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1、(10)申请公布号 CN 103140818 A (43)申请公布日 2013.06.05 CN 103140818 A *CN103140818A* (21)申请号 201180046473.X (22)申请日 2011.10.05 2010-233249 2010.10.18 JP G05B 19/404(2006.01) G05B 13/04(2006.01) (71)申请人 三菱重工业株式会社 地址 日本国东京都港区港南二丁目 16 番 5 号 (72)发明人 仓本博久 山田泰成 (74)专利代理机构 上海市华诚律师事务所 31210 代理人 徐晓静 (54) 发明名称 负载惯性推断方。
2、法和控制参数调整方法 (57) 摘要 本发明目的在于提供一种负载惯性推断方法 和控制参数调整方法。 因此， 在负载位置控制系统 中， 实施反馈控制系统 (21) 进行的负载位置控制 试验， 测定在规定的负载位置 (L) 产生的第 1 的 位置偏差 ()， 作为负载位置控制系统的模型 的负载惯性推断模型 (60) 中， 实施反馈控制系模 型进行的进给系统模型的负载位置控制模拟， 调 整包含于进给系统模型中的负载惯性 (JL)， 反复 所述负载位置控制模拟， 直到此时在规定的负载 位置产生的第2位置偏差()等于第1位置偏 差， 如果第 2 位置偏差等于第 1 位置偏差的话， 推 断此时的进给系统模。
3、型的负载惯性为实机的进给 系统的负载惯性。 又， 以该推断的负载惯性设定逆 特性模型 (50) 的系数 (a3 a5)。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2013.03.27 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2011/072917 2011.10.05 (87)PCT申请的公布数据 WO2012/053352 JA 2012.04.26 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 13 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书13页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103140818 A C。
4、N 103140818 A *CN103140818A* 1/1 页 2 1. 一种负载惯性推断方法， 其特征在于， 其为通过附加了进给系统的逆特性模型的反 馈控制系统， 基于从所述逆特性模型输出的、 用于对所述进给系统的动态的误差要素进行 补偿的补偿量， 对控制所述进给系统的负载位置的负载位置控制系统， 推断所述进给系统 的负载惯性的方法， 所述负载位置控制系统中， 通过对所述反馈控制系统发出位置指令， 实施所述反馈控 制系统的负载位置控制试验， 测定此时在规定的负载位置产生的所述位置指令与负载位置 的位置偏差， 所述负载位置控制系统的模型、 即负载惯性推断模型中， 通过对所述反馈控制系统的。
5、 模型给出所述位置指令， 实施所述反馈控制系统的模型所进行的所述进给系统的模型的负 载位置控制模拟， 并且， 调整包含于所述进给系统的模型中的负载惯性， 反复所述负载位置 控制模拟， 直到所述负载位置控制模拟中， 在所述规定的负载位置产生的所述位置指令与 负载位置的位置偏差等于在所述负载位置控制试验测定到的所述位置偏差， 其结果， 如果 所述负载位置控制模拟中， 在所述规定的负载位置产生的所述位置偏差等于在所述负载位 置控制试验测定到的所述位置偏差的话， 将此时的所述进给系统的模型所包含的负载惯性 推断为所述进给系统的负载惯性。 2. 一种负载惯性推断方法， 其特征在于， 其为通过附加了进给系。
6、统的逆特性模型的反 馈控制系统， 基于从所述逆特性模型输出的、 用于补偿所述进给系统的动态的误差要素的 补偿量， 对控制所述进给系统的负载位置的负载位置控制系统， 推断所述进给系统的负载 惯性的方法， 在所述负载位置控制系统中， 通过对所述反馈控制系统给出位置指令， 实施所述反馈 控制系统所进行的负载位置控制试验， 测定此时在规定的负载位置产生的所述位置指令与 负载位置的位置偏差， 或者， 在所述负载位置控制系统的模型中， 对所述反馈控制系统的模型给出所述位置 指令， 实施所述反馈控制系统的模型所进行的所述进给系统的模型的负载位置控制模拟， 测定此时在规定的负载位置产生的所述位置指令与负载位置。
