相電圧を発生する。この電圧の印加によりサーボモータ４２には駆動トルクが発生し、カップリング４４を中継してボールネジ４６、ベッド４７を駆動し、制御対象となるテーブル４５を、所望の位置および速度にて駆動する。
【０００４】
いま、ロストモーション補正処理の必要な位置指令ＳＰが、関数発生部３２から軸制御部３３に転送されてきたとする。この時、主制御部３４にて前回の位置指令と今回の位置指令から今回の送り速度が求められて、これらの情報が多層ニューラルネット型推論部３９に転送される。モータ位置検出部４３による位置検出値ＤＰは、入力部３７を介して、また、潤滑時間および潤滑油の給油停止からの経過時間も多層ニューラルネット型推論部３９に転送される。
多層ニューラルネット型推論部３９の入力層には、このようにして機械運転時に随時測定される速度、位置、潤滑時間および潤滑油の給油停止からの経過時間が入力され、出力層からはそれら入力に基づいて推定演算されるロストモーション発生量が出力されてロストモーション補正量算出部３８に転送される。ロストモーション補正量算出部３８においては、そのロストモーション発生量と予め設定されたロストモーション補正基準量とに基づいてロストモーション補正量が算出されて、主制御部３４に転送され、位置制御ループ内の所定のタイミングで位置指令データに加算されて移動量が補正される。
なお、結合重み係数算出部４０は、予め測定された速度、位置および軸潤滑状態のロストモーション測定条件データと、その測定条件下のロストモーション測定量を教師データとして、その教師データから多層ニューラルネット型推論部３９の各層間結合重み係数を算出するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の数値制御システムは以上のように構成されているので、ニューラルネットワークの学習のために広範な条件でロストモーション測定が必要になってしまう。
また、経年変化や搭載物の重量や室温変化などに対応することができないなどの課題があった。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ニューラルネットワークを利用することなく、位置・速度・制御対象の潤滑状態に応じて変動するロストモーションを精度良く補正する数値制御システムを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る数値制御システムは、位置指令値の増減に応じた反転検出情報を出力する反転検出手段と、反転検出情報と予め設定された摩擦補正値とに基づいて電流指令補正値を生成する電流指令補正値生成手段と、制御対象の位置情報と補正された電流指令値とに基づいて摩擦量を推定する摩擦推定手段と、推定された摩擦量と位置指令値とに基づいて位置指令補正値を生成する位置指令補正値生成手段とを備えたものである。
【０００９】
この発明に係る数値制御システムは、制御対象の位置情報と補正された電流指令値とに基づいて摩擦量を推定する摩擦推定手段と、推定された摩擦量に基づいて位置指令補正値を生成する位置指令補正値生成手段と、推定された摩擦量に基づいて電流指令補正値を生成する電流指令補正値生成手段とを備えたものである。
【００１０】
この発明に係る数値制御システムは、電流指令補正値生成手段において、反転検出手段により検出された反転検出情報と摩擦推定手段により推定された摩擦量とに基づいて電流指令補正値を生成するようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る数値制御システムは、摩擦推定手段において、制御対象の位置情報と電流指令値補正手段により補正された電流指令値とに基づいて摩擦量を推定し、その推定された摩擦量の絶対値が予め設定された最大摩擦量を超えないように出力を制限するようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る数値制御システムは、摩擦推定手段において、制御対象の運動方向が重力の影響を受けるような場合に、その重力の影響を考慮して摩擦量を推定するようにしたものである。
【００１３】
