JP2004086434A - 速度指令型同期制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】駆動時のヨーイングの補正と負荷偏差の定常誤差を０にすること。
【解決手段】第１軸のサーボシステムで位置制御部と速度制御部と位置ループと速度ループとを有するモータ駆動用位置制御型コントローラを有し、該第１軸の速度指令を第２軸の指令とする第２軸の速度制御型コントローラを有する同期制御装置において、トルク指令とモータ速度を用いてトルクを推定し、推定トルクをトルク指令に加えるトルク補償器を有することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】第１軸のサーボシステムで位置制御部と速度制御部と位置ループと速度ループとを有するモータ駆動用位置制御型コントローラを有し、該第１軸の速度指令を第２軸の指令とする第２軸の速度制御型コントローラを有する同期制御装置において、トルク指令とモータ速度を用いてトルクを推定し、推定トルクをトルク指令に加えるトルク補償器を有することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、可動部に螺合する複数の推進軸を個々にサーボモータで同期駆動し、位置精度と高応答性を確保する設備の同期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の同期制御は、特開平１１−３０５８３９「複数のサーボモータの制御方法」にあるように、機器の可動部１を高精度、高応答性を持って可動制御する場合、可動部１に複数の推進軸２、３をボールネジなどで螺合させ、この推進軸２、３のそれぞれをサーボモータ４、５によって駆動制御していた。すなわち、図２に示すように、サーボモータ４、５によって所定の方向に同期回転させて図２の右方向へ、またサーボモータ４、５を前記方向とは逆の方向に同期回転させて左方向へ可動部１を可動させていた。この２個のサーボモータ４、５の同期制御のために、例えば図２に示すような同期制御装置が用いられていた。図示の通り、サーボモータ４は、第１の位置制御型サーボコントローラ１２によって制御され、サーボモータ５は、第２の速度制御型サーボコントローラ１３によって制御されていた。第２軸のサーボコントローラでは、第１軸の速度制御器の速度指令値と第１軸のモータ位置と第２軸のモータ位置の差に位置補正ゲインを掛けた補正値を加えたものを速度指令とする制御を行なう構成であった。
従来技術の方式を使用した場合、図３に示すように摩擦力の違いやボールネジのばね定数の違いなどにより、第１軸の負荷位置と第２軸の負荷位置が、５μｍ程度位置決め後に発生するという問題が生じていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、複数のサーボモータで、応答性が良好で高精度な同期制御を行ない、各軸間の干渉の発生を防止するという目的で、主サーボモータのモータ位置フィードバック信号と従サーボモータのモータ位置フィードバック信号の差に位置補正ゲインを掛けた補正値を主サーボモータの速度指令に加えた指令信号を従サーボモータの速度指令として与えることを特徴としたものであった。
第１軸側のサーボコントローラで前記補償演算を行う場合、第２軸のモータ位置を第１軸のサーボコントローラに入力する為のハードの追加が第１軸から第２軸への速度指令の他に新たに必要となる。第２軸側のサーボコントローラで補償演算を行う場合も同様に、第１軸のモータ位置を第２軸に追加する必要がある。サーボ間のネットワークを通して、データの授受を行う場合、補償演算が完了するまでに、各軸間でのデータやり取りが相互に必要な為、同期制御の性能が劣化する問題がある。
しかし、従来方式では、２軸のボールネジの動特性に対して、完全には補償ができない。例えば、主サーボ軸の負荷位置と従サーボの負荷位置の差を評価したシミュレーション結果を図３に示す。この方式では、定常状態に落ち着いた時に、負荷位置の差が０にならない。つまり、従サーボ軸が主サーボ軸に比べて目標位置に行き着いていないことが説明できる。このようになった原因に、外乱抑制制御が加えられていないことが挙げられる。工作機械などにおいて、負荷位置の差が発生することは、加工対象物の切削に影響を与えることになる。数値例を挙げると、２軸を使って動かすべきステージの長さを５００ｍｍとし、ステージを１００ｍｍ駆動して負荷位置の偏差が２５μｍ発生する場合、加工面は、図３のように目標位置から５μｍずれた位置を切削していることになる。