JP4015139B2 - 鍛圧機械のサーボモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、サーボモータで制御されるプレス機械やベンダー等の鍛圧機械のサーボモータ制御装置に関する。

プレス機械や金属材料を折り曲げるベンダー等においては、金型を開閉する駆動源に通常油圧が用いられる。また、サーボモータによって金型固定部材を駆動する電動サーボプレスも公知である。

この電動サーボプレスにおいては、可動側金型の位置を制御することによって加工する方法と、可動側金型の位置を制御すると共に、被加工物と可動側金型が当接し、プレス動作に入ったとき、該可動側金型を駆動するサーボモータの出力にリミットをかけて圧力を一定に保持する制御が行われている。
又、プレス機械において、圧力を制御する特許文献について検索したが、本発明に関係するようなプレス機械技術は発見できなかった。

電動サーボプレスにより、単に位置の制御のみで加工すると、プレス圧力が制御されないことから、品質のよい加工ができない。又、トルクリミットを用いて、プレス圧力の上限値を制限して圧力のオープン制御によってプレス加工や曲げ加工を行う場合にも、実際に被加工物に加わる圧力が不明なことから、より品質のよい加工ができない。そこで、圧力センサを設け、被加工物に加わる圧力を検出し圧力フィードバック制御を行うとすると、位置制御から圧力制御への切り換えが難しく、スムーズに移行できないという問題がある。

そこで、本発明の目的は、プレス機械やベンダー等の被加工物に対して金型により圧力をかけて加工する機械（以下これらの機械を鍛圧機械という）において、金型をサーボモータで駆動して加工を行う場合で、位置の制御から圧力の制御への移行をスムーズにできる制御装置を提供することにある。

本願請求項１に係わる発明は、一方の金型固定部材を所定のストロークで往復動させ、他方の金型固定部材をサーボモータにより駆動してダイクッション動作を行う鍛圧機械であって、前記金型固定部材又は該金型固定部材を駆動するサーボモータの位置を検出する検出器と、サーボモータの速度を検出する検出器と、位置指令と位置フィードバックの差である位置偏差から速度指令を作成する位置制御処理部と、速度指令と速度フィードバックの差である速度偏差からトルク指令を作成する速度制御処理部を備え、そのトルク指令に基づいて前記サーボモータを駆動して被加工物を加工する鍛圧機械のサーボモータ制御装置において、前記被加工物にかかる実圧力を検出する検出器と、圧力指令と実圧力の差である圧力偏差から速度指令を作成する圧力制御処理部と、位置制御処理部が出力する速度指令と、圧力制御処理部が出力する速度指令を比較し、前記被加工物を圧する方向への速度指令が小さい方を実際の速度指令として選択して速度制御処理部に渡す比較手段と、前記圧力制御指令部が出力する速度指令が選択されているとき、位置指令の微分値に基づくフィードフォワード制御量を前記選択された速度指令に加算するフィードフォワード手段とを備え、位置制御から圧力制御への移行をスムーズにした鍛圧機械のサーボモータ制御装置である。

請求項２に係わる発明は、前記比較手段の代わりに、位置制御処理部が出力する速度指令と、圧力制御処理部が出力する速度指令を比較し、その絶対値の小さい方を実際の速度指令として選択して速度制御処理部に渡す比較手段としたものである。
請求項３に係わる発明は、比較手段で位置制御処理部が出力する速度指令の絶対値と、圧力制御処理部が出力する速度指令の絶対値を比較し、位置制御処理部が出力する速度指令の絶対値が圧力制御処理部が出力する速度指令の絶対値より小さい間は、位置制御処理部が出力する速度指令を選択し、圧力制御処理部が出力する速度指令の方が小さくなったことが検出されると、以後は圧力制御処理部が出力する速度指令を選択して速度制御処理部に渡す切換手段を備えるものとした。

請求項４に係わる発明は、前述した各発明において、モータの実加速度を検出し、その加速度に応じたトルクでトルク指令を補正する手段を備えるようにしたものである。又、請求項５に係わる発明は、前記各発明において、位置指令と圧力指令を上位制御装置から同時に与えられるものとした。

鍛圧機械におけるプレス又は曲げ等の加圧して加工する場合、移動する金型の位置制御から圧力制御に連続的、スムーズに移行することができ、作業の効率がよくなり、かつ品質のよい加工品を得ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態におけるブロック図である。図１において、符号１は、プレス機械やベンダー等の鍛圧機械を制御する数値制御装置等の上位制御装置である。又、符号２は、本発明のモータ制御装置であり、図１では機能ブロック図でその内容を現しているが、その機能を実現するプロセッサ、ＲＯＭ，ＲＡＭ等のメモリで構成されている。

また、鍛圧機械の可動側金型を取り付けた金型固定部材を駆動するサーボモータには、その位置、速度を検出する位置検出器、速度検出器が取り付けられている。なお、サーボモータには速度検出器を取り付け、可動側金型を取り付けた金型固定部材に対して、その位置を検出する位置検出器を取り付けて、それぞれ、位置、速度を検出してフィードバックするようにしてもよい。この可動側金型と鍛圧機械のボルスタなどの固定部材に取り付けられた金型間に配置される被加工物にかかる圧力を検出する圧力センサが設けられている。

