JP2002366230A - ねじ送り装置におけるバックラッシュ補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボモータにより制御対象の位置を制御す
るフルクローズド位置制御装置において、制御対象の動
作条件に関わらず、的確に作用するバックラッシュ補正
機能を有した位置制御装置を提供する。 【解決手段】 位置制御装置に、速度指令値と加速度指
令値とトルク指令値から、バックラッシュ内動作の発生
条件を分別し、各条件に適合した基準でバックラッシュ
内動作の発生有無を判別し、的確な方向と大きさを持っ
たバックラッシュ補正値を演算するバックラッシュ補正
演算部を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、数値制御機械のテ
ーブル等の可動部材の位置を制御する為に用いられる位
置制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】数値制御機械では、位置制御装置には位
置指令値Ｘｏが入力され、位置制御装置は入力された位
置指令値Ｘｏから、接続されたサーボモータのトルク指
令値τｃを演算し、トルク指令値τｃを増幅してトルク
を発生させサーボモータを制御する。サーボモータを制
御することで、サーボモータにギヤ等を介して接続され
たテーブル等の可動部材の位置を制御する処理を行なっ
ている。

【０００３】このような位置制御装置と、サーボモー
タ、テーブル等を含む対象システムを示すブロック図を
図５に示す。図５では、フルクローズド位置制御装置が
用いられており、フルクローズド位置制御装置（以降単
に位置制御装置と略す）では、位置指令値Ｘｏ、位置検
出値ｘｍ（サーボモータに備えられており回転角を検出
する、位置検出器あるいは速度検出器の検出値）、位置
検出値ｘＬ（テーブル等の可動部材に備えられており、
リニアスケールから位置を検出する位置検出器の検出
値）を入力して、加減速処理、ギヤ等で発生するバック
ラッシュを補正するバックラッシュ補正処理が行なわ
れ、サーボモータのトルク指令値τｃの演算を行してい
る。位置制御装置のブロック図に示される一連の処理は
定常的な位置偏差Ｘ−ｘＬをゼロ化し、制御対象である
可動部材を位置指令で指示する位置に移動制御すること
を目的とした、良く知られたフィードフォワードブロッ
クを構成している。

【０００４】以下に図５に示した従来技術の位置制御装
置の構成と動作について詳しく説明する。

【０００５】位置指令を位置制御装置に送る上位装置
（図示しない）があり、上位装置から位置制御装置に位
置指令値Ｘｏが入力される。加減速処理１００は、制御
対象の実際の位置が追従可能となる様に、位置指令値Ｘ
ｏの時間変化率を軽減させるための加減速処理を実行
し、最終的な位置指令値Ｘを出力する。減算器１０１は
位置指令値Ｘから、リニアスケール等（図示しない）か
ら直接読み取った可動部材の位置検出値ｘＬを減算し、
位置偏差Ｘ−ｘＬを算出する。

【０００６】増幅器１０２は位置偏差Ｘ−ｘＬを位置ル
ープゲインＧｐの増幅率で比例増幅するものであり、こ
の増幅器１０２の出力には、位置指令値Ｘを微分器１０
４で時間微分して得られた速度指令値Ｖと、バックラッ
シュ補正演算部から出力されたバックラッシュ補正値Ｖ
ｂｌｃが加算器１０３で加算され、最終的な速度指令値
Ｖｃとなる。減算器１０５は、速度指令値Ｖｃからモー
タ速度ｖｍを減算し、速度偏差Ｖｃ−ｖｍを算出する。
増幅器１０６は速度偏差Ｖｃ−ｖｍを速度ループゲイン
Ｇｖの増幅率で増幅する。

【０００７】増幅器１０６の出力は、速度指令値Ｖを微
分器１０９で時間微分され増幅器１１０で加速トルク換
算定数Ｃａ倍に増幅されて得られた加速トルク指令値τ
ｃａと、加算器１０８で加算されてトルク指令値τｃと
なる。トルク指令値τｃは、電力増幅器とサーボモータ
で構成されるパワー増幅部１１１で、トルク変換定数Ｃ
ｔの増幅率で電力増幅され、対象システム１１２に対す
る発生トルクτとなる。発生トルクτは対象システム１
１２に供給され、サーボモータを駆動する。尚、図５中
の微分器の符号Ｓは微分動作を示すラプラス変換の演算
子である。

【０００８】次に、上記説明した位置制御装置におい
て、バックラッシュ補正演算部がバックラッシュ補正値
Ｖｂｌｃを出力しているが、バックラッシュ補正演算部
で行われる処理について詳しく説明する。

【０００９】まず始めに、移動方向検出部１１３は速度
指令値Ｖを入力として、制御対象の移動方向の反転を検
知し、ＯＮまたはＯＦＦを示す２値信号であるパルス信
号Ｆｄｒを式１に基づいて出力する。

【００１０】

【数１】 Ｆｄｒ：ＯＮ （Ｖ＜０⇒Ｖ＞０、または、Ｖ＞０⇒Ｖ＜０の移動方向反転が 発生した場合） ・・・ 式１ バックラッシュ補正量算出部１１４は、速度指令値Ｖと
Ｆｄｒを入力として、ＦｄｒがＯＮになった時、バック
ラッシュ補正値Ｖｂｌｃを式２及び式３に基づいてパタ
ーン出力する。

