負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法
【課題】負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を提供する。
【解決手段】負荷位置制御システムにおいて、フィードバック制御系２１による負荷位置制御試験を実施して、特定の負荷位置θLで生じる第１の位置偏差Δθを測定し、負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデル６０において、フィードバック制御系モデルによる送り系モデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに前記特定の負荷位置で生じる第２の位置偏差Δθが、前記第１の位置偏差に等しくなるまで、送り系モデルに含まれている負荷イナーシャＪLを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記第２の位置偏差が、前記第１の位置偏差に等しくなれば、このときの送り系モデルの負荷イナーシャが実機の送り系の負荷イナーシャであると推定する。また、この推定した負荷イナーシャで逆特性モデル５０の係数ａ３〜ａ５を設定する。
【解決手段】負荷位置制御システムにおいて、フィードバック制御系２１による負荷位置制御試験を実施して、特定の負荷位置θLで生じる第１の位置偏差Δθを測定し、負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデル６０において、フィードバック制御系モデルによる送り系モデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに前記特定の負荷位置で生じる第２の位置偏差Δθが、前記第１の位置偏差に等しくなるまで、送り系モデルに含まれている負荷イナーシャＪLを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記第２の位置偏差が、前記第１の位置偏差に等しくなれば、このときの送り系モデルの負荷イナーシャが実機の送り系の負荷イナーシャであると推定する。また、この推定した負荷イナーシャで逆特性モデル５０の係数ａ３〜ａ５を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械などの産業機械に適用する負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械などの産業機械における送り系の負荷位置制御には、古典制御理論であるフィードバック制御が一般的に使用されている。
【０００３】
図４には工作機械の一例を示す。図示例の工作機械は門形マシニングセンタであり、ベッド１と、テーブル２と、門形のコラム３と、クロスレール４と、サドル５と、ラム６と、主軸７とを有している。
【０００４】
ベッド１上にテーブル２が設置され、テーブル２を跨ぐようにしてコラム３３が設置されている。テーブル２は加工時にワークＷが載置され、送り系（図４では図示省略：図５参照）により、ベッド１上のガイドレール１ａに沿ってＸ軸方向に直線移動する。クロスレール４は送り系（図示省略）により、コラム前面３ａのガイドレール３ａに沿ってＺ軸方向に直線移動する。サドル５は送り系（図示省略）により、クロスレール前面４ａのガイドレール４ｂに沿ってＹ軸方向に直線移動する。ラム６はサドル５に設けられ、送り系（図示省略）により、Ｚ軸方向に直線移動する。主軸７はラム６内で回転可能に支持され、先端にアタッチメント８を介して工具９が装着される。
【０００５】
従って、ワークＷを工具９で加工する際、工具９は主軸７によって回転駆動され、主軸７及び工具９はクロスレール４又はラム６とともにＺ軸方向に直線移動し、サドル５とともにＹ軸方向に直線移動し、テーブルル２及びワークＷはＸ方向に直線移動する。そして、このときにワークＷを高精度に加工するため、主軸７（工具９）やテーブル２（ワークＷ）の移動位置は、フィードバック制御によって高精度に制御することが要求される。
【０００６】
図５にはフィードバック制御系及び送り系の一般的な構成例を示す。詳細な説明は省略するが、図５に示すテーブルル２の送り系１１は、サーボモータ１２、減速ギヤ装置１３、ブラケット１４、ボールスクリュー１５（ネジ部１５ａ，ナット部１５ｂ）などから構成されており、テーブルル２及びワークＷをＸ軸方向へ直線移動させる。この送り系１１に対してフィードバック制御系１６では、位置検出器６で検出されたテーブル２（ワークＷ）の位置である負荷位置θLが、数値制御（ＮＣ）装置１７から与えられる位置指令θに追従するようにサーボモータ１２の回転を制御する。
【０００７】
しかし、図示例のようなフィードバック制御系１６では十分な追従性を得ることは難しく、位置指令θに対する負荷位置θLの追従遅れ（即ち負荷位置の遅れ）が生じてしまう。従って、この追従遅れ（負荷位置の遅れ）に対処するため、図示は省略するが、位置指令θを微分して位置遅れ補償を行うフィードフォワード制御機能を、フィードバック制御系１６に付加することも一般的に行われている。
【０００８】
しかし、このようなフィードフォワード制御機能をフィードバック制御系に付加したとしても、制御対象の機械要素に発生する撓みや捩じれなどの動的な変形によって生じる位置遅れや振動を補償することはできない。例えば図５の送り系１１では、ボールスクリュー１５のネジ部１５ａの剛性は有限であり、テーブル２の移動時には負荷イナーシャ（ワーク重量）や負荷位置θLに応じたネジ部１５ａの捩じれや撓みなどが発生するが、これによって生じる負荷位置θLの追従遅れを前記フィードフォワード制御機能で補償することはできない。
【０００９】
そこで、下記の特許文献１には、送り系の特性を近似した特性モデル（伝達関数）を求め、この特性モデルの逆特性モデル（逆伝達関数）を求めて、この逆特性モデルをフィードバック制御系に付加することにより、送り系のボールスクリューの捩じれや撓みなどによって生じる負荷位置の遅れや速度の遅れを補償する技術が開示されている（図１，図２参照：詳細後述）。なお、制御対象の逆特性モデルを制御系に付加する技術としては、下記の特許文献２，３に開示されているものなどもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２０１１６９号公報
【特許文献２】特許第３３５１９９０号公報
【特許文献３】特許第３７３９７４６号公報
【特許文献４】特許第４１３７６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図５において、テーブル２の重量は一定であるが、ワークＷの重量は加工製品の種類などによって異なるため、テーブル２の重量とワークＷの重量によって決まる負荷イナーシャも、ワークＷの重量が変化するのにともなって変化する。
【００１２】
従って、送り系の逆特性モデル（逆伝達関数）に含まれている負荷イナーシャを常に一定値にすると、前記一定値とは異なる重量のワークＷをテーブル２に載置して加工をする際には、送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャと、送り系の実際の負荷イナーシャとが異なってしまう。このため、前記送り系の逆特性モデルがフィードバック制御系に付加されていても、前記一定値とは異なる重量のワークＷを加工する際には、ボールスクリュー１５の捩じれや撓みなどによって発生する負荷位置θLの追従遅れを逆特性モデルによって十分に補償することができず、位置指令θと負荷位置θLとの位置偏差が大きくなってしまうため、当該ワークＷを高精度に加工することができない。
【００１３】
このため、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系において、どのような重量のワークＷに対しても高精度な加工を行うことができるようにするためには、ワークＷの重量に対応する負荷イナーシャを推定し、この推定した負荷イナーシャにより、送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する必要がある。
【００１４】
従って本発明は上記の事情に鑑み、ワーク重量に対応する負荷イナーシャを推定する負荷イナーシャ推定方法、及び、この推定した負荷イナーシャにより、送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法を提供することを課題とする。
なお、上記の特許文献４には無負荷時と負荷時のモータのトルク差から負荷重量を算出する方法が記載されているが、本発明の方法は位置偏差などに基づいて負荷イナーシャを推定するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する第１発明の負荷イナーシャ推定方法は、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなるまで、前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなれば、このときの前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャが、前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
を特徴とする。
【００１６】
また、第２発明の負荷イナーシャ推定方法は、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差を測定し、
予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差と、負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャの増加に比例して位置偏差がリニアに増加する位置偏差特性データに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した前記位置偏差に対応する負荷イナーシャを求め、この負荷イナーシャが前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
を特徴とする。
【００１７】
また、第３発明の制御パラメータ調整方法は、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法であって、
第１又は第２発明の負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャに基づいて、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１発明の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなるまで、前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなれば、このときの前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャが、前記送り系の負荷イナーシャであると推定することを特徴としているため、送り系の負荷重量（例えば工作機械のテーブルに載置されるワークの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャを容易に推定することができる。
【００１９】
第２発明の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差を測定し、予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差と、負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャの増加に比例して位置偏差がリニアに増加する位置偏差特性データに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した前記位置偏差に対応する負荷イナーシャを求め、この負荷イナーシャが前記送り系の負荷イナーシャであると推定することを特徴としているため、送り系の負荷重量（例えば工作機械のテーブルに載置されるワークの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャを容易に推定することができる。