7、的位置偏差， 基于位置偏差特性数据求出与由所述负载位置控制试验或所述负载位置控制模拟测 定到的所述位置偏差对应的负载惯性， 将该负载惯性推断为所述进给系统的负载惯性， 所 述位置偏差特性数据是基于预先测定的无负载时在所述规定的负载位置产生的所述位置 指令与负载位置的位置偏差、 和负载时在所述规定的负载位置产生的所述位置指令与负载 位置的位置偏差而预先设定的， 且位置偏差与负载惯性的增加成比例地线性增加。 3. 一种控制参数调整方法， 其特征在于， 其为通过附加了进给系统的逆特性模型的反 馈控制系统， 基于从所述逆特性模型输出的、 用于补偿所述进给系统的动态的误差要素的 补偿量， 对控制所述进给。
8、系统的负载位置的负载位置控制系统， 调整包含于所述逆特性模 型中的负载惯性的控制参数调整方法， 基于由权利要求 1 或 2 的负载惯性推断方法推断的负载惯性， 调整包含于所述逆特性 模型中的负载惯性。 权 利 要 求 书 CN 103140818 A 2 1/13 页 3 负载惯性推断方法和控制参数调整方法 技术领域 0001 本发明涉及适用于机床等工业用机械的负载惯性推断方法和控制参数调整方法。 背景技术 0002 对于机床等工业用机械中的进给系统的负载位置控制， 一般采用作为经典控制理 论的反馈控制。 0003 图 4 示出机床的一例。图示例的机床是门形加工中心， 具有机座 1、 工作台 。
9、2、 门形 支柱 3、 横梁 4、 滑鞍 5、 滑枕 6 和主轴 7。 0004 在机座 1 上设置有工作台 2， 支柱 33 被设置为横跨工作台 2。工作台 2 在加工时 载置有工件 W， 通过进给系统 ( 在图 4 中省略图示 ： 参照图 5) 沿着机座 1 上的导轨 1a 在 X 轴方向直线移动。横梁 4 通过进给系统 ( 图示省略 ) 沿着支柱前面 3a 的导轨 3b 在 Z 轴方 向直线移动。滑鞍 5 通过进给系统 ( 图示省略 ) 沿着横梁前面 4a 的导轨 4b 在 Y 轴方向直 线移动。滑枕 6 设于滑鞍 5， 通过进给系统 ( 图示省略 ) 在 Z 轴方向直线移动。主轴 7 。
10、在滑 枕 6 内以能够旋转的状态被支承， 顶端通过附件 8 安装有工具 9。 0005 因此， 以工具 9 加工工件 W 时， 工具 9 被主轴 7 旋转驱动， 主轴 7 和工具 9 与横梁 4 或滑枕 6 一起在 Z 轴方向直线移动， 并与滑鞍 5 一起在 Y 轴方向直线移动， 工作台 2 和工 件 W 在 X 方向直线移动。于是， 此时为了高精度地加工工件 W， 需要通过反馈控制来高精度 地控制主轴 7( 工具 9) 和工作台 2( 工件 W) 的移动位置。 0006 图 5 示出反馈控制系统和进给系统的一般的构成例。省略了详细的说明， 图 5 所 示的工作台 2 的进给系统 11 由伺服。
11、电动机 12、 减速齿轮装置 13、 托架 14、 滚珠螺杆 15( 螺 杆部 15c、 螺母部 15b) 等构成， 使工作台 2 和工件 W 向 X 轴方向直线移动。与该进给系统 11 相对， 反馈控制系统 16 控制伺服电动机 12 的旋转， 使得位置检测器 6 检测到的工作台 2( 工件 W) 的位置、 即负载位置 L追随由数值控制 (NC) 装置 17 发出的位置指令 。 0007 但是， 图示例这样的反馈控制系统 16 难以得到充分地追随性， 产生负载位置 L 相对于位置指令 的追随延迟 ( 即、 负载位置的延迟 )。因此， 为了应对该追随延迟 ( 负载 位置的延迟 )， 虽然图示省。
12、略了， 但一般要对反馈控制系统 16 附加对位置指令 进行微分 来进行位置延迟补偿的前馈控制功能。 0008 但是， 即使对反馈控制系统附加这样的前馈控制功能， 也无法补偿由于控制对象 的机械要素发生的挠曲、 扭转等动态的变形所产生的位置延迟和振动。例如图 5 的进给系 统 11 中， 滚珠螺杆 15 的螺杆部 15c 的刚性有限， 在工作台 2 移动时， 产生与负载惯性 ( 工 件重量 ) 和负载位置 L相应的螺杆部 15c 的扭转或挠曲等， 但由此而产生的负载位置 L 的追随延迟是无法由所述前馈控制功能补偿的。 0009 因此， 下述的专利文献 1 中公开如下技术 ： 求出与进给系统的特性。
