本發(fā)明涉及數(shù)值控制裝置，特別涉及控制反饋控制中的輸出值的數(shù)值控制裝置。

背景技術(shù)：

已知通過以使主軸的負(fù)載恒定的方式控制進(jìn)給速度，從而實現(xiàn)切削速度的提高、切削工具的長壽命化的技術(shù)(例如，日本特開2012－032869號公報等)。在這種控制方法中，為了將負(fù)載控制為恒定，在每單位時間的切削體積小時，通過提高進(jìn)給速度來增大切削體積，在切削體積大而主軸負(fù)載高時，通過降低進(jìn)給速度來縮小切削體積。在簡單地將該控制方法應(yīng)用于機床的情況，根據(jù)加工程序。加工對象的形狀等，存在進(jìn)給速度會無限制地上升的可能性。在進(jìn)給速度上升后的狀態(tài)下，切削體積急劇增加，該情況下存在以下可能性，即，在通過離散時間控制減小進(jìn)給速度前，工具、加工對象破損。

因此，需要將進(jìn)給速度的變化限制在某程度。但是，在簡單地固定反饋控制中的輸出值，將輸出值蓋寫成最大值或最小值的情況下，存在積分項或以此為標(biāo)準(zhǔn)的特征量會違背意圖地變化的可能性?？紤]了各種進(jìn)給速度的控制方法，但是一般作為用于將對象的值保持為恒定值的控制，廣泛使用pid控制。本發(fā)明中，作為進(jìn)給速度的控制方法，以pid控制的倍率控制為例，對一實施方式進(jìn)行解說。

pid控制的輸入一般能夠用數(shù)學(xué)式1算出。

[數(shù)學(xué)式1]

o(t)：輸出值

el(t)：控制對象的目標(biāo)與當(dāng)前(時刻t)的值的差

kp：pid控制的比例項的增益

ki：pid控制的積分項的增益

kd：pid控制的微分項的增益

c：pid控制的補償

在以使主軸的負(fù)載恒定的方式控制進(jìn)給速度的情況下，將輸出值o(t)設(shè)為進(jìn)給速度(倍率)，將el(t)設(shè)為目標(biāo)主軸負(fù)載與時刻t的主軸負(fù)載的差，通過對常數(shù)設(shè)定合適的值，從而能夠使主軸負(fù)載向目標(biāo)靠近。在未進(jìn)行切削的狀態(tài)下，也就是在主軸空轉(zhuǎn)時，即使提高進(jìn)給速度，主軸負(fù)載也不變動，因此，優(yōu)選僅在切削中、也就是在主軸負(fù)載達(dá)到了恒定值以上時進(jìn)行控制。此外，數(shù)學(xué)式1中將pid控制開始時刻設(shè)為t0。

圖4表示使用了本實施方式的pid控制的反饋控制的方塊圖的例。以將對上述的工具施加的負(fù)載等控制為恒定為目的，將圖4所示的反饋控制應(yīng)用于進(jìn)行數(shù)值控制的機床，該情況下，在反饋控制的每個控制周期，根據(jù)目標(biāo)主軸負(fù)載和基于實際的加工的主軸負(fù)載的反饋l(t)，算出本次的控制周期的輸出值o(tn)，并進(jìn)行控制。也就是，在每個控制周期實施一周期圖4的方塊圖。在此，當(dāng)關(guān)注積分的塊時，在不進(jìn)行特別的操作的情況下，積分的塊在時刻tn輸出的值由數(shù)學(xué)式2表示。

[數(shù)學(xué)式2]

如數(shù)學(xué)式2所示，在時刻tn計算的積分塊輸出的值使用時刻tn-1的積分塊輸出的值，積分塊在時刻tn-1輸出的值也同樣地使用積分塊在時刻tn-2輸出的值。不管求和、求積，這樣地跨越控制周期繼承值的特征量主要用于消除控制對置(主軸負(fù)載)的值與目標(biāo)值的偏差的意圖。這樣的特征量若存在與目標(biāo)值的偏差，則每進(jìn)行一次計算，值都會變化，因此，若未消除偏差的狀態(tài)長久持續(xù)，則值會產(chǎn)生很大的變化。