【００１１】

【数２】 Ｖｂｌｃ（０）＝ｓｇｎ（Ｖ）・Ｖｂｌｃｏ ・・・ 式２ （ここで、ｓｇｎ（Ｖ）は符号関数であり、Ｖ＞０なら
ｓｇｎ（Ｖ）＝＋１，Ｖ＜０ならｓｇｎ（Ｖ）＝−１，
Ｖ＝０ならｓｇｎ（Ｖ）＝０を示す。また、Ｖｂｌｃ
（０）は、Ｖｂｌｃの初期値を示し、Ｖｂｌｃｏは、予
めバックラッシュ補正量算出部１１４に設定されている
バックラッシュ補正設定量（＞０とする）を示す。）

【数３】 Ｖｂｌｃ＝Ｖｂｌｃ（０）・ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｄ） ・・・ 式３ （ここで、ｔはＦｄｒがＯＮとなった時からの時間経過
を示す。Ｔｄは時定数を示し予めバックラッシュ補正量
算出部１１４に設定されている。式３はバックラッシュ
補正値Ｖｂｌｃの時間特性を表現するためのもので、本
例では漸次減衰特性をとっている。） 従来、上記説明した処理をバックラッシュ補正演算部１
１３で行なうことにより、速度が反転した時、ギヤで発
生するバックラッシュ内動作の補正量を演算していた。

【００１２】次に、位置制御装置が指令を送る、サーボ
モータ、テーブル等の制御対象で構成される対象システ
ムについて説明する。

【００１３】図４は、対象システム１１２の構成を位置
検出器の検出する位置とトルクの関係、トルクの伝達の
観点から表現した説明図である。

【００１４】対象システムでは、サーボモータで発生す
る発生トルクτは、モータ加減速トルク（τ−τＬ）が
サーボモータの回転の為に消費され、ギヤに伝えられる
負荷トルクτＬとなる。負荷トルクは、可動部材の位置
を制御する為にギヤに伝えられるが、ギヤには、テーブ
ル側からは、切削時に切削工具から受ける力、重力等に
よる外部トルクτｅｘ、テーブルの移動時の摩擦による
摩擦トルクτｆが伝達されるので、テーブルを移動させ
る為のトルクは、負荷トルク、外部トルク、摩擦トルク
の和である負荷側加減速トルクτＬａとなる。

【００１５】これらのトルクと位置検出器で検出される
位置との関係を図４を参照して説明する。

【００１６】図４において、発生トルクτより負荷トル
クτＬを減算されたトルクがサーボモータの加減速トル
クとなり、サーボモータの回転角より検出される位置で
ある回転角位置ｘｍを決定する。尚、図４中で、Ｉｍは
サーボモータの慣性モーメントであり、Ｓは微分動作を
示すラプラス変換の演算子である。従って、トルクを慣
性モーメントで割り、加速度を演算し、加速度を２回積
分することで、位置を演算することができる。

【００１７】入出力特性図１１５は、バックラッシュに
関する動作を、入力である位置誤差ｘｍ−ｘＬを横軸に
とり，出力である負荷トルクτＬを縦軸にとった入出力
関係で表現したものである。位置誤差ｘｍ−ｘＬが正の
ある値になると正方向（以降Ｐ方向と称す）にバックラ
ッシュは詰まり、その値以上では伝達系の剛性に基づい
て決定するＰ方向の負荷トルクτＬが発生し、負荷側
（可動部材側）に伝達される。逆に、位置誤差ｘｍ−ｘ
Ｌが負のある値になると負方向（以降Ｎ方向と称す）に
バックラッシュは詰まり、その値以上ではＮ方向の負荷
トルクτＬが発生する。入出力特性図１１５において
は、対象システム１１２の持つバックラッシュ量がｘｂ
ｌとして表現されている。

【００１８】次に入出力特性図１１５の出力として表現
されている負荷トルクτＬは、負荷側に作用する重力等
の外部トルクτｅｘと摩擦トルクτｆの加算値として表
現される負荷側に働く外乱トルクτＬｄと、加算されて
負荷側加減速トルクτＬａになり、トルクτＬａでテー
ブルを移動するので、位置検出値ｘＬはトルクτＬａに
より決定される（ＩＬは負荷側の慣性モーメントを示
す）。

【００１９】以上で、対象システム１１２の２つの位置
検出器の検出する位置とトルクの関係を説明したが、摩
擦トルクτｆの性質上、図４で説明できるのは、負荷と
なるテーブルが一方向に移動中の場合に限られ、負荷と
なるテーブルの停止中は、τＬ＞｜τｆ｜−τｅｘでＰ
方向動作が発生し、τＬ＜−｜τｆ｜−τｅｘでＮ方向
動作が発生する。（｜τｆ｜は摩擦トルクτｆの絶対値
である。）つまり、負荷トルクτＬが式４の範囲では依
然として負荷となるテーブルは停止のままであり、負荷
となるテーブルの位置検出値ｘＬは変化しない。

【００２０】

【数４】 （−｜τｆ｜−τｅｘ）≦τＬ≦（｜τｆ｜−τｅｘ） ・・・ 式４

【００２１】以上述べた図５の従来の位置制御装置にお
いて、バックラッシュ補正演算部の動作の一例を図６の
タイムチャートを用いて説明する。

【００２２】横軸は時間ｔの経過を示しており、最上段
に速度指令値Ｖを記している。本例における速度指令値
Ｖは、Ｖ＜０からＶ＞０へ反転後、一定速度で移動して
から減速停止し、一定時間経過後、Ｖ＞０（実線の場
合）またはＶ＜０（破線の場合）方向に起動する場合を
表している。次段の負荷側外乱トルクτＬｄ（太線で表
記）と負荷側加減速トルクτＬａ（細線で表記）は、こ
の速度指令値Ｖ通りに負荷が動作するために必要なトル
ク関係を表現しているが、停止中は図４において、τＬ
＝−τＬｄであるから、式４から、負荷側外乱トルクτ
Ｌｄは、式５の範囲で摩擦トルクτｆがどれだけ作用し
ているかわからないので不定となる。図６では、この停
止中に負荷側外乱トルクτＬｄが、−から＋へ変化した
場合を示している。

