传送轴的控制方法以及数值控制工作机械与流程

本发明涉及工作机械的传送轴的控制方法以及数值控制工作机械。

背景技术：

在现有技术中，已知使工具相对工件相对移动而进行切削等加工的工作机械。另外，在这样的工作机械中，已知通过规定的轴的坐标等指定工具的路径并且在使工具相对工件自动地移动的同时进行加工的数值控制工作机械。数值控制工作机械通过对加工程序指定机械坐标、工具的移动速度，能够按照期望的工具径路以及速度进行加工。

在日本特开2006-158026号公报中，公开有在通过伺服马达驱动的被驱动体中设置加速度检测单元的工作机械的控制装置。该控制装置对由加速度检测单元检测到的加速度检测值进行积分而求出速度推测值，从由速度控制处理部求出的电流指令减去对速度推测值乘以系数而得到的值和对加速度检测值乘以系数而得到的值来校正。然后，将控制装置校正后的电流指令输出到伺服放大器。

专利文献1：日本特开2006-158026号公报

技术实现要素：

在控制驱动工作机械的各轴的伺服马达的控制装置中，位置控制器根据位置指令生成速度指令，速度控制器根据速度指令生成转矩指令。然后，根据转矩指令，驱动马达。进而，已知在使工具、工件移动的移动装置中配置位置检测器，并设置从位置指令减去从位置检测器输出的位置的信号的位置反馈环路。另外，已知在伺服马达的输出轴等处配置速度检测器，并设置从速度指令减去从速度检测器输出的速度的信号的速度反馈环路。

在通过工作机械加工工件时，有时针对使工件、工具移动的移动装置施加干扰力，在工件或者工具中产生振动。例如，有时在工具接触到工件的加工点处，切削载荷等作用到工件、工具而产生振动。为了提高加工精度，优选抑制这样的工件、工具的振动。

在上述日本特开2006-158026号公报的控制装置中，对马达的转矩指令反馈被驱动体的加速度而抑制振动。但是，在该电路中，加速度检测单元配置于被驱动体。即，加速度检测单元配置于离开马达的输出轴的位置。因此，由于被驱动体的加速度的反馈，在从位置控制器输出的位置指令中产生位置偏差、或者在从速度检测器输出的速度指令中产生速度偏差。存在这些偏差还影响对马达供给的电流的控制从而抑制振动的效果变低这样的问题。

本发明提供一种传送轴的控制方法，是在具有被输入位置指令的位置控制部的位置反馈环路的内侧，设置具有被输入速度指令的速度控制部的速度反馈环路而形成级联耦合，根据输出自速度控制部的转矩指令控制传送轴驱动用的伺服马达的工作机械的传送轴的控制方法，其特征在于：根据在机械构造物以及轴传送机构中的至少一方中安装的状态传感器的输出信号取得加速度，从输出自速度控制部的转矩指令减去对所取得的加速度乘以预先决定的第1增益而得到的加速度的反馈信号，进而，实施以下控制中的至少一方的控制，即：根据状态传感器的输出信号取得速度并将对所取得的速度乘以预先决定的增益而得到的信号加到输出自位置控制部的速度指令的控制、以及根据状态传感器的输出信号取得位置并将对所取得的位置乘以预先决定的增益而得到的信号加到输入到位置控制部的位置指令的控制。

在上述发明中，根据状态传感器的输出信号取得速度，将对所取得的速度乘以预先决定的第2增益而得到的信号加到加速度的反馈信号。

在上述发明中，从乘以第2增益而得到的信号减去对输出自位置控制部的速度指令乘以预先决定的第3增益而得到的信号。

在上述发明中，根据状态传感器的输出信号取得位置，根据状态传感器的输出信号取得位置，将对所取得的位置乘以预先决定的第4增益而得到的信号加到加速度的反馈信号。

在上述发明中，从乘以第4增益而得到的信号减去对输入到位置控制部的位置指令乘以预先决定的第5增益而得到的信号。

在上述发明中，从加速度的反馈信号减去对输出自速度控制部的转矩指令乘以预先决定的第6增益而得到的信号。

在上述发明中，设定第1增益以及第2增益，以使第1增益的平方与第2增益的平方的加法值成为预先决定的设定值。

本发明提供一种传送轴的控制方法，是在具有被输入位置指令的位置控制部的位置反馈环路的内侧，设置具有被输入速度指令的速度控制部的速度反馈环路而形成级联耦合，根据输出自速度控制部的转矩指令控制传送轴驱动用的伺服马达的工作机械的传送轴的控制方法，其特征在于：根据在机械构造物以及轴传送机构中的至少一方中安装的状态传感器的输出信号取得加速度，从输出自速度控制部的转矩指令减去对所取得的加速度乘以预先决定的增益而得到的加速度的反馈信号，进而，实施以下控制中的至少一方的控制，即：根据状态传感器的输出信号取得速度并将对所取得的速度乘以预先决定的增益而得到的信号加到加速度的反馈信号的控制、以及根据状态传感器的输出信号取得位置并将对所取得的位置乘以预先决定的增益而得到的信号加到加速度的反馈信号的控制。

本发明提供一种数值控制工作机械，其特征在于：具备控制装置，该控制装置在具有被输入位置指令的位置控制部的位置反馈环路的内侧，设置具有被输入速度指令的速度控制部的速度反馈环路而形成级联耦合，根据输出自速度控制部的转矩指令控制传送轴驱动用的伺服马达，控制装置包括以下电路，该电路根据在机械构造物以及轴传送机构中的至少一方中安装的状态传感器的输出信号取得加速度，从输出自速度控制部的转矩指令减去对所取得的加速度乘以预先决定的增益而得到的信号，进而，包括以下电路中的至少一方的电路，即：根据状态传感器的输出信号取得速度并将对所取得的速度乘以预先决定的增益而得到的信号加到输出自位置控制部的速度指令的电路、以及根据状态传感器的输出信号取得位置并将对所取得的位置乘以预先决定的增益而得到的信号加到输入到位置控制部的位置指令的电路。

