多軸連動超精密工作機械制御システムのサーボ周波数が超精密工作機械の動的性能に与える影響を分析するため、本研究ではシミュレーションと実験を組み合わせたサーボ周波数のマッチングおよび性能評価方法を構築した。超精密工作機械のサーボ制御システムのシミュレーションモデルを構築し、単一制御変数法を用いてサーボ周波数を調整し、ガイドレールのリニアモーター出力精度との関係を研究した。シミュレーション結果は、高いサーボ周波数が外部攪乱がモーター駆動力に与える影響を抑制するのに有効であることを示した。本研究では追従誤差と繰り返し位置決め精度を超精密工作機械設備の性能検証指標として用い、位置制御実験プラットフォームを構築した。実験結果は、サーボ周波数が高いほど追従誤差が小さく、応答速度が速く、位置決め精度が高いことを示した。装置のハードウェア性能制限により、サーボ周波数が8kHzを超えると、より高いサーボ周波数がデッドタイムの占有割合を大きくし、閉ループ安定余裕を低減するため、サーボ周波数は8kHzを超えないようにする必要がある。サーボ周波数と装置性能を直接関連付けることが困難な点に対して、本研究では線形相関分析を用いて位置実験結果とシミュレーション結果を関連付け、特性パラメータと装置性能の直接関係を導き出し、最適サーボ周波数として8kHzを選定した。単結晶ニッケル切削実験では、異なるサーボ周波数を用い、最適サーボ周波数制御下での超精密工作機械加工ワークのS_aおよびP-Vが非最適サーボ周波数と比較してそれぞれ23％および13％向上した。最終的に、最適サーボ周波数が表面品質を効果的に改善し、超精密工作機械の加工性能を向上させ、超精密工作機械制御システムのハードウェア設計および装置の性能最適化の理論的根拠を提供することが明らかになった。

超精密工作機械;サーボ周波数;線形相関;繰返し位置決め精度;追従誤差