13、近似的特性模 型 ( 传递函数 )， 求出该特性模型的逆特性模型 ( 逆传递函数 )， 通过将该逆特性模型附加 到反馈控制系统， 来对进给系统的滚珠螺杆的扭转、 挠曲等产生的负载位置的延迟和速度 的延迟进行补偿 ( 参照图 1、 图 2 ： 后文详述 )。又， 作为对控制系统附加控制对象的逆特性 说 明 书 CN 103140818 A 3 2/13 页 4 模型的技术还有下述的专利文献 2、 3 所公开的技术。 0010 现有技术文献 0011 专利文献 0012 专利文献 1 ： 特开 2009-201169 号公报 0013 专利文献 2 ： 专利第 3351990 号公报 0014 专。
14、利文献 3 ： 专利第 3739746 号公报 0015 专利文献 4 ： 专利第 4137673 号公报 发明内容 0016 发明要解决的技术问题 0017 然而， 在图 5 中， 虽然工作台 2 的重量恒定， 但工件 W 的重量因加工制品的种类等 而不同， 因此， 由工作台 2 的重量和工件 W 的重量确定的负载惯性也随工件 W 的重量的变化 而变化。 0018 因此， 认为包含于进给系统的逆特性模型 ( 逆传递函数 ) 的负载惯性一直为恒定 值的话， 将与所述恒定值不同重量的工件W载置于工作台2进行加工时， 包含于进给系统的 逆特性模型的负载惯性与进给系统的实际的负载惯性会不同。因此， 。
15、即使将所述进给系统 的逆特性模型附加到反馈控制系统， 在加工与所述恒定值不同重量的工件 W 时， 由滚珠螺 杆 15 的扭转、 挠曲等造成的负载位置 L的追随延迟不能由逆特性模型充分补偿， 使得位 置指令 和负载位置 L的位置偏差变大， 因此， 不能够高精度地加工该工件 W。 0019 因此， 附加了进给系统的逆特性模型的反馈控制系统中， 为了对无论多重的的工 件W都可以进行高精度地加工， 需要推断与工件W的重量对应的负载惯性， 根据该推断的负 载惯性， 调整包含于进给系统的逆特性模型的负载惯性。 0020 因此， 本发明鉴于上述情况， 提出了推断与工件重量对应的负载惯性的负载惯性 推断方法、。
16、 和通过该推断的负载惯性， 调整包含于进给系统的逆特性模型的负载惯性的控 制参数调整方法。 0021 又， 上述的专利文献 4 记载了根据无负载时和负载时的电动机的转矩差计算负载 重量的方法， 而本发明的方法是基于位置偏差等推断负载惯性。 0022 解决问题的技术手段 0023 为了解决上述问题第 1 发明的负载惯性推断方法为通过附加了进给系统的逆特 性模型的反馈控制系统， 基于从所述逆特性模型输出的、 用于对所述进给系统的动态的误 差要素进行补偿的补偿量， 对控制所述进给系统的负载位置的负载位置控制系统， 推断所 述进给系统的负载惯性的方法， 0024 所述负载位置控制系统中， 通过对所述反。
17、馈控制系统发出位置指令， 实施所述反 馈控制系统的负载位置控制试验， 测定此时在规定的负载位置产生的所述位置指令与负载 位置的位置偏差， 0025 所述负载位置控制系统的模型、 即负载惯性推断模型中， 通过对所述反馈控制系 统的模型给出所述位置指令， 实施所述反馈控制系统的模型所进行的所述进给系统的模型 的负载位置控制模拟， 并且， 调整包含于所述进给系统的模型中的负载惯性， 反复所述负载 位置控制模拟， 直到所述负载位置控制模拟中， 在所述规定的负载位置产生的所述位置指 说 明 书 CN 103140818 A 4 3/13 页 5 令与负载位置的位置偏差等于在所述负载位置控制试验测定到的所。
18、述位置偏差， 其结果， 如果所述负载位置控制模拟中， 在所述规定的负载位置产生的所述位置偏差等于在所述负 载位置控制试验测定到的所述位置偏差的话， 将此时的所述进给系统的模型所包含的负载 惯性推断为所述进给系统的负载惯性。 0026 另外， 第 2 发明的负载惯性推断方法为通过附加了进给系统的逆特性模型的反馈 控制系统， 基于从所述逆特性模型输出的、 用于补偿所述进给系统的动态的误差要素的补 偿量， 对控制所述进给系统的负载位置的负载位置控制系统， 推断所述进给系统的负载惯 性的方法， 0027 在所述负载位置控制系统中， 通过对所述反馈控制系统给出位置指令， 实施所述 反馈控制系统所进行的负。