本发明提供一种数值控制工作机械，其特征在于：具备控制装置，该控制装置在具有被输入位置指令的位置控制部的位置反馈环路的内侧，设置具有被输入速度指令的速度控制部的速度反馈环路而形成级联耦合，根据输出自速度控制部的转矩指令控制传送轴驱动用的伺服马达，控制装置包括电路，该电路根据在机械构造物以及轴传送机构中的至少一方中安装的状态传感器的输出信号取得加速度，从输出自速度控制部的转矩指令减去对所取得的加速度乘以预先决定的增益而得到的加速度的反馈信号，进而，包括以下电路中的至少一方的电路，即：根据状态传感器的输出信号取得速度并将对所取得的速度乘以预先决定的增益而得到的信号加到加速度的反馈信号的电路、以及根据状态传感器的输出信号取得位置并将对所取得的位置乘以预先决定的增益而得到的信号加到加速度的反馈信号的电路。

在上述发明中，包括：平台，固定工件；工具支撑部件，支撑工具；以及移动装置，使平台及工具支撑部件移动，状态传感器包括配置于平台的加速度检测器和配置于工具支撑部件的加速度检测器。

根据本发明，能够提供抑制在加工点处的振动的工作机械的传送轴的控制方法以及数值控制工作机械。

附图说明

图1是数值控制工作机械的概略侧视图。

图2是工作机械的框图。

图3是实施方式1中的第1控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。

图4是实施方式1中的参考例的控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。

图5是示出通过实施方式1中的参考例的控制装置进行控制时的速度指令以及加速度的检测值的图形。

图6是示出通过实施方式1中的第1控制装置进行控制时的速度指令以及加速度的检测值的图形。

图7是实施方式1中的第2控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。

图8是实施方式2中的第1控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。

图9是实施方式2中的第2控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。

图10是实施方式3中的第1控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。

图11是实施方式3中的参考例的控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。

图12是实施方式4中的第1控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。

图13是实施方式4中的第2控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。

(符号说明)

1：工件；10：工作机械；14：平台；20：主轴；22：工具；25：Z轴伺服马达；28：Z轴导轨；29、33、39：速度检测器；30：Z轴线性标尺；31：Y轴伺服马达；32：Y轴导轨；34：Y轴线性标尺；36：X轴导轨；38：X轴伺服马达；40：X轴线性标尺；45、46：加速度检测器；50：控制装置；54：伺服马达控制部；55：伺服马达；56：轴传送机构；57：机械构造物；58：速度检测器；59：位置检测器；60：加速度检测器；71：位置控制器；72：速度控制器；91～96：补偿器；101～102：补偿器；121：机械构造物的稳定化补偿电路；122：轴传送机构的稳定化补偿电路；123：马达的稳定化补偿电路。

具体实施方式

(实施方式1)

参照图1至图7，说明实施方式1中的工作机械的传送轴的控制方法以及数值控制工作机械。作为工作机械，例示主轴在水平方向上延伸的卧式加工中心而进行说明。

图1是本实施方式的数值控制工作机械的概略侧视图。工作机械10具备使工具22和工件1相对移动的移动装置。移动装置使被驱动物在多个移动轴的方向上移动。多个移动轴包括相互正交的X轴、Y轴以及Z轴来作为直线传送轴。

工作机械10具备在工厂等的地面上设置的底座12。在底座12的上表面，固定有Z轴导轨28。Z轴导轨28在Z轴方向(在图1中左右方向)上延伸。在Z轴导轨28的上表面，配置有平台基座13。平台基座13被Z轴导轨28引导，在Z轴方向上可移动地配置。在平台基座13上固定有平台14。在平台14上固定有工件1。

在底座12的上表面，固定有X轴导轨36。X轴与Z轴正交，进而在水平方向(与图1的纸面垂直的方向)上延伸。X轴导轨36沿着X轴延伸。柱状物16被X轴导轨36引导，在X轴方向上可移动地配置。

在柱状物16中，在与工件1相对的前表面，固定有Y轴导轨32。Y轴在与X轴以及Z轴正交的方向上延伸。Y轴导轨32沿着Y轴延伸。在Y轴导轨32上，配置有主轴头18。主轴头18被Y轴导轨32引导，在Y轴方向上可移动地形成。主轴头18支撑主轴20。

移动装置包括使工具22相对工件1在Z轴方向上相对移动的Z轴移动装置。在底座12的内部，配置有包括Z轴传送螺杆以及螺母的滚珠丝杠机构。在平台基座13的下表面，固定有螺母。螺母螺纹接合到Z轴传送螺杆。对Z轴传送螺杆的一个端部连结有Z轴伺服马达25。通过驱动Z轴伺服马达25，平台基座13沿着Z轴导轨28移动。其结果，工件1在Z轴方向上移动。

移动装置包括使工具22相对工件1在X轴方向上相对移动的X轴移动装置。X轴移动装置与Z轴移动装置同样地，包括具有X轴传送螺杆以及螺母的滚珠丝杠机构。对X轴传送螺杆的一端连结有X轴伺服马达38。在柱状物16的下表面，固定有对X轴传送螺杆螺纹接合的螺母。通过驱动X轴伺服马达38，柱状物16沿着X轴导轨36移动。其结果，工具22在X轴方向上移动。