【００２０】
第３発明の制御パラメータ調整方法によれば、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法であって、第１又は第２発明の負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャに基づいて、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整することを特徴としているため、送り系の負荷重量（例えば工作機械のテーブルに載置されるワークの重量）が変化しても、送り系のパラメータと逆特性モデルのパラメータ（例えば負荷イナーシャの項を含んでいる３次微分項以上の係数（詳細後述）など）を一致させることができる。このため、高精度に負荷位置を制御して位置指令に追従させることができ、例えば工作機械では高精度な加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態例１に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を実施する負荷位置制御システムの構成を示す図である。
【図２】負荷イナーシャ推定モデルの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態例２に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を実施する負荷位置制御システムの構成を示す図である。
【図４】従来の工作機械の構成を示す図である。
【図５】従来の負荷位置制御システム（フィードバック制御系及びテーブル送り系）の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
＜実施の形態例１＞
（フィードバック制御系及び送り系の説明）
図１に基づいて、まず、本発明の実施の形態例に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を実施する工作機械（図４参照）の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）の構成について説明する。
【００２４】
図１に示すように、テーブル送り系２２は駆動源であるサーボモータ２３と、モータ側ギヤ２４ａと負荷側ギヤ２４ｂとを有する減速ギヤ装置２４と、ベアリング２５を内蔵したブラケット２６と、ネジ部２７ａとナット部２７ｂとを有するボールスクリュー２７と、位置検出器２８と、パルスエンコーダ２９とを備えている。
【００２５】
両側のブラケット２６はベッド１に固定され、ベアリング２５を介してボールスクリュー２７のネジ部２７ａを回転可能に支持している。ボールスクリュー２７のナット部２７ｂはテーブルル２に取り付けられ、ネジ部２７ａに螺合している。サーボモータ２３は減速ギヤ装置２４を介してボールスクリュー２７のネジ部２７ａに連結されている。テーブル２にはワークＷが設置される。また、テーブル２には位置検出器（図示例ではインダクトシン方式のリニアスケール）２８が取り付けられ、サーボモータ２３にはパルスエンコーダ２９が取り付けられている。
【００２６】
従って、サーボモータ２３の回転力が減速ギヤ装置２４を介してボールスクリュー２７のネジ部２７ａへ伝達されてネジ部２６ａが矢印Ａの如く回転すると、ボールスクリュー２７のナット部２７ｂとともにテーブルル２がＸ軸方向に直線移動する。このとき、位置検出器２８はテーブルル２（ワークＷ）の移動位置である負荷位置θLを検出し、この負荷位置θLの検出信号をフィードバック制御系２１へ送る（位置フィードバック）。パルスエンコーダ２９はサーボモータ２３の回転位置であるモータ位置θMを検出する。このモータ位置θMの検出信号はフィードバック制御系２１へ送られ、微分演算部３６で時間微分されることにより、サーボモータ２３の回転速度であるモータ速度ＶMとなる（速度フィードバック）。
【００２７】
フィードバック制御系２１は例えばパーソナルコンピュータで実行されるソフトウエアによって構成されるものであり、位置偏差演算部３１と、乗算部３２と、速度偏差演算部３３と、比例積分演算部３４と、電流制御部３５と、微分演算部３６とを有している。
【００２８】
また、フィードバック制御系２１には、テーブル２の送り系２２の逆特性モデル５０が付加されている。詳細は後述するが、逆特性モデル５０は、送り系２２の特性を近似した特性モデル（伝達関数）の逆特性モデル（逆伝達関数）であり、送り系２２のボールスクリュー２７（ネジ部２７ａ）の捩じれや撓みなどによって生じる負荷位置θLの遅れや速度の遅れを補償するためのものである（図２参照：詳細後述）。なお、図１中のｓはラプラス演算子であり、ｓは１次微分、ｓ2は２次微分、ｓ3は３次微分、ｓ4は４次微分、ｓ5は５次微分、１／ｓは積分を表している（このことは図２及び図３においても同様である）。
【００２９】
フィードバック制御２１の位置偏差演算部３１では、負荷位置θLをするために数値制御（ＮＣ）装置４１から与えられる位置指令θと、負荷位置θLとの偏差（θ−θL）を演算して、位置偏差Δθを求める。乗算部３２では、位置偏差Δθに位置ループゲインＫｐを乗算することにより、サーボモータ２３の回転速度を制御するためのモータ速度指令Ｖを求める。そして、速度偏差演算部３３では、逆特性モデル５から出力される速度の補償量ＶHをモータ速度指令Ｖに加算（Ｖ＋ＶH）した値と、モータ速度ＶMとの偏差（Ｖ＋ＶH−ＶM）を演算して、速度偏差ΔＶを求める。
【００３０】
比例積分演算部３４では、速度ループゲインＫVと積分時定数ＴVを用いて、τ＝ΔＶ×（ＫV（１＋１／（ＴVｓ）））の比例積分演算を行うことにより、サーボモータ２３に対するモータトルク指令τを求める。電流制御部３５では、サーボモータ２３で発生するトルクがモータトルク指令τに追従するようにサーボモータ２３へ供給する電流を制御する。なお、図示は省略するが、電流制御部３５ではモータ２３への供給電流がモータトルク指令τに応じた電流となるように電流のフィードバック制御を行っている。
【００３１】
このようにフィードバック制御系２１では位置ループをメインループとし、速度ループ及び電流ループをマイナループとした３重のループによってフィードバック制御を行うことにより、負荷位置θLが位置指令θに追従するように制御している。
【００３２】
（負荷イナーシャ推定モデルの説明）
そして更に本実施の形態例１では、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定するためのモデル６０が、フィードバック制御系２１に付加されている。図２に基づき、この負荷イナーシャ推定モデル６０について説明する。なお、図２において図１と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００３３】
図２に示す例では、送り系２２の特性を近似した特性モデル（伝達関数）を、サーボモータ２３と、その負荷であるテーブル２及びワークＷを質点とした２質点系の機械系モデルとして特定している。そして、負荷イナーシャ推定モデル６０は、この送り系２２の特性モデル（伝達関数）と、この特性モデルの逆特性モデル（逆伝達関数）５０と、フィードバック制御系２１のモデル（伝達関数）とを有して成るものである。
【００３４】
図２に示すように、サーボモータ２３の特性モデルを伝達関数で示すと、ブロック６２の伝達関数（１／（ＪMｓ＋ＤM））と、ブロック６３の伝達関数（１／ｓ）とで示される。ＪMはモータイナーシャ、ＤMはモータ粘性である。ブロック６２からはモータ速度ＶMが出力され、ブロック６３からはモータ位置θMが出力される。
【００３５】
ボールスクリュー２７を含めたテーブル２の特性モデルを伝達関数で示すと、ブロック６４の伝達関数（ＣLｓ＋ＫL）と、ブロック６５の伝達関数（１／（ＪLｓ＋ＤL））と、ブロック６６の伝達関数（１／ｓ）とで示される。ＪLは負荷イナーシャであり、テーブル２の重量（一定値）と、テーブル２に載置されたワークＷの重量とによって決まるイナーシャである。従って、テーブル２に載置するワークＷの重量が変化すると、これに応じて負荷イナーシャＪLも変化する。ＤLは負荷（テーブル）の粘性、ＣLはボールスクリュー２７部分（ネジ部２７ａ，ナット部２７ｂ，ブラケット２６）の軸方向に沿うバネ粘性、ＫLはボールスクリュー２７部分（ネジ部２７ａ，ナット部２７ｂ，ブラケット２６）の軸方向に沿うバネ剛性である。
【００３６】
位置偏差演算部６７では、モータ位置θMと負荷信号θLとの偏差（θM−θL）を演算して、位置偏差ΔθMLを求める。ブロック６４では、位置偏差ΔθMLが入力されると、τL＝ΔθML×（ＣLｓ＋ＫL）の演算を行うことにより、反力トルクτLを求めて出力する。反力トルクτLがブロック６５に入力されると、ブロック６５及びブロック６６でθL＝τL×（１／（ＪLｓ＋ＤL））×（１／ｓ）の演算を行うことにより、負荷位置θLを求めて、ブロック６６から出力する。
【００３７】
トルク偏差演算部６１では、トルク指令τと反力トルクτLとの偏差（τ−τL）を演算して、トルク偏差Δτを求める。ブロック６２ではＶM＝Δτ×（１／（ＪMｓ＋ＤM））の演算を行うことにより、モータ速度ＶMを求め、このモータ速度ＶMがブロック６３へ出力され、且つ、フィードバック制御系２１の速度偏差演算部３３へフィードバックされる。ブロック６３ではθM＝ＶM×（１／ｓ）の演算を行うことにより、モータ位置θMを求め、このモータ位置θMが位置偏差演算部６７へ出力され、且つ、フィードバック制御系２１の位置偏差演算部３１へフィードバックされる。
【００３８】
逆特性モデル５０は、１次微分項演算部５１と、２次微分項演算部５２と、３次微分項演算部５３と、４次微分項演算部５４と、５次微分項演算部５５と、加算部５６と、比例積分逆伝達関数部５７とを有している。
【００３９】
各微分項演算部５１〜５５と加算部５６には、送り系２２のサーボモータ２３、ボールスクリュー２７及びテーブル２での動的な誤差要因を補償して、負荷位置θLが位置指令θに一致（追従）するように補償制御をするための補償制御用伝達関数が設定されている。この補償制御用伝達関数は、前述の送り系２２（サーボモータ２３、ボールスクリュー２７及びテーブル２からなる機械系）の伝達関数の逆伝達関数である。なお、この逆伝達関数は、演算要素を一部省略した関数にしている。
【００４０】
具体的には、逆特性モデル５０の各微分項演算部５１〜５５では、各演算項ａ１ｓ，ａ２ｓ2，ａ３ｓ3，ａ４ｓ4，ａ５ｓ5をそれぞれ有しており、位置指令θに各演算項ａ１ｓ〜ａ５ｓ5をそれぞれ乗算し、この乗算値を加算部５６でそれぞれ出力する。加算部５６では、各微分項演算部５１〜５５から出力された各乗算値を加算する。
【００４１】
各演算項ａ１ｓ〜ａ５ｓ5における各係数ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５は下記のように設定している。前述のとおり、各係数ａ１〜ａ５の式に含まれているＫVは速度ループゲイン、ＫLはボールスクリュー２７の軸方向に沿うバネ剛性、ＴVは積分時定数、ＤMはサーボモータ２３の粘性、ＤLは負荷粘性、ＪMはサーボモータ２３のイナーシャ、ＪLは負荷イナーシャである。
なお、各係数ａ１〜ａ５を下記のように設定（演算）する演算手法については、後述する。
【数１】
【００４２】
比例積分逆伝達関数部５７には、比例積分演算部３４の伝達関数ＫV（１＋１／（ＴVｓ））の逆伝達関数（Ｔｖ／ＫV（ＴVｓ＋１））×ｓのうちの（Ｔｖ／ＫV（ＴVｓ＋１））が設定されている。（Ｔｖ／ＫV（ＴVｓ＋１））×ｓのうちの微分演算子ｓは、各微分項演算部５１〜５５の各演算項ａ１ｓ〜ａ５ｓ5にそれぞれ割り振られている。
【００４３】
そして、このような係数ａ１〜ａ５が設定された逆特性モデル５０から出力される速度補償量ＶHをフィードバック制御系２１に適用して、送り系２２の負荷位置制御を実施することにより、送り系２２のサーボモータ２３、ボールスクリュー２７、テーブル２などに生じる歪み、撓み、粘性などの誤差要因を補償することができるため、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができる。その結果、高精度な加工を行うことができる。
【００４４】
（負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法の説明）