【００２３】

【数５】 （−｜τｆ｜＋τｅｘ）≦τＬｄ≦（｜τｆ｜＋τｅｘ） ・・・式５

【００２４】３段目以降のパルス信号Ｆｄｒと符号関数
ｓｇｎ（Ｖ）及びバックラッシュ補正値Ｖｂｌｃは、こ
の様な動作条件下における、図５の従来の位置制御装置
のバックラッシュ補正演算部の動作を説明している。

【００２５】一方で図６中の最下段に示したバックラッ
シュ内動作発生は、本動作条件に応じて本来発生するバ
ックラッシュ内動作のタイミングを示しており、図６の
動作例では実際には、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４の４回の
タイミングでバックラッシュ内動作が発生している。

【００２６】図２の動作条件における、位置制御装置の
バックラッシュ補正演算部の動作と、位置制御装置のバ
ックラッシュ補正演算部の動作を比較して説明する。

【００２７】移動方向の連続反転タイミングｔ１では、
速度指令値は−から＋に反転するので、バックラッシュ
補正演算部でギヤの動作の発生を検出し、バックラッシ
ュ内動作が必要なＰ方向にバックラッシュ補正値Ｖｂｌ
ｃが発生する。しかし、反転時加速度が大きくなり反転
直前において、τＬａ＞τＬｄになる場合には、ｔ１で
速度が反転するときには既に、バックラッシュはP方向
に詰まっているので、ｔ１でバックラッシュ内動作が発
生しないが、バックラッシュ補正値Ｖｂｌｃは図６で示
した場合と同様にＰ方向に発生する。

【００２８】減速タイミングｔ２及びｔ３では、バック
ラッシュ内動作が実際には発生するにも関わらず、速度
指令値は反転しないので、バックラッシュ補正演算部で
はバックラッシュ内でのギヤの動作の発生を検出するこ
とができず、バックラッシュ補正値Ｖｂｌｃが発生しな
い。

【００２９】また、起動タイミングｔ４では、停止中に
負荷側外乱トルクτＬｄが−から＋に変化した為、バッ
クラッシュがＰ方向に詰まっている状態からＮ方向に詰
っている状態に変化している。しかし、ｔ４において、
速度指令値がＰ方向であった場合には速度指令値の符号
の反転が検出されないのでバックラッシュの補正処理が
行なわれず、また速度指令値がＮ方向であった場合には
速度指令値の符号の反転が検出されＮ方向にバックラッ
シュの補正処理が行なわれる。従って、実際にあるバッ
クラッシュの補正が行なわれないばかりでなく、バック
ラッシュ補正演算部は誤作動まで起こしている。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した様に、従
来の位置制御装置のバックラッシュ補正機能では、軸停
止からの起動や連続反転時において、補正機能が条件に
よって誤動作し、また、軸動作が反転しない時の加減速
動作中では、補正必要時に補正が動作しないといった問
題が内在していた。このため、バックラッシュ内動作発
生時に、的確な方向のバックラッシュ補正値を発生させ
ることで、バックラッシュ内動作の高速化を図り、結果
的に位置偏差Ｘ−ｘＬの発生を抑制するといった本来の
バックラッシュ補正機能の目的が満たせていない問題が
あった。

【００３１】本発明は、上記のような問題を解消するた
めになされたもので、バックラッシュ内動作の発生条件
を分別し、各条件に適合した基準でバックラッシュ内動
作の発生有無を判定し、的確な方向と大きさを持ったバ
ックラッシュ補正値を演算するバックラッシュ補正演算
部を得ることを目的とする。

【００３２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
発明は、位置制御装置により制御される駆動装置に接続
された主動側ギヤと、可動部材に接続された従動側ギヤ
との間に発生するバックラッシュを補正するバックラッ
シュ補正装置であって、従動側ギヤが一方向に運動中
で、主動側ギヤが従動側ギヤに与える力の方向が逆にな
り、バックラッシュが発生する状態を、バックラッシュ
補正装置に入力される可動部材の位置指令情報から判定
し、バックラッシュを補正することを特徴とするバック
ラッシュ補正装置である。

【００３３】本発明の請求項２に係る発明は、請求項１
に係るバックラッシュ補正装置であって、従動側ギヤが
一方向に運動中であることを、前記位置指令情報から得
た速度指令値が０より大きいことで判定し、主動側ギヤ
が従動側ギヤに与える力の方向が逆になることを、前記
位置指令情報から、主動側ギヤから従動側ギヤに与えら
れる伝達トルクを演算し、伝達トルクの符号が反転した
ことで判定することを特徴とするバックラッシュ補正装
置である。

【００３４】本発明の請求項３に係る発明は、位置制御
装置により制御される駆動装置に接続された主動側ギヤ
と、可動部材に接続された従動側ギヤとの間に発生する
バックラッシュを補正するバックラッシュ補正装置であ
って、可動部材が動作を開始する時、移動方向にバック
ラッシュが存在する状態であることを、バックラッシュ
補正装置に入力される可動部材の位置指令情報から判定
し、バックラッシュを補正することを特徴とするバック
ラッシュ補正装置である。