19、载位置控制试验， 测定此时在规定的负载位置产生的所述位置指 令与负载位置的位置偏差， 0028 或者， 在所述负载位置控制系统的模型中， 对所述反馈控制系统的模型给出所述 位置指令， 实施所述反馈控制系统的模型所进行的所述进给系统的模型的负载位置控制模 拟， 测定此时在规定的负载位置产生的所述位置指令与负载位置的位置偏差， 0029 基于位置偏差特性数据求出与由所述负载位置控制试验或所述负载位置控制模 拟测定到的所述位置偏差对应的负载惯性， 将该负载惯性推断为所述进给系统的负载惯 性， 所述位置偏差特性数据是基于预先测定的无负载时在所述规定的负载位置产生的所述 位置指令与负载位置的位置偏差、 。
20、和负载时在所述规定的负载位置产生的所述位置指令与 负载位置的位置偏差而预先设定的， 且位置偏差与负载惯性的增加成比例地线性增加。 0030 另外， 第 3 发明的控制参数调整方法为通过附加了进给系统的逆特性模型的反馈 控制系统， 基于从所述逆特性模型输出的、 用于补偿所述进给系统的动态的误差要素的补 偿量， 对控制所述进给系统的负载位置的负载位置控制系统， 调整包含于所述逆特性模型 中的负载惯性的控制参数调整方法， 0031 基于由第 1 或第 2 发明的负载惯性推断方法推断的负载惯性， 调整包含于所述逆 特性模型中的负载惯性。 0032 发明的效果 0033 根据第 1 发明的负载惯性推断方。
21、法， 是通过附加了进给系统的逆特性模型的反馈 控制系统， 基于从所述逆特性模型输出的、 用于对所述进给系统的动态的误差要素进行补 偿的补偿量， 对控制所述进给系统的负载位置的负载位置控制系统， 推断所述进给系统的 负载惯性的方法， 所述负载位置控制系统中， 通过对所述反馈控制系统发出位置指令， 实施 所述反馈控制系统的负载位置控制试验， 测定此时在规定的负载位置产生的所述位置指令 与负载位置的位置偏差， 所述负载位置控制系统的模型、 即负载惯性推断模型中， 通过对所 述反馈控制系统的模型给出所述位置指令， 实施所述反馈控制系统的模型所进行的所述进 给系统的模型的负载位置控制模拟， 并且， 调整。
22、包含于所述进给系统的模型中的负载惯性， 反复所述负载位置控制模拟， 直到所述负载位置控制模拟中， 在所述规定的负载位置产生 的所述位置指令与负载位置的位置偏差等于在所述负载位置控制试验测定到的所述位置 偏差， 其结果， 如果所述负载位置控制模拟中， 在所述规定的负载位置产生的所述位置偏差 等于在所述负载位置控制试验测定到的所述位置偏差的话， 将此时的所述进给系统的模型 所包含的负载惯性推断为所述进给系统的负载惯性。因此， 即使进给系统的负载重量 ( 例 说 明 书 CN 103140818 A 5 4/13 页 6 如载置于机床的工作台的工件的重量 ) 发生变化， 也可以容易地推断出与该负载重。
23、量对应 的负载惯性。 0034 根据第 2 发明的负载惯性推断方法， 为通过附加了进给系统的逆特性模型的反馈 控制系统， 基于从所述逆特性模型输出的、 用于补偿所述进给系统的动态的误差要素的补 偿量， 对控制所述进给系统的负载位置的负载位置控制系统， 推断所述进给系统的负载惯 性的方法， 在所述负载位置控制系统中， 通过对所述反馈控制系统给出位置指令， 实施所述 反馈控制系统所进行的负载位置控制试验， 测定此时在规定的负载位置产生的所述位置指 令与负载位置的位置偏差， 或者， 在所述负载位置控制系统的模型中， 对所述反馈控制系统 的模型给出所述位置指令， 实施所述反馈控制系统的模型所进行的所述。
24、进给系统的模型的 负载位置控制模拟， 测定此时在规定的负载位置产生的所述位置指令与负载位置的位置偏 差， 基于位置偏差特性数据求出与由所述负载位置控制试验或所述负载位置控制模拟测定 到的所述位置偏差对应的负载惯性， 将该负载惯性推断为所述进给系统的负载惯性， 所述 位置偏差特性数据是基于预先测定的无负载时在所述规定的负载位置产生的所述位置指 令与负载位置的位置偏差、 和负载时在所述规定的负载位置产生的所述位置指令与负载位 置的位置偏差而预先设定的， 且位置偏差与负载惯性的增加成比例地线性增加。 因此， 即使 进给系统的负载重量 ( 例如载置于机床的工作台的工件的重量 ) 发生变化， 也可以容易。