サーボモータ制御装置２は、上位制御装置１からの位置指令から位置検出器で検出されフィードバックされてくる位置フィードバックを減じてエラーカウンター１０等により位置偏差を求め、該位置偏差にポジションゲインＫ_Ｐを乗じて位置フィードバック処理を行い速度指令を求める。この位置偏差を求める項１０、ポジションゲインの項１１により位置制御処理部を構成し位置フィードバック処理を行うものである。この速度指令から、速度検出器からの速度フィードバック値を減じて速度偏差を求め、該速度偏差に基づいて速度制御処理部を構成する速度補償器１２で比例積分等の処理をして速度フィードバック処理してトルク指令Ｔ_ＣＰを求める。このトルク指令Ｔ_ＣＰを求めるまでは、従来のサーボモータの制御における位置、速度フィードバック制御処理と同一である。

さらに、本実施形態では、圧力制御処理部を備えており、この圧力制御処理部は、上位制御装置１から出力される圧力指令と、圧力センサからの圧力フィードバックを減じて圧力偏差を求め、該圧力偏差に基づいて力補償器１３により、ＰＩ制御（比例積分制御）を行いトルク指令Ｔ_ＣＦを求める。

そして、比較器１４で、速度制御処理部の速度フィードバック処理で求めたトルク指令Ｔ_ＣＰと圧力制御処理部の圧力フィードバック処理で求めたトルク指令Ｔ_ＣＦを比較し、被加工物にかかる圧力が小さい方のトルク指令を採用する。トルク指令のオーバシュート、アンダーシュートが少ない場合は、通常、絶対値の小さい方を最終的にトルク指令として採用すればよい。しかし、オーバシュート、アンダーシュートが発生するような場合は、被加工物にかかる力が小さい方を採用する。すなわち、一方のトルク指令の絶対値が他方のトルク指令の絶対値よりも大きい場合でも、その一方のトルク指令が、被加工物に対して圧力を加えない方向（圧力の減少する方向）のトルク指令の場合には、絶対値が大きいにも拘わらず、この一方のトルク指令の方が被加工物に加わる力が小さいので最終的なトルク指令として採用し、電流制御部１５への指令とする。電流制御部１５では従来のサーボ制御と同様に、入力されたトルク指令（電流指令）とサーボモータに流れる電流のフィードバック値に基づいて電流フィードバック処理をして、サーボモータへの指令を求め、インバータ等のサーボアンプを介してサーボモータを駆動する。なお、図１において、符号１１はポジションゲインの項である。

図２は、プレス機械やベンダー等の鍛圧機械において、本発明のサーボモータ制御装置で制御されるサーボモータで駆動される金型固定部材の移動方向と位置指令の＋方向との関係より、比較器１４が採用するトルク指令の選択を説明する説明図である。

図２において、中心横に引いた線Ｌは、被加工物の載置ラインを示す。又符号Ａは金型固定部材であり、符号Ｓは圧力センサを示す。なお圧力センサＳから出力される検出圧力は常に＋であるものとする。

ケース１は、位置指令の＋方向と金型固定部材Ａが被加工物に圧力を加える方向が同一の場合であり、この場合では、位置指令は＋方向に指令され、位置・速度制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＰは＋であり、金型固定部材Ａが被加工物に当接すると、トルク指令Ｔ_ＣＰは増大する。このとき、比較器１４は、被加工物に係わる力が小さいトルク指令を採用する。すなわち、被加工物に力が加わる方向とは逆の−無限大に近い方のトルク指令を採用する。これにより、トルク指令にオーバシュートやアンダーシュートが生じても、常に被加工物に加わる力が小さい方の−無限大に近い方のトルク指令が採用されることになる。

図２のケース２の場合は、位置指令の＋方向と被加工物に対して圧力を加える金型固定部材Ａが逆になっており、位置・速度制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＰは−のトルク指令で被加工物を押圧することになる。圧力制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＦを符号を反転して比較し、＋無限大に近い方のトルク指令を採用する。位置・速度制御部からのトルク指令が＋側であることは、被加工物に作用させる力をなくす方向、減少させる方向である。又、圧力制御部からのトルク指令を反転したもの＋無限大の方向は、被加工物に作用させる力をなくす方向、減少させる方向である。よって、このケース２の場合には、圧力制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＦを符号を反転して位置・速度制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＰと比較して、＋無限大に近い方を採用すれば、被加工物にかかる力が小さい方をトルク指令として採用したものとなる。

ケース３の場合は、位置指令が被加工物から金型固定部材Ａが遠ざかる方向を＋方向とし、金型固定部材Ａが被加工物に圧力を加える位置・速度制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＰは−の方向となり、パターン２と同じように、圧力制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＦを符号を反転して位置・速度制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＰと比較して、＋無限大に近い方を採用し、被加工物にかかる力が小さい方をトルク指令として採用されるようにする。

ケース４の場合は、位置指令の＋方向と金型固定部材Ａが被加工物に圧力を加える方向が同じであることから、ケース１と同様に、圧力制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＦを符号を反転することなく、位置・速度制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＰと比較して、−無限大に近い方を採用し、被加工物にかかる力が小さい方をトルク指令として採用されるようにする。

上述した鍛圧機械の可動側金型が取り付けられた金型固定部材を駆動するサーボモータの制御において、圧力フィードバック制御が加わったことと、位置速度フィードバック処理で求めたトルク指令Ｔ_ＣＰと圧力フィードバック処理で求めたトルク指令Ｔ_ＣＦを比較して、被加工物に加わる圧力が小さい方のトルク指令を最終的トルク指令として出力する比較器１４が設けられた点において、従来のサーボモータのサーボ制御と相違する点である。