移动装置包括使工具22相对工件1在Y轴方向上相对移动的Y轴移动装置。Y轴移动装置与Z轴移动装置同样地，包括具有Y轴传送螺杆以及螺母的滚珠丝杠机构。在主轴头18上，固定有对Y轴传送螺杆螺纹接合的螺母。在Y轴传送螺杆的上端，连结有Y轴伺服马达31。通过Y轴伺服马达31进行驱动，主轴头18沿着Y轴导轨32移动。其结果，工具22在Y轴方向上移动。

在主轴20的前端，经由工具保持部21安装有工具22。主轴20作为支撑工具22的工具支撑部件而发挥功能。在主轴20中，内置有用于使工具22旋转的马达。通过该马达进行驱动，工具22以主轴20的中心轴为旋转轴进行旋转。

这样，工作机械10通过使柱状物16、主轴头18以及平台基座13沿着移动轴移动，能够使工具22相对工件1相对地移动。此外，作为工作机械，也可以除了直线传送轴以外，还具有绕规定的轴线旋转的旋转传送轴。

工作机械10包括各轴的速度检测器。在Z轴伺服马达25中，安装有检测Z轴伺服马达25的旋转速度的速度检测器29。速度检测器29包括例如旋转编码器，能够根据旋转编码器的输出，检测速度。另外，在Y轴伺服马达31中安装有速度检测器33。在X轴伺服马达38中，安装有速度检测器39。通过配置各轴的速度检测器29、33、39，能够检测各轴方向的移动速度。

工作机械10包括各轴的位置检测器。Z轴的位置检测器包括安装在平台基座13上的滑块13a和安装在底座12上的Z轴线性标尺30。通过滑块13a在Z轴线性标尺30上移动，能够检测Z轴方向的位置。另外，Y轴的位置检测器包括安装在主轴头18上的滑块18a和安装在柱状物16上的Y轴线性标尺34。通过滑块18a在Y轴线性标尺34上移动，能够检测Y轴方向的位置。另外，X轴的位置检测器包括安装在柱状物16上的滑块16a和安装在底座12上的X轴线性标尺40。通过滑块16a在X轴线性标尺40上移动，能够检测X轴方向的位置。

进而，在支撑工具22的主轴20处配置有加速度检测器45。加速度检测器45优选接近配置于工具22的加工点。另外，在平台14上配置有加速度检测器46。加速度检测器46优选接近配置于工件1的加工点。加速度检测器45、46能够检测各轴的加速度。即，加速度检测器45、46能够单独地检测X轴方向的加速度、Y轴方向的加速度、Z轴方向的加速度。此外，在工作机械具有旋转传送轴的情况下，在即使旋转传送轴的移动装置动作而检测器的方向相对旋转轴也不变化的位置配置加速度检测器。

这些各轴的速度检测器29、33、39、位置检测器以及加速度检测器45、46的输出信号被输入到控制装置50。

图2示出本实施方式中的工作机械的框图。工作机械10具备控制装置50。控制装置50与移动装置的伺服马达55连接。通过控制装置50控制伺服马达55，能够使工具22相对工件1相对地移动。

控制装置50包括读取解释部52、插值运算部53以及伺服马达控制部54。读取解释部52读入输入程序51并将移动指令送出到插值运算部53。插值运算部53根据例如移动指令，输出每规定的时间间隔的位置指令qr。伺服马达控制部54根据位置指令qr，驱动各轴的伺服马达55。在本实施方式中，各轴的伺服马达55与X轴伺服马达38、Y轴伺服马达31或者Z轴伺服马达25相当。

各轴的伺服马达55经由轴传送机构56驱动机械构造物57。机械构造物57与保持工具22的构造物或者保持工件1的构造物相当。在本实施方式中，机械构造物57与主轴20或者平台14相当。另外，轴传送机构56与驱动机械构造物57的机构相当。在本实施方式中，轴传送机构56与和各轴的伺服马达55连接的滚珠丝杠机构相当。作为轴传送机构56，除了滚珠丝杠机构以外，还能够举例为在伺服马达中安装的减速机等。

图3是本实施方式中的第1控制装置的伺服马达控制部以及机械构造物的驱动机构的框图。能够针对各个移动轴的每一个，形成图3所示的控制电路。例如，在X轴移动装置中，为了驱动X轴伺服马达38，能够形成图3所示的1个控制电路。在该情况下，伺服马达55与X轴伺服马达38相当。速度检测器58与在X轴伺服马达38中安装的速度检测器39相当。位置检测器59与包括滑块16a以及X轴线性标尺40的X轴的位置检测器相当。加速度检测器60与在保持工具22的主轴20上安装的加速度检测器45相当。在本实施方式中，将加速度检测器45用作状态传感器。状态传感器是无论传送轴的指令如何都检测规定的构造物的状态、即规定的构造物的加速度、速度、或者位置等的传感器。

从插值运算部53输出的位置指令qr被输入到作为位置控制部的位置控制器71。位置控制器71根据位置指令qr，生成速度指令ωr。从位置控制器71输出的速度指令ωr被输入到作为速度控制部的速度控制器72。速度控制器72根据速度指令ωr，生成转矩指令τr。转矩指令τ被输入到电流控制器73。电流控制器73以产生与所输入的转矩指令τr对应的转矩的方式，控制伺服马达55的电流。

在驱动机械构造物57的驱动机构中，包括轴传送机构56。轴传送机构56支撑机械构造物57。在图3所示的例子中，在轴传送机构56与机械构造物57之间介有弹性要素62。弹性要素62是表示刚性低且成为自由端的部分摇晃的模型。弹性要素62表示轴传送机构56与机械构造物57之间的刚性低且机械构造物57相对轴传送机构56振动。相对于此，伺服马达55和轴传送机构56以高的刚性连接。