この発明に係る数値制御システムは、位置指令補正値生成手段において、摩擦推定手段からの摩擦量を位置指令値およびその摩擦量に応じて変化する非線形バネ要素の剛性で除算した位置指令補正値を生成するようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る数値制御システムは、一定の位置指令値に基づいて制御対象を動作させた際の制御対象の位置情報とこの制御対象を駆動する駆動手段への電流指令値とに基づいて、制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦係数を推定するパラメータ推定手段を備え、摩擦推定手段は、パラメータ推定手段の出力を用いて、制御対象の位置情報とこの制御対象を駆動する駆動手段への電流指令値とに基づいて摩擦量を推定するようにしたものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図であり、図において、１は被加工物や工具などが固定されるテーブル（制御対象）、２はこのテーブル１の下面に固定されたボールネジナット（駆動手段）、３はこのボールネジナット２と嵌合されたボールネジ（駆動手段）、４はこのボールネジ３を回転駆動するサーボモータ（駆動手段）、５はこのサーボモータ４の回転量を検出するエンコーダである。上記ボールネジ３およびボールネジナット２は、サーボモータ４の回転運動を直線運動に変換し、テーブル１は、このボールネジ３およびボールネジナット２などの駆動伝達部材と図示外の直動案内機構（ガイドレール）とに従って所定の位置に設定制御されたり、目標の軌道にて移動動作を実施する。
６は加工プログラムなどに基づいてテーブル１の所定の一軸方向の位置を数値制御するための位置指令値を出力する位置指令値出力手段、７はその位置指令値の増減に基づいてテーブル１の軸方向の制御方向が反転するか否かを判断し、反転する場合には反転後の位置指令値の増減に応じた正または負の大きさ１のステップ状の反転検出情報を出力し、反転しない場合には前回の判断結果と同じ符合の大きさ１のステップ状の反転検出情報を出力する反転検出手段である。
８はサーボモータ４に対する補正された電流指令値とエンコーダ５が出力するサーボモータ４の回転量に基づいて制御対象に作用する摩擦量を下記式（１）を用いて推定する摩擦推定手段である。
ｆ  ＝  Ｋｔ×ｉｒ−Ｊ×ｄｄθ−Ｃ×ｄθ            ・・・（１）
但し、ｆは推定されたサーボモータ軸換算の摩擦量、Ｋｔはサーボモータ４のトルク定数、ｉｒはサーボモータ４への電流指令値、Ｊは可動部全てを含むサーボモータ軸換算の慣性モーメント、ｄｄθはサーボモータ４の角加速度、Ｃはサーボモータ軸換算の粘性摩擦係数、ｄθはサーボモータ４の角速度である。
なお、上記式（１）で算出された値には高周波のノイズが含まれることが多いため、ローパスフィルタに通した値を推定した摩擦量として出力する。
９は反転検出手段７からの反転検出情報に予め設定された摩擦補正値を積算して電流指令補正値を算出する摩擦補正値算出手段（電流指令補正値生成手段）、１０は摩擦推定手段８からの摩擦量に基づいて、下記式（２）を用いて位置指令補正値を算出するロストモーション補正値算出手段（位置指令補正値生成手段）である。
ＬＭ  ＝  ｆ／Ｋ                                    ・・・（２）
但し、ＬＭは算出されたロストモーション補正値（位置指令補正値）、ｆは摩擦推定手段８で推定された摩擦量、Ｋはボールネジ３などの駆動力伝達系に含まれるバネ要素の剛性である。
１１は位置指令値に位置指令補正値を加算する位置指令値補正手段である。１２はこの位置指令値補正手段１１の出力およびエンコーダ５の検出回転量が入力され、位置指令値補正手段１１の出力に示される目標位置とエンコーダ５の検出回転量に示される現在位置との距離に応じた速度指令を出力する位置制御手段（電流指令値生成手段）、１３はこの速度指令値に応じたサーボモータ４への電流指令値を出力する速度制御手段（電流指令値生成手段）、１４はこの電流指令値に摩擦補正値算出手段９の出力である電流指令補正値を加算する電流指令値補正手段、１５はこの電流指令値補正手段１４の出力が入力され、この出力に応じた電流をサーボモータ４に供給する電流制御手段である。
【００１６】
次に動作について説明する。
位置指令値出力手段６から加工プログラムなどに基づいて位置指令値が出力されると、反転検出手段７は、その位置指令値の増減に基づいてテーブル１の軸方向の制御方向が反転するか否かを判断する。そして、反転しない場合には前回の判断結果と同じ符合の、また、反転する場合には反転後の軸の制御方向に応じた正または負の大きさ１のステップ状の反転検出情報を出力する。