この第１の実施形態では、サーボモータによって駆動される可動側金型の重力の影響がない状態（プレス又は折り曲げ作業の可動金型の移動方向が水平方向の場合）や、圧力指令に対して無視できるほど小さい場合のとき適用するものである。
ケース１又はケース４の金型固定部材Ａが被加工物に対して圧力を加える方向と位置指令の＋方向が一致したときを例として、この実施形態の動作を説明する。
被加工物に対するプレス加工、又は曲げ加工等を実施するときには、上位制御装置１からは、指令速度に基づいた所定位置までの位置指令と所定圧力指令が同時に出力される。最初は、固定側金型と可動側金型は開いた状態であり、可動側金型が取り付けられた金型固定部材を駆動するサーボモータには、格別なる負荷がかからないから、サーボモータは、位置指令に追従し、位置偏差は小さくほぼ一定の状態であり、この一定の位置偏差が求められた速度指令に対してサーボモータの速度も追従し、速度偏差も小さく、速度補償器１２から出力されるトルク指令Ｔ_ＣＰは正の小さい値である。

一方、金型が開き、被加工物に対して可動側金型から圧力が加わっていない初期の状態では、圧力センサからの圧力フィードバック値は「０」であり、圧力偏差は大きな値である。その結果、圧力制御処理部の圧力フィードバック処理で出力されるトルク指令Ｔ_ＣＦは大きな値（正の値）となり、位置、速度制御処理部での位置・速度フィードバック処理から出力されるトルク指令Ｔ_ＣＰの方が、−無限大に近く、被加工物に加わる圧力が小さい指令である。比較器１４はこの被加工物に加わる圧力が小さい方の指令を最終的なトルク指令Ｔ_Ｃとして出力することになるから、プレス開始等の可動側金型の移動開始時には、速度制御処理部の出力が採用され、サーボモータは駆動制御されることになる。

可動側金型が固定側金型に接近し、該金型間に配設された被加工物と可動側金型が接触し、該被加工物に対して可動側金型から圧力が加えられるようになると、サーボモータの速度は低下し、指令位置に対して追従が遅れ、位置偏差、速度偏差は増大し、この位置、速度フィードバック処理から出力されるトルク指令Ｔ_ＣＰは徐々に増大することになる。これに対して、被加工物に対して可動側金型から圧力が加えられるので、圧力センサからの圧力フィードバック値は増大し、圧力指令との偏差は小さくなる。その結果、圧力制御処理部の圧力フィードバック処理から出力されるトルク指令Ｔ_ＣＦは徐々に小さくなる。

その結果、可動側金型が固定側金型方向に移動し、被加工物にかかる圧力が増大してくると、位置、速度フィードバック処理から出力されるトルク指令Ｔ_ＣＰよりも圧力フィードバック処理で出力されるトルク指令Ｔ_ＣＦの方が小さくなり（−無限大に近くなり）、比較器１４は、この圧力フィードバック処理で出力されるトルク指令Ｔ_ＣＦを最終的なトルク指令Ｔ_Ｃとして電流制御部１５へ出力することになる。以後、プレス又は曲げ加工が終了するまで、圧力制御によるモータ制御がなされることになる。

また、プレス動作等が終了し、可動側金型を固定側金型から離反させて型を開くときには、上述した動作と同様な動作がなされ、位置、速度フィードバック処理でのトルク指令Ｔ_ＣＰが圧力フィードバック処理からのトルク指令Ｔ_ＣＦより−無限大に近いから、型開き動作時には、位置、速度フィードバック処理がなされ、可動側金型は、指令型開き位置まで移動させることができるものである。

以上のように、位置、速度制御から、圧力制御への移行が自動的に行われ、圧力指令が段階的に変化することなく、連続的でスムーズに移行できるものである。よって、被加工物に対して加えられている力が段階的に変化することなく、所定圧力まで連続的に増大して加えられることになるから、品質のよい加工ができる。

上述した第１の実施形態は、サーボモータが駆動する可動側金型側の重力を無視してもよい場合の実施形態である。しかし、プレス、又は曲げ加工の金型の開閉方向が垂直方向で、サーボモータが駆動する可動側金型の重力が大きく無視できないときは、この重力を補正するようにする。

予め、可動側金型に対し所定位置への位置決め指令を出して可動側金型を所定位置に保持する。このとき速度補償器１２から出力されるトルク指令より可動側金型側の重力オフセット（検出されたトルク指令の逆符号）ΔＴを求め記憶しておく。すなわち、この重力オフセット値ΔＴは、可動側金型等の重力によって作用する力を示している。そして、圧力制御部からのトルク指令Ｔ_ＣＦと比較するときは、速度補償器１２から出力されたトルク指令Ｔ_ＣＰに対してこの重力オフセットを補正した値と比較するようにする。図２のケース１やケース３の場合は、重力方向と位置指令の＋の方向と一致するから、トルク指令Ｔ_ＣＰに重力オフセット値ΔＴを加算して比較する。又、図２のケース２やケース４では重力方向と位置指令の＋の方向が逆向きであるから、トルク指令Ｔ_ＣＰから重力オフセット値ΔＴを減算して比較する。前述したようにして、被加工物に加わる力が小さい方を採用し、位置・速度制御部から出力されたトルク指令Ｔ_ＣＰが採用された場合には重力オフセット値を補正する前の位置・速度制御部から出力されたトルク指令Ｔ_ＣＰを最終的なトルク指令とする。

図３は、本発明の第２の実施形態におけるブロック図である。図３に示した第２の実施形態のサーボモータ制御装置３は、トルク指令の代わりに速度指令で、位置制御系か圧力制御系かを選択するようにした点で第１の実施形態と相違するものである。又、図１に示す第１の実施形態の要素と同一の要素は同一の符号を付しており、比較器１７と、フォースゲインの項１６が相違するものであり、又、速度補償器１２は、図３では詳しく、比例項１２ａと積分項１２ｂに分けて記載している。

