多軸制御工作機械の制御系設計法の開発

多轴控制机床控制系统设计方法的发展

基本信息

批准号：
18760164
负责人：
佐藤隆太
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tokyo University of Agriculture and Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

多軸制御工作機械は直進3軸と旋回2軸を有する数値制御工作機械であり,工具と工作物間の相対変位と角度の両方を制御できるため多くの利点がある.しかし,その加工精度は直進軸のみの機械とくらべて悪い.そのことの原因のひとつに,多軸制御工作機械の制御系が従来の直進軸のみの機械と同じ思想で設計されていることがある.多軸制御工作機械は旋回軸を有するため,直進軸と旋回軸の同期精度にも注意を払う必要があるが,これまでそのような制御系設計法が開発されてこなかった.本研究では,多軸制御工作機械の送り駆動系について,その同期精度を向上するための制御系設計法を開発した.まず同期精度を悪化させている要因を明らかにするため,多軸制御工作機械の送り駆動系をモデル化してシミュレーションを行った.その結果,サーボ遅れや各軸の応答性に違いがあると同期精度が悪化し,また旋回軸の駆動機構に起因する同期誤差も大きいことがわかった.そこで,各軸の応答性を揃えるためのサーボゲイン調整方法とサーボ遅れを補償するためのフィードフォワード補償器の設計方法を開発した.さらに,旋回軸駆動機構に存在するバックラッシとピッチ誤差,およびフィードバックに使うセンサに存在する信号遅れを補償するための補償器と,旋回軸を駆動するモータのトルク飽和を回避するための加減速指令設計方法も開発した.実験とシミュレーションにより開発した制御系設計法の有効性を確認したところ,多軸制御工作機械の運動性能を大幅に向上できることを確認した

多轴控制机床是一种具有三个直线轴和两个车削轴的数控机床，它具有许多优点，因为它既可以控制刀具与工件之间的相对位移和角度，但其加工精度较低。比只有直线轴的机床差。造成这种情况的原因之一是多轴控制机床的控制系统的设计理念与传统只有直线轴的机床相同。多轴控制机床由于机器有旋转轴，所以需要注意直线轴和旋转轴的同步精度，但目前还没有开发出这样的控制系统设计方法。首先，为了明确影响同步精度的因素，我们对多轴控制机床的进给驱动系统进行了建模。结果发现，当各轴的伺服延迟或响应存在差异时，同步精度会下降，并且旋转轴的驱动机构引起的同步误差也很大。我们开发了伺服增益调整方法来均衡。每个轴的响应和前馈补偿器设计方法来补偿伺服延迟。我们还开发了一种补偿器来补偿由振动引起的齿隙和螺距误差，以及用于反馈的传感器中存在的信号延迟，以及一种设计加速/减速命令的方法，以避免电机的扭矩饱和，当通过仿真证实所开发的控制系统设计方法的有效性时，证实可以显着提高多轴控制机床的运动性能。