また、摩擦推定手段８は、エンコーダ５によって検出された回転量および電流指令値に基づいてテーブル１の摩擦量を推定し、ロストモーション補正値算出手段１０は、この推定された摩擦量からロストモーション補正値を算出して位置指令補正値として出力し、位置指令値補正手段１１は、この位置指令補正値と位置指令値とを加算する。そして、位置制御手段１２は、その補正された位置指令値に示される目標位置とエンコーダ５によって検出された回転量に示される現在位置との距離に応じた速度指令値を出力し、速度制御手段１３は、この速度指令値に応じた電流指令値を出力する。
さらに、摩擦補正値算出手段９は、反転検出情報に予め設定された摩擦補正値を積算して電流指令補正値を出力し、電流指令値補正手段１４は、電流指令値に電流指令補正値を加算し、電流制御手段１５は、その補正された電流指令値に応じた電流をサーボモータ４に供給する。そして、サーボモータ４は、ボールネジ３を回転駆動し、テーブル１は、ボールネジナット２と共に速度指令の速度で位置指令値の位置まで移動する。
【００１７】
以上のように、この実施の形態１によれば、位置指令値が入力され、位置指令値の増減に基づいて制御方向の反転を検出して反転検出情報を出力する反転検出手段７と、サーボモータ４に対する電流指令値とテーブル１の現在位置に基づいて摩擦量を推定して出力する摩擦推定手段８と、摩擦推定手段８からの摩擦量に応じて変化する位置指令補正値を生成して出力するロストモーション補正値算出手段１０と、その位置指令補正値を用いて位置指令値の補正演算を行う位置指令補正手段１１とを備えて、テーブル１の数値制御に利用する位置指令値を補正するので、現在の制御対象の状態に応じた適切な位置指令補正値を用いて位置指令値の補正を行うことができる。
従って、テーブル１の位置や速度や潤滑状態に応じて異なる摩擦量を得て、これに基づいて位置指令値を補正することができるので、ボールネジナット２とボールネジ３との間の遊びなどに起因するがたつき（バックラッシ）やこれらの駆動伝達部材の剛性と摩擦との関係に依存する弾性変形があったとしても、単にテーブル１の制御方向が反転した際に一定の位置指令補正値を用いて位置指令値の補正を行う場合に比べて精度良くロストモーションを補正して、精度良く位置を制御することができる。
【００１８】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図であり、図において、１６は摩擦推定手段８からの推定された摩擦量と、位置指令値出力手段６からの位置指令値とに基づいて、下記式（３）を用いて位置指令補正値を算出するロストモーション補正値算出手段（位置指令補正値生成手段）である。
ＬＭ  ＝  ｆ／Ｋ（θ）                              ・・・（３）
但し、ＬＭは算出されたロストモーション補正値、ｆは上記摩擦推定手段８で推定された摩擦量、θは位置指令値（回転量）、Ｋ（θ）は位置毎に異なるボールネジ３などの駆動力伝達系に含まれるバネ要素の剛性である。
これ以外の構成は実施の形態１と同様であり説明を省略する。
【００１９】
次に動作について説明する。
ロストモーション補正値算出手段１６は、位置指令値出力手段６から位置指令値θに基づいて、位置指令値毎に異なるバネ要素の剛性Ｋ（θ）を関数あるいはテーブルルックアップにて算出する。次に摩擦推定手段８から推定された摩擦量ｆを、バネ剛性Ｋ（θ）で除算することによりロストモーション補正値ＬＭを算出し、位置指令補正値として出力する。これ以外の動作は実施の形態１と同様であり説明を省略する。
【００２０】
以上のように、この実施の形態２によれば、ロストモーション補正値算出手段１６が、摩擦推定手段８で推定された摩擦量と、位置毎に異なるバネ剛性に基づいて位置指令補正値を出力するため、位置・速度・移動距離により実際の摩擦量が変動したり、位置に応じて駆動力伝達系のバネ剛性が変動しても、適切な位置指令補正値を算出することができるので、単にテーブル１の制御方向が反転した際に一定の位置指令補正値を用いて位置指令値の補正を行う場合に比べて精度良くロストモーションを補正して、精度良く位置を制御することができる。