【００４５】
しかしながら、テーブル２に載置されるワークＷの重量が変化すると（重量の異なるワークＷがテーブル２に載置されると）、当該ワークＷの重量の変化に応じて負荷イナーシャＪLも変化するため、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータが一致しなくなる。具体的には、逆特性モデル５０において、負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上（即ちａ１ｓ3〜ａ５ｓ5の項）の係数ａ３〜ａ５が、送り系２２のパラメータと不一致となる。従って、このままでは位置偏差Δθが増加して、位置指令θに対する負荷位置θLの追従遅が生じてしまう。
【００４６】
そこで、ワークＷの加工を行う前に次のような方法により、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定する。
【００４７】
まず、図１に示す実機の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）において、テーブル２にワークＷを載置した状態で、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１へ位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１による送り系２２の負荷位置制御試験を実施する。そして、このときに生じる位置偏差Δθを測定する。但し、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、テーブル２が特定（予め定めておいた）の負荷位置θLに達した時点（即ち特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じる位置偏差Δθを測定する。
【００４８】
次に、図１及び図２に示す前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデル６０において、テーブル２に前記ワークＷを載置した状態で、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１のモデルへ前記位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施する。
【００４９】
その際、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて生じる位置偏差Δθが、前記実機による負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなるまで、送り系２２のモデルに含まれているテーブル２及びワークＷの負荷イナーシャＪLを調整して、前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返す。
【００５０】
但し、前述のとおり、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、テーブル２が前記特定の負荷位置θLに達した時点（即ち前記特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じる位置偏差Δθと、前記実機による負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθとを比較して、両者が等しくなったか否かを推定する。また、前記実機による負荷位置制御試験を行うときの逆特性モデル５０における負荷イナーシャＪLと、前記負荷位置制御シミュレーションを行うときの逆特性モデル５０における負荷イナーシャＪLは同じ値に設定する。例えば、これらはテーブル２にワークＷを載置しない無負荷時の負荷イナーシャＪL0とする。
【００５１】
そして、送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLを調整して、前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返した結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて生じる位置偏差Δθが、前記実機による負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなれば、このときの送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLが、実際のテーブル２に載置したワークＷの重量に対応した負荷イナーシャＪLであると推定する。
【００５２】
次に、この推定した負荷イナーシャＪLを、図１に示すように負荷イナーシャ推定モデル６０から、実機の逆特性モデル５０へ出力する。実機の逆特性モデル５０では、負荷イナーシャ推定モデル６０から出力された負荷イナーシャＪLに基づいて、負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５を調整（設定）する。かくして、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５）が一致する。このため、当該ワークＷの加工を行う際には、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
【００５３】
（作用効果）
以上のように、本実施の形態例１の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系２２の逆特性モデル５０を付加したフィードバック制御系２１により、逆特性モデル５０から出力される送り系２２の動的な誤差要因を補償するための補償量ＶHに基づいて、送り系２２の負荷位置θLを制御する負荷位置制御システムに対し、送り系２２の負荷イナーシャＪLを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、フィードバック制御系２１に位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθを測定し、前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデル６０において、フィードバック制御系２１のモデルに前記位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθが、前記負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなるまで、送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθが、前記負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなれば、このときの送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLが、実機の送り系２２の負荷イナーシャＪLであると推定することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャＪLを容易に推定することができる。
【００５４】
そして、本実施の形態例１の制御パラメータ調整方法によれば、前記負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャＪLに基づいて、実機の逆特性モデル５０に含まれている負荷イナーシャＪLを調整することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５）を一致させることができる。このため、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
【００５５】
＜実施の形態例２＞
（負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法の説明）
図３に基づき、本発明の実施の形態例２に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法について説明する。なお、図３において、上記実施の形態例１と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００５６】
図３に示すように、本実施の形態例２では、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定するための位置偏差特性データ部７０が、フィードバック制御系２１に付加されている。
【００５７】
位置偏差Δθ（即ちボールスクリュー２７の撓みなど）とワークＷの重量との間には、Ｆ＝ｍａ＝ＫLΔθ（Ｆ：力、ｍ：ワーク重量、ＫL：ボールスクリューのバネ剛性、Δθ：位置偏差）の関係式が成り立ち、力Ｆとバネ剛性ＫLを一定にすれば、位置偏差ΔθはワークＷの重量の増加に比例してリニアに増加すると考えられる。
また、逆特性モデル５０における３次微分以上の項（ａ３ｓ3〜ａ５ｓ5）については、負荷イナーシャＪLに比例して補償量が決定されており、テーブル２に載置するワークＷの重量の増加に比例して位置偏差Δθがリニアに増加すると考えることができる。
従って、テーブル２にワークＷを載置しない無負荷時の負荷イナーシャＪL0における位置偏差Δθと、想定される最大重量のワークＷをテーブル２に載置した最大負荷時の負荷イナーシャＪLにおける位置偏差Δθのデータがあれば、このデータから、未知の重量のワークＷをテーブル２に載置したときの負荷イナーシャＪL1を推定することができる。
【００５８】
そこで、図３に示す実機の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）において、前記無負荷時の場合と前記最大負荷時実施の場合に対し、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１へ位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１による送り系２２の負荷位置制御試験を実施する。そして、前記無負荷時において生じる位置偏差ΔθL0と、最大負荷時において生じる位置偏差ΔθLMとを測定する。
【００５９】
或いは、図２に示すような負荷位置制御システムのモデルを用いて、前記無負荷時の場合と前記最大負荷時実施の場合に対し、フィードバック制御系２１のモデルへ前記位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施する。そして、前記無負荷時において生じる位置偏差ΔθL0と、前記最大負荷時において生じる位置偏差ΔθLMとを測定する。
【００６０】
なお、前述のとおり、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、テーブル２が特定（予め定めておいた）の負荷位置θLに達した時点（即ち特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じる位置偏差ΔθL0，ΔθLMを測定する。
また、前記無負荷時の位置偏差ΔθL0を基準とすため、逆特性モデル５０における負荷イナーシャＪLは、前記無負荷時の負荷イナーシャＪL0とする。従って、前記無負荷時の位置偏差ΔθL0は、ほぼ０となる。
【００６１】
位置偏差特性データ部７０には、この予め測定された前記無負荷時の位置偏差ΔθL0と、前記最大負荷時の位置偏差ΔθLMとに基づいて、負荷イナーシャＪLの増加に比例してリニアに増加する位置偏差特性データΔＶDを設定する。
【００６２】
そして、ワークＷの加工を行う前に次のような方法により、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定する。
【００６３】
まず、図３に示す実機の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）において、テーブル２にワークＷを載置した状態で、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１へ位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１による送り系２２の負荷位置制御試験を実施する。