弹性要素62包括弹性体62a以及衰减体62b。弹性体62a是决定机械构造物振动的周期、振幅等的模型。衰减体62b是使振动衰减的模型。通过在驱动机构中包括弹性要素62，机械构造物57振动。另外，机械构造物57的位置、速度或者加速度相对于伺服马达55的输出而延迟或者产生偏差。

在轴传送机构56中所安装的位置检测器59检测规定的轴的位置，将位置信号q反馈给加法器74。加法器74从位置指令qr减去位置信号q，送出到位置控制器71。位置控制器71对所输入的信号乘以增益Cp来计算速度指令ωr。增益Cp是拉普拉斯算子s的函数。在本实施方式中，将校正该位置指令qr的电路称为位置反馈环路。

在伺服马达55中所安装的速度检测器58检测规定的轴中的速度。速度检测器58对加法器75反馈速度信号ω。加法器75从速度指令ωr减去速度信号ω，送出到速度控制器72。速度控制器72对所输入的信号乘以增益Cv来计算转矩指令τr。增益Cv是拉普拉斯算子s的函数。在本实施方式中，将校正该速度指令ωr的电路称为速度反馈环路。

这样，在具有被输入位置指令qr的位置控制部的位置反馈环路的内侧，设置具有被输入速度指令ωr的速度控制部的速度反馈环路，形成级联耦合。在该控制中，能够检测与伺服马达55的输出对应的当前的位置、速度，校正相对于传送轴的指令的延迟。该控制还被称为伺服控制。此外，在控制电路中包含的各个补偿器的增益被预先决定，优选采用最佳值。

在此，说明本实施方式的参考例的控制装置。图4是本实施方式的参考例中的伺服马达控制部和机械构造物的驱动机构的框图。即使在图4所示的参考例中，在轴传送机构56与机械构造物57之间介有弹性要素62。从在机械构造物57上安装的加速度检测器60输出加速度的信号。针对加速度的信号，在补偿器91中乘以增益K1后将其输出到加法器141。

另一方面，从加速度检测器60所输出的加速度的信号在积分器77中进行积分而变换为速度的信号。然后，在加法器142中，从输出自积分器77的速度的信号减去位置控制器71所输出的速度指令。在加法器142中，能够计算机械构造物57的速度和速度指令ωr的速度偏差。加法器142的输出信号被输入到补偿器92。在补偿器92中乘以增益K2。补偿器92的输出被输入到加法器141。

在加法器141中，对补偿器91的输出信号和补偿器92的输出信号进行加法运算。加法器141的输出信号经由滤波器81被输入到加法器144。在加法器144中，从输出自速度控制器72的转矩指令τr减去加法器141的输出信号。

通过补偿器91的电路是反馈机械构造物57的加速度的电路。通过补偿器92的电路是反馈机械构造物的速度的电路。能够通过这些电路抑制机械构造物57的振动。特别是，通过使增益K1和增益K2的值变化，能够调整相对加速度的反馈的相位的速度的反馈的相位，抑制机械构造物57的振动。

但是，在配置有加速度检测器60的机械构造物57与伺服马达55之间，介有弹性要素62。如果通过加速度的反馈信号校正从速度控制器72输出的转矩指令τr，则有时在位置指令qr、速度指令ωr中产生偏差。特别是，在机械构造物57的加速度变化时，位置指令qr或者速度指令ωr的偏差变大，通过位置反馈环路以及速度反馈环路，进行伺服控制，所以有时伺服控制消除抑制机械构造物的振动的加速度的反馈信号。

在本实施方式的控制装置中，无论各轴的指令如何都检测机械构造物的加速度等而反映到各轴的指令，实施使机械构造物的驱动稳定化的稳定化控制。参照图3，本实施方式的控制装置包括机械构造物的稳定化补偿电路121。机械构造物的稳定化补偿电路121抑制机械构造物57的振动。对机械构造物的稳定化补偿电路121输入从加速度检测器60输出的信号。

由加速度检测器60检测出的加速度的信号被输入到补偿器91。在补偿器91中乘以作为第1增益的增益K11。补偿器91的输出信号经由加法器141以及滤波器81被输入到加法器144。该电路是加速度的反馈电路。即，通过反馈机械构造物57的加速度来校正从速度控制器72输出的转矩指令τr。

将由加速度检测器60检测出的加速度的信号在积分器77a中变换为速度的信号。速度的信号被输入到补偿器101。在补偿器101中，乘以增益Ka3。补偿器101的输出信号经由滤波器81被输入到加法器151。在加法器151中，对从位置控制器71输出的速度指令ωr加上补偿器101的输出信号。此外，本实施方式的增益Ka3设为负的增益。

能够通过该控制电路，消除由包括补偿器91的反馈加速度的电路产生的速度偏差。能够将消除了速度偏差的速度指令τr送出到速度控制器72。即，能够将使速度偏差消失后的信号作为控制目标。因此，能够抑制机械构造物57的振动。

进而，在积分器77b中对从积分器77a输出的速度的信号进行积分。从积分器77b输出位置的信号。位置的信号被输入到补偿器102。在补偿器102中乘以增益Ka5。补偿器102的输出信号经由滤波器81被输入到加法器152。在加法器152中，对位置指令qr加上补偿器102的输出信号。此外，本实施方式的增益Ka5设为负的增益。

能够通过该控制电路，消除由包括补偿器91的反馈加速度的电路产生的位置偏差。能够将消除了位置偏差的位置指令qr送出到位置控制器71。即，能够将使位置偏差消失后的信号作为控制目标。因此，能够抑制机械构造物57的振动。