【００２１】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図であり、図において、１７は摩擦推定手段８からの推定された摩擦量を電流値に換算して摩擦補正値として出力する摩擦補正値算出手段（電流指令補正値生成手段）である。これ以外の構成は実施の形態２と同様であり説明を省略する。
【００２２】
次に動作について説明する。
摩擦補正値算出手段１７は、摩擦推定手段８から推定された摩擦量が入力されると、これを電流値に換算して摩擦補正値として出力する。これ以外の動作は実施の形態２と同様であり説明を省略する。
【００２３】
以上のように、この実施の形態３によれば、摩擦推定手段８からの摩擦量出力をサーボモータ４に対する電流に換算して出力する摩擦補正値算出手段１７を備えているので、テーブル１の位置や速度や潤滑状態に応じて変化する摩擦量の増減分をこの推定された摩擦量で相殺させることができ、この摩擦量の増減による位置精度の悪化を防止することができる。
【００２４】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図であり、図において、１８は予め設定された摩擦補正値に反転検出手段７からの反転検出情報の符号を掛けたものと、摩擦推定手段８で推定された摩擦量とを比較して、絶対値の大きい方を摩擦補正値として出力する摩擦補正値算出手段（電流指令補正値生成手段）である。これ以外の構成は実施の形態２と同様であり説明を省略する。
【００２５】
次に動作について説明する。
反転検出手段７から反転検出情報が入力されると摩擦補正値算出手段１８は、予め設定された摩擦補正値に反転検出手段７からの反転検出情報の符号を掛けたものと、摩擦推定手段８で推定された摩擦量とを比較して、絶対値の大きい方を摩擦補正値として出力する。これ以外の動作は実施の形態２と同様であり説明を省略する。
図５は摩擦補正値算出手段１８の動作を示す説明図である。
（ａ）の制御対象の移動方向が高速に反転する場合には、細線で示す制御対象に作用する摩擦はその絶対値が小さく、かつ、高い周波数で符号が反転する。このような場合には、摩擦推定手段８にローパスフィルタが含まれているため、点線で示す推定された摩擦量は実際の摩擦より大きく遅れて符号が反転する。それに対して、一点鎖線で示す、高速運動中の実際の摩擦と同等の値を予め設定された摩擦補正値に反転検出手段７からの反転検出情報の符号を掛けた補正信号の方は、実際の摩擦に対して遅れることなく符号が反転する。推定された摩擦量にローパスフィルタによる遅れがある間は、その絶対値は小さくなっているため、摩擦補正値算出手段１８は絶対値の大きい反転検出情報から生成された摩擦補正値を出力する。従って、摩擦補正値算出手段１８の出力は、制御対象に作用する摩擦に対して、大きな遅れを持つことはない。
（ｂ）の制御対象の移動方向が低速に反転する場合には、細線で示す制御対象に作用する摩擦はその絶対値が大きく、かつ、緩やかに符号が反転する。このような場合には、摩擦推定手段８に含まれるローパスフィルタによる遅れは大きくない。かつ、推定された摩擦量の絶対値が小さい間は、反転検出信号から生成された摩擦補正値が出力されるため、遅れが軽減される。
【００２６】
以上のように、この実施の形態４によれば、摩擦補正値算出手段１８が、摩擦推定手段８で推定された摩擦量と、反転検出手段７からの反転検出情報から生成される摩擦補正値のうちの、絶対値の大きい方を出力するため、制御対象に作用する摩擦の符号反転が高速・低速いずれの場合でも、出力の応答遅れが大きくなることはなく、位置・速度・制御対象の潤滑状態に応じて変動する摩擦が原因となって生じる象限突起を精度良く補正できる。
【００２７】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図であり、図において、１９は予め設定された摩擦補正値に反転検出手段７からの反転検出情報の符号を掛けたものと、摩擦推定手段８で推定された摩擦量に予め設定されたゲインを掛けたものとの和を摩擦補正値として出力する摩擦補正値算出手段（電流指令補正値生成手段）である。これ以外の構成は実施の形態２と同様であり説明を省略する。
【００２８】
次に動作について説明する。
反転検出手段７から反転検出信号が入力されると摩擦補正値算出手段１９は、予め設定された摩擦補正値に反転検出手段７からの反転検出情報の符号を掛けたものと、摩擦推定手段８で推定された摩擦量に予め設定されたゲインを掛けたものとを加算し、摩擦補正値として出力する。これ以外の動作は実施の形態２と同様であり説明を省略する。