この第２の実施形態のサーボモータ制御装置３は、位置制御処理部において、上位制御装置１からの位置指令から位置検出器で検出されフィードバックされてくる位置フィードバックを減じてエラーカウンター１０等により位置偏差を求め、該位置偏差にポジションゲインＫ_Ｐを乗じて位置フィードバック処理を行い速度指令Ｖ_ＣＰを求める。一方、圧力制御処理部では、上位制御装置１から位置指令と同時に出力される圧力指令から、圧力センサからの圧力フィードバック値を減じて圧力偏差を求め、該圧力偏差にフォースゲインＫ_Ｆを乗じて圧力フィードバック処理を行い、圧力制御における速度指令Ｖ_ＣＦを求める。

比較器１７で、位置制御処理部の位置フィードバック処理で求めた速度指令Ｖ_ＣＰと圧力制御処理部の圧力フィードバック処理で求めた速度指令Ｖ_ＣＦを比較し、被加工物を圧する方向への指令値（速度指令）が小さい方（被加工物から遠ざかるような方向の速度指令はその大きさが大きいほど被加工物を圧する方向への速度指令が小さいとする）を最終的な速度指令Ｖ_Ｃとして採用し、速度補償器１２への速度指令とする。すなわち、図２で示す例で示すと、ケース１は、位置制御部からの速度指令Ｖ_ＣＰと圧力制御部からの速度指令Ｖ_ＣＦを比較して−無限大に近い方を最終的な速度指令Ｖ_Ｃとする。ケース２の場合は、圧力制御部からの速度指令Ｖ_ＣＦの符号を反転し、位置制御部からの速度指令Ｖ_ＣＰと比較し、＋無限大に近い方を最終的な速度指令Ｖ_Ｃとする。ケース３の場合は、圧力制御部からの速度指令Ｖ_ＣＦの符号を反転し、位置制御部からの速度指令Ｖ_ＣＰと比較し、＋無限大に近い方を最終的な速度指令Ｖ_Ｃとする。ケース４の場合は、圧力制御部からの速度指令Ｖ_ＣＦの符号を反転することなく、位置制御部からの速度指令Ｖ_ＣＰと比較し、−無限大に近い方を最終的な速度指令Ｖ_Ｃとする。

速度補償器１２ではこの速度指令Ｖ_Ｃから、速度検出器からの速度フィードバック値を減じて速度偏差を求め、該速度偏差に基づいて、比例項では、この速度偏差に比例ゲインを乗じ、積分項では、速度偏差を積算した値に積分ゲインを乗じ、比例項と積分項の出力を加算してトルク指令を求め、電流制御部１５への指令とする。電流制御部１５では従来のサーボ制御と同様に、入力されたトルク指令（電流指令）とサーボモータに流れる電流のフィードバック値に基づいて電流フィードバック処理をして、サーボモータへの指令を求め、インバータ等のサーボアンプを介してサーボモータを駆動する。

この第２の実施形態についても、図２のケース１，ケース４に示す金型固定部材Ａが被加工物に対して圧力を加える方向と位置指令の＋方向が一致したときの例で、この実施形態の動作を説明する。
最初、プレス又は曲げ加工開始時の最初は、固定側金型と可動側金型は開いた状態であり、サーボモータは、位置指令、指令速度に追従し、位置偏差は小さく、位置偏差から求められた速度指令Ｖ_ＣＰも小さい。しかし、金型が開き、被加工物に対して可動側金型から圧力が加わっていない初期の状態では、圧力センサからの圧力フィードバック値は「０」であり、圧力偏差は大きな値である。その結果、圧力制御処理部の圧力フィードバック処理で出力される速度指令Ｖ_ＣＦは大きな値（正の値）となり、位置制御処理部の位置フィードバック処理から出力される速度指令Ｖ_ＣＰの方が、被加工物へ圧力を加える方向への指令が小さい（−無限大に近い方を採用する）。比較器１４はこの小さい方を出力することになるから、プレス開始等の可動側金型の移動開始時には、位置制御処理部の出力である速度指令Ｖ_ＣＰが採用され、サーボモータは駆動制御されることになる。

可動側金型が固定側金型に接近し、該金型間に配設された被加工物と可動側金型が接触し、該被加工物に対して可動側金型から圧力が加えられるようになると、サーボモータの速度は低下し、指令位置に対して追従が遅れ、位置偏差が増大し、この位置フィードバック処理から出力される速度指令Ｖ_ＣＰは徐々に増大することになる。これに対して、被加工物に対して可動側金型から圧力が加えられるので、圧力センサからの圧力フィードバック値は増大し、圧力指令との偏差は小さくなる。その結果、圧力制御処理部の圧力フィードバック処理から出力される速度指令Ｖ_ＣＦは徐々に小さくなる。

その結果、可動側金型が固定側金型方向に移動し、被加工物にかかる圧力が増大してくると、位置フィードバック処理から出力される速度指令Ｖ_ＣＰよりも圧力フィードバック処理で出力される速度指令Ｖ_ＣＦの方が小さくなり（−無限大に近くなり）、比較器１７は、この圧力制御処理部の圧力フィードバック処理で出力される速度指令Ｖ_ＣＦを速度補償器１２へ出力することになり、以後プレス、又は曲げ加工が終了するまで、圧力制御によるモータ制御がなされることになる。

また、プレス動作等が終了し、可動側金型を固定側金型から離反させて型を開くときには、上述した動作と同様な動作がなされ、位置フィードバック処理での速度指令Ｖ_ＣＰが圧力フィードバック処理からの速度指令Ｖ_ＣＦより小さくなるから（−無限大に近くなるから）、型開き動作時には、位置フィードバック処理がなされ、可動側金型は、指令型開き位置まで移動させることができるものである。