【００６４】
そして、位置偏差特性データ部７０では、このときに生じる位置偏差Δθ（図示例ではΔθ1）を測定（入力）する。但し、前述のとおり、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、位置偏差特性データ部７０では、テーブル２が特定（予め定めておいた）の負荷位置θLに達した時点（即ち特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じた位置偏差Δθ1（図示例ではΔθ1）を測定（入力）する。
【００６５】
次に、位置偏差特性データ部７０では、予め設定されている位置偏差特性データΔＶDに基づいて、前記実機の負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定（入力）した位置偏差Δθ（図示例ではΔθ1）に対応する負荷イナーシャＪL（図示例ではＪL1）を求め、この負荷イナーシャＪL（図示例ではＪL1）が、実際にテーブル２に載置したワークＷの重量に対応する負荷イナーシャＪLであると推定する。この推定された負荷イナーシャＪLは位置偏差特性データ部７０から、実機の逆特性モデル５０へ出力される。
【００６６】
実機の逆特性モデル５０では、負荷イナーシャ推定モデル６０から出力された負荷イナーシャＪL（図示例ではＪL1）に基づいて、負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５を調整（設定）する。かくして、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５）が一致する。このため、当該ワークＷの加工を行う際には、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
【００６７】
なお、上記では最大負荷時の位置偏差ΔθLMを用いて位置偏差特性データΔＶDを設定しているが、これに限定するものではなく、最大負荷以外の負荷時の位置偏差ΔθLを用いて位置偏差特性データΔＶDを設定してもよい。即ち、最大重量以外の重量のワークＷをテーブル２に載置した状態（即ち最大負荷以外の負荷状態）において、上記と同様の実機による負荷位置制御試験又は負荷位置制御シミュレーションを実施することにより、当該負荷時の位置偏差Δθを測定し、この測定した当該負荷時の位置偏差Δθと無負荷時の位置偏差Δθ0とに基づいて、負荷イナーシャＪLの増加に比例してリニアに増加する位置偏差特性データΔＶDを設定してもよい。
【００６８】
（作用効果）
以上のように、本実施の形態例２の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系２２の逆特性モデル５０を付加したフィードバック制御系２１により、逆特性モデル５０から出力される送り系２２の動的な誤差要因を補償するための補償量ＶHに基づいて、送り系２２の負荷位置θLを制御する負荷位置制御システムに対し、送り系２２の負荷イナーシャＪLを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、フィードバック制御系２１に位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθを測定し、又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、フィードバック制御系２１のモデルに前記位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθ（Δθ1）を測定し、予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθ0と、負荷時に前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθ（ΔθM）とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャＪLの増加に比例して位置偏差Δθがリニアに増加する位置偏差特性データΔＶDに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した位置偏差Δθ（Δθ1）に対応する負荷イナーシャＪL（ＪL1）を求め、この負荷イナーシャＪL（ＪL1）が実機の送り系２２の負荷イナーシャＪLであると推定することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャＪLを容易に推定することができる。
【００６９】
そして、本実施の形態例２の制御パラメータ調整方法によれば、前記負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャＪLに基づいて、実機の逆特性モデル５０に含まれている負荷イナーシャＪLを調整することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５）を一致させることができる。このため、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
【００７０】
なお、上記実施の形態例１，２では推定した負荷イナーシャＪLによって逆特性モデル５０の負荷イナーシャＪLを調整しているが、これだけに限らず、加工条件に関する制御パラメータなどのような逆特性モデル５０の負荷イナーシャＪL以外の制御パラメータも、推定した負荷イナーシャＪLによって調整するようにしてもよい。例えば、推定した負荷イナーシャＪLを位置偏差特性データ部７０や負荷イナーシャ推定モデル６０からＮＣ装置４１へも出力するようにし、この推定した負荷イナーシャＪLによって、ＮＣ装置４１で設定する加減速時間やコーナ速度加速度などの制御パラメータの調整を行うようにしてもよい。
【００７１】
また、上記実施の形態例１，２では本発明をテーブル２の送り系２２に適用する場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明はテーブル２以外の送り系（、例えばサドルやラムなどの送り系）に適用することもできる。例えば、図４において、アタッチメント８や工具９の重量が変化する場合には、本発明をサドル５やラム６の送り系に適用することも有効である。
【００７２】
また、上記実施の形態例１，２では本発明をサーボモータ２３やボールスクリュー２７などから成る送り系２２に適用する場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明は、その他の構成の送り系（例えば油圧ポンプ、油圧モータ、油圧シリンダなどを用いた送り系など）にも適用することができる。
【００７３】
また、上記実施の形態例１，２では工作機械の送り系に適用した場合について説明したが、必ずしもこれに限定するものではなく、本発明は工作機械以外の産業機械の送り系にも適用することができる。
【００７４】
＜逆特性モデルの係数の演算手法の説明＞
ここで逆特性モデル５０における各係数ａ１〜ａ５を設定（演算）して演算手法について説明する。
【００７５】
図２に示す機械系モデルにおいて、トルク及び速度の逆特性モデルの伝達関数は、次のようにして計算できる。まず、運動方程式から、下記の（１）式及び（２）式が求められる。なお、（１）式は、サーボモータ２３の特性をモデル化したモータ伝達関数に関して入出力の関係を示す運動方程式であり、（２）式は、負荷であるテーブル２及びワークＷの特性をモデル化した負荷伝達関数に関して入出力の関係を示す運動方程式である。
【数２】
【００７６】
上記の（１）式及び（２）式より、下記の（３）式及び（４）式が得られる。
【数３】
【００７７】
誤差０で負荷（テーブル２及びワークＷ）を移動させるためには、負荷位置θLが位置指令θと一致するように補償制御をすればよい。即ち、θ＝θLとなるように補償制御をすればよい。このようにθ＝θLとするためには、トルク指令τを（３）式の右辺の｛ ｝内の式（第１の伝達関数式）でフィードフォワード補償制御をし、速度指令Ｖを（４）式の右辺の（ ）内の式（第２の伝達関数式）でフィードフォワード補償制御をすればよい。なお（４）式において、θMｓはモータ速度ＶMと等価である。
【００７８】
（３）式において、θLをθに置換してから、指令速度Ｖτに置き換えると、（３）式は下記の（５）式となる。（５）式は（３）式に比例積分演算器３４に設定した比例積分演算式の逆演算式を掛けたものである。換言すると、（３）式を比例積分演算器３４に設定した比例積分演算式で除算したものが（５）式となる。（５）式の右辺においてθを除く部分が第３の伝達関数式となる。また、（４）式においてθLをθに置換してから、（４）式を変形すると、下記の（６）式となる。負荷位置θLが位置指令θと一致するように補償制御をするには、θとθLの誤差を０とするための補償速度ＶHを、（５）式と（６）式を加えたものにすればよく、これは下記の（７）式で示される。（７）式の右辺のうちのθを除く部分が第４の伝達関数式である。
【数４】
【００７９】
（７）式のままでは、微分次数で式をまとめることはできないが、精度にあまり影響しないＣL項を（７）式から削除すると、下記の（８）式が得られる。（８）式の右辺のうちのθを除く部分が、補償制御用伝達関数である。（８）式を係数ａ１〜ａ５に置き換えると、下記の（９）式が得られる。従って、（８）式及び（９）式から、各係数ａ１〜ａ５が得られる。
【数５】
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法に関するものであり、工作機械などのフィードバック制御系に付加した送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する場合に適用して有用なものである。
【符号の説明】
【００８１】
１ ベッド
２ テーブル
２１ フィードバック制御系
２２ 送り系
２３ サーボモータ
２４ 減速ギヤ装置
２４ａ モータ側ギヤ
２４ｂ 負荷側ギヤ
２５ ベアリング
２６ ブラケット
２７ ボールスクリュー
２７ａ ネジ部
２７ｂ ナット部
２８ 位置検出器
２９ パルスエンコーダ
３１ 位置偏差演算部
３２ 乗算部
３３ 速度偏差演算部
３４ 比例積分演算部
３５ 電流制御部
３６ 微分演算部
４１ ＮＣ装置
５０ 逆特性モデル
５１ １次微分項演算部
５２ ２次微分項演算部
５３ ３次微分項演算部
５４ ４次微分項演算部
５５ ５次微分項演算部
５６ 加算部
５７ 比例積分逆伝達関数部
６０ 負荷イナーシャ推定モデル
６１ トルク偏差演算部
６２，６３ サーボモータに関する伝達関数のブロック
６４，６５，６６ テーブル及びボールスクリューに関する伝達関数のブロック
６７ 位置偏差演算部
７０ 位置偏差特性データ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は工作機械などの産業機械に適用する負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工作機械などの産業機械における送り系の負荷位置制御には、古典制御理論であるフィードバック制御が一般的に使用されている。
【０００３】
図４には工作機械の一例を示す。図示例の工作機械は門形マシニングセンタであり、ベッド１と、テーブル２と、門形のコラム３と、クロスレール４と、サドル５と、ラム６と、主軸７とを有している。
【０００４】
ベッド１上にテーブル２が設置され、テーブル２を跨ぐようにしてコラム３３が設置されている。テーブル２は加工時にワークＷが載置され、送り系（図４では図示省略：図５参照）により、ベッド１上のガイドレール１ａに沿ってＸ軸方向に直線移動する。クロスレール４は送り系（図示省略）により、コラム前面３ａのガイドレール３ａに沿ってＺ軸方向に直線移動する。サドル５は送り系（図示省略）により、クロスレール前面４ａのガイドレール４ｂに沿ってＹ軸方向に直線移動する。ラム６はサドル５に設けられ、送り系（図示省略）により、Ｚ軸方向に直線移動する。主軸７はラム６内で回転可能に支持され、先端にアタッチメント８を介して工具９が装着される。
【０００５】
従って、ワークＷを工具９で加工する際、工具９は主軸７によって回転駆動され、主軸７及び工具９はクロスレール４又はラム６とともにＺ軸方向に直線移動し、サドル５とともにＹ軸方向に直線移動し、テーブルル２及びワークＷはＸ方向に直線移動する。そして、このときにワークＷを高精度に加工するため、主軸７（工具９）やテーブル２（ワークＷ）の移動位置は、フィードバック制御によって高精度に制御することが要求される。