図７は摩擦補正値算出手段１９の動作を示す説明図である。
（ａ）の制御対象の移動方向が高速に反転する場合には、細線で示す制御対象に作用する摩擦はその絶対値が小さく、かつ、高い周波数で符号が反転する。このような場合には、摩擦推定手段８にローパスフィルタが含まれているため、点線で示す推定された摩擦量に予め設定されたゲインを掛けた信号は実際の摩擦より大きく遅れて符号が反転する。それに対して、一点鎖線で示す、高速運動中の実際の摩擦より小さめの値を予め設定された摩擦補正値に反転検出手段７からの反転検出情報の符号を掛けた補正信号の方は、実際の摩擦に対して遅れることなく符号が反転する。以上より、推定された摩擦量から計算される摩擦補正値には応答遅れが含まれているが、それに反転検出情報から生成される摩擦補正値が加算されるため、摩擦補正値算出手段１９の出力に含まれる遅れは軽減される。
（ｂ）の制御対象の移動方向が低速に反転する場合には、細線で示す制御対象に作用する摩擦はその絶対値が大きく、かつ、緩やかに符号が反転する。このような場合には、摩擦推定手段８に含まれるローパスフィルタによる遅れは大きくない。かつ、反転検出情報から生成された摩擦補正値が加算されるため、摩擦補正値算出手段１９の出力に含まれる遅れは軽減される。
【００２９】
以上のように、この実施の形態５によれば、摩擦補正値算出手段１９が、摩擦推定手段８で推定された摩擦量に予め設定されたゲインを掛けたものに、反転検出手段７からの反転検出情報から生成される摩擦補正値を加算した摩擦補正値を出力するため、制御対象に作用する摩擦の符号反転が高速・低速いずれの場合でも、出力の応答遅れが大きくなることはなく、位置・速度・制御対象の潤滑状態に応じて変動する摩擦が原因となって生じる象限突起を精度良く補正できる。
【００３０】
実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図であり、図において、２０はサーボモータ４に対する電流指令値とエンコーダ５が出力するサーボモータ４の回転量に基づいて、制御対象に作用する摩擦量を下記式（４）ならびに式（５）を用いて推定する摩擦推定手段である。
0004183057.tif 000002
但し、ｆは推定されたサーボモータ軸換算の摩擦量、Ｋｔはサーボモータ４のトルク定数、ｉｒはサーボモータ４への電流指令値、Ｊは可動部全てを含むサーボモータ軸換算の慣性モーメント、ｄｄθはサーボモータ４の角加速度、Ｃはサーボモータ軸換算の粘性摩擦係数、ｄθはサーボモータ４の角速度、Ｆｍａｘは想定される最大摩擦量である。
なお、上記式（５）で算出された値には高周波のノイズが含まれることが多いため、ローパスフィルタに通した値を推定した摩擦量として出力する。
これ以外の構成は実施の形態４と同様であり説明を省略する。
【００３１】
次に動作について説明する。
電流指令値補正手段１４からの補正された電流指令値と、エンコーダ５からのサーボモータ４の回転量が入力されると、摩擦推定手段２０は、上記式（４）ならびに式（５）を用いて計算した値をローパスフィルタに通してノイズ除去を実施し、推定摩擦量を出力する。これ以外の動作は実施の形態４と同様であり説明を省略する。
【００３２】
以上のように、この実施の形態６によれば、摩擦推定手段２０が電流指令値補正手段１４からの補正された電流指令値と、エンコーダ５からのサーボモータ４の回転量に基づいて計算した推定摩擦量の絶対値が、想定される最大摩擦量Ｆｍａｘを超えないように出力制限を行うため、制御対象が静止物体と衝突した場合も推定摩擦量が異常に増大することなく、ロストモーション補正値ならびに摩擦補正値が異常に増大すること防止することができる。
【００３３】
実施の形態７．
図９はこの発明の実施の形態７によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図であり、図において、２１はサーボモータ４に対する電流指令値とエンコーダ５が出力するサーボモータ４の回転量に基づいて、制御対象に作用する摩擦量を下記式（６）を用いて推定する摩擦推定手段である。
ｆ１  ＝  Ｋｔ×ｉｒ−Ｊ×ｄｄθ−Ｃ×ｄθ−Ｇ      ・・・（６）
