テーブル駆動系の非線形摩擦モデリングと適応オブザーバによる摩擦補償に関する研究

テーブル駆動装置の滑り摺動面に発生する非線形摩擦は,テーブル起動時のスティック・スリップモーションやテーブル精密軌跡制御時のトラッキングエラー等の原因となり,最終位置決め精度の低下を招くことが知られている。本研究では,特にテーブル駆動時の滑らかな運動方向逆転や微小送り動作に対して,システム外乱と見なすことのできる非線形摩擦の補償に焦点を絞り,摩擦外乱に対してロバストなモーションコントローラを構築することを研究目的としてきた。平成9年度から2年間に亘って行われた本研究では,精密摩擦モデルの導出と適応オブザーバの構築及びその基礎的実験検証を実施した平成9年度に引き続き,平成10年度では提案の適応オブザーバを用いた制御系の評価を供試テーブル駆動システムを用いた特性試験によって評価した。その研究実績は,以下の通りである。1. 本研究で提案する摩擦補償制御系は,テーブル速度符号関数を含めた適応外乱オブザーバを併用したフィードフォワード制御系である。その適応外乱オブザーバは,ブラシによるたわみを有する摩擦摺動面モデルから導出された摩擦精密モデルに立脚して構成された推定器であり,非線形摩擦をリアルタイムに推定・補償可能とするものである。2. 本提案制御系は,実際のCNC旋盤に用いられているテーブル駆動システムに対する軌跡制御系に搭載され,軌跡制御特性試験と特性解析によってその有効性が検証された。供試テーブルシステムには,本研究費で設備備品として購入したリニアスケールを設置し,テーブル位置のサブミクロンオーダでの検出が可能となっている。3. 実機検証の結果,旋盤に通常与えられるテーブル駆動軌跡を模擬した正弦波位置指令に対して,誤差2μm以下の軌跡制御精度による滑らかな速度方向反転が達成できることが示された。

テーブル駆動装置の滑り摺動面に発生する非線形摩擦は,テーブル起動時のスティック・スリップモーションやテーブル精密軌跡制御時のトラッキングエラー等の原因となり,最終位置決め精度の低下を招くことが知られている。本研究では,特にテーブル駆動時の滑らかな運動方向逆転や微小送り動作に対して,システム外乱と見なすことのできる非線形摩擦の補償に焦点を絞り,摩擦外乱に対してロバストなモーションコントローラを構築することを研究目的としてきた。平成9年度から2年間に亘って行われた本研究では,精密摩擦モデルの導出と適応オブザーバの構築及びその基礎的実験検証を実施した平成9年度に引き続き,平成10年度では提案の適応オブザーバを用いた制御系の評価を供試テーブル駆動システムを用いた特性試験によって評価した。その研究実績は,以下の通りである。1. 本研究で提案する摩擦補償制御系は,テーブル速度符号関数を含めた適応外乱オブザーバを併用したフィードフォワード制御系である。その適応外乱オブザーバは,ブラシによるたわみを有する摩擦摺動面モデルから導出された摩擦精密モデルに立脚して構成された推定器であり,非線形摩擦をリアルタイムに推定・補償可能とするものである。2. 本提案制御系は,実際のCNC旋盤に用いられているテーブル駆動システムに対する軌跡制御系に搭載され,軌跡制御特性試験と特性解析によってその有効性が検証された。供試テーブルシステムには,本研究費で設備備品として購入したリニアスケールを設置し,テーブル位置のサブミクロンオーダでの検出が可能となっている。3. 実機検証の結果,旋盤に通常与えられるテーブル駆動軌跡を模擬した正弦波位置指令に対して,誤差2μm以下の軌跡制御精度による滑らかな速度方向反転が達成できることが示された。