JPH06503436A - 位置制御用の予備制御パラメータを求める方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 位１！ｉ制御用の予備制御パラメータをめる方法技術水準 本発明はメインクレームの上位概念による数値制御される工作機械の軌道（走行 路）−制御精度の増大のための方法に関する。補助量の重畳（重畳的供給印加） により軌道（走行路）−制御精度を高める手段に対する提案がｒ　Ｚｅｉｔｓｃ ｈｒｉｆｔ　ｆｕｅｒ　１ｎｄｕｓｔｒｉｅｌｌｅ　Ｆｅｒｔｉ−ｇｕｎｇＪ　 （工業生産に係わる雑誌）１９７８年第３２９〜３３３頁にて公知技術としてな されている。上記雑誌では工作機械の位置制御用の基準（ガイド）量に作用を及 ぼすための種々の手法が記載されている。上記の公知の予備（事前）制御手法で は当該位置−設定値信号が適当に重み付けられた付加的な制御信号の加算により 予備（事前）制御される。上記雑誌第３２９〜３３３頁にて提案された装置構成 の特別な狙いとするところはコーナを通過走行する際の軌道（走行路）制御精度 を改善することにある。補助量重畳（印加供給）に関しては上記雑誌には速度予 備制御の手法、換言すれば基準（ガイド）速度に比例する補助信号の重畳（印加 供給）に限定して記載がなされている。基準（ガイド）加速度の予備制御換言す れば基準ガイド−加速度に比例する加速度（信号）又は当該基準ガイド量の比較 的高い次数の導関数（微分）の補助量−重畳が行なわれるようにはなっていない 。上記雑誌にはどのように当該基準ガイド量の比較的高い次数の導関数の予備制 御の実施に必要な予備制御パラメータが形成されるかは示されていない。

ＥＰＯ１８４０３６から同様に予備（事前）制御手法を用いるＮＣ機械用の制御 方法も公知である。更に市販のＮＣ−制御手法、例えばＦＡＮＵＣ（ファナ、り ）及びＯ８Ａ　Ｉ社のＮＣ−制御装置では同様に速度予備（事前）制御手法が用 いられている。その場合所要の予備制御パラメータは固定的に設定されるか、又 は、経験的に夫々の機械に対して調整される。

本発明の目的ないし課題とするところは任意の機械に対して予備制御パラメータ のシステマチックな検出を可能にする方法を提供することにある。

上記課題はメインクレームの特徴事項を成す構成要件により解決される。当該方 法は機械固有のものでな（、任意の機械に適用可能なものである。この方法は制 御区間の複雑な識別（同定）動作を行なう必要なしに実施可能である。この方法 によっては速度予備制御のためのパラメータの検出のほかに、簡単な手法で、加 速度予備制御のためと、衝撃予備制御のためのさらなるパラメータの検出が可能 となり、当該手法はいずれの任意の位置制御区間にも適用可能である。

本発明の方法は有利に自動的に実施され得、殊にマイクロコンピュータにて具現 化するのに好適である。

当該評価アルゴリズムは簡単に構造化されており、それにより、既にして著しく コスト上有利な制御装置（システム）中に採り込まれ得る。さらなる利点とする ところは、多数の種々異なる位置制御区間に対して本発明により得られる予備制 御パラメータを以での位置基準ガイド量の比較的高い次数の導関数（微分）の予 備制御の際当該の尾ひき誤差、すなわちダイナミックな運動状態における尾ひき 誤差（ひきずってい（誤差）もほぼ零になることである。本発明のさらなる利点 とするところは、著しく高速に当該方法を実施し得ることである。本発明の方法 を以下明細書中で且図面を用いて詳細に説明する。

［図面］ 図１は１本の軸に対する本発明の方法の実施のための装置の構造（構成）図であ る。図２は時間の関数としての、予備制御パラメータの検出のため使用される位 置基準量を示す。

［実施例］ 図１に示す構造ないし構成を示す接続図には位置制御回路（これは補間器１３と 制御器１１と、インターフェース３０．３１と、制御区間１２を有する）並びに 位置基準ガイド量の事前（予備）制御を行なう装置構成部（これは微分素子１４ 及び複数の比例素子１５〜１７を有する）が含まれている。