但し、ｆ１は推定されたサーボモータ軸換算の摩擦量、Ｋｔはサーボモータ４のトルク定数、ｉｒはサーボモータ４への電流指令値、Ｊは可動部全てを含むサーボモータ軸換算の慣性モーメント、ｄｄθはサーボモータ４の角加速度、Ｃはサーボモータ軸換算の粘性摩擦係数、ｄθはサーボモータ４の角速度、Ｇは可動部質量に重力加速度を掛けたものをトルクに換算したものである。  なお、上記式（６）で算出された値には高周波のノイズが含まれることが多いため、ローパスフィルタに通した値を推定した摩擦量として出力する。
これ以外の構成は実施の形態４と同様であり説明を省略する。
【００３４】
次に動作について説明する。  電流指令値補正手段１４からの補正された電流指令値と、エンコーダ５からのサーボモータ４の回転量が入力されると、摩擦推定手段２１は上記式（６）を用いて計算した値をローパスフィルタに通してノイズ除去を実施し、推定摩擦量を出力する。これ以外の動作は実施の形態４と同様であり説明を省略する。
【００３５】
以上のように、この実施の形態７によれば、制御対象の運動方向が重力の影響を受けるような場合に、摩擦推定手段２１は、その重力の影響を考慮して摩擦量を推定するので，制御対象に重力が影響するような場合でも、精度良く摩擦を推定することができる。
【００３６】
実施の形態８．
図１０はこの発明の実施の形態８によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図であり、図において、２２は位置指令値出力手段６からの位置指令値と反転検出手段７からの反転検出情報ならびに摩擦推定手段２１からの摩擦量に基づいて、下記式（７）ならびに式（８）を用いて位置指令補正値を算出するロストモーション補正値算出手段（位置指令補正値生成手段）である。
ＬＭ  ＝  ｆ／（Ｋ（θ）・ｋｆ（ｆ））                ・・・（７）
ｉｆ  （｜ｆ｜  ＞  Ｆ１）  ｋｆ  ＝  ｋｆ１
ｅｌｓｅ  ｋｆ  ＝  ｋｆ２                            ・・・（８）
但し、ＬＭは算出されたロストモーション補正値、ｆは摩擦推定手段２１で推定された摩擦量、θはサーボモータ４の現在位置（回転量）、Ｋ（θ）は関数あるいはテーブルで表現されるその現在位置毎のバネ要素の剛性、ｋｆ（ｆ）はバネ要素の非線形特性であり、摩擦量ｆが小さいときはバネ要素の剛性も小さく、摩擦量ｆが大きいときにはバネ要素の剛性も大きい特性を持つ。
これ以外の構成は実施の形態４と同様であり説明を省略する。
なお、この実施の形態８では、バネ要素の非線形特性を上記式（８）で表現したが、他の関数あるいはテーブルで表現しても同様な効果を得ることができる。
【００３７】
次に動作について説明する。  摩擦推定手段２１からの推定された摩擦量と、位置指令値出力手段６からの位置指令値ならびに反転検出手段７からの反転検出情報が入力されると、ロストモーション補正値算出手段２２は、上記式（７）ならびに式（８）を用いてロストモーション補正値を算出し、反転検出情報の符号を掛けて出力する。これ以外の動作は実施の形態４と同様であり説明を省略する。
【００３８】
以上のように、この実施の形態８によれば、ロストモーション補正値算出手段２２が推定された摩擦量と位置指令値に基づいて、式（７）ならびに式（８）を用いて、ロストモーション補正値を算出するため、駆動対象のバネ剛性が非線形性を持つ場合でも、その特性を考慮した補正値を算出することが可能となり、高精度な補正ができる。
【００３９】
実施の形態９．
図１１はこの発明の実施の形態９によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図であり、図において、２３は位置指令値出力手段６に対して予め定められた位置指令値を出力するように指示を出力し、その位置指令値に基づく制御対象の運動中の電流指令値補正手段１４の出力である補正された電流指令値ならびにエンコーダ５の出力であるサーボモータ４の回転量から、最小自乗法を用いて下記式（９）から、可動部全てを含むサーボモータ軸換算の慣性モーメントＪ、サーボモータ軸換算の粘性摩擦係数Ｃ、および可動部質量に重力加速度を掛けたものをトルクに換算したものＧを計算し、摩擦推定手段２１に出力するパラメータ推定手段である。
［Ｊ  Ｃ  ｆｅ  Ｇ］  ＝  （Ｂ’Ｂ）＾−１  Ｂ’［τ］
Ｂ  ＝  ［ｄｄθ  ｄθ  ｓｉｇｎ（ｄθ）  １］