25、地 推断出与该负载重量对应的负载惯性。 0035 根据第 3 发明的控制参数调整方法， 为通过附加了进给系统的逆特性模型的反馈 控制系统， 基于从所述逆特性模型输出的、 用于补偿所述进给系统的动态的误差要素的补 偿量， 对控制所述进给系统的负载位置的负载位置控制系统， 调整包含于所述逆特性模型 中的负载惯性的控制参数调整方法， 基于由第 1 或第 2 发明的负载惯性推断方法推断的负 载惯性， 调整包含于所述逆特性模型中的负载惯性。因此， 即使进给系统的负载重量 ( 例如 载置于机床的工作台的工件的重量 ) 发生变化， 也可以使进给系统的参数和逆特性模型的 参数 ( 例如包含负载惯性的项的 3 。
26、次微分项以上的系数 ( 详细后述 ) 等 ) 一致。因此， 可 以高精度地控制负载位置， 使其追随位置指令， 例如机床可以进行高精度地加工。 附图说明 0036 图1是示出实施本发明的实施方式实例1涉及的负载惯性推断方法和控制参数调 整方法的负载位置控制系统的构成的图。 0037 图 2 是示出负载惯性推断模型的构成的图。 0038 图3是示出实施本发明的实施方式实例2涉及的负载惯性推断方法和控制参数调 整方法的负载位置控制系统的构成的图。 0039 图 4 是示出以往的机床的构成的图。 0040 图 5 是示出以往的负载位置控制系统 ( 反馈控制系统和工作台进给系统 ) 的构成 的图。 具体。
27、实施方式 0041 以下基于附图对本发明的实施方式实例进行详细说明。 0042 说 明 书 CN 103140818 A 6 5/13 页 7 0043 ( 反馈控制系统和进给系统的说明 ) 0044 基于图 1， 首先， 对实施本发明的实施方式实例涉及的负载惯性推断方法和控制参 数调整方法的机床 ( 参照图 4) 的负载位置控制系统 ( 反馈控制系统 21 和进给系统 22) 的 构成进行说明。 0045 如图 1 所示， 工作台进给系统 22 包括 ： 作为驱动源的伺服电动机 23、 具有电动机 侧齿轮 24a 和负载侧齿轮 24b 的减速齿轮装置 24、 内置轴承 25 的托架 26、 。
28、具有螺杆部 27a 和螺母部 27b 的滚珠螺杆 27、 位置检测器 28、 脉冲编码器 29。 0046 两侧的托架26固定于机座1， 滚珠螺杆27的螺杆部27a以能够旋转的状态介由轴 承 25 被支撑。滚珠螺杆 27 的螺母部 27b 安装于工作台 2， 与螺杆部 27a 螺合。伺服电动 机 23 介由减速齿轮装置 24 连接于滚珠螺杆 27 的螺杆部 27a。工作台 2 上设置有工件 W。 又， 工作台 2 上安装有位置检测器 ( 图示例中是感应同步器方式的直线检测元件 )28， 伺服 电动机 23 上安装有脉冲编码器 29。 0047 因此， 伺服电动机 23 的转矩通过减速齿轮装置 。
29、24 向滚珠螺杆 27 的螺杆部 27a 传 递、 使得螺杆部 27a 像箭头 A 那样旋转时， 工作台 2 与滚珠螺杆 27 的螺母部 27b 一起在 X 轴方向直线移动。此时， 位置检测器 28 检测工作台 2( 工件 W) 的移动位置即负载位置 L， 并将该负载位置 L的检测信号向反馈控制系统 21 发送 ( 位置反馈 )。脉冲编码器 29 检 测伺服电动机 23 的旋转位置即电动机位置 M。该电动机位置 M的检测信号被发送到反 馈控制系统21， 通过由微分运算部36进行时间微分， 得到伺服电动机23的旋转速度即电动 机速度 VM( 速度反馈 )。 0048 反馈控制系统 21 由例如个。
30、人计算机执行的软件构成， 具有位置偏差运算部 31、 乘 法部 32、 速度偏差运算部 33、 比例积分运算部 34、 电流控制部 35、 微分运算部 36。 0049 另外， 反馈控制系统 21 被附加工作台 2 的进给系统 22 的逆特性模型 50。后文详 述， 逆特性模型50是与进给系统22的特性近似的特性模型(传递函数)的逆特性模型(逆 传递函数)， 用于补偿由进给系统22的滚珠螺杆27(螺杆部27a)的扭转和挠曲等所产生的 负载位置 L的延迟和速度延迟 ( 参照图 2 ： 后文详述 )。又， 图 1 中的 s 是拉普拉斯算子， s 表示 1 次微分、 s2表示 2 次微分、 s3表示。