上記制御区間１２は所属の駆動部を有する工作機械のｉ本の軸のうちの１つを有 する。上記制御区間１２はたんに基本的なところのみ示しである。この制御区間 １２はさらなる下位の制御回路、例えば回転数制御回路を含み得る。比例素子１ ５〜１７の伝達係数は外部から可調整である。当該比例素子は有利に夫々記憶素 子（この中には当該比例素子の比例係数がファイルされる）を有する。制御量は 位置−実際値２１であり、基準ガイド量は補間器１３にて生ぜしめられた信号２ ０である。基準ガイド量２０と実際値２１の差から形成される差信号２２は制御 器１１にて増幅される。

この制御器１１は一般に増幅率Ｋを有する比例制御器である。制御器出力信号２ ５には加算個所２８にて予備制御信号２３が加えられる。予備制御信号２３及び 制御器出力信号２５は基準ガイド信号２４を形成する。この信号２４は制御器側 の駆動インターフェース３０と、駆動側インターフェース３１とを介して制御区 間１２に供給される。インターフェース３０．３１間のデータ伝送は有利にデジ タル形式で行なわれる。位置−実際値２１は制御区間１２の出力側からインター フェース３１．３０を介して加算部２７へ帰還される。基準量信号２０は同時に 微分素子１４に供給される。この微分素子は当該基準信号に対して時間微分ｄ／ ｄｔ、ｄ／ｄｔ２等を形成し、これを増大する微分（導関数）の次数のもとで比 例素子１５〜１７に供給する。比例素子１５〜１７の出力信号は加算点２９にお いてまとめられ、予備制御信号２３を形成する。

機能ブロック１１と１３は概してマイクロコンピュータにてコンピュータプログ ラムの形で実現されている。有利にはブロック１４〜１７は同様に同じコンピュ ータにてプログラムの形で実現されている。工作機の各軸に対して図１に示す構 造を有する制御装置が設けられる。

当該の予備制御パラメータをめる方法の実施について以下説明する。

当該方法は機械のｉ本の軸の各々に対して軸ごとに実施される。当該方法にてそ のつど設けられる輪は以下“ｉ番目の輪”で表わされる。その他の輪はパッジプ ル作動接続される。予備制御パラメータの検出のためには当該予備制御は差当り 遮断される。従って信号２３は零に等しくなる。第１の方法ステップでは補間器 １３にて機械のｉ番目の軸に対して位置−基準量信号２０が生ぜしめられ、これ は時間の関数として考察するとランプ形状をとる。図２ａは適当な信号に対する 基本的な例を示す。位置Ｘ（縦座標）は時間ｔ（横座標）についてプロットされ ている。而して、上記信号により制御されるｉ一番目の軸は一定速度で変化する 位置−直線上を動（。信号２０は次のような状態生起まで維持される、即ち、信 号２０により励振される系１２、つまり、ｉ番目の軸が、立上り振動の終了した 状態におかれ、設定値−位置と実際値−位置との間の一定の（変わらない）制御 偏差２２が生じる（セツティングされる）まで維持される。持続している制御偏 差２２の値は制御器１１の増幅率にで乗算され、基準量信号２０のランプ勾配の 値Ｖにより除算される。

このために、ランプ勾配の値Ｖは図２ａに示すカーブを微分素子１４にて時間に 従って微分することによりめられる。乗算及び除算の後得られる結果は比例素子 １５のメモリ中にファイルされる。そのように形成された値はｉ番目の輪に対す る、以下速度予備制御パラメータと称される予備制御パラメータを成す。