在本实施方式中，配置了包括补偿器101的消除速度偏差的电路和包括补偿器102的消除位置偏差的电路这两种电路，但不限于此，即使配置某一种电路，也能够抑制机械构造物57的振动。

作为本实施方式的传送轴的控制方法，实施如下控制中的至少一个控制，即：根据加速度检测器60的输出信号取得速度并对取得的速度乘以预先决定的增益Ka3且将由此得到的信号加到从位置控制器71输出的速度指令的控制、以及根据加速度检测器60的输出信号取得位置并对取得的位置乘以预先决定的增益Ka5且将由此得到的信号加到向位置控制器71输入的位置指令qr的控制。通过该方法，能够抑制机械构造物57的振动。

另外，本实施方式的第1控制装置除了加速度的反馈信号以外，还根据机械构造物57的速度的反馈信号以及机械构造物57的位置的反馈信号，校正转矩指令τr。从积分器77a输出的速度的信号被输入到补偿器92。在补偿器92中，乘以作为第2增益的增益Ka21。补偿器92的输出信号经由加法器142被输入到加法器141。进而，从积分器77b输出的位置的信号被输入到补偿器93。在补偿器93中，乘以作为第4增益的增益Ka41。补偿器93的输出信号经由加法器143、142被输入到加法器141。

在加法器141中，对从补偿器91输出的加速度的反馈信号、从补偿器92输出的速度的反馈信号以及从补偿器93输出的位置的反馈信号进行相加。然后，将该反馈的信号经由滤波器81输入到加法器144。在加法器144中，从转矩指令τr减去该反馈信号。

在本实施方式的控制装置中，针对加速度的反馈信号加上速度的反馈信号以及位置的反馈信号。在各个反馈信号的电路中，能够独立地设定补偿器91的增益Ka11、补偿器92的增益Ka21以及补偿器93的增益Ka41。因此，能够通过增益Ka11调整加速度的影响，通过增益Ka21调整速度的影响，进而，通过增益Ka41调整位置的影响。通过将增益Ka11、Ka21、Ka41的值设定为适当的值，能够有效地抑制机械构造物57的振动。进而，通过调整增益Ka11、Ka21、Ka41的值，还能够实施不具有弹性要素62并且机械构造物57以刚性构造被轴传送机构56支撑的情况下的控制。

进而，在反馈加速度的电路中，从速度控制器72输出的转矩指令τr被输入到补偿器94。在补偿器94中乘以作为第6增益的增益Ka12。关于增益Ka11和增益Ka12，能够采用例如相同的值。补偿器94的输出信号被输入到加法器141。在加法器141中，从补偿器91的输出信号减去补偿器94的输出信号。这样，在加速度的反馈电路中，配置补偿器94，计算加速度的反馈信号和转矩指令τr的偏差。

在反馈速度的电路中，从位置控制器71输出的速度指令ωr被输入到补偿器95。在补偿器95中，乘以作为第3增益的增益Ka22。关于增益Ka21和增益Ka22，能够采用例如相同的值。在加法器142中，从补偿器92的输出信号减去补偿器95的输出信号。这样，在速度的反馈电路中，配置补偿器95，计算速度的反馈信号和速度指令ωr的偏差，该偏差被输入到加法器141。

在反馈位置的电路中，位置指令qr被输入到补偿器96。在补偿器96中，乘以作为第5增益的增益Ka42。关于增益Ka41和增益Ka42，能够采用例如相同的值。在加法器143中，从补偿器93的输出信号减去补偿器96的输出信号。这样，在位置的反馈电路中，计算位置的反馈信号和位置指令qr的偏差，该偏差经由加法器142被输入到加法器141。

在从加速度检测器60取得的信号中，包含表示作为本来的目标值的加速度等的分量和因机械构造物57的振动所引起的振动分量。在各个反馈电路中，通过从基于检测值的值减去指令值，能够减去表示作为本来的目标值的加速度等的分量。即，能够仅抽出振动分量。然后，根据对与加速度有关的振动分量、与速度有关的振动分量以及与位置有关的振动分量进行加法运算而得到的信号，校正转矩指令τr。在反馈机械构造物的状态的电路中，能够仅反馈所抽出的振动分量。因此，能够发挥高的抑振效果。

在本实施方式中，配置有包括补偿器92的反馈速度的电路和包括补偿器93的反馈位置的电路这两个电路，但不限于此，也可以配置某一个电路。另外，也可以在各个进行反馈的电路中，不配置包括补偿器94、95、96的计算偏差的电路。

特别是，机械构造物的稳定化补偿电路121能够由补偿器91以及补偿器94这2个补偿器、加法器141和滤波器81构成。即使在该情况下，在加速度的反馈电路中，能够在加法器141中，计算加速度的反馈信号和转矩指令τr的偏差，将该加速度的振动分量送出到加法器144，所以能够抑制机械构造物57的振动。

作为滤波器81，优选使期望的频带的信号以外的信号衰减。例如，滤波器81优选为使工作机械10的共振频率的频带的信号通过的滤波器。工作机械10的共振频率依赖于工作机械10的构造等。作为滤波器81，能够使用高通滤波器、低通滤波器、陷波滤波器以及带通滤波器等期望的滤波器。或者，通过组合这些滤波器，能够使期望的频率频带的信号通过。

接下来，参照图4，说明补偿器91的增益K1和补偿器92的增益K2的设定方法。增益K1与第1增益相当，增益K2与第2增益相当。从积分器77输出的速度的信号相对加速度的信号具有相位差。在此，通过使增益K1和增益K2变化，能够使速度的反馈信号相对加速度的反馈信号的相位变化。

