工作機械送り駆動系の分布定数系モデリングと適応輪郭制御系の設計

机床进给驱动系统分布式常数建模及自适应轮廓控制系统设计

• 批准号: 17760104
• 负责人: 内山 直樹
• 金额: $ 2.24万
• 依托单位: Toyohashi University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2006
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17760104/
• 关键词: 工作機械; 送り駆動系; 輪郭制御; 適応制御; ロバスト制御

工作機械の制御法として,工作物の輪郭形状に関する誤差(輪郭誤差)を直接フィードバック信号に用いる輪郭制御法がこれまで提案されてきた。しかし既存の方法では,送り駆動系各軸の追従誤差および輪郭誤差の双方を考慮して制御系設計を行なう必要があり,制御器ゲインの調整が難しいなどの問題があった。また輪郭軌道が複雑な場合には,輪郭誤差のリアルタイム計算は困難である。本研究では,送り駆動系の目標位置において,送り駆動系の動特性を輪郭軌道の接線方向と法線方向に関する誤差動特性に完全に座標変換し,接線方向と法線方向の誤差を独立に抑制できる方法を前年度提案した。この方法では接線方向誤差を抑制するための制御器ゲイン(接線方向ゲイン)を小さく設定できることから,制御入力変動を小さくしつつ同程度以上の性能を確保でき,また制御系の安定性も向上する。しかし,接線方向ゲインを小さく設定した場合に,目標位置における法線方向誤差と実際の輪郭誤差の乖離が大きくなり,実際にはこのゲインを小さくできない場合が生じた。本年度は,この問題を解決するために,目標位置のリアルタイム修正を施す方法を提案した。さらに高精度制御のために非線形摩擦の影響を考慮する機能を付加した。摩擦特性は未知であるため,適当な摩擦モデルを仮定し,このパラメータをリアルタイム推定する方法が提案されているが,Stribeck効果を表すためのパラメータは非線形項に現れるため,この推定は一般に困難である。本研究ではこのパラメータに適当な値を仮定し,このことによる誤差をロバスト制御により補償する方法を考案した。以上の制御方法をX-Yテーブルに応用し複数の輪郭軌道に対して実験的に有効性を確認した。本方法では制御入力変動を小さく抑えつつ同程度以上の性能を得ることができることから,省エネルギー化をもたらし,量産加工に適した方法であると考える。

作为机床的控制方法，提出了利用工件的轮廓形状的误差(轮廓误差)作为直接反馈信号的轮廓控制方法。但现有方法需要同时考虑进给驱动系统各轴的跟踪误差和轮廓误差来设计控制系统，且存在控制器增益难以调整等问题。而且，当轮廓轨迹复杂时，轮廓误差的实时计算比较困难。本研究中，在进给驱动系统的目标位置处，进给驱动系统的动态特性完全转化为轮廓轨迹切线方向和法线方向的误差动态特性，切线方向和法线方向的误差去年，我们提出了一种抑制这种情况的方法。采用这种方法，可以将用于抑制切向误差的控制器增益（切向增益）设置得较小，因此可以在保证相同或更高性能水平的同时减少控制输入波动，并且还提高了控制系统的稳定性。然而，当切向增益设置得较小时，目标位置处的法线方向误差与实际轮廓误差之间的偏差变大，并且在实际中存在无法减小该增益的情况。今年，为了解决这个问题，我们提出了一种实时修正目标位置的方法。此外，还添加了考虑非线性摩擦影响的功能，以实现高精度控制。由于摩擦特性未知，因此提出了一种假设适当的摩擦模型并实时估计该参数的方法，但这种估计通常很困难，因为代表斯特里贝克效应的参数出现在非线性项中。在本研究中，我们假设了该参数的适当值，并设计了一种使用鲁棒控制来补偿由此引起的误差的方法。将上述控制方法应用于X-Y工作台，并通过实验验证了其对于多轮廓轨迹的有效性。由于该方法可以在抑制控制输入波动的同时实现相同水平或更高的性能水平，因此被认为是一种节省能源且适合批量生产加工的方法。

项目成果

多軸送り駆動系のロバスト輪郭制御

多轴进给驱动系统的鲁棒轮廓控制

• 发表时间: 2005
• 作者: 内山直樹; 佐野滋則; 高木章二; 山崎和雄
• 通讯作者: 山崎和雄

Naoki Uchiyama, Shoji Takagi, Shigenori Sano, Kazuo Yamazaki

内山直树、高木正司、佐野茂德、山崎一夫

• 发表时间: 2006
• 作者: Naoki Uchiyama; Shoji Takagi; Shigenori Sano; Kazuo Yamazaki
• 通讯作者: Kazuo Yamazaki

多軸送り駆動糸のロバスト適応輪郭制御

多轴喂纱驱动纱线的鲁棒自适应轮廓控制

• 发表时间: 2006
• 作者: 内山直樹; 佐野滋則; 高木章二; 山崎和雄
• 通讯作者: 山崎和雄

Design of Discrete-Time Adaptive Repetitive Controllers and Application to Feed Drive Systems

离散时间自适应重复控制器设计及其在进给驱动系统中的应用

• 发表时间: 2007
• 作者: Naoki Uchiyama; Shoji Takagi; Shigenori Sano
• 通讯作者: Shigenori Sano

非線形摩擦の影響を考慮した送り駆動系の輪郭制御

考虑非线性摩擦影响的进给驱动系统轮廓控制

• 发表时间: 2007
• 作者: 内山直樹; 佐野滋則; 高木章二; 山崎和雄
• 通讯作者: 山崎和雄