τ  ＝  Ｋｔ×ｉ                                    ・・・（９）
但し、［］’は転置行列、［］＾−１は逆行列、［τ］はサーボモータ４への指令トルクの時系列データからなるｍ行の列ベクトル、Ｂは角加速度ｄｄθと角速度ｄθとｄθの符号ｓｉｇｎ（ｄθ）の時系列データおよび全ての要素が1の列ベクトルからなるｍ行４列の行列、ｆｅは変動する摩擦の平均値である。
これ以外の構成は実施の形態８と同様であり説明を省略する。
【００４０】
次に動作について説明する。
制御対象のテーブルに搭載されている被加工物の交換などにより制御対象の物理的パラメータが変更された場合に、パラメータ推定手段２３は、位置指令値出力手段６に指示を出してパラメータ計測用の位置指令値を生成させ、その位置指令値に基づく制御対象の運動中の補正された電流指令値ならびにサーボモータ４の回転量から上記式（９）を用いて、パラメータを計算する。摩擦推定手段２１は計算されたパラメータを用いて以降の摩擦推定計算を実施する。これ以外の動作は実施の形態８と同様であり説明を省略する。
【００４１】
以上のように、この実施の形態９によれば、パラメータ推定手段２３が必要に応じて位置指令値出力手段６にパラメータ推定用の位置指令値を生成させ、その位置指令値に基づく制御対象の運動中の補正された電流指令値ならびにサーボモータ４の回転量を計測し、摩擦推定手段２１で使用されるパラメータを計算して更新するので、制御対象のテーブルに搭載されている被加工物の交換などにより制御対象の物理的パラメータが変更された場合にも容易にパラメータを更新することが可能であり、常に精確な摩擦推定が可能となり、高精度な補正ができる。
【００４２】
以上のように、この発明によれば、位置指令値の増減に応じた反転検出情報を出力する反転検出手段と、反転検出情報と予め設定された摩擦補正値とに基づいて電流指令補正値を生成する電流指令補正値生成手段と、制御対象の位置情報と補正された電流指令値とに基づいて摩擦量を推定する摩擦推定手段と、推定された摩擦量と位置指令値とに基づいて位置指令補正値を生成する位置指令補正値生成手段とを備えるように構成したので、電流指令補正値生成手段を設けたことにより、位置・速度・制御対象の潤滑状態に応じて変動する摩擦によって生じる象限突起を精度良く補正することができる。また、位置指令補正値生成手段を設けたことにより、位置に応じて駆動手段の剛性が変動するような場合でも、位置・速度・制御対象の潤滑状態に応じて変動するロストモーションを精度良く補正することができる効果がある。
【００４４】
この発明によれば、制御対象の位置情報と補正された電流指令値とに基づいて摩擦量を推定する摩擦推定手段と、推定された摩擦量に基づいて位置指令補正値を生成する位置指令補正値生成手段と、推定された摩擦量に基づいて電流指令補正値を生成する電流指令補正値生成手段とを備えるように構成したので、位置指令補正値生成手段を設けたことにより、位置、速度、制御対象の潤滑状態に応じて変動するロストモーションを精度良く補正することができる。また、電流指令補正装置を設けたことにより、位置・速度・制御対象の潤滑状態に応じて変動する摩擦によって生じる象限突起を精度良く補正できる効果がある。
【００４５】
この発明によれば、電流指令補正値生成手段は、反転検出手段により検出された反転検出情報と摩擦推定手段により推定された摩擦量とに基づいて電流指令補正値を生成するように構成したので、電流指令補正値生成手段を設けたことにより、制御対象に作用する摩擦の符号反転が高速・低速のいずれの場合でも、出力の応答遅れが大きくなることはなく、常に位置・速度・制御対象の潤滑状態に応じて変動する摩擦によって生じる象限突起を精度良く補正できる効果がある。
【００４６】
この発明によれば、摩擦推定手段は、制御対象の位置情報と電流指令値補正手段により補正された電流指令値とに基づいて摩擦量を推定し、その推定された摩擦量の絶対値が予め設定された最大摩擦量を超えないように出力を制限するように構成したので、摩擦推定手段により、制御対象が他の物体に衝突し、制御対象を駆動する駆動手段への電流指令値が異常に大きくなった場合でも、位置指令補正値および電流指令補正値が異常な値にならない効果がある。
【００４７】