ｉ番目の軸に対する速度予備制御パラメータの検出後、後続の第２フエーズの方 法において同一軸に対して、第２予備制御パラメータがめられる。第２７エーズ の方法の実施のための前提となるのは、速度予備制御パラメータが既知であるこ とである。第２７エーズの方法に対して、ｉ番目の軸に対して予備制御部が作動 される。その場合、比例素子１５のみが、第１７エーズの方法から既知になる速 度予備制御パラメータで作動される。ほかの比例素子１６．１７等は非作動状態 に保持される。従って加算部２９の出力側には速度予備制御パラメータで重み付 けされた予備制御信号２３が現われる。第２予備制御パラメータをめるためのさ らなる方法の実施は第１のフェーズの方法と基本的に同様に行なわれる。補間器 １３はｉ番目の輪に対して時間的に変化する基準量信号２０を形成する。

この基準量信号２０は第２のフェーズの方法において時間の関数として２次の放 物線の形態をとる。そのような信号を定性的に示してあり、位置Ｘは時間軸ｔに 対してプロットして示しである。この信号は同様に次のような状態生起まで維持 される、即ち、励振される系１２、換言すれば、ｉ一番目の軸が立上り過渡振動 が　っており、変らない制御偏差２２が生じる（セツティング）されるまで維持 される。変らない制御偏差の値は同じく制御器の増幅度にと乗算され、そして、 基準信号２０の湾曲度ａの値（上記湾曲度は微分素子１４にて時間に従って基準 量信号２０の２重の微分によりめられる）により除算され、第２比例素子１６の メモリ中に読込まれる。そのように形成された値は以下加速度予備制御パラメー タと称される第２の予備制御パラメータを成す。

２つの第１の予備制御パラメータ検出の際の基本的手段は有利に、それにひきつ づいてｉ番目の軸に対する比較的高い次数の任意の多数の別の予備制御パラメー タをめるために繰返され得る。而して、第３の予備制御パラメータ（これは衝撃 予備制御に相応する）を次のようにしてめ得る、即ち、先ず、第１の比例素子１ ５のほかに第２の比例素子１６（該第２比例素子に対して第２のフェーズの方法 で比例係数がめられである）が作動されるようにするのである。従って、加算部 ２９の出力側に予備制御信号２３が現われ、この信号２３は速度予備制御パラメ ータで重み付けられた速度比例成分と、加速度予備制御パラメータで重み付けら れた加速度比例成分とから成る。補間器においては基準量信号２０が形成され、 この信号２０は時間の関数として３次の放物線の形態をとる。基準量信号２０は 次のような状態生起まで出力される、即ちｉ番目の軸が立上り過渡振動状態の終 了した状態におかれ変らない制御偏差２２が生じる（セツティングされる）まで 出力される。制御偏差２２の値は同じく制御器１１の増幅度で乗算され、当該設 定値の第３次導関数（微分）（これは微分業子１４において形成される）の値で 除算され、比例素子１７のメモリ中に読込まれる。そのようにして形成された値 は第３の予備（事前）制御パラメータを成す。

当該方法ステップの繰返しにより比較的高次のさらなる予備制御パラメータをめ ることができる。比較的高次の予備制御パラメータを使用する利点とするところ は例えば機械の制御動作中生じる任意の基準量信号に対して尾引き状態間隔が益 々小さくなることである。実際上、一般に、速度予備制御パラメータ、加速度予 備制御パラメータ、衝撃予備制御パラメータをめることで事足りる。

１つの軸、ｉ番目の軸に対する予備制御パラメータをめる方法はひきつづきさら なる夫々の軸に対して繰返される。

すべての輪に対してめられた予備制御パラメータは機械のｅｌｌ動作のため変ら ずに数値ｆＩ４１１システムへとり込まれる。予備制御パラメータのあらたな検 出が必要になるのは工作機械の制御区間を変化する際はじめてである。このこと は例えば或１つの軸の駆動部における機械的変化調整（変更）の後行なわれ得る 。

本発明の方法を実施する前提によれば、工作機械の個々の輪が十分減結合されて おり、更に、個々の軸がそれ自体夫々直線的伝達特性を有することである。上記 前提の維持のもとで、当該方法はいずれの任意のシステムにも使用可能である。

工作機械ないしそれの個々の構成部分の伝達特性を精確に知る必要はない。当該 方法は殊に、数値制御される工作機械にいずれにしろ設けられるマイクロコンピ ュータにて具現化にＲｆる。殊に、自動化された方法を実施すると好適であり、 工作機械の作動の際自動的に当該方法が実施されるのがよい。