本発明では、駆動時のヨーイングの補正と負荷偏差の定常誤差を０にすることが課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成する為、請求項１記載の発明によれば、第１軸のサーボシステムで位置制御部と速度制御部と位置ループと速度ループとを有するモータ駆動用位置制御型コントローラを有し、該第１軸のトルク指令を第２軸の指令とするトルク制御型コントローラを有する同期制御装置において、トルク指令とモータ速度を用いてトルクを推定するトルク補償器を有することを特徴としている。請求項２記載の発明によれば、第１軸のサーボモータで位置制御部と速度制御部と位置ループと速度ループとを有するモータ駆動用位置制御型コントローラを有し、該第１軸のトルク指令を第２軸の指令とするトルク制御型コントローラを有する同期制御装置において、トルク指令とモータ角度位置を用いてトルクを推定するトルク補償器を有することを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１で説明する。４、５はサーボモータ１、２である。サーボモータは、可動テーブル１と推進軸２、３につながっており、可動テーブルを駆動する。サーボモータ１は、１２の位置制御型サーボコントローラに駆動され、サーボモータ２は、１３の速度制御型サーボコントローラにより駆動される。位置制御型サーボコントローラの指令は、７の位置決めコントローラからの出力である位置指令である。速度制御型サーボコントローラの指令は、８の第１軸位置制御器の出力である。第１軸の制御系は、位置制御系の出力である速度指令とモータの速度フィードバック信号の差を９の速度制御器に入力し、速度制御器の出力を１０の電流制御器と１１の電力増幅器を通過して第１軸モータのトルクとして駆動し、モータに直結された６のエンコーダのパルス数をカウントする１４のカウンタを通過して位置信号を位置制御系にフィードバックし、また１５の差分演算器（微分器）で作った速度フィードバック信号を速度制御系に返すものである。また、第２軸の制御系は、速度制御であり、速度指令と速度フィードバック信号の差を速度制御器、電流制御器と電力増幅器に通過させて、５の第２軸のモータに与えて駆動する。モータに直結された６のエンコーダのパルス数をカウントする１４のカウンタとモータ速度を演算する差分演算器（微分器）を通過して、速度フィードバック信号を得る。本発明の請求項に挙げた制御系は、２０の部分である。第２軸速度制御器の出力を入力として１６のトルクフィルタを通過して、１７のモータモデルに入力して、その出力と差分演算器の出力の差を更に１８のローパスフィルタを通過させ、１９のトルク補償ゲインを掛けて電流制御器の入力に加えるものである。従来方式では、２軸間の情報を使って、第２軸の精度を上げるという方式であったが、本発明では、第２軸のみの制御を行えばよいので、ハードウェアの構成も簡単になるという利点がある。従来方式によるシミュレーションでは、図３のような結果となり、偏差が５μｍ程度発生している。それに対して、本発明の制御系によるシミュレーションでは、図４のような結果となり、偏差が０となっている。上記の説明は、請求項１に関するものであるが、図５のように図１の２０の構成を変えることにより、請求項２を実現できる。
【０００６】
【発明の効果】
この発明によれば、加速時及び定速で同期制御させた時に発生するヨーイング動作の振幅量が小さくなる。さらに、位置決め時に従来方式では、５パルス程度の偏差が発生していたのが、１パルス以内に収まるという効果が得られる。従来方式のように、ハードウェア変更する必要がなく、ソフトウェアだけで本発明を実現することが可能である。
また、第１軸から第２軸への速度指令のみで同期演算を行う為、ネットワークでデータを送受信するサーボコントローラにおいても、相互のデータ送受信による演算遅れが回避でき、同期制御の性能低下を防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示すサーボモータ同期制御装置のブロック図
【図２】従来技術を示すサーボモータ同期制御装置のブロック図
【図３】従来方式によるシミュレーション結果
【図４】本発明によるシミュレーション結果
【図５】本発明（請求項２）を示すブロック図
【符号の説明】
１ 可動部
２ 第１推進軸
３ 第２推進軸
４ 第１軸サーボモータ
５ 第２軸サーボモータ
６ エンコーダ
７ 位置指令