31、 3 次微分、 s4表示 4 次微分、 s5表示 5 次微分、 1/ s 表示积分 ( 图 2、 图 3 也是一样 )。 0050 反馈控制 21 的位置偏差运算部 31 计算用于控制负载位置 L而由数值控制 (NC) 装置 41 发出的位置指令 与负载位置 L的偏差 (-L)， 求出位置偏差 。乘法部 32 通过将位置偏差 乘以位置回路增益 Kp， 求出用于控制伺服电动机 23 的旋转速度的 电动机速度指令 V。然后， 速度偏差运算部 33 计算由逆特性模型 5 输出的速度的补偿量 VH 加上电动机速度指令 V 得到的值、 与电动机速度 VM的偏差 (V+VH-VM)， 求出速度偏差 V。 。
32、0051 比例积分运算部 34 采用速度回路增益 KV和积分时间常数 TV， 通过进行 =V(KV(1+1/(TVs)的比例积分运算， 求出对于伺服电动机23的电动机转矩指令。 电流控制部 35 控制向伺服电动机 23 供给的电流， 使得伺服电动机 23 产生的转矩追随电动 机转矩指令 。又， 虽然图示省略， 电流控制部 35 进行电流的反馈控制， 使得电动机 23 的 供给电流为与电动机转矩指令 对应的电流。 0052 这样， 反馈控制系统 21 通过以位置回路为主回路、 以速度回路和电流回路为辅助 回路的 3 重回路进行反馈控制， 控制使得负载位置 L 追随位置指令 。 说 明 书 CN 。
33、103140818 A 7 6/13 页 8 0053 ( 负载惯性推断模型的说明 ) 0054 然后， 本实施方式实例 1 中， 还将用于推断与工件 W 的重量对应的负载惯性 JL 的 模型 60 附加到反馈控制系统 21 中。基于图 2， 对该负载惯性推断模型 60 进行说明。又， 图 2 中与图 1 相同的部分都赋予同一符号， 并省略重复的详细说明。 0055 图 2 所示的实例中， 与进给系统 22 的特性近似的特性模型 ( 传递函数 ) 特定为 ： 以伺服电动机 23 和作为其负载的工作台 2 和工件 W 为质点的 2 质点系的机械系统统模型。 于是， 负载惯性推断模型 60 具有 。
34、： 该进给系统 22 的特性模型 ( 传递函数 )、 该特性模型的 逆特性模型 ( 逆传递函数 )50、 和反馈控制系统 21 的模型 ( 传递函数 )。 0056 如图 2 所示， 以传递函数表示伺服电动机 23 的特性模型时， 以方框 62 的传递函数 (1/(JMs+DM) 和方框 63 的传递函数 (1/s) 来表示。JM是电动机惯性、 DM是电动机粘性。从 方框 62 输出电动机速度 VM， 从方框 63 输出电动机位置 M。 0057 以传递函数表示包含滚珠螺杆 27 的工作台 2 的特性模型时， 以方框 64 的传递函 数 (CLs+KL)、 方框 65 的传递函数 (1/(JL。
35、s+DL) 和方框 66 的传递函数 (1/s) 来表示。JL是 负载惯性， 是由工作台 2 的重量 ( 恒定值 ) 和载置于工作台 2 的工件 W 的重量决定的惯性。 因此， 载置于工作台 2 的工件 W 的重量变化时， 负载惯性 JL也相应变化。DL是负载 ( 工作 台 ) 的粘性， CL是沿着滚珠螺杆 27 部分 ( 螺杆部 27a、 螺母部 27b、 托架 26) 的轴方向的弹 簧粘滞、 KL是沿着滚珠螺杆 27 部分 ( 螺杆部 27a、 螺母部 27b、 托架 26) 的轴方向的弹簧刚 性。 0058 位置偏差运算部 67 计算电动机位置 M和负载位置 L的偏差 (M-L)， 求出。
36、位 置偏差 ML。方框 64 被输入位置偏差 ML时， 通过进行 L=ML(CLs+KL) 的运算， 求出反力转矩 L并输出。反力转矩 L被输入到方框 65 时， 通过在方框 65 和方框 66 进 行 L=L(1/(JLs+DL)(1/s) 的运算， 求出负载位置 L， 从方框 66 输出。 0059 转矩偏差运算部61计算转矩指令和反力转矩L的偏差(-L)， 求出转矩偏 差 。方框 62 通过进行 VM=(1/(JMs+DM) 的运算， 求出电动机速度 VM， 该电动机速 度 VM向方框 63 输出， 并且向反馈控制系统 21 的速度偏差运算部 33 反馈。方框 63 通过进 行 M=VM。