【０００６】
図５にはフィードバック制御系及び送り系の一般的な構成例を示す。詳細な説明は省略するが、図５に示すテーブルル２の送り系１１は、サーボモータ１２、減速ギヤ装置１３、ブラケット１４、ボールスクリュー１５（ネジ部１５ａ，ナット部１５ｂ）などから構成されており、テーブルル２及びワークＷをＸ軸方向へ直線移動させる。この送り系１１に対してフィードバック制御系１６では、位置検出器６で検出されたテーブル２（ワークＷ）の位置である負荷位置θLが、数値制御（ＮＣ）装置１７から与えられる位置指令θに追従するようにサーボモータ１２の回転を制御する。
【０００７】
しかし、図示例のようなフィードバック制御系１６では十分な追従性を得ることは難しく、位置指令θに対する負荷位置θLの追従遅れ（即ち負荷位置の遅れ）が生じてしまう。従って、この追従遅れ（負荷位置の遅れ）に対処するため、図示は省略するが、位置指令θを微分して位置遅れ補償を行うフィードフォワード制御機能を、フィードバック制御系１６に付加することも一般的に行われている。
【０００８】
しかし、このようなフィードフォワード制御機能をフィードバック制御系に付加したとしても、制御対象の機械要素に発生する撓みや捩じれなどの動的な変形によって生じる位置遅れや振動を補償することはできない。例えば図５の送り系１１では、ボールスクリュー１５のネジ部１５ａの剛性は有限であり、テーブル２の移動時には負荷イナーシャ（ワーク重量）や負荷位置θLに応じたネジ部１５ａの捩じれや撓みなどが発生するが、これによって生じる負荷位置θLの追従遅れを前記フィードフォワード制御機能で補償することはできない。
【０００９】
そこで、下記の特許文献１には、送り系の特性を近似した特性モデル（伝達関数）を求め、この特性モデルの逆特性モデル（逆伝達関数）を求めて、この逆特性モデルをフィードバック制御系に付加することにより、送り系のボールスクリューの捩じれや撓みなどによって生じる負荷位置の遅れや速度の遅れを補償する技術が開示されている（図１，図２参照：詳細後述）。なお、制御対象の逆特性モデルを制御系に付加する技術としては、下記の特許文献２，３に開示されているものなどもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２０１１６９号公報
【特許文献２】特許第３３５１９９０号公報
【特許文献３】特許第３７３９７４６号公報
【特許文献４】特許第４１３７６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図５において、テーブル２の重量は一定であるが、ワークＷの重量は加工製品の種類などによって異なるため、テーブル２の重量とワークＷの重量によって決まる負荷イナーシャも、ワークＷの重量が変化するのにともなって変化する。
【００１２】
従って、送り系の逆特性モデル（逆伝達関数）に含まれている負荷イナーシャを常に一定値にすると、前記一定値とは異なる重量のワークＷをテーブル２に載置して加工をする際には、送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャと、送り系の実際の負荷イナーシャとが異なってしまう。このため、前記送り系の逆特性モデルがフィードバック制御系に付加されていても、前記一定値とは異なる重量のワークＷを加工する際には、ボールスクリュー１５の捩じれや撓みなどによって発生する負荷位置θLの追従遅れを逆特性モデルによって十分に補償することができず、位置指令θと負荷位置θLとの位置偏差が大きくなってしまうため、当該ワークＷを高精度に加工することができない。
【００１３】
このため、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系において、どのような重量のワークＷに対しても高精度な加工を行うことができるようにするためには、ワークＷの重量に対応する負荷イナーシャを推定し、この推定した負荷イナーシャにより、送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する必要がある。
【００１４】
従って本発明は上記の事情に鑑み、ワーク重量に対応する負荷イナーシャを推定する負荷イナーシャ推定方法、及び、この推定した負荷イナーシャにより、送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法を提供することを課題とする。
なお、上記の特許文献４には無負荷時と負荷時のモータのトルク差から負荷重量を算出する方法が記載されているが、本発明の方法は位置偏差などに基づいて負荷イナーシャを推定するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決する第１発明の負荷イナーシャ推定方法は、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなるまで、前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなれば、このときの前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャが、前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
を特徴とする。
【００１６】
また、第２発明の負荷イナーシャ推定方法は、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差を測定し、
予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差と、負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャの増加に比例して位置偏差がリニアに増加する位置偏差特性データに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した前記位置偏差に対応する負荷イナーシャを求め、この負荷イナーシャが前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
を特徴とする。
【００１７】
また、第３発明の制御パラメータ調整方法は、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法であって、
第１又は第２発明の負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャに基づいて、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
第１発明の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなるまで、前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなれば、このときの前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャが、前記送り系の負荷イナーシャであると推定することを特徴としているため、送り系の負荷重量（例えば工作機械のテーブルに載置されるワークの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャを容易に推定することができる。
【００１９】
第２発明の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差を測定し、予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差と、負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャの増加に比例して位置偏差がリニアに増加する位置偏差特性データに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した前記位置偏差に対応する負荷イナーシャを求め、この負荷イナーシャが前記送り系の負荷イナーシャであると推定することを特徴としているため、送り系の負荷重量（例えば工作機械のテーブルに載置されるワークの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャを容易に推定することができる。
【００２０】
第３発明の制御パラメータ調整方法によれば、送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法であって、第１又は第２発明の負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャに基づいて、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整することを特徴としているため、送り系の負荷重量（例えば工作機械のテーブルに載置されるワークの重量）が変化しても、送り系のパラメータと逆特性モデルのパラメータ（例えば負荷イナーシャの項を含んでいる３次微分項以上の係数（詳細後述）など）を一致させることができる。このため、高精度に負荷位置を制御して位置指令に追従させることができ、例えば工作機械では高精度な加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態例１に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を実施する負荷位置制御システムの構成を示す図である。
【図２】負荷イナーシャ推定モデルの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態例２に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を実施する負荷位置制御システムの構成を示す図である。
【図４】従来の工作機械の構成を示す図である。
【図５】従来の負荷位置制御システム（フィードバック制御系及びテーブル送り系）の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
＜実施の形態例１＞
（フィードバック制御系及び送り系の説明）
図１に基づいて、まず、本発明の実施の形態例に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法を実施する工作機械（図４参照）の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）の構成について説明する。
【００２４】
図１に示すように、テーブル送り系２２は駆動源であるサーボモータ２３と、モータ側ギヤ２４ａと負荷側ギヤ２４ｂとを有する減速ギヤ装置２４と、ベアリング２５を内蔵したブラケット２６と、ネジ部２７ａとナット部２７ｂとを有するボールスクリュー２７と、位置検出器２８と、パルスエンコーダ２９とを備えている。
【００２５】
両側のブラケット２６はベッド１に固定され、ベアリング２５を介してボールスクリュー２７のネジ部２７ａを回転可能に支持している。ボールスクリュー２７のナット部２７ｂはテーブルル２に取り付けられ、ネジ部２７ａに螺合している。サーボモータ２３は減速ギヤ装置２４を介してボールスクリュー２７のネジ部２７ａに連結されている。テーブル２にはワークＷが設置される。また、テーブル２には位置検出器（図示例ではインダクトシン方式のリニアスケール）２８が取り付けられ、サーボモータ２３にはパルスエンコーダ２９が取り付けられている。
【００２６】
従って、サーボモータ２３の回転力が減速ギヤ装置２４を介してボールスクリュー２７のネジ部２７ａへ伝達されてネジ部２６ａが矢印Ａの如く回転すると、ボールスクリュー２７のナット部２７ｂとともにテーブルル２がＸ軸方向に直線移動する。このとき、位置検出器２８はテーブルル２（ワークＷ）の移動位置である負荷位置θLを検出し、この負荷位置θLの検出信号をフィードバック制御系２１へ送る（位置フィードバック）。パルスエンコーダ２９はサーボモータ２３の回転位置であるモータ位置θMを検出する。このモータ位置θMの検出信号はフィードバック制御系２１へ送られ、微分演算部３６で時間微分されることにより、サーボモータ２３の回転速度であるモータ速度ＶMとなる（速度フィードバック）。