８ 位置制御器
９ 速度制御器
１０ 電流制御器
１１ 電力増幅器
１２ 位置制御系
１３ 速度制御系
１４ カウンタ
１５ 差分演算器
１６ トルクフィルタ
１７ モータモデル
１８ フィルタ
１９ トルク補償ゲイン
２０ 本発明のブロック図
【発明の属する技術分野】
この発明は、可動部に螺合する複数の推進軸を個々にサーボモータで同期駆動し、位置精度と高応答性を確保する設備の同期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の同期制御は、特開平１１−３０５８３９「複数のサーボモータの制御方法」にあるように、機器の可動部１を高精度、高応答性を持って可動制御する場合、可動部１に複数の推進軸２、３をボールネジなどで螺合させ、この推進軸２、３のそれぞれをサーボモータ４、５によって駆動制御していた。すなわち、図２に示すように、サーボモータ４、５によって所定の方向に同期回転させて図２の右方向へ、またサーボモータ４、５を前記方向とは逆の方向に同期回転させて左方向へ可動部１を可動させていた。この２個のサーボモータ４、５の同期制御のために、例えば図２に示すような同期制御装置が用いられていた。図示の通り、サーボモータ４は、第１の位置制御型サーボコントローラ１２によって制御され、サーボモータ５は、第２の速度制御型サーボコントローラ１３によって制御されていた。第２軸のサーボコントローラでは、第１軸の速度制御器の速度指令値と第１軸のモータ位置と第２軸のモータ位置の差に位置補正ゲインを掛けた補正値を加えたものを速度指令とする制御を行なう構成であった。
従来技術の方式を使用した場合、図３に示すように摩擦力の違いやボールネジのばね定数の違いなどにより、第１軸の負荷位置と第２軸の負荷位置が、５μｍ程度位置決め後に発生するという問題が生じていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、複数のサーボモータで、応答性が良好で高精度な同期制御を行ない、各軸間の干渉の発生を防止するという目的で、主サーボモータのモータ位置フィードバック信号と従サーボモータのモータ位置フィードバック信号の差に位置補正ゲインを掛けた補正値を主サーボモータの速度指令に加えた指令信号を従サーボモータの速度指令として与えることを特徴としたものであった。
第１軸側のサーボコントローラで前記補償演算を行う場合、第２軸のモータ位置を第１軸のサーボコントローラに入力する為のハードの追加が第１軸から第２軸への速度指令の他に新たに必要となる。第２軸側のサーボコントローラで補償演算を行う場合も同様に、第１軸のモータ位置を第２軸に追加する必要がある。サーボ間のネットワークを通して、データの授受を行う場合、補償演算が完了するまでに、各軸間でのデータやり取りが相互に必要な為、同期制御の性能が劣化する問題がある。
しかし、従来方式では、２軸のボールネジの動特性に対して、完全には補償ができない。例えば、主サーボ軸の負荷位置と従サーボの負荷位置の差を評価したシミュレーション結果を図３に示す。この方式では、定常状態に落ち着いた時に、負荷位置の差が０にならない。つまり、従サーボ軸が主サーボ軸に比べて目標位置に行き着いていないことが説明できる。このようになった原因に、外乱抑制制御が加えられていないことが挙げられる。工作機械などにおいて、負荷位置の差が発生することは、加工対象物の切削に影響を与えることになる。数値例を挙げると、２軸を使って動かすべきステージの長さを５００ｍｍとし、ステージを１００ｍｍ駆動して負荷位置の偏差が２５μｍ発生する場合、加工面は、図３のように目標位置から５μｍずれた位置を切削していることになる。本発明では、駆動時のヨーイングの補正と負荷偏差の定常誤差を０にすることが課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成する為、請求項１記載の発明によれば、第１軸のサーボシステムで位置制御部と速度制御部と位置ループと速度ループとを有するモータ駆動用位置制御型コントローラを有し、該第１軸のトルク指令を第２軸の指令とするトルク制御型コントローラを有する同期制御装置において、トルク指令とモータ速度を用いてトルクを推定するトルク補償器を有することを特徴としている。請求項２記載の発明によれば、第１軸のサーボモータで位置制御部と速度制御部と位置ループと速度ループとを有するモータ駆動用位置制御型コントローラを有し、該第１軸のトルク指令を第２軸の指令とするトルク制御型コントローラを有する同期制御装置において、トルク指令とモータ角度位置を用いてトルクを推定するトルク補償器を有することを特徴としている。