この発明によれば、摩擦推定手段は、制御対象の運動方向が重力の影響を受けるような場合に、その重力の影響を考慮して摩擦量を推定するように構成したので、摩擦推定手段により、制御対象に重力が影響するような場合でも、精度良く摩擦を推定することが可能となり、結果的に精度良く位置指令値および電流指令値を補正することができる効果がある。
【００４８】
この発明によれば、位置指令補正値生成手段は、摩擦推定手段からの摩擦量を位置指令値およびその摩擦量に応じて変化する非線形バネ要素の剛性で除算した位置指令補正値を生成するように構成したので、位置指令補正値生成手段により、制御対象が非線形バネ要素としての特性を持つ場合にも、精度良く位置指令補正値を生成できる効果がある。
【００４９】
この発明によれば、一定の位置指令値に基づいて制御対象を動作させた際の制御対象の位置情報とこの制御対象を駆動する駆動手段への電流指令値とに基づいて、制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦係数を推定するパラメータ推定手段を備え、摩擦推定手段は、パラメータ推定手段の出力を用いて、制御対象の位置情報とこの制御対象を駆動する駆動手段への電流指令値とに基づいて摩擦量を推定するように構成したので、パラメータ推定手段により、制御対象の負荷質量が変化した場合でも、容易に制御対象の慣性モーメントと粘性摩擦係数を推定することが可能であり、推定したパラメータで精度良く位置指令値および電流指令値を補正できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態２によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図である。
【図３】  この発明の実施の形態３によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態４によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図である。
【図５】  摩擦補正値算出手段の動作を示す説明図である。
【図６】  この発明の実施の形態５によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図である。
【図７】  摩擦補正値算出手段の動作を示す説明図である。
【図８】  この発明の実施の形態６によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図である。
【図９】  この発明の実施の形態７によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図である。
【図１０】  この発明の実施の形態８によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図である。
【図１１】  この発明の実施の形態９によるＮＣ加工システムの一軸分の構成を示すブロック構成図である。
【図１２】  従来の数値制御システムを示すブロック構成図である。
【符号の説明】
１  テーブル（制御対象）、２  ボールネジナット（駆動手段）、３  ボールネジ（駆動手段）、４  サーボモータ（駆動手段）、５  エンコーダ、６  位置指令値出力手段、７  反転検出手段、８，２０，２１  摩擦推定手段、９，１７〜１９  摩擦補正値算出手段（電流指令補正値生成手段）、１０，１６，２２  ロストモーション補正値算出手段（位置指令補正値生成手段）、１１  位置指令値補正手段、１２  位置制御手段（電流指令値生成手段）、１３  速度制御手段（電流指令値生成手段）、１４  電流指令値補正手段、１５  電流制御手段、２３  パラメータ推定手段。
【図１】
0004183057.tif 000003
【図２】
0004183057.tif 000004
【図３】
0004183057.tif 000005
【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】
0004183057.tif 000010
【図９】
0004183057.tif 000011
【図１０】
0004183057.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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