圖5表示對常數(shù)設(shè)定適當(dāng)?shù)臄?shù)值，進(jìn)行pid控制的模擬。圖5表示將橫軸設(shè)為工具的進(jìn)給量(距離)，將縱軸分別設(shè)為切入量、進(jìn)給速度、主軸負(fù)載值、積分項的值的情況下的圖表。如圖5所示，可知，在pid控制下，隨著工具的對工件的切入量的變化，工具的進(jìn)給速度變化，隨著主軸負(fù)載的進(jìn)給距離前進(jìn)，也就是隨著時間經(jīng)過而接近設(shè)為目標(biāo)的主軸負(fù)載。但是，在切入量急劇增加(a)時，主軸負(fù)載大幅地遠(yuǎn)離設(shè)為目標(biāo)的主軸負(fù)載。若沒有事前推定切入量的方法，則會以進(jìn)給速度快的狀態(tài)進(jìn)入切入量大的區(qū)域，因此，為了防止該主軸負(fù)載的背離，需要設(shè)定進(jìn)給速度的最大值。因此，在與圖5相同的條件下設(shè)定進(jìn)給速度的上限值，簡單地固定輸出值，這便成了圖6。

圖6以與圖5相同的比例尺顯示圖表。如圖6所示，可知，通過設(shè)定進(jìn)給速度的上限值，進(jìn)給速度被抑制為不大于上限值。另外，與圖5的(a)相比，可知在(b)，主軸負(fù)載未變大。但是，從(b)到(c)，進(jìn)給速度為上限值，主軸負(fù)載以比設(shè)為目標(biāo)的主軸負(fù)載高的狀態(tài)推移。這是因為，由于設(shè)定了速度的上限值，主軸負(fù)載減小，設(shè)為目標(biāo)的主軸負(fù)載與主軸負(fù)載的偏差變大，因此積分項的值比圖5的情況變得大，積分項從(b)到(c)減少耗費時間，從而到減小輸出值即進(jìn)給速度為止需要時間。因此，簡單地設(shè)定進(jìn)給速度的上限值，固定輸出，這成為引起進(jìn)給速度粘附于上限值的現(xiàn)象的原因，由此成為引起工具或工件破損、主軸馬達(dá)或進(jìn)給軸馬達(dá)的過熱的原因。

如此，在數(shù)值控制裝置的反饋控制中限制或控制輸出值的情況下，存在以下問題：以積分或跨越與其類似的控制周期的和或積等表示的“以消除反饋值與目標(biāo)值的偏差為目的的特征量”(在數(shù)學(xué)式1中根據(jù)右邊第二項的積分項算出的值)會意外地增加或減小。另外，由于該特征量的意外的變化，存在加工工具或加工對象產(chǎn)生不適的可能性的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的為提供一種能夠在進(jìn)行反饋控制時以不產(chǎn)生延遲的方式控制輸出值的數(shù)值控制裝置。

在本發(fā)明的數(shù)值控制裝置中，在限制或控制來自反饋控制的輸出值的情況下，通過反算并更新積分或與其類似的特征量，使反饋控制輸出期望的輸出值，從而解決上述問題。

而且，本發(fā)明的數(shù)值控制裝置在基于程序指令對具備主軸和驅(qū)動該主軸的軸的機械進(jìn)行控制時，所述數(shù)值控制裝置進(jìn)行對上述軸的移動速度進(jìn)行控制的反饋控制，以使上述主軸的主軸負(fù)載值恒定，上述數(shù)值控制裝置的特征在于，具備：指令程序解析部，其解析上述程序指令，生成指示上述軸的移動的指令數(shù)據(jù)；以及速度運算部，其以使上述主軸負(fù)載值恒定的方式，開始進(jìn)行根據(jù)反饋控制來運算基于上述指令數(shù)據(jù)的上述軸的進(jìn)給速度或?qū)M(jìn)給速度的倍率的速度運算處理，上述速度運算部在輸出與運算出的上述倍率不同的倍率時，用根據(jù)輸出的倍率反算出的值更新將在反饋控制中使用的式的以消除反饋值與目標(biāo)值的偏差為目的的特征量。