【００２７】
フィードバック制御系２１は例えばパーソナルコンピュータで実行されるソフトウエアによって構成されるものであり、位置偏差演算部３１と、乗算部３２と、速度偏差演算部３３と、比例積分演算部３４と、電流制御部３５と、微分演算部３６とを有している。
【００２８】
また、フィードバック制御系２１には、テーブル２の送り系２２の逆特性モデル５０が付加されている。詳細は後述するが、逆特性モデル５０は、送り系２２の特性を近似した特性モデル（伝達関数）の逆特性モデル（逆伝達関数）であり、送り系２２のボールスクリュー２７（ネジ部２７ａ）の捩じれや撓みなどによって生じる負荷位置θLの遅れや速度の遅れを補償するためのものである（図２参照：詳細後述）。なお、図１中のｓはラプラス演算子であり、ｓは１次微分、ｓ2は２次微分、ｓ3は３次微分、ｓ4は４次微分、ｓ5は５次微分、１／ｓは積分を表している（このことは図２及び図３においても同様である）。
【００２９】
フィードバック制御２１の位置偏差演算部３１では、負荷位置θLをするために数値制御（ＮＣ）装置４１から与えられる位置指令θと、負荷位置θLとの偏差（θ−θL）を演算して、位置偏差Δθを求める。乗算部３２では、位置偏差Δθに位置ループゲインＫｐを乗算することにより、サーボモータ２３の回転速度を制御するためのモータ速度指令Ｖを求める。そして、速度偏差演算部３３では、逆特性モデル５から出力される速度の補償量ＶHをモータ速度指令Ｖに加算（Ｖ＋ＶH）した値と、モータ速度ＶMとの偏差（Ｖ＋ＶH−ＶM）を演算して、速度偏差ΔＶを求める。
【００３０】
比例積分演算部３４では、速度ループゲインＫVと積分時定数ＴVを用いて、τ＝ΔＶ×（ＫV（１＋１／（ＴVｓ）））の比例積分演算を行うことにより、サーボモータ２３に対するモータトルク指令τを求める。電流制御部３５では、サーボモータ２３で発生するトルクがモータトルク指令τに追従するようにサーボモータ２３へ供給する電流を制御する。なお、図示は省略するが、電流制御部３５ではモータ２３への供給電流がモータトルク指令τに応じた電流となるように電流のフィードバック制御を行っている。
【００３１】
このようにフィードバック制御系２１では位置ループをメインループとし、速度ループ及び電流ループをマイナループとした３重のループによってフィードバック制御を行うことにより、負荷位置θLが位置指令θに追従するように制御している。
【００３２】
（負荷イナーシャ推定モデルの説明）
そして更に本実施の形態例１では、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定するためのモデル６０が、フィードバック制御系２１に付加されている。図２に基づき、この負荷イナーシャ推定モデル６０について説明する。なお、図２において図１と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００３３】
図２に示す例では、送り系２２の特性を近似した特性モデル（伝達関数）を、サーボモータ２３と、その負荷であるテーブル２及びワークＷを質点とした２質点系の機械系モデルとして特定している。そして、負荷イナーシャ推定モデル６０は、この送り系２２の特性モデル（伝達関数）と、この特性モデルの逆特性モデル（逆伝達関数）５０と、フィードバック制御系２１のモデル（伝達関数）とを有して成るものである。
【００３４】
図２に示すように、サーボモータ２３の特性モデルを伝達関数で示すと、ブロック６２の伝達関数（１／（ＪMｓ＋ＤM））と、ブロック６３の伝達関数（１／ｓ）とで示される。ＪMはモータイナーシャ、ＤMはモータ粘性である。ブロック６２からはモータ速度ＶMが出力され、ブロック６３からはモータ位置θMが出力される。
【００３５】
ボールスクリュー２７を含めたテーブル２の特性モデルを伝達関数で示すと、ブロック６４の伝達関数（ＣLｓ＋ＫL）と、ブロック６５の伝達関数（１／（ＪLｓ＋ＤL））と、ブロック６６の伝達関数（１／ｓ）とで示される。ＪLは負荷イナーシャであり、テーブル２の重量（一定値）と、テーブル２に載置されたワークＷの重量とによって決まるイナーシャである。従って、テーブル２に載置するワークＷの重量が変化すると、これに応じて負荷イナーシャＪLも変化する。ＤLは負荷（テーブル）の粘性、ＣLはボールスクリュー２７部分（ネジ部２７ａ，ナット部２７ｂ，ブラケット２６）の軸方向に沿うバネ粘性、ＫLはボールスクリュー２７部分（ネジ部２７ａ，ナット部２７ｂ，ブラケット２６）の軸方向に沿うバネ剛性である。
【００３６】
位置偏差演算部６７では、モータ位置θMと負荷信号θLとの偏差（θM−θL）を演算して、位置偏差ΔθMLを求める。ブロック６４では、位置偏差ΔθMLが入力されると、τL＝ΔθML×（ＣLｓ＋ＫL）の演算を行うことにより、反力トルクτLを求めて出力する。反力トルクτLがブロック６５に入力されると、ブロック６５及びブロック６６でθL＝τL×（１／（ＪLｓ＋ＤL））×（１／ｓ）の演算を行うことにより、負荷位置θLを求めて、ブロック６６から出力する。
【００３７】
トルク偏差演算部６１では、トルク指令τと反力トルクτLとの偏差（τ−τL）を演算して、トルク偏差Δτを求める。ブロック６２ではＶM＝Δτ×（１／（ＪMｓ＋ＤM））の演算を行うことにより、モータ速度ＶMを求め、このモータ速度ＶMがブロック６３へ出力され、且つ、フィードバック制御系２１の速度偏差演算部３３へフィードバックされる。ブロック６３ではθM＝ＶM×（１／ｓ）の演算を行うことにより、モータ位置θMを求め、このモータ位置θMが位置偏差演算部６７へ出力され、且つ、フィードバック制御系２１の位置偏差演算部３１へフィードバックされる。
【００３８】
逆特性モデル５０は、１次微分項演算部５１と、２次微分項演算部５２と、３次微分項演算部５３と、４次微分項演算部５４と、５次微分項演算部５５と、加算部５６と、比例積分逆伝達関数部５７とを有している。
【００３９】
各微分項演算部５１〜５５と加算部５６には、送り系２２のサーボモータ２３、ボールスクリュー２７及びテーブル２での動的な誤差要因を補償して、負荷位置θLが位置指令θに一致（追従）するように補償制御をするための補償制御用伝達関数が設定されている。この補償制御用伝達関数は、前述の送り系２２（サーボモータ２３、ボールスクリュー２７及びテーブル２からなる機械系）の伝達関数の逆伝達関数である。なお、この逆伝達関数は、演算要素を一部省略した関数にしている。
【００４０】
具体的には、逆特性モデル５０の各微分項演算部５１〜５５では、各演算項ａ１ｓ，ａ２ｓ2，ａ３ｓ3，ａ４ｓ4，ａ５ｓ5をそれぞれ有しており、位置指令θに各演算項ａ１ｓ〜ａ５ｓ5をそれぞれ乗算し、この乗算値を加算部５６でそれぞれ出力する。加算部５６では、各微分項演算部５１〜５５から出力された各乗算値を加算する。
【００４１】
各演算項ａ１ｓ〜ａ５ｓ5における各係数ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５は下記のように設定している。前述のとおり、各係数ａ１〜ａ５の式に含まれているＫVは速度ループゲイン、ＫLはボールスクリュー２７の軸方向に沿うバネ剛性、ＴVは積分時定数、ＤMはサーボモータ２３の粘性、ＤLは負荷粘性、ＪMはサーボモータ２３のイナーシャ、ＪLは負荷イナーシャである。
なお、各係数ａ１〜ａ５を下記のように設定（演算）する演算手法については、後述する。
【数１】
【００４２】
比例積分逆伝達関数部５７には、比例積分演算部３４の伝達関数ＫV（１＋１／（ＴVｓ））の逆伝達関数（Ｔｖ／ＫV（ＴVｓ＋１））×ｓのうちの（Ｔｖ／ＫV（ＴVｓ＋１））が設定されている。（Ｔｖ／ＫV（ＴVｓ＋１））×ｓのうちの微分演算子ｓは、各微分項演算部５１〜５５の各演算項ａ１ｓ〜ａ５ｓ5にそれぞれ割り振られている。
【００４３】
そして、このような係数ａ１〜ａ５が設定された逆特性モデル５０から出力される速度補償量ＶHをフィードバック制御系２１に適用して、送り系２２の負荷位置制御を実施することにより、送り系２２のサーボモータ２３、ボールスクリュー２７、テーブル２などに生じる歪み、撓み、粘性などの誤差要因を補償することができるため、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができる。その結果、高精度な加工を行うことができる。
【００４４】
（負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法の説明）
【００４５】
しかしながら、テーブル２に載置されるワークＷの重量が変化すると（重量の異なるワークＷがテーブル２に載置されると）、当該ワークＷの重量の変化に応じて負荷イナーシャＪLも変化するため、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータが一致しなくなる。具体的には、逆特性モデル５０において、負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上（即ちａ１ｓ3〜ａ５ｓ5の項）の係数ａ３〜ａ５が、送り系２２のパラメータと不一致となる。従って、このままでは位置偏差Δθが増加して、位置指令θに対する負荷位置θLの追従遅が生じてしまう。
【００４６】
そこで、ワークＷの加工を行う前に次のような方法により、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定する。
【００４７】
まず、図１に示す実機の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）において、テーブル２にワークＷを載置した状態で、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１へ位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１による送り系２２の負荷位置制御試験を実施する。そして、このときに生じる位置偏差Δθを測定する。但し、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、テーブル２が特定（予め定めておいた）の負荷位置θLに達した時点（即ち特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じる位置偏差Δθを測定する。
【００４８】
次に、図１及び図２に示す前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデル６０において、テーブル２に前記ワークＷを載置した状態で、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１のモデルへ前記位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施する。
【００４９】
その際、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて生じる位置偏差Δθが、前記実機による負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなるまで、送り系２２のモデルに含まれているテーブル２及びワークＷの負荷イナーシャＪLを調整して、前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返す。
【００５０】
但し、前述のとおり、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、テーブル２が前記特定の負荷位置θLに達した時点（即ち前記特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じる位置偏差Δθと、前記実機による負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθとを比較して、両者が等しくなったか否かを推定する。また、前記実機による負荷位置制御試験を行うときの逆特性モデル５０における負荷イナーシャＪLと、前記負荷位置制御シミュレーションを行うときの逆特性モデル５０における負荷イナーシャＪLは同じ値に設定する。例えば、これらはテーブル２にワークＷを載置しない無負荷時の負荷イナーシャＪL0とする。
【００５１】