フロントページの続き （７２）発明者　ベック、　マティアスドイツ連邦共和国　Ｄ−６１２０ミヒエ ルシュタット　ヘーエンシュトラーセ　１３

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．ｉ本の軸を有し数値的に軸道（走行路）制御のなされる機械の位置制御回路 にて基準ガイド速度の予備制御のためのパラメータを求める方法において、下記 の方法ステップを有する、即ち ａ）ｉ番目の軸の位置制御のため時間と共にランプの形態で変化する位置（情報 ）値を設定し、ｂ）ｉ番目の軸について基準量（２０）と位置実際値（２１）と の間の持続している制御偏差（２２）を求め、 ｃ）該持続している制御偏差（２２）から速度予備制御パラメータを導出し、 ｄ）当該速度予備制御パラメータを当該制御システムにとり込む、 各ステップを有することを特徴とする方法。
2. ２．基準ガイド速度の予備制御のためのパラメータが既知である際に、 ｉ本の軸を有し数値的に軸道（走行路）制御のなされる機械の位置制御回路にて 基準ガイド速度の予備制御のためのパラメータを求める方法において、下記の方 法ステップを有する、即ち ｅ）ｉ番目の軸の位置制御のため時間と共に２次の放物線の形態で変化する位置 （情報）値を設定し、 ｆ）ｉ番目の輪について基準量（２０）と位置実際値（２１）との間の持続して いる制御偏差（２２）を求め、 ｇ）該持続している制御偏差（２２）から加速度予備制御パラメータを導出し、 ｈ）当該加速度予備制御パラメータを当該制御システムに取り込むことを特徴と する方法。
3. ３．数値的に軌道（走行路）制御のなされる機械の位置制御にて基準量のダイナ ミック特性の予備制御のため（ｎ＋１）番目のパラメータを求める方法であって 、上記の基準量のダイナミック特性は時間についての位置基準量の（ｎ＋１）重 （階）の微分（導関数）により得られるものであるようにし、但し、ｎは自然数 の整数、（次数ｎまでの位置基準量の時間微分の予備制御のためのｎのパラメー タが既知である場合）であるようにした方法において、下記の方法ステップを有 する、即ち、 ｉ）ｉ番目の軸の位置制御のため基準量（２０）として、時間と共に次数（ｎ＋ １）の放物線の形で変化する位置（情報）値を設定し、 ｋ）ｉ番目の軸について、基準量（２０）と位置実際値（２１）との間の持続し ている制御偏差（２２）を求め、 １）当該の持続している制御偏差（２２）から（ｎ＋１）番目の予備制御パラメ ータを導出し、ｍ）（ｎ＋１）番目の予備制御パラメータを当該制御システム中 にとり込むようにしたことを特徴とする方法。
4. ４．速度予備制御パラメータを求め、 該パラメータを求めるため、持続している制御偏差（２２）を制御器（１１）の 増幅率（ｋ）と乗算し、速度設定値Ｖで除算し、但し、上記値Ｖは速度予備制御 パラメータ検出のため設定されたランプ状の位置設定値カーブから、時間による 微分により求められるようにした請求項１記載の方法。
5. ５．加速度予備制御パラメータを求めるようにし、該制御パラメータを求めるた め、 変らない制御偏差（２２）を制御器（１１）の増幅係数（ｋ）と乗算し、加速度 設定値Ａにより除算し、但し、上記値Ａは加速度予備制御パラメータの検出のた め設定された放物線状の位置設定値カーブから時間についての２重（図）の微分 により求められるようにした請求項２記載の方法。
6. ６．（ｎ＋１）番目の予備制御パラメータを求め、該制御パラメータを求めるた め持続している制御偏差（２２）を制御器（１１）の増幅率（ｋ）と乗算し、か つ所定の値で除算し、該所定値は（ｎ＋１）番目の予備制御パラメータの検出の ため設定された位置設定値カーブから、時間についての（ｎ＋１）重（図）の微 分により求めるようにした請求項３記載の方法。