【００３５】本発明の請求項４に係る発明は、請求項３
に係るバックラッシュ補正装置であって、バックラッシ
ュが存在する状態であることを、前記位置指令情報から
得た速度指令値が０より大きく、前記位置指令情報から
得た加速度指令値が０より小さい時、または、前記速度
指令値が０より小さく、前記トルク指令値が０以上であ
ることでバックラッシュを補正することを特徴とするバ
ックラッシュ補正装置である。

【００３６】本発明の請求項５に係る発明は、請求項
１，２，３，４に係るバックラッシュ補正装置であっ
て、前記位置指令情報から得た加速度指令値の微分値に
比例した増幅率を演算し、バックラッシュを補正する補
正値に乗算することを特徴とするバックラッシュ補正装
置である。

【００３７】本発明の請求項６に係る発明は、請求項
１，２，３，４に係るバックラッシュ補正装置であっ
て、前記位置指令情報から可動部材が減速停止過程にあ
ることを判別し、減速停止過程に対応する増幅率を補正
値に乗算することを特徴とするバックラッシュ補正装置
である。

【００３８】本発明のバックラッシュ補正装置では、上
記のようなバックラッシュ補正装置としたことで、テー
ブル等の可動部材が動作を始めること、テーブルが一定
方向に移動中で加速度が変化したことを各条件に適合し
た基準でバックラッシュでの動作の発生有無を判別し、
的確な方向と大きさを持ったバックラッシュ補正値を演
算して位置制御装置の速度指令に重畳加算することによ
り、バックラッシュ内動作の高速化が実現し、位置偏差
Ｘ−ｘＬの発生を抑制することを可能とした。

【００３９】

【発明の実施の形態】本発明の位置制御装置のバックラ
ッシュ補正演算部について以下に説明する。

【００４０】まず、本発明の位置制御装置の第一の実施
形態について説明する。

【００４１】図１に、第一の実施形態に係る位置制御装
置の構成のブロック図を示す。前述した従来技術の位置
制御装置（図５）と同一の部分については同一の名称及
び番号を付し、その部分についての説明を省略する。

【００４２】図１の第一の実施形態のバックラッシュ補
正演算部について概略を説明すると、バックラッシュ補
正演算部では、速度指令値Ｘ、加速度指令値Ａ、トルク
指令値τｃが入力され、移動状態検出部１、負荷トルク
演算部２、負荷トルク反転検出部３、負荷トルク反転時
バックラッシュ補正量算出部４で演算を行い、負荷トル
クが反転した時、バックラッシュ補正量を算出すること
を実現している。また、移動状態検出部１、起動検出部
５、起動時バックラッシュ補正量算出部６で演算を行
い、起動時のバックラッシュ補正量を算出することを実
現している。

【００４３】まず、負荷トルクが反転した時のバックラ
ッシュ補正値を演算する流れについて説明する。

【００４４】移動状態検出部１は、速度指令値Ｖを入力
として、式６で決定される２値信号である停止検出信号
Ｆｓｐを出力する。

【００４５】

【数６】 Ｆｓｐ：ＯＮ （Ｖ＝０の場合） Ｆｓｐ：ＯＦＦ （Ｖ≠０の場合） ・・・ 式６

【００４６】負荷トルク演算部２は、加速度指令値Ａと
速度指令値Ｖを入力として、式７で速度指令値Ｖによる
場合分けに従い負荷側外乱トルクτＬｄを算出し、負荷
側外乱トルクτＬｄから負荷トルクτＬを式８より演算
し出力する。

【００４７】

【数７】 τＬｄ＝τｅｘ−｜τｆ｜ （Ｖ＞０の場合） τＬｄ＝τｅｘ＋｜τｆ｜ （Ｖ＜０の場合） τＬｄ＝不変 （Ｖ＝０の場合） ・・・式７ （不変とは、Ｖ＜０からＶ＝０になった時はτＬｄ＝τ
ｅｘ＋｜τｆ｜であり、Ｖ＞０からＶ＝０になった時は
τＬｄ＝τｅｘ−｜τｆ｜であることを意味する。）

【００４８】

【数８】 τＬ＝τＬａ−τＬｄ＝（Ａ・ＩＬ）／Ｃｔ−τＬｄ ・・・ 式８ 式８において、負荷側に作用する重力等の外部トルクτ
ｅｘ、摩擦トルクの絶対値｜τｆ｜、負荷側の慣性モー
メントＩＬ、トルク変換定数Ｃｔは負荷トルク演算部２
内に設定されている値である。

【００４９】負荷トルク反転検出部３は、負荷トルク演
算部から負荷トルクτＬ、移動状態検出部から停止検出
信号Ｆｓｐを入力して、Ｆｓｐ：ＯＦＦの条件の元で式
９に従い、移動時の負荷トルクの反転を検出し、ＯＮ，
ＯＦＦの２値信号である負荷トルク反転信号Ｆｔｒを出
力する。

【００５０】

【数９】 Ｆｔｒ：ＯＮ （τＬ＜０⇒τＬ＞０、または、τＬ＞０⇒τＬ＜０の状態遷移 が発生した場合） ・・・ 式９

【００５１】第１のバックラッシュ補正量算出部４は、
負荷トルク演算部２から負荷トルクτＬ、負荷トルク反
転信号Ｆｔｒを入力して、ＦｔｒがＯＮの時、Ｖｂｌｃ
ｏ（＞０とする）と負荷トルクτＬから式１０の計算を
行い、第１のバックラッシュ補正値Ｖｂｌｃ１の初期値
であるＶｂｌｃ１（０）を演算する。次に、Ｖｂｌｃ１
（０）と時定数Ｔｄから式１１の計算を行い、第１のバ
ックラッシュ補正値Ｖｂｌｃ１を演算し出力する。