そして、送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLを調整して、前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返した結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて生じる位置偏差Δθが、前記実機による負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなれば、このときの送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLが、実際のテーブル２に載置したワークＷの重量に対応した負荷イナーシャＪLであると推定する。
【００５２】
次に、この推定した負荷イナーシャＪLを、図１に示すように負荷イナーシャ推定モデル６０から、実機の逆特性モデル５０へ出力する。実機の逆特性モデル５０では、負荷イナーシャ推定モデル６０から出力された負荷イナーシャＪLに基づいて、負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５を調整（設定）する。かくして、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５）が一致する。このため、当該ワークＷの加工を行う際には、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
【００５３】
（作用効果）
以上のように、本実施の形態例１の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系２２の逆特性モデル５０を付加したフィードバック制御系２１により、逆特性モデル５０から出力される送り系２２の動的な誤差要因を補償するための補償量ＶHに基づいて、送り系２２の負荷位置θLを制御する負荷位置制御システムに対し、送り系２２の負荷イナーシャＪLを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、フィードバック制御系２１に位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθを測定し、前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデル６０において、フィードバック制御系２１のモデルに前記位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθが、前記負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなるまで、送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθが、前記負荷位置制御試験で測定した位置偏差Δθに等しくなれば、このときの送り系２２のモデルに含まれている負荷イナーシャＪLが、実機の送り系２２の負荷イナーシャＪLであると推定することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャＪLを容易に推定することができる。
【００５４】
そして、本実施の形態例１の制御パラメータ調整方法によれば、前記負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャＪLに基づいて、実機の逆特性モデル５０に含まれている負荷イナーシャＪLを調整することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５）を一致させることができる。このため、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
【００５５】
＜実施の形態例２＞
（負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法の説明）
図３に基づき、本発明の実施の形態例２に係る負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法について説明する。なお、図３において、上記実施の形態例１と同様の部分には同一の符号を付し、重複する詳細な説明は省略する。
【００５６】
図３に示すように、本実施の形態例２では、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定するための位置偏差特性データ部７０が、フィードバック制御系２１に付加されている。
【００５７】
位置偏差Δθ（即ちボールスクリュー２７の撓みなど）とワークＷの重量との間には、Ｆ＝ｍａ＝ＫLΔθ（Ｆ：力、ｍ：ワーク重量、ＫL：ボールスクリューのバネ剛性、Δθ：位置偏差）の関係式が成り立ち、力Ｆとバネ剛性ＫLを一定にすれば、位置偏差ΔθはワークＷの重量の増加に比例してリニアに増加すると考えられる。
また、逆特性モデル５０における３次微分以上の項（ａ３ｓ3〜ａ５ｓ5）については、負荷イナーシャＪLに比例して補償量が決定されており、テーブル２に載置するワークＷの重量の増加に比例して位置偏差Δθがリニアに増加すると考えることができる。
従って、テーブル２にワークＷを載置しない無負荷時の負荷イナーシャＪL0における位置偏差Δθと、想定される最大重量のワークＷをテーブル２に載置した最大負荷時の負荷イナーシャＪLにおける位置偏差Δθのデータがあれば、このデータから、未知の重量のワークＷをテーブル２に載置したときの負荷イナーシャＪL1を推定することができる。
【００５８】
そこで、図３に示す実機の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）において、前記無負荷時の場合と前記最大負荷時実施の場合に対し、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１へ位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１による送り系２２の負荷位置制御試験を実施する。そして、前記無負荷時において生じる位置偏差ΔθL0と、最大負荷時において生じる位置偏差ΔθLMとを測定する。
【００５９】
或いは、図２に示すような負荷位置制御システムのモデルを用いて、前記無負荷時の場合と前記最大負荷時実施の場合に対し、フィードバック制御系２１のモデルへ前記位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施する。そして、前記無負荷時において生じる位置偏差ΔθL0と、前記最大負荷時において生じる位置偏差ΔθLMとを測定する。
【００６０】
なお、前述のとおり、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、テーブル２が特定（予め定めておいた）の負荷位置θLに達した時点（即ち特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じる位置偏差ΔθL0，ΔθLMを測定する。
また、前記無負荷時の位置偏差ΔθL0を基準とすため、逆特性モデル５０における負荷イナーシャＪLは、前記無負荷時の負荷イナーシャＪL0とする。従って、前記無負荷時の位置偏差ΔθL0は、ほぼ０となる。
【００６１】
位置偏差特性データ部７０には、この予め測定された前記無負荷時の位置偏差ΔθL0と、前記最大負荷時の位置偏差ΔθLMとに基づいて、負荷イナーシャＪLの増加に比例してリニアに増加する位置偏差特性データΔＶDを設定する。
【００６２】
そして、ワークＷの加工を行う前に次のような方法により、ワークＷの重量に応じた負荷イナーシャＪLを推定する。
【００６３】
まず、図３に示す実機の負荷位置制御システム（フィードバック制御系２１及び送り系２２）において、テーブル２にワークＷを載置した状態で、ＮＣ装置４１からフィードバック制御系２１へ位置指令θ（Ｘ軸方向への移動指令）を与えることにより、このフィードバック制御系２１による送り系２２の負荷位置制御試験を実施する。
【００６４】
そして、位置偏差特性データ部７０では、このときに生じる位置偏差Δθ（図示例ではΔθ1）を測定（入力）する。但し、前述のとおり、バネ剛性ＫLが負荷位置θLによって変化するため、位置偏差特性データ部７０では、テーブル２が特定（予め定めておいた）の負荷位置θLに達した時点（即ち特定のバネ剛性ＫLとなる負荷位置θLに達した時点）において生じた位置偏差Δθ1（図示例ではΔθ1）を測定（入力）する。
【００６５】
次に、位置偏差特性データ部７０では、予め設定されている位置偏差特性データΔＶDに基づいて、前記実機の負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定（入力）した位置偏差Δθ（図示例ではΔθ1）に対応する負荷イナーシャＪL（図示例ではＪL1）を求め、この負荷イナーシャＪL（図示例ではＪL1）が、実際にテーブル２に載置したワークＷの重量に対応する負荷イナーシャＪLであると推定する。この推定された負荷イナーシャＪLは位置偏差特性データ部７０から、実機の逆特性モデル５０へ出力される。
【００６６】
実機の逆特性モデル５０では、負荷イナーシャ推定モデル６０から出力された負荷イナーシャＪL（図示例ではＪL1）に基づいて、負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５を調整（設定）する。かくして、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５）が一致する。このため、当該ワークＷの加工を行う際には、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
【００６７】
なお、上記では最大負荷時の位置偏差ΔθLMを用いて位置偏差特性データΔＶDを設定しているが、これに限定するものではなく、最大負荷以外の負荷時の位置偏差ΔθLを用いて位置偏差特性データΔＶDを設定してもよい。即ち、最大重量以外の重量のワークＷをテーブル２に載置した状態（即ち最大負荷以外の負荷状態）において、上記と同様の実機による負荷位置制御試験又は負荷位置制御シミュレーションを実施することにより、当該負荷時の位置偏差Δθを測定し、この測定した当該負荷時の位置偏差Δθと無負荷時の位置偏差Δθ0とに基づいて、負荷イナーシャＪLの増加に比例してリニアに増加する位置偏差特性データΔＶDを設定してもよい。
【００６８】
（作用効果）
以上のように、本実施の形態例２の負荷イナーシャ推定方法によれば、送り系２２の逆特性モデル５０を付加したフィードバック制御系２１により、逆特性モデル５０から出力される送り系２２の動的な誤差要因を補償するための補償量ＶHに基づいて、送り系２２の負荷位置θLを制御する負荷位置制御システムに対し、送り系２２の負荷イナーシャＪLを推定する方法であって、前記負荷位置制御システムにおいて、フィードバック制御系２１に位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθを測定し、又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、フィードバック制御系２１のモデルに前記位置指令θを与えることにより、フィードバック制御系２１のモデルによる送り系２２のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθ（Δθ1）を測定し、予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθ0と、負荷時に前記特定の負荷位置θLで生じる位置偏差Δθ（ΔθM）とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャＪLの増加に比例して位置偏差Δθがリニアに増加する位置偏差特性データΔＶDに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した位置偏差Δθ（Δθ1）に対応する負荷イナーシャＪL（ＪL1）を求め、この負荷イナーシャＪL（ＪL1）が実機の送り系２２の負荷イナーシャＪLであると推定することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、当該負荷重量に応じた負荷イナーシャＪLを容易に推定することができる。