上述した第１、第２の実施形態のトルク指令による切り換えと速度指令の切り換えを比較すると、速度指令による切り換え（第２の実施形態）の方が、圧力フィードバック制御になっても速度フィードバック制御がなされるものであるから、この分安定した動作ができるというメリットがある。

上述した各実施形態では、一方の金型は固定され、移動せず、他方の可動側金型のみが移動してプレス加工、曲げ加工等を実施するものであった。一方、可動側金型の移動に対して、他方側の（固定側）金型を圧力制御で制御し他方側の金型も移動させるようにした、ダイクッション制御に対しても本発明は適用できるものである。この場合、可動側金型は、従来と同様に、一定ストロークで往復動を行うだけであり、この可動側金型の往復動に同期して、可動側金型に対向する他方の金型（以下ダイクッション側金型という）を取り付けた部材をサーボモータで駆動し、該サーボモータの制御装置は、上位制御装置から、位置指令と圧力指令を同時に受け、ダイクッション側金型の位置、速度、圧力を制御する。

図４は、このダイクッション制御を行う第３の実施形態のブロック図で、ダイクッション側金型を取り付けた固定部材を駆動するサーボモータの制御に適用するものである。

この第３の実施形態のサーボモータ制御装置４は、図３に示したサーボモータ制御装置にフィードフォワード制御手段が加わった点で、図３に示した第２の実施形態と相違するものである。図３に示す第２の実施形態と同一要素は同一符号を付している。

この第３の実施形態についても、図２のケース１，ケース４に示す金型固定部材Ａが被加工物に対して圧力を加える方向と位置指令の＋方向が一致するときを例にとって、この実施形態の動作を説明する。
可動側金型が所定位置に達したとき、上位制御装置よりこのサーボモータ制御装置４へ位置指令と圧力指令が同時に出力される。そして、第２の実施形態で説明したように、最初は位置制御処理部から出力される速度指令Ｖ_ＣＰが圧力制御処理部から出力される速度指令Ｖ_ＣＦより−無限大に近いことから、比較器１７からは、この位置制御処理部から出力される速度指令Ｖ_ＣＰが最終的な速度指令Ｖ_Ｃとして出力される。そして、可動側金型が被加工物に接触し圧力を加え始めると、位置制御処理部から出力される速度指令Ｖ_ＣＰより圧力制御処理部から出力される速度指令Ｖ_ＣＦの方が−無限大に近くなり、比較器１７からは、圧力制御処理部から出力される速度指令Ｖ_ＣＦが最終的な速度指令Ｖ_Ｃとして出力されて、速度補償器で速度フィードバック制御がなされ、電流制御部で電流フィードバック制御がなされてダイクッション制御側の金型を駆動するサーボモータが駆動される。

圧力制御処理部の圧力フィードバック制御により速度指令を求め該速度指令に基づいてサーボモータを駆動するものであることから、ある速度で移動している時には、圧力偏差が残ることになる。すなわち、速度補償器１２による速度フィードバック制御は、指令速度が速度フィードバックによってキャンセルされて速度偏差が「０」になるように動作するものであるから、ある程度の速度指令が出力されていることを意味し、それが圧力偏差に相当する。

そこで、可動側金型の動作は予め分かっているものであるから、この可動側金型と同じプログラム（位置指令）を、このダイクッション側金型を駆動するサーボモータ制御装置４にも与える。フィードフォワード制御手段は、この位置指令を微分（符号１８で示す項）して、速度に対応する値を求め、フィードフォワード係数（符号１９で示す項）を乗じてフィードフォワード制御量を求め、速度指令に加算する速度フィードフォワード制御を実行する。これにより、可動側金型により押し込まれて移動しているダイクッション制御側の金型の速度フィードバック分を速度フィードフォワード制御量によりキャンセルし、あたかも速度フィードバックが「０」であるように作動させる。これによって、速度指令はほとんど「０」の状態で動作することになり、圧力指令と実圧力の定常偏差を低減する。

なお、上述した速度フィードフォワード制御は、圧力フィードバック制御による速度指令に切り替わった時点から開始する。そしてフィードフォワード制御で予想できない速度変動分は、速度偏差によって、速度補償器１２が補償するので、安定性は高くなるものである。

図５は、本発明の第４の実施形態であるサーボモータ制御装置５のブロック図である。この第４の実施形態も、ダイクッション制御を行うときのダイクッション制御側の金型を駆動するサーボモータの制御装置５であり、図４に示した第３の実施形態と比較し、加速度フィードバック制御を組み込んだ点が相違するのみである。他は同一であり、図４の第３の実施形態と同一の要素は同一の符号を付している。

すなわち、この第４の実施形態では、速度フィードバックを微分して（符号２０の項）加速度のフィードバック値を求め、該加速度フィードバック値にゲイン（符号２１の項）を乗じてトルク指令のフィードバック値してトルク指令との偏差を求め、この偏差を電流制御部１５の入力としている。
この第４の実施形態では、サーボモータの実加速度に基づくトルク指令の補正がなされるとにより、さらに安定した制御ができるものである。又、この加速度フィードバックによるトルク指令の補正は、図１、図３で示したサーボモータ制御装置にも適用できるものである。