【００５２】

【数１０】 Ｖｂｌｃ１（０）＝ｓｇｎ（τＬ）・Ｖｂｌｃｏ ・・・式１０ 但し、Ｖｂｌｃ１（０）はＶｂｌｃ１の初期値を示し、
Ｖｂｌｃｏは予め第１バックラッシュ補正量算出部４に
設定されているバックラッシュ補正設定値（＞０とす
る）を示す。

【００５３】

【数１１】 Ｖｂｌｃ１＝Ｖｂｌｃ１（０）・ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｄ） ・・・式１１ 式１１はバックラッシュ補正量Ｖｂｌｃ１の時間特性を
表現するための式で、Ｔｄは予め第１バックラッシュ補
正量算出部４に設定されている時定数を示す。

【００５４】上記に説明したように、本実施形態の位置
制御装置では、位置指令値Ｘｏを入力として、位置制御
装置内部で速度指令値Ｖ、加速度指令値Ａを演算する。
また、バックラッシュ補正演算部には外部トルクτｅ
ｘ、摩擦トルクτｆ、負荷側の慣性モーメントＩＬ、ト
ルク変換定数Ｃｔが設定されている。そして、位置指令
情報である速度指令値Ｖ、加速度指令値Ａ、外部トルク
τｅｘ、摩擦トルクτｆ、負荷側の慣性モーメントＩ
Ｌ、トルク変換定数Ｃｔから、制御対象側のギヤが一方
向に移動中で、モータ側のギヤが従動側のギヤが制御対
象側のギヤに与える力の方向が逆になりバックラッシュ
が発生する状態であることを判定し、第１バックラッシ
ュ補正値Ｖｂｌｃ１を演算し出力する。この条件でバッ
クラッシュ補正を行なうことで、同一方向に移動中で加
速から減速に変化したとき、あるいは減速から加速に変
化したときに発生するバックラッシュ補正を行うことが
できる効果がある。

【００５５】次に起動時に発生するバックラッシュ内動
作を補正する第２バックラッシュ補正値Ｖｂｌｃ２を演
算する手順について説明する。

【００５６】起動検出部５は、速度指令値Ｖ、停止検出
信号Ｆｓｐ、トルク指令値τｃを入力とし、停止検出信
号ＦｓｐがＯＮからＯＦＦ変化する遷移タイミングにお
いて、式１２の（ ）内条件が成立すれば、ＯＮ、ＯＦ
Ｆの２値信号である起動検出信号Ｆｓｔをパルス出力す
る。但し、停止中には、τｃ＝τＬ＝−τＬｄの関係が
成り立つことから、トルク指令値τｃを起動直前の負荷
トルクτＬとし、

【数１２】 Ｆｓｔ：ＯＮ （Ｖ＞０且つτｃ≦０、またはＶ＜０且つτｃ≧０） ・・・ 式１２ 第２バックラッシュ補正量算出部６は、速度指令値Ｖと
起動検出信号Ｆｓｔを入力として、Ｆｓｔ：ＯＮの時、
式１３及び式１４に基づいて、第２バックラッシュ補正
値Ｖｂｌｃ２をパターン出力する。

【００５７】

【数１３】 Ｖｂｌｃ２（０）＝ｓｇｎ（Ｖ）・Ｖｂｌｃｏ ・・・式１３

【数１４】 Ｖｂｌｃ２＝Ｖｂｌｃ２（０）・ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｄ） ・・・式１４ Ｖｂｌｃ２（０）は、Ｖｂｌｃ２の初期値を示し、Ｖｂ
ｌｃｏとＴｄは、予め起動時バックラッシュ補正量算出
部６に設定されている。

【００５８】上記に説明したように、本実施形態の位置
制御装置では、位置指令値Ｘｏ、サーボモータでの位置
情報ｘｍ、エンコーダでの位置情報ｘＬを入力とし、位
置制御装置内部で速度指令値Ｖ、トルク指令値τｃを演
算する。そして、位置指令情報である速度指令値Ｖ、ト
ルク指令値τｃから、テーブルが移動を開始した時にバ
ックラッシュが発生する状態であることを判定し、第２
バックラッシュ補正値Ｖｂｌｃ２を演算し出力する。上
の条件でバックラッシュ補正を行なうことで、起動時に
発生するバックラッシュ補正を行うことができる効果が
ある。

【００５９】以上に説明した負荷トルク反転時バックラ
ッシュ補正量Ｖｂｌｃ１と起動時バックラッシュ補正値
Ｖｂｌｃ２は加算器７で加算され、最終的なバックラッ
シュ補正値Ｖｂｌｃとなり、加算器１０３で速度指令値
に加算される。

【００６０】次に、以上に説明した本実施形態のバック
ラッシュ補正演算部が、バックラッシュ動作が発生する
ことを判定し、バックラッシュ補正を行う処理の一例を
図２のタイムチャートを用いて説明する。

【００６１】図２のタイムチャートでは、最上段に速度
指令値Ｖを示しており、本例における速度指令値Ｖの動
作条件は、本実施形態と従来技術の位置制御装置のバッ
クラッシュ補正演算部の動作を比較する為、図６の速度
指令値Ｖの動作条件と全く同じにしている。従って、こ
の速度指令値Ｖ通りに負荷が動作するために必要なトル
ク関係を表現した、速度指令値Ｖより演算されるトルク
次段の負荷側外乱トルクτＬｄ（図６中、太線で表記）
と負荷側加減速トルクτＬａ（図６中、細線で表記）も
図６と全く同じになる。また、最下段には、本動作条件
に応じて本来発生する必要なバックラッシュ内動作を示
したバックラッシュ内動作発生を示しているが、これも
図６と全く同じになる。