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施例を図１で説明する。４、５はサーボモータ１、２である。サーボモータは、可動テーブル１と推進軸２、３につながっており、可動テーブルを駆動する。サーボモータ１は、１２の位置制御型サーボコントローラに駆動され、サーボモータ２は、１３の速度制御型サーボコントローラにより駆動される。位置制御型サーボコントローラの指令は、７の位置決めコントローラからの出力である位置指令である。速度制御型サーボコントローラの指令は、８の第１軸位置制御器の出力である。第１軸の制御系は、位置制御系の出力である速度指令とモータの速度フィードバック信号の差を９の速度制御器に入力し、速度制御器の出力を１０の電流制御器と１１の電力増幅器を通過して第１軸モータのトルクとして駆動し、モータに直結された６のエンコーダのパルス数をカウントする１４のカウンタを通過して位置信号を位置制御系にフィードバックし、また１５の差分演算器（微分器）で作った速度フィードバック信号を速度制御系に返すものである。また、第２軸の制御系は、速度制御であり、速度指令と速度フィードバック信号の差を速度制御器、電流制御器と電力増幅器に通過させて、５の第２軸のモータに与えて駆動する。モータに直結された６のエンコーダのパルス数をカウントする１４のカウンタとモータ速度を演算する差分演算器（微分器）を通過して、速度フィードバック信号を得る。本発明の請求項に挙げた制御系は、２０の部分である。第２軸速度制御器の出力を入力として１６のトルクフィルタを通過して、１７のモータモデルに入力して、その出力と差分演算器の出力の差を更に１８のローパスフィルタを通過させ、１９のトルク補償ゲインを掛けて電流制御器の入力に加えるものである。従来方式では、２軸間の情報を使って、第２軸の精度を上げるという方式であったが、本発明では、第２軸のみの制御を行えばよいので、ハードウェアの構成も簡単になるという利点がある。従来方式によるシミュレーションでは、図３のような結果となり、偏差が５μｍ程度発生している。それに対して、本発明の制御系によるシミュレーションでは、図４のような結果となり、偏差が０となっている。上記の説明は、請求項１に関するものであるが、図５のように図１の２０の構成を変えることにより、請求項２を実現できる。
【０００６】
【発明の効果】
この発明によれば、加速時及び定速で同期制御させた時に発生するヨーイング動作の振幅量が小さくなる。さらに、位置決め時に従来方式では、５パルス程度の偏差が発生していたのが、１パルス以内に収まるという効果が得られる。従来方式のように、ハードウェア変更する必要がなく、ソフトウェアだけで本発明を実現することが可能である。
また、第１軸から第２軸への速度指令のみで同期演算を行う為、ネットワークでデータを送受信するサーボコントローラにおいても、相互のデータ送受信による演算遅れが回避でき、同期制御の性能低下を防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示すサーボモータ同期制御装置のブロック図
【図２】従来技術を示すサーボモータ同期制御装置のブロック図
【図３】従来方式によるシミュレーション結果
【図４】本発明によるシミュレーション結果
【図５】本発明（請求項２）を示すブロック図
【符号の説明】
１ 可動部
２ 第１推進軸
３ 第２推進軸
４ 第１軸サーボモータ
５ 第２軸サーボモータ
６ エンコーダ
７ 位置指令
８ 位置制御器
９ 速度制御器
１０ 電流制御器
１１ 電力増幅器
１２ 位置制御系
１３ 速度制御系
１４ カウンタ
１５ 差分演算器
１６ トルクフィルタ
１７ モータモデル
１８ フィルタ
１９ トルク補償ゲイン
２０ 本発明のブロック図
Claims (2)
- 第１軸のサーボシステムで位置制御部と速度制御部と位置ループと速度ループとを有するモータ駆動用位置制御型コントローラを有し、該第１軸の速度指令を第２軸の指令とする第２軸の速度制御型コントローラを有する同期制御装置において、
トルク指令とモータ速度を用いてトルクを推定し、推定トルクをトルク指令に加えるトルク補償器を有することを特徴とする速度指令型同期制御装置。 - 第１軸のサーボシステムで位置制御部と速度制御部と位置ループと速度ループとを有するモータ駆動用位置制御型コントローラを有し、該第１軸の速度指令を第２軸の指令とする第２軸の速度制御型コントローラを有する同期制御装置において、