図６は、図１に示した第１の実施形態を実施するサーボモータ制御装置２のプロセッサが位置制御処理周期毎に実施する処理のフローチャートである。
この実施形態は、図２に示したケース１に示すように、位置指令の＋方向と金型固定部材Ａが被加工物に対して圧力を加える方向が同一の場合の例である。
まず、プロセッサは、上位制御装置（数値制御装置）１から出力される位置指令に基づく、当該位置制御周期における位置指令（当該周期における移動量）を読み取ると共に、圧力指令を読み取る（ステップａ１，ａ２）。位置のフィードバック、圧力のフィードバックを読み取る（ステップａ３，ａ４）。そして、圧力指令より圧力フィードバックを減じて圧力偏差を求め（ステップａ５）、前回の周期で求めた位置偏差に当該周期のステップａ１で求めた位置指令からステップａ３で求めた位置フィードバックを減じた値を加算して当該周期の位置偏差を求める（ステップａ６）。

ステップａ５で求めた圧力偏差を前周期における圧力ループ積分器の値に加算して当該周期の圧力ループ積分器の値を求め（ステップａ７）、この圧力ループ積分器の値に圧力ループの積分ゲインを乗じて圧力ループ積分項の値を求める（ステップａ８）。また、ステップａ５で求めた圧力偏差に圧力ループ制御の比例ゲインを乗じて圧力ループ比例項の値を求める（ステップａ９）。圧力ループ積分項の値と圧力ループ比例項の値を加算して圧力制御用トルク指令Ｔ_ＣＦを求める（ステップａ１０）。

又、ステップａ６で求めた位置偏差にポジションゲインＫ_Ｐを乗じて速度指令を求める（ステップａ１１）。そして、速度フィードバックを読み取り（ステップａ１２）、速度指令から速度フィードバックを減じて速度偏差を求め（ステップａ１３）、この速度偏差を前周期における速度ループ積分器の値に加算して当該周期の速度ループ積分器の値を求め（ステップａ１４）、この速度ループ積分器の値に速度フィードバック制御の積分ゲインを乗じて速度ループ積分項の値を求める（ステップａ１５）。また、ステップａ１３で求めた速度偏差に速度ループの比例ゲインを乗じて速度ループ比例項の値を求める（ステップａ１６）。速度ループの積分項の値と速度ループの比例項の値を加算して位置制御用トルク指令Ｔ_ＣＰを求める（ステップａ１７）。

求めた位置制御用トルク指令Ｔ_ＣＰ、ステップａ１０で求めた圧力制御用トルク指令Ｔ_ＣＦを比較し、−無限大に近い方、すなわち、このケースの場合は小さい方を採用する（ステップａ１８）。位置制御用トルク指令Ｔ_ＣＰの方が小さければ、最終的なトルク指令Ｔ_Ｃを位置制御用トルク指令Ｔ_ＣＰとし、次の電流制御部への指令とする（ステップａ１９）。
一方、圧力制御用トルク指令Ｔ_ＣＦの方が小さければ、最終的なトルク指令Ｔ_Ｃとして、圧力制御用トルク指令Ｔ_ＣＦとし、電流制御部への指令とする（ステップａ２０）。

上記処理をサーボモータ制御装置２のプロセッサは、位置制御周期毎実行し、最初は、圧力偏差が大きいことから、圧力制御用トルク指令Ｔ_CFは大きく、位置制御用トルク指令Ｔ_CPの方が小さいから、ステップａ１〜ステップａ１９の処理が、位置制御周期毎実行される。そして、金型固定部材Ａが被加工物に当接し圧力を加え始めると、位置制御用トルク指令Ｔ_CPが徐々に大きくなり、圧力制御用トルク指令Ｔ_CFが徐々に小さくなり、圧力制御用トルク指令Ｔ_CFの方が小さくなるとステップａ１〜ステップａ１８，ステップａ２０の処理が実行される。このように、金型固定部材Ａを駆動するモータの制御が、位置速度制御から圧力制御に連続的、スムーズに切り換えられるものである。
なお、図６で示した例では、重力オフセットΔＴの補正を行わないものとしたが、重力オフセット補正を行う場合には、ステップａ１７で求めた位置制御用トルク指令Ｔ_CPに重力オフセットΔＴを加算して補正し（位置指令の＋方向と重力方向が一致する）、この補正された位置制御用トルク指令（Ｔ_CP＋ΔＴ）と圧力制御用トルク指令Ｔ_CFを比較し、圧力制御用トルク指令Ｔ_CFが小さければ、ステップａ２０に移行して最終的なトルク指令Ｔ_Cとして、圧力制御用トルク指令Ｔ_CFの方が大きければ、ステップａ１９に移行して最終的なトルク指令Ｔ_Cを、補正前の位置制御用トルク指令Ｔ_CPとする。

上述した例は図２に示したケース１の例であるが、ケース４の場合も同様である。又、ケース２，３の場合には、ステップａ１８の前で、ステップａ１０で求めた圧力制御用トルク指令Ｔ_ＣＦの符号を逆転し、この符号を逆転した圧力制御用トルク指令−Ｔ_ＣＦと位置制御用トルク指令Ｔ_ＣＰをステップａ１８で比較し、−Ｔ_ＣＦとＴ_ＣＰの２つのうち＋無限大に近い方を最終的なトルク指令Ｔ_Ｃとする処理となる。

又、オーバシュート、アンダーシュートが小さいような場合には、上述したケース１〜４を含めて、ステップａ１８の処理を、単に圧力制御用トルク指令Ｔ_ＣＦと位置制御用トルク指令Ｔ_ＣＰのそれぞれの絶対値を比較して、小さい方を最終的なトルク指令としてもよい。

さらには、圧力制御用トルク指令Ｔ_ＣＦの絶対値が位置制御用トルク指令Ｔ_ＣＰの絶対値より小さくなると、フラグをたてて、該フラグが立っていると、位置・速度フィードバック制御処理はせず（ステップａ１，ａ３，ａ６，ａ１１〜ａ１９の処理は実行しない）、圧力フィードバックの処理のみを行い該圧力フィードバックによって得られた圧力制御用トルク指令Ｔ_ＣＦを最終的なトルク指令Ｔ_Ｃとするようにしてもよい。