37、(1/s) 的运算， 求出电动机位置 M， 该电动机位置 M向位置偏差运算部 67 输 出。负载位置 L被反馈到反馈控制系统 21 的位置偏差运算部 31。 0060 逆特性模型 50 具有 ： 1 次微分项运算部 51、 2 次微分项运算部 52、 3 次微分项运算 部 53、 4 次微分项运算部 54、 5 次微分项运算部 55、 加法部 56 和比例积分逆传递函数部 57。 0061 各微分项运算部 51 55 和加法部 56 设定补偿控制用传递函数， 其用于补偿进给 系统 22 的伺服电动机 23、 滚珠螺杆 27 和工作台 2 处的动态的误差要素， 使得负载位置 L 与位置指令一致(。
38、追随)的补偿控制。 该补偿控制用传递函数是前述的进给系统22(由 伺服电动机23、 滚珠螺杆27和工作台2构成的机械系统统)的传递函数的逆传递函数。 又， 该逆传递函数是省略了一部份运算要素的函数。 0062 具体来说， 逆特性模型50的各微分项运算部5155分别具有各运算项a1s、 a2s2、 a3s3、 a4s4、 a5s5， 位置指令 分别乘以各运算项 a1s a5s5， 并将该乘法值分别输出到加法 部 56。由加法部 56 对各微分项运算部 51 55 输出的各乘法值进行相加。 0063 各运算项 a1s a5s5的各系数 a1、 a2、 a3、 a4、 a5 如下设定。如上所述， 包。
39、含于各 系数 a1 a5 的式中的 KV是速度回路增益、 KL是沿着滚珠螺杆 27 的轴方向的弹簧刚性、 TV 说 明 书 CN 103140818 A 8 7/13 页 9 是积分时间常数、 DM是伺服电动机 23 的粘性、 DL是负载粘性、 JM是伺服电动机 23 的惯性、 JL是负载惯性。 0064 又， 如下这样设定 ( 运算 ) 各系数 a1 a5， 运算手法如后文所述。 0065 数式 1 0066 0067 0068 0069 0070 0071 比例积分逆传递函数部 57 中， 设定比例积分运算部 34 的传递函数 KV(1+1/(TVs) 的逆传递函数 (Tv/KV(TVs+。
40、1)s 中的 (Tv/KV(TVs+1)。(Tv/KV(TVs+1)s 中的微分运算 子 s 分别被分给各微分项运算部 51 55 的各运算项 a1s a5s5。 0072 于是， 通过从设定了这样的系数a1a5的逆特性模型50输出的速度补偿量VH适 用于反馈控制系统21， 实施进给系统22的负载位置控制， 从而可以补偿在进给系统22的伺 服电动机 23、 滚珠螺杆 27、 工作台 2 等所产生的歪斜、 挠曲、 粘性等误差要素， 因此， 可以高 精度地控制负载位置 L， 使其追随位置指令 。从而， 可以进行高精度的加工。 0073 ( 负载惯性推断方法和控制参数调整方法的说明 ) 0074 然。
41、而， 载置于工作台2的工件W的重量变化时(重量不同的工件W载置于工作台2 时 )， 与该工件 W 的重量变化相应地， 负载惯性 JL也发生变化， 因此， 进给系统 22 的参数与 逆特性模型 50 的参数变得不一致。具体来说， 逆特性模型 50 中， 包含负载惯性 JL的项的 3 次微分项以上 ( 即、 a1s3 a5s5的项 ) 的系数 a3 a5 变得与进给系统 22 的参数不一致。 因此， 这样不变的话会增加位置偏差 ， 产生负载位置 L相对于位置指令 的追随延 迟。 0075 因此， 进行工件 W 的加工之前通过如下方法推断与工件 W 的重量相应的负载惯性 JL。 0076 首先， 图。
42、1所示的实机的负载位置控制系统(反馈控制系统21和进给系统22)中， 在工作台 2 上载置了工件 W 的状态下， 通过从 NC 装置 41 发出对反馈控制系统 21 的位置指 令(向X轴方向的移动指令)， 实施该反馈控制系统21进行的进给系统22的负载位置控 制试验。然后， 测定此时产生的位置偏差 。只是， 弹簧刚性 KL由于负载位置 L而变 化， 因此， 测定工作台 2 到达规定 ( 预先确定 ) 的负载位置 L的时点 ( 即、 到达成为规定 的弹簧刚性 KL的负载位置 L的时点 ) 所产生的位置偏差 。 0077 接着， 图 1 和图 2 所示的所述负载位置控制系统的模型、 即负载惯性推断。
43、模型 60 中， 在工作台 2 上载置了所述工件 W 的状态下， 通过由 NC 装置 41 向反馈控制系统 21 的模 型发出所述位置指令 ( 向 X 轴方向的移动指令 )， 实施由该反馈控制系统 21 的模型进行 说 明 书 CN 103140818 A 9 8/13 页 10 的进给系统 22 的模型的负载位置控制模拟。 0078 此时， 调整包含于进给系统 22 的模型中的工作台 2 和工件 W 的负载惯性 JL， 反复 所述负载位置控制模拟， 直到所述负载位置控制模拟中产生的位置偏差 等于所述实 机的负载位置控制试验中测定到的位置偏差 。 0079 只是， 如上所述， 弹簧刚性 KL 。