【００６２】３段目の停止検出信号Ｆｓｐは、本動作条
件における移動状態検出部１の出力を示している。５段
目の符号関数ｓｇｎ（τＬ）は、負荷トルクτＬの値を
判定しており、負荷トルクτＬが０より大きければ１、
０より小さければ−１を出力する。６段目の負荷トルク
反転信号Ｆｔｒは、負荷トルク反転検出部３の出力であ
り、負荷トルクτＬが＋から−、あるいは−から＋に反
転したとき、つまり５段目に示す符号関数ｓｇｎ（τ
Ｌ）の値が変化したとき、パルス信号が出力される。８
段目の負荷トルク反転時バックラッシュ補正量Ｖｂｌｃ
１は、反転時バックラッシュ補正量算出部４の出力であ
り、６段目に示すＦｔｒがＯＮになった時、出力され
る。４段目の符号関数ｓｇｎ（Ｖ）は、負荷トルクτＬ
の値を判定しており、速度指令値Ｖが０より大きければ
１、０ならば０、０より小さければ−１を出力する。７
段目の起動検出信号Ｆｓｔは、起動検出部５の出力であ
り、停止検出信号ＦｓｐがＯＮからＯＦＦになったと
き、Ｖ＞０且つτＬ≦０、またはＶ＜０且つτＬ≧０で
あれば、起動検出信号ＦｓｔはＯＮとなる。９段目の起
動時バックラッシュ補正値Ｖｂｌｃ２は、起動時バック
ラッシュ補正量算出部６の出力であり、７段目に示す起
動検出信号ＦｓｔがＯＮになった時、出力される。

【００６３】上記実施形態における位置制御装置では、
軸動作の連続性を移動状態検出部１で行い、負荷トルク
演算部２と負荷トルク反転検出部３により、負荷トルク
τＬの演算とパルス信号負荷トルク反転信号Ｆｔｒの発
生がなされるため、減速タイミングｔ２とｔ３におい
て、反転時バックラッシュ補正量算出部４より的確な方
向のバックラッシュ補正値Ｖｂｌｃ１を発生することが
できる。また、移動方向の連続反転タイミングｔ１にお
いても、バックラッシュ内動作の発生有無を判定できる
ため、移動方向の反転時に加速度の大きさによらず、的
確にバックラッシュ補正値Ｖｂｌｃ１を発生することが
できる。一方、起動タイミングｔ４では、移動状態検出
部１と起動検出部６により、起動検出と合わせて、起動
直前のトルク指令値τｃからバックラッシュが詰ってい
る方向を検出することができるため、バックラッシュ内
動作発生方向が起動方向に一致する場合のみ、起動時バ
ックラッシュ補正量算出部６より的確な方向のバックラ
ッシュ補正値Ｖｂｌｃ２を発生することができる。

【００６４】次に、本発明の第二の実施形態について説
明する。

【００６５】図３に、第二の実施形態に係る位置制御装
置の構成のブロック図を示す。前述した第一の実施形態
の構成である図１と同一の部分については同一の名称及
び番号を付し、その部分についての説明を省略する。

【００６６】まず、バックラッシュ補正量算出条件決定
部８の動作について説明する。

【００６７】バックラッシュ補正量算出条件決定部８
は、加速度指令値Ａ、速度指令値Ｖ、加減速処理前の位
置指令値Ｘｏ、及びパルス信号負荷トルク反転信号Ｆｔ
ｒを入力として、パルス信号Ｆａｌ、Ｆｃｒ及び増幅率
Ｇｂ、Ｇｓを出力する。出力パルス信号Ｆａｌ、Ｆｃｒ
は、入力パルス信号ＦｔｒがＯＮに変化する前後におけ
る速度指令値Ｖの符号変化に応じて、式１５に従って決
定され、パルス的にＯＮが出力される。

【００６８】

【数１５】 Ｆａｌ：ＯＮ （Ｆｔｒ：ＯＮの前後でＶの符号が変化しない場合） Ｆｃｒ：ＯＮ （Ｆｔｒ：ＯＮの前後でＶの符号が変化する場合） ・・・ 式１５ 式１５の判別条件より、Ｆａｌ：ＯＮは同一方向移動中
の加減速動作に伴うバックラッシュ補正値の発生タイミ
ング（図２におけるｔ２とｔ３）を示し、ＦｃｒがＯＮ
になる信号は、軸の連続反転に伴うバックラッシュ補正
値の発生タイミング（図２におけるｔ１）を示す。

【００６９】また、バックラッシュ補正量算出条件決定
部８では、位置指令値Ｘｏを入力して、位置指令値Ｘｏ
を３回微分し、加速度指令値Ａの時間微分値の絶対値
（以降、加々速度絶対値｜Ｂ｜と称す）が演算する。そ
して、位置指令情報である加々速度絶対値｜Ｂ｜、定数
ａから増幅率Ｇｂが演算される。加減速時や起動時のバ
ックラッシュ内動作発生時は、｜Ｂ｜が大きいほどバッ
クラッシュ内動作中の位置偏差Ｘ−ｘＬが大きくなり、
一方で、｜Ｂ｜が小さいほど、特に加減速時では、負荷
側外乱トルクτＬｄの変動で、バックラッシュ内動作発
生タイミングの変動が大きくなり、結果として補正タイ
ミングとのズレが大きくなる。このため、位置偏差Ｘ−
ｘＬを好適に抑制してやるためには、バックラッシュ補
正値の初期値に対する増幅率であるＧｂ（＞０）に、｜
Ｂ｜と正の相関関係を持たせ、例えばＧｂ＝ａ・｜Ｂ｜
（ａ＞０の定数）と決定する。