トルク指令とモータ角度位置を用いてトルクを推定し、推定トルクをトルク指令に加えるトルク補償器を有することを特徴とする速度指令型同期制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002244957A JP2004086434A (ja) | 2002-08-26 | 2002-08-26 | 速度指令型同期制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002244957A JP2004086434A (ja) | 2002-08-26 | 2002-08-26 | 速度指令型同期制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004086434A true JP2004086434A (ja) | 2004-03-18 |
Family
ID=32053290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002244957A Pending JP2004086434A (ja) | 2002-08-26 | 2002-08-26 | 速度指令型同期制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004086434A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006015308A (ja) * | 2004-07-05 | 2006-01-19 | Tatsumo Kk | 塗布ノズル昇降装置 |
| CN102079484A (zh) * | 2010-02-26 | 2011-06-01 | 上海海事大学 | 双起升场桥双吊具同步控制系统 |
| CN102207738A (zh) * | 2010-03-31 | 2011-10-05 | 东芝机械株式会社 | 伺服控制方法及伺服控制装置 |
| JP2016068171A (ja) * | 2014-09-29 | 2016-05-09 | 川崎重工業株式会社 | ロボットの制御装置および制御方法 |
| CN105680733A (zh) * | 2016-03-17 | 2016-06-15 | 重庆交通大学 | 用于多电机同步控制的方法 |
| CN105676897A (zh) * | 2016-04-14 | 2016-06-15 | 重庆交通大学 | 多电机系统智能协调控制方法 |
| CN115284072A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-11-04 | 恩纳基智能科技无锡有限公司 | 一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统及其控制方法 |
-
2002
- 2002-08-26 JP JP2002244957A patent/JP2004086434A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006015308A (ja) * | 2004-07-05 | 2006-01-19 | Tatsumo Kk | 塗布ノズル昇降装置 |
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| US8680804B2 (en) | 2010-03-31 | 2014-03-25 | Toshiba Kikai Kabushiki Kaisha | Servo control method and servo control apparatus |
| JP2016068171A (ja) * | 2014-09-29 | 2016-05-09 | 川崎重工業株式会社 | ロボットの制御装置および制御方法 |
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| CN115284072A (zh) * | 2022-08-25 | 2022-11-04 | 恩纳基智能科技无锡有限公司 | 一种高速高精度龙门双驱交叉同步控制系统及其控制方法 |
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