根據(jù)本發(fā)明，不會意外地增加或減少積分或與其類似的特征量，控制的跟隨性提高。由此，能夠抑制機床、加工工具或加工對象的不適、馬達(dá)的過熱等。

附圖說明

根據(jù)參照附圖對以下的實施例的說明，本發(fā)明的上述及其它的目的及特征將明了。這些圖中：

圖1是本發(fā)明的一實施方式的數(shù)值控制裝置的概要塊圖。

圖2是表示本發(fā)明的一實施方式的數(shù)值控制裝置的pid控制中的切入量、倍率、主軸負(fù)載值、積分項的值的變化的圖。

圖3是在本發(fā)明的一實施方式的圖1的數(shù)值控制裝置1具備的速度運算部11上執(zhí)行的處理的流程圖。

圖4是使用了pid控制的反饋控制的方塊圖的例。

圖5是表示通常的pid控制中的切入量、倍率、主軸負(fù)載值、積分項的值的變化的圖。

圖6是表示固定了輸出的pid控制中的切入量、倍率、主軸負(fù)載值、積分項的值的變化的圖。

具體實施方式

以下，結(jié)合附圖說明本發(fā)明的實施方式。

圖1表示本發(fā)明的一實施方式的數(shù)值控制裝置的功能塊圖。本實施方式的數(shù)值控制裝置1具備指令程序解析部10、速度運算部11、插值部12、插值后加減速部13、伺服馬達(dá)控制部14、主軸負(fù)載測量部15。

指令程序解析部10從存儲于未圖示的存儲器的程序等依次讀取并解析對成為控制對象的機械的動作進(jìn)行指示的塊，基于解析結(jié)果作成對被伺服馬達(dá)2驅(qū)動的軸的移動進(jìn)行指示的指令數(shù)據(jù)，且將作成的該指令數(shù)據(jù)輸出到速度運算部11。

速度運算部11基于由主軸負(fù)載測量部15測定的主軸馬達(dá)3的主軸負(fù)載，以使該主軸負(fù)載成為恒定的方式運算從指令程序解析部10輸入的指令數(shù)據(jù)對進(jìn)給速度的倍率。然后，向插值部12輸出基于運算出的倍率調(diào)整了速度的指令數(shù)據(jù)。

插值部12基于從速度運算部11輸入的速度調(diào)整后的指令數(shù)據(jù)，作為指令數(shù)據(jù)的指令路徑上的每個插值周期的點生成插值數(shù)據(jù)，且向插值后加減速部13輸入。

插值后加減速部13基于從插值部12輸入的插值數(shù)據(jù)算出每個插值周期的各軸的速度，將結(jié)果數(shù)據(jù)輸出到伺服馬達(dá)控制部14。

然后，伺服馬達(dá)控制部14基于插值后加減速部13的輸出，控制對成為控制對象的機械的軸進(jìn)行驅(qū)動的伺服馬達(dá)2。

此外，圖1中，省略了主軸馬達(dá)控制電路及主軸馬達(dá)用放大器等。

接下來，對由速度運算部11執(zhí)行的速度的運算進(jìn)行說明。本發(fā)明的pid控制包括下述的擴展。

(擴展)積分項能夠在任意的時刻代入任意的值，用省略了下限的不定積分表示這種積分項。

根據(jù)上述的擴展，在本發(fā)明中，使用以下所示的數(shù)學(xué)式3作為pid控制的式。

[數(shù)學(xué)式3]