図７は、図４に示す第３の実施形態であるダイクッション制御側の金型固定部材Ａを駆動するサーボモータのモータ制御装置４のプロセッサが、位置制御周期毎に実施する処理のフローチャートである。この実施形態は図２のケース４に示すように、位置指令の＋方向とこのサーボモータで駆動される金型固定部材Ａが被加工物に圧力を加える方向が一致する場合として以下説明する。
ステップｂ１からステップｂ６までの処理は図６で示したステップａ１〜ステップａ６までの処理と同一である。この第３の実施形態のサーボモータ制御装置では、ステップｂ６で求めた位置偏差にポジションゲインＫ_Ｐを乗じて位置制御用速度指令Ｖ_ＣＰを求め（ステップｂ７）、ステップｂ５で求めた圧力偏差にフォースゲインＫ_Ｆを乗じて圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦを求める（ステップｂ８）。求めた位置制御用速度指令Ｖ_ＣＰと圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦを比較し（ステップｂ９）、位置制御用速度指令Ｖ_ＣＰの−無限大に近い方（小さい方）を最終的な最終的な速度指令Ｖ_Ｃとする。位置制御用速度指令Ｖ_ＣＰが圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦより小さければ、位置制御用速度指令Ｖ_ＣＰを最終的な最終的な速度指令Ｖ_Ｃとし、かつフィードフォワード項の値を「０」とする（ステップｂ１０）。

また、圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦの方が小さければ、最終的な速度指令Ｖ_Ｃを圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦとし、当該位置制御周期における位置指令（移動量）にフィードフォワード係数を乗じてフィードフォワード制御量（ＦＦ項）を求める（ステップｂ１１）。位置制御周期における位置指令の移動量は、所定時間での移動量であり、実質的な速度を意味する。よって、当該位置制御周期における位置指令の移動量は図４における微分の項１８の処理を意味する。

そして、速度フィードバックを読み取り（ステップｂ１２）、ステップ１０又はステップ１１で求めた最終的速度指令Ｖ_Ｃから速度フィードバックを減じ、さらにフィードフォワード制御量を加算して、フィードフォワード制御による補正された速度偏差を求める（ステップ１３）。次に、この速度偏差を前周期における積分器の値に加算して当該周期の積分器の値を求め（ステップｂ１４）、この積分器の値に速度フィードバック制御の積分ゲインを乗じて積分項の値を求める（ステップｂ１５）と共に、ステップｂ１３で求めた速度偏差に速度フィードバック制御の比例ゲインを乗じて比例項の値を求め（ステップｂ１６）、積分項の値と比例項の値を加算してトルク指令を求め電流制御部への指令とする（ステップｂ１７）。

この第３の実施形態においても、最初は、圧力偏差が大きく、圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦが大きいことから、サーボモータ制御装置２のプロセッサは、ステップｂ１〜ステップｂ９，ステップｂ１０、ステップｂ１２〜ステップｂ１７の処理を、位置制御周期毎実行する。そして、被加工物に加わる圧力が増加し、圧力制御用トルク指令Ｔ_ＣＦが小さくなり、圧力制御用トルク指令Ｔ_ＣＦの方が位置制御用速度指令Ｖ_ＣＰより小さくなると、ステップｂ１〜ステップｂ８，ステップｂ１１、ステップｂ１２〜ステップｂ１７の処理を位置制御周期毎実行するようになり、位置制御から圧力制御に連続的、スムーズに切り換えられる。

この図７で示した第３の実施形態の処理は、ダイクッション制御側の金型固定部材Ａを駆動するサーボモータのモータ制御装置４のプロセッサが実行する処理であるが、図３で示した、固定された金型に対して移動側金型を駆動してプレス加工、曲げ加工等の鍛圧機械における可動側金型を駆動するサーボモータのモータ制御装置２の場合でのプロセッサの処理は、図６におけるステップｂ１１のフィードフォワード制御量（ＦＦ項）を「０」とするものであり、フィードフォワード制御を行わないだけのもので、他の処理は図７に示した処理と同一である。よって図３に示した第２の実施形態におけるサーボモータ制御装置のプロセッサが実施する処理は省略している。

図８は、図５に示した第４の実施形態であるサーボモータ制御装置５のプロセッサが位置制御周期毎に実施する処理を示すフローチャートである。この処理は図７に示した処理に、ステップｃ１８，ｃ１９の加速度フィードバック処理が加わったものである。この実施形態は図２のケース４に示すように、位置指令の＋方向とこのサーボモータで駆動される金型固定部材Ａが被加工物に圧力を加える方向が一致する場合として以下説明する。

ステップｃ１〜ステップｃ１７までは、図７に示す処理のステップｂ１〜ステップｂ１７と同一である。

すなわち、この図８に示す第４の実施形態のプロセッサが行う処理は、図７で述べた第３の実施形態におけるプロセッサの処理と同じ処理によりトルク指令を求め、次に、ステップｃ３で読み取った速度フィードバックから前周期における速度フィードバックを減じて速度差、すなわち加速度のフィードバックを求め（ステップｃ１８）、この加速度フィードバックに加速度フィードバックゲインＫａを乗じた値を、求めたトルク指令から減じた値を電流制御部への指令とする（ステップｃ１９）。このステップｃ１８，ｃ１９の処理が図４における符号２０，２１の項の制御処理に該当する。