【００７０】また、バックラッシュ補正量算出条件決定
部８では、位置指令値Ｘｏが入力され、Ｘｏから速度指
令値Ｖを演算し、また、増幅率Ｇｓｐ、Ｇｓｎが位置制
御装置内部に設定されており、位置指令情報である位置
指令値Ｘｏ、速度指令値Ｖ、増幅率Ｇｓｐ、Ｇｓｎか
ら、増幅率Ｇｓが演算される。式７より、τｅｘとτｆ
が共に小さい時や、τｅｘとτｆの絶対値が同じくらい
の大きさの時は、両方または片方の動作方向においてτ
Ｌｄがゼロに近くなる。この様な条件下では、制御対象
物が停止目標位置に近いところで、減速停止過程でのバ
ックラッシュ内動作（図２におけるｔ３）が発生するた
め、バックラッシュ補正値が大きいと制御対象物が位置
決め点を飛び越す現象が発生しやすい。そこで本実施形
態では、この現象に対処するため、加減速処理前の位置
指令値Ｘｏの時間変化より減速停止過程を判別し、速度
指令値Ｖより減速停止時の移動方向を判別し、判別に応
じて式１６に従って増幅率Ｇｓを決定し、Ｇｂ同様にバ
ックラッシュ補正値の初期値に増幅率Ｇｓを掛けバック
ラッシュ補正値を小さくした。（停止時の前は、加減速
処理前の位置指令値Ｘｏは既に停止点の値となり変化し
ないので、Ｘｏの時間変化は０となるが、速度指令値Ｖ
は加減速処理され制御対象が動作可能な指令値になって
いる為、Ｘｏより少し遅れて０となる。この為、加減速
処理前の位置指令値Ｘｏの時間変化より減速停止過程を
判別し、速度指令値Ｖより減速停止時の移動方向を判別
することができる。）

【数１６】 Ｇｓ＝Ｇｓｐ （Ｘｏの時間変化＝０、且つ、Ｖ＞０の場合） Ｇｓ＝Ｇｓｎ （Ｘｏの時間変化＝０、且つ、Ｖ＜０の場合） Ｇｓ＝１ （Ｘｏの時間変化≠０でないの場合） ・・・ 式１６ 但し、Ｇｓｐ（０＜Ｇｓｐ≦１）とＧｓｎ（０＜Ｇｓｎ
≦１）は予めバックラッシュ補正量算出条件決定部８に
設定されている増幅率である。

【００７１】次に第二の実施形態の第３、第４、第５バ
ックラッシュ補正量算出部におけるバックラッシュ補正
量の演算について説明する。第４、第５バックラッシュ
補正量算出部では、バックラッシュ補正量を演算する際
に、上記説明した増幅率Ｇｂ、Ｇｓをバックラッシュ補
正値に掛け、バックラッシュ補正量を適切な値にしてい
る。

【００７２】第３バックラッシュ補正量算出部４は、負
荷トルクτＬ、Ｆｃｒを入力し、軸の連続反転に伴うバ
ックラッシュ内動作が発生することを判別し、バックラ
ッシュ補正値Ｖｂｌｃ３を発生する。

【００７３】

【数１７】 Ｖｂｌｃ３（０）＝ｓｇｎ（τＬ）・Ｖｂｌｃｏ ・・・式１７

【数１８】 Ｖｂｌｃ３＝Ｖｂｌｃ３（０）・ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｄ） ・・・式１８ 第４バックラッシュ補正量算出部９は、負荷トルクτ
Ｌ、Ｆａｌ、Ｇｂ、Ｇｓを入力として、同一方向移動中
の加減速動作に伴うバックラッシュ内動作が発生する状
態であることを判別し、ＦａｌがＯＮとなった時、同一
方向に移動中で加減速時のバックラッシュ補正値Ｖｂｌ
ｃ４を式１７及び式１８に基づいてパターン出力する。

【００７４】

【数１９】 Ｖｂｌｃ４（０）＝Ｇｂ・Ｇｓ・ｓｇｎ（τＬ）・Ｖｂｌｃｏ４ ・・・式１９

【数２０】 Ｖｂｌｃ４＝Ｖｂｌｃ４（０）・ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｄ４） ・・・ 式２０ 式１９、式２０において、Ｖｂｌｃ４（０）は、Ｖｂｌ
ｃ４の初期値を示し、Ｖｂｌｃｏ４とＴｄ４は、予め加
減速時バックラッシュ補正量算出部９に設定されてい
る。

【００７５】第５バックラッシュ補正量算出部１０は、
速度指令値Ｖ、起動検出信号Ｆｓｔ、Ｇｂを入力とし
て、ＦｓｔがＯＮの時、式２１及び式２２に基づいて、
軸が起動する時のバックラッシュ補正値Ｖｂｌｃ５をパ
ターン出力する。

【００７６】

【数２１】 Ｖｂｌｃ５（０）＝Ｇｂ・ｓｇｎ（Ｖ）・Ｖｂｌｃｏ５ ・・・ 式２１

【数２２】 Ｖｂｌｃ５＝Ｖｂｌｃ５（０）・ｅｘｐ（−ｔ／Ｔｄ５） ・・・ 式２２ 式２１、式２２において、Ｖｂｌｃ５（０）は、Ｖｂｌ
ｃ５の初期値を示し、Ｖｂｌｃｏ５とＴｄ５は、予め起
動時バックラッシュ補正量算出部１０に設定されてい
る。