44、随负载位置 L变化， 因此， 将工作台 2 到达所述规 定的负载位置 L的时点 ( 即， 达到所述规定的弹簧刚性 KL的负载位置 L的时点 ) 中产 生的位置偏差 与所述实机的负载位置控制试验中测定到位置偏差 进行比较， 推 断二者是否相等。又， 将进行所述实机的负载位置控制试验时的逆特性模型 50 中的负载惯 性 JL和进行所述负载位置控制模拟时的逆特性模型 50 中的负载惯性 JL设定为同一值。例 如， 将它们设为工作台 2 上没有工件 W 的无负载时的负载惯性 JL0。 0080 然后， 调整包含于进给系统 22 的模型的负载惯性 JL， 反复所述负载位置控制模拟 的结果， 如果所述负载。
45、位置控制模拟中产生的位置偏差 与在所述实机的负载位置控 制试验中测定到的位置偏差 相等的话， 包含于此时的进给系统 22 的模型的负载惯性 JL被推断为与实际载置在工作台 2 上的工件 W 的重量对应的负载惯性 JL。 0081 接着， 如图 1 所示， 将该推断出的负载惯性 JL从负载惯性推断模型 60 向实机的逆 特性模型 50 输出。实机的逆特性模型 50 中， 基于从负载惯性推断模型 60 输出的负载惯性 JL， 调整 ( 设定 ) 包含负载惯性 JL的项的 3 次微分项以上的系数 a3 a5。这样一来， 进给 系统 22 的参数与逆特性模型 50 的参数 ( 包含负载惯性 JL的项的。
46、 3 次微分项以上的系数 a3 a5) 一致。因此， 进行该工件 W 的加工时， 可以高精度地控制负载位置 L， 使其追随 位置指令 ， 可以进行高精度的加工。 0082 ( 作用效果 ) 0083 如上所述， 根据本实施方式实例 1 的负载惯性推断方法， 通过附加了进给系统 22 的逆特性模型 50 的反馈控制系统 21， 基于从逆特性模型 50 输出的、 用于对进给系统 22 的 动态的误差要素进行补偿的补偿量 VH， 对控制进给系统 22 的负载位置 L的负载位置控制 系统， 推断进给系统 22 的负载惯性 JL。所述负载位置控制系统中， 通过对反馈控制系统 21 发出位置指令 ， 实施。
47、反馈控制系统 21 的负载位置控制试验， 测定此时在规定的负载位置 L产生的位置偏差 ， 在所述负载位置控制系统的模型、 即负载惯性推断模型 60 中， 通 过对反馈控制系统 21 的模型发出所述位置指令 ， 实施反馈控制系统 21 的模型进行的进 给系统 22 的模型的负载位置控制模拟， 并且， 所述负载位置控制模拟中， 调整包含于进给 系统22的模型的负载惯性JL， 反复所述负载位置控制模拟， 直到所述规定的负载位置L产 生的位置偏差 等于在所述负载位置控制试验中测定到的位置偏差 ， 结果是如果 所述负载位置控制模拟中， 在所述规定的负载位置 L产生的位置偏差 等于在所述负 载位置控制试验。
48、中测定到的位置偏差 的话， 包含于此时的进给系统 22 的模型中的负 载惯性JL推断为实机的进给系统22的负载惯性JL， 因此， 即使进给系统22的负载重量(载 置于工作台 2 的工件 W 的重量 ) 发生变化， 也可以容易地推断与该负载重量对应的负载惯 性 JL。 0084 于是， 基于根据本实施方式实例 1 的控制参数调整方法， 所述负载惯性推断方法 推断的负载惯性JL， 调整包含于实机的逆特性模型50的负载惯性JL， 因此， 即使进给系统22 的负载重量 ( 载置于工作台 2 的工件 W 的重量 ) 发生变化， 也可以使进给系统 22 的参数与 说 明 书 CN 103140818 A 10 9/13 页 11 逆特性模型 50 的参数 ( 包含负载惯性 JL的项的 3 次微分项以上的系数 a3 a5) 一致。因 此， 可以高精度地控制负载位置 L， 使其追随位置指令 ， 可以进行高精度地加工。 0085 0086 ( 负载惯性推断方法和控制参数调整方法的说明 ) 0087 基于图 3， 对本发明的实施方式实例 2 涉及的负载惯性推断方法和控制参数调整 方法进行说明。又， 在图 3 中， 与上述实施方式实例 1 相同的部分都赋予同一符号， 省略重 复的详细说明。