なお、上述した第３、第４の実施形態の実施処理の例も、図２に示したケース１の例で説明したが、ケース４の場合も同様である。又、ケース２，３の場合には、ステップｂ１９又はステップｃ９の前で、ステップｂ８又はステップｃ８で求めた圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦの符号を逆転し、この符号逆転した圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦと位置制御用速度指令Ｖ_ＣＰをステップｂ９又はステップｃ９で比較し、＋無限大に近い方を最終的な速度指令Ｖ_Ｃとする処理となる。

又、オーバシュート、アンダーシュートが小さいような場合には、上述したケース１〜４を含めて、ステップｂ９、ステップｃ９の処理を、単に圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦと位置制御用速度指令Ｖ_ＣＰのそれぞれの絶対値を比較して、小さい方を最終的な速度指令としてもよい。

さらには、圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦの絶対値が位置制御用速度指令Ｖ_ＣＰの絶対値より小さくなると、フラグをたてて、該フラグが立っていると、位置フィードバック制御処理（ステップｂ１，ｂ３，ｂ６，ｂ７、ステップｃ１，ｃ３，ｃ６，ｃ７）はせず、圧力フィードバックの処理のみを行い該圧力フィードバックによって得られた圧力制御用速度指令Ｖ_ＣＦを最終的な速度指令Ｖ_Ｃとするようにしてもよい。

本発明の第１の実施形態におけるブロック図である。 本発明のサーボモータ制御装置で制御されるサーボモータで駆動される金型固定部材の移動方向と位置指令の＋方向との関係から、最終的に採用するトルク指令の選択を説明する説明図である。 本発明の第２の実施形態におけるブロック図である。 本発明の第３の実施形態におけるブロック図である。 本発明の第４の実施形態におけるブロック図である。 本発明の第１の実施形態におけるサーボモータ制御装置のプロセッサが実行する処理のフローチャートである。 本発明の第３の実施形態におけるサーボモータ制御装置のプロセッサが実行する処理のフローチャートである。 本発明の第４の実施形態におけるサーボモータ制御装置のプロセッサが実行する処理のフローチャートである。

符号の説明

１ 上位制御装置（数値制御装置）
２，３，４，５ サーボモータ制御装置

Claims (5)

1. 一方の金型固定部材を所定のストロークで往復動させ、他方の金型固定部材をサーボモータにより駆動してダイクッション動作を行う鍛圧機械であって、前記金型固定部材又は該金型固定部材を駆動するサーボモータの位置を検出する検出器と、サーボモータの速度を検出する検出器と、位置指令と位置フィードバックの差である位置偏差から速度指令を作成する位置制御処理部と、速度指令と速度フィードバックの差である速度偏差からトルク指令を作成する速度制御処理部を備え、そのトルク指令に基づいて前記サーボモータを駆動して被加工物を加工する鍛圧機械のサーボモータ制御装置において、
   前記被加工物にかかる実圧力を検出する検出器と、
   圧力指令と実圧力の差である圧力偏差から速度指令を作成する圧力制御処理部と、
   位置制御処理部が出力する速度指令と、圧力制御処理部が出力する速度指令を比較し、前記被加工物を圧する方向への速度指令が小さい方を実際の速度指令として選択して速度制御処理部に渡す比較手段と、
   前記圧力制御指令部が出力する速度指令が選択されているとき、位置指令の微分値に基づくフィードフォワード制御量を前記選択された速度指令に加算するフィードフォワード手段と、
   を備えることを特徴とする鍛圧機械のサーボモータ制御装置。
2. 前記比較手段の代わりに、位置制御処理部が出力する速度指令と、圧力制御処理部が出力する速度指令を比較し、その絶対値の小さい方を実際の速度指令として選択して速度制御処理部に渡す比較手段とした請求項１に記載のサーボモータ制御装置。
3. 一方の金型固定部材を所定のストロークで往復動させ、他方の金型固定部材をサーボモータにより駆動してダイクッション動作を行う鍛圧機械であって、前記金型固定部材又は該金型固定部材を駆動するサーボモータの位置を検出する検出器と、サーボモータの速度を検出する検出器と、位置指令と位置フィードバックの差である位置偏差から速度指令を作成する位置制御処理部と、速度指令と速度フィードバックの差である速度偏差からトルク指令を作成する速度制御処理部を備え、そのトルク指令に基づいて前記サーボモータを駆動して被加工物を加工する鍛圧機械のサーボモータ制御装置において、
   前記被加工物にかかる実圧力を検出する検出器と、
   圧力指令と実圧力の差である圧力偏差から速度指令を作成する圧力制御処理部と、
   位置制御処理部が出力する速度指令の絶対値と、圧力制御処理部が出力する速度指令の絶対値を比較する比較手段と、
   位置制御処理部が出力する速度指令の絶対値が圧力制御処理部が出力する速度指令の絶対値より小さい間は、位置制御処理部が出力する速度指令を選択し、圧力制御処理部が出力する速度指令の方が小さくなったことが検出されると、以後は圧力制御処理部が出力する速度指令を選択して速度制御処理部に渡す切換手段と、
   前記圧力制御指令部が出力する速度指令が選択されているとき、位置指令の微分値に基づくフィードフォワード制御量を前記選択された速度指令に加算するフィードフォワード手段と、
   を備えることを特徴とする鍛圧機械のサーボモータ制御装置。
4. モータの実加速度を検出し、その加速度に応じたトルクでトルク指令を補正する手段を備えた請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の鍛圧機械のサーボモータ制御装置。
5. 位置指令と圧力指令を上位制御装置から同時に与えることを特徴とする請求項１乃至４の内いずれか１項に記載の鍛圧機械のサーボモータ制御装置。

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