在設(shè)定好上述的輸出值的上限值的pid控制中，本實施方式的數(shù)值控制裝置1所具備的速度運算部11在根據(jù)數(shù)學(xué)式3算出的輸出值o(t)超過上限值ot的時刻t，將由以下的數(shù)學(xué)式4算出的代替值i代入積分項。然后，在由數(shù)學(xué)式3算出的輸出值o(t)超過上限值ot的期間，將在各控制周期根據(jù)數(shù)學(xué)式4計算的代替值代入數(shù)學(xué)式3的積分項，取代o(t)輸出ot。由數(shù)學(xué)式4算出的代替值i是根據(jù)輸出的倍率的值(上限值ot)進(jìn)行反算而得到的值。

[數(shù)學(xué)式4]

圖2表示在與圖6相同的條件下應(yīng)用了上述處理的情況的模擬結(jié)果。如圖2所示，在本實施方式的數(shù)值控制裝置1中，雖然與圖6同樣地固定輸出，但是，當(dāng)進(jìn)行pid控制的計算時，增加了將使輸出固定后的輸出的值代入積分項的處理。因此，在(d)中，即使進(jìn)給速度達(dá)到上限值，如圖6所示地積分項的值也不會增大，而成為恒定值。另外，在(e)中，切入量增大的瞬間的主軸負(fù)載與圖6相同，但是進(jìn)給速度在此之后立刻降低，主軸負(fù)載也減小。因此，可知，在本實施方式的數(shù)值控制裝置1中，通過防止積分項的意外的增加或減少，從而提高控制的響應(yīng)性。

圖3是本實施方式的在速度運算部11上在每個控制周期執(zhí)行的處理的流程圖。此外，在圖3的流程圖中，l(t)是當(dāng)前的主軸負(fù)載的值，lm是使在本發(fā)明中導(dǎo)入的控制方法有效的主軸負(fù)載的值，o(t)是pid控制算出的輸出值，ot是預(yù)先決定的輸出值的上限值。

[步驟sa01]速度運算部11判斷由主軸負(fù)載測量部15測量的主軸馬達(dá)3的當(dāng)前的主軸負(fù)載值l(t)是否為預(yù)先設(shè)定的使本實施方式的控制方法有效的主軸負(fù)載值lm以上。在為主軸負(fù)載值lm以上的情況下，將處理向步驟sa02轉(zhuǎn)移，在并非如此的情況下，將處理向步驟sa06轉(zhuǎn)移。

[步驟sa02]速度運算部11根據(jù)pid控制的反饋控制運算輸出值o(t)。

[步驟sa03]速度運算部11判斷步驟sa02的由pid控制算出的輸出值o(t)是否為預(yù)先決定的輸出值的上限值即ot以下。在為ot以下的情況下，將處理向步驟sa04轉(zhuǎn)移，在高于ot的情況下，將處理向步驟sa05轉(zhuǎn)移。

[步驟sa04]速度運算部11將在步驟sa02算出的o(t)作為輸出值。

[步驟sa05]速度運算部11向積分項代入數(shù)學(xué)式4的替代值，將ot作為輸出值。

[步驟sa06]速度運算部11輸出通常的倍率。

[步驟sa07]速度運算部11基于算出的輸出值調(diào)整指令數(shù)據(jù)，并輸出到插值部12，結(jié)束本次的控制周期的處理。

以上，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明不限于上述的實施方式的例，能夠通過添加適當(dāng)?shù)淖兏愿鞣N方式來實施。

例如，上述的實施方式對將本發(fā)明應(yīng)用于使用了pid控制的反饋控制的情況進(jìn)行了說明，在pid控制的情況下，積分項相當(dāng)于由反饋控制中的跨控制周期的和、積等表示的“以消除反饋值與目標(biāo)值的偏差為目的的特征量”，因此，雖然說明了對積分項代入替代值，但是在應(yīng)用于其它控制方法的情況下，只要構(gòu)成為對相當(dāng)于“以消除反饋值與目標(biāo)值的偏差為目的的特征量”的部分代入根據(jù)輸出值反算的替代值即可。