在没有补偿器92的电路的情况即增益K2是零的情况下，通过增大增益K1，能够增大加速度的反馈的效果。但是，如果使增益K1过大，则发生振荡。因此，能够选定大到不发生振荡的程度的增益K1。在该增益K1中，能够在抑制振荡的同时，增大加速度的反馈的效果。将该最大的增益K1称为设定值R。能够预先决定设定值R。接下来，以使来自加法器141的输出值不超过设定值R的方式，决定增益K1和增益K2。能够以满足下式的方式，设定增益K1以及增益K2。

K1²+K2²＝R²…(1)

然后，使用假想的角度θ，能够用下式表示增益K1以及增益K2。

K1＝Rcosθ…(2)

K2＝Rsinθ…(3)

通过选定角度θ，能够任意地设定速度的反馈信号相对加速度的反馈信号的相位。能够以使机械构造物57的振动最小的方式，设定角度θ。或者，能够以满足式(1)的关系并且使机械构造物57的振动最小的方式，设定增益K1以及增益K2。通过这样设定增益K1以及增益K2，能够抑制增益的设定值所致的振荡，并且有效地抑制机械构造物57的振动。

在图3所示的本实施方式的控制装置中，能够与上述同样地，设定补偿器91的增益Ka11和补偿器92的增益Ka21。即，能够以满足以下的公式的方式，设定增益Ka11以及增益Ka21。此外，如上所述，增益Ka11与第1增益相当，增益Ka21与第2增益相当。

Ka11²+Ka21²＝R²…(4)

或者，能够如下式那样使用假想的角度θ来设定增益Ka11以及增益Ka21。

Ka11＝Rcosθ…(5)

Ka12＝Rsinθ…(6)

接下来，示出针对本实施方式的第1控制装置以及参考例的控制装置实施工作机械的加工的仿真而得到的结果。

图5是通过图4所示的参考例的控制装置驱动的仿真的结果的图形。单点划线表示速度指令值，实线表示机械构造物的加速度的检测值。在时刻t0下，速度指令值以及加速度都是零。然后，可知在使加速度变化之后，即使在指令的加速度恒定的区间中，加速度的检测值也振动。例如，在时刻t1下使速度指令值变化而加速。从时刻t1至时刻t2，尽管指令的加速度恒定，加速度的检测值也振动。另外，在时刻t2、t3、t4、t5下使加速度变化之后，加速度的检测值仍振动。进而，尽管在时刻t6下使速度指令值为零，仍产生残留振动。

图6示出通过图3所示的本实施方式的第1控制装置驱动的仿真的结果的图形。此外，在仿真中，在图3的电路中，使补偿器93、96、102的增益为零。即，不使用使位置偏差消失的电路以及反馈位置的电路而实施仿真。可知在时刻t1至时刻t2的区间、时刻t2至时刻t3的区间等中，相比于参考例的控制装置，抑制了加速度的检测值的振动。可知加速度的检测值表示大致恒定的值。进而，可知与参考例的控制装置相比时刻t6以后的残留振动也被抑制。这样，通过采用本实施方式的控制装置，能够抑制机械构造物的振动。

图7是示出本实施方式中的第2控制装置和机械构造物的驱动机构的框图。参照图3，在第1控制装置中，在加速度的反馈电路、速度的反馈电路、或者位置的反馈电路中，对补偿器94、95、96输入各个传送轴的指令。例如，对补偿器95输入速度指令ωr。然而，输入到补偿器94、95、96的指令是通过其他电路来校正后的指令。例如，输入到补偿器96的位置指令qr是通过消除位置偏差的电路的补偿器102的输出来校正后的指令。

参照图7，在第2控制装置中，对补偿器94、95、96输入基于未被施加校正的位置指令qr的信号。对补偿器96输入从插值运算部53输出的位置指令qr即未被施加校正的位置指令qr。换言之，将由加法器152施加校正之前的信号输入到补偿器96。在微分器78a中对由加法器152施加校正之前的信号进行微分并将其输入到补偿器95。进而，在微分器78b中对微分器78a的输出信号进行微分并将其输入到补偿器94。

在本实施方式的第2控制装置中，使用从插值运算部53输出的位置指令qr，所以能够更准确地计算加速度、速度或者位置的反馈信号与传送轴的指令的偏差。在加法器141中，能够准确地计算加速度的反馈信号与转矩指令的偏差。在加法器142中，能够准确地计算速度的反馈信号与速度指令的偏差。在加法器143中，能够准确地计算位置的反馈信号与速度指令的偏差。其结果，能够准确地抽出在从加速度检测器60的输出信号得到的信号中包含的振动分量。其结果，机械构造物57的振动的抑制效果提高。其他结构、作用以及效果与第1控制装置相同。

本实施方式的工作机械10具备使平台14移动的移动装置以及使作为工具支撑部件的主轴20移动的移动装置。另外，作为状态传感器的加速度检测器45、46配置于平台14以及主轴20。在通过移动装置移动的2个机械构造物的各个机械构造物中配置加速度检测器。另外，通过在控制各个移动轴的移动装置的伺服马达控制部中应用本发明，能够抑制在平台14上固定的工件1的振动。另外，能够抑制在主轴20上支撑的工具22的振动。能够抑制工件1以及工具22这两个被驱动物的振动，所以能够实施高精度的加工。

(实施方式2)