【００６９】
そして、本実施の形態例２の制御パラメータ調整方法によれば、前記負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャＪLに基づいて、実機の逆特性モデル５０に含まれている負荷イナーシャＪLを調整することを特徴としているため、送り系２２の負荷重量（テーブル２に載置されるワークＷの重量）が変化しても、送り系２２のパラメータと逆特性モデル５０のパラメータ（負荷イナーシャＪLの項を含んでいる３次微分項以上の係数ａ３〜ａ５）を一致させることができる。このため、高精度に負荷位置θLを制御して位置指令θに追従させることができ、高精度な加工を行うことができる。
【００７０】
なお、上記実施の形態例１，２では推定した負荷イナーシャＪLによって逆特性モデル５０の負荷イナーシャＪLを調整しているが、これだけに限らず、加工条件に関する制御パラメータなどのような逆特性モデル５０の負荷イナーシャＪL以外の制御パラメータも、推定した負荷イナーシャＪLによって調整するようにしてもよい。例えば、推定した負荷イナーシャＪLを位置偏差特性データ部７０や負荷イナーシャ推定モデル６０からＮＣ装置４１へも出力するようにし、この推定した負荷イナーシャＪLによって、ＮＣ装置４１で設定する加減速時間やコーナ速度加速度などの制御パラメータの調整を行うようにしてもよい。
【００７１】
また、上記実施の形態例１，２では本発明をテーブル２の送り系２２に適用する場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明はテーブル２以外の送り系（、例えばサドルやラムなどの送り系）に適用することもできる。例えば、図４において、アタッチメント８や工具９の重量が変化する場合には、本発明をサドル５やラム６の送り系に適用することも有効である。
【００７２】
また、上記実施の形態例１，２では本発明をサーボモータ２３やボールスクリュー２７などから成る送り系２２に適用する場合について説明したが、これに限定するものではなく、本発明は、その他の構成の送り系（例えば油圧ポンプ、油圧モータ、油圧シリンダなどを用いた送り系など）にも適用することができる。
【００７３】
また、上記実施の形態例１，２では工作機械の送り系に適用した場合について説明したが、必ずしもこれに限定するものではなく、本発明は工作機械以外の産業機械の送り系にも適用することができる。
【００７４】
＜逆特性モデルの係数の演算手法の説明＞
ここで逆特性モデル５０における各係数ａ１〜ａ５を設定（演算）して演算手法について説明する。
【００７５】
図２に示す機械系モデルにおいて、トルク及び速度の逆特性モデルの伝達関数は、次のようにして計算できる。まず、運動方程式から、下記の（１）式及び（２）式が求められる。なお、（１）式は、サーボモータ２３の特性をモデル化したモータ伝達関数に関して入出力の関係を示す運動方程式であり、（２）式は、負荷であるテーブル２及びワークＷの特性をモデル化した負荷伝達関数に関して入出力の関係を示す運動方程式である。
【数２】
【００７６】
上記の（１）式及び（２）式より、下記の（３）式及び（４）式が得られる。
【数３】
【００７７】
誤差０で負荷（テーブル２及びワークＷ）を移動させるためには、負荷位置θLが位置指令θと一致するように補償制御をすればよい。即ち、θ＝θLとなるように補償制御をすればよい。このようにθ＝θLとするためには、トルク指令τを（３）式の右辺の｛ ｝内の式（第１の伝達関数式）でフィードフォワード補償制御をし、速度指令Ｖを（４）式の右辺の（ ）内の式（第２の伝達関数式）でフィードフォワード補償制御をすればよい。なお（４）式において、θMｓはモータ速度ＶMと等価である。
【００７８】
（３）式において、θLをθに置換してから、指令速度Ｖτに置き換えると、（３）式は下記の（５）式となる。（５）式は（３）式に比例積分演算器３４に設定した比例積分演算式の逆演算式を掛けたものである。換言すると、（３）式を比例積分演算器３４に設定した比例積分演算式で除算したものが（５）式となる。（５）式の右辺においてθを除く部分が第３の伝達関数式となる。また、（４）式においてθLをθに置換してから、（４）式を変形すると、下記の（６）式となる。負荷位置θLが位置指令θと一致するように補償制御をするには、θとθLの誤差を０とするための補償速度ＶHを、（５）式と（６）式を加えたものにすればよく、これは下記の（７）式で示される。（７）式の右辺のうちのθを除く部分が第４の伝達関数式である。
【数４】
【００７９】
（７）式のままでは、微分次数で式をまとめることはできないが、精度にあまり影響しないＣL項を（７）式から削除すると、下記の（８）式が得られる。（８）式の右辺のうちのθを除く部分が、補償制御用伝達関数である。（８）式を係数ａ１〜ａ５に置き換えると、下記の（９）式が得られる。従って、（８）式及び（９）式から、各係数ａ１〜ａ５が得られる。
【数５】
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は負荷イナーシャ推定方法及び制御パラメータ調整方法に関するものであり、工作機械などのフィードバック制御系に付加した送り系の逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する場合に適用して有用なものである。
【符号の説明】
【００８１】
１ ベッド
２ テーブル
２１ フィードバック制御系
２２ 送り系
２３ サーボモータ
２４ 減速ギヤ装置
２４ａ モータ側ギヤ
２４ｂ 負荷側ギヤ
２５ ベアリング
２６ ブラケット
２７ ボールスクリュー
２７ａ ネジ部
２７ｂ ナット部
２８ 位置検出器
２９ パルスエンコーダ
３１ 位置偏差演算部
３２ 乗算部
３３ 速度偏差演算部
３４ 比例積分演算部
３５ 電流制御部
３６ 微分演算部
４１ ＮＣ装置
５０ 逆特性モデル
５１ １次微分項演算部
５２ ２次微分項演算部
５３ ３次微分項演算部
５４ ４次微分項演算部
５５ ５次微分項演算部
５６ 加算部
５７ 比例積分逆伝達関数部
６０ 負荷イナーシャ推定モデル
６１ トルク偏差演算部
６２，６３ サーボモータに関する伝達関数のブロック
６４，６５，６６ テーブル及びボールスクリューに関する伝達関数のブロック
６７ 位置偏差演算部
７０ 位置偏差特性データ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなるまで、前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなれば、このときの前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャが、前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
を特徴とする負荷イナーシャ推定方法。
【請求項２】
送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差を測定し、
予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差と、負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャの増加に比例して位置偏差がリニアに増加する位置偏差特性データに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した前記位置偏差に対応する負荷イナーシャを求め、この負荷イナーシャが前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
を特徴とする負荷イナーシャ推定方法。
【請求項３】
送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法であって、
請求項１又は２の負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャに基づいて、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整することを特徴とする制御パラメータ調整方法。
【請求項１】
送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
前記負荷位置制御システムのモデルである負荷イナーシャ推定モデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、且つ、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなるまで、前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャを調整して前記負荷位置制御シミュレーションを繰り返し、その結果、前記負荷位置制御シミュレーションにおいて前記特定の負荷位置で生じる前記位置偏差が、前記負荷位置制御試験で測定した前記位置偏差に等しくなれば、このときの前記送り系のモデルに含まれている負荷イナーシャが、前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
を特徴とする負荷イナーシャ推定方法。
【請求項２】
送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記送り系の負荷イナーシャを推定する方法であって、
前記負荷位置制御システムにおいて、前記フィードバック制御系に位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系による負荷位置制御試験を実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置との位置偏差を測定し、
又は、前記負荷位置制御システムのモデルにおいて、前記フィードバック制御系のモデルに前記位置指令を与えることにより、前記フィードバック制御系のモデルによる前記送り系のモデルの負荷位置制御シミュレーションを実施し、このときに特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差を測定し、
予め測定された無負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差と、負荷時に前記特定の負荷位置で生じる前記位置指令と負荷位置の位置偏差とに基づいて予め設定されている、負荷イナーシャの増加に比例して位置偏差がリニアに増加する位置偏差特性データに基づいて、前記負荷位置制御試験又は前記負荷位置制御シミュレーションにより測定した前記位置偏差に対応する負荷イナーシャを求め、この負荷イナーシャが前記送り系の負荷イナーシャであると推定すること、
を特徴とする負荷イナーシャ推定方法。
【請求項３】
送り系の逆特性モデルを付加したフィードバック制御系により、前記逆特性モデルから出力される前記送り系の動的な誤差要因を補償するための補償量に基づいて、前記送り系の負荷位置を制御する負荷位置制御システムに対し、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整する制御パラメータ調整方法であって、
請求項１又は２の負荷イナーシャ推定方法で推定された負荷イナーシャに基づいて、前記逆特性モデルに含まれている負荷イナーシャを調整することを特徴とする制御パラメータ調整方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−８８８２７（Ｐ２０１２−８８８２７Ａ）
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３３２４９（Ｐ２０１０−２３３２４９）
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月１０日（２０１２．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１８日（２０１０．１０．１８）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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