【００７７】第３、第４、第５バックラッシュ補正量Ｖ
ｂｌｃ３、Ｖｂｌｃ４、Ｖｂｌｃ５は加算器１１で加算
され、最終的なバックラッシュ補正値Ｖｂｌｃとなり、
加算器１０３で速度指令値に加算される。

【００７８】ここで、時定数Ｔｄ，Ｔｄ４，Ｔｄ５や、
バックラッシュ補正設定量Ｖｂｌｃｏ，Ｖｂｌｃｏ４，
Ｖｂｌｃｏ５は各々で同一値を設定してもよいし、バッ
クラッシュ内動作の発生条件毎に異なる設定をしてもよ
い。また、加々速度絶対値｜Ｂ｜に応じてＧｂが可変さ
れても、バックラッシュ補正パターンとして補正効果が
一定となる様に、式２０，式２２で用いる時定数を、そ
れぞれＴｄ４／Ｇｂ，Ｔｄ５／Ｇｂにとるなど、Ｇｂに
合わせて可変してもよい。

【００７９】上記説明したように、時定数、増幅率を条
件毎に変え、バックラッシュ補正量に掛け合わせること
で、工作機械の状態に応じた最適なバックラッシュ補正
が可能となる。

【００８０】

【発明の効果】この発明は、以上説明した構成となって
いるので以下に記載される効果がある。

【００８１】本発明の位置制御装置では、テーブル等の
可動部材が動作を始めること、テーブルが一定方向に移
動中で加速度が変化したことを各条件に適合した基準で
バックラッシュでの動作の発生有無を判別し、的確な方
向と大きさを持ったバックラッシュ補正値を演算して位
置制御装置の速度指令に重畳加算することにより、バッ
クラッシュ内動作の高速化が実現し、位置偏差Ｘ−ｘＬ
の発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による位置制御装置の反転時の構成例
を示すブロック図である。

【図２】 図１の位置制御装置の動作の１例を説明する
タイムチャートである。

【図３】 本発明による位置制御装置の起動時の構成例
を示すブロック図である。

【図４】 対象システム１１２の構成を位置検出器の検
出する位置とトルクの関係の観点から表現したブロック
図である。

【図５】 従来の位置制御装置の構成例を示すブロック
図である。

【図６】 図５の位置制御装置の動作の１例を説明する
タイムチャートである。

【符号の説明】

１ 移動状態検出部、２ 負荷トルク演算部、３ 負荷
トルク反転検出部、４反転時バックラッシュ補正量算出
部、５ 起動検出部、６ 起動時バックラッシュ補正量
算出部、７ 加算器、８ バックラッシュ補正量算出条
件決定部、９加減速時バックラッシュ補正量算出部、１
０ 起動時バックラッシュ補正量算出部、１１ 加算
器、１００ 加減速処理、１０１，１０５ 減算器、１
０２，１０６，１１０ 増幅器、１０３，１０８ 加算
器、１０４，１０７，１０９微分器、１１１ パワー増
幅部、１１２ 対象システム、１１３ 移動方向検出
部、１１４ バックラッシュ補正量算出部、１１５ 入
出力特性図。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 位置制御装置により制御される駆動装置
   に接続された主動側ギヤと、可動部材に接続された従動
   側ギヤとの間に発生するバックラッシュを補正するバッ
   クラッシュ補正装置において、 従動側ギヤが一方向に運動中で、主動側ギヤが従動側ギ
   ヤに与える力の方向が逆になり、バックラッシュが発生
   する状態を、バックラッシュ補正装置に入力される可動
   部材の位置指令情報から判定し、バックラッシュを補正
   することを特徴とするバックラッシュ補正装置。
2. 【請求項２】 請求項１に係るバックラッシュ補正装置
   において、従動側ギヤが一方向に運動中であることを、
   前記位置指令情報から得た速度指令値が０より大きいこ
   とで判定し、 主動側ギヤが従動側ギヤに与える力の方向が逆になるこ
   とを、前記位置指令情報から、主動側ギヤから従動側ギ
   ヤに与えられる伝達トルクを演算し、伝達トルクの符号
   が反転したことで判定することを特徴とするバックラッ
   シュ補正装置。
3. 【請求項３】 位置制御装置により制御される駆動装置
   に接続された主動側ギヤと、可動部材に接続された従動
   側ギヤとの間に発生するバックラッシュを補正するバッ
   クラッシュ補正装置において、 可動部材が動作を開始する時、移動方向にバックラッシ
   ュが存在する状態であることを、バックラッシュ補正装
   置に入力される可動部材の位置指令情報から判定し、バ
   ックラッシュを補正することを特徴とするバックラッシ
   ュ補正装置。
4. 【請求項４】 請求項３に係るバックラッシュ補正装置
   において、 バックラッシュが存在する状態であることを、前記位置
   指令情報から得た速度指令値が０より大きく、前記位置
   指令情報から得た加速度指令値が０より小さい時、また
   は、前記速度指令値が０より小さく、前記トルク指令値
   が０以上であることでバックラッシュを補正することを
   特徴とするバックラッシュ補正装置。
5. 【請求項５】 請求項１，２，３，４に係るバックラッ
   シュ補正装置において、 前記位置指令情報から得た加速度指令値の微分値に比例
   した増幅率を演算し、 バックラッシュを補正する補正値に乗算することを特徴
   とするバックラッシュ補正装置。
6. 【請求項６】 請求項１，２，３，４に係るバックラッ
   シュ補正装置において、 前記位置指令情報から可動部材が減速停止過程にあるこ
   とを判別し、減速停止過程に対応する増幅率を補正値に
   乗算することを特徴とするバックラッシュ補正装置。