参照图8以及图9，说明实施方式2中的工作机械的传送轴的控制方法以及数值控制工作机械。在本实施方式中的工作机械中，弹性要素的位置与实施方式1的工作机械不同。

图8示出本实施方式中的第1控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。本实施方式的工作机械具有机械构造物57与轴传送机构56之间的刚性高的构造。另一方面，工作机械具有轴传送机构56与伺服马达55之间的刚性低的构造。在该工作机械的模型中，在伺服马达55与轴传送机构56之间存在弹性要素63。弹性要素63具有弹性体63a和衰减体63b。如果对机械构造物57施加干扰力，则机械构造物57以及轴传送机构56一体地振动。

作为这样的机械构造物57的驱动机构，例如相当于各轴的移动装置的滚珠丝杠机构的结构部件发生弹性变形的情况。此外，在伺服马达55直接地驱动机械构造物57的情况下，不相当于本模型。例如，在是在机械构造物57的内部配置马达的直接驱动器方式的驱动机构的情况下，不相当于本实施方式的驱动机构，而相当于实施方式1中的驱动机构。

在本实施方式中，实施使轴传送机构的驱动稳定化的稳定化控制。控制装置50的伺服马达控制部54包括轴传送机构的稳定化补偿电路122。对轴传送机构的稳定化补偿电路122输入由在轴传送机构56中安装的位置检测器59输出的位置的信号。在本实施方式中，位置检测器59作为检测轴传送机构56的状态的状态传感器而发挥功能。

由位置检测器59检测出的轴传送机构56的位置的信号被输入到微分器78。从微分器78输出加速度的信号。然后，加速度的信号被输入到补偿器91以及积分器77a。本实施方式的第1控制装置的轴传送机构的稳定化补偿电路122的其他电路与实施方式1中的第1控制装置的机械构造物的稳定化补偿电路121相同。补偿器91～96、101、102与实施方式1的第1控制装置中的补偿器相同(参照图3)。与本实施方式的控制电路对应地设定各个补偿器中的增益Kp11、Kp21等。

能够通过包括补偿器101、102的电路，消除传送轴的指令的速度偏差以及位置偏差。另外，通过包括补偿器91的电路，构成反馈轴传送机构56的加速度的电路。通过包括补偿器92、93的电路，构成反馈轴传送机构56的速度的电路以及反馈轴传送机构56的位置的电路。能够通过包括补偿器92、93的电路，将速度的反馈信号以及位置的反馈信号加到从补偿器91输出的加速度的反馈信号，除了加速度的影响以外，还能够独立地调整速度的影响以及位置的影响。其结果，能够容易地抑制机械构造物57的振动。

图9示出本实施方式中的第2控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。在本实施方式的第2控制装置中，与实施方式1中的第2控制装置同样地，向补偿器94、95、96输入基于未被施加校正的位置指令qr的信号。向补偿器96输入从插值运算部53输出的位置指令qr。另外，针对由加法器152施加校正之前的信号，在微分器78a中进行微分而输入到补偿器95。进而，针对微分器78a的输出信号，在微分器78b中进行微分而输入到补偿器94。其他控制电路的结构与本实施方式的第1控制装置相同。

在本实施方式的第2控制装置中，能够比第1控制装置更准确地计算加速度、速度或者位置的反馈信号和传送轴的指令的偏差。其结果，抑制振动的效果提高。

在本实施方式的控制装置中，在将由位置检测器59检测出的位置变换为加速度之后，变换为速度以及位置，但不限于此，关于速度的反馈信号，也可以在对位置检测器59的输出信号进行微分之后乘以增益Kp21。另外，关于位置的反馈信号，也可以对位置检测器59的输出信号乘以增益Kp41。

关于其他结构、作用以及效果，与实施方式1相同，所以在此不反复说明。

(实施方式3)

参照图10以及图11，说明实施方式3中的工作机械的传送轴的控制方法以及数值控制工作机械。本实施方式的控制装置实施使伺服马达的驱动稳定化的稳定化控制。

图10示出本实施方式中的控制装置和机械构造物的驱动机构的框图。伺服马达55、轴传送机构56以及机械构造物57以高的刚性相互连接。由速度检测器58检测出的速度被输入到加法器75而构成速度反馈环路的情形与实施方式1相同。在位置反馈环路中，由速度检测器58检测出的速度的信号被输入到积分器77。从积分器77输出的位置的信号被输入到加法器74。

图11示出本实施方式中的参考例的控制装置和机械构造物的驱动机构的框图。在参考例的控制装置中，从速度检测器58输出的速度的信号被输入到微分器78。从微分器78输出的加速度的信号被输入到补偿器103。在补偿器103中乘以增益K1。补偿器103的输出信号被输入到加法器144。在加法器144中，从转矩指令τr减去补偿器103的输出信号。

参考例的控制装置具备反馈伺服马达55的加速度的电路，能够抑制转矩指令τr的振动。但是，如果使位置控制器71、速度控制器72的响应性上升，则有时伺服马达55的驱动变得不稳定。例如，如果增大位置控制器71中的增益或者速度控制器72中的增益，则有时振荡。另外，补偿器103中的最佳的增益K1依赖于机械构造物57的种类而变化，所以增益K1的设定困难。

参照图10，本实施方式的控制装置50的伺服马达控制部54具备马达的稳定化补偿电路123。另外，将检测伺服马达55的速度的速度检测器58用作状态传感器。将从速度检测器58输出的速度的信号输入到微分器78。微分器78输出加速度的信号。加速度的信号在补偿器91中乘以增益Kv1。补偿器91的输出信号经由加法器141以及滤波器81被输入到加法器144。在加法器144中，从输出自速度控制器72的转矩指令τr减去加法器141的输出信号。即，构成了反馈伺服马达55的加速度的电路。作为滤波器81，能够使用低通滤波器等使期望的频带通过的滤波器。

进而，从微分器78输出的加速度的信号通过经过积分器77a而变成速度的信号。针对速度的信号，在补偿器92中乘以增益Kv2。补偿器92的输出信号经由加法器142被输入到加法器141。即，构成了反馈伺服马达55的速度的电路。

从积分器77a输出的速度的信号被输入到积分器77b。从积分器77b输出的位置的信号在补偿器93中乘以增益Kv3。补偿器93的输出信号经由加法器142被输入到加法器141。即，构成了反馈伺服马达55的位置的电路。

在加法器142中，对补偿器92的输出信号和补偿器93的输出信号进行加法运算。在加法器141中，对补偿器91的输出信号加上加法器142的输出信号。即，对伺服马达的加速度的反馈信号加上速度的反馈信号以及位置的反馈信号。这样，能够反馈伺服马达55的状态，而能够实现马达的驱动的稳定化。其结果，能够抑制机械构造物57的振动。另外，能够提高位置控制器71以及速度控制器72的响应性。

另外，在各个反馈信号的电路中，能够独立地设定补偿器91的增益Kv1、补偿器92的增益Kv2以及补偿器93的增益Kv3。因此，能够通过增益Kv1调整加速度的影响，通过增益Kv2调整速度的影响，进而，通过增益Kv3调整位置的影响。通过将增益Kv1、Kv2、Kv3的值设定为适当的值，能够使伺服马达55的驱动有效地稳定，而能够有效地抑制机械构造物57的振动。

在本实施方式的控制装置中，在将从速度检测器58检测出的速度变换为加速度之后，再次变换为速度，但不限于此，关于速度的反馈信号，也可以对速度检测器58的输出信号乘以增益Kv2。另外，关于位置的反馈信号，也可以对速度检测器58的输出信号进行积分，乘以增益Kv3。

关于其他结构、作用以及效果，与实施方式1相同，所以在此不反复说明。

(实施方式4)

参照图12以及图13，说明实施方式4中的工作机械的传送轴的控制方法以及数值控制工作机械。

本实施方式的控制装置具备组合了实施方式1至实施方式3的控制电路的结构的结构。即，控制装置具备实施方式1中的机械构造物的稳定化补偿电路121、实施方式2中的轴传送机构的稳定化补偿电路122以及实施方式3中的马达的稳定化补偿电路123。

图12示出本实施方式中的第1控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。在伺服马达55与轴传送机构56之间，介有弹性要素63。在轴传送机构56与机械构造物57之间，介有弹性要素62。即，本实施方式的工作机械具有机械构造物57和轴传送机构56被弹簧耦合、进而轴传送机构56与伺服马达55之间被弹簧耦合的3个惯性系。

本实施方式的第1控制装置具备组合了实施方式1的第1控制装置的结构、实施方式2的第1控制装置的结构以及实施方式3的第1控制装置的结构的结构。在位置反馈环路中，使用来自位置检测器59的位置的信号。

在机械构造物57中，配置有加速度检测器60。从加速度检测器60输出的加速度的信号被发送到机械构造物的稳定化补偿电路121。在轴传送机构56中，配置有位置检测器59。从位置检测器59输出的位置的信号被发送到轴传送机构的稳定化补偿电路122。进而，在伺服马达55中，安装有速度检测器58。从速度检测器58输出的速度的信号被发送到马达的稳定化补偿电路123。

在各个稳定化补偿电路121、122、123中，生成与加速度有关的校正信号，在加法器161、162中进行加法。构成加速度的反馈电路。在加法器144中从转矩指令τr减去加法器162的输出信号。

另外，在机械构造物的稳定化补偿电路121以及轴传送机构的稳定化补偿电路122中，生成与用于消除由加速度的反馈电路产生的速度偏差的速度有关的校正信号，在加法器163中进行加法运算。在加法器151中对速度指令ωr加上加法器163的输出信号。另外，在机械构造物的稳定化补偿电路121以及轴传送机构的稳定化补偿电路122中，生成与用于消除由加速度的反馈电路产生的位置偏差的位置有关的校正信号，在加法器164中进行加法。在加法器152中对位置指令qr加上加法器164的输出信号。

图13示出本实施方式中的第2控制装置以及机械构造物的驱动机构的框图。本实施方式的第2控制装置具备组合了实施方式1的第2控制装置的结构、实施方式2的第2控制装置的结构以及实施方式3的第2控制装置的结构的结构。

在第2控制装置中，作为输入到机械构造物的稳定化补偿电路121以及轴传送机构的稳定化补偿电路122的传送轴的指令，输入未被施加校正的位置指令qr。向机械构造物的稳定化补偿电路121以及轴传送机构的稳定化补偿电路122输入从插值运算部53输出的位置指令qr。其他结构与本实施方式的第1控制装置相同。

这样，在具有3个惯性系的工作机械中，通过组合实施方式1的控制电路以及实施方式2的控制电路，能够抑制机械构造物57的振动。进而，通过组合实施方式3的使伺服马达55的驱动稳定化的控制电路，能够实施还包括伺服马达55的驱动的稳定化的稳定化控制。

本实施方式的控制装置包括机械构造物的稳定化补偿电路121、轴传送机构的稳定化补偿电路122以及马达的稳定化补偿电路123这3个稳定化补偿电路，但不限于此，也可以包括3个稳定化补偿电路中的、任意的2个稳定化补偿电路。

关于其他结构、作用以及效果，与实施方式1至3中的任意一个都相同，所以在此不反复说明。

能够适当地组合上述实施方式。在上述各个控制中，能够在不变更功能以及作用的范围内适当地变更步骤的顺序。

在上述各个图中，对相同或者相等的部分附加了同一符号。此外，上述实施方式是例示，并不限定发明。另外，在实施方式中，包括权